CN114730743A - 经切割的封装组件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造经切割的封装组件(6、7)的方法，该方法具有以下步骤：‑将框架结构(4、4’、4’’、4’’’)施加在基板(1)的基板表面(1o)上，其中该框架结构(4、4’、4’’、4’’’)包围布置在所述基板表面(1o)上的结构单元(2、2’)，‑将封盖基板(5)键合在该框架结构(4、4’、4’’、4’’’)上，‑使该框架结构(4、4’、4’’、4’’’)硬化，‑切割封装组件(6、7)，‑其中该框架结构(4、4’、4’’、4’’’)由粘合剂形成。

Description

经切割的封装组件及其制造方法
本发明涉及根据独立权利要求的方法、系统和组件。
半导体工业中的组件的制造分成晶圆制造领域(英语：frontend(前端))及组装领域(英语：backend(后端))。取决于组件的面积，基板或晶圆在晶圆制造之后含有高达数百个组件。这些组件通过锯切(英语：dicing)被切割并在组装时将其布线并封装或浇注在壳体中。也可以将大量组件安装在一个共同的载体上，然后进行封装(英语：packaging)。
用于浇注组件的浇注树脂或灌注料(例如环氧树脂)并非气密封装的优选实施方案。这些灌注料特别适用于不需要壳体空腔的半导体组件。一旦该组件的光学或机械性质受损，就不再能够使用灌注料。
壳体中的封装既用于机械保护又用于屏蔽环境影响，如空气湿度、氧或尘粒。气密封装使得在壳体中构建不透气的气氛且因此按需将组件储存在真空中或在保护气体气氛下成为可能。例如，将组件-载体与壳体封盖通常在保护气体下粘接或熔焊。为了使封装中的真空能够更长时间，也可以使用除气剂。除气剂是化学反应性材料，其可通过化学反应或通过吸附而结合分子。
所述组件或结构单元是功能单元，特别是光学和/或电子类型的，例如尤其是传感器、芯片、LED (发光二极管)或光电组件、MEMS (微机电系统)、透镜及透镜堆叠、共振器等。经封装的传感器包括，例如，光学传感器、加速度传感器及旋转传感器。一个组件或一个结构单元可含有在半导体基板的加工期间形成的集成电路。
在现有技术中，通常单独将MEMS气密密封地封装于封装中。然而，单芯片加工方式是耗时/复杂的。
因此，近年来开发了新的封装概念，该新的封装概念特别是在晶圆结构化之后完全在晶圆级上实施封装工艺。晶圆级封装(WLP)通过晶圆级封装避免了单个组件处理。WLP因此与传统封装的区别在于，所有工艺直接在基板或晶圆上进行，且在封装之后才由晶圆通过锯切或其他方法如激光辐照来切割WLP封装。定义部件大小且由封装大小与组件大小的比率计算的形状因子因此几乎等于1。
如果将多个组件，特别是芯片，也垂直地集成至两个或更多个层中，则称为3D集成电路(3D-IC)。3D-IC的封装，3D封装，通过在单个壳体中堆叠多个芯片而节省了空间。在晶圆对晶圆(W2W)方法中，将晶圆及位于其上的组件与封盖基板键合，且然后锯开。或者，芯片对晶圆(C2W)方法也是可行的，其中例如将已经切割的封盖逐个施加在界定的组件上。然后将具有成品封装组件的晶圆锯开。C2W方法使得使用不同大小的芯片成为可能。
由于微型化的要求，由陶瓷或金属制成的例如由槽和封盖组成且彼此粘接、焊接或熔焊的传统壳体不再合适。
在现有技术中存在许多几乎气密或气密的晶圆级封装方法，例如，尤其包括与金属焊接或熔焊的方法、键合方法(例如，与塑料的玻璃浆料键合、熔合键合、阳极键合或用粘合剂粘合键合)或者使用聚合物材料诸如苯并环丁烯(BCB)或液晶聚合物(LCP)。
在阳极键合中，使用三维结构化的玻璃晶圆用于将组件封装在基板或产品晶圆上。类似地，在其他键合方法中，需要结构化的硅晶圆。然而，用3-D结构化封盖基板进行封盖是耗时/复杂且成本密集型的，因为首先必须制造3-D结构。另一个问题是工艺温度高，这限定了方法的应用，如熔合键合。
在现有技术中，将BCB用作中间层用于几乎气密的密封。其在热作用下聚合且在半导体工业中用作电介质、中间层或密封层。LCP对气体及水蒸气具有良好阻隔性质，这被用作用于封装组件的薄膜。LCP薄膜覆盖例如产品基板且含有用于各个组件的腔。然而，BCB及LCP仅能够实现几乎气密的封装。
如果使用粘合剂，则借助于封盖基板进行封装，使用粘合剂将封盖基板与配备有组件的基板或产品基板连接。如果粘合剂是聚合物，则该聚合物的阻隔性质也应适合用于气密密封。
在所制造的封装的扩散密封性意义上的气密封装的制造仍然是一个挑战，特别是在存在壳体空腔时。气密封装使得能够在壳体中构建不透气的气氛且因此按需将组件储存在真空中或在保护气体气氛下。如果没有被赋予气密性或仅被不充足地赋予气密性，则会缩短组件的耐用性或使用寿命。随着时间的推移而渗入的湿气经常引起问题，如由于凝结形成或腐蚀形成而导致的故障。有机发光二极管例如不仅对湿气而且对氧非常敏感。
当今现有技术中粘合剂方面的问题是通常实现非气密或仅几乎气密的封装。例如，用环氧粘合剂，密封封装是不可能的。
