Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

Laserbasiertes Packaging

© Fraunhofer ILT, Aachen.

Laserbasierte Packaging-Prozesse unterstützen mit ihrem lokalen Energieeintrag die fortschreitende Erhöhung der Integrationsdichte hochempfindlicher, funktionaler Elemente in miniaturisierten Mikrosystemen. Verfahren wie das Laserlöten, Glaslot-Bonden, Laserstrahl-Bonden für transparente und metallische Werkstoffe oder das Mikroschweißen stellen präzise Verbindungstechnologien dar, die den ständig wachsenden Anforderungen im Packaging-Bereich gerecht werden.

Das Laserstrahllöten etwa ist eine Methode, die hohe Flexibilität bei der Herstellung von hochdichten Schaltkreisen bietet; sie verbessert die thermische Leistungsfähigkeit von elektronischen Bauteilen. Durch die präzise Steuerung des Laserstrahls können hochfeste Verbindungen hergestellt werden, wodurch eine zuverlässige und langlebige Chipmontage gewährleistet wird.

Glaslot-Bonden

Laserbasiertes Glaslot-Bonden eröffnet neue Perspektiven für die Integration von Glas-Substraten in Mikroelektronik-Designs. Durch präzises Schmelzen und Verbinden mittels Laserstrahlung entstehen robuste und hermetisch versiegelte Gehäuse, die eine ausgezeichnete Langzeitstabilität und Schutz vor äußeren Einflüssen bieten.

Das laserbasierte Bondverfahren beruht auf den Einsatz eines für die Laserstrahlung absorbierenden Glaslotes, das einen lokal definierten Eintrag der Strahlungsenergie bewirkt. Dieser selektive, auf die Fügezone begrenzte Energieeintrag ermöglicht die Herstellung von belastbaren, hermetischen Verkapselungen, ohne dabei die hochempfindlichen, funktionalen Elemente thermisch zu belasten und zu schädigen. Prozesszeiten von wenigen Sekunden sind für das Verkapseln kleiner Systeme typisch.

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Mikroschweißen

Laserstrahlmikroschweißen ist eine präzise und schonende Methode, die zum Verbinden von dünnen Metallkomponenten in der Mikroelektronik eingesetzt wird. Durch gezielte Energiezufuhr des Lasers wird eine lokale Erwärmung erreicht, die eine kontrollierte Schmelze und Verbindung der Bauteile gewährleistet, ohne benachbarte Komponenten zu beschädigen. Damit können Fügezonen mit Schweißnahtbreite  < 200 µm bei sehr geringer Temperaturbelastung des Gesamtbauteils erreicht werden. Das Verfahren eignet sich daher besonders für das Verkapseln von Mikrosystemen mit beweglichen Strukturen und thermisch empfindlichen Komponenten.

Laserstrahl-Bonden

Das Laserstrahl-Bonden beruht auf dem Prinzip des Transmissionsfügens und eignet sich für die Verbindung von Glas-Glas, Glas-Silizium sowie Silizium-Silizium Wafern mit hoher Oberflächengüte. Dabei wird die Verbindung zweier Wafer erzielt, indem einer der Wafer die Laserstrahlung transmittiert, während der zweite bzw. eine aufgebrachte Zwischenschicht die Strahlung absorbiert. Die absorbierte Strahlung wird in thermische Energie umgewandelt, wodurch ein lokaler Schmelzvorgang induziert wird und eine stoffschlüssige Verbindung entsteht. 

Aber auch metallische Werkstoffe können durch Laserstrahlen miteinander verschweißt werden, wodurch sich eine zuverlässige, hochfeste Verbindungstechnik für elektronische Bauteile ergibt. Diese Methode ermöglicht das schnelle und präzise Fügen von Materialien unterschiedlicher Art und Dicke, ohne dass zusätzliche Lötlegierungen oder Flussmittel erforderlich sind.

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