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Projekte - Detailansicht

A05 - Optodisches Bonden und Eutektisches Bonden von Halbleiterchips auf Folie

Leitung:Prof. Overmeyer und Prof. Maier
Bearbeitung:Yixiao Wang und Sebastian Bengsch
Laufzeit:2013-2016
Förderung durch:DFG

Das langfristige Ziel des SFB/TRR 123 ist es, optische Quellen und Senken direkt im Polymer zu erzeugen. Möglichkeiten dazu werden im SFB/TRR 123 im Teilprojekt A03 und A04 erforscht. Mittelfristig ist allerdings die Verwendung halbleiterbasierter Quellen und Senken unumgänglich. Hybride Lösungen aus Halbleiter und Polymeren werden einen wesentlichen Teil der Anwendungen ausmachen. Insbesondere als Pumpquellen für Laser in der optischen Folie und zur Analyse von Spektren werden Halbleiterbauelemente weiterhin eine wichtige Rolle spielen.

Die Montage von Chips auf Folien ist beispielsweise im Bereich der RFID-Transponder Stand der Technik. Hierbei kommen allerdings wärmehärtende Kleber zum Einsatz, die entweder sehr lange Prozesszeiten benötigen oder nur auf temperaturbeständigen Substraten verwendbar sind. Der größte Vorteil des optodischen Bonden über die thermische Aushärtung ist der geringe thermische Einfluss. Dies ist insbesondere interessant für thermisch empfindliche Substratmaterialien wie Polymerfolien, z. B. PMMA, PET und PVC, um thermisch induzierte Beschädigungen zu vermeiden. Ziel dieses Teilprojekts ist es, einen Kontaktierungsprozess zu entwickeln, der kurze Prozesszeiten ermöglicht, ohne die Folie oder den Chip thermisch zu beanspruchen.

Im Teilprojekt A05 werden zwei Ansätze verfolgt, um den Chip mechanisch auf dem Foliensubstrat zu fixieren und somit eine optische Ankopplung zu erlauben. Ein mögliches Verfahren stellt die Verwendung UV-härtender Klebstoffe dar. Diese werden zur mechanischen Fixierung und wenn möglich zur elektrischen Kontaktierung verwendet. Das zur Härtung notwendige UV-Licht wird dabei durch die Folie hindurch eingebracht. Der zweite Ansatz ist das eutektische Bonden, wobei die nötige Wärmeenergie gering ist und mittels Laser örtlich und zeitlich so begrenzt eingekoppelt wird, dass das Foliensubstrat thermisch nicht beeinträchtigt wird. Bisherige Verfahren erreichen Festigkeiten von 20 N/mm² und mehr, dies wird auch in diesem Projekt angestrebt. Damit eine Beschädigung der optischen Folie vermieden wird, ist eine Prozesstemperatur unterhalb von 90°C anzustreben.

Für beide Prozessvarianten ist zu untersuchen, wie sich neben der elektrischen und mechanischen Verbindung die optische Kontaktierung zuverlässig gewährleisten lässt. Im Falle der UV-härtenden Kleber dient der Kleber gleichzeitig als optisches Übertragungsmedium. Beim eutektischen Bonden wird nach dem Bondprozess ein geeigneter Underfill verwendet, der optisch an den Chip und an das Substrat angepasst ist. Die optische Verbindung zwischen Lichtwellenleiter und Chips können auch mit Hilfe von Tintenstrahl-Drucken (siehe B01) realisiert werden. Darüber hinaus ist geplant, die Ein- und Auskopplung des Lichts durch das Einprägen von Koppelstrukturen in die Kontaktstelle zu verbessern (vgl. B04).

Für die Signalübertragung werden halbleiterbasierte LED, Laser- oder Photodioden im Wellenlängenbereich von 400 nm bis 1.100 nm auf deren Eignung hin untersucht. Abbildung 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau der in diesem Projekt zu lösenden Aufgaben.

Für optodisches Bonden mittels UV-härtenden Klebstoffen wurde eine Lichtquelle mit einer externen LED-UV Lampe aufgebaut und in eine Flip-Chip-Bonden Montagevorrichtung integriert. Abb. 3 (links) zeigt die schematische Darstellung des experimentellen Aufbaus, in dem die Beleuchtung von unten geführt wird, während die Beleuchtung in der Abb. 3 (rechts) mit LED-UV Lampen von oben realisiert wird.

Für eutektisches Bonden soll die Technologieentwicklung zur Montage der Chips auf der Folie in zwei Schritten erfolgen. In einem ersten Schritt werden die Chips auf einem Si-Träger konventionell aufgebracht und dieser Träger mit der Folie verbunden. Mit diesem Vorgehen ist die Funktion der verwendeten Komponenten sichergestellt und die Problemstellung ist auf den Kontaktbereich reduziert. Damit stehen früh im Verlauf des Transregios bereits Quellen und Senken zur Erprobung der polymerbasierten Strukturen der anderen Teilprojekte zur Verfügung. In einem zweiten Schritt sollen die Chips direkt mit der Folie verbunden werden. Hierzu werden die zuvor mit dem Si-Träger entwickelten und erprobten Verfahren verwendet und weiterentwickelt. Der Si-Träger dient als Umverdrahtungsvehikel zwischen dem Chip und der optischen Folie.

Für die beiden Prozessvarianten liegt der Fokus in der Untersuchung von Methoden, um eine sichere und zuverlässige Anbindung von LED, Laser- oder Photodioden an eine optische Folie zu realisieren.

 

 

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