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6. Testverfahren für die Charakterisierung von Verkapselungsmaterialien
6.1.1 Lagerung im Elektrolyten
Um einen ersten Eindruck von der Auswirkung eines Elektrolyten auf CMOS-Chips zu
bekommen, wurden kapazitive Drucksensoren mit integrierter Ausleseschaltung (TIDN)
(Abbildung 23) in PBS mit Calcium und Magnesium bzw. isotonischer Salzlösung
gelagert. Die Chips wurden zur besseren Handhabung mit Epoxid auf
Kunststoffplättchen geklebt und dann in ein Becherglas mit dem Elektrolyten getaucht.
Das Becherglas wurde mit einem Schraubdeckel verschlossen und über ein Wärmebad
temperiert.
Abbildung 24 zeigt Mikroskopaufnahmen von Drucksensoren, die bei
Raumtemperatur, 37 °C und 85 °C für eine Dauer von 24 Tagen gelagert wurden. Bei
den Chips, die bei Raumtemperatur gelagert wurden, sind bis auf leichte
Salzablagerungen auf den Druckdosen (Abbildung 24 b) keine Veränderungen zu
erkennen. Die Lagerung bei 37 °C hat zu einer starken Korrosion der Aluminium-
Bondpads geführt (Abbildung 24 c); die Druckdosen sind unverändert. Durch die
Lagerung bei 85 °C wurden die Bondpads vollständig aufgelöst und das darunter
liegende Oxid kam zum Vorschein. Die an das Pad anschließenden Leiterbahnen
wurden angegriffen und die Druckdosen wurden teilweise beschädigt (Abbildung 24 e,
23 f). Anhand der Ergebnisse zeigt sich eine starke Temperaturabhängigkeit der
Aluminiumkorrosion. Weiterhin hängt die Korrosion von der NaCl-Konzentration und
dem pH-Wert ab [130,131] (siehe auch Kapitel 7.2.1).
Die Korrosion des Aluminiums konnte durch die Lagerung der Chips deutlich
gezeigt werden. Die Passivierung aus Siliziumnitrid wurde bei einer
Elektrolyttemperatur von 85 °C ebenfalls beschädigt und bestätigt damit die begrenzte
Eignung als Verkapselungsmaterial für Langzeitimplantate.
Abbildung 23 Kapazitiver Drucksensor mit integrierter Ausleselektronik und Telemetrie (9,4 mm
x 2,5 mm) vor Lagerung im Elektrolyten. Die dunklen Bereiche auf den Bondpads stammen von
der Kontaktierung mit einem Waferprober.