CN113939713A - 柔性被动电子组件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种柔性被动电子组件包括衬底，所述衬底包括绝缘层和任选地具有上部侧面和下部侧面的无机层，由此所述绝缘层至少部分地覆盖所述任选的无机层的所述上部侧面。所述柔性被动电子组件进一步包括至少部分地覆盖所述绝缘层的电结构。所述衬底具有至多50μm的厚度。所述柔性被动电子组件具有至多150μm的高度。

Description

柔性被动电子组件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种柔性被动电子组件，尤其是涉及一种测量由例如温度、气体吸收、化学反应、粒子流、光输入和力输入等外部影响引起的电阻变化的传感器。所述柔性被动电子组件具有电结构，其中电结构的电阻通过外部输入改变。所述电结构设置在衬底上。本发明还涉及一种用于制造柔性被动电子组件，尤其是制造传感器的方法。
背景技术
温度传感器是此传感器的实例。当前使用的具有正温度系数的薄膜温度传感器是基于施加到衬底的平坦金属层。随着温度变化ΔT，金属片R(T)的电阻根据R(T)＝R(0)·(1+ξ(T)·ΔT)而变化，其中R(0)等于T＝0时的电阻。对于许多金属，温度系数ξ(T)-至少在温度0<T<200℃时-是恒定的并且与温度无关。与温度无关的电阻系数是有利的，因为其有助于根据电阻测量值确定温度。
除了合适的金属选择之外，电阻对温度等的线性相关性的重要前提条件是对衬底的正确选择。理想地，衬底应具有与沉积在其上的传感器金属的热膨胀系数(CTE)类似的CTE。尤其地，如果衬底的CTE大于金属的CTE，则金属层中可能出现裂纹，并且这会使得传感器出现不合需要的漂移。氧化铝(Al2O3)是用于Pt薄膜传感器的特别合适的衬底。Al2O3的CTE是6.5-8.9E-6(1/K)并且因此类似于铂的CTE，即8.8E-6(1/K)。
然而，作为温度传感器的衬底的陶瓷主体具有在衬底厚度低于500μm时缺乏机械稳定性的缺点。具体地说，由于较高的断裂倾向，即使在厚度小于1000μm时，较大的衬底也变得难以操作。
第9,209,047号美国专利公开了一种柔性半导体装置，其中装置层布置在聚合物层上。
然而，例如聚合物膜之类的平坦衬底，尤其是聚酰亚胺膜不适合于精确的薄膜温度传感器，因为聚合物膜的形状或物理特性随时间变化。另外，CTE为20E-6(1/K)的聚酰亚胺膜对于铂来说过高。制造单个包封裸片和薄衬底的常规技术仅针对IC而非针对具有高准确性的微小且平坦的传感器进行描述。
发明内容
本发明的目标是实现精确且同时柔性的被动电子组件、平坦传感器。
此目标根据柔性被动电子组件，尤其是根据传感器实现，所述柔性被动电子组件的衬底由绝缘层和任选地具有至多50μm的总厚度和至多150μm的高度的另一无机层形成。通过使用无机层确保柔性被动电子组件的高精度和长期稳定性。与聚合衬底相比，无机层没有时间变化并且具有相对低的CTE。另外，与陶瓷衬底相比，由绝缘层和无机层组成的无机层或衬底可以减薄到50μm或更小的厚度，同时保持机械稳定性。减薄后的衬底使柔性被动电子组件更具柔性。由于柔性被动电子组件的总高度有限，至多150μm，此柔性仍可得以保持。此外，质量小的柔性被动电子组件，尤其是传感器能快速跟随周围环境，从而实现快速测量响应。
具体地说，柔性被动电子组件不是集成电路(IC)或不含有集成电路(IC)。
在优选实施例中，衬底的厚度为至多35μm，尤其优选地至多20μm。这被证明是特别有利的，因为较薄的衬底在保持其稳定性的同时提供了更多柔性。无机层连同绝缘层的最小厚度例示为10μm。
在本发明的一个实施例中，有可能衬底仅由绝缘层组成。
在优选实施例中，柔性被动电子组件具有至多70μm，尤其优选地至多40μm的高度。柔性被动电子组件的高度减小被证明在增加柔性和增快响应速度的方面是有利的。
在优选实施例中，柔性被动电子组件具有柔性，其可以至少5mm，优选地至少2mm，优选地至少1mm的弯曲曲率半径弯曲，其中电结构在弯曲之前和之后的电阻率(d R/R(0)，其中d表示德耳塔(delta)或△)的相对差不能超过0,5％。具有此柔性的柔性被动电子组件可适合于在因热膨胀/收缩或外部机械应力引起的弯曲应力下使用。
