Der lange Weg in den Consumer-Markt
MEMS-Sensoren auf dem Vormarsch #####
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
MEMS-Sensoren auf dem Vormarsch
Auch der VENSENS-Prozess verwendet einen herkömmlichen Silizium-Wafer. Eine Kombination aus Nass- und Trockenätzprozessen ermöglicht die Herstellung einer „Opfer“-Schicht, auf der wiederum eine monokristalline Silizium-Schicht epitaktisch aufgebracht wird. Während die „Opfer“-Schicht weniger als 3 μm stark ist, kann die Strukturschicht bis zu 20 μm dick sein. Das Endergebnis ist dem der Kombination aus Volumen-Mikrobearbeitung und Wafer-zu-Wafer-Bondung vergleichbar. Der Vorteil besteht darin, dass diese Chips dünner, kleiner und mechanisch robuster sind (Bild 2). Hinzu kommt, dass das Versiegeln des Hohlraums keine Wafer-zu-Wafer-Bondung erfordert, die Zuverlässigkeit der Versiegelung ist damit deutlich höher.
Dank der guten elektrischen Eigenschaften des monokristallinen Siliziums lassen sich mit Implantationsoder Diffusionsprozessen stabile Widerstände in die Strukturschicht einbetten. Mit einer Aluminium-Metallisierung können diese Widerstände zu einer Wheatstone-Brücke verbunden werden, die wegen der guten piezoresistiven Eigenschaften der monokristallinen Silizium-Schicht mit großer Empfindlichkeit auf Druck-Änderungen anspricht (Bild 3). Die Metallschicht wird schließlich mit einem Standard-Dielektrikum wie Silizium-Oxi-Nitrid abgedeckt, um das System vor korrosiven Prozessen von außen zu schützen.
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Bewegungs-Sensoren für den Consumer-Markt
Beschleunigungs-Sensoren und MEMS-Inertialsysteme sind auf dem Automotive-Markt weit verbreitet, sie werden dort in aktiven und passiven Sicherheitssystemen eingesetzt. In der Medizintechnik finden sie sich in Herzschrittmachern, und seit einiger Zeit erobern sie auch den Consumer-Bereich. Herkömmliche Lösungen für den Automotive-Markt werden in relativ großen Gehäuse ausgeliefert, es handelt sich hier um Keramik-Gehäuse oder vorgefertigte Gehäuse mit gelgefülltem Hohlraum. Der Consumer-Markt bevorzugt SMD-Gehäuse. Vollkunststoffgehäuse für Bewegungs-Sensoren (Quad Flat NoLead und Plastic Land Grid Array) entwickeln sich hier zusehends zum Standard. Die Technologen bei STMicroelectronics konnten in weniger als drei Jahren das Gehäusevolumen von 100 mm³ auf unter 10 mm³ reduzieren.
Derzeit sind zwei Varianten lieferbar: monolithisch, d.h. ein Chip in einem Gehäuse, und hybrid, also zwei Chips in einem Gehäuse. Bei der monolithischen Variante sind das Sensor-Element und die elektronische Schnittstelle in einem Baustein integriert. Diese Variante muss aber nicht unbedingt optimal sein. Es kann durchaus kostengünstiger sein, komplexe Mixed-Signal-Schaltungen für die Signalaufbereitung in herkömmlicher CMOS-Technologie als gesonderten Baustein herzustellen. Ein System aus mehreren Chips in einem Gehäuse kann durchaus die kosteneffektivste Variante darstellen und darüber hinaus die Modularität und Flexibilität bieten, die für eine rasche Markteinführung und eine zügige Aufnahme der Serienfertigung erforderlich sind.
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