CN104843635B - 用于制造微机械部件的方法和微机械部件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于制造微机械部件的方法以及一种微机械部件。方法包括以下步骤:提供具有第一外表面和第二外表面的衬底,第二外表面背离第一外表面;构造穿过衬底从衬底的第一外表面直到衬底的第二外表面的通孔;在衬底的第二外表面上安装光学功能层,其中,光学功能层遮盖通孔;在衬底的第一外表面处如此移除衬底的第一区段,使得形成相对于衬底的第二外表面倾斜的第三外表面,第三外表面背离衬底的第二外表面,其中,倾斜的第三外表面包围通孔;通过分离衬底的具有通孔的第一部分和光学功能层的安装在第一部分处的第二部分与衬底的剩余部和光学功能层的剩余部来分离微机械部件。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于制造微机械部件的方法和一种微机械部件、尤其一种用于制造倾斜的和严密密封的窗的方法以及一种倾斜的和严密密封的窗。
背景技术
微机械部件通常满足光学功能、例如作为微镜、光发射装置或者光传感器。相应的光学功能元件、例如微镜可以或者未封闭地制造或者严密密封地封装,这能够改善微镜的寿命和功能性。
在DE 10 2011 119 610 A1中描述了一种用于制造结构化的光学组件、尤其用于包封微系统的盖的方法。在第一衬底上施加在连接之前制造的加强元件,由此产生堆叠。所述堆叠在与第二衬底连接之后被加热,由此使第一衬底如此变形,使得第一衬底的至少一个由加强元件遮盖的区域移动和/或倾斜。
发明内容
本发明公开了一种具有下述技术方案特征的方法和一种根据所述方法制造的微机械部件。
据此,设置一种用于制造微机械部件的方法,其具有以下步骤:
提供具有第一外表面和第二外表面的衬底,所述第二外表面背离所述第一外表面;构造穿过所述衬底从所述衬底的第一外表面直到所述衬底的第二外表面的通孔;在所述衬底的第二外表面上安装光学功能层,其中,所述光学功能层遮盖所述通孔;在所述衬底的第一外表面处如此移除所述衬底的第一区段,使得形成相对于所述衬底的第二外表面倾斜的第三外表面,所述第三外表面背离所述衬底的第二外表面,其中,所述倾斜的第三外表面包围所述通孔;以及通过分离所述衬底的具有所述通孔的第一部分和所述光学功能层的安装在所述第一部分处的第二部分与所述衬底的剩余部和所述光学功能层的剩余部来分离所述微机械部件。
此外,设置微机械部件,其具有:具有第一外表面和第二外表面的衬底,所述第二外表面背离所述第一外表面;穿过所述衬底从所述衬底的第一外表面直到所述衬底的第二外表面的通孔;安装在所述衬底的第二外表面上的光学功能层,其中,所述光学功能层遮盖所述通孔;其中,所述衬底具有所述通孔和相对于所述衬底的第二外表面倾斜的第三外表面,所述第三外表面背离所述衬底的第二外表面,其中,所述倾斜的第三外表面包围所述通孔。
本发明所基于的认识在于,能够通过在晶片级上的处理显著降低用于制造具有倾斜的和严密密封的窗的微机械部件的技术耗费。与此相应地,本发明描述一种这样的制造方法以及一种这样的微机械部件。这样的倾斜的和严密密封的窗能够有利地用于密封封装具有光学功能的微机械部件。
光学功能层可以至少在部分区域中包含玻璃、优选硅酸盐玻璃、特别优选硼硅酸盐玻璃和/或类玻璃的材料或者由它们组成。这样的材料为多种应用提供特别有利的光学特性。
有利地,微机械部件不是基于单个裸片(Einzel-Die-Basis)制造,而是在晶片级上处理。因此,可以在少的处理步骤中制造完整的晶片,其例如具有大约千个倾斜的和严密密封的窗、即具有倾斜的光学入口。由此能够简单地以标准键合过程来进一步处理。完整的晶片例如可以借助技术简单的手段与另外的晶片连接,所述另外的晶片具有多个光学功能元件。所述光学功能元件可以是例如微镜、光发射装置或者光传感器。能够在光学功能元件通过部件严密封装之前或之后分离所述微机械部件。
