Aktuelle Projektergebnisse

Neuartiger Ultraschallwandler auf Basis kapazitiv angesteuerter mikro-elektro-mechanischer Bauelemente

Abb. 1: Ultraschall-Sensorkopf auf Basis eines CMUT-Chips mit elektrisch einstellbarem Tiefenfokus
Abb. 2: Ultraschall-Sensorkopf auf Basis eines CMUT-Chips mit individuell elektrisch ansteuerbaren Aktuator-Sensor-Kanäle (links) die als konzentrische Ringe ausgebildet sind (Mitte) sowie Simulation des einstellbaren Ultraschallfeldes (rechts)

Ein Beispiel, welches die Zusammenarbeit im LZ Mikro/Nano sehr gut illustriert, ist die Realisierung neuartiger Ultraschallwandler auf Basis kapazitiv angesteuerter mikro-elektro-mechanischer Bauelemente (Capacitive Micromachined Ultrasonic Tranducer - CMUT). Der Entwurf dieser Bauelemente erfolgt gemeinsam durch das Fraunhofer IIS/EAS und das Institut für Festkörperelektronik der TU Dresden. Im 200 mm Reinraum des IPMS werden die CMUT-Bauelemente auf Basis der Entwurfsergebnisse hergestellt. Die nachfolgende Aufbau- und Verbindungstechnik sowie die Integration in einen wasserdichten Sensorkopf wird vom Zentrum für mikrotechnische Produktion an der TU Dresden vorgenommen.

Abb. 1 zeigt einen solchen Sensorkopf in Prototypenform. Das Besondere an der hier verbauten CMUT-Chipgeneration ist, dass die 6-10 individuell elektrisch ansteuerbaren Aktuator-Sensor-Kanäle als konzentrische Ringe ausgebildet sind. Dies erlaubt eine alleine durch die elektrische Ansteuerung einstellbare Tiefenfokussierung (siehe Abb. 2), d.h. variierbare Messtiefe und räumliche Auflösung.

Ein solcher Sensorkopf kann für sonografische und auch photoakustische Messverfahren genutzt werden. Mögliche Einsatzgebiete sind in der Medizintechnik und Biomedizin, z.B. in miniaturisierten Ultraschallmessköpfen für die Endoskopie, sowie in der industriellen Mess- und Prüftechnik. 

Star-Flex-Aufbau für strukturintegrierte Mikroelektronik und –sensorik

Abb. 1: Herstellungsablauf starr-flex Wafer Level Package
Abb. 2: Starr-flex Wafer Level Package nach Vereinzelung / vor Bestückung
Abb. 3: Starr-flex Wafer Level Package nach Bestückung und Faltung

Im Rahmen des Leistungszentrums wurde ein neues Herstellungskonzept für faltbare Elektroniksysteme unter Nutzung waferbasierter Technologien entwickelt.

Hierbei werden auf 300mm Si Wafern flexible, polymerbasierte Umverdrahtungsebenen auf einen Siliziumträger aufgebaut. Darauf folgend, werden mittels RIE Ätzprozess Kavitäten bis auf die Polymerschicht eingeätzt. Dadurch liegen die Umverdrahtungsebenen an diesen Stellen frei und können gefaltet werden. Vorher werden die starr-flex Aufbauten vom Trägerwafer entfernt und bestückt.

Nach der Entwicklung der Herstellungstechnologie wurde ein am Fraunhofer IIS-EAS entworfenes Waferlevel Package am Fraunhofer IZM-ASSID gefertigt und für Bestückungstest zur Verfügung gestellt.

Im Ergebnis entstand ein sehr kompaktes Wafer Level Package welches kompatibel mit den für die Schaltung geplanten Bauelementen ist und potentiell eine hermetische Verkapselung ermöglicht.