柔性被动电子组件的此柔性可按以下测量。柔性被动电子组件胶合在聚酰亚胺箔(
Figure BDA0003396375880000021
25μm)上以确定柔性被动电子组件的柔性。在胶合之前，卡普顿(Kapton)膜的表面通过用电晕放电处理激活。将基于氰基的胶(MINEA、超强力胶水)施加在薄的柔性被动电子组件的后侧上，并且将柔性被动电子组件按压在聚酰亚胺箔上，以获得胶的反应时间。聚酰亚胺箔围绕圆柱形棒缠绕，其中柔性被动电子组件朝外指向。棒的直径选择在0,5mm至10mm的范围内。当缠绕时，聚酰亚胺箔与圆柱形棒的表面紧密接触。因此，施加到柔性被动电子组件的曲率半径大致为棒直径的一半。施加最大弯曲的持续时间设置为大致一秒。在每个弯曲周期之前和之后测量电结构的电阻率d R/R(0)(其中d表示德耳塔或△)的相对差。只要曲率半径不小于最小半径Rm，柔性被动电子组件就是柔性的。Rm由d R/R(0)＝0,5％的半径限定。
所述无机层优选地由无机结晶材料，尤其是由硅、碳化硅、砷化镓或蓝宝石制成，或由无机非晶材料，尤其是由石英玻璃、硼硅玻璃或玻璃制成，或优选地由绝缘体上硅(SOI)晶圆制成。
在优选实施例中，柔性被动电子组件具有长度、宽度和高度，其中横截面(长度x宽度)为至多4mm2，优选地至多2mm2，尤其优选地至多1mm2。由于在有限高度下的相对小的长度和宽度，有利地保证了轻质量并且因此保证了快速响应。
在优选实施例中，所述电结构包含至少一个导体迹线和至少两个电接触垫，其中至少两个电接触垫电连接到至少一个导体迹线。所述导体迹线可被构建成按曲折的形状延伸。
在优选实施例中，所述至少一个导体迹线具有均一宽度，其中宽度不超过5μm并且宽度的标准差不超过宽度的5％。薄且均匀的导体迹线有利于对快速变化的测量参数作出快速且稳定的响应。可以至少部分地形成导体迹线作为调整应变元件，以允许对导体迹线的总电阻进行线路内微调。
在优选实施例中，导体迹线具有至少3.000ppm/K，优选地至少3.500ppm/K，尤其优选地至少3.800ppm/K的电阻温度系数。
在优选实施例中，柔性被动电子组件可进一步包括至少一个额外电结构。每个额外电结构可包含至少一个导体迹线。所述电结构和至少一个额外电结构可布置在多层结构中，使得：
a)电结构和至少一个额外电结构的导体迹线以一个在另一个上方的方式布置在不同平面上；并且
b)以一个在另一个上方的方式放置的邻近导体迹线通过额外绝缘层彼此至少部分地分离；并且
任选地c)以一个在另一个上方的方式放置的邻近导体迹线经由穿过额外绝缘层形成的一或多个导电通孔电连接到彼此。
具有多层电结构的增加的感测区域有利于提高感测准确性和性能，同时使柔性被动电子组件保持较小。
在优选实施例中，所述绝缘层由金属氧化物和/或金属氮化物，尤其是由二氧化硅、氮化硅、氧化铝、氮化铝、二氧化铪或氮化铪制成。由此材料制成的绝缘层在无机层上展现稳定的电绝缘。然而，绝缘层的材料不限于这些，只要可在衬底表面上获得必要的电绝缘即可。
在另一优选实施例中，柔性被动电子组件可进一步包括至少部分地覆盖电结构的覆盖层。所述覆盖层可由无机层形成。由此，尤其是在恶劣的环境中，电结构受到保护，因此可以实现长期稳定。
在另一优选实施例中，柔性被动电子组件可进一步包括第一保护层。第一保护层至少部分地，具体地说完全地覆盖覆盖层。第一保护层可由例如聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)和聚酰亚胺(PI)之类的聚合材料制成。优选地，材料由光结构聚酰亚胺(PS-PI)组成。材料根据覆盖层的掩模进行光结构化。
在优选实施例中，所述电结构被设计为传感器元件和/或加热器元件。所述传感器可被设计为温度传感器、流量传感器、粒子传感器或化学传感器。
在流量传感器的实例中，可在流动方向上在两个温度传感器元件之间布置一个加热器元件。
在温度传感器的实例中，电结构可具有至少100欧姆，优选地至少1.000欧姆，尤其优选地至少10.000欧姆的电阻。由此实现低自加热。
在作为加热器元件的电结构的实例中，其可具有至多5欧姆，优选地至多2欧姆，优选地至多1欧姆的电阻。加热器元件的导体迹线优选地被设计为正方形、U形环。优选地，加热器被设计为多个并联寻址导体迹线，而导体迹线具有均一宽度，所述宽度不超过5μm，并且宽度的标准差不超过宽度的5％。
