Pünktlich mit den letzten warmen Tagen des Spätsommers fand in Schmalkalden die Tagung WaferBond’22 statt. Wie es dem Titel schon entnehmbar ist, stand das Wafer Bonding im Fokus, also jener Überbegriff verschiedener Verfahren, um in der Mikroelektronik, Halbleitersubstrate, so genannte Wafer zu stapeln und zu verbinden.
Hierbei eröffnet sich dem mikroelektronischen Bau der dreidimensionale Raum, in dem auf immer weniger Platz immer komplexere Strukturen geschaffen werden können. Dies ermöglicht u.a. Transistoren besser zueinander elektrisch zu isolieren, sodass diese immer kleiner und leistungsfähiger werden können, mikro-elektromechanische Sensoren geschickt zu realisieren und bereits auf Waferebene zu verkapseln, Lab-on-Chip-Systeme für bio-chemische Analysen aufzubauen, optische und photonische Anwendungen zu fertigen sowie unterschiedlichste funktionelle Materialien zu kombinieren. Das hohe Maß an innovativem Potential für technischen Fortschritt auf diesem Gebiet zeigt sich somit letztlich an noch effizienteren Microchips, komplexen miniaturisierten elektronischen Gesamtsystemen und auch an hochsensiblen Sensoren.
Die Tagung selbst, ausgerichtet von Prof. Roy Knechtel und seinem engagierten Team, bestehend aus Bachelor- und Masterstudierenden sowie wissenschaftlichen sowie Verwaltungsmitarbeitern, fand zwischen dem 4. und 6.Oktober an der Hochschule Schmalkalden statt. Die Konferenz wurde erst möglich durch mehr als 100 Wissenschaftler, die ebenso aus dem Inland, wie aus dem nahen und fernen Ausland anreisten. Durch sie wurde das technische Programm bestritten, welches mit insgesamt 46 Beiträgen, davon 26 Vorträge und 19 Poster, sehr umfangreich und inhaltlich auf der Höhe der aktuellen Forschungen auf dem Gebiet des Wafer-Bondens war. Der internationalen Ausrichtung der Tagung gemäß fanden sich Forschende aus Deutschland, Belgien, Italien, Großbritannien, Österreich, Schweden, Frankreich, der Schweiz, der Niederlande, aber auch aus Israel, Japan, der Türkei und Nordamerika in Schmalkalden ein.
Neben dem versierten fachlichen Programm der Konferenz wurden den Teilnehmenden ein breites Rahmenprogramm geboten, das regionale Schwerpunkte setzte: So fand das erste, lockere Zusammentreffen und Kennenlernen in der Viba Nougat-Welt am Vorabend der Konferenz statt. Auch eine Stadtführung durch Schmalkalden durfte nicht fehlen. Diese fand am Abend des ersten Konferenztages gefolgt von einem festlichen Abendessen in der Mensa, statt. Zum Abschluss dieses Abends fand auf dem Campusplatz der Hochschule einer Lasershow statt, die diesen dreidimensional ausfüllte und Aspekte der Konferenz mit bester Unterhaltung verband und somit einen tiefen Eindruck bei Teilnehmern und Gästen hinterließ.
Extrem kleine und hoch komplexe Bauteile
Als Teilgebiet der Mikroelektronik geht es bei dem Wafer Bonding zunächst um die Herstellung extrem kleiner und zugleich hoch komplexer Bauteile, die wir mittlerweile in unserem Alltag nicht mehr missen möchten, gleichwohl wir sie meisthin nicht bemerken. Die Entwicklung der Computertechnologie ist ein Beispiel für die Anwendungsfelder, ein anderes die Smartphones, die ohne diese speziellen, kompakten Bauteile kaum denkbar wären. Es geht aber nicht nur um elektronische Chips, sondern auch um die hochsensiblen Sensoren, wie sie auch in den Smartphones und -watches stecken, von Kameras über Mikrophone bis hin zur Navigation durch GPS-Systeme. So ist ein zukünftiges Anwendungsgebiet der Forschung am Wafer Bonding und der technologischen Integration komplexer Bauteile auch das autonome Fahren, welches eine Vielzahl verschiedener Messungen bedarf.
Die Tagung befasste sich mit den Vor- und Nachteilen verschiedener Verfahren des Wafer-Bondens, also den Vorzügen, die u.a. auch Wafer aus Glas besitzen oder die Verbindung durch verschiedene Metalle. Wie lässt sich die Reinheit des Materials vergrößern, die Rauheit der Oberfläche minimieren? Wann ist es nützlich, Verfahren zu verwenden, die das Bonding unter geringen Temperaturen erlauben? Gerade in Anbetracht eines weiteren Anwendungsgebietes, der Medizintechnik, zeigt sie Relevanz der verwandten Materialien: So müssen diese speziellen Bauteile so gestaltet werden, dass sie den Kontakt und der chemischen Eigenheiten nicht nur aushalten, sondern ihre Präzision behalten.
Die Fragen der Vor- und Nachteile der Verfahren und verwandten Materialien wurden ergänzt durch Aspekte der Produktivität: Wie lassen sich die Prozesse des Wafer Bondings so gestalten, dass sie ihre Produkte bei gleichbleibender Qualität im ökonomischen Rahmen der Massenproduktion herstellbar sind? Welche Messungen sind vor, während und nach dem Wafer-Bonden nötig und momentan möglich, um die Fertigung der Bauelemente sehr sicher zu gestalten? Letztlich wurde im Rahmen der Tagung innovative Forschung mit der konkreten Perspektive ihrer industriellen Applikation verwoben, und zugleich der Wissenschaftsstandort der Hochschule Schmalkalden mit der internationalen Forschungsgemeinschaft.
Ein abschießender Rundgang durch das von Prof. Knechtel betriebene Reinraumlabor der Hochschule Schmalkalden stieß ebenfalls auf sehr großes Interesse. Hierbei wurde direkt an der Wafer-Bond-Anlage über technische Probleme diskutiert und über mögliche Kooperationen gesprochen.
Die Konferenz wurde von zwölf sehr namhaften Sponsoren unterstützt. Dies hat in den noch immer sehr unsicheren Zeiten die Organisation der Konferenz sehr erleichtert, daher gilt den Sponsoren ein ganz besonderer Dank.
Die nächste WaferBond-Tagung wird 2025 in Chemnitz stattfinden, dann also in der Kulturhauptstadt Europas, die Kunst Wissenschaft verbinden wird. Ausrichter wird dann das Fraunhofer ENAS sein und Dr. Maik Wiemer die lokale Organisation übernehmen.