Vier-Level-Mikro-Via-Technologie (4LμV) für die ASIC-Integration in aktive flexible Sensorfolien

Abstract:
Flexible Sensorarrays für Robotik oder medizinische Überwachung erfordern komplexe mehrlagige Verdrahtungen innerhalb der Sensorfolie, da Signal- und Versorgungsleitungen für viele Sensorknoten organisiert werden müssen. Um eine Digitalisierung und die parallele Auslesung sehr vieler Sensoren zu ermöglichen, benötigt man neben den passiven Sensorelementen auch ASIC Chips, die in Chip-Film Patches (CFPs) eingebettet sind. Bei klassischer Fertigung werden μ-Vias zeitaufwendig nach der Aufbringung jeder neuen Lage durch Galvanisierung hinzugefügt. Neben dem Aufwand, besteht bei multiplen Galvanisierungsprozessen das Risiko einer unerwarteten Oxidation der bereits bestehenden Kupferbereiche beim nachfolgenden Auftragen weiterer Schichten, insbesondere wenn die Polyimidschichten bei 350Grad C ausgehärtet wird. Dies führt zu einer schlechten Qualität der Kupfer Säulen. Deswegen wurde eine neuartige Vier-Level-μ-Via-Technologie entwickelt. Mittels einer unterliegenden strukturierten Galvanikstartschicht lassen sich die Durchkontaktierung für Wheatstone’sche Vollbrücken und für Kontaktpads zur Chip-Montage durch einen einzigen Galvanisierungsschritt erzeugen, was auch Dauer und Komplexität der Fertigung deutlich vereinfacht. Die Strukturierung der Galvanikstartschicht ist so ausgeführt, dass die für die Galvanik benötigte elektrische Verbindung zwischen den Via und Kontaktpadpositionen in einem finalen Prozessschritt durch Laserschneiden getrennt werden. Die μ-Vias sind dabei so gestaltet, dass sie nach dem Trockenätzen (O2-Plasma mit CF4) eine Treppenstruktur aufweisen, was eine gute elektrische Verbindung des galvanisch aufwachsenden Kupfers sicherstellt. Kontaktiert über eine speziell strukturierte Galvanikstartschicht wachsen alle Via-Verbindungen parallel auf, wobei gleichzeitig trapezförmige Kontaktpads entstehen. Letztere bilden das Interface zu den CFPs, welche die Messwerte der Messbrücken erfassen und in digitalisierter Form weiterleiten.