DE102007010711B4 - Switching arrangement, measuring device with it and method for its production - Google Patents
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Abstract
Schaltanordnung, welche einen Träger (1), ein mikroelektronisches Bauteil (2) und mindestens eine elektrische Kontaktierung (3, 3') umfasst,wobei die mindestens eine elektrische Kontaktierung (3, 3') eine leitende Verbindung zwischen dem Träger (1) und dem mikroelektronischen Bauteil (2) herstellt,wobei zwischen dem Träger (1) und dem mikroelektronischen Bauteil (2) ein Teil der elektrischen Kontaktierung (3, 3') freigestellt ist und das mikroelektronische Bauteil (2) zur mechanischen Entkopplung des mikroelektronischem Bauteils (2) und des Trägers (1) vom Träger (1) beabstandet angeordnet ist und das mikroelektronische Bauteil (2) an der mindestens einen elektrischen Kontaktierung (3, 3') hängend oder tragend befestigt ist, und der Träger (1) zumindest einen Teil eines Gehäuses mit einem geschlossenen Hohlraum (6) bildet, wobei das mikroelektronische Bauteil (2) im Hohlraum (6) angeordnet ist,wobei das mikroelektronische Bauteil (2) ein mikroelektronisch-mechanisches System (20) umfasst und das mikroelektronische Bauteil (2) einen weiteren Hohlraum (41) aufweist, in welchem das mikroelektronisch-mechanische System (20) angeordnet ist.Switching arrangement comprising a carrier (1), a microelectronic component (2) and at least one electrical contact (3, 3 '), wherein the at least one electrical contact (3, 3') has a conductive connection between the carrier (1) and the microelectronic component (2) is produced, wherein between the carrier (1) and the microelectronic component (2) a part of the electrical contact (3, 3 ') is free and the microelectronic component (2) for the mechanical decoupling of the microelectronic component (2 ) and the carrier (1) from the carrier (1) is arranged spaced and the microelectronic component (2) on the at least one electrical contact (3, 3 ') hanging or supporting, and the carrier (1) at least part of a Enclosed housing with a closed cavity (6), wherein the microelectronic component (2) in the cavity (6) is arranged, wherein the microelectronic component (2) a microelectronic-mechanical system (2 0) and the microelectronic component (2) has a further cavity (41) in which the microelectronic-mechanical system (20) is arranged.
Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung und ein Verfahren zu deren Herstellung, welche einen Träger, ein mikroelektronisches Bauteil und mindestens eine elektrische Kontaktierung umfasst, wobei die mindestens eine elektrische Kontaktierung eine leitende Verbindung zwischen dem Träger und dem mikroelektronischen Bauteil herstellt.The invention relates to a switching arrangement and a method for the production thereof, which comprises a carrier, a microelectronic component and at least one electrical contact, wherein the at least one electrical contact establishes a conductive connection between the carrier and the microelectronic component.
Die Integrationsdichte von Schaltungen auf einem mikroelektronischen Bauteil nimmt gemäß dem Gesetz von Moore exponentiell zu. Daher müssen immer mehr Schaltungen auf immer kleinerem Raum gepackt werden. Dabei entsteht das Problem, dass die Gesamtheit der mikroelektronischen Bauteile auf der Trägerplatte nicht mehr genügend Platz finden, so dass neue Packkonzepte erforderlich sind. So zeigt z.B. die
Bei vielen Anwendungen sind mikrotechnisch hergestellte Sensoren und Aktoren, sogenannte mikroelektronisch-mechanische Systeme (MEMS) von Nöten. Diese sind typischerweise sehr empfindlich gegenüber mechanischen Belastungen ihres Trägers. Eine mechanische Belastung durch äußere Einflüsse wie z.B. Biegung oder thermische Verformung setzt die Sensoren unter eine Vorbelastung und ändert ihre Kenndaten, was zu einer Verfälschung der Messdaten führt und gegebenenfalls sogar sicherheitsrelevante Auswirkungen hat, wie dies z.B. bei Sensoren eines Antiblockiersystems oder einer Flughöhensensorik offensichtlich ist.Many applications require micro-technologically produced sensors and actuators, so-called microelectronic-mechanical systems (MEMS). These are typically very sensitive to mechanical stress on their wearer. Mechanical stress due to external influences, such as Bending or thermal deformation places the sensors under a preload and changes their characteristics, which leads to a falsification of the measurement data and possibly even has safety-relevant effects, as described e.g. in sensors of an anti-lock brake system or an altitude sensor is obvious.
