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Beschreibung der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung gehäuster, elektronischer,
insbesondere optoelektronischer, Bauelemente im Waferverbund und
gehäuste,
elektronische, insbesondere opto-elektronische, Bauelemente.
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Hintergrund der Erfindung
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Für die Fertigung
von integrierten elektronischen oder anderen Bauelementen für Mikrosysteme
wurden Technologien entwickelt, die eine Erzeugung genau strukturierter
Verkapselungsschichten, Abdecksubstrate und/oder – hohlräume, sogenannte
Kavitäten,
ermöglichen.
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Die
Verwendung strukturierter Verkapselungsschichten oder Abdecksubstrate
liegt zum einen darin begründet,
die sensitiven Bereiche der Funktionselemente vor Umgebungseinflüssen, wie
beispielsweise Feuchtigkeit oder mechanischer Beschädigung zu
schützen.
Zum anderen liegt es an der Notwendigkeit, über den jeweiligen Teilen eines
Wafers Kavitäten
zu realisieren, um beispielsweise einen direkten Kontakt der Verkapselungsschicht
oder der Abdecksubstrate mit den Funktionselementen, beispielsweise
in Ausgestaltung elektronischer Schaltungen, des Wafers zu vermeiden.
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Die
Fertigung des Bauelements und die Gehäusung der Bauelemente erfolgt
entweder noch im Verbund eines Wafers, sogenanntes „wafer-level-packaging" oder auf dem vereinzelten
Bauelement bzw. Halbleiterchip, sogenanntes „single-size-packaging".
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Verfahren
zur hermetischen Verkapselung von Substraten mit dem genannten strukturierten
Abdecksubstrat sind beispielsweise anodisches Bonden, Fusion Bonden
oder Sol Gel Bonden. In vielen Anwendungsfällen, vor allem im – Home Consumer
Market – reicht
die Hermetizität
einer Klebeschicht aus, um Bauteile zu schützen und die notwendige Lebensdauer
zu erreichen. Oft darf jedoch nicht ganzflächig ein Deckwafer aufgeklebt
werden, da die Klebeschicht die Funktionsweise des Chips beeinträchtigt.
Daher ist es notwendig, Kavitäten über dem
Funktionswafer zu schaffen.
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Bekannte
Verfahren für
das sogenannte „Cavity
Bonden" mit Klebematerialien
beruhen auf der „Pick & Place"-Technologie. Dabei wird ein bereits
in die notwendigen Bereiche zerteiltes Abdecksubstrat verwendet.
Die jeweiligen Bereiche des Abdecksubstrats werden einzeln mittels
Vakuumgreifer entnommen, dieser Vorgang wird dabei als sogenanntes „Pick" bezeichnet und in
einem nächsten
Schritt, welcher als „Place" bezeichnet wird,
auf dem gewünschten
Bereich des Funktionswafers plaziert.
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Hierbei
ist es jedoch erforderlich, daß sich
die, beispielsweise mittels Siebdruck oder Dispenstechnologie aufgebrachte,
Klebeschicht entweder schon auf dem Funktionswafer oder auf dem
Abdecksubstrat befindet oder nach dem Pick-Vorgang in einem Zwischenschritt
auf dem einzelnen Abdecksubstratbereich aufgebracht wird.
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Nachteilig
wirkt sich bei dieser Technologie eine geringe Chipgröße aus,
da die Möglichkeit
des Greifens und Plazierens von kleinsten, insbesondere von kleiner
als etwa 1 mm2, Abdecksubstratbereichen
begrenzt ist.
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Die
Prozeßdauer
für das
Cavity Packaging von Funktionswafern richtet sich bei der Pick & Place Technologie
nach der Anzahl der abzudeckenden Chips, d.h. bei eine Chipanzahl
von bis zu oder sogar mehr als 1000 Chips pro Wafer kann der Vorgang
erhebliche Prozeßzeit
in Anspruch nehmen.
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Allgemeine Beschreibung der Erfindung:
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Vor
diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
gehäuste
elektronische, insbesondere optoelektronische, Bauelemente oder
Bauteile bereitzustellen sowie ein vereinfachtes und wirtschaftliches
Verfahren zu deren Herstellung. Insbesondere sollen dabei die vorstehend
aufgeführten
Nachteile des Standes der Technik vermieden werden.
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Insbesondere
soll das Verfahren auch für
das Verkapseln von kleinsten Bauelementen, sogenannten Mikro-Bauelementen,
geeignet und im wesentlichen unabhängig von der Anzahl der auf
dem Funktionswafer befindlichen Funktionselementen sein.
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Die
Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und ein elektronisches
Bauteil gemäß Anspruch
21 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
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In
einer ersten Ausführungsform
umfaßt
die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung gehäuster, insbesondere
elektronischer oder opto-elektronischer Bauteile, wobei jedes Bauteil
zumindest ein, vorzugsweise integriertes, Funktionselement aufweist.
