Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
Miniaturisierte Mikrosysteme (MEMS) finden in vielen technischen Bereichen Verwendung. Speziell für hochzuverlässige Anwendungen werden MEMS einzeln in keramischen Packages hermetisch dicht verpackt (siehe auch Abschnitt MEMS Packaging). Nachteile ergeben sich im Aufwand für die Einzelchipverarbeitung als auch in der Dimensionen des Packages, welche meist größer als das MEMS-Bauteil selbst sind.
Aus diesem Grund wurde in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer ENAS der Packaging-Prozess mit keramischen Mehrlagen-Interposern auf Wafer-Level-Ebene entwickelt. Dabei wird der MEMS-Wafer mit dem Keramik-Wafer in einem Schritt gebondet, isoliert und gleichzeitig dessen Umverdrahtung realisiert. Für den Bondprozess wurden spezielle LTCC-Keramiken entwickelt, die thermomechanisch exzellent an Silicium angepasst sind. Für die Umverdrahtung innerhalb der Keramik werden Gold-Vias in die einzelnen LTCC-Grünfolien integriert und nach dem Stapeln der einzelnen Ebenen gemeinsam im Mehrlagen-Aufbau gesintert. Die Integration weiterer passiver Elemente in die Keramik ist möglich. Nach dem Einbrand werden die Oberflächen poliert, um deren Bondbarkeit mit den Silicium-Wafern zu gewährleisten.
Die funktionalisierten, gesinterten keramischen Wafer können anschließend im Anodischen Bondverfahren bei 300 °C mit Si-MEMS-Wafer gefügt werden. Die elektrische Kontaktierung erfolgt über Silicium-Durchkontaktierungen (sog. TSVs, Through Silicon Vias) mit den Gold-Kontakten des keramischen Wafers. Die MEMS-Strukturen können über die Fügung eines weiteren strukturierten LTCC-Wafers (sog. Cap-Wafer) zusätzlich auf Wafer-Level hermetisch gehaust werden.
Mit Hilfe der entwickelten Bondprozesses können sehr zuverlässige Bonds mit einer Scherfestigkeit der Fügung von > 114 N/mm² in hoher Ausbeute (> 90 %) zwischen den MEMS und den Keramik-Interposern generiert werden.