此外，不仅需要粘合剂，而且必须事先施加或构建包围各个组件的框架结构。这可以是在产品基板上和/或在封盖基板上的和/或也可以是结构化的基板覆盖物，即封盖基板。
EP1474356B1使用由可光结构化的环氧树脂(例如，SU-8)制成的框架结构。借助于额外的粘合层或通过将封盖基板与框架结构键合，将封盖基板与框架结构连接。
在US6,995,462B2中，将透明的封盖基板键合在具有光学传感器的产品晶圆上。在此，将粘合剂结构化地直接施加在产品晶圆上或在封盖基板上。所使用的粘合剂例如是环氧粘合剂、有机硅粘合剂或丙烯酸粘合剂。然后切割封装的组件。
US7,541,658B2也示出了在载体基板的各个芯片传感器周围多次施加可交联材料，以构建框架结构。然后用封盖基板封装芯片。
现有技术的缺点在于：框架结构必须用一粘合层固定至载体基板且用另一粘合层固定至封盖基板。此方法包括非常多的步骤且非常耗时/复杂。
现有技术的问题此外在于：用传统的粘合剂或其他用于框架结构的材料，在切割封装组件之后，经常只能实现封装的不足够的气密密封。这意味着封装组件的长期可靠性问题及使用寿命缩短。
本发明要实现的目的在于消除现有技术的缺点，特别在于提供一种改进和简化的用于气密封装组件的方法。
所述目的通过独立权利要求的特征得以实现。本发明的有利扩展方案在从属权利要求中给出。由至少两个在说明书、权利要求和/或附图中给出的特征构成的所有组合也落入本发明的范围内。对于说给出的数值范围，位于所提及的极限内的数值也应被认为是公开的极限值，并可以以任意组合要求保护。
本发明涉及一种用于制造经切割的封装组件的方法，该方法具有以下步骤：
-在基板的基板表面上施加框架结构，其中该框架结构包围布置在该基板表面上的结构单元，
-将封盖基板键合在该框架结构上，
-使该框架结构硬化，
-切割该封装组件，
其中根据本发明由粘合剂形成所述框架结构。
本发明此外涉及一种用于制造经切割的封装组件的系统，其中可实施根据本发明的方法，该系统具有：
-处理室，其用于容纳该经切割并封装的组件，
-容纳设备，其用于容纳该经切割并封装的组件，
-处理装置，其用于处理该组件的框架结构。
本发明此外涉及用根据本发明的方法和/或根据本发明的系统制造的经切割的封装组件。
有利地，可以更迅速且更简单地制造框架结构，同时不需要额外的粘合层，从而需要更少的工作步骤。
本发明尤其基于这样的构思，即，在切割组件之后进行框架结构的后处理，以便在扩散密封性的意义上实现完全气密的封装。
粘合剂优选是有机硅粘合剂。由此可有利地实现改善的密封性。
优选地，处理经切割的封装组件，从而产生玻璃样结构，特别是SiO2结构。由此可有利地实现改善的密封性。
优选地，用等离子体和/或气体处理经切割的封装组件。由此可有利地实现改善的密封性。
本发明特别涉及具有用粘合剂键合的堆叠结构的封装组件，其外棱边几乎相同，其包括：
- 结构单元，
- 框架结构，其包围所述结构单元且在堆叠结构内形成封闭空腔，和
- 防扩散的掩盖物，
其中该框架结构充当结构单元与掩盖物之间的间隔件，
其中在切割封装组件之后，通过等离子体、优选O2等离子体和/或UV/臭氧和/或激光和/或反应气体，通过处理框架结构或通过处理已经硬化的粘合剂，来实现气密性。
与现有技术相比，根据本发明的组件尤其有利地实现了改善的气密封装，因为框架材料外壁的后处理导致表面的致密化并因此产生长期可靠性增加的气密封装。
本发明尤其记载了一种用于制造气密封装组件的方法，该方法具有以下步骤：
- 施加框架结构，该框架结构逐个包围产品基板上的各个结构单元，取决于结构单元的类型，优选已经触电连接的结构单元，
- 通过将该框架结构与防扩散封盖基板粘接而将该产品基板与该封盖基板键合，
-使该框架结构的粘合剂硬化，
- 切割该封装组件，
- 用等离子体、优选O2等离子体和/或UV/臭氧和/或激光和/或反应性气体处理该已经切割并封装的组件，其中通过所述粘合剂-框架结构的处理将表面转化成致密的SiO2。
在一个具体实施方式中，也可以在连接产品基板和封盖基板之前进行框架结构的硬化，或者框架结构的硬化优选地在将封盖基板键合在框架结构上之前进行。在此实施方式中，在连接产品基板与封盖基板之前在已经硬化的框架结构上全等地施加一层粘合剂且在连接之后使其硬化。实施方式的选择尤其也取决于所需的框架结构高度。为了实现所需的框架结构高度，也可以想到重复施加用于框架结构的材料，其中取决于材料选择，每层在施加下一层之前未硬化、部分硬化或完全硬化。
本发明的核心尤其在于：通过事后化学和/或物理处理已经切割并封装的组件的框架结构，可使用简化方法用粘合剂进行晶圆级封装，该方法能够实现高品质且气密性的封装。
框架结构因此不仅用作机械稳定器，而且用于防范出现在大气中和/或周边环境中的颗粒及介质，特别是流体，还更特别是液体或气体，特别是水(湿气)及氧。