通过基于晶片的加工可以实现所述技术耗费的大幅降低,其方式是,大数量的微机械部件基本上同时产生,其中,在很大程度上可以使用现有的生产资源和设备资源,所述生产资源和装备资源在它们方面是高度优化的。
由下述说明以及由说明书参照附图得出有利的实施方式和扩展方案。
根据一种优选的扩展方案,所述衬底的倾斜的第三外表面与所述衬底的第二外表面成一个锐角。该角度可以位于5°和30°之间的范围内、尤其在8°和25°之间的范围内、优选在10°和18°之间的范围内。在这些范围之一中的角度能够实现所述微机械部件的特别多样的和与此同时高效的应用。
根据另一种优选的扩展方案,所述方法还包括以下步骤:在所述光学功能层的外表面上安装粘附薄膜,其中,所述外表面背离所述衬底;如此切割所述衬底和所述光学功能层,使得形成所述衬底的第二区段和安装在其处的光学功能层;其中,所述第二区段包括所述倾斜的外表面和所述通孔,其中,所述第二区段与所述衬底的剩余部和所述光学功能层的剩余部通过所述粘附薄膜连接;将经切割的衬底和所述光学功能层如此施加到成型垫(profilierte Unterlage)上,使得所述第二区段置于所述成型垫中的第一留空上方;如此使所述第二区段从所述粘附薄膜松脱,使得所述第二区段分离并且以所述衬底的倾斜的第三外表面平放在所述成型垫上的第一留空中。
此外,根据另一种优选的扩展方案,所述方法包括以下步骤:如此施加具有第二留空的键合工具到所述成型垫上,使得所述第二留空贴靠具有位于其中的第二区段的第一留空;以及将所述第二区段转移到所述键合工具的第二留空中。
根据另一种优选的扩展方案,如此构造所述键合工具的第二留空,使得所述第二区段的倾斜的第三外表面在所述第二区段转移到所述键合工具的第二留空中之后与所述键合工具的第四外表面齐平地布置。因此,产生键合工具与其他晶片的特别高的相容性。
根据另一种优选的扩展方案,所述转移通过所述相互贴靠的成型垫和所述键合工具的转动在利用重力的情况下来实现,即,第二区段在其自身的重量下向下落到键合工具中。这样的程序在技术上特别少耗费。
根据另一种优选的扩展方案,所述转移通过抽吸所述第二区段到所述成型垫处和/或通过抽吸所述第二区段到所述键合工具处和/或借助于压缩空气挤压所述第二区段到所述键合工具处来实现。由此能够实现特别精确的手操作以及必要时第二区段的调准。
此外,根据另一种优选的扩展方案,所述方法包括以下步骤:借助于所述键合工具将所述第二区段键合到晶片的功能元件上,其中,在所述键合之后进行所述微机械部件与所述第二区段的剩余部和所述晶片的剩余部的分离。由此可以同时在晶片级上制造特别大数量的根据本发明的微机械部件,由此可以显著降低每个微机械部件的技术耗费。
根据另一种优选的扩展方案,在穿过所述衬底的横截面平面中具有梯形的和/或平行四边形的和/或矩形的横截面,所述横截面平面垂直于所述衬底的第一外表面和/或第二外表面。这对于要穿过通孔的特别的光路可以是有利的。
附图说明
以下参照在附图的示意图中所示出的实施例详细地阐述本发明。附图示出:
图1示出用于阐述根据本发明的第一实施方式的、用于制造微机械部件的方法的示意性流程图;
图2示出在根据本发明的第一实施方式的方法中的第一中间状态的示意性视图;
图3示出在根据本发明的第一实施方式的方法中的第二中间状态的示意性视图;
图4示出在根据本发明的第一实施方式的方法中的第三中间状态的示意性横截面视图;
图5示出在根据本发明的第一实施方式的方法中的第四中间状态的示意性视图;
图6示出在根据本发明的第一实施方式的方法中的第五中间状态的示意性视图。
在所有的图中,只要不另外说明,相同的或者功能相同的元件和设备设有相同的参考标记。
具体实施方式
图1示出用于阐述根据本发明的第一实施方式的、用于制造微机械部件的方法的示意性流程图。
在图1的描述中,也参阅随后的图2至6和在其中出现的参考标记。方法步骤通过参考标记的编号仅仅有利于概要性,并且只要不明确地另外说明不应暗示时间顺序。两个或者更多个方法步骤尤其也可以同时进行。在参考标记中,字母“i”和“j”作为用于数字的占位符起作用,以便改善描述的可读性和使描述保持紧凑。