Um die empfindlichen MEMS dennoch auf hochintegrierten Schaltungen zu verwenden, werden heutzutage Trägermaterialien mit geeigneten Ausdehnungskoeffizienten verwendet, welche den Belastungen, welchen der Träger ausgesetzt ist, angepasst sind. Desweiteren gibt es zwischen dem MEMS und dem Träger eine mechanische Verbindung mittels Mitteln mit einem niedrigen Elastizitätsmodul und einer elektrischen Verbindung mittels Drahtbondtechnik. Die
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die mechanische Belastung auf ein mikroelektronisches Bauteil zu minimieren bei gleichzeitiger Gewährleistung seiner Funktion.The object of the present invention is to minimize the mechanical stress on a microelectronic component while ensuring its function.
Die Aufgabe wird durch eine Schaltanordnung gemäß dem Hauptanspruch gelöst.The object is achieved by a switching arrangement according to the main claim.
Die erfindungsgemäße Schaltanordnung umfasst einen Träger, ein mikroelektronisches Bauteil und mindestens eine elektrische Kontaktierung, wobei die mindestens eine elektrische Kontaktierung eine leitende Verbindung zwischen dem Träger und dem mikroelektronischen Bauteil herstellt. Die Schaltanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Träger und dem mikroelektronischen Bauteil ein Teil der elektrischen Kontaktierung freigestellt ist und das mikroelektronische Bauteil zur mechanischen Entkopplung des mikroelektronischen Bauteils und des Trägers vom Träger beabstandet angeordnet ist, wobei das mikroelektronische Bauteil an der mindestens einen elektrischen Kontaktierung hängend oder tragend befestigt ist.The switching arrangement according to the invention comprises a carrier, a microelectronic component and at least one electrical contact, wherein the at least one electrical contact establishes a conductive connection between the carrier and the microelectronic component. The switching arrangement is characterized in that between the carrier and the microelectronic component part of the electrical contact is free and the microelectronic component for mechanical decoupling of the microelectronic device and the carrier is spaced from the carrier, wherein the microelectronic device at the at least one electrical contact attached or suspended.
Durch die mechanische Entkopplung des mikroelektronischen Bauteils vom Träger werden die mechanischen Belastungen, welche auf den Träger wirken, nur in geringem Maße auf das mikroelektronische Bauteil übertragen. Die mechanische Entkopplung wird dadurch erreicht, dass das mikroelektronische Bauteil mit dem Gehäuse nicht direkt in Verbindung steht, sondern an der mindestens einen elektrischen Kontaktierung, welche auch mit dem Träger verbunden ist, aufgehängt ist oder auf der elektrischen Kontaktierung tragend angeordnet ist. Dazu ist es notwendig, dass zwischen der Verbindung der elektrischen Kontaktierung mit dem Träger und der Verbindung der elektrischen Kontaktierung mit dem mikroelektronischen Bauteil ein Teilbereich der elektrischen Kontaktierung freigestellt ist, d.h. dass dieser Teilbereich weder vom Gehäuse noch vom mikroelektronischen Bauteil berührt wird. Dadurch kann das mikroelektronische Bauteil vom Träger beabstandet ausgeführt werden. Die Kontaktierung kann dabei in die gewünschte Form gebogen oder vorgeformt werden bzw. in einem später erläuterten Verfahren als Schicht aufgedampft werden.Due to the mechanical decoupling of the microelectronic component from the carrier, the mechanical loads which act on the carrier are transferred only to a small extent to the microelectronic component. The mechanical decoupling is achieved in that the microelectronic component with the housing is not directly in communication, but at the at least one electrical contact, which is also connected to the carrier, suspended or is arranged to support the electrical contact. For this purpose, it is necessary that between the connection of the electrical contact with the carrier and the connection of the electrical contact with the microelectronic component, a portion of the electrical contact is exempted, i. that this portion is not touched by the housing or the microelectronic device. As a result, the microelectronic component can be carried out at a distance from the carrier. The contacting can be bent or preformed into the desired shape or vapor-deposited as a layer in a later explained method.