Das Verfahren umfaßt
dabei die Schritte:
- a) Bereitstellen eines
Trägersubstrats
bzw. Funktionswafers und eines Deckelsubstrats bzw. eines Coversubstrats,
- b) Aufbringen der Funktionselemente auf und/oder in zumindest
der Oberseite des Trägersubstrats
innerhalb vorgegebener Parzellen,
- c) Erzeugen von Vertiefungen, die im wesentlichen den Grenzen
der Parzellen entsprechen, auf und/oder in der Unterseite des Deckelsubstrats,
so daß die
Vertiefungen von zumindest einem Rahmen umgeben sind,
- d) Aufbringen, vorzugsweise zumindest einer Klebeschicht zumindest
auf der Unterseite der Rahmen,
- e) Zusammenfügen
von Träger-
und Deckelsubstrat zu einem Verbundsubstrat derart, daß die Oberseite des
Trägersubstrats
der Unterseite des Deckelsubstrats gegenüberliegt und die Funktionselemente
in den Vertiefungen angeordnet sind,
- f) Aushärten
der Klebeschicht mittels UV-Strahlung und
- g) Trennen des Verbundsubstrats entlang zumindest einer vorgegebenen
Spur innerhalb der Rahmen, so daß das Verbundsubstrat in einzelne
Bauteile zerlegt wird.
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Als
Trägersubstrat
wird ein Halbleiterwafer, insbesondere umfassend die oder bestehend
aus den Materialien Silizium und/oder Germanium bereitgestellt.
Das Trägersubstrat
weist dabei eine Dicke von etwa 100 μm bis etwa 2000 μm und/oder
einen Durchmesser von etwa 100 μm
bis etwa 500 mm auf.
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Der
Verfahrensschritt des Aufbringens der Funktionselemente umfaßt das Aufbringen
aktiver Halbleiter-Funktionselemente, sensorisch aktiver Funktionselemente,
elektronischer Schaltungen und/oder optisch aktiver Funktionselemente.
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Durch
die Anordnung in den Vertiefungen als auch das Aufbringen der Klebeschicht
auf der Unterseite der Rahmen werden die Funktionselemente in Kavitäten oder
Hohlräumen
eingeschlossen, dadurch gehäust und
hermetisch ein- bzw. verschlossen.
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Durch
diese Anordnung werden die Funktionselemente sowohl vor Einflüssen durch
die Umgebung, wie z.B. Nässe
oder Staub, als auch durch eine Beeinträchtigung durch die Klebeschicht
geschützt,
um ihre angestrebte Lebensdauer erreichen zu können.
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Ein
Vorteil der Erfindung ist das Verbinden des Trägersubstrats und seiner Funktionselemente
mit dem Deckelsubstrat in einem Verfahrensschritt und ist dabei
im wesentlichen unabhängig
von der Zahl der auf dem Trägersubstrat
befindlichen Funktionselemente und im wesentlichen unabhängig von
deren Größe. Das
Trägersubstrat
mit den Funktionselementen wird in diesem Zusammenhang auch als
Funktionswafer bezeichnet.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist insbesondere geeignet für
Funktionselemente, welche einen Querschnitt von kleiner als etwa
1 mm2, bevorzugt von kleiner als etwa 0,5
mm2 aufweisen.
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Das
Aushärten
oder Trocknen mittels UV-Strahlung ist einfach anwendbar und ermöglicht einen
dauerhaften Verbund zwischen dem Trägersubstrat und dem Deckelsubstrat
und dadurch eine hermetische Verkapselung der in den Vertiefungen
plazierten Funktionselemente. In einer bevorzugten Ausführungsform
wird die Klebeschicht von der Oberseite des Deckelsubstrats durch
das Deckelsubstrat hindurch in Richtung des Trägersubstrats bestrahlt. Eine
Bestrahlung der Klebeschicht von der gegenüberliegenden Seite, d.h. durch die
Unterseite des Trägersubstrats
in Richtung des Deckelsubstrats, ist bei geeigneter Materialwahl
des Trägersubstrats
ebenfalls möglich.
Weiterhin ist eine beidseitige Bestrahlung aus beiden vorab beschriebenen Richtungen
möglich.