框架结构的粘合剂例如可通过诸如喷墨方法、印刷方法、浇注、涂布、喷洒、挤出和/或涂漆的方法来施加。用于施加粘合剂的另一技术例如是喷涂或喷漆。这是一种喷嘴在进行相对于基板的相对运动期间将要施加的液体雾化的技术。喷嘴与基板之间的相对移动可以是简单旋转、平移或复杂移动。
一些粘合剂材料具有高粘度，并且在需要时必须用溶剂稀释。可以例如用根据WO2016/113008A1的系统将根据本发明的框架结构施加在产品基板上，在这方面对其进行了参考。
或者，可以使用喷墨方法及印刷方法，例如，微接触印刷方法、丝网印刷或柔版印刷用于施加粘合剂结构或框架结构。
根据本发明的方法从两部分封装出发，即，具有在产品基板上包围结构单元的框架结构和安装在其上的封盖基板。在所述用于封装的连接之前，必须将产品基板和封盖基板尽可能精确地彼此对准。基板的对准优选用相应的对准设备来进行。例如，在WO 2014/202106A1中记载了这样的对准设备，在这方面对其进行了参考。优选借助于对准标记进行对准。在产品基板上，功能单元(即，结构单元)位于对准标记旁。
基板优选具有大致相同的直径，它们彼此相差特别是小于5 mm，优选地小于3 mm，还更优选地小于1 mm。
例如，在专利文献EP1564804B1及US6,214,692B1中记载了用于键合基板的系统。所述对准及键合尤其根据所给出的专利文献进行而没有更详细地描述。
可通过各种方法实施切割。作为切割中的分离方法，例如使用机械锯切以及基于等离子体和/或基于激光的分离方法。
本发明另一主题特别涉及一种用于制造和/或处理经切割并封装的组件的系统、特别是用于实施根据本发明的方法的系统，该系统具有
- 处理室，其用于容纳经切割并封装的组件，
- 容纳设备，其用于容纳经切割并封装的组件，
- 等离子体源和/或UV光和/或臭氧源和/或激光源，其用于处理经切割并封装的组件的框架结构，
- 用于将一种或多种气态组份引入至处理室中的装置，
- 用于容纳设备和处理室的温度控制的加热装置以及控制装置。
该设备/系统可以是模块化形成的且特别可以是整个系统的一部分。然而，该设备本身也可以是一个具有多个模块的整体系统。
通过根据本发明的设备及根据本发明的方法，尤其可以将大量经切割并封装的组件同时装载于该设备中，以便然后同时处理框架结构的外壁，从而迅速地将表面转化成致密的SiOx (特别是SiO2)且因此确保了封装的长期气密性。
粘合剂材料或框架结构的材料
粘合剂，特别是UV粘合剂，用于在根据本发明的方法中连接产品基板与封盖基板。也用粘合剂制造在产品基板上围绕各个结构单元的框架结构。在切割之后，框架结构定义了封装组件的外壁。
封装组件的切割可以例如在中间穿过框架结构或在两个框架结构之间进行，这取决于其是如何围绕产品基板的结构单元来施加的。
粘合剂的硬化可通过电磁辐射、通过热、通过电流、通过磁场和/或其他方法来进行。
取决于材料，通过电磁辐射、优选地通过UV光或IR光进行粘合剂的硬化。该电磁辐射具有10 nm至2000 nm、优选10 nm至1500 nm、更优选10 nm至1000 nm、最优选10 nm至500nm的波长。
也可以想到热硬化。热硬化在0℃至500℃、优选地在0℃至400℃、还更优选地在0℃至300℃、最优选在0℃至200℃进行。
硬化尤其基于粘合剂的聚合。在此，所述聚合由所谓的引发剂引发。如果使用电磁辐射用于硬化，则两个基板中的至少一个，特别是封盖基板，对于在其中发生粘合剂交联的波长范围的电磁辐射而言是透明的或足够透明的。特别地，封盖基板是玻璃基板或蓝宝石基板。
为了黏合，可在整个面上或选择性地沿框架结构在产品基板上和/或在覆盖物(封盖基板)上和/或在中间层上施加粘合剂。如果用粘合剂施加框架结构，则选择性地或结构化地施加粘合剂，以制造优选在产品基板上的框架结构。
优选地，使用永久粘合剂。永久粘合剂是其聚合物链在化学、热或电磁作用下永久地彼此交联的聚合物。该交联过程是不可逆的。使用这样的聚合物，以将基板，特别是由不同材料制成的基板，彼此连接。
根据本发明，粘合剂尤其包括环氧树脂、光刻胶材料、含氟聚合物、倍半硅氧烷、苯并环丁烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚亚芳基醚、聚醚醚酮、液晶聚合物及热塑性共聚物，例如聚偏二氯乙烯。
对于晶圆对晶圆(W2W)方法而言，在低于250℃的键合温度下已确立环氧材料诸如SU-8及苯并环丁烯(BCB)作为粘合剂。
优选地，使用基于有机硅的粘合剂，例如聚二甲基硅氧烷(PDMS)粘合剂或含有八官能多面体倍半硅氧烷(POSS)的粘合剂，它们在硬化之后在其表面上或在该表面附近的层中具有Si-O和/或Si-OH单元，其可通过化学和/或物理处理被转化成致密的SiO2。尤其应发生表面转化，由此，由基于有机硅的粘合剂制成的框架结构实现气密密封。
在一个特别的实施方式中，框架结构材料或粘合剂也可以是聚合物复合材料，以具有特别的性质。粘合剂例如可以具有有机成分和无机成分，或含有颗粒，例如金属颗粒，特别是纳米颗粒，或是导电的。如果硬化的粘合剂仅让一部分电磁辐射通过，则框架结构或粘合剂用作滤波器。