在另一优选实施例中，所述电结构与通信系统组合。所述通信系统可包含一或多个无线接口和/或一或多个有线接口，这将允许电结构经由一或多个网络进行通信。
此类无线接口可提供一或多个无线通信协议下的通信，所述一或多个无线通信协议例如蓝牙和/或WiFi(例如，IEEE 802.11协议)和/或长期演进(LTE)和/或WiMAX(例如，IEEE 802.16标准)和/或射频ID(RFID)协议和/或近场通信(NFC)和/或其它无线通信协议。
在优选实施例中，柔性被动电子组件可进一步包括在无机层的下部侧面上的第二保护层。第二保护层可由例如聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)和聚酰亚胺(PI)之类的聚合材料制成。所述保护层不限于这些，只要保护层具有适当的机械稳定性、电绝缘和热传递特性即可。
根据本发明的柔性被动电子组件系统实现以上目标。所述柔性被动电子组件系统包括根据以上发明方面中的任一项的至少一个柔性被动电子组件和至少一个电控制件。所述电控制件可电连接到电结构。所述电控制件被配置成控制柔性被动电子组件。
在温度柔性被动电子组件的实例中，所述电控制件被配置成将恒定电流供应到电结构(电阻元件)，以测量电结构两端的电压，基于欧姆定律计算电阻值，并且导出对应于电阻值的温度。
根据本发明的用于制造柔性被动电子组件，尤其是用于制造根据本发明的前述柔性被动电子组件的方法实现以上目标。所述方法包括以下工艺步骤：
a)提供具有上部侧面和下部侧面的无机晶圆，
b)在无机晶圆的上部侧面上施加绝缘层，
c)在绝缘层上施加和构建电结构或多层电结构，
d)在电结构上施加覆盖层，
e)具体地通过机械去除和/或蚀刻工艺在无机晶圆的下部侧面将无机晶圆减薄到包括绝缘层和任选地无机晶圆的衬底的厚度，所述厚度为至多50μm，优选地至多35μm，尤其优选地至多20μm。
在优选实施例中，为了施加电结构，可首先将金属层施加到例如硅晶圆、绝缘体上硅(SOI)晶圆或玻璃晶圆之类的无机晶圆上，然后对其进行光刻结构化。金属层可由铂(Pt)、铝(Al)、镍(Ni)或例如具有99,5％Al和0,5％Cu的铝-铜(Al-Cu)合金或至少含有Pt、Al和/或Ni的合金之类的合金制成。
在优选实施例中，所述方法可进一步包括以下步骤：
f)在电结构的侧面和/或衬底的下部侧面上施加保护层，以及任选地
g)在将无机晶圆减薄的步骤之后去除第一保护层。
在本发明的实施例中，有可能在步骤e)中，完全去除无机晶圆以使得衬底仅包括绝缘层。
在减薄工艺期间可防止损坏电结构，这被证明是尤其有利的。
附图说明
图1示出本发明的柔性被动电子组件，尤其是传感器的第一优选实施例的横截面；
图2示出根据图1的柔性被动电子组件的平面视图；
图3A至3M示出根据本发明的用于制造柔性被动电子组件的技术的横截面视图；以及
图4示出本发明的柔性被动电子组件的第二优选实施例的横截面。
具体实施方式
在以下描述中，将主要描述温度传感器。然而，本发明的应用不限于温度传感器，并且本发明可有利地应用于流量传感器、化学(气体)传感器、粒子传感器等。
根据图1和2，传感器1包括衬底10。衬底10包括具有上部侧面2a和下部侧面2b的无机层2、绝缘层3和电结构4。绝缘层3至少部分地覆盖无机层2的上部侧面2a。如所描绘，绝缘层3可覆盖无机层2的整个上部侧表面。电结构4至少部分地覆盖绝缘层3。
衬底10具有至多50μm，优选地至多35μm，尤其优选地至多20μm的厚度t10。换句话说，衬底10的厚度t10由无机层2的厚度t2和绝缘层3的厚度t3构成。在衬底10仅具有绝缘层3的情况下，厚度t10等同于厚度t3。
传感器1具有高度h1，所述高度h1为至多150μm，优选地至多70μm，尤其优选地至多40μm。减薄后的衬底10使传感器1更具柔性。由于传感器1的总高度h1有限，至多150μm，此柔性仍可得以保持。此外，质量小的传感器1能快速跟随周围环境，从而实现快速测量响应。
所述无机层2可由无机结晶材料，尤其是由硅、碳化硅、砷化镓或蓝宝石制成，或由无机非晶材料，尤其是由石英玻璃、硼硅玻璃或玻璃制成，或由绝缘体上硅(SOI)晶圆制成。
所述绝缘层3可由金属氧化物和/或金属氮化物，尤其是由二氧化硅、氮化硅、氧化铝、氮化铝、二氧化铪或氮化铪制成。