Der Abstand zwischen dem Träger und dem mikroelektronischen Bauteil sollte so bemessen sein, dass auch bei einer hohen mechanischen Belastung des Trägers das mikroelektronische Bauteil nicht mit dem Träger in Kontakt kommt, da ein Kontakt das mikroelektronische Bauteil beschädigen könnte. Mit der erfindungsgemäßen mechanischen Entkopplung von Träger und mikroelektronischem Bauteil kann das mikroelektronische Bauteil besser gegenüber äußeren mechanischen Einflüssen isoliert werden.The distance between the carrier and the microelectronic component should be dimensioned so that even with a high mechanical load of the carrier, the microelectronic component does not come into contact with the carrier, since a contact the could damage microelectronic device. With the inventive mechanical decoupling of carrier and microelectronic component, the microelectronic component can be better insulated from external mechanical influences.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schaltanordnung sind in den untergeordneten Ansprüchen beschrieben.Advantageous developments of the switching arrangement according to the invention are described in the subordinate claims.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Schaltanordnung ist es, dass der Träger eine Aussparung aufweist und das mikroelektronische Bauteil in der Aussparung angeordnet ist. Durch eine derartige Ausführung wird das mikroelektronische Bauteil schützend in der Aussparung angeordnet bei gleichzeitiger mechanischer Entkopplung, wie in den vorhergehenden Abschnitten beschrieben.An advantageous development of the switching arrangement is that the carrier has a recess and the microelectronic component is arranged in the recess. By such an embodiment, the microelectronic device is protectively disposed in the recess with simultaneous mechanical decoupling, as described in the preceding sections.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist es, wenn der Träger zumindest einen Teil eines Gehäuses bildet, wobei in dem Gehäuse ein geschlossener Hohlraum vorhanden ist, in welchem das mikroelektronische Bauteil angeordnet ist. Durch ein geschlossenes Gehäuse wird das mikroelektronische Bauteil weitestgehend gegen äußere Einflüsse geschützt. Insbesondere lässt sich bei geeigneter Materialwahl des Gehäuses eine thermische Isolation gegenüber dem Außenraum des Gehäuses erreichen. Dies ist wichtig, da manche mikroelektronische Bauteile innerhalb eines bestimmten Temperaturbereiches arbeiten, was aufgrund der Wärmeabstrahlung der das Gehäuse umgebenden Bauteile nicht immer gewährleistet ist.A further advantageous embodiment is when the carrier forms at least a part of a housing, wherein in the housing a closed cavity is present, in which the microelectronic component is arranged. A closed housing protects the microelectronic component as far as possible against external influences. In particular, can be achieved with a suitable choice of material of the housing, a thermal insulation with respect to the outer space of the housing. This is important because some microelectronic components operate within a certain temperature range, which is not always guaranteed due to the heat radiation of the components surrounding the housing.
Der geschlossene Hohlraum kann dabei als Aussparung in den Träger gefräst oder geätzt werden und wird nach dem Anbringen des mikroelektronischen Bauteils im Hohlraum mit einer Deckplatte verschlossen. Zur einfachen Herstellung eines geschlossenen Gehäuses ist es insbesondere vorteilhaft, wenn der Träger bzw. das Gehäuse aus mindestens zwei verschiedenen Teilen aufgebaut ist.The closed cavity can be milled or etched as a recess in the carrier and is sealed after mounting the microelectronic device in the cavity with a cover plate. For easy production of a closed housing, it is particularly advantageous if the carrier or the housing is constructed from at least two different parts.
Zweckmäßig ist die erfindungsgemäße Schaltanordnung insbesondere dann, wenn das mikroelektronische Bauteil mindestens ein MEMS aufweist. Da insbesondere MEMS stark auf äußere Einflüsse reagieren, kann durch die mechanische Entkopplung von mikroelektronischem Bauteil und Träger eine robuste Arbeitsweise des mikroelektronischen Bauteils erreicht werden, was eine verbesserte Messung der z.B. Sensoren und Aktoren zulässt.The inventive switching arrangement is expedient in particular when the microelectronic component has at least one MEMS. In particular, since MEMS react strongly to external influences, a robust operation of the microelectronic device can be achieved by the mechanical decoupling of microelectronic device and carrier, resulting in improved measurement of e.g. Sensors and actuators allow.
