Reaktive Multischichtsysteme - ein innovatives Fügeverfahren zur Erzielung hermetisch dichter Verbindungen

Zur Realisierung hermetisch dichter Fügeverbindungen wurde mit dem ternären Zr/Si/Al-Schichtaufbau ein neuartiges reaktives Multischichtsystem (RMS) entwickelt, welches durch seine geringere Schwindung während der Legierungsbildung zu weniger Rissbildung neigt als das bisher kommerziell eingesetzte Ni/Al-System. Dieses ternäre System wurde dabei weltweit zum ersten Mal als Direktbeschichtung auf Bauteilen realisiert, sowie als freistehende Folie bis zu einer Gesamtdicke von 30 µm hergestellt. 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. Es wurde ein Prozess zum reaktiven Fügen von Borosilikatglas und Silizium erarbeitet, der zu deutlich reduzierter Rissbildung im RMS und in den zu fügenden Komponenten führt. Anhand der Deckelung eines Keramikgehäuses mit einem Chip aus Borosilikatglas konnten feinleckdichte Fügeverbindungen mit einer Leckrate von 2∙10-8 mbar∙l/sec erzielt werden.

New reactive multilayer systems (RMS) based on Zr/Si/Al with low shrinking behavior have been developed for the realization of hermetic bonds, as they show less cracks than commercial used Ni/Al systems. This ternary system was realized for the first time worldwide as a direct coating on components and as a free-standing film up to a total thickness of 30 µm. A conventional die bonder and wafer bonder have been equipped with additional components for reactive bonding under atmospheric and vacuum environment. The reactive bonding process of borosilicate glass and silicon with drastically reduced cracking within the RMS as well as within the mating parts has been developed. Ceramic packages have been covered by borosilicate glass lids, and leak-tight bonding with a leakage rate of 2∙10-8 mbar∙l/sec could be demonstrated.