在方法步骤S01中,提供具有第一外表面10-f和具有第二外表面10-b的衬底10。所述第二外表面10-b背离所述第一外表面10-f。衬底10尤其可以是硅晶片。第一外表面10-f尤其可以平行于第二外表面10-b,如在一般的硅晶片中基本上是这种情况。
在方法步骤S02中,构造至少一个穿过衬底10从衬底10的第一外表面10-f直到衬底10的第二外表面10-b的通孔12-ij。所述至少一个通孔12-ij的构造S02可以例如通过KOH蚀刻过程来实现。所述至少一个通孔12-ij在穿过衬底10的横截面平面中可以具有梯形的和/或矩形的横截面,所述横截面平面垂直于所述衬底10的第一和/或第二外表面10-f、10-b。
在方法步骤S03中,在衬底的第二外表面10-b上安装光学功能层14,其中,所述光学功能层14遮盖至少一个通孔12-ij。这意味着,通孔12-ij在衬底的第二外表面10-b处的第一开口13-ij通过光学功能层14严密封闭。
图2示出在根据本发明的第一实施方式的方法中的第一中间状态的示意性视图。在图2中方法步骤S01至S03已经完成。示出多个通孔12-ij,所述通孔布置在行j和列i中,从而例如12-12表示在衬底10上的在第一列i=1中和在第二行j=2中的通孔。仅仅示出衬底10的一部分,为了直观地示出通孔12-ij的结构,所述衬底在垂直于衬底10的第一和第二外表面10-f、10-b的一个平面中被剖切。
所示出的通孔12-ij的数量仅仅是示意性的,也能够对于每个衬底10安装较少的通孔12-ij,但也能够对于每个衬底10安装更多的通孔12-ij,例如对于每个衬底10百个或者千个通孔12-ij的数量级或者还更多。通孔12-j所有可以具有相同的结构,但是它们也可以相互不同,例如其方式是,实施多个构造不同通孔结构的KOH蚀刻过程。
根据第一实施方式,光学功能层14为玻璃晶片,所述玻璃晶片以阳极的键合方法键合在衬底10的第二外表面10-b上。根据图2,光学功能层14具有第一外表面14-f,衬底10的第二外表面10-b键合在该第一外表面上。此外,光学功能层14具有光学功能层14的第二外表面14-b,所述第二外表面背离所述光学功能层14的第一外表面14-f,尤其与之平行。
在光学功能层14的第一和/或第二外表面14-f、14-b上可以安装补偿层,例如抗反射层。如果光学功能层14的第一外表面14-f具有补偿层,则光学功能层14可以以安装在第一外表面14-f上的补偿层直接键合在衬底10的第二外表面10-b上。如果光学功能层14的第一外表面14-f不具有补偿层,则光学功能层14的第一外表面14-f可以直接键合在衬底10的第二外表面10-b上。也可以在稍晚时刻施加在光学功能层14的第二外表面14-b上或者处的补偿层。
在方法步骤S04中,在衬底10的第一外表面10-f处移除衬底10的第一区段18-2。
图3示出在根据第一实施方式的方法中的第二中间状态的示意性视图。在图3中示出在图2中所示出的通孔12-ij中的仅仅四个。在通孔12-ij的每一列处分别在衬底的第一外表面10-f处移除衬底的第二区段。对于在通孔12-2j的第二列处的被移除的第一区段18-2,以虚线绘出第一区段18-2的原来的位置。为清楚起见,通孔12-1j、12-3j、12-4j的第一、第三和第四列已经与被移除的第一区段一起示出。
根据第一实施方式,第一区段具有楔形,其中,所述楔形的楔的锐角位于衬底10的假想为连续的第一外表面10-f和衬底10的由于移除S04而新产生的第三外表面16-i之间。由于衬底10的第一区段的移除S04,在通孔12-ij的每一列处分别出现倾斜的第三外表面16-i,所述第三外表面背离衬底10的第二外表面10-b。每个倾斜的第三外表面16-i和/或其所假想的至一个平面的延长部与衬底10的第二外表面10-b成一个锐角α-i。