Für den Betrieb einiger mikroelektronischer Bauteile ist es vorteilhaft, wenn der geschlossene Hohlraum der Schaltanordnung mit einem Material gefüllt ist, welches zumindest eine flüssige Phase aufweist. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die flüssige Phase des Materials in einem Temperatur- und Druckbereich liegt, welcher beim Betrieb der Schaltanordnung und insbesondere des mikroelektronischen Bauteils erreicht wird. Auch ist es sinnvoll, dass das Material dielektrische Eigenschaften hat, damit es nicht zu einem Kurzschluss innerhalb des Hohlraumes kommen kann. Durch das Auffüllen des Hohlraumes mit einem Material mit flüssiger Phase, welches insbesondere in flüssiger Phase ist, wenn das mikroelektronische Bauteil betrieben wird, wird eine weitere Dämpfung von mechanischen äußeren Belastungen erreicht. Die Dämpfung ist dabei auf die viskosen Eigenschaften der Flüssigkeit zurückzuführen. Desweiteren kann durch eine Zuleitung und eine Ableitung des Materials innerhalb des Hohlraums ein Strömungssensor betrieben werden, welcher Veränderungen des Flusses bzw. der Zusammensetzung des fließenden Materials überwacht. Eine derartige Anwendung kann bei Sensoren, welche die Orientierung und Beschleunigung im Raum messen, von großem Nutzen sein.For the operation of some microelectronic components, it is advantageous if the closed cavity of the switching arrangement is filled with a material which has at least one liquid phase. It is expedient if the liquid phase of the material is in a temperature and pressure range which is achieved during operation of the switching arrangement and in particular of the microelectronic component. It also makes sense that the material has dielectric properties, so that it can not lead to a short circuit within the cavity. By filling the cavity with a liquid phase material, which is particularly in the liquid phase when the microelectronic device is operated, a further damping of mechanical external loads is achieved. The damping is due to the viscous properties of the liquid. Furthermore, through a supply line and a discharge of the material within the cavity, a flow sensor can be operated, which monitors changes in the flow or the composition of the flowing material. Such an application can be of great use in sensors that measure orientation and acceleration in space.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungemäßen Schaltanordnung ist es, wenn mindestens zwei elektrische Kontaktierungen vorhanden sind, welche den Träger mit dem mikroelektronischen Bauteil verbinden, und mindestens zwei elektrische Kontaktierungen zur Minimierung eines auf das mikroelektronische Bauteil wirkenden physikalischen Drehmoments auf gegenüber liegenden Seiten des Schwerpunkts des mikroelektronischen Bauteil mit dem mikroelektronischen Bauteil verbunden sind. Dadurch lässt sich eine besonders stressarme Verbindung zwischen den elektrischen Kontaktierung und dem mikroelektronischen Bauteil herstellen, was zu einer verbesserten Funktionsweise und einer längeren Lebensdauer der Schaltanordnung führt. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Verbindung zwischen den elektrischen Kontaktierungen und dem mikroelektronischen Bauteil formfest ist.A preferred embodiment of the inventive switching arrangement is when there are at least two electrical contacts which connect the carrier to the microelectronic component and at least two electrical contacts for minimizing a physical torque acting on the microelectronic component on opposite sides of the center of gravity of the microelectronic component are connected to the microelectronic device. This makes it possible to produce a particularly low-stress connection between the electrical contact and the microelectronic component, which leads to an improved mode of operation and a longer service life of the switching arrangement. Furthermore, it is advantageous if the connection between the electrical contacts and the microelectronic component is dimensionally stable.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die elektrische Kontaktierung blattfederartig ausgebildet ist. Durch die federnde Ausbildung der elektrischen Kontaktierung wird eine noch bessere mechanische Entkopplung erreicht, da die mechanische Energie, welche auf den Träger wirkt, in Federbewegungen umgesetzt wird und das mikroelektronische Bauteil nahezu in Ruhe bleibt.Furthermore, it is advantageous if the electrical contact is formed like a leaf spring. Due to the resilient design of the electrical contacting an even better mechanical decoupling is achieved because the mechanical energy which acts on the carrier is converted into spring movements and the microelectronic component remains almost at rest.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die elektrische Kontaktierung eine im wesentlichen bogenförmige Rundung zwischen dem Träger und dem mikroelektronischen Bauteil aufweist. Die bogenförmige Rundung erlaubt es, eine besonders stressentkoppelnde Verbindung zwischen dem Träger und dem mikroelektronischen Bauteil herzustellen. So kann bei thermischen Belastungen das Material der elektrischen Kontaktierung sich ausdehnen und zusammenziehen, wobei die Ausdehnung bzw. die Kontraktion sich nicht auf das mikroelektronische Bauteil überträgt, sondern primär eine Aufweitung der bogenförmigen Rundung zwischen dem Träger und dem mikroelektronischen Bauteil verursacht. Auf diese Weise wird die Schub- bzw. Zugspannung an der festen Verbindung zwischen der elektrischen Kontaktierung und dem mikroelektronischen Bauteil, insbesondere bei Vorhandensein von mindestens zwei elektrischen Kontaktierungen, welche auf gegenüber liegenden Seiten des Schwerpunkts des mikroelektronischen Bauteils angeordnet sind, verringert, wobei sich hierdurch die Schub- bzw. Zugspannung auf die bogenförmige Rundung erhöht, die Kontakte am mikroelektronische Bauteil jedoch entlastet.Furthermore, it is advantageous if the electrical contact has a substantially arcuate curve between the carrier and the microelectronic component. The arcuate curve makes it possible to produce a particularly stress-decoupling connection between the carrier and the microelectronic component. Thus, under thermal stress, the material of the electrical contact can expand and contract, wherein the expansion or contraction does not affect the microelectronic Component transmits, but primarily causes a widening of the arcuate curve between the carrier and the microelectronic device. In this way, the shear or tensile stress on the fixed connection between the electrical contact and the microelectronic component, in particular in the presence of at least two electrical contacts, which are arranged on opposite sides of the center of gravity of the microelectronic device, is reduced, thereby increases the shear or tensile stress on the arcuate curve, but relieves the contacts on the microelectronic device.