电结构4可由铂、镍、铝或例如至少含有铂、镍和/或铝的合金或具有99,5％Al和0,5％Cu的铝-铜(Al-Cu)合金之类的合金制成。
传感器1可进一步包括至少部分地覆盖电结构4的覆盖层5。覆盖层5可暴露用于一或多个电接触垫4a的电结构4的一或多个部分。覆盖层5可由无机层形成。
传感器1可进一步包括无机衬底10的下部侧面2b上的保护层6。保护层6可由例如聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)或聚酰亚胺(PI)之类的聚合材料制成。保护层6不限于这些，只要保护层具有适当的电绝缘和热传递特性即可。
可从图2看到电结构4的特定形状。例如，上文所论述的两个电接触垫4a平行延伸并且彼此间隔开。电接触垫4a和导体迹线4b的总面积可以是衬底10的面积的一半。例如，当衬底10的面积为1x1mm2时，电接触垫4a的每个面积为0,1mm2。这是一实例，并且传感器2和接触垫4a的尺寸不限于这些。电结构4可在同一平面中包含多于两个电接触垫4a。
除了接触垫4a之外，电结构4还包含至少一个导体迹线4b。导体迹线4b电连接到电接触垫4a两者。导体迹线4b具有第一端和第二端。导体迹线4b的第一端连接到一个接触垫4a；导体迹线4b的第二端连接到另一个接触垫4a。
在所示实例中，导体迹线具有以S形状重复弯曲的曲折形状。导体迹线4b的形状不限于此，只要获得必需的导体长度或电阻值即可。优选地，导体迹线4b具有均一宽度，其中宽度不超过5μm并且宽度的标准差不超过宽度的5％。薄且均匀的导体迹线4b有利于对快速变化的测量参数作出快速且稳定的响应。可以至少部分地形成导体迹线4b作为调整应变元件。
导体迹线4b可被应用为传感器元件和/或加热器元件。在化学传感器的应用中，催化材料可作为传感器元件设置在导体迹线4b上。并且，作为加热器元件的另一导体迹线(未示出)可邻近放置在作为传感器元件的导体迹线4b的上方或下方。在流量传感器的应用中，作为加热器元件的一个导体迹线可布置在作为传感器元件的两个导体迹线之间。
在温度传感器的实例中，电结构4可具有至少100欧姆，优选地至少1.000欧姆，尤其优选地至少10.000欧姆的电阻。由此实现低自加热。
在作为加热器元件的电结构4的实例中，所述电结构可具有至多5欧姆，优选地至多2欧姆，优选地至多1欧姆的电阻。加热器元件的导体迹线优选地被设计为正方形或U形环。优选地，加热器被设计为多个并联寻址导体迹线，而导体迹线具有均一宽度，所述宽度不超过5μm，并且宽度的标准差不超过宽度的5％。
尽管未示出，但传感器1可进一步包括至少一个额外电结构。每个额外电结构可包含至少一个导体迹线，所述至少一个导体迹线具有与上文所描述的导体迹线4b相同的结构。所述电结构4和至少一个额外电结构可布置在多层结构中，使得：
a)电结构4和至少一个额外电结构的导体迹线4b以一个在另一个上方的方式布置在不同平面上；并且
b)以一个在另一个上方的方式放置的邻近导体迹线4b通过额外绝缘层彼此至少部分地分离；并且任选地
c)以一个在另一个上方的方式放置的邻近导体迹线4b经由穿过额外绝缘层形成的一或多个导电通孔电连接到彼此。
具有多层电结构4的增加的感测区域有利于提高感测准确性或性能，同时使传感器1保持较小。额外绝缘层可具有与无机层2上的绝缘层3相同的配置。
温度传感器的传感器的设计实例可如下：
在传感器面积1x1mm2(长度1mm和宽度1mm)的情况下，衬底的一半由接触垫4a和导体迹线4b覆盖，由此接触垫4a的面积为至少2x0,15mm2，并且导体迹线形成为曲折的。铂的导体迹线(线路)的宽度为1μm；邻近金属线路之间的间隔为1,5μm。平行金属线路的数目为200，其中总长度为20cm。铂的电阻率(ρPt)为1,06微欧姆·米。导体迹线的电阻R由R＝ρPtxL/(BxH)得出
L：长度(cm) B：宽度(μm) H：高度(μm) 线路电阻(千欧姆)
20 1 1 212
10 1,5 0,5 141
参考图3A至3M，将描述制造图1和2中示出的传感器1的方法的实施例。
图3A示出具有上部侧面2a'和下部侧面2b'的无机晶圆或板2'。所述无机晶圆2'可由无机结晶材料，尤其是由硅、碳化硅、砷化镓或蓝宝石制成，或可由无机非晶材料，尤其是由石英玻璃、硼硅玻璃或玻璃，或优选地由绝缘体上硅(SOI)晶圆制成。在稍后的工艺中，将晶圆2'减薄。为了便于处理，在此之前的初始晶圆厚度优选地约为0,5mm至1mm。
