Substrat für IR-Detektor Arrays – Entwicklung eines Substrates für einen neuartigen Sensorchip zur integralen und ortsaufgelösten Detektion von IR-Wärmequellen (nach dem Bolometerprinzip) im Wellenlängenbereich von 4µm bis 7µm.

Förderung durch die Bundesrepublik Deutschland im Rahmen des Programmes InnoWatt des Bundeswirtschaftsministeriums, Förderkennzeichen IW060341, Laufzeit 01.03.2006 – 31.03.2008

Im Projekt geht es um die Entwicklung eines Substrates für einen neuartigen Sensorchip zur integralen und ortsaufgelösten Detektion von IR-Wärmequellen (nach dem Bolometerprinzip) im Wellenlängenbereich von 4µm bis 7µm. Als neuartige Lösung soll auf dieses eine temperatursensitive CrNi-Schicht ( Rf > 10 Ohm/sq, TK: 3800ppm/K) als Detektormaterial aufgebracht werden. Im Projekt ist hierfür eine Subtratstruktur in Form eines Membranarrays auf Waferebene zu entwickeln. Die Membranstruktur ist zum einen spannungsarm auszuführen und so auszulegen, dass eine spannungsarme Ankopplung an die aufzubringende Detektorschicht aus CrNi ermöglicht wird.

Die CrNi-Schicht  kann im Vergleich zu bisher eingesetzten Bolometersensoren haftfest mit geringen Schichtdicken (150nm) aufgebracht werden und selektiv hochauflösend strukturiert werden. Damit sind Messwiderstände im Bereich von 10 KOhm auf Flächen < 0,2 mm² realisierbar. Die Hochohmigkeit der Messwiderstände ermöglicht ein leistungsminimiertes Messen.

Für solche Sensoren eröffnet sich eine Vielzahl von Anwendungen sowohl im Kraftfahrzeug-Innenraum als auch zur Detektion von Infrarotstrahlung im Umfeld des Kfz. Ein wichtiger Einsatzbereich ist beispielsweise in der Automobiltechnik die Erkennung der Anwesenheit bzw. der Sitzposition von Insassen in Kraftfahrzeugen, um gegebenenfalls den Airbag abschalten zu können.
Eine wichtige Randbedingung resultiert aus der Forderung, dass die Herstellung der Thermosensoren in einer auf die Produktion von Si-basierten MEMS und Dünnschichtstrukturen  ausgerichteten Fertigungsumgebung durchgeführt werden muss. Entsprechend ergeben sich Anforderungen an die Kompatibilität der Materialien sowie der Fertigungsprozesse zur Siliziumprozesierung.

Sensoren für den Hochtemperatureinsatz – Entwicklung von Häusungstechniken für Mikrosensoren und Mikrosysteme mittels Weichlöten und Lotauftrag mittels Kaltgasspritzen, Verbundpartner: ifw GmbH, Siegert TFT GmbH, Microhybrid electronic GmbH, Zentrum für Material- und Umwelttechnik GmbH ZMU / Freiberg

Förderung durch die Bundesrepublik Deutschland im Rahmen des Programmes ProInno des Bundeswirtschaftsministeriums, Förderkennzeichen KF 0131704 WM5, Laufzeit 01.03.2006 – 31.03.2008

Ziel des geplanten Projektvorhabens ist die Entwicklung neuer hochtemperaturstabiler Sensoren, wobei das Novum in der Herstellung der hermetisch dichten, duktilen und hochtemperaturfesten (Einsatztemperaturen von -40°C bis 200°C) Fügeverbindungen zur hermetischen Häusung (Keramik mit Keramik oder Metall mit Silizium) mikroelektronischer bzw. mikrotechnischer  Baugruppen besteht. Als Verfahren wird das Weichlöten favorisiert. Zum einen werden damit gegenüber z. B. dem Kleben wesentlich stabilere Fügeverbindungen bzgl. Temperaturfestigkeit und Hermetizität erzielt. Zum anderen ist die Belastung der empfindlichen Bauteile (z. B. Si-Sensoren) durch die Prozesstemperatur unkritisch gegenüber z. B. Hartlöten oder Löten mit Glasloten. Der innovative Kern des Projektvorhabens ist die Anwendung des Kaltgasspritzens zum Auftrag bleifreier Lote und die dazu abgestimmte Entwicklung der Metallisierungsschichten, der  Lötverfahrenstechnik und die Anpassung der Anlagentechnik.