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Vorteilhaft
erfolgt das Aushärten
der Klebeschicht aller Bauteile somit in einem Verfahrensschritt
bzw. das Aushärten
der gesamten Klebeschicht des Verbundsubstrats erfolgt gleichzeitig
und, bei vorausgesetzter gleichmäßiger Bestrahlung,
auch gleichmäßig, wodurch
sich alle Bereiche des Verbundsubstrats vor dem Vereinzeln in einzelne
Bauelemente dem selben gehärteten
Zustand befinden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht,
daß die
Klebeschicht auf der gesamten Unterseite der Rahmen gleichzeitig
in einem Verfahrensschritt aufgebracht wird. Die Klebeschicht ist
präzise
dosierbar. Die Klebeschicht wird dabei mit einer Dicke von etwa
5 μm bis
100 μm,
bevorzugt von etwa 10 μm
bis 25 μm
aufgebracht. Die genannten Dicken sind einerseits ausreichend dick
gewählt,
um eine feste Verbindung des Trägersubstrats
mit dem Deckelsubstrat und ein schnelles Aushärten zu ermöglichen. Andererseits sind
die Dicken ausreichend dünn
gewählt,
um ein zu breites Zerfließen
bzw. eine zu große
Verbreitern der Klebeschicht in lateraler Richtung, d.h. entlang
der Oberfläche
des Trägersubstrats
beim Zusammenführen
bzw. Zusammenpressen des Deckelsubstrats mit dem Trägersubstrat
zu vermeiden und eine mögliche
Verunreinigung der Funktionselemente durch die Klebeschicht zu vermeiden.
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Das
Verfahren zeichnet sich zudem dadurch aus, daß die Klebeschicht zumindest
annähernd
gleichmäßig oder
sogar vollständig
gleichmäßig, d.h.
mit gleicher Dicke auf den Unterseiten aller Rahmen, aufgetragen
werden kann bzw. aufgetragen wird. Es ergibt sich eine maximale
Dickendifferenz ΔD
der Klebeschicht, gemessen an unterschiedlichen Position des Deckelsubstrats,
von ΔD kleiner
als etwa 0,5 μm,
vorzugsweise von ΔD
kleiner als etwa 0,1 μm.
Dies ermöglicht,
bei einem vorzugsweise über
das gesamte Deckelsubstrat annähernd
gleichmäßigen Anpressdruck,
das Erreichen eines zumindest annähernd vollständigen hermetischen
Verschlusses jedes einzelnen Funktionselementes. Zugleich wird dadurch
ein zu starkes Zerfließen
der Klebschicht beim Aneinanderpressen von Deckelsubstrat und Trägersubstrat
und eine mögliche
Verunreinigung der Funktionselemente durch eine zerfließende Klebeschicht
vermieden.
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In
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird die Klebeschicht durch Inkontaktbringen
der Unterseite oder im wesentlichen der Unterseite der Rahmen mit
einer klebstoffbenetzten Fläche
aufgebracht.
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Das
Inkontaktbringen oder Kontaktieren der Unterseite der Rahmen erfolgt
dabei durch das bloße
Berühren
der Unterseite der Rahmen mit der klebstoffbenetzten Fläche oder
durch ein Eintauchen bzw. leichtes Eindrücken der Unterseite der Rahmen
in ein Klebstoffvolumen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei analog
des Benetzens eines Stempels mit Tinte sein, welcher durch ein Eindrücken in
ein Stempelkissen oder durch ein Berühren eines Stempelkissens auf
seiner Stempelfläche
mit Tinte benetzt oder bedeckt wird. Eine Alternative zu einer mit
Klebstoff benetzten Fläche
ist die Oberfläche
eines in einem Gefäß befindlichen
Klebstoffs. Die Klebeschicht wird vorzugsweise als ein Epoxydharz
bereitgestellt.
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Als
Deckelsubstrat und/oder als Trägersubstrat
wird ein für
UV-Strahlung transparentes Material bereitgestellt. In einer Ausführungsform
wird eine, vorzugsweise ebene, Kunststoffscheibe, insbesondere umfassend
die oder bestehend aus den Materialien PMMA (Polymethylmethacrylat)
und/oder Polycarbonat bereitgestellt. In einer alternativen Ausführungsform
wird eine, vorzugsweise ebene, Glasscheibe, insbesondere umfassend
die oder bestehend aus den Quarzglas bereitgestellt. Das Deckelsubstrat
wird dabei mit einer Dicke von etwa 200 μm bis etwa 2000 μm, bevorzugt
von etwa 500 μm
bis etwa 1000 μm
bereitgestellt. Das Deckelsubstrat bzw. Coversubstrats ist eine
Bedeckung oder Abdeckung.
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Die
Vertiefungen, welche in dem Deckelsubstrat erzeugt werden, weisen
eine Größe auf,
die sich an der Größe des auf
dem Trägersubstrats
plazierten Funktionselements orientiert. Die Vertiefungen werden
dabei mit einer Breite oder einem Durchmesser von etwa 10 μm bis etwa
3000 μm,
bevorzugt von etwa 50 μm bis
etwa 1500 μm,
besonders bevorzugt von etwa 100 μm
bis etwa 500 μm
und/oder mit einer Tiefe von etwa 0,1 μm bis etwa 1000 μm, vorzugsweise
von etwa 1 μm
bis etwa 100 μm
erzeugt.
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Mögliche Verfahren
zum Erzeugen bzw. zum Einbringen der Vertiefungen stellen zum einen
materialabtragende Verfahren dar. Vorzugsweise werden dabei die
Vertiefungen mittels Sandstrahlen, Nassätzen, Trockenätzen, Ultraschall-Schwingläppen, und/oder
Laserablation eingebracht. In einer weiteren Ausführungsform
werden die Vertiefungen mittels Heißprägen erzeugt.