图3B示出将绝缘层3'施加在无机晶圆2'的上部侧面2a'上。绝缘层3'可以是电绝缘氧化层。为此目的，氧化作为无机晶圆2'的硅晶圆。可从开始使用SOI晶圆。替代地，可沉积电绝缘氧化层。
图3C示出将金属层4'施加在电绝缘层3'上。金属层4'可被蒸发或溅镀到绝缘层3'上。金属层4'可由铂(Pt)、铝(Al)、镍(Ni)或例如具有99,5％Al和0,5％Cu的铝-铜(Al-Cu)合金或至少含有Pt、Al和/或Ni的合金之类的合金制成。
图3D示出将掩模M施加在金属层4'上。为此目的，将光阻剂施加在金属层4'上并且暴露和显现出预定图案。
图3E示出各自包含至少两个电接触垫4a和至少一个导体迹线4b的多个电结构4根据金属层4'构建而成。通过湿式化学蚀刻或干式蚀刻对金属层4'进行蚀刻，留下用掩模M覆盖的部分。
图3F示出通过例如剥离的方式去除掩模M。
图3G示出将覆盖层5施加在电结构4的部分上，留下缺失电接触垫4a的部分。为此目的，通过干式蚀刻和/或湿式蚀刻来施加和构建例如二氧化硅(SiO2)和任选地氮化硅(Si3N4)之类的无机材料，留下覆盖有额外掩模(未示出)的部分。在施加覆盖层5之后，通过例如提离的方式去除掩模。
图3H示出将第一保护层7施加在电结构4的侧面上，覆盖电结构4、覆盖层5和从电结构4暴露的绝缘层3的部分。第一保护层7可以是由聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)、聚酰亚胺(PI)等制成的聚合物层。优选地，有机材料由光结构聚酰亚胺(PS-PI)组成。材料根据覆盖层5的掩模进行光结构化。
任选地，电接触垫4a用施加在其上的电贵金属层(未示出)钝化。例如电镍浸金(ENIG)之类的电镀可施加在电接触垫4a上。
图3I示出通过例如研磨、化学机械抛光(CMP)、蚀刻或其组合等各种工艺将无机晶圆2'连同绝缘层3'减薄到至多50μm，优选地至多35μm，尤其优选地至多20μm。经证明有利的是，在第一保护层7的保护下，可有效防止去除的废料对电结构4、覆盖层5和绝缘层3'的损坏和/或污染。此外，在第一保护层7的强化下，无机晶圆2'可在稳定状态下减薄。
图3J示出将作为保护层6的第二保护层6'施加在无机晶圆2'的减薄后的表面(下部侧面)上。第二保护层6'可以是由聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)、聚酰亚胺(PI)等制成的聚合物层。
图3K示出将无机晶圆2'连同绝缘层3'、第一保护层7'、第二保护层6'和覆盖层5'分割到图1所示的单独传感器1中。这些切割通过锯、激光等来执行。可在与SMT兼容的任何电子工艺中进一步处理这些传感器1。完成传感器1的制造。
图3L示出去除第一保护层7'和第二保护层6'。再次暴露覆盖层5、电结构4的部分和无机晶圆2'。可例如烧掉两个保护层6'和7'。
图3M示出传感器连接的实例。传感器1可安装在安装板S上，其中保护层6面向安装板S。在温度传感器的应用中，传感器1可牢固地连接到待测量的表面。传感器1的电接触垫4a和安装板S可通过导线电连接。
本发明的传感器的其它优点可如下所示：
-由于质量轻，具体地说，小于1mm2的横截面x100μm的高度，因此响应时间快，
-由于无机衬底变薄，因此传感器具有较高的机械柔性，
-当导体迹线的电阻为100欧姆至10.000欧姆时，自加热低，
-低制造成本(100mmx100mm的无机晶圆可制造约10.000个传感器)，
-可使用早已投入使用的光刻工艺。
图4示出本发明的另一优选实施例，其中电接触垫4a直接连接到电路板(未示出)的电线。电接触垫4a的厚度t4a大于电结构4的导体迹线4b的厚度t4b。此结构是通过一次构建导体迹线4b和具有相同厚度的电接触垫4a并且接着选择性地打磨对应于导体迹线4b的部分来实现的。替代地，这可以通过一次构建导体迹线4b和具有相同厚度的电接触垫4a并且接着通过进一步气相沉积或电镀选择性地增厚对应于电接触垫4a的部分来实现。此设计的优点是进一步减小了热传感器与电路板之间的热接触面积，以增加被设计为热传感器的电结构的灵敏度，尤其是在对辐射热的检测中。在优选实施例中，通过使用额外改进机械稳定性的各向同性导电粘合剂(ICA)和/或各向异性导电粘合剂(ACA)来确保电连接性。
