Felix Heinrich & Jan Lingner

Zuverlässiger Wafer Bondprozess

Im Bereich der Wafer-Messtechnik werden im Rahmen von Kundenaufträgen und Forschungsprojekten an Bauteilen oder Strukturen eines Wafers elektrische Messgrößen wie z.B. Widerstände, Kapazitäten, Induktivitäten oder Resonanzfrequenzen ermittelt. Mit zuvor spezifizierten „Erwartungswerten“ dieser Messgrößen kann eine Prozess- bzw. Endkontrolle der Wafer erfolgen, bevor diese an den Kunden ausgeliefert oder im Reinraum weiter prozessiert werden.

Abgesehen von der Durchführung der Messungen zählen die kontinuierliche Weiterentwicklung bzw. Anpassung der Software- und Hardwareumgebung an neue Forschungsthemen und Kundenaufträge zu den Tätigkeiten der Mitarbeiter der Wafer-Messtechnik.

Die elektrische Kontaktierung der zu messenden Strukturen auf dem Wafer erfolgt aufgrund der geringen Abmessungen der Anschlusspads mit Nadeln, die unter einem Mikroskop ausgerichtet werden (s. Abbildung).  

Gyro-Wafer
Abklingkurve 1D-Gyro

Viele Jahre (2004 - 2012) wurden am ISIT mit dem PSMX-2 Prozess Inertialsensoren wie z.B. Drehratensensoren (Gyroskop) und Beschleunigungssensoren gefertigt. Drehratensensoren bestehen aus einer beweglichen Struktur, die in einem Vakuum verkapselten Gehäuse in resonanter Schwingung betrieben werden. Die Vakuumverkapselung auf Waferebene (Waferbonden) ist für die Funktion unverzichtbar und stellt daher eine Schlüsseltechnologie dar (siehe Abbildung Gyro-Wafer).

Die Herausforderung beim Waferbonden besteht darin eine zuverlässige und über einen langen Zeitraum haltbare hermetische Verbindung herzustellen.

Die Qualität der Bondverbindung kann mit einer Gütefaktor Messung (Q-Faktor Messung) bestimmt werden, die Rückschlüsse auf den Innendruck zulässt. Dazu wird die Struktur in seine resonante Schwingung versetzt und mit dem Abschalten des Antriebssignals die Abklingkurve gemessen. Je geringer der Innendruck ist, desto länger kann die bewegliche Struktur ausschwingen. Bei einem erhöhten Innendruck wird die Struktur stärker ausgebremst. Im Falle einer fehlerhaften Bond- Verbindung würde Umgebungsluft eindringen, der Innendruck steigen und die Abklingkurve schneller zum Stillstand kommen.

Nach nun fast 10 Jahren nach seiner Fertigung konnten wir anhand einer Q-Faktor Messung zeigen, dass die bewegliche Struktur eines Drehratensensors unverändert ausschwingt (siehe Abbildung Abklingkurve 1D-Gyro). Das heißt der Innendruck ist konstant geblieben!