DE102010022204B4

DE102010022204B4 - Elektrisches Bauelement mit flacher Bauform und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102010022204B4
Application number: DE102010022204.6A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Pahl
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2010-05-20
Filing date: 2010-05-20
Publication date: 2016-03-31
Anticipated expiration: 2030-05-21
Also published as: US9084366B2; CN102893632B; KR101761967B1; CN102893632A; DE102010022204A1; KR20130113339A; JP2013533122A; US20130121523A1; JP5903094B2; DE102010022204A8; WO2011144570A1

Abstract

Elektrisches Bauelement (EB) mit flacher Bauform, umfassend
– einen Träger (TR) mit einer Ausnehmung (AU) und einer weiteren Ausnehmung, einen ersten Chip (CH1) und einen weiteren Chip (AC) und eine externe Kontaktfläche (EK), wobei
– die Ausnehmung (AU) den Träger (TR) vollständig durchdringt,
– die weitere Ausnehmung den Träger (TR) nicht durchdringt,
– der erste Chip (CH1) so in der Ausnehmung (AU) angeordnet ist, dass seine Unterseite bündig mit der Unterseite des Trägers abschließt,
– der weitere Chip (AC) in der weiteren Ausnehmung auf dem Träger (TR) angeordnet ist,
– die externe Kontaktfläche (EK) für eine Verschaltung des ersten Chips (CH1) und des weiteren Chips (AC) mit einer externen Schaltungsumgebung vorgesehen ist,
– der Träger (TR) einen mehrschichtigen Aufbau mit zumindest zwei dielektrischen Schichten und einer dazwischen angeordneten strukturierten Leiterbahn umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft elektrische Bauelemente mit flacher Bauform sowie Verfahren zur Herstellung solcher Bauelemente.
Elektrische Bauelemente unterliegen hohem Druck zur Miniaturisierung und zur Kosteneinsparung. Kostengünstig herzustellen sind moderne elektrische Bauelemente, wenn sie im Mehrfachnutzen und/oder unter Verwendung von Wafern hergestellt werden. Elektrische Bauelemente können als Mikrofone, z. B. als MEMS-Mikrofone, Verwendung finden.
Elektrische Bauelemente können unter Verwendung von Wafern umso günstiger hergestellt werden, je mehr Bauelemente im Mehrfachnutzen im Wafer angeordnet sind. Das vorsehen einer größeren Anzahl an insbesondere flachen Bauelementen pro Wafer erfordert dünne Wafer mit größerem Radius. Solche Wafer sind mechanisch umso instabiler, je dünner sie sind und je größer ihr Radius ist; ein Dünnen ist somit nur bis zu einem bestimmten Grad möglich. Besonders dünne Wafer sind empfindlich gegenüber Verzug, Unebenheiten und Brechen.
Aus der US 6,781,231 B2 sind MEMS-Mikrofone, bei denen ein MEMS-Chip auf einem Träger montiert und von einer Kappe abgedeckt wird, bekannt.
Aus der US 6 088 463 A und der US 6,522,762 B1 sind MEMS-Chips umfassende elektrische Bauelemente bekannt. Dabei liegen sich Chips auf gegenüberliegenden Seiten eines Trägers gegenüber.
Aus der US 2008/0279407 A1 sind MEMS-Mikrofone mit reduzierter Einbauhöhe bekannt.
Aus der Veröffentlichungsschrift DE 69626747 T2 sind Bauelemente mit einer Ausnehmung in einer Leiterplatte und einem elektrisch funktionalen Element in der Ausnehmung bekannt.
Aus der Offenlegungsschrift DE 19810756 A1 sind elektrische Bauelemente, z. B. Sensoren, bekannt, wobei Chips in Ausnehmungen in einem Montagekörper angeordnet sein können.
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2005 002 751 A1 sind Leiterplatten mit darin integriertem funktionalen Element bekannt.