执行实例：
执行实例1：根据本发明的柔性被动电子组件，尤其是柔性传感器的设计
在一侧上具有氧化硅层并且层厚度为1,2μm的200mm硅晶圆用作根据本发明的柔性传感器的无机晶圆。金属层沉积在氧化硅层上。金属层具有850nm的总厚度并且由99,5％Al和0,5％Cu的Al-Cu合金组成。接着，将金属层光刻划分为任选的彼此隔离的单独电结构。电结构各自由导体迹线和导体迹线的两端处的两个接触垫组成。导体迹线的每个线路具有均匀的宽度并且以两个接触垫之间的曲折形状布置。以不同方式设计在晶圆上的电结构具体地由以下参数限定：
a)导体迹线(L)的长度，
b)导体迹线(W)的宽度，
选择用于构建金属层的布局以使得硅晶圆被划分成正方形区域，其中区域面积各自对应于400mm2。所述区域中的每一个具有相同图案，其由以单独行布置的222个单独电结构组成。电结构划分成不同群组，由此群组内的电结构相同。电结构的参数L或W中的至少一个在群组之间不同。
在构建金属层之后，金属层的整个表面首先涂布由氧化物和氮化物层组成的无机覆盖层。无机覆盖层的总厚度为1,4μm。为了确保稍后的电寻址，此覆盖层在接触垫处断开。
随后，表面涂布具有大致3μm的干燥层厚度的光结构聚酰亚胺(PS-PI)并且根据覆盖层的掩模进行光结构化。接触垫的表面保持不含无机覆盖层和聚酰亚胺层。未涂布的接触垫接着用大致12μm厚的镍/金层进行电镀(ENIG工艺)。
执行实例2：根据执行实例1对根据本发明的柔性传感器进行电特性描述
一个接一个地对单独结构进行电特性描述。电结构的两个接触垫与晶圆测试仪的两个双接触尖端接触。通过将电压施加到接触尖端来确定R0，即，0℃的温度下电结构的电阻。通过确定第二温度下的电阻R来确定电阻(TCR)的温度系数。
表1示出群组Z1的电结构的电阻R0和温度系数TCR的平均值和标准差。为此目的，评估分布在晶圆上的单独区域。区域51位于晶圆的中心，区域1和5在其下部边缘处，并且区域79和83在其上部边缘处。在每个区域上评估群组Z1的8个结构。群组Z1的结构具有W＝6,5μm的线路宽度。
表1：
区域 R0的平均值 R0的标准差 TCR的平均值 TCR的标准差
# 欧姆 欧姆 ppm/K ppm/K
1 249,1 1,8 4135,3 2,5
5 245,4 1,2 4139,1 1,5
51 249,1 0,1 4139,0 0,3
79 246,9 1,5 4136,8 1,9
83 245,7 0,9 4139,4 0,6
平均值 247,2 2,1 4137,9 2,4
如从表1可见，结构Z1的电阻R0的平均值是247,2欧姆，其中相对于所检查的五个区域的标准差为2,1欧姆。因此，电阻R0的相对标准差为0,85％。TCR的平均值为4137,9ppm/K，标准差为2,4ppm/K。因此，TCR的相对标准差为0,058％。
在表2中，以统计方式评估来自群组Z18的电结构的电阻。电结构具有W＝0,5μm的线路宽度。最低行中的每个区域上存在18个邻近电结构。对于分别来自晶圆的中心、顶部和底部的一个区域，其电阻在表2中示出。在室温下确定电结构的电阻R。
表2：
顶部 中心 底部
R(欧姆) R(欧姆) R(欧姆)
1 9305,5 9514,3 9540,4
2 9273,5 9496,9 9517,5
3 9237,7 9517,3 9474
4 9202,7 9452,5 9431,5
5 9201,1 9441,7 9428,5
6 9183,5 9344,7 9386,4
7 9153,3 9189 9360,7
8 9129,7 9148,5 9328,1
9 9129,4 9163,9 9336,9
10 9102,4 9152,5 9298,5
11 9096,5 9118,6 9298,5
12 9105,1 9171,4 9295,4
13 9114,4 9152,1 9313,8
14 9129,3 9227,4 9335,3
15 9142,3 9223,1 9365,7
16 9175,4 9275,8 9396,7
17 9215,3 9329,2 9436,1
18 9241,7 9365,3 9453,5
整个
平均值 9174,4 9293,6 9388,8 9285,6
标准差 62,3 141,5 75,9 131,7