在键合时，使产品基板与封盖基板连接。通过将框架结构与防扩散封盖基板粘接而进行键合，其中在键合时也可以使用压力和/或温度。
经切割并封装的组件上的框架结构的表面转化。
晶圆级封装中的最后的工艺步骤之一是切割，其中将完成处理的基板或完成且封装的组件分开。可借助于锯切、激光方法(激光切割)或等离子体方法(等离子体切割)进行组件的切割(英语：dicing)。
在切割封装组件之后才可根据本发明对框架结构进行后处理，从而实现封装所需的气密性。在切割之后处理封装组件的框架结构具有如下优点：其可在多个经切割并封装的组件上同时进行。
在切割之后，该封装组件不一定必须是裸露的。在切割之前，例如，可在基板上粘上锯切薄膜 (英语：切割胶带(dicing tape))。锯切薄膜例如是粘合薄膜、热薄膜或UV薄膜。用锯切框架固定基板。此外，锯切环能够将薄膜以扩展状态固定并被压入到基板与切割框架之间。
在第一示例性实施方式中，封装组件的进一步处理需要通过扩展锯切薄膜而增大分开的封装组件的间距。为此，例如使用扩展框架。其准许更好地接近封装组件的侧壁(即，框架结构)，且因此能够实现更有效的后处理。
如果经切割并封装的组件仍固定于薄膜上，特别是夹持在锯切框架中的锯切薄膜上，则可在晶圆级上同时处理基板或晶圆的所有经切割的组件，而无需更耗时/复杂的单芯片处理。在这种情况下，可以有利地使用已经存在的用于处理晶圆的设备，由此简化了后处理工艺。
优选地，根据具体情况检查薄膜材料及框架材料与(后)处理方法(例如，特别是等离子体方法)的相容性且选择相应合适的材料。
在薄膜不再适合的工艺条件(例如，过高的温度和/或化学和/或物理蚀刻速率)下，在第二示例性实施方式中封装组件以单芯片处理方法来加工。因此，在该实施方式中，也可同时处理多个经切割并封装的组件。
在第三示例性实施方式中，也可以松散地在适合于此的容纳设备中输送及处理经切割并封装的组件。
特别地，根据本发明，优选基于有机硅的粘合剂用于制造框架结构，例如PDMS粘合剂或含POSS的粘合剂，它们在硬化之后在其表面上或在其表面附近的层中具有Si-O和/或Si-OH单元，这些可在后处理期间通过化学和/或物理工艺被转化成SiOx或SiO2表面层。
在半导体工业中使用等离子体工艺及离子溅射工艺来清洁和/或活化表面。属于现有技术的表面清洁和/或表面活化的方法通常用于预处理用于后续工艺的基板表面。由科学出版物(例如，“Progress in Adhesion and Adhesives”， 编辑K.L. Mittal，Scrivener Publishing and John Wiley & Sons，2015年)已知，可通过等离子体处理活化聚二甲基硅氧烷(PDMS)的表面，从而与第二PDMS表面或玻璃表面的永久键合成为可能。通过O2等离子体处理使表面氧化，并且在PDMS表面上产生硅烷醇基团。如果两个等离子体处理过的表面接触，则产生共价的O-Si-O连接。
根据本发明，借助于氧、氮、惰性气体或更复杂的有机气态化合物产生的等离子体优选可以借助于存在于等离子体中的离子和/或自由基通过离子轰击和通过表面反应来改性基板表面。
在一个优选实施方式中，使用氧-等离子体(O2-等离子体)。根据本发明，优化O2-等离子体处理的工艺参数，使得裸露的由基于有机硅的粘合剂构成的框架结构的表面转化成致密的SiO2。为此优化工艺参数如O2-等离子体处理的气体混合物、温度及持续时间，从而成功且持久地将表面转化成致密的SiO2。由此实现了封装组件的已经硬化的外框架结构的气密密封。
在根据本发明的另一实施方式中，在O2-等离子体工艺中引入附加组分，以通过与框架结构表面的反应更快地将裸露的框架结构转化成致密的SiO2或SiOx。
根据本发明，附加组分优选可以是多种物质的混合物或单一化学化合物。优选地，将该附加组分作为气体引入。在根据本发明的一个独立实施方式中，使用硅氧烷作为化学化合物。这些包含例如二硅氧烷、六甲基二硅氧烷(HMDS)及八甲基三硅氧烷。HMDS适合用于在等离子体中沉积稳定、抗刮擦的层及保护层。在此使用具有HMDS-氧-气体混合物的等离子体。在等离子体中产生硅氧烷单体的高反应性碎片(尤其是自由基及离子)，该高反应性碎片在表面处形成聚合物层(等离子体聚合)。随着氧浓度的增加，通过Si-O-Si自由基的重组产生层沉积且该层变成石英样。SiOx层的厚度可通过处理的持续时间及硅氧烷的浓度来控制。该处理仅持续到封装的框架结构通过形成SiOx表面层实现所需的扩散密封性意义上的气密性。
在另一优选实施方式中，在切割组件之后，使框架结构经受UV光/臭氧(O3)处理。借助于短波UV光处理可清洁表面和/或对表面进行改性。如果波长低于200 nm的UV辐射遇到氧，则形成臭氧。臭氧自身被UV光分解，形成游离的高反应性氧自由基。
尤其使用基于有机硅的粘合剂用于制造框架结构，例如PDMS粘合剂或含POSS的粘合剂，该粘合剂在硬化之后在其表面上或在该表面附近的层中具有Si-O和/或Si-OH单元，它们可在UV/臭氧处理期间通过光化学工艺转化成SiOx表面层。所述光化学工艺优选在室温下进行。
