ISBN 9783843906654

978-3-8439-0665-4, Reihe Elektrotechnik

Julian Kähler
Entwicklung eines Sinterverfahrens zur Chipmontage von Bauelementen und Sensoren für Hochtemperatur-Elektronik

169 Seiten, Dissertation Technische Universität Braunschweig (2012), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die vorliegende Arbeit stellt die Ergebnisse der Entwicklung eines platzierten Drucksinter-Verfahrens zur Chipmontage für Hochtemperatur-Elektronik vor. Diese Methode wurde speziell für den Aufbau von Hybridschaltungen und Sensoren entworfen, die in der Nähe des Bohrmeißels für die Prozessoptimierung bei der Realisierung von Tiefenbohrungen eingesetzt werden.

Ein wichtiges Anwendungsgebiet sind Geothermie-Projekte, in denen hohe Umgebungstemperaturen von 250 °C bei einer Bohrtiefe von bis zu 8000 m anvisiert werden. Hier stellt die Bohrtechnik eine Schlüsseltechnologie dar, um die Effizienz der geothermischen Stromerzeugung zu steigern. Voraussetzung hierfür ist jedoch, dass kommerzielle Messtechnik für das Bohren, die heute bis etwa 180 °C einsetzbar ist, auf die angestrebte Betriebstemperatur erweitert wird. Dies wird nun möglich durch das neue platzierte Drucksinter-Verfahren, da hiermit die Restriktionen herkömmlicher Verbindungstechniken in puncto Temperaturbelastbarkeit, Positioniergenauigkeit oder Prozessparameter überwunden werden und somit Hochtemperatur-Elektronik unter Erfüllung der geforderten Spezifikationen für Geothermie-Anwendungen realisiert werden kann.

Einen weiteren Schwerpunkt der Arbeit stellt die Konzipierung eines Hochtemperatur-Vibrationssensors dar, welcher zur Überwachung des Bohrfortschritts und zur Erhöhung der Zuverlässigkeit der Bohrsysteme eingesetzt werden soll.

Der piezoresistive Feder-Masse-Sensor wird in Silizium-Volumenmikromechanik gefertigt und basiert auf p-dotiertem „Double-Layer-Silicon-On-Insulator“ (DL-SOI)-Wafermaterial. Die Integration des Sensors auf einem Schaltungsträger erfolgt mit Hilfe des platzierten Drucksinter-Verfahrens. Für die anvisierte maximale Betriebstemperatur von 250 °C erfüllt der Sensor die Spezifikationen für Geothermie-Anwendungen.