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2009 019 446 A1 sind MEMS-Mikrofone bekannt, wobei ein MEMS-Chip auf einem mehrlagig ausgeführten Trägersubstrat aufgebracht sein kann.
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2005 053 765 A1 sind MEMS-Bauelement bekannt, wobei ein MEMS-Chip und ein weiteres Chipbauelement unter einer gemeinsamen Abdeckung angeordnet sind.
Aus der DE 10 2008 007 682 A1 sind MEMS-Bauelemente bekannt, bei denen ein Chip in einer Vertiefung an einer inneren Oberfläche eines Trägersubstrats angeordnet und über eine Schalleintrittsöffnung mit der Umgebung verbunden ist.
Die Höhe der in diesen Druckschriften genannten Bauelemente ergibt sich jeweils mindestens aus der Summe der Höhe des MEMS-Chips und eines zugehörigen Trägers, auf dem der MEMS-Chips montiert ist.
Aus der US 6,395,578 B1 sind Bauelemente mit aktiven ICs bekannt, wobei die Bauelemente zur Verbesserung der Wärmeabfuhr dünn aufgebaut sind.
Problematisch an bekannten elektrischen Bauelementen und insbesondere MEMS Bauelementen ist oft ihre zu große Bauhöhe.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein flach bauendes elektrisches Bauelement anzugeben, welches günstig herzustellen ist. Insbesondere soll die Herstellung entsprechender Bauelemente mit rationellen Vielfachnutzenprozessen für niedrige Stückkosten kompatibel sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein elektrisches Bauelement nach Anspruch 1 bzw. durch ein Verfahren zur Herstellung nach Anspruch 8 gelöst. Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen an.
Ein elektrisches Bauelement umfasst einen Träger mit einer Ausnehmung sowie einen ersten Chip und eine erste Kontaktfläche. Die Ausnehmung durchdringt dabei den Träger. Der Chip ist in der Ausnehmung angeordnet. Die externe Kontaktfläche ist für eine Verschaltung des ersten Chips mit einer externen Schaltungsumgebung vorgesehen.
Es wurde erkannt, dass mit einem solchen elektrischen Bauelement, das einen Träger mit einer Ausnehmung darin aufweist, gleichzeitig sowohl eine relativ hohe mechanische Stabilität als auch eine niedrige Bauform erhalten werden kann, wenn der Chip in der Ausnehmung angeordnet wird. Es ist also nicht mehr zwangsläufig der Fall, dass für die Gesamthöhe des Bauelements zur Höhe des Chip-Bauelements noch die Höhe des Trägersubstrats hinzuaddiert werden muss. Denn dadurch, dass der Chip in der Ausnehmung des Trägers angeordnet ist, und dadurch, dass die Ausnehmung den Träger durchdringt, wird die Bauhöhe des erfindungsgemäßen Bauelements alleine durch die Einzelkomponente (Träger oder Chip) mit der größeren Höhe bestimmt.
Ist beispielsweise die Bauhöhe des Chips größer als die Bauhöhe des Trägers, so limitiert die Bauhöhe des Chips die Gesamthöhe des elektrischen Bauelements. Ein solches Bauelement kann einen dickeren Träger als konventionelle Bauelemente aufweisen, da ein dicker ausgeführter Träger die Gesamthöhe des Bauelements nicht negativ beeinflusst, solange diese geringer als die des Chips ist. Somit kann trotz niedrigerer Bauform ein mechanisch stabileres Bauelement erhalten werden.
Prinzipiell schwächt eine einen Träger durchdringende Ausnehmung den Träger im Vergleich zu einem Träger ohne Ausnehmung oder ohne durchdringende Ausnehmung stärker. Ist aber der Träger zur Kompensation dicker ausgeführt, so kann die Erhöhung des Trägers die strukturelle Schwächung durch die Ausnehmung kompensieren bzw. sogar noch ein mechanisch stabileres Bauelement bewirken. Auf Dünnungsprozesse während der Herstellung, z. B. durch Ätzung von Träger und/oder Chip, die das Trägermaterial strukturell schwächen würden, kann weitgehend oder ganz verzichtet werden, da ohnehin ein flachest mögliches Bauelement erhalten wird.