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Durch
das Erzeugen, hier das Einbringen, der Vertiefungen bilden sich
zwischen den einzelnen Vertiefungen einzelne Rahmen aus. Mit Ausnahme
der außenliegenden
Vertiefungen sind in diesem Fall alle Vertiefungen zu ihren jeweils
benachbarten Vertiefungen mit jeweils einem Rahmen bzw. durch jeweils
einen Rahmen getrennt. Das Verbundsubstrat wird dabei, vorzugsweise
im wesentlichen mittig, entlang der Rahmen mittels Sägen getrennt
bzw. in einzelne Bauelemente zerlegt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
werden die Vertiefungen mittels eines materialauftragendes oder
materialabscheidendes Verfahren erzeugt. Dieses Verfahren zur Erzeugung
der Vertiefungen umfaßt
dabei die folgenden Schritte
- – A ufbringen
einer Maske, welche die Struktur des Rahmens negativ abbildet,
- – Aufdampfen
einer, insbesondere für
UV-Strahlung transparenten, Schicht oder Glasschicht und
- – Entfernen
der Maske mittels Lift-Off-Technik.
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Die
Vertiefung wird dabei durch die aufgebrachte Rahmenstruktur erzeugt.
In einer Ausführungsform ist
das Erscheinungsbild der Rahmenstruktur auf der Unterseite des Deckelsubstrats ähnlich der
Rahmenstruktur, welche durch ein materialabtragendes Verfahren erzeugt
wird. Das Zerlegen in einzelne Bauelemente erfolgt in diesem Fall
analog wie vorstehend beschrieben.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird die Rahmenstruktur derart erzeugt, so daß jede Vertiefung durch jeweils
einen einzelnen Rahmen gebildet wird, der jedoch nicht auch gleichzeitig
den Rahmen bzw. einen Teil des Rahmens einer benachbarten Vertiefung
bildet. Dadurch bilden sich zwischen den einzelnen Rahmen sogenannte
Gräben
aus. Hierbei wird das Verbundsubstrat, insbesondere im wesentlichen
mittig, zwischen den Rahmen beispielsweise mittels Sägen getrennt
bzw. in einzelne Bauelemente zerlegt. Das Zerteilen erfolgt somit,
insbesondere im wesentlichen mittig, entlang der gebildeten Gräben. In
vorteilhafter Weise ist hierbei der Aufwand beim Zerteilen des Verbundsubstrats
durch eine im Bereich der Sägespur
verminderte additive Gesamtdicke des Verbundsubstrats deutlich reduziert.
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Die
Höhe der
Rahmen entspricht oder entspricht im wesentlichen der Tiefe der
Vertiefungen und/oder die Breite der Rahmen werden mit einer Breite
erzeugt von etwa 5 μm
bis etwa 500 μm,
vorzugsweise von etwa 10 μm
bis etwa 200 μm.
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Als
besonders geeignet hat sich ein Aufdampfglas erwiesen, welches folgende
Zusammensetzung aufweist:
| Komponenten | Gew
% |
| SiO2 | 75-85 |
| B2O3 | 10-15 |
| Na2O | 1-5 |
| Li2O | 0,1-1 |
| K2O | 0,1-1 |
| Al2O3 | 1-5 |
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Ein
bevorzugtes Aufdampfglas dieses Typs ist das Glas 8329 der Firma
Schott mit der folgenden Zusammensetzung in Gewichtsprozent:
| SiO2 | 84,1 % |
| B2O3 | 11,0 % |
| Na2O | ≈ 2,0 % ⌉ |
| K2O | ≈ 0,3 % ⧽ | (in
der Schicht = 3,3 %) |
| Li2O | ≈ 0,3 % ⌋ |
| Al2O3 | ≈ 2,6 % | (in
der Schicht < 0,5
%) |
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Ein
weitere Gruppe geeigneter Aufdampfgläser weist die folgende Zusammensetzung
auf:
| Komponenten | Gew % |
| SiO2 | 65-75 |
| B2O3 | 20-30 |
| Na2O | 0,1-1 |
| Li2O | 0,1-1 |
| K2O | 0,5-5 |
| Al2O3 | 0,5-5 |
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Ein
bevorzugtes Aufdampfglas aus dieser Gruppe ist das Glas G018-189
der Firma Schott mit der folgenden Zusammensetzung:
| Komponenten: | Gew% |
| SiO2 | 71 |
| B2O3 | 26 |
| Na2O | 0,5 |
| Li2O | 0,5 |
| K2O | 1,0 |
| Al2O3 | 1,0 |
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Weiterhin
umfaßt
die vorliegende Erfindung ein elektronisches, vorzugsweise opto-elektronisches, Bauteil,
welches herstellbar oder hergestellt ist mit dem vorstehend beschriebenen
erfindungsgemäßen Verfahren.