优化工艺参数，从而可以产生薄的SiOx表面层。在另一实施方式中，也可以类似于等离子体处理在此工艺中引入附加组分。
在另一优选实施方式中，在切割组件之后，用辐射源，特别是激光，处理框架结构。根据本发明，由粘合剂、优选聚合物粘合剂制造框架结构。
在激光辐照聚合物基质的情况下，发生热和非热相互作用过程，它们可能直至导致经辐照的结构光化学分解。其是复杂的光化学以及光热反应，其中光化学及光热反应的比例通过选择1)聚合物材料、2)激光波长、3)脉冲时间等可变化，并因此可以控制。应将非热过程理解为是指尽管仍存在、但可忽视的热效应。
在用激光辐照框架结构时，可能产生例如聚合物碎片、分解产物和气态产物，而没有产生高温。优选非热相互作用过程，以避免组件及封装的应变或损坏。
用低于消融极限的低通量(在恒定脉冲持续时间下每单位面积的辐射能)，可实现聚合物表面的化学组成的改变。可以辐照聚合物而无消融的强度是材料依赖性的并通过实验来确定。
根据本发明的一个优选实施方式，给封装且经切割的组件，特别是框架结构，施加以预定的波长和/或功率和/或脉冲持续时间，其中预定的工艺参数优选地适应于各自的材料。该实施方式是有利的，因为穿透深度和工艺会受到波长和/或脉冲时间和/或激光功率的影响。
根据本发明，框架结构的材料或粘合剂材料和后处理工艺相互匹配，从而以优化的方式进行所需的材料向致密SiOx 的转化。
本发明的一个主要的优点特别在于：提高了用粘合剂作为连接层以W2W工艺制造并封装的组件的气密性并因此提高了其品质和使用寿命。
基板
基板或半导体基板被理解为是指半导体工业的尚未切割的半成品，特别是圆形的半成品。特别地，根据本发明的实施方式涉及晶圆。产品基板和封盖基板优选是径向对称的。尽管基板可具有每种任意直径，但基板直径特别是1英寸、2英寸、3英寸、4英寸、5英寸、6英寸、8英寸、12英寸、18英寸或大于18英寸。在特别的实施方式中，基板也可以具有矩形形状，或至少与圆形形状不同的形状。在下文中将基板特别理解为是指晶圆。
基板优选地具有大致相同的直径D1和D2，它们彼此相差尤其小于5 mm、优选地小于3 mm、还更优选地小于1 mm。
封盖基板
根据本发明，围绕要封装的结构单元施加由粘合剂制成的框架结构。该框架与结构单元高度相同或更高，并用防扩散封盖封闭。玻璃、硅或塑料优选地适合作为用于封盖基板的材料。其他材料例如是蓝宝石玻璃、半导体、化合物半导体、氧化物、陶瓷或金属。防扩散基板封盖可以是透明的或半透明的，当组件必须避光时。LED例如是由多层构建的且大都被玻璃板或塑料板密封。封装的品质在此基本上决定了使用寿命，因为氧、湿气或灰尘颗粒可能导致故障。
本发明的其他优点、特征和细节由优选示例性实施例的以下描述以及借助附图得出。其中：
图1a：示出了具有组件的产品基板的平面图，
图1b：示出了第一实施方式中的产品基板的截面图，
图1c：示出了第二实施方式中的产品基板的截面图，
图2a：示出了第一实施方式中的在根据本发明的方法的第一工艺步骤之后的产品基板，
图2b：示出了图2a的产品基板的侧视图，
图2c：示出了第二实施方式中的在根据本发明的方法的第一工艺步骤之后的产品基板的侧视图，
图3a：示出了第一实施方式中的产品基板的框架结构的侧视图，
图3b：示出了第二实施方式中的产品基板的框架结构的侧视图，
图3c：示出了第三实施方式中的产品基板的框架结构的侧视图，
图4a：示出了第一实施方式中的封装且经切割的组件的侧视图，
图4b：示出了第一实施方式中的在用于将表面转化成致密的SiOx的表面后处理工艺步骤之后的封装且经切割的组件的侧视图，
图4c：示出了在用于将表面转化成致密的SiOx的表面后处理的最后的工艺步骤之后的根据本发明的经切割且封装的组件的平面图，
图5a：示出了用于后处理封装组件的根据本发明的设备的第一实施方式的示意图，
图5b：示出了用于后处理封装组件的根据本发明的设备的第二实施方式的示意图。
在附图中，相同的部件或具有相同功能的部件用相同的附图标记表示。附图未按比例绘制，以便更好地显示。
在图1a中示出了产品基板1，已在其表面1o上制造了位于其上的结构单元2。根据图1b，该结构单元2也可以含有导电连接3、3’。
在根据图1c的另一实施方式中，结构单元2’是在载体基板1’上和/或具有载体基板1’的光学结构，特别是微透镜。经处理的基板1、1’在结构单元2、2’之间具有精确定义的自由面1f，以便能够完全在晶圆级上实施所述封装工艺。
在根据图2a的根据本发明的示例性方法的第一步骤中，在结构单元2之间施加框架结构4。
根据本发明的封装方法从两部分封装出发，即，根据图2b及图2c，具有包围结构单元2、2’的框架结构4和安装在其上的封盖基板5。
框架结构4由粘合剂制造，其用于键合至封盖基板5。
在根据图2b的侧视图中可以看出，施加了宽的框架结构4。结构单元2与框架结构4之间存在自由空间1f’。 根据图2b的封装后组件的切割例如沿着剖面线S进行。