Dennoch erforderliche Dünnungsprozesse können einfacher und schneller durchgeführt werden, da eine strukturelle Schwächung wegen der höheren Ausgangsdicke nicht mehr so ins Gewicht fällt, wodurch Herstellungskosten eingespart werden können.
Die externe Kontaktfläche kann auf der Oberfläche des Chips oder auf der Oberfläche des Trägers angeordnet sein.
In einer Ausführungsform umfasst ein elektrisches Bauelement einen Kleber, der in einem Spalt zwischen dem ersten Chip und der Ausnehmung angeordnet ist. Der Kleber verbindet den ersten Chip mit dem Träger.
Der erste Chip kann passgenau in die Ausnehmung eingepasst sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Ausnehmung größer als der Chip ist. Dann existiert ein Spalt zwischen dem Träger und dem Chip. Ein Kleber kann dann den Träger mit dem Chip kraftschlüssig verbinden. Die prinzipielle strukturelle Schwachstelle des Trägers, die Ausnehmung, wird dann durch den Chip mechanisch stabilisiert, da der Chip mechanische Kräfte aufnehmen und übertragen kann. Es erweist sich, dass ein entsprechendes elektrisches Bauelement trotz durchgehender Ausnehmung eine überraschend hohe mechanische Stabilität besitzt. Und zwar auch dann, wenn der Träger nicht besonders dick ausgeführt ist.
Als Kleber kommen Flüssigharze, die ihre endgültigen Material- und Verbindungseigenschaften nach Polymerisation zu einem festen Formstoff annehmen, in Frage. Die Härtung kann dabei durch die Beimengung eines Härters, durch Temperaturerhöhung oder durch UV-Strahlung initiiert werden. Als Flüssigharze kommen Epoxid-, Silikon-, Phenol-, Urethan- und Acrylharze in Frage. Der Kleber, der den Träger mit dem Chip verbindet, kann auch ein Schmelzkleber sein, wenn das Trägermaterial und das Chipmaterial hinreichend hitzebeständig sind. Ferner sind auch lösemittelbasierte Klebstoffe als Kleber geeignet.
Es ist jedoch auch möglich, den Träger mit der Ausnehmung und den Chip ohne Kleber zu einem mechanisch stabilen Bauelement zu verbinden. Dazu kann der Träger vor dem Verbinden auf eine höhere Temperatur als der Chip gebracht werden; die Ausnehmung ist aufgrund der thermischen Expansion im Vergleich zum Chip vergrößert. Oder der Chip kann auf eine niedrigere Temperatur abgekühlt werden; der Chip ist analog verkleinert. In beiden Fällen ist der Träger wärmer als der Chip. Anschließend wird der Chip in die Ausnehmung eingesetzt. Wenn Träger und Chip die selbe Temperatur aufweisen „sitzt” der Chip mechanisch stabil in der Ausnehmung.
In einer Ausführungsform umfasst das elektrische Bauelement eine Beschichtung, die auf einem Teil der Oberfläche des Trägers oder des ersten Chips angeordnet ist. Die Beschichtung ist so ausgewählt, dass sie ein Benetzen dieses Teils der Oberfläche mit einem Kleber unterstützt. Als genannter Teil der Oberfläche kommen insbesondere diejenigen Teile der Oberfläche in Frage, an denen ein den Träger mit dem Chip verbindender Kleber haften soll.
Der Kleber kann als viskoses Klebemittel in einen Spalt zwischen dem ersten Chip und dem Träger appliziert sein. Zwischen dem Träger und dem Chip kann ein Spalt angeordnet sein, der den Chip ringförmig umschließt. Es ist aber auch möglich, dass der Chip den Träger an einer, zwei oder mehr Seiten berührt und nur diejenigen Seiten des Chips und des Trägers mit einem Kleber benetzt werden, zwischen denen ein Spalt angeordnet ist.