Das elektronische Bauteil besteht dabei zumindest aus
- – einem
Verbund aus einem Trägersubstrat
und einem Deckelsubstrat, wobei
- – die
Unterseite des Deckelsubstrats der Oberseite des Trägersubstrats
gegenüberliegt,
- – auf
und/oder in zumindest der Oberseite des Trägersubstrats zumindest ein
Funktionselement angeordnet ist,
- – das
Deckelsubstrat derart mikrostrukturiert ist, so daß es zumindest
einen Rahmen aufweist und über dem
zumindest einen Funktionselement eine Kavität bildet
- – und
das Deckelsubstrat mit dem Trägersubstrat
mittels, vorzugsweise zumindest, einer UV-gehärteten auf der Unterseite des
Rahmens angeordneten Klebeschicht verbunden ist.
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Das
Trägersubstrat
umfaßt
dabei einen Halbleiterwafer oder ist ein Halbleiterwafer. Der Halbleiterwafer
umfaßt
die Materialien oder besteht aus den Materialien Silizium und/oder
Germanium.
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Die
genannten Funktionselemente umfassen aktive Halbleiter-Funktionselemente,
sensorisch aktive Funktionselemente und/oder optisch aktive Funktionselemente.
In einer Ausführungsform
bestehen die genannten Funktionselemente aus aktiven Halbleiter-Funktionselementen,
sensorisch aktiven Funktionselementen und/oder optisch aktiven Funktionselementen.
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Das
Deckelsubstrat und/oder das Trägersubstrat
umfaßt
bzw. umfassen ein für
UV-Strahlung transparentes Material. In einer weiteren Ausführungsform
besteht bzw. bestehen das Deckelsubstrat und/oder das Trägersubstrat
aus einem für
UV-Strahlung transparenten Material.
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Das
Deckelsubstrat umfaßt
oder ist eine, insbesondere ebene, Kunststoffscheibe. Vorzugsweise
umfaßt
die Kunststoffscheibe die Materialien oder besteht die Kunststoffscheibe
aus den Materialien PMMA und/oder PC.
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In
einer alternativen Ausführungsform
ist das Deckelsubstrat dadurch gekennzeichnet, daß es eine, vorzugsweise
ebene, Glasscheibe, insbesondere Quarzglas umfaßt oder ist. Das Deckelsubstrat
weist dabei eine Dicke von etwa 200 μm bis etwa 2000 μm, bevorzugt
von etwa 500 μm
bis etwa 1000 μm
auf.
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Die
erzeugte Kavität
oder Vertiefung weist eine Breite oder einen Durchmesser von etwa
10 μm bis etwa
3000 μm,
bevorzugt von etwa 50 μm
bis etwa 1500 μm
oder besonders bevorzugt von etwa 100 μm bis etwa 500 μm auf. Die
Höhe bzw.
Tiefe der Kavität
beträgt
etwa 0,1 μm
bis etwa 1000 μm,
vorzugsweise etwa 1 μm
bis etwa 100 μm.
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Die
Mikrostrukturierung oder der Rahmen ist gebildet oder formbar durch
das Einbringen von Vertiefungen in die Unterseite des Deckelsubstrats
und/oder durch das Aufbringen zumindest einer strukturierten Schicht
auf der Unterseite des Deckelsubstrats, wobei die aufgebrachte strukturierte
Schicht das gleiche oder ein unterschiedliches Material wie das
Deckelsubstrat aufweisen kann. Vorzugsweise umfaßt die aufgebrachte Schicht
ein Aufdampfglas oder ist ein Aufdampfglas.
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Die
Klebeschicht weist eine Dicke von etwa 5 μm bis 100 μm, bevorzugt von etwa 10 μm bis 25 μm und eine
Temperaturbeständigkeit
von bis zu etwa 160°C
auf. Ein besonderer Vorteil ist die Gleichmäßigkeit der Klebeschicht gleichmäßig bzw.
das diese gleichmäßig aufgetragen
ist. Unter gleichmäßig ist
zu verstehen, daß die
Klebeschicht mit zumindest annähernd
gleicher Dicke oder sogar mit gleicher Dicke auf der Unterseite bzw.
entlang der Unterseite des Rahmens aufgetragen ist. Dies ermöglicht einen
hermetischen Verschluß des in
der Kavität
angeordneten Funktionselements. Die Klebeschicht umfaßt dabei
als Material einen oder ist ein Epoxydharz.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen
im einzelnen beschrieben, wobei die Merkmale der unterschiedlichen
Ausführungsbeispiele
miteinander kombinierbar sind. Hierzu wird auf die beigefügten Zeichnungen
Bezug genommen. Dazu beziehen sich in den einzelnen Zeichnungen
die gleichen Bezugszeichen auf die gleichen Teile.
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1.a zeigt beispielhaft eine schematische Aufsicht
auf ein Trägersubstrat.