在根据图2c的另一实施例中，在结构单元2之间施加各一个框架结构4’，从而封装之后组件的切割在两个框架结构4’之间进行。对此参见图2c的剖面线S’。
框架结构4的高度可按需或取决于结构单元2、2’的类型而有很大变化。如果需要或期望高于结构单元2、2’的空腔，则在个别情况中优化框架结构4的所需高度。
框架结构4的高度被理解为是指框架4、4’、4’’、4’’’的总高度，包括可能还需要的粘合剂层。
由粘合剂材料制造用于键合至封盖基板5的框架结构4、4’、4’’、4’’’。因此，在优选的实施方式中，仅使用粘合剂材料用于制造框架结构。
在施加框架结构之后，根据图3a及3b的在结构单元2、2’与框架结构4、4’’之间出现高度差H。在根据图3b的实施方式中，该高度差H几乎为零，因为框架结构4’’与结构单元2几乎是等高的。
在根据图3c的另一实施方式中，可通过施加多层材料来构建框架结构4’’’。作为用于框架结构4’’’的材料的粘合剂可以在所施加的每一层之后根据本发明部分地或完全地交联，即，例如通过UV辐射或供热而硬化。在一个替代实施方式中，取决于粘合剂的粘度和/或流动性质，可在进行完全硬化之前首先重叠地施加多个层。
根据本发明，硬化优选基于粘合剂的聚合。在此，所述聚合由所谓的引发剂引发。如果使用电磁辐射用于硬化，则两个基板中的至少一个，特别是封盖基板，对于在其中发生粘合剂交联的波长范围的电磁辐射而言是透明的或足够透明的。
在一个特别的实施方式中，也可以在连接产品基板与封盖基板之前进行框架结构的完全硬化。在此实施方式中，在连接产品基板与封盖基板之前，将一层粘合剂全等地施加在已经硬化的框架结构上且在连接之后使其硬化。
通过电磁辐射、特别是UV光和/或通过热辐射作用进行硬化工艺。所述电磁辐射的波长范围为10 nm至2000 nm、优选地10 nm至1500 nm、更优选10 nm至1000 nm、最优选10nm至500 nm。
在小于750℃下、优选地在小于500℃下、还更优选地在小于250℃下、最优选在小于100℃下、至佳地在小于50℃下进行热处理。优选地经由穿过样本固持器的热传导进行热处理。然而，也可以想到，周围环境的气氛的加热或其组合。
在第二工艺步骤中，根据图2b及2c，通过将框架结构与防扩散封盖基板粘接而使产品基板与封盖基板键合，其中粘合剂形成框架结构。也可以在用粘合剂键合产品基板和封盖基板时使用压力和/或温度。对于透明的封盖基板，可在连接产品基板与封盖基板之后使框架结构/粘合剂硬化。
在另一工艺步骤中切割封装组件。图4a示出了经切割并封装的组件6。结构单元2在侧面被框架结构4包围。在切割时，将位于完成处理的基板上的完成且封装的组件分开。可借助于锯切、激光方法(激光切割)或等离子体方法(等离子体切割)进行组件的切割。
框架结构的外表面4o尚不能实现高品质且气密性的封装。为了能够实现组件的长期稳定性，在最后一个工艺步骤中对经切割并封装的组件进行事后处理。特别地，实现了框架结构4的外表面4o的化学转化。通过对已经切割过并封装的组件的框架结构的表面4o事后进行化学和/或物理处理，使用了简化方法用于晶圆级封装，这能够实现高品质且气密性的封装。
经处理的框架结构因此不仅用作机械稳定器，而且用于防范出现在气氛中和/或周围环境中的颗粒及介质，特别是流体，还更特别是液体或气体，特别是水(湿气)和氧。
图4b及图4c分别在侧视图中及在平面图中示出了通过根据本发明后处理封装组件而改变的外框架结构8。特别地，根据本发明优选基于有机硅的粘合剂(例如，PDMS粘合剂或含POSS的粘合剂)用于制造框架结构，它们在硬化之后在其表面上或在该表面附近的层中具有Si-O和/或Si-OH单元，这些可在后处理期间通过化学和/或物理工艺被转化成SiOx表面层或SiO2层。
根据本发明，框架结构的外层变为石英样。SiOx层的厚度可由处理的持续时间来控制。该处理仅持续到封装的框架结构通过形成SiOx表面层而实现所需的扩散密封性意义上的气密性。在外框架结构上形成SiOx表面层或SiO2层能够实现气密封装，尽管框架结构和基板的材料不同。
在最后一个工艺步骤中，进行封装组件的后处理。
图5a示出了根据第一实施方式的用于进行封装组件的后处理的处理室。在切割之后，封装组件不一定必须裸露。
如果经切割并封装的组件仍固定于薄膜上，特别是在夹持在锯切框架中的锯切薄膜上，则可在晶圆级上同时处理基板或晶圆的所有切割组件，而不需要更耗时/复杂的单芯片处理。在此，可以有利地利用已存在的用于处理晶圆的设备，由此简化处理室9、9’中的后处理工艺。
在第一实施方式中，封装组件的进一步处理需要通过扩展锯切薄膜来增大分离的组件的间距。为此使用例如扩展框架。其准许更好地接近封装组件的侧壁(即，框架结构)，且因此能够实现更有效的后处理。
在薄膜不再适合的工艺条件(例如，高温和/或化学和/或物理蚀刻速率)下，在第二实施方式中封装组件以单芯片处理方法来加工。现有技术中已知用于将经切割并封装的组件的层片放置于基板上的给定位置中的设备和方法。