Der Chip kann eine Abdeckung umfassen. Die Abdeckung kann auf der dem Träger zugewandten Seite – nämlich der Montageseite – oder auf der dem Träger abgewandten Seite des Chips angeordnet sein. Eine solche Abdeckung kann dabei die Membran oder die Rückplatte eines MEMS-Chips schützen. Insbesondere ist es möglich, dass eine an der dem Träger zugewandten Seite eines MEMS-Chips angebrachte Abdeckung MEMS-Strukturen wie z. B. die Membran oder die Rückplatte vor einem Kontakt mit dem Kleber schützt.
Die Applikation des Klebers kann beispielsweise durch direktes Dispensen oder durch Jetten erfolgen. Dabei kann der Kleber mittels Kanülen oder Röhren aus einem Vorratsbehälter gedrückt und auf die entsprechenden Oberflächen des Trägers oder des Chips aufgebracht oder aufgespritzt werden, wo er anhaftet.
Umfasst das elektrische Bauelement eine Beschichtung, die ein Benetzen der Oberfläche mit einem Kleber unterstützt, so wird eine homogenere Verteilung des Klebers in dem Spalt erzielt. Die Verteilung des Klebers kann neben einer solchen verlaufsfördernden Beschichtung auch durch Erwärmen beschleunigt werden.
Ein zusätzliches Kleberdepot kann an einer Montagestelle für einen weiteren Chip vorgesehen sein.
In einer Ausführungsform umfasst ein elektrisches Bauelement einen Deckel, der einen Teil der Oberseite des Trägers, insbesondere die Ausnehmung, oder einen Teil der Oberseite des ersten Chips überdeckt. Es ist auch möglich, dass der Deckel die gesamte Oberseite des Trägers – und somit auch die gesamte Oberseite des ersten Chips – bedeckt. Der Träger kann dazu einen den Chip umgebenden und überragenden Rand umfassen, auf welchem der Deckel aufsitzt. Der Deckel kann somit mit dem Rand des Trägers einen Hohlraum, in dem der erste Chip angeordnet ist, umschließen. Somit kann eine hermetische Abkapselung der Oberseite des Chips erreicht werden. Wird auch die Unterseite des Chips durch einen unteren Deckel abgedeckt, so kann eine vollständige hermetische Abkapselung des Chips erreicht werden.
Der Deckel kann eine starre Folie umfassen, welche bei der Herstellung des Bauelements, z. B. im Vielfachnutzen, auflaminiert wird. Bei einem flachen Gehäusekörper oder wenn der Chip höher als der Träger ist, kann eine kappenförmige Abdeckung entsprechende Teile der Oberfläche des Trägers oder des Chips abdecken.
In einer Ausführungsform weist der Träger einen mehrschichtigen Aufbau mit zwei oder mehreren dielektrischen Schichten und einer dazwischen angeordneten Metallisierungsschicht auf. In der Metallisierungsschicht sind Leiterbahnen oder Impedanzelemente strukturiert. Eine interne Verschaltung verschaltet den ersten Chip, die Impedanzelemente bzw. die Leiterbahnen und die externe Kontaktfläche.
Die dielektrischen Schichten können HTCC (High-Temperature Cofired Ceramics) oder LTCC (Low-Temperatur Cofired Ceramis) umfassen.
Der mehrschichtig ausgeführte Träger kann dabei weitere Kontaktflächen umfassen, über die Leiterbahnen oder Impedanzelemente des Trägers mit Kontaktflächen des Chips verschaltet sind. Eine oder mehrere externe Kontaktflächen können dabei für eine Verschaltung mit einer externen Schaltungsumgebung vorgesehen sein.
Das elektrische Bauelement kann zur Verwendung mit HF-(Hochfrequenz-)Signalen vorgesehen sein. Impedanzelemente im mehrschichtigen Träger können dann eine Impedanzanpassung oder eine Impedanztransformation zwischen der externen Kontaktfläche oder einer externen Schaltungsumgebung und gegebenenfalls vorhandenen Schaltungselementen des ersten Chips herstellen.
