Metallische Niedertemperatur-Verbindungstechnik für MEMS-Sensoren und Aktoren

Die Arbeit befasst sich mit der Erprobung der Niedertemperatur-Verbindungstechnik (NTV) in der Sensorik und Aktorik und damit in einem neuen Anwendungsgebiet. Die diffusionsgetriebenen NTV Transient-Liquid-Phase-Bonden (TLP) und Silber-Sintern haben die positive Eigenschaft, dass sie eine metallische Fügestelle erzeugen, die im Betrieb einer höheren Temperatur widerstehen kann, als für den Prozess benötigt wird. Der größte Vorteil der niedrigen Temperatur ist der, im Vergleich zu ähnlich temperaturstabilen Fügetechniken, geringere thermo-mechanische Stress im Aufbau. Bei Sensoren und Aktoren, die in ihrem Ausgangsverhalten oft gegen Stress empfindlich sind, könnten sich dadurch positive Effekte wie z. B. ein geringerer Signaloffset ergeben. Allerdings sind zu diesen Anwendungen bisher wenig Beispiele einer Verwendung von NTV bekannt.
Berücksichtigt wurden bei der Bearbeitung Aspekte der Prozessführung mit Fügepartnern in unterschiedlichen Kombinationen von Material und Oberflächen sowie der Prozessparameter, genauso wie die Frage nach der Zuverlässigkeit, dem thermo-mechanischen Stress und der Anwendung auf verschiedene Mikrosysteme aus dem Bereich der Sensorik und Aktorik. Dabei wurden unter anderem auch FE-Simulationen angewendet, für die bei den AgSn-TLP-Schichten in der gewählten Zusammensetzung zunächst ein viskoplastisches Materialmodell experimentell bestimmt werden musste. Gemeinsam mit verschiedenen anderen Untersuchungen (u. a. Scherfestigkeit und Metallographie) konnte damit an Testmustern sowie funktionalen Bauteilen der thermo-mechanische Vorteil gegen vergleichbare Technologien wie dem eutektischen AuSn-Löten und die thermische Stabilität bis zu 350 °C nachgewiesen werden.