因此，根据本发明，在该实施方式中也可以同时处理多个经切割并封装的组件。
在第三实施方式中，经切割并封装的组件也可以松散地在合适的容纳设备中输送并处理。
根据图5a和5b，经由装载设备，优选气闸10，给处理室9、9’装载以位于扩展的锯切薄膜上并锯开的封装部件结构。容纳设备13用于将锯切框架或基板固定处理室9、9’中。工作台12特别设计成使得在装载有锯切框架或基板时可使其向上移动且机器人臂可以放下基板。更概括地，使工作台12在z方向上按需移动。此外，容纳设备13可以旋转和/或倾斜。例如在图5b中示出了工作台移动的空间固定坐标系。
可优选地将处理室9、9’抽真空和加热。可通过加热的（一个或多个）容纳设备13和/或通过具有适当热源的辐射加热来进行加热(未示出)。处理室9、9’配备有抽吸和/或真空系统11。根据图5a及5b的容纳设备适合用于锯切框架或基板。或者，篮筐也可以作为容纳设备。
容纳设备13和/或处理室9、9’可以在0℃至1000℃、优选0℃至500℃、还更优选0℃至400℃、最优选0℃至350℃的温度范围内加热和退火。容纳设备13特别可以具有孔。这些孔可小于封装组件。
容纳设备13也可以具有传感器(未示出)，借助于其可以测量物理和/或化学性质。这些传感器例如可以是温度传感器。
根据图5a的实施方式示出了处理室9，优选等离子体室。存在多种用于制造等离子体的方法，它们在能量耦合类型方面明显不同。通过施加直流电压可以产生DC放电。电容性耦合的MHz放电(CCP电容耦合等离子体)用于等离子体蚀刻和等离子体涂布。离子流和等离子体密度可通过使用多个频率而彼此分开地控制。在感应耦合放电(ICP感应耦合等离子体)的情况下，还进一步地增加等离子体密度，因为等离子体充当变压器的次级绕组。
借助于氧、氮、惰性气体或更复杂的有机气态化合物产生的等离子体可借助于存在于等离子体中的离子和/或自由基通过离子轰击和通过表面反应来改性基板表面。优选使用等离子体工艺，其能够实现与框架材料的化学相互作用。
图5a示出了等离子体室9的第一实施方式，其具有来自下游等离子体反应器的反应性粒子的供应16。使用这样的反应器，以完全关断等离子体蚀刻的实体部分。等离子体，优选氧等离子体17，在处理室9的内部空间中占主导。根据本发明，可以使用单一气体及其混合物用于产生等离子体。在一个优选实施方式中，使用氧等离子体(O2-等离子体)。
等离子体室的第二实施方式包括例如具有对称电极的平行板反应器(图中未示出)。在此实施方式中，与(尤其是)框架材料发生化学和物理相互作用。不依赖于等离子体室的结构，优化O2-等离子体处理的工艺参数，使得裸露的由基于有机硅的粘合剂制成的框架结构的表面转化成致密的SiO2。为此优化工艺参数，如O2-等离子体处理的气体混合物、温度及持续时间，从而成功且持久地将表面转化成致密的SiO2。由此实现了封装组件的已经硬化的外框架结构的气密密封。容纳设备13的倾斜在需要时能够优化等离子体接近经切割并封装的组件的侧向框架结构。
在等离子体后处理的根据本发明的第三实施方式中，在O2-等离子体工艺中引入附加组分，以便通过与框架结构表面的反应使裸露的框架结构的表面更迅速地转化成致密的SiO2或SiOx。在此，所述附加组分可以是多种物质的混合物或单一化学化合物。优选地，该附加组分作为气体引入。
在根据图5a和5b的处理室9、9’中可以进一步借助于阀14、14’优选引入气态组份。
在根据本发明的一个实施方式中，使用硅氧烷作为化学化合物。这些包括例如二氧硅烷、六甲基二硅氧烷(HMDS)和八甲基三硅氧烷。
图5b示出了用于后处理经切割并封装的组件的处理室9’的另一实施方式。
在根据图5b的处理室9’中，框架结构的外表面在切割之后经受UV光/臭氧(O3)处理。容纳设备13用于将锯切框架或基板固定于处理室9’中。工作台12特别设计成使得在装载有锯切框架或基板时可使其向上移动且机器人臂可以放下基板。更概括地，使工作台12在z方向上按需移动。此外，容纳设备13可以旋转和/或倾斜。在图5b中示出了工作台移动的空间固定坐标系。
借助于阀14、14’之一将氧引入至处理室中。辐射源15使得能够用UV光辐照封装组件。如果波长低于200 nm的UV辐射遇到氧，则形成臭氧。臭氧自身被UV光分解，形成游离的高反应性氧自由基。
根据本发明，尤其优选基于有机硅的粘合剂用于制造框架结构，例如PDMS粘合剂或含POSS的粘合剂，这些粘合剂在硬化之后在其表面上或在该表面附近的层中具有Si-O和/或Si-OH单元，它们可在UV/臭氧处理期间通过光化学工艺转化成SiOx表面层。所述光化学工艺优选在室温下进行。
在此，优化工艺参数，从而可以产生薄的SiOx表面层。在另一实施方式中，也可以类似于等离子体处理在此工艺中经由阀14、14’引入附加组分。类似于图5a的处理室，在此也存在抽吸和/或真空系统11以及气闸10。
