Wafer-Bonding verstehen:Der Kernprozess für MEMS, NEMS und Mikroelektronik

Beim Waferbonden handelt es sich um den Prozess der Herstellung eines Geräts für ein mikroelektromechanisches System (MEMS), ein nanoelektromechanisches System (NEMS) oder ein opto- oder mikroelektronisches Objekt. Ein „Wafer“ ist ein kleines Stück halbleitendes Material wie Silizium, das zur Herstellung von Schaltkreisen und anderen elektronischen Geräten verwendet wird. Beim Bonden werden die mechanischen oder elektrischen Bauteile mit dem Wafer selbst verschmolzen, wodurch der fertige Chip entsteht. Das Waferbonden ist umweltabhängig, was bedeutet, dass es nur unter einer strengen Reihe sorgfältig kontrollierter Bedingungen stattfinden kann.

Um den Prozess des Waferbondens durchführen zu können, sind drei Dinge erforderlich. Das erste ist, dass die Substratoberfläche – der Wafer selbst – frei von Problemen sein muss; Das bedeutet, dass es flach, glatt und sauber sein muss, damit die Verklebung erfolgreich erfolgen kann. Darüber hinaus müssen die zu verklebenden elektrischen oder mechanischen Materialien frei von Mängeln und Fehlern sein. Zweitens muss die Temperatur der Umgebung je nach verwendeter Klebemethode genau eingestellt werden. Drittens müssen der Druck und die angewandte Kraft beim Kleben genau sein, um eine Verschmelzung zu ermöglichen, ohne dass die Möglichkeit besteht, dass wichtige elektronische oder mechanische Teile reißen oder anderweitig beschädigt werden.

Abhängig von der spezifischen Situation und den Arten der zu verbindenden Materialien gibt es eine Reihe unterschiedlicher Wafer-Bondtechniken. Beim Direktbonden handelt es sich um eine Verbindung ohne Zwischenschichten zwischen der Elektronik und dem Substrat. Beim plasmaaktivierten Kleben hingegen handelt es sich um ein direktes Klebeverfahren, das für Materialien mit hydrophilen Oberflächen verwendet wird, d. h. Materialien, deren Oberflächen von Wasser angezogen und von diesem aufgelöst werden. Beim Thermokompressionsbonden werden zwei Metalle durch Kraft- und Wärmeeinwirkung miteinander verbunden und im Wesentlichen „zusammengeklebt“. Zu den weiteren Verbindungsmethoden gehören Kleben, reaktives Kleben und Glasfrittenbonden.

Sobald die Wafer miteinander verbunden sind, muss die verbundene Oberfläche getestet werden, um festzustellen, ob der Prozess erfolgreich war. Normalerweise wird ein Teil der während einer Charge erzeugten Ausbeute sowohl für zerstörende als auch für zerstörungsfreie Prüfmethoden reserviert. Mit zerstörenden Prüfverfahren wird die Gesamtscherfestigkeit des Endprodukts geprüft. Mithilfe zerstörungsfreier Methoden wird beurteilt, ob während des Klebevorgangs Risse oder Anomalien aufgetreten sind, um sicherzustellen, dass das Endprodukt frei von Mängeln ist.

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