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Prof. Dr.-Ing. Jens Müller

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INHALTE

SiCeram

Entwicklung eines vertikal integrierten 3D-Verbundsubstrates aus Silizium und Keramik als Plattform für das Bauelemente-Packaging

  • Laufzeit: 09/2009 - 05/2012
  • Förderung durch Thüringer Kultusministerium im Projekt “SiCeram” (B514-09026)
  • Partner: Fraunhofer Institut für Keramische Technologien und Systeme (FH IKTS), Hermsdorf (ehemals Hermsdorfer Institut für technische Keramik e. V.)
  • Ansprechpartner im Fachgebiet ET der TU Ilmenau: Dipl.-Ing. Michael Fischer

Im Verbundprojekt SiCeram soll ein hilfsstofffreies Silizium-Keramik-Verbundsubstrat (Silicon on Ceramics = SiCer) entwickelt werden, das über einen Sinterprozess bei 850°C im Waferformat hergestellt wird (http://silicon-on-ceramics.com/). Dieses Verbundsubstrat soll über integrierte elektrische Verbindungen durch das Silizium zur Keramik verfügen. Der Bondmechanismus zwischen den beiden Materialpartnern beruht auf der Herstellung eines nanostrukturierten Rasens auf der Siliziumoberfläche (so genanntes Black Silicon), der sich mit der noch ungesinterten Niedertemperaturkeramik durch einen Laminationsprozess verzahnt und im Brennprozess verfestigt wird. Nach der Sinterung bietet die frei liegende Siliziumoberfläche optimale Bedingungen für die Erzeugung typischer planarer Verbindungsstrukturen und Bauelemente mittels Dünnschichtprozessen und Fotolithografie. Die auf der Rückseite des Siliziums verbundene Mehrlagenkeramik auf Basis einer niedrigsinternden Keramik (LTCC) ermöglicht die dreidimensionale elektrische Verdrahtung sowie das Einbringen von Hohlräumen für Fluidikstrukturen (z.B. für eine aktive Kühlung über gefüllte Kanäle). Darüber hinaus lassen sich passive Bauelemente, wie Spulen, Kondensatoren und Widerstände in die LTCC integrieren. Die Rückseite der LTCC erlaubt alle typischen Montagetechnologien der mikroelektronischen Aufbau- und Verbindungstechnik (Löten, Drahtbonden, Kleben etc.) zur Bestückung mit integrierten Schaltungen bzw. zur Montage auf einer Leiterplatte. Um das Gesamtziel des Vorhabens zu erreichen ist es zwingend notwendig, Durchkontaktierungen im Silizium (engl.: Through Silicon Vias = TSV) zu realisieren, die eine kontaktsichere Anbindung zu Leiterbahnen bzw. Vias in der LTCC ermöglichen und darüber hinaus kompatibel zu den Dünnschichtfolgeprozessen sind. Diese Kompatibilitätsforderung beinhaltet neben Zuverlässigkeitsaspekten in der Verbindungsstelle auch Materialeinschränkungen, um Kontaminationen von Anlagen zu vermeiden, welche auch für andere Halbleiterprozesse eingesetzt werden (CMOS-Kompatibilität). Ein weiterer Schwerpunkt des Projektes ist deshalb die Entwicklung eines CMOS-kompatiblen LTCC Materials mit optimaler Anpassung des Temperaturausdehnungskoeffizienten an das Silizium (FH IKTS).