Anwendungen sind Einhausungen und das Packaging für Mikrosensoren und Mikrosysteme, welche extremen Umgebungsbedingungen ausgesetzt sind. Hierzu gehören Temperaturbelastungen, Verschmutzungen, Ölnebel, Staub, Feuchtigkeit, elektrische Einstreuungen und mechanische Belastungen. Mikrosysteme besitzen oftmals empfindliche Bauteile, welche diesen Bedingungen nicht standhalten. Dadurch ergeben sich zum Teil konträre  Forderungen, welche nur durch ein geeignetes Packaging zu bewältigen sind. Zum einen müssen die Gehäuse als Schnittstelle zur Umwelt den erhöhten Anforderungen standhalten und die sensiblen Bauteile schützen. Andererseits sind aber die Fertigungsverfahren, insbesondere zum Verschluss der Gehäuse, so auszulegen, dass die empfindlichen Bauteile während des Fertigungsprozesses nicht beschädigt oder gar zerstört werden.

Entwicklung einer Anodisch gebondeten, keramischen Druckmesszelle auf piezoelektrischer Basis,Substratmaterial: LTCC-Keramik, Sensorelement: Si

Förderung durch die Bundesrepublik Deutschland im Rahmen des Programmes InnoWatt des Bundeswirtschaftsministeriums, Förderkennzeichen IW060340, Laufzeit 01.01.2006 – 28.02.2008

Ziel des Projektvorhabens ist die Entwicklung einer neuartigen Druckmesszelle aus LTCC-Keramik als Substratmaterial und einem sensitiven Element aus Silizium. Die innovative Lösung besteht darin, dass das Keramiksubstrat mit dem Si-Chip ohne Zwischenschichten Anodisch gebondet wird. Bei bisherigen Lösungen wurde die Verbindung durch Kleben hergestellt oder ebenfalls durch Anodisches Bonden, allerdings unter Verwendung von Glas als Detektormaterial. Die neue Lösung gestattet die Verbindung der Vorteile des Werkstoffes Glaskeramik mit den Vorteilen Anodisch gebondeter Verbindungen. Die Messzelle soll vor allem beständig gegenüber bestimmten aggressiven Medien (Säuren, Laugen) sein. Anwendungen ergeben sich vor allem im Bereich der chemischen Industrie, des Rohrleitungs- und Dampfkesselbaus, aber auch im Bereich der Bio- Technik. Das Anodische Bonden von LTCC-Keramik mit Silizium wurde bereits in anderen Projekten erfolgreich entwickelt und erprobt.

Entwicklung Mikromechanischer Beschleunigungsschalter zur Stoßdetektion (Schaltschwelle > 500g)
Förderung durch die Bundesrepublik Deutschland im Rahmen des Programmes InnoWatt des Bundeswirtschaftsministeriums, Förderkennzeichen IW060071, Laufzeit 01.03.2006 – 31.03.2008

Ziel des Projektvorhabens ist die Entwicklung von langzeitbeständigen, mikrotechnischen Beschleunigungsschaltern zur Detektion hoher Beschleunigungswerte (mehrere 100 g), welche bei Überschreitung eines Schwellwertes der Beschleunigung einen elektrischen Kontakt auslösen. Anwendungen für solche Beschleunigungsschalter sind z.B. Aufgaben der Stoßdetektion im Bereich der Transportüberwachung sowie bei der Motor- und Getriebeüberwachung. Durch einen extrem geringen Stromverbrauch (praktisch nur bei Schaltvorgängen) soll der Einsatz in energieautarken Anwendungen , wie z. B. Datenloggern, ermöglicht werden.