Die interne Verschaltung kann dabei neben Leiterbahnen auch Bonddrähte, Bump-Verbindungen und Durchkontaktierungen umfassen.
In einer Ausführungsform umfasst ein elektrisches Bauelement neben dem ersten Chip noch mindestens einen weiteren Chip. Ein weiterer Chip kann beispielsweise ein ASIC-Chip (Application Specific Integrated Circuit = anwendungsspezifische integrierte Schaltung) sein. In einer Ausführungsform umfasst ein elektrisches Bauelement einen ASIC-Chip, der an dem Träger befestigt und über eine interne Verschaltung mit dem ersten Chip verschaltet ist. Auch der weitere Chip kann in einer weiteren Ausnehmung angeordnet sein. Üblicherweise besitzt ein IC-Chip jedoch eine geringere Bauhöhe als beispielsweise ein MEMS-Chip, so dass dessen zusätzliche Höhe die Gesamthöhe des Bauelements nicht wesentlich erhöht.
Der erste Chip kann ein MEMS-Chip mit MEMS-Bauelementstrukturen sein. Der ASIC-Chip kann dann Schaltungen zur Steuerung der Bauelementstrukturen oder zur Auswertung von Datensignalen, die von den Bauelementstrukturen generiert werden, umfassen.
In einer Ausführungsform ist der erste Chip ein MEMS-Chip mit einer Membran und einer Rückplatte (engl.: backplate). Im Träger oder im MEMS-Chip ist ein Rückvolumen angeordnet. Das elektrische Bauelement kann ein Mikrofon sein. Ein solches MEMS-Mikrofon umfasst also eine Membran und eine Rückplatte, wobei zwischen der Membran und der Rückplatte im Allgemeinen eine elektrische Vorspannung anliegt. Der ASIC-Chip umfasst Schaltungen, die die elektrische Vorspannung steuern oder die elektrische Signale, welche akustische Signale codieren, auswerten können.
Im Allgemeinen müssen MEMS-Mikrofone ein Rückvolumen, welches der Rückplatte oder der Membran benachbart ist, umfassen. Ein solches Rückvolumen vergrößert im Allgemeinen die Bauform eines MEMS-Mikrofons. Die vorliegende Erfindung gibt ein MEMS-Mikrofon mit flacher Bauform an, bei dem das Rückvolumen beispielsweise innerhalb eines abgeschlossenen Volumens im Wesentlichen neben dem MEMS-Chip angeordnet ist. Insbesondere ist es nicht zwangsläufig nötig, dass die Existenz des Rückvolumens die gesamte Bauhöhe des MEMS-Mikrofons erhöht.
Dreidimensional geformte und mit Leiterbahnen versehene Körper, so genannte MIDs (Moulded Interconnected Devices), sind weitere Möglichkeiten, um Elemente mit einer internen Verschaltung auszugestalten. Der Träger kann ferner organische Laminate wie z. B. FR4 umfassen. Auf einer unteren oder einer oberen Oberseite des Trägers können Kontaktflächen, z. B. SMD-Lötpads oder Drahtbondpads, als externe Kontaktflächen angeordnet sein.
Der erste Chip oder weitere Chips wie beispielsweise ASIC-Chips können mittels Drahtbondtechnik oder Flip-Chip-Technik mit der internen Verschaltung verschaltet sein. Ein restliches Kleberdepot des Klebers, der den ersten Chip mit dem Träger verbindet, kann an einer Stelle auf dem Träger verbleiben und zur Aufnahme eines weiteren Chips vorgesehen sein.
Es ist auch möglich, den Träger auf einer Hilfsfolie anzuordnen, danach einen Kleber auf dem im Bereich der Ausnehmung unbedeckten Teil der Hilfsfolie anzuordnen und daraufhin den ersten Chip in die Ausnehmung so auf dem Kleber anzuordnen, dass der Kleber den Spalt zwischen dem Träger und dem ersten Chip füllt.
Ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Bauelements mit flacher Bauform umfasst folgende Schritte:

– Bereitstellen eines Trägers mit einer den Träger durchdringenden Ausnehmung,
– Bereitstellen eines ersten Chips,
– Anordnen des Trägers auf einer Hilfsfolie,
– Anordnen des ersten Chips in der Ausnehmung,
– Befestigen des ersten Chips in der Ausnehmung.

In einer Ausführungsform des Verfahrens weist die Folie auf der dem Träger und dem Chip zugewandten Seite eine durchgehende oder gegebenenfalls strukturiert aufgebrachte Klebeschicht auf.
Somit ist ein exaktes Positionieren des Trägers und des ersten Chips auf der Folie verbessert. Insbesondere ist die Gefahr des Verrutschens nach der Anordnung vermindert.
Eine Ausführungsform des Verfahrens umfasst ferner die Schritte:

– Bereitstellen einer Deckelfolie
– Strukturieren eines Deckels aus der Deckelfolie
– Anordnen des Deckels auf einem Teil des Trägers oder des Chips.

Eine beim Herstellen verwendete Hilfsfolie kann nach der Herstellung am elektrischen Bauelement verbleiben. Sie kann jedoch auch wieder entfernt werden.
Mittels geeigneter Rillen, Reservoirs, Kanälen oder ähnlicher Strukturierungen des Trägers kann der Kleber einfacher in den Spalt appliziert werden und sich dort besser verteilen.
Die Schalleintrittsöffnung eines Mikrofons kann durch maskiertes Plasmaätzen ausgebildet sein. Laserbohren, insbesondere bei schräger Einstrahlung, ist auch möglich. Durch eine schräge Einstrahlung kann verhindert werden, dass der Laserstrahl beim Durchbruch die empfindliche Membran trifft.
Im Folgenden werden konkrete Details erfindungsgemäßer elektrischer Bauelemente anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen schematischen Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
1: eine Grundform des elektrischen Bauelements,
2: einen Träger mit durchgehender Ausnehmung,
3: einen Träger eines elektrischen Bauelements, welcher auf einer Folie angeordnet ist, während gerade ein Chip in die Ausnehmung eingesetzt wird,
4: die Anordnung eines Trägers und eines Chips auf einer Folie, wobei zwischen dem Träger und dem Chip ein Spalt angeordnet ist,
5: das Applizieren eines Klebers zur Verbindung des Chips mit dem Träger,
6: ein elektrischen Bauelement, bei dem der Chip mittels eines Klebers mit dem Träger verbunden ist,
7: ein elektrisches Bauelement, wobei ein weiterer Chip auf den Träger geklebt ist,
8: ein MEMS-Mikrofon mit einer Schalleintrittsöffnung, wobei ein Rückvolumen durch einen Deckel abgedeckt ist,
9: ein elektrisches Bauelement mit einem mehrschichtig ausgeführten Träger.
1 zeigt ein elektrisches Bauelement EB mit einem Träger TR und einem ersten Chip CH1. Im Träger TR ist eine Ausnehmung AU angeordnet. Die Ausnehmung AU durchdringt den Träger TR dabei vollständig. Das elektrische Bauelement EB umfasst ferner eine externe Kontaktfläche EK. Die externe Kontaktfläche EK ist für eine Verschaltung des ersten Chips CH1 mit einer externen Schaltungsumgebung vorgesehen. Der erste Chip CH1 ist in dem in 1 gezeigten Beispiel ein MEMS-Mikrofonchip. Dadurch, dass der erste Chip in der Ausnehmung angeordnet ist, welche den Träger TR vollständig durchdringt, ist die gesamte Bauhöhe des elektrischen Bauelements im Vergleich zu bekannten Bauelementen reduziert, ohne dass die mechanische Stabilität vermindert zu sein braucht.
2 zeigt einen Träger TR eines elektrischen Bauelements, wobei im Träger TR eine Ausnehmung AU angeordnet ist, die den Träger TR in vertikaler Richtung durchdringt. Der Träger TR hat eine Oberfläche OT. Insbesondere ist ein Randbereich um die Ausnehmung AU herum durch vertikal ausgerichtete Abschnitte der Oberflächen OT begrenzt. Die Bedeutung der die Ausnehmung AU begrenzenden Oberflächen des Trägers TR wird in den folgenden Figuren näher erläutert und betrifft das Zusammenfügen von Träger TR und Chip CH1.
3 zeigt einen Träger TR, der auf einer Hilfsfolie HFO angeordnet ist. In 3 ist der Moment festgehalten, in dem während eines Herstellungsprozesses gerade der erste Chip CH1 in die Ausnehmung AU eingesetzt wird. Der erste Chip CH1 umfasst eine Membran ME und eine Rückplatte RP. Ferner ist auf der Hilfsfolie HFO eine dünne Klebeschicht KS angeordnet, welche das Anordnen des Trägers TR und des ersten Chips CH1 auf der Hilfsfolie HF1 unterstützt. Der erste Chip hat eine Oberfläche OC. Ist der erste Chip CH1 in der Ausnehmung angeordnet, so stehen sich in der Ausnehmung zueinander parallele Abschnitte der Oberfläche OC des ersten Chips sowie der Oberfläche OT des Trägers TR gegenüber.