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1.b zeigt einen vergrößerten Ausschnitt Z des Trägersubstrats.
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1.c zeigt eine Schnittdarstellung des Trägersubstrats
aus 1.b entlang der Schnittlinie
S1.
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1.d zeigt eine Schnittdarstellung des Trägersubstrats
analog zu 1.c mit plazierten Funktionselementen.
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Die
nachfolgenden Schnittdarstellungen entsprechen dem vergrößerten Ausschnitt
des Trägersubstrats
aus 1.b oder einem vergrößerten,
dem vergrößerten Ausschnitt
des Trägersubstrats
aus 1.b entsprechenden, Ausschnitt
des Deckelsubstrats.
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2.a zeigt eine Schnittdarstellung des Deckelsubstrats
mit einer aufgebrachten Maske.
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2.b zeigt analog zu 2.a das
Deckelsubstrat mit einer abgeschiedenen Schicht oder Glasschicht.
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2.c zeigt analog zu 2.b das
Deckelsubstrat während
dem Lift-Off der Maske.
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2.d zeigt analog zu 2.c das
Deckelsubstrat mit den aufgebrachten Rahmen nach dem Lift-Off und
entlang der Schnittlinie S2 aus 2.e.
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2.e zeigt eine schematische Aufsicht auf die Unterseite
des Deckelsubstrats mit den aufgetragenen beispielhaften Rahmen
nach dem Lift-Off.
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3.a zeigt in einer Schnittdarstellung das Greifen
des Deckelsubstrats mit einem Vacuum-Wafer-Chuck.
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3.b zeigt in einer Schnittdarstellung das Ansaugen
bzw. Fixieren des Deckelsubstrats durch den bzw. an dem Vacuum-Wafer-Chuck.
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4.a zeigt in einer Schnittdarstellung das Führen des
Deckelsubstrats zu einer mit Klebstoff benetzten Fläche.
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4.b zeigt in einer Schnittdarstellung das Eindrücken des
Deckelsubstrats in die mit Klebstoff benetzte Fläche.
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4.c zeigt in einer Schnittdarstellung das Wegführen des
Deckelsubstrats nach der Benetzung mit Klebstoff.
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5.a zeigt in einer Schnittdarstellung das Zusammenführen von
Deckelsubstrat und Trägersubstrat.
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5.b zeigt in einer Schnittdarstellung das Aushärten der
Klebeschicht mittels UV-Strahlung nach dem Zusammenführen von
Deckelsubstrat und Trägersubstrat.
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6.a zeigt in einer Schnittdarstellung das Verbundsubstrat
nach dem Zusammenführen
und Zusammenfügen
von Deckelsubstrat und Trägersubstrat
entlang der Schnittlinie S3 aus 6.b.
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6.b zeigt eine schematische Aufsicht auf die Oberseite
des Verbundsubstrats durch ein transparentes Deckelsubstrat.
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7.a zeigt in einer Schnittdarstellung das Verbundsubstrat
nach dem Vereinzeln in einzelne Bauteile.
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7.b zeigt in einer Schnittdarstellung ein erfindungsgemäßes Bauteil.
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1.a zeigt beispielhaft eine schematische Aufsicht
auf die Oberseite F1 eines Trägersubstrats 1 oder
eines Wafers aus Silizium. Das Trägersubstrat ist gemäß eines
vorgegebenen Rasters in einzelne Parzellen 2 aufgeteilt. 1.b zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Trägersubstrats
entsprechend der Markierung Z. 1.c zeigt
eine Schnittdarstellung des Trägersubstrats 1 aus 1.b entlang der Schnittlinie S1 mit seiner Oberseite
F1 und seiner Unterseite F2. Bezugnehmend auf 1.d sind auf der Oberseite F1 des Trägersubstrats 1 die
Funktionselemente 3 mit dem Fachmann an sich bekannten
Verfahren, beispielsweise mittels Bond- oder Klebeverbindungen,
innerhalb der oder auf den vorgegebenen Parzellen 2 aufgebracht.
Eine mögliche
Ausführungsform
der Funktionselemente 3 ist beispielsweise ein integrierter
Schaltkreis.
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Die 2.a bis 2.e zeigen
schematisch, entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
die Herstellung bzw. das Erzeugen der Rahmen 6a auf der
Unterseite F3 des Deckelsubstrats 4 oder Coversubstrats
mittels eines additiven Verfahrens. Das Deckelsubstrat 4 oder
der Deckelwafer ist beispielsweise ein Quarzglas und weist vorzugsweise
in etwa dieselbe Größe wie das
Trägersubstrat 1 auf.