Obwohl das Eigengewicht des mikroelektronischen Bauteils primär durch die elektrischen Kontaktierungen getragen wird, kann es vorteilhaft sein, zusätzliche elastische Stützelemente auf dem Träger anzuordnen. Dabei sind die elastischen Stützelemente derart angeordnet, dass sie zwischen einer Oberfläche des Trägers und einer dieser Oberfläche gegenüber liegenden Oberfläche des mikroelektronischen Bauteils befestigt sind. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Oberfläche des elastischen Stützelementes, welche der benachbarten Oberfläche des mikroelektronischen Bauteils zugewandt ist, wesentlich kleiner ist als die Oberfläche des mikroelektronischen Bauteils. Durch den wesentlich kleineren Querschnitt ergibt sich eine kleine Kontaktfläche, was die mechanische Entkopplung nicht wesentlich schwächt.Although the dead weight of the microelectronic device is primarily borne by the electrical contacts, it may be advantageous to arrange additional elastic support elements on the carrier. In this case, the elastic support elements are arranged such that they are fastened between a surface of the carrier and a surface of the microelectronic component opposite this surface. It is advantageous if the surface of the elastic support element, which faces the adjacent surface of the microelectronic device, is substantially smaller than the surface of the microelectronic device. Due to the much smaller cross-section results in a small contact surface, which does not significantly weaken the mechanical decoupling.
Vorteilhafterweise ist das elastische Stützelement so angeordnet, dass es im unbelasteten Zustand der Schaltanordnung das mikroelektronische Bauteil nicht berührt. Wird das mikroelektronische Bauteil jedoch aufgrund von äußeren Einflüssen beschleunigt, so verhindern die elastischen Stützelemente, dass das mikroelektronische Bauteil den Träger berührt und somit beschädigt werden kann. Die Höhe des elastischen Stützelements sollte dabei nicht größer sein als der Abstand zwischen der Trägeroberfläche und der ihr gegenüber liegenden Oberfläche des mikroelektronischen Bauteils. Es kann vorteilhaft sein, dass im Ruhezustand das Stützelement so gewählt ist, dass es das mikroelektronische Bauteil berührt, jedoch keine tragende Funktion ausübt.Advantageously, the elastic support element is arranged so that it does not touch the microelectronic component in the unloaded state of the switching arrangement. However, when the microelectronic device is accelerated due to external influences, the elastic support elements prevent the microelectronic device from contacting the carrier and thus being damaged. The height of the elastic support element should not be greater than the distance between the support surface and the surface of the microelectronic component opposite it. It may be advantageous that in the resting state, the support element is selected so that it touches the microelectronic component, but does not perform a supporting function.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des elastischen Stützelementes ist es hierbei, wenn dieses aus einem Klebstoff mit einem niedrigen Elastizitätsmodul besteht, welcher schnell und einfach aufgebracht werden kann.An advantageous development of the elastic support element is in this case if it consists of an adhesive with a low modulus of elasticity, which can be applied quickly and easily.
Zweckmäßig ist mindestens eine elektrische Kontaktierung mit einem elektrischen Leiter leitend verbunden, wobei der elektrische Leiter innerhalb oder außerhalb des Trägers verläuft. Dadurch können durch etablierte Prozesse Kontaktierungen zu weiteren Bauteilen oder Schaltanordnungen realisiert werden.Suitably, at least one electrical contact is conductively connected to an electrical conductor, wherein the electrical conductor extends inside or outside the carrier. As a result, established processes make it possible to make contact with other components or switching arrangements.
Eine erfindungsgemäße Schaltanordnung kommt vorteilhafter Weise in einer Messvorrichtung zur Anwendung, wobei das mikroelektronische Bauteil dabei als Drucksensor und/oder Beschleunigungssensor und/oder Flusssensor und/oder Präzisionsoszillator und/oder Hochfrequenzfilter ausgebildet ist. Derartige Anwendungen finden sich häufig in der Telekommunikation, Automobilindustrie, Medizintechnik, Mess- und Regeltechnik und in optischen Technologien.A switching arrangement according to the invention is advantageously used in a measuring device, wherein the microelectronic component is designed as a pressure sensor and / or acceleration sensor and / or flow sensor and / or precision oscillator and / or high-frequency filter. Such applications are often found in the telecommunications, automotive, medical, measurement and control and optical technologies.
Im folgenden soll noch auf das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Schaltanordnung eingegangen werden.In the following will be discussed on the inventive method for producing a circuit arrangement.