0,7％ 1,5％ 0,8％ 1,4％
如表2所示，结构Z2的电阻R的平均值为9285,6欧姆，其中相对于所研究的三个区域的标准差为131,7欧姆。因此，电阻R的相对标准差为1,4％。
表3示出来自场51的不同群组的电结构的TCR的平均值和标准差。
表3：
群组 线路宽度W TCR的平均值 TCR的标准差
μm ppm/K ppm/K
Z18 0,5 3963 3
Z4 1 4057 1
Z8 1,3 4092 1
Z6 1,73 4107 1
Z2 2,6 4110 1
Z1 6,5 4140 1
如表3所示，TCR和TCR的标准差在很大程度上与导体迹线的宽度无关，至少对于在0,5μm至6,5μm范围内的导体迹线宽度，虽然影响轻微，但线路宽度越宽，TCR的平均值的系统性增加越明显。
执行实例3：根据执行实例1完成根据本发明的传感器
来自设计实例1硅晶圆的后侧以化学机械方式减薄成晶圆加上大致10μm的绝缘体厚度。接着，将大致13μm的聚酰亚胺的保护层施加到减薄后的背侧。
接着，用激光或通过切割来分离电结构。单独结构是机械柔性的并且可围绕半径小于1mm的圆棒弯曲。围绕圆棒来回重复弯曲并不显著更改电结构的R0值和TCR值。
执行实例4：使用根据本发明的柔性传感器来测量温度
为了确定测试件的表面温度，来自设计实例3的电结构附接到测试件的表面，并且两个接触垫经由导线连接到电阻测量装置。通过确定电结构的电阻并且使用校准曲线，可以推断出样本的表面温度。
执行实例5：
根据执行实例3的传感器的不同之处在于其一侧上具有20μm的层厚度的氧化硅层。硅晶圆的后侧以化学机械方式减薄直到什么也没留下为止。接着，将大致15μm的聚酰亚胺的保护层施加到减薄后的背侧。
此传感器具有与根据执行实例3的传感器类似的柔性。
执行实例6：
在另一实例中，接触垫都升高到电结构的导体迹线上方。此设计的优点是减小传感器与其安装件之间的热接触面积。传感器结构是自由浮动的，并且减少热泄漏。温度传感器的自由浮动布置通过将升高的接触垫直接连接到电路板的电线来实现。
执行实例7：
将根据执行实例3的R0＝9.285欧姆的传感器胶粘在25μm聚酰亚胺箔上并且围绕具有不同直径的各种圆柱形棒缠绕，并且测量d R/R0。无机层厚度总计为20μm(减薄后的硅无机层：10μm；无机绝缘层和保护层的厚度：10μm)。结果概述在表4中。
表4：
棒直径/mm 曲率半径/mm d R/R0/％
10 5 0,0
8 4 0,0
6 3 0,00
4 2 0,05
3 1,5 0,15
2 1 0,5
1,5 0,75 1
1 0,5 传感器断裂
根据表4，如果曲率半径不小于1mm，即Rm<1mm，则传感器是柔性的。
附图标记列表
1 被动电子组件
2 无机层
2' 无机晶圆
2a 上部侧面
2b 下部侧面
2a' 晶圆的上部侧面
2b' 晶圆的下部侧面
3,3' 绝缘层
4,4' 电结构
4a 电接触垫
4b 导体迹线
5,5' 覆盖层
6,6' 第二保护层
7,7' 第一保护层
10 衬底
S 安装板
t2 无机层的厚度
t3 绝缘层的厚度
t10 衬底的厚度
t4a 电接触垫的厚度
t4b 导体迹线的厚度。

Claims (15)

1.一种柔性被动电子组件(1)，尤其是传感器，其包括
-衬底(10)，其包括绝缘层(3)和任选地具有上部侧面(2a)和下部侧面(2b)的无机层(2)，由此所述绝缘层(3)至少部分地覆盖所述任选的无机层(2)的所述上部侧面(2a)，
以及
-电结构(4)，所述电结构(4)至少部分地覆盖所述绝缘层(3)，
其特征在于
所述衬底(10)具有至多50μm，优选地至多35μm，尤其优选地至多20μm的厚度(t10)，并且
所述柔性被动电子组件(1)具有至多150μm，优选地至多70μm，尤其优选地至多40μm的高度(h1)。
2.根据权利要求1所述的柔性被动电子组件(1)，其中
所述柔性被动电子组件(1)具有柔性，其可以至少5mm，优选地至少2mm，尤其优选地至少1mm的弯曲曲率半径弯曲，并且
其中所述电结构(4)在弯曲之前和之后的电阻率的相对差(d R/R0)不能超过0,5％。
3.根据权利要求1或2所述的柔性被动电子组件(1)，其中