在处理室9’的替代实施方式中，（一个或多个）辐射源15也可以是IR光和/或激光。辐射源15可以按需由多个(平行)光源组成以及由仅一个辐射源组成。所述辐射源可以设计为可移动的。特别地，在另一实施方式中，在切割组件之后用激光处理框架结构。
根据本发明，优选至少主要地、优选排他地使用相干光子源，特别是微波源，优选微波激射器，或者形成为可见光、IR、UV及x射线光的相干光子源的激光器。因此，用低于消融极限的低通量(在恒定脉冲持续时间下每单位面积的辐射能)，可实现框架材料表面的化学组成的改变。
给封装且经切割的组件，特别是框架结构，施加以预定的波长和/或功率和/或脉冲持续时间，其中预定的工艺参数优选地适应于各自的材料。该实施方式是有利的，因为穿透深度和工艺会受到波长和/或脉冲时间和/或激光功率的影响。可以以连续运行或优选以脉冲式运行来运行光子源。脉冲时间尤其小于1 s，优选地小于1 ms，还更优选地小于1 µs，最优选小于1 ns。两个相继的脉冲之间的时间优选地大于1 ms，还更优选大于 10 ms，最优选大于1 s。容纳设备13的倾斜在需要时也能够优化辐射接近经切割并封装的组件的（侧向）框架结构。
在一个单独的实施方式中，将根据本发明的处理室9、9’布置为集群系统中的模块。用于后处理封装组件的根据本发明的处理室位于其中的模块可以按需，优选独立于(真空) 集群系统，抽真空至小于1bar、优选地小于10-3mbar、更优选小于10-5mbar、最优选小于10-8mbar的压力。
在从处理室提取出经处理的封装组件之后，可将它们逐个地从锯切胶带上取下。
特别地，框架结构的材料或粘合剂材料和后处理工艺相互匹配，从而以优化的方式进行所需的材料向致密SiOx 的转化。本发明的一个主要的优点特别在于：通过所述后处理提高了用粘合剂作为连接层以W2W工艺制造并封装的组件的气密性并因此提高了其品质和使用寿命。
附图标记列表
1 产品基板/载体基板
1o 基板表面
1f, 1f’ 自由面
2, 2' 结构单元
3、3' 触点和/或导电连接
4, 4', 4'', 4''' 框架结构
4o 封装且经切割的组件结构处的框架结构的外面
5 封盖-基板/封盖基板
S, S' 剖面线
H 框架结构与组件结构的结构之间的高度差
6 封装且经切割的组件
7 在后处理(框架结构)表面之后封装且经切割的组件
8 SiOx表面层
9, 9' 处理室
10 气闸
11 抽吸和/或真空系统
12 工作台
13 用于经切割并封装的组件的容纳设备(锯切框架、基板、篮筐等)
14, 14’ 气体阀
15 辐射源(IR光和/或UV光和/或激光等)
16 来自下游等离子体反应器的反应性离子供应
17 (O2)-等离子体

Claims (8)

1.用于制造经切割的封装组件(6、7)的方法，该方法具有以下步骤：
- 在基板(1)的基板表面(1o)上施加框架结构(4、4’、4’’、4’’’)，其中所述框架结构(4、4’、4’’、4’’’)包围布置在所述基板表面(1o)上的结构单元(2、2’)，
- 将封盖基板(5)键合在框架结构(4、4’、4’’、4’’’)上，
- 使框架结构 (4、4’、4’’、4’’’)硬化，
- 切割封装组件(6、7)，
- 其特征在于，框架结构(4、4’、4’’、4’’’)由粘合剂形成。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述粘合剂是有机硅粘合剂。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中处理经切割的封装组件(6、7)，从而产生玻璃样结构，特别是SiO2结构。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中用等离子体和/或气体处理经切割的封装组件(6、7)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中框架结构(4、4’、4’’、4’’’)的硬化在将封盖基板(5)键合在框架结构(4、4’、4’’、4’’’)上之前进行。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过喷墨方法、印刷方法、浇注、涂布、喷洒、挤出、喷涂、喷漆和/或涂漆来施加框架结构(4、4’、4’’、4’’’)的粘合剂。
7.用于制造经切割的封装组件(6、7)的系统，其中可实施根据前述权利要求中任一项所述的方法，该系统具有：
- 处理室(9、9’)，其用于容纳经切割且封装的组件(6、7)，
- 容纳设备(13、13’)，其用于容纳经切割且封装的组件(6、7)，
- 处理装置(15、16、17)，其用于处理所述组件(6、7)的框架结构(4、4’、4’’、4’’’)。
8.经切割的封装组件(6、7)，其用根据前述权利要求中任一项所述的方法和/或系统来制造。
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