Bei der erfindungsgemäßen Herstellung einer Schaltanordnung, welche einen Träger, ein mikroelektronisches Bauteil und mindestens eine elektrische Kontaktierung umfasst, wird die mindestens eine elektrische Kontaktierung teilweise mit dem Träger und teilweise mit dem mikroelektronischen Bauteil verbunden, wobei ein Teil der mindestens einen elektrischen Kontaktierung zwischen dem Träger und dem mikroelektronischen Bauteil freigestellt angeordnet ist, in dem Sinne, dass die elektrische Kontaktierung in diesem Teil weder den Träger noch das mikroelektronische Bauteil berührt, so dass das mikroelektronische Bauteil vom Träger beabstandet an der mindestens einen elektrischen Kontaktierung hängend oder tragend befestigt wird. Mit einem derartigen Verfahren kann eine mechanische Entkopplung des mikroelektronischen Bauteils vom Träger gewährleistet werden.In the inventive production of a switching arrangement which comprises a carrier, a microelectronic component and at least one electrical contact, the at least one electrical contact is partially connected to the carrier and partially to the microelectronic component, wherein a part of the at least one electrical contact between the carrier and the microelectronic component is arranged to be free, in the sense that the electrical contact in this part does not contact the carrier or the microelectronic component, so that the microelectronic component is attached to the at least one electrical contact in a suspended or load-bearing manner spaced from the carrier. With such a method, a mechanical decoupling of the microelectronic device from the carrier can be ensured.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den untergeordneten Verfahrensansprüchen angegeben.Advantageous developments of the method are specified in the subordinate method claims.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen der mindestens einen elektrischen Kontaktierung eine Aussparung in den Träger eingebracht wird und das mikroelektronische Bauteil in der Aussparung angeordnet wird.An advantageous development of the method is characterized in that before the application of the at least one electrical contacting a recess is introduced into the carrier and the microelectronic component is arranged in the recess.
Ein weiterer Vorteil ist dadurch gegeben, dass vor dem Befestigen des mikroelektronisches Bauteils an der mindestens einen elektrischen Kontaktierung auf der Oberfläche des Trägers mindestens eine Opferschicht aufgebracht wird, auf welcher das mikroelektronische Bauteil platziert wird und welche das mikroelektronische Bauteil zumindest in Teilen umschließt. Dabei können verschiedene Opferschichten in verschiedenen Schritten angebracht werden. So ist es beispielsweise vorteilhaft, auf den Träger bzw. in der Aussparung eine Opferschicht aufzubringen, das mikroelektronische Bauteil auf der Opferschicht anzuordnen und eine weitere Opferschicht auf die bereits vorhandene Opferschicht aufzubringen derart, dass das mikroelektronische Bauteil zumindest in Teilen umschlossen wird. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die zweite umschließende Opferschicht eine Oberfläche das mikroelektronische Bauteil gerade noch umschließt, so dass später auf dieser Opferschicht eine Metallisierungslage aufgebracht werden kann. Dies ermöglicht eine besonders einfache Form der Herstellung einer erfindungsgemäßen Schaltanordnung.A further advantage is given by the fact that at least one sacrificial layer is applied to the surface of the carrier prior to attaching the microelectronic component to the at least one electrical contact on which the microelectronic component is placed and which encloses the microelectronic component at least in part. Different sacrificial layers can be applied in different steps. Thus, for example, it is advantageous to apply a sacrificial layer to the carrier or in the recess, to arrange the microelectronic component on the sacrificial layer and to apply a further sacrificial layer to the already existing sacrificial layer such that the microelectronic Component is enclosed at least in parts. This is particularly advantageous when the second enclosing sacrificial layer just surrounds a surface of the microelectronic component, so that later on this sacrificial layer, a metallization layer can be applied. This allows a particularly simple form of production of a switching arrangement according to the invention.
Auf eine ähnliche Art und Weise kann eine besondere Ausführung der erfindungsgemäßen Schaltanordnung realisiert werden. Dabei werden die elektrischen Kontaktierungen zuerst auf dem Träger aufgebracht und zeigen im wesentlichen senkrecht nach oben. Danach wird eine Opferschicht aufgebracht, welche im wesentlichen die elektrischen Kontaktierungen umgibt. Auf die Opferschicht wird das mikroelektronische Bauteil aufgesetzt, woraufhin das mikroelektronische Bauteil mit den elektrischen Kontaktierungen verbunden wird. Zu einem späteren Zeitpunkt kann die Opferschicht wieder entfernt werden.In a similar manner, a particular embodiment of the switching arrangement according to the invention can be realized. The electrical contacts are first applied to the carrier and show substantially vertically upwards. Thereafter, a sacrificial layer is applied, which essentially surrounds the electrical contacts. The microelectronic component is placed on the sacrificial layer, whereupon the microelectronic component is connected to the electrical contacts. At a later date, the sacrificial layer can be removed again.