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Auf
die zu strukturierende Unterseite F3 wird eine Maske 5 in
Form eines Fotolacks mit einem dem Fachmann bekannten Verfahren
aufgebracht und fotolithografisch strukturiert. In einer alternativen
Ausführungsform
kann zur Erzeugung der Rahmen 2 auch als Maske 5 eine
Schattenmaske, eine haftende oder eine nicht haftende Abdeckmaske
verwendet werden. Die Strukturierung entspricht dabei dem Negativbild
der zu erzeugenden Rahmen 2 bzw. der Struktur der Rahmen 2.
Die Unterseite F3 weist dann analog zum Raster, um jede Parzelle 2 eine
Aussparung 5a für
den auszubildenden Rahmen 2 auf. Die spätere Innen- bzw. Unterseite
F3 der Gehäuse- bzw. Deckeloberfläche wird
durch die Maske 5 abgedeckt. Es wird eine Schicht 6 oder
Glasschicht 6 auf der Unterseite F3 des Deckelsubstrats 4 abgeschieden.
Innerhalb der Aussparungen 5a der Maske 5 wird
beispielsweise eine Schicht 6 oder Glasschicht 6 unmittelbar
auf dem Deckelsubstrat 4 abgeschieden. Die Schicht 6 oder
Glasschicht 6 wird zum Beispiel mittels Sputtern, Elektronenstrahlverdampfung
oder Plasma-Ionenstrahlunterstützter
Elektronenstrahlverdampfung aufgebracht. Nachfolgend werden die
auf der Lackmaske befindlichen Bereiche der aufgedampften Glasschicht
mittels Lift-Off entfernt. Hierzu wird der Fotolack in Aceton abgelöst. Die
abgeschiedene Schicht 6 oder Glasschicht 6 in
den Bereichen der Aussparungen 5a der Maske 5 bildet
die gewünschten Rahmen 6a oder
Rahmenstrukturen. Durch die Rahmen 6a werden die einzelnen
Vertiefungen 7 gebildet, wobei die einzelnen Vertiefungen 7 durch
entsprechende Gräben 8 voneinander
getrennt sind. Beispielhaft zeigt 2.e dazu
Vertiefungen 7, welche durch rechteckige Aussparungen 5a bzw.
rechteckige Rahmen 6a gebildet werden oder sind.
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Die 3a und 3.b zeigen
das Greifen und Fixieren des Deckelsubstrats 4 mit einem
ersten Vacuum-Wafer-Chuck 9. Dabei wird das Deckelsubstrat 4 über das
Anlegen eines Unterdrucks in den Vakuumöffnungen 10 des ersten
Vacuum-Wafer-Chucks
an diesen angesaugt und somit fixiert. Somit kann das strukturierte
Deckelsubstrat 4 zu einem nächsten Verarbeitungsschritt
geführt
werden.
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Die 4a bis 4.c zeigen
das Benetzen des strukturierten Deckelsubstrats 4 mit einem
Klebstoff 12. Dabei wird das strukturierte Deckelsubstrat 4 bzw.
das Deckelsubstrat 4 mit den aufgebrachten Rahmen 6a mittels
des Vacuum-Wafer-Chucks 9 zu einem Klebstoffträger 11 oder
einem Substrat mit einer klebstoffbenetzten Fläche gebracht und mit diesem
zusammengeführt.
Der Klebstoffträger 11 wird
dabei durch einen zweiten Vacuum-Wafer-Chucks 13 mit entsprechenden
Vakuumöffnungen 14 gehalten
und/oder geführt. Durch
ein Berühren
der Unterseite 6b der Rahmen 6a und der Klebstoffschicht 12 oder
durch ein leichtes Eindrücken
der Unterseite 6b der Rahmen 6a in die Klebstoffschicht 12 wird
im wesentlichen nur die Unterseite 6b der Rahmen 6a 6a mit
dem Klebstoff 12 bedeckt oder benetzt.
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5a zeigt das Zusammenführen von Deckelsubstrat 4 mit
dem Trägersubstrat 1 und
den darauf angeordneten Funktionselementen 3. Das Trägersubstrat 1 mit
den aufgebrachten Funktionselementen 3 bzw. der Funktionswafer wird
dabei beispielsweise durch einen dritten Vacuum-Wafer-Chuck 15 mit
entsprechenden Vakuumöffnungen 16 gehalten
und/oder geführt.
Trägersubstrat 1 und
Deckelsubstrat 4 werden entsprechend justiert über den
auf der Unterseite 6b der Rahmen 6a aufgebrachten
Klebstoff 12 zu einem Verbundsubstrat 17 zusammengefügt und falls
erforderlich entsprechend aneinandergepreßt. Die Ausführung des
Deckelsubstrats 4 aus einem transparenten Material, wie
beispielsweise Glas oder Quarzglas, erleichtert die Justierung erheblich.
Dabei werden durch die Vertiefungen 7 entsprechende Kavitäten 7a oder
Hohlräume
zwischen dem Deckel- und dem Trägersubstrat
gebildet, in denen die Funktionselemente 3 entsprechend
hermetisch verkapselt sind oder werden. Die Funktionselemente 3 sind
somit gehäust
bzw. befinden sich somit in einem Gehäuse. Die Verkapselung oder
das Gehäusen
aller oder im wesentlichen aller auf dem Trägersubstrat 1 angeordneten
Funktionselemente 3 erfolgt somit im Wafer-Verbund.