如果衬底10的第一和第二外表面10-f、10-b相互平行,则角α-i和倾斜的第三外表面16-i的楔形的楔的锐角可以是错角。锐角α-i可以是分别相等的、但是对于每一个倾斜的第三外表面16-i或者对于通孔12-ij的每一列也可以是不同的。衬底10的第一区段的移除S04也可以如此进行,使得在通孔12-ij的一列处出现多个不同倾斜的第三外表面16-i。
根据第一实施方式,分别对于一列的全部通孔12-ij和对于全部的列以相同的锐角α-i逐列地移除第一区段,即α-1=α-2=α-3=α-4。所述移除可以例如通过切边机或者晶片锯来进行。由于第一区段的移除而产生的垂直的外表面17-i可以与衬底10的晶体取向和/或与切口和/或平坦部分平行地布置。第一区段的几何形状和尺寸、尤其第一区段在沿着通孔12-ij的行的方向上的宽度也能根据相应的所预期的目标布局来匹配。
在移除S04衬底10的第一区段之后,通孔12-ij的大部分或者全部分别由倾斜的第三外表面16-i包围。这意味着,其通孔12-ij的背离衬底10的第二外表面10-b的第二开口19-ij分别完全地由倾斜的第三外表面16-i包围。
在方法步骤S05中,将到目前为止所产生的具有衬底10和光学功能层14的晶片以所述光学功能层14的第二外表面14-b施加到粘附薄膜15上、例如在蓝胶带(Blue-Tape)上。作为用于蓝胶带的材料,例如可以使用UV胶带(UV-Tape)。
在方法步骤S06中,如此切割晶片、即衬底10和光学功能层14,使得形成衬底10的至少一个第二区段20-i和安装在其处的光学功能层14、即晶片的。
图4示出在根据本发明的第一实施方式的方法中的第三中间状态的示意性横截面视图。图4示出以所述粘附薄膜15的非粘附侧平放在具有环绕的保持环28的托盘26上的晶片。根据第一实施方式,所述切割S06如此进行,使得第二区段20-i具有梯形横截面,其中,倾斜的第三外表面16-i分别完全形成梯形的不平行于该梯形的任何其他侧的边。此外,第二区段20-i包括通孔12-ij的相应的列的由相应地倾斜的外表面16-i包围的全部通孔12-j。在步骤S06中也已经可以分离所述部件。
在图4中以圆锯符号S标记截面平面,在所述截面平面处,根据第一实施方式,垂直于衬底10的第一和第二外表面10-f、10-b或者说平行于晶片法线地锯开晶片。因此,每一个第二区段20-i包括衬底10的第一部分22-i以及光学功能层14的安装在第一部分22-i处的第二部分24-i,所述第一部分具有相应的倾斜的第三外表面16-i。此外,第二区段20-i以及在第二区段20-i之间形成的剩余区段23-i固定在粘附薄膜15处。
基于角度α-1的值,第二区段22-i的梯形横截面的两个平行的边中的一个明显小于所述平行的边中的另一个,由此,梯形横截面可以几乎变成三角形。梯形横截面的两个平行的边的比例可以是例如1:2、1:3、1:5,但也可以是1:10或者更小。
在方法步骤S04中,经锯开的晶片与粘附薄膜15一起被翻转,并且被施加到成型垫、传递模塑中并且必要时被调准。成型垫30具有第一留空32-i,在施加S07时,第二区段20-i中的一个分别置于所述第一留空之上。
图5示出在根据本发明的第一实施方式的方法中的第四中间状态的示意性视图。根据图5,成型垫30的留空32-i具有长方体形状,它们尤其在以下平面中具有矩形的横截面:在该平面中第二区段20-i具有梯形横截面。
在方法步骤S08中,使第二区段20-i从粘附薄膜15松脱。第二区段20-i由此相互分离以及与剩余区段23-i分离并且分别以其倾斜的第三外表面16-i分别平放在成型垫上的第一留空32-i中。根据第一实施方式,所述留空32-i如此构造,使得经分离的第二区段20-i不从成型垫30的外表面30-f伸出,其中,在成型垫30的外表面30-f中构造有留空32-i,即,所述留空32-i向所述外表面敞开。根据第一实施方式,第二区段20-i在松脱S08之后在留空32-i中分别平放在键合面33-i上,该键合面平行于成型垫30的外表面30-f。
