Ziel der Entwicklung
Ziel war die Adaption von Technologien aus der Photovoltaik, welche bisher zur Herstellung von Solarzellen, speziell für MWT-Zellen genutzt wurden, um lithograhiefreie und damit preiswerte Prozesse zu entwickeln. Damit kann eine elektrische Mehrlagen-Umverdrahtung und eine lokale Dotierung an silizium¬waferbasierten Komponenten realisiert werden. Anhand ausgewählter Demonstratoren wurde die Machbarkeit und technologische Umsetzung belegt. Im Vergleich zu Standard-Substratmaterial für Umverdrahtungsträger aus Leiter¬platten- oder Keramikmaterial weisen die Eigenschaften von Silizium als Substratmaterial viele Vorteile aus.
Die geschaffene Lösung ermöglicht die Verbindung mit weiteren integrierbaren Funktionen: Die Nutzung von Silizium als Aufbauplattform von miniaturisierten Sensoren, Strahler-Empfänger-Modulen und ähnlichem ermöglicht die Anwendung als Mikrokanalkühlung und weiteren Zustandssensoren, unter anderem in der angestrebten Siliziumträger-Lösung.
Vorteile und Lösungen
Es wurden Prozesse entwickelt, die zur Herstellung von Silizium-Umverdrahtungsträgern (Submounts) und Sensorelementen, wie Silizium-Dehnmessstreifen und Feuchtesensoren, genutzt werden können.
Für die Metallisierung der Submounts wurden neuartige siebdruckbare Niedertemperatur-Metallisierungspasten untersucht, die eine gute Haftfestigkeit auf der Passivierung haben und keinen elektrischen Kontakt zum Siliziumsubstrat bilden. Die Pasten haben eine hohe Leitfähigkeit, sind finelinefähig, geeignet zum Füllen von Durchkontaktierungen und lötbar.
Für die Siliziumwafer als Träger wurden geeignete Passivierschichten entwickelt, auf denen die Metallisierungspasten gut haften und die eine zuverlässige Isolierung zwischen Silizium und Metallisierung bilden. Die lokale Dotierung von Silizium mit siebdruckbarer Dotierpaste wurde so optimiert, dass mit den Siebdruck-Metallpasten ein Metall-Halbleiter-Kontakt mit geringem Kontaktwiderstand hergestellt werden kann.
Anhand der Demonstratoren wurden Vorteile der Silizium-Submounts gegenüber herkömmlichen Leiterplatten oder Keramiken besonders für Mikrosysteme aufgezeigt. Hierzu zählen insbesondere die höhere Wärmeleitfähigkeit und ein angepasster thermischer Ausdehnungskoeffizient beim Aufbau von Siliziumsensoren.
Mit der Herstellung der Silizium-Dehnmessstreifen und Feuchtesensoren zeigte sich, dass die entwickelte Technologie auch zum kostengünstigen Herstellen von Sensoren auf Siliziumbasis geeignet ist.
Zielgruppe und Zielmarkt
Mit der erreichten Erweiterung des Technologieportfolios hinsichtlich sensorangepasster siliziumbasierter Komponenten mit integrierter Schaltung beziehungsweise Umverdrahtung inklusive Entwurfsregeln und Beschreibung als technologisches Modul werden Nano-/Mikrosystemlösungen in vielfältigen Applikation in nahezu allen Branchen unterstützt. Diese Projektergebnisse sind sowohl für schnelles Prototyping, kleinste bis hohe Stückzahlen geeignet.
Mit der Technologieplattform „Siliziumumverdrahtungsträger“ wurden die technologischen Möglichkeiten gestärkt, das CiS-Portfolio Sensorik in ihrer Funktionalität besser an die Anwendungsspezifik anzupassen und Sensorbaugruppen weiter zu miniaturisieren. Mit der Ergänzung der Wertschöpfungskette ergaben sich zahlreiche Im-pulse für wichtige sensorische Weiterentwicklungen.
Für das Technologieangebot erfolgt die Vermarktung im B2B-Bereich sowohl als Entwicklungsangebot als auch der Möglichkeit, kleine bis mittlere Stückzahlen zu fertigen oder die Entwicklung zu industriellen Dienstleistern zu transferieren.
Die Endkundenmärkte für die demonstrierten Lösungen sind unter anderem Hochenergiephysik, beispielsweise Detektoren für Experimente am CERN, DESY und FAIR, Drucksensorik, Wägetechnik und Medizintechnik.
Weitere Marktchancen können in den Feldern Automatisierung / Industrie4.0, Umwelt- und Sicherheitstechnik, Recycling, Prozessmess- und Verfahrenstechnik erschlossen werden.
Die B2B-Vermarktung dieser technologischen Lösung und des Entwicklungsangebots stützt sich auf Präsentationen auf Messen, besonders Hannover Messe Industrie, Sensor und Test, electronica, compamed, weiteren fachspezifischen Messen, Workshops, Firmenpräsentationen sowie Nutzung von Social Media. Genutzt wird das weit gefächerte Kontaktnetz, unter anderem begründet auf der Mitgliedschaft in zahlreichen Verbänden sowie Kunden-Direktkontakte im Bereich von Forschungseinrichtungen bis KMU.
