Reaktives Mikrofügen und Packaging - mechanische, thermische und elektrische Funktionalitäten

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jens Müller; Professor Dr.-Ing. Steffen Wiese
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Mikrosysteme
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426204742

In Weiterführung des vorhergegangenen Projekts wird die Anwendung reaktiver metallischer Mehrschichtsysteme (engl. Reactive Multilayer Systems RMS) im Bereich von mikroskaligen Verbindungen der Aufbau- und Verbindungstechnik der Elektronik untersucht. Im Fokus steht dabei das Potenzial der Nutzung von reaktiven Multilagen, um einen angestrebten Verbindungsprozess über eine vordefinierte Lagenstruktur bzw. Morphologie für Fügepartner mit niedrigen bzw. stark differierenden Wärmeleitfähigkeiten einstellen zu können. Während die überwiegende Mehrheit der bisherigen Untersuchungen auf dem Gebiet des RMS-Bondens stets das Verbinden von Si mit SI, Metall mit Metall und Si mit Metall untersucht hat, konzentrierten sich die Untersuchungen in diesem Projekt auf das reaktive Bonden von zwei keramischen LTCC-Substraten oder von Silizium mit LTCC-Substraten. Die aus dem Vorprojekt gewonnene Erkenntnis, dass neben der Wärmeleitfähigkeit auch die Oberflächenrauhigkeit einen entscheidenden Einfluss auf die Ausbildung der direkt abgeschiedenen reaktiven Multilagenschichten und nachfolgend auf den Reaktionsprozess hat, wird in den Untersuchungen einbezogen.Aufgrund der teilweise unerwarteten Erkenntnisse, die in der ersten Projektphase gewonnen werden konnten, werden die ursprünglichen Ziele des Folgeprojekts stärker auf die Entwicklung eines besseren Verständnisses der Adhäsionsmechanismen für das RMS-Bonden von thermisch niedrig leitenden Substraten wie den verwendeten Glaskeramiken ausgerichtet. Es soll ein Modell entwickelt werden, das die wechselseitigen Beziehungen zwischen Randbedingungen (Wärmeleitfähigkeit, Rauhigkeit, Schichtdicken, etc.) und Prozessparametern (Reaktionsgeschwindigkeit und Temperatur) und deren Auswirkung auf die Fügehaftung beschreibt. Auf der experimentellen Seite geht dies mit der Entwicklung eines neuartigen In-situ-Testsubstrats einher, das eine direkte Temperaturmessung während der Reaktion an der Verbindungsstelle mit Thermoelementen anstelle von eingebetteten und isolierten Thermistoren ermöglichen soll. Darüber hinaus zielt die zweite Phase auf strukturiertes, lokalisiertes RMS-Bonden ab, im Gegensatz zu früheren Experimenten, bei denen große, unstrukturierte Bereiche verwendet wurden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen