CN113195401A - 用于制造具有阻尼器结构的微机械设备的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造具有阻尼器结构的微机械设备的方法，该方法具有下述步骤：(A)提供具有背面的微机械晶片；(B)将液态的阻尼器材料涂覆到所述背面上；(C)将阴模压向所述背面，用以将至少一个阻尼器结构成形到所述阻尼器材料中；(D)使所述阻尼器材料固化；(E)取下所述阴模。

Description

用于制造具有阻尼器结构的微机械设备的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造具有阻尼器结构的微机械设备的方法。
背景技术
现在，用于汽车的驾驶稳定程序(所谓的ESP)的转速传感器通常安放在马达空间中的控制器中。
由此，对更好的振动阻尼的需求、此外对降低微机械传感器的热的以及封装诱发的应力负荷的需求增加。
由于高度自动化驾驶的开发，还进一步提高了要求，因为在这里传感器精度和无故障的功能是突出重要的。
迄今为止的用于振动阻尼的解决方案涉及构造完成的和已封装(已注塑包封)的芯片，并且对由转速传感器、加速度传感器和分析评估电路(ASIC)构成的整个复合结构进行阻尼。但是，主要是在转速传感器的情况下需要所述阻尼。在现有技术中的一种解决方案中已经满足了该需求，其方式是，将传感器芯片粘接到阻尼器结构上，该阻尼器结构例如由硅酮构成。在此，在装配和定位软的阻尼器元件时的操作以及传感器芯片的随后的粘接和电触点接通(引线键合)是非常具有挑战性的。
发明内容
本发明的任务在于提出一种用于制造较小的阻尼器结构的方法，该方法更简单并且尽可能也更成本有利。
本发明的优点
本发明涉及一种用于制造具有阻尼器结构的微机械设备的方法，该方法具有下述步骤：
(A)提供具有背面的微机械晶片；
(B)将液态的阻尼器材料涂覆到背面上；
(C)将阴模压向背面，用以将至少一个阻尼器结构成形到阻尼器材料中；
(D)使阻尼器材料固化；
(E)取下阴模。
根据本发明的方法的一种有利的构型提出，在步骤(B)之前，将液态的阻尼器材料涂覆到阴模上，然后通过将阴模贴靠到并且按压到背面上同时实施步骤(B)和(C)。因此，有利地，能够很好地控制所需要的阻尼器材料量。
还有利的是，使用覆盖有或者涂有防粘附剂的阴模或者由防粘附剂构成的阴模，该防粘附剂能够容易与阻尼器材料分开。因此，有利地，能够容易且干净地揭下阴模，由此，能够容易且快速地重复利用该阴模。
还有利的是，在步骤(B)中，以结构化的方式涂覆阻尼器材料，尤其通过分配、丝网印刷或者模板印刷进行涂覆。有利地，在此尤其仅在后来的阻尼器的区域中涂覆阻尼器材料，由此，在制造时能够减小多余的阻尼器材料的量。
有利的是，在步骤(E)之后，将微机械晶片分离成单个的芯片。然后，有利地，已经简单且精确地安装用于所有芯片的阻尼器结构。
与例如在文献DE102006002350或者DE102006026878A1中公开的、在振动解耦领域中的现有技术相比，本发明涉及一种紧凑的、简单的、用于机械振荡的解耦的结构，由此产生高的成本节约潜力。
能够有针对性地仅对实际上受到振动干扰的MEMS传感器进行机械阻尼。例如，在用于测量6个自由度的惯性传感器中，加速度传感器不需要附加的阻尼或者说由此甚至受到负面的影响，而转速传感器通过阻尼器结构表现出显著更好的性能或者说更低的易受干扰性。根据本发明的制造方法具有下述明显的优点：该制造方法能够实现，在分离(锯开)之前直接在晶片级上、即一次性地为成千上万的芯片简单地施加阻尼器结构。由此，还能够实现阻尼器和芯片的同时优化的定位，而无需对每个单个的芯片进行困难的校正。在装配时，即使小的公差也导致在振荡行为和阻尼行为方面的不对称/不平衡。
在根据本发明的方法中，不存在用于阻尼器结构与芯片之间的连接的粘接过程。取而代之地，建立直接的良好的连接。由于省去粘接步骤，能够实现节省空间的、具有低高度的构造(仅增加100-300μm)。即，根据本发明的方法明显地缩小阻尼器结构，并且由于更简单的构造以及昂贵的中间步骤的节省而降低成本。
此外，所提出的构造变型还对微机械转速传感器中的机械应力起到降低应力的作用。阻尼器不仅阻尼振荡和冲击，还使芯片与已装配的衬垫的机械应力解耦，该衬垫例如是电路板或者其他衬底，该衬垫例如由陶瓷制成。
附图说明
图1在流程图中示意性地示出根据本发明的用于制造具有阻尼器结构的微机械设备的方法。
图2a至2c示意性地在微机械设备上示出在第一实施例中的根据本发明的方法。
图3a至3c示意性地在微机械设备上示出在第二实施例中的根据本发明的方法。
图4a至4d示意性地在微机械设备上示出在第三实施例中的根据本发明的方法。
图5示例性地示出能够根据本发明制造的可能的阻尼器结构的俯视图。
图6示出具有阻尼器结构的微机械芯片。
具体实施方式
首先，像往常一样制造微机械晶片、尤其是传感器晶片，并且借助盖晶片对该微机械晶片加盖。在将晶片分离成单个的传感器之前(通常通过锯开进行分离)，现在直接在晶片级上制造阻尼结构。这能够例如借助硬化的硅酮或者PDMS(例如Dow Corning Sylgard
Figure BDA0003121010580000031
)来实现。根据制造商的规格，将该硬化的硅酮或者PDMS混合、脱气并且然后以所需要的量涂覆到晶片的背面上，例如通过分配进行涂覆，这伴随着已经预结构化该阻尼器结构的可能性，从而在随后的改型中不必挤出如此多的材料。也能够通过丝网印刷/模板印刷涂覆阻尼器材料。在此，还能够预结构化该结构，以便不挤出如此多的材料。另外，阻尼器材料也能够通过离心分离来涂覆，尤其是在材料具有稀薄的稠度的情况下。然后，用于成型用于所有传感器芯片的阻尼器结构的模板/阻尼器模具被压紧在晶片上(或者，当易弯曲时，横向地展开)。在此，必须注意准确地定位该阴模。现在，硅酮被硬化(例如在Sylguard184的情况下通过适配的温度曲线进行硬化)。然后，能够取下模板/阻尼器模具。在此能够有利的是，该模板是易弯曲的并且能够展开。
有利地，模板/阻尼器模具借助防粘附剂来处理，或者涂有对应的层，或者直接由能够容易与阻尼器材料再次分开的材料(例如PTFE)构成。理想地，模板/阻尼器模具能够用于在另外的晶片上的下一次成型，可能在清洁过程之后或者在借助防粘附剂重新处理之后。同样能够预处理应该永久地与阻尼器材料连接的晶片背面，例如通过短暂的O2等离子体或者粘附层的等离子体聚合进行预处理。
能够有利的是(但通常不是必须的)，同样对晶片的背面进行结构化，所述阻尼器结构成型/施加在该晶片上，以便在成型过程中为阻尼器的材料提供更好的锚固并且在传感器芯片与阻尼器之间创建还更稳健的连接。
一种可设想的替代方案是，将整个晶片或者其大部分(例如四分之一或者六分之一)插入到注塑成型设施中，并且借助于以期望的肖氏硬度对相应的硅酮的注塑成型将阻尼器结构施加到底面上。在此必须保证：不污染用于后来的键合的电接触面，并且出现的热负载和机械负载在注塑成型过程中不损伤晶片。然后，该方法包括下述步骤：
-提供具有背面的微机械晶片；
-将晶片引入到注塑成型工具中，用以将至少一个阻尼器结构成形到阻尼器材料中；
-将液态的阻尼器材料喷射到模具中和背面上；
-使阻尼器材料固化；
-打开模具并且取出具有相连接的阻尼器结构的晶片。
图1在流程图中示意性地示出根据本发明的用于制造具有阻尼器结构的微机械设备的方法。根据本发明的方法至少包含下述步骤：
(A)提供具有背面的微机械晶片；
(B)将液态的阻尼器材料涂覆到背面上；
(C)将阴模压向背面，用以将至少一个阻尼器结构成形到阻尼器材料中；
(D)使阻尼器材料固化；
(E)取下阴模。
在此，晶片还包括晶片块。能够有利的是，在提供之前将晶片分割成晶片块，例如将晶片分成四等份。特别是在大的晶片的情况下，这能够是有利的。晶片块通常更容易处理。在此，晶片块总是仍然具有用于相当多数量的芯片的一些微机械结构。在此，晶片块具有晶片的面积的1/10以上。
例如，阻尼器材料的固化能够通过加热(加热/烘烤)或者也能够通过UV照射(UV硬化的阻尼器材料)来实现。在第二种情况下会需要对于UV透明的阴模。在取下阴模之后，晶片或者具有相连接的阻尼器结构的晶片块能够分离成单个的芯片，例如通过锯开进行分离。
图2a至2c示意性地在微机械设备上示出在第一实施例中的根据本发明的方法。示意性地简化示出成型过程。图2a示出具有盖110的微机械晶片100，在这里是传感器晶片。微机械晶片100以背面120指向上方的方式提供。液态的阻尼器材料200至少局部均匀地施加到背面上，例如通过分配进行施加。最后，将阴模300(阻尼器成型母版)沿箭头方向压向背面。空气或者说气体逸出，用阻尼器材料填充阴模的凹模。图2b示出微机械晶片100，阴模300贴靠在该微机械晶片的背面120上。由此，该阴模已将阻尼器材料200成形为阻尼器结构210。现在，加热该复合结构，并且阻尼器材料(在这里是硅酮)固化。然后，移除阴模。图2c示出具有在背面上的阻尼器结构210的微机械晶片100。阻尼器结构与传感器晶片形状锁合地连接。现在，能够将具有阻尼器结构的晶片分离，也就是说，分离成具有在底面上的阻尼器结构的加盖式传感器芯片。
图3a至3c示意性地在微机械设备上示出在第二实施例中的根据本发明的方法。图3a示出微机械晶片100，该微机械晶片以背面120指向上方的方式提供。已经预结构化的阻尼器材料200(在这里是硅酮)位于该背面上，该阻尼器材料已通过分配或者说丝网印刷或者模板印刷以结构化的方式施加。图3b示出微机械晶片100，阴模300按压到该微机械晶片的背面120上。由此，该阴模已将阻尼器材料200完全地成形为阻尼器结构210。现在，加热该复合结构，并且阻尼器材料固化。然后，移除阴模。图3c示出具有在背面上的阻尼器结构210的微机械晶片100。
图4a至4d示意性地在微机械设备上示出在第三实施例中的根据本发明的方法。图4a示出阴模300，该阴模在该实施例中以仰卧的方式提供。如图4b所示，阻尼器材料200分配到或者刮到阴模的凹陷部中。图4c示出，微机械晶片100(在这里是传感器)如何以背面放置到阴模300上并且被向下挤压。空气逸出，可能处在真空下，并且借助阻尼器材料填充模具。现在，进行加热，并且阻尼器材料(在这里是硅酮)固化。然后，移除阴模，并且如图4d所示，阻尼器结构与传感器晶片形状锁合地连接。现在，能够将整个结构分离成具有在底面上的阻尼器结构的加盖式传感器芯片。
图5示例性地示出能够根据本发明制造的可能的阻尼器结构的俯视图。示出了分别在芯片400上的可能的阻尼器结构210的非详尽的选择。
图6示出具有阻尼器结构的微机械芯片。以透明的方式示出芯片400。阻尼器结构210位于其下方，该阻尼器结构由可选的阻尼器板212并且在这种情况下六个单个的阻尼器214组成。阻尼器板212和阻尼器214在所描述的根据本发明的方法中在一道工序中制造。
附图标记列表
100 微机械晶片
110 盖
120 背面
130 正面
200 阻尼器材料
210 阻尼器结构
212 阻尼器板
214
300 阴模
400 芯片

Claims (6)

1.用于制造具有阻尼器结构的微机械设备的方法，该方法具有下述步骤：
(A)提供具有背面的微机械晶片；
(B)将液态的阻尼器材料涂覆到所述背面上；
(C)将阴模压向所述背面，用以将至少一个阻尼器结构成形到所述阻尼器材料中；
(D)使所述阻尼器材料固化；
(E)取下所述阴模。
2.根据权利要求1所述的用于制造具有阻尼器结构的微机械设备的方法，其特征在于，在步骤(B)之前，将液态的阻尼器材料涂覆到所述阴模上，然后通过将所述阴模贴靠到并且按压到所述背面上同时实施步骤(B)和(C)。
3.根据权利要求1或者2所述的用于制造具有阻尼器结构的微机械设备的方法，其特征在于，使用覆盖有或者涂有防粘附剂的阴模或者由防粘附剂构成的阴模，所述防粘附剂能够容易地与所述阻尼器材料分开。
4.根据权利要求1所述的用于制造具有阻尼器结构的微机械设备的方法，其特征在于，在步骤(B)中，以结构化的方式涂覆所述阻尼器材料，尤其通过分配、丝网印刷或者模板印刷进行涂覆。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于制造具有阻尼器结构的微机械设备的方法，其特征在于，在步骤(D)中，通过加热、尤其是烘烤和/或通过UV照射来引起所述阻尼器材料的固化。
6.根据权利要求1至6中任一项所述的用于制造具有阻尼器结构的微机械设备的方法，其特征在于，在步骤(E)之后在步骤(F)中，将所述微机械晶片分离成单个的芯片。
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