4 zeigt einen ersten Chip CH1, der in der Ausnehmung im Träger TR angeordnet ist. Der erste Chip CH1 und der Träger TR sind auf einer Hilfsfolie HFO angeordnet. Der erste Chip CH1 ist in der Ausnehmung so angeordnet, dass ein Spalt SP zwischen dem Träger TR und dem ersten Chip CH1 den ersten Chip CH1 entlang eines geschlossenen Pfades umgibt.
5 zeigt die Applikation eines Klebers KL, welcher den Träger TR mit dem Chip verbinden soll. Der Chip und der Träger TR sind auf einer Hilfsfolie HFO angeordnet. Diejenigen Abschnitte der Oberflächen des Chips und des Trägers TR, welche sich in der Ausnehmung gegenüberstehen, umfassen eine Beschichtung BE. Die Beschichtung BE unterstützt das Benetzen der entsprechenden Teile der Oberflächen des Trägers TR und des Chips mit einem Kleber KL. Der Kleber KL wird dabei so appliziert, dass er den Chip nach dem Härten mit dem Träger TR kraftschlüssig verbindet. Die Beschichtung hilft beim Benetzen des Klebers mit den entsprechenden Teilen der Oberflächen.
6 zeigt ein elektrisches Bauelement, bei dem ein Kleber KL den Chip mit dem Träger TR entlang eines geschlossenen Pfades um den Chip verbindet. Die gesamte Bauhöhe des elektrischen Bauelements ist erniedrigt; gleichzeitig ist die mechanische Stabilität – da der Chip mechanische Kräfte aufnehmen und übertragen kann – nicht vermindert.
Eine Abdeckung AD ist an der Unterseite des Chips angeordnet. Dadurch sind Bauelementstrukturen oder sonstige Komponenten des Chips, z. B. eine Membran, ein Rückvolumen oder eine Rückplatte, geschützt. Insbesondere sind Bauelementstrukturen oder Komponenten vor einem Kontakt mit dem Kleber KL geschützt. Es ist aber auch möglich, die Oberseite des Chips mit einer schützenden Abdeckung zu bedecken.
7 zeigt ein elektrisches Bauelement, welches neben dem ersten Chip CH1 noch einen weiteren Chip AC umfasst. Der weitere Chip AC ist ein ASIC-Chip. Der ASIC-Chip AC ist mittels eines Klebers KL mit dem Träger verbunden. Der erste Chip CH1 und der ASIC-Chip AC sind über Bonddrähte BD verschaltet.
8 zeigt ein elektrisches Bauelement, bei dem die Oberseite eines MEMS-Chips und eines weiteren Chips von einem Deckel DE bedeckt sind. Der Deckel DE bedeckt ein Rückvolumen RV. Das Rückvolumen RV ist durch den Deckel, durch den Träger, durch den Kleber sowie durch den ersten Chip vollständig umschlossen und so hermetisch von der Umgebung des elektrischen Bauelements abgeschlossen. Der erste Chip, ein MEMS-Chip, umfasst an seiner Unterseite eine Schalleintrittsöffnung SEO. Der erste Chip CH1 umfasst eine Membran ME und eine Rückplatte RP. Somit stellt das elektrische Bauelement ein MEMS-Mikrofon mit flacher Bauhöhe und hoher mechanischer Stabilität dar.
9 zeigt eine Ausgestaltung des elektrischen Bauelements, wobei der Träger TR mehrschichtig ausgeführt ist. Der Träger TR umfasst dielektrische Schichten DS. Zwischen den dielektrischen Schichten sind Metallisierungsschichten ME angeordnet. In den Metallisierungsschichten ME sind kapazitive Elemente KE sowie induktive Elemente IE strukturiert. Kontaktflächen des ersten Chips sind über Bonddrähte BD mit Kontaktflächen des Trägers TR verschaltet. Im Inneren des Trägersubstrats TR angeordnete induktive Elemente IE und im Innern des Trägersubstrats TR angeordnete kapazitive Elemente KE sind über Durchkontaktierungen DK oder Leiterbahnen LB mit externen Kontaktflächen EK auf der Unterseite des Trägers TR und mit dem ASIC-Chip AC verschaltet. Bonddrähte BD, Impedanzelemente IE, KE im Inneren des mehrlagig ausgeführten Trägers TR, Bump-Verbindungen zwischen dem ASIC-Chip AC und dem Träger TR sowie weiter umfasste Metallisierungsleitungen stellen die interne Verschaltung des elektrischen Bauelements dar.
Ein erfindungsgemäßes elektrisches Bauelement ist nicht auf eines der beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Kombinationen verschiedener Merkmale und Variationen, welche z. B. noch weitere Schaltungselemente, Chips oder Ausnehmungen umfassen, stellen ebenso erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele dar.
Bezugszeichenliste:

