Der stetige Trend zur Miniaturisierung elektronischer Bauelemente eröffnet auch für die Sensorik neue Anwendungsfelder. Insbesondere in biotechnologischen und medizinischen Systemen stellt der stark begrenzte Bauraum, beispielsweise in Implantaten, eine wesentliche Randbedingung der Systemintegration dar. Die Herstellung von Sensoren durch Halbleiterfertigungsprozesse ermöglicht dabei eine signifikant erhöhte Integrationsdichte und eine Reduktion der Produktionskosten für miniaturisierte Sensorsysteme.
Diese Systeme stellen jedoch die klassische AVT vor besondere Herausforderungen, da beim Packaging von Sensoren nicht allein der Schutz elektronischer Komponenten im Vordergrund steht. Im Gegensatz zu Leistungsbauelementen oder informationsverarbeitenden ICs müssen sensorische Systeme meist in definierter Wechselwirkung mit ihrer Umgebung stehen. Für die Detektion chemischer, biologischer oder physikalischer Größen ist ein definierter Stoffaustausch mit Gasen, Flüssigkeiten, Zellen oder Biomolekülen erforderlich. Eine vollständige Verkapselung durch etablierte Standardprozesse wie Transfer Molding ist daher in vielen Fällen ungeeignet. Sensitive Schichten müssen gezielt exponiert bleiben, wohingegen Leiterbahnen, Kontakte und Auswerteelektronik zuverlässig vor Feuchtigkeit, Korrosion und Ionenmigration geschützt werden müssen. Daraus ergeben sich hohe Anforderungen an selektive Passivierung, Grenzflächenstabilität, Materialauswahl und Prozessführung.
Zusätzlich kommen in elektrochemischen Sensoren und Biosensoren häufig funktionalisierte Oberflächen zum Einsatz, beispielsweise Enzym-, Hydrogel-, Polymer- oder Nanomaterialschichten. Diese Schichten sind oftmals thermisch, chemisch und mechanisch empfindlich und erfordern material- und funktionsschonende Verfahren zur elektrischen Ankontaktierung, Montage und Integration. Konventionelle AVT-Prozesse müssen daher angepasst oder durch niedrigtemperatur- und materialkompatible Technologien ergänzt werden. Für Anwendungen im medizinischen und biologischen Umfeld ist darüber hinaus die Biokompatibilität aller eingesetzten Materialien von zentraler Bedeutung. Substrate, Metallisierungen, Klebstoffe, Passivierungen und Gehäusematerialien dürfen weder zytoxische Effekte noch unerwünschte biologische Reaktionen hervorrufen.
Das IAVT adressiert diese Herausforderungen in Forschungs- und Entwicklungsprojekten entlang der gesamten Prozesskette des Sensor-Packagings. Dabei entwickeln wir anwendungsspezifische Lösungen, von niedrigtemperatur- und materialschonenden Ankontaktierungsprozessen über selektive Passivierungskonzepte bis hin zu semipermeablen Verkapselungen für einen definierten Stofftransport. Außerdem werden aktuell Packaging- und Integrationskonzepte für Sensoren in robuster Elektronik auf keramischen Substraten entwickelt.
