Die Herstellung hochleistungsfähiger Detektoren, beispielsweise für Röntgenstrahlung oder hochenergetische Strahlung in der Materieforschung, erfordert fortschrittliche Montage und Packaging Technologien.
Konventionelle Konzepte wie Flip-Chip-Konzepte nutzen hierfür typischerweise schwere Metalle (wie Blei-Zinn- oder Gold-Zinn-Lote) und organische Materialien (Klebstoffe, Underfills) zur Verbindung der Detektor-Chips mit den Readout-ASICs. Diese Materialien sind zwar etabliert, stellen aber bei den stetig steigenden Anforderungen an Detektorperformance, Strahlungsresistenz und Langzeitstabilität zunehmend limitierende Faktoren dar. So steigt beispielsweise mit wachsender Ordnungszahl sowohl die Absorption als auch die Fluoreszenz- und Streulichtbeiträge der Metalle unter hochenergetischer Strahlung (z.B. Röntgen), was zu parasitären Effekten und Einschränkungen in der räumlichen und energetischen Auflösung der Detektoreinheiten führt. Die Entwicklung innovativer Verbindungstechnologien ist daher entscheidend, um die Grenzen heutiger Detektorsysteme zu überwinden und neue Anwendungsbereiche zu erschließen.
Ziel des neu gestarteten Forschungsprojektes ist die Entwicklung einer innovativen Flip-Chip-Technologie, die die Direktmontage von Detektor-Chips (MEMS- oder MOEMS-basiert) auf Readout-ASICs unter Verwendung von Aluminium als primärem Kontaktmaterial ermöglicht. Dieses Fügeverfahren zielt darauf ab, den Einsatz von schweren Metallen (wie Blei, Gold, Zinn) und organischen Materialien (Klebstoffe) zu vermeiden. Zudem soll das thermische Budget möglichst geringgehalten werden. Die CMOS-kompatible Front-End-Metallisierung mit Aluminium bzw. AlSi1 wird so optimiert, dass sie für ein neuartiges, materialarmes Flip-Chip-Thermokompressionsbonden geeignet ist. Im Ergebnis soll ein hochperformantes, strahlungsresistentes und ressourcenschonendes Package entstehen, welches die Vorteile von modernen Fügeverfahren mit den spezifischen Anforderungen von Quanten- und Strahlendetektoren optimal vereint und dabei vollständig CMOS-kompatibel bleibt.
Die beschriebenen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten wurden im Forschungsprojekt „Aluminium-Ultra-Niedrigtemperatur-Interconnects für Strahlungsdetektoren“ (ALUMINIS) durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) gefördert.
FKZ: 49MF260050
