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Hermetisches Fügen von MEMS-basierten Bauelementen mithilfe reaktiver Multischichtsysteme (RMS)

Hermetically joined MEMS-based devices using reactive multilayer systems (RMS)
 
: Pflug, Erik; Dietrich, Georg; Leson, Andreas; Schumacher, Axel; Knappmann, Stephan; Dehe, Alfons

Schweißen und Schneiden 71 (2019), Nr.10, S.678-683
ISSN: 0036-7184
Deutsch
Zeitschriftenaufsatz
Fraunhofer IWS ()
aluminium; MEMS; Reaktionssystem; Vakuum; Multischicht; Versuchsprogramm; Chip; Bauelement; Verkapselung; Montage; Schwindung; Nickel; Zirkonium; Rissbildung; Fügen; Borosilikatglas; Silicium

Abstract
Zur Realisierung hermetisch dichter Fügeverbindungen in der Mikroverbindungstechnik wurden mit Zirkonium(Zr)/Silicium(Si)/Aluminium(Al) neuartige reaktive Multischichtsysteme entwickelt, die durch ihre geringere Schwindung während der Legierungsbildung zu weniger Rissbildung führen als die gebräuchlichen Nickel(Ni)/Aluminium(Al)-Systeme. Vorhandene Prozessgeräte zur Montage von Bauteilen, Einzelchips und von ganzen Wafern wurden mit Zusatzkomponenten versehen, um reaktive Fügeprozesse sowohl an Luft als auch im Vakuum durchführen zu können. Im Rahmen eines Versuchsprogramms mit Testsubstraten aus Silizium und Borosilikatglas wurde ein Prozess zum reaktiven Fügen erarbeitet, der zu deutlich reduzierter Rissbildung im Reaktivschichtsystem und in den zu fügenden Komponenten führt. Anhand der Verkapselung eines Keramikgehäuses mit einem Chip aus Borosilikatglas konnte eine feinleckdichte Fügeverbindung erzielt werden.

 

For the realization of hermetically sealed joints, Zr/Si/Al was used to create new reactive multilayer systems, which, thanks to their lower shrinkage during alloying leads to less cracking than the usual Ni/Al systems. Existing process equipment for the assembly of components, Individual chips and entire wafers was equipped with components for reactive joining processes both in air and in vacuum. To be able to carry out the assembly as part of an experimental program with test substrates made of silicon and borosilicate glass, a process for reactive joining has been developed, which results in significantly reduced cracking in the reactive layer system and in the components to be joined. Based on the capping of a ceramic housing with a chip made of borosilicate glass a fine leak-proof joint could be achieved.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-589578.html