Aktive Kühlung unter Verwendung von Fluidkanälen in einem Silizium- Keramik-Verbundsubstrat

Inhalt:
Das Silizium-Keramik-Verbundsubstrat (SiCer) ermöglicht die Kombination von MEMS- und LTCC-Technologien in einem Wafersubstrat. Der Ausdehnungskoeffizient der speziell entwickelten Niedertemperatursinterkeramik (LTCC) ist über einen großen Temperaturbereich an den des Siliziums angepasst, was ein Ansintern (cofiring) der LTCC an das Silizium erlaubt. Die Kombination der sehr unterschiedlichen Eigenschaften der Substrat-Layer erhöht deutlich das technologische Potenzial für die Entwicklung neuer Sensoranwendungen. Neben der Implementierung mikromechanischer Komponenten im Silizium-Layer bei gleichzeitiger Verdrahtung und Integration elektronischer Bauelemente im LTCC-Layer ist es auch möglich, Fluidkanäle in beiden Substrat-Layern zu realisieren und miteinander zu verbinden. Die Bondverbindung zwischen Silizium und LTCC ist ab einer bestimmten Bondrahmenbreite hermetisch dicht. Im ersten Teil dieses Beitrags wird die Technologie zur Erzeugung von Hohlräumen und Kanälen im SiCer-Substrat demonstriert und ein Messverfahren zur Bestimmung der Gasdichtigkeit bzw. der Leckrate der Bondverbindung zwischen Silizium und der LTCC vorgestellt. Im zweiten Teil wird die Technologie für den Aufbau eines aktiven fluidischen Kühlsystems in einem SiCer-Substrat gezeigt. Der Siliziumbereich in der Mitte des Moduls, der durch DRIE (Deep Reactive Ion Etching) freigestellt wird, enthält innenliegend die Kühlkanäle und einen montierten thermischer Testchip zur Bestimmung der Temperatur und zum Heizen. Das SiCer-Modul wird mit Hilfe eines elektro-fluidischen Teststands betrieben und charakterisiert.