所述无机层(2)由无机结晶材料、尤其是由硅、碳化硅、砷化镓或蓝宝石制成，或由无机非晶材料、尤其是由石英玻璃、硼硅玻璃或玻璃制成，或优选地由绝缘体上硅(SOI)晶圆制成。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的柔性被动电子组件(1)，其中
所述柔性被动电子组件(1)具有长度、宽度和所述高度(h1)，其中所述长度乘以所述宽度的乘积为至多4mm2，优选地至多2mm2，尤其优选地至多1mm2。
5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的柔性被动电子组件(1)，其中
所述电结构(4)包含至少一个导体迹线(4b)和至少两个电接触垫(4a)，所述至少两个电接触垫(4a)电连接到所述至少一个导体迹线(4b)，
优选地其中所述至少一个导体迹线(4b)具有均一宽度，所述宽度不超过5μm并且所述宽度的标准差不超过所述宽度的5％。
6.根据权利要求5所述的柔性被动电子组件(1)，其中
所述导体迹线(4b)具有至少3.000ppm/K，优选地至少3.500ppm/K，尤其优选地至少3.800ppm/K的电阻温度系数。
7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的柔性被动电子组件(1)，其进一步包括至少一个额外电结构，每个额外电结构包含至少一个导体迹线，
其中所述电结构(4)和所述至少一个额外电结构布置在多层结构中，使得：
a)所述电结构(4)和所述至少一个额外电结构的所述导体迹线(4b)以一个在另一个上方的方式布置在不同平面上；并且
b)以一个在另一个上方的方式放置的所述邻近导体迹线(4b)通过额外绝缘层彼此至少部分地分离；
任选地
c)以一个在另一个上方的方式放置的所述邻近导体迹线(4b)经由穿过所述额外绝缘层形成的一或多个导电通孔电连接到彼此。
8.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的柔性被动电子组件(1)，其中
所述绝缘层(3)由金属氧化物和/或金属氮化物、尤其是由二氧化硅、氮化硅、氧化铝、氮化铝、二氧化铪或氮化铪制成。
9.根据权利要求1至8中任一权利要求所述的柔性被动电子组件(1)，其中
所述电结构(4)由铂、镍、铝或含有铂、镍和/或铝的合金制成。
10.根据权利要求1至9中任一权利要求所述的柔性被动电子组件(1)，其进一步包括至少部分地覆盖所述电结构(4)的覆盖层(5)，所述覆盖层(5)由无机层形成。
11.根据权利要求1至10中任一权利要求所述的柔性被动电子组件(1)，其中
所述电结构(4)被设计为传感器元件和/或加热器元件。
12.根据权利要求11所述的柔性被动电子组件(1)，其中
作为所述传感器元件的所述电结构(4)具有至少100欧姆，优选地至少1000欧姆，优选地至少10000欧姆的电阻，或者
其中作为所述加热器元件的所述电结构(4)具有至多5欧姆，优选地至多2欧姆，优选地至多1欧姆的电阻。
13.一种柔性被动电子组件系统，其包括根据权利要求1至12中任一权利要求所述的至少一个柔性被动电子组件(1)以及至少一个电控制件，所述电控制件电连接到所述电结构(4)并且被配置成控制所述柔性被动电子组件(1)。
14.一种用于制造柔性被动电子组件(1)、尤其是用于制造根据权利要求1至12中任一权利要求所述的柔性被动电子组件(1)的方法，其包括以下工艺步骤：
a)提供具有上部侧面(2a')和下部侧面(2b')的无机晶圆(2')，
b)在所述无机晶圆(2')的所述上部侧面(2a')上施加绝缘层(3')，
c)在所述绝缘层(3')上施加和构建电结构(4')或多层电结构，
d)在所述电结构(4')上施加覆盖层(5')，
e)在所述下部侧面(2b')将所述无机晶圆(2')减薄到包括所述绝缘层(3)和任选地所述无机晶圆(2')的衬底(10)的厚度(t10)，所述厚度为至多50μm，优选地至多35μm，尤其优选地至多20μm。
15.根据所述用于制造柔性被动电子组件的方法，进一步包括以下步骤：
f)在所述电结构(4')的侧面和/或所述衬底(10)的所述下部侧面(2b)上施加第一保护层(7)，以及任选地
g)在将所述无机晶圆(2')减薄的步骤之后去除所述第一保护层(7)。
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