Mikrostrukturierte und anodisch bondbare Glaskeramiken für optische und sensorische Anwendungen – Entwicklung und erfolgreicher Test eines Verfahrens zum Anodischen Bonden von Glas mit Silizium ohne Zwischenschichten (neu) Förderung durch die Bundesrepublik Deutschland, Förderkennzeichen 03WKF01F, Laufzeit 30.09.2001 – 31.12.2003

Das Anodische Bonden von Glaskeramik mit Silizium wurde im Rahmen des vom BMBF geförderten Verbundprojektes MABOGOS - Mikrostrukturierte und anodisch bondbare Glaskeramiken für optische und sensorische Anwendungen - entwickelt und erfolgreich getestet. Neu ist hierbei die Werkstoffpaarung Glaskeramik und Silizium. Diese Werkstoffpaarung eröffnet in Verbindung mit der Fügetechnologie Anodisches Bonden eine Reihe neuer Anwendungen im Bereich der Mikrosystemtechnik und Mikrosensorik vor allem dort, wo es um höhere Temperaturbelastbarkeiten und chemische Beanspruchungen geht und z.B. das Kleben als Fügeverfahren ungeeignet ist. Anwendungen wurden z.B. im Bereich Beschleunigungssensorik bearbeitet. Weitere Anwendungen im Sensorikbereich (z. B. Drucksensorik)  werden durch Folgeprojekte erschlossen.

Löten mikrooptischer und optoelektronischer Komponenten, Teilprojekt ifw: Weichlöttechniken für optoelektronische und optische Komponenten, Förderung durch das Land Thüringen, Förderkennzeichen B 409-01003, Laufzeit 01.07.01 – 30.06.03

Im Projekt LOMO konnte das Weichlöten als geeignetes Verfahren zum Einhausen und zum Fügen von Komponenten der Mikrooptik und Mikrosensorik, welche höheren Temperaturbeanspruchungen ausgesetzt sind, qualifiziert werden. Am ifw wurden dabei Technologien zum flussmittelfreien Weichlöten unter Gasatmosphäre und Vakuum entwickelt. Die konträren Forderungen nach Flussmittelfreiheit und Bleifreiheit einerseits und nach Vakuum- und hoher Temperaturbeständigkeit andererseits stellten einen hohen Anspruch an die Verfahrensentwicklung dar. Dieser Anspruch konnte durch intensive Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten im Rahmen des bearbeiteten Projektes und mit Hilfe der angeschafften Technik mit hoher Effizienz erfüllt werden. Das geschaffene Know-how auf dem Gebiet des Weichlötens eröffnet dem ifw zahlreiche Möglichkeiten für Dienstleistungsangebote und die Vermarktung der entwickelten Technologien und bildet  darüber hinaus die Basis für weitere Forschungsaktivitäten mit Kooperationspartnern.

Produktionstechniken für Mikrosensensoren und ihre Integration in elektronische Systeme, Förderung durch die Bundesrepublik Deutschland, Förderkennzeichen ?! 2309, Laufzeit 01.07.2000 – 30.09.2002

Von herausragender Bedeutung für das ifw und den Bereich Mikrotechnik war das internationale Verbundprojekt EUREKA FACTORY PAMIS: Produktionstechniken für Mikrosensensoren und ihre Integration in elektronische Systeme. Das ifw fungierte hierbei, vertreten durch den Bereich Mikrotechnik, als Leiter und Koordinator eines Konsortiums von 17 europäischen Partnern einschließlich Russland. Das Projekt wurde von 1999 bis 2002 bearbeitet und erfolgreich abgeschlossen. Im Projekt konnte gezeigt werden, dass durch eine europäische Kooperation die Fertigung von Mikrosensoren in kleinen und mittleren Stückzahlen wirtschaftlich möglich ist und internationale Wertschöpfungsketten zu einer Effizienzsteigerung bei der Entwicklung, Herstellung und
Vermarktung von Produkten der Mikrosensorik beitragen können. Demonstriert wurde dies an Produkten am Projekt beteiligter Partner. Produktbeispiele waren unter anderem Beschleunigungssensoren, Stromsensoren, Dehnungssensoren und Drucksensoren.

Das ifw konnte bei der Bearbeitung des Projektes PAMIS seine Kompetenzen im Bereich der Beschleunigungssensorfertigung und auf dem Gebiet der internationalen Zusammenarbeit wesentlich stärken. Nicht zuletzt konnte eine Reihe neuer Kooperationsbeziehungen aufgebaut und weiterentwickelt werden.