Bei Vorhandensein einer Opferschicht, welche im wesentlichen das mikroelektronische Bauteil umschließt, kann das Aufbringen der mindestens einen elektrischen Kontaktierung besonders einfach durchgeführt werden. Dabei wird eine Metallisierungslage zumindest in Teilabschnitten der Oberfläche des Trägers und auf der Opferschicht aufgebracht. Die Metallisierungslage kann durch Aufdampfen oder Abscheidungsprozesse aufgebracht werden. In einem zweiten Prozessschritt werden Löcher in der das mikroelektronische Bauteil umschließenden Opferschicht eingebracht und das mikroelektronische Bauteil ankontaktiert. In einem weiteren Schritt wird die Metallisierungslage strukturiert, wobei das Strukturieren vorzugsweise durch Ätzen geschieht, insbesondere durch Ätzen mit einer Maske. Dadurch kann bei gleichzeitigem Aufbringen der elektrischen Kontaktierungen und der Verbindungen der elektrischen Kontaktierungen mit dem Träger und mit dem mikroelektronischen Bauteil eine Strukturierung der Kontaktierung erreicht werden, so dass diese beispielsweise blattfederartig oder mit einer bogenförmigen Rundung ausgestaltet wird. Das schichtweise Aufbringen der Schichten und das Strukturieren derselbigen stellt eine besonders effiziente und kostengünstige Herstellungsmethode der elektrischen Kontaktierung dar.In the presence of a sacrificial layer, which encloses substantially the microelectronic component, the application of the at least one electrical contact can be carried out particularly easily. In this case, a metallization layer is applied at least in partial sections of the surface of the carrier and on the sacrificial layer. The metallization layer can be applied by vapor deposition or deposition processes. In a second process step, holes are introduced into the sacrificial layer enclosing the microelectronic component and the microelectronic component is contacted. In a further step, the metallization layer is patterned, wherein the structuring is preferably done by etching, in particular by etching with a mask. As a result, with simultaneous application of the electrical contacts and the connections of the electrical contacts with the carrier and with the microelectronic component, a structuring of the contacting can be achieved so that it is designed, for example, like a leaf spring or with an arcuate curve. The layered application of the layers and the structuring of the same is a particularly efficient and cost-effective method of producing the electrical contact.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn nach dem Aufbringen der elektrischen Kontaktierung und dem Verbinden der elektrischen Kontaktierung mit dem Träger und mit dem mikroelektronischen Bauteil die Opferschicht wieder entfernt wird. Durch das Vorhandensein der Opferschicht wird das Aufbringen der elektrischen Kontaktierung in einem stressfreien Umfeld erzeugt, so dass diese Verbindung das mikroelektronische Bauteil nach dem Entfernen der Opferschicht tragen bzw. stützen kann.Furthermore, it is advantageous if, after the application of the electrical contacting and the connection of the electrical contacting with the carrier and with the microelectronic component, the sacrificial layer is removed again. The presence of the sacrificial layer generates the application of the electrical contact in a stress-free environment, so that this connection can support or support the microelectronic component after removal of the sacrificial layer.
Zweckmäßig kann es sein, dass auf dem Träger zusätzliche elastische Stützelemente angeordnet werden, wie in einem der vorherigen Abschnitte beschrieben. Dabei können die Stützelemente sowohl komplett aus einem elastischen Material hergestellt sein, oder aus einer elastischen Hülle mit einer Flüssigkeit gefüllt sein.It may be expedient for additional elastic support elements to be arranged on the support, as described in one of the previous sections. In this case, the support elements may be made entirely of an elastic material, or be filled with a liquid from an elastic shell.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Schaltanordnung und des Verfahrens zu deren Herstellung sind in den weiteren untergeordneten Ansprüchen gegeben.Further advantageous developments of the switching arrangement and of the method for the production thereof are given in the further subordinate claims.
Im folgenden wird die erfindungsgemäße Schaltanordnung anhand einiger Beispiele genauer beschrieben oder erläutert. Es zeigen:
-
1 einfaches Beispiel zur Erläuterung der Schaltanordnung; -
2a bis2c weitere Ausführungsformen der Schaltanordnung oder erläuternde Beispiele zu der Schaltanordnung; -
3 Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Schaltanordnung -
4a ,4b schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Kontaktierung; -
5a bis5e Verfahrensschritte zum Herstellen einer Schaltanordnung.