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5b zeigt das Aushärten der Klebeschicht 12 mittels
UV-Strahlung nach
dem Zusammenfügen
von Deckelsubstrat 4 und Trägersubstrat 1. In
diesem Fall erfolgt die Bestrahlung durch das Deckelsubstrat 4 und durch
den ersten Vacuum-Wafer-Chucks 9 hindurch.
Dabei kann die Bestrahlung auch nach dem Entfernen des ersten Vacuum-Wafer-Chucks 9 und
somit nur durch das Deckelsubstrat 4 hindurch erfolgen.
Bei dargesteller gleichmäßiger Bestrahlung
erfolgt ein gleichmäßiges Aushärten der
Klebstoffschicht 12. Falls es erforderlich ist, kann während der
Bestrahlung ein Anpressdruck, vorzugsweise mittels zweier Vacuum-Wafer-Chucks 10, 15,
zwischen Trägersubstrat 1 und
Deckelsubstrat 4 anliegen.
-
Die 6a und 6.b zeigen
das Verbundsubstrat 17 nach dem Zusammenführen und
Zusammenfügen
von Deckelsubstrat 4 und Trägersubstrat 1 und
entsprechendem Aushärten
des Klebstoffes 12. Es ist zu erkennen, daß sich zwischen
den einzelnen Rahmen 6a die Gräben 8 ausbilden bzw.
das die Rahmen 6a voneinander durch die Gräben 8 getrennt
sind. Die gezeigte erfindungsgemäße Ausführungsform
ermöglicht ein
schnelleres Vereinzeln des Verbundsubstrats 17 in einzelne
Bauteile 19, Bauelemente oder Chips. Denn die additive
Schnittdicke ergibt sich nur aus der Dicke des Deckelsubstrats 4 und
der Dicke des Trägersubstrats 1.
Wäre dagegen
der Graben 8 ebenfalls aufgefüllt mit einer Schicht 6 oder
Glasschicht 6, würde
sich additive Schnittdicke aus den beiden vorstehend genannten Dicken
noch um die Dicke bzw. Höhe
der Rahmen 6a erhöhen,
welches einen erhöhten
Aufwand beim Vereinzeln darstellt.
-
7a zeigt dazu das Verbundsubstrat 17 nach
dem Vereinzeln in einzelne Bauteile 19. Das Vereinzeln
erfolgt dabei beispielsweise mittels Sägen entlang der Sägespur 18,
welche im wesentlichen mittig entlang der Gräben 8 verläuft. 7b zeigt entsprechend das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellte Bauteil 19.
-
Es
ist dem Fachmann ersichtlich, daß die vorstehend beschriebenen
Ausführungsformen
beispielhaft zu verstehen sind. Die Erfindung ist nicht auf diese
beschränkt,
sondern kann in vielfältiger
Weise variiert werden kann, ohne den Geist der Erfindung zu verlassen.
Insbesondere kann die Reihenfolge einiger Verfahrensschritte innerhalb
eines sinnvollen Rahmens verändert
werden.
-
- 1
- Trägersubstrat
- 2
- Parzelle
- 3
- Funktionselement
- 4
- Deckelsubstrat
- 5
- Maske
oder Lackmaske
- 5a
- Aussparung
- 6
- Abgeschiedene
Schicht, abgeschiedene Glasschicht oder aufgedampfte Glasschicht
- 6a
- Rahmen
- 6b
- Unterseite
des Rahmens
- 7
- Vertiefung
- 7a
- Kavität
- 8
- Graben
- 9
- Erster
Vacuum-Wafer-Chuck
- 10
- Vakuumöffnungen
des ersten Vacuum-Wafer-Chucks
- 11
- Klebstoffträger
- 12
- Klebstoff
oder Klebstoffschicht
- 13
- Zweiter
Vacuum-Wafer-Chuck
- 14
- Vakuumöffnungen
des zweiten Vacuum-Wafer-Chucks
- 15
- Dritter
Vacuum-Wafer-Chuck
- 16
- Vakuumöffnungen
des dritten Vacuum-Wafer-Chucks
- 17
- Verbundsubstrat
- 18
- Schnitt-
oder Sägespur
- 19
- Bauteil
oder elektronisches Bauteil
- Z
- Vergrößerter Ausschnittsbereich
des Trägersubstrats
- F1
- Oberseite
des Trägersubstrats
- F2
- Unterseite
des Trägersubstrats
- F3
- Unterseite
des Deckelsubstrats
- F4
- Oberseite
des Deckelsubstrats
- S1
- Schnittlinie
Trägersubstrat
- S2
- Schnittlinie
Deckelsubstrat
- S3
- Schnittlinie
Verbundsubstrat