如果UV胶带作为粘附薄膜15使用,其通过曝光失去其粘附特性,则松脱S08可以例如通过粘附薄膜15的曝光来实现。为了松脱S08,也可以按压成倒圆形的销(Nadel)穿过粘附薄膜15。
在方法步骤S09中,如此施加具有第二留空36-i的键合工具34到成型垫30上,使得第二留空36-i贴靠具有位于其中的第二区段20-i的留空32-i。
图6示出在根据本发明的第一实施方式的方法中的第五中间状态的示意性视图。
在图6中示出,键合工具34如何以键合工具34的外表面34-f贴靠成型垫30的外表面30-f。键合工具34的和成型垫30的外表面34-f、30-f也可以具有镜像反转(gegengleich)的结构,所述结构能够改善横向的相互保持。
在方法步骤S10中,将第二区段20-i转移到键合工具34的第二留空36-i中。在此,使每一个第二区段20-i转移到贴靠以下第一留空32-i的第二留空36-i中,相应的第二区段20-i位于或者曾位于所述第一留空中。
根据第一实施方式,将键合工具34和成型垫30相互贴靠地转动180°,从而所述转移S10通过以下方式实现:第二区段20-i由其自身重力从在第一留空32-i中的第一位置P1转移到第二留空36-i中的第二位置P2中。
键合工具34中的第二留空36-i如此构造,使得第二区段20-i如此置于第二位置P2中,使得第二区段20-i的倾斜的第三外表面16-i位于与键合工具34的外表面34-f相同的水平上。这意味着,倾斜的第三外表面16-i在第二位置P2中分别位于一个平面内,键合工具34的外表面34-f也位于该平面中。
为此,根据第一实施方式,第二留空36-i分别具有相对于键合工具34的外表面34-f倾斜的键合面37-i。倾斜的键合面37-i和/或其所假想的至一个平面的延长部与键合工具34的外表面34-f分别成一个角度β-i。根据第一实施方式,β-1=α-1,β-2=α-2等等,即β-i=α-i。
从这出发,从成型垫30移除键合工具34。此外,现在实施晶片键合过程。在方法步骤S11中,可以借助于键合工具34分别将第二区段20-i键合到另外的晶片的功能元件上。另外的晶片的功能元件可以是例如微镜、光发射装置和/或光传感器。
在方法步骤S12中分离微机械部件。根据第一实施方式,每一个微机械部件包含所述另外的晶片的仅仅恰好一个通孔12-j以及一个或多个布置在所述通孔12-ij处的功能元件。但也可以考虑分离分别具有多个通孔12-j的微机械部件。所述微机械部件的分离也可以在键合S11之前或者取代键合S11地进行。已经可以如此构造第二区段20-i,使得它们不再需要被分离。在这种情况下,例如方法步骤S12和方法步骤S06可以同时发生。
尽管先前根据优选的实施例描述本发明,但本发明不限于此,而是能够以多种多样的方式修改。尤其可以以各式各样的方式改变或者修改本发明,而不偏离发明的核心。
第二区段20-i的转移S10不但可以手动地用手而且可以自动化地进行。第二区段20-i到键合工具34中的自动化的翻转和施加可以用手/机器人来进行。此外,根据第二实施方式,可以借助压缩空气和/或真空实现第二区段20-i到成型垫30中的转移S10和/或实现在成型垫30中的固定。
多种常用的胶带类型可以作为固定胶带使用,即作为粘附薄膜15使用。对于松脱S08,可以考虑固定胶带的特别的特性。
对于键合过程所需要的封装玻璃可以或者通过致动器堆叠(Aktorstack)、即另外的晶片携带,或者直接在位于键合工具34中的第二区段20-i上与键合工具34一起实现封装玻璃压力。
Claims (8)
1.一种用于制造微机械部件的方法,其具有以下步骤:
提供(S01)具有第一外表面(10-f)和第二外表面(10-b)的衬底(10),所述第二外表面背离所述第一外表面(10-f);