-
1 simple example for explaining the switching arrangement; -
2a to2c further embodiments of the switching arrangement or illustrative examples of the switching arrangement; -
3 Top view of a switching arrangement according to the invention -
4a .4b schematic representation of an electrical contact according to the invention; -
5a to5e Method steps for producing a switching arrangement.
In
Der Träger
Die erfindungsgemäßen Schaltanordnungen besitzen eine Ausdehnung in der Größenordnung von µm2 oder mm2. Momentan sind die mikroelektronischen Bauteile im Bereich von 0,01 mm2 bis 50 mm2 verfügbar, wobei eine weitere Miniaturisierung in den µm2-Bereich absehbar ist. Typische Kontaktierungen haben eine Breite von 10 µm (bei Drahtbonds) bis zu 500µm (bei Verwendung von Leiterplattentechniken). Die Schaltanordnung und das Verfahren können auch in den kleineren Ausmaßen verwendet werden.The switching arrangements according to the invention have an extent of the order of μm 2 or mm 2 . Currently, the microelectronic components in the range of 0.01 mm 2 to 50 mm 2 are available, with further miniaturization in the μm 2 range is foreseeable. Typical contacts have a width of 10 μm (for wire bonds) up to 500 μm (using printed circuit board techniques). The switching arrangement and the method can also be used in the smaller dimensions.
In den
In
Es ist deutlich erkennbar, dass die dem elektronischen Bauteil
Die elastischen Stützelemente sind hierbei Klebstoffpunkte aus einem Klebstoff mit einem niedrigen Elastizitätsmodul. Dadurch besitzen sie eine zusätzlich dämpfende Wirkung, falls das mikroelektronische Bauteil
Anstelle der elastischen Stützelemente
Bei einem mit Flüssigkeit gefüllten Hohlraum mit einer Zuleitung und/oder Ableitung kann insbesondere der außen wirkende hydrostatische Druck mit Hilfe eines mikroelektronischen Bauteils gemessen werden. Des Weiteren kann das Auffüllen mit Flüssigkeit helfen, dass -aufgrund der geringeren Kompressibilität der Flüssigkeit- die mikroelektronischen Bauteile im Hohlraum gegenüber Druckschwankungen geschützt werden.In the case of a liquid-filled cavity with a feed line and / or discharge, in particular the outside acting hydrostatic pressure can be measured with the aid of a microelectronic component. Furthermore, liquid filling may help to protect the microelectronic components in the cavity from pressure fluctuations due to the lower compressibility of the liquid.
Eine besondere Ausführung ist gegeben, wenn der Hohlraum
In
In
In
In
Anhand der
Dieses wird in
In einem weiteren Schritt werden in die Metallisierungslage
Anschließend kann die Opferschicht
In der
Das erfindungsgemäße Verfahren kann herkömmliche Leiterplattentechnologien bzw. Spritzpressprozesse zum Herstellen der elektrischen Kontaktierungen zwischen dem Träger und dem mikroelektronischen Bauteil verwenden. Alternativ können die elektrischen Kontaktierungen auch aus einem Stanzgitter bestehen oder aus Drahtbonds gefertigt werden.The method according to the invention can use conventional printed circuit board or transfer molding processes for producing the electrical contacts between the carrier and the microelectronic component. Alternatively, the electrical contacts can also consist of a stamped grid or be made of wire bonds.
Die hier offenbarte Schaltanordnung kann in einer Vielzahl von Anwendungen zum Einsatz kommen. Beispielhaft sei der Betrieb von MEMS genannt, welche gegenüber äußeren mechanischen Belastungen sehr empfindlich reagieren. Zugleich sollen die MEMS spezifische äußere Einflüsse messen. Dies betrifft beispielsweise Drucksensoren, Beschleunigungssensoren oder Oberflächen- und Volumenwellenbauelemente als auch hochpräzise Oszillatoren und mikroelektronische Sensoren. Diese Elemente kommen insbesondere im Telekommunikationsbereich, der Automobiltechnik, der Medizintechnik, den optischen Technologien und der Mess- und Regeltechnik in Betracht. Durch die mechanische Entkopplung kann ein zuverlässiger Einsatz der mikroelektronisch-mechanischen Systeme sichergestellt werden.The switching arrangement disclosed herein may be used in a variety of applications. As an example, the operation of MEMS may be mentioned, which react very sensitively to external mechanical loads. At the same time, the MEMS should measure specific external influences. This applies, for example, pressure sensors, acceleration sensors or surface and bulk wave components as well as high-precision oscillators and microelectronic sensors. These elements are particularly in the telecommunications sector, automotive technology, medical technology, optical technologies and measurement and control technology into consideration. The mechanical decoupling ensures a reliable use of the microelectronic-mechanical systems.
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