Neuer Prozess für bessere und billigere LEDs & Co.

Led, RGB, Array Bildquelle: Matt Mets / Flickr
Die Herstellung von Mikroelektronik kann durch den Einsatz von Gold, Kupfer oder Zinn und speziellen Galvanik-Prozessen deutlich vereinfacht und auch ihre Funktionsweise verbessert werden. Vor allem die LED-Industrie könnte von der Entwicklung des Fraunhofer-Instituts für Mikroelektrische Schaltungen und Systeme (IMS) profitieren. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Halogen- oder Xenon-Lampen benötigen die Licht emittierenden Dioden Hardware-Treiber. Deren wichtigste Aufgabe liegt darin, die Leuchtdioden konstant mit Strom zu versorgen. Zudem sollen sie komplexe Aufgaben übernehmen und zum Beispiel mehrere LEDs in Serie ansteuern oder aber einzelne mehrstufig schalten.

Die Anforderungen an diese Treiber sind hoch: Sie sollen den vergleichsweise hohen Temperatur- und Spannungsschwankungen trotzen oder je nach Einsatzgebiet auch gegen aggressive Chemikalien resistent sein. Um eine zuverlässige Leuchtkraft zu garantieren, muss durch die Schaltkreise der LED-Treiber ein höherer Strom fließen. Die von den Fraunhofer-Forschern entwickelte Methode soll nun helfen, die passenden Chips für solche Anwendungen zu bauen. Es basiert auf der Galvanisierung, einem Prozess in der Halbleiterindustrie, bei dem man spezielle Metalle auf den Halbleitern abscheidet.

Dabei setzt man insbesondere auf Kupfer. "Damit können wir noch mehr Strom durch die Chips fließen lassen", erklärte Holger Vogt vom IMS. Das ist wichtig, denn für die meisten Anwendungen müssen die Chips immer kleiner werden - der Strom, der durch sie fließt, bleibt aber gleich. Allerdings ist die Integration von neuen Materialien wie eine Kupferschicht nicht ohne weiteres möglich, da den gewöhnlichen Prozessen zur Herstellung von Chips Grenzen gesetzt sind.

Die IMS-Forscher haben deshalb eigens eine Fertigungslinie für das Post-Processing aufgebaut, um die Chips auf den Substratwafern anschließend je nach Anwendungsbedarf verbessern zu können. Neben Kupfer sind die Ingenieure in der Lage, auch andere Metalle oder Verbindungen wie Kupfer-Zinn oder Gold-Zinn auf Chips abzuscheiden, mit denen sich wiederum andere Bauelemente besser fertigen lassen.

"Diese Schichten sind lötbar", so Vogt. Das bietet einen erheblichen Vorteil: Direkt auf dem Wafer kann man beispielsweise einen Deckel auf den Chip löten. "Das Ergebnis ist das kleinste Gehäuse für einen Chip, das man haben kann", führte Vogt aus. Damit lassen sich sensible Sensoren umschließen und schützen, ohne deren Funktionsweise zu beeinträchtigen.

Ein Beispiel sind Bolometer, Sensoren, die zur Temperaturmessung dienen. Weil die Gehäuse für Bolometer für eine unverfälschte Messung auch noch unter Vakuum gelegt werden müssen, war deren Fertigung bisher sehr aufwändig und damit teuer. Mit Hilfe des MST Lab & Fab lassen sich jedoch kostengünstige und damit massentaugliche Gehäuse herstellen.

Zudem ist es den Forschern im MST Lab & Fab möglich, komplexe Bauelemente innerhalb eines Gehäuses zu produzieren. Über die Galvanisierung mit Kupfer können sie zwei Chips miteinander verlöten, etwa einen Opto-Chip mit hochempfindlichen Photosensoren mit einem CMOS-Chip, der einzelne Photonen messen kann. Solche mikroelektronischen Bauelemente eignen sich beispielsweise für Nachtsichtgeräte oder für lichtarmen Mikroskopie-Anwendungen. Led, RGB, Array Led, RGB, Array Matt Mets / Flickr
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