构造(S02)穿过所述衬底(10)从所述衬底(10)的第一外表面(10-f)直到所述衬底(10)的第二外表面(10-b)的通孔(12-ij);
在所述衬底(10)的第二外表面(10-b)上安装(S03)光学功能层(14),其中,所述光学功能层(14)遮盖所述通孔(12-ij);
在所述衬底(10)的第一外表面(10-f)处如此移除(S04)所述衬底(10)的第一区段(18-2),使得形成相对于所述衬底(10)的第二外表面(10-b)倾斜的第三外表面(16-i),所述第三外表面背离所述衬底(10)的第二外表面(10-b),其中,所述倾斜的第三外表面(16-i)包围所述通孔(12-ij);以及
通过将所述衬底(10)的具有所述通孔(12-ij)的第一部分(22-i)和所述光学功能层(14)的安装在所述第一部分(22-i)处的第二部分(24-i)与所述衬底(10)的剩余部和所述光学功能层(14)的剩余部分离来分离(S12)所述微机械部件。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述衬底(10)的倾斜的第三外表面(16-i)与所述衬底(10)的第二外表面(10-b)成一个角度(α-i),所述角度位于5°和30°之间的范围内。
3.根据权利要求1所述的方法,其具有以下步骤:
在所述光学功能层(14)的外表面(14-b)上安装(S05)粘附薄膜(15),其中,所述外表面(14-b)背离所述衬底(10);
如此切割(S06)所述衬底(10)和所述光学功能层(14),使得形成所述衬底(10)的第二区段(20-i)和安装在其处的光学功能层(14);其中,所述第二区段(20-i)包括所述倾斜的第三外表面(16-i)和所述通孔(12-ij),其中,所述第二区段(20-i)与所述衬底(10)的剩余部和所述光学功能层(14)的剩余部通过所述粘附薄膜(15)连接;
将经切割的衬底(10)和所述光学功能层(14)如此施加(S07)到成型垫(30)上,使得所述第二区段(20-i)置于所述成型垫(30)中的第一留空(32-i)上方;
如此使所述第二区段(20-i)从所述粘附薄膜(15)松脱(S08),使得所述第二区段(20-i)分离并且以所述衬底(10)的倾斜的第三外表面(16-i)平放在所述成型垫(30)上的第一留空(32-i)中。
4.根据权利要求3所述的方法,其具有以下步骤:
如此施加(S09)具有第二留空(36-i)的键合工具(34)到所述成型垫(30)上,使得所述第二留空(36-i)贴靠具有位于其中的第二区段(20-i)的第一留空(32-i);以及
将所述第二区段(20-i)转移(S10)到所述键合工具(34)的第二留空(36-i)中。
5.根据权利要求4所述的方法,其中,如此构造所述键合工具(34)的第二留空(36-i),使得所述第二区段(20-i)的倾斜的第三外表面(16-i)在所述第二区段(20-i)转移到所述键合工具(34)的第二留空(36-i)中之后与所述键合工具(34)的第四外表面(34-f)齐平地布置。
6.根据以上权利要求4或者5中任一项所述的方法,其中,所述转移(S10)通过相互贴靠的所述成型垫(30)和所述键合工具(34)的转动在利用重力的情况下来实现。
7.根据以上权利要求4或者5中任一项所述的方法,其中,所述转移(S10)通过抽吸所述第二区段(20-i)到所述成型垫(30)处和/或通过抽吸所述第二区段(20-i)到所述键合工具(34)处和/或借助于压缩空气挤压所述第二区段(20-i)到所述键合工具(34)处来实现。
8.根据以上权利要求4或者5中任一项所述的方法,所述方法具有以下步骤:借助于所述键合工具(34)将所述第二区段(20-i)键合(S11)到晶片的功能元件上,其中,在所述键合(S12)之后进行所述微机械部件与所述第二区段(20-i)的剩余部和所述晶片的剩余部的分离。
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