AC:

ASIC-Chip

AD:

Abdeckung

AU:

Ausnehmung

BD:

Bonddraht

BE:

Beschichtung

CH1:

erster Chip

DE:

Deckel

DK:

Durchkontaktierung

DS:

dielektrische Schicht

EB:

elektrisches Bauelement

EK:

externe Kontaktfläche

HFO:

Hilfsfolie

IE:

induktives Element

KE:

kapazitives Element

KL:

Kleber

KS:

Klebeschicht

LB:

Leiterbahn

ME:

Membran

MS:

Metallisierungsschicht

OC:

Oberfläche des Chips

OT:

Oberfläche des Trägers

RP:

Rückplatte

RV:

Rückvolumen

SEO:

Schalleintrittsöffnung

SP:

Spalt

TR:

Träger

Claims

Elektrisches Bauelement (EB) mit flacher Bauform, umfassend – einen Träger (TR) mit einer Ausnehmung (AU) und einer weiteren Ausnehmung, einen ersten Chip (CH1) und einen weiteren Chip (AC) und eine externe Kontaktfläche (EK), wobei – die Ausnehmung (AU) den Träger (TR) vollständig durchdringt, – die weitere Ausnehmung den Träger (TR) nicht durchdringt, – der erste Chip (CH1) so in der Ausnehmung (AU) angeordnet ist, dass seine Unterseite bündig mit der Unterseite des Trägers abschließt, – der weitere Chip (AC) in der weiteren Ausnehmung auf dem Träger (TR) angeordnet ist, – die externe Kontaktfläche (EK) für eine Verschaltung des ersten Chips (CH1) und des weiteren Chips (AC) mit einer externen Schaltungsumgebung vorgesehen ist, – der Träger (TR) einen mehrschichtigen Aufbau mit zumindest zwei dielektrischen Schichten und einer dazwischen angeordneten strukturierten Leiterbahn umfasst.
Elektrisches Bauelement nach dem vorhergehenden Anspruch, ferner umfassend einen Kleber (KL), der in einem Spalt (SP) in der Ausnehmung (AU) zwischen dem ersten Chip (CH1) und dem Träger angeordnet ist und den ersten Chip (CH1) mit dem Träger (TR) verbindet.
Elektrisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Beschichtung (BE), die auf einem Teil der Oberfläche (OT) des Trägers (TR) oder des ersten Chips (OC) angeordnet ist und die ein Benetzen des Teils der Oberfläche (OT, OC) mit einem Kleber (KL) unterstützt.
Elektrisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Deckel (DE), der einen Teil der Oberseite des Trägers (TR) oder einen Teil der Oberseite des ersten Chips (CH1) bedeckt.
Elektrisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – der Träger (TR) eine zwischen den dielektrischen Schichten (DS) angeordnete Metallisierungsschicht (MS) aufweist, – in der Metallisierungsschicht (MS) Leiterbahnen (LB) und Impedanzelemente (IE, KE) strukturiert sind und – eine interne Verschaltung den ersten Chip (CH1), die Impedanzelemente (IE, KE) und die externe Kontaktfläche (EK) verschaltet.
Elektrisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der weitere Chip ein ASIC-Chip (AC) ist.
Elektrisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – der erste Chip (CH1) ein MEMS-Chip mit einer Membran (ME) und einer Rückplatte (RP) ist, – im Träger (TR) oder im MEMS-Chip (CH1) ein Rückvolumen (RV) angeordnet ist und – das elektrische Bauelement ein Mikrofon ist.
Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Bauelements mit flacher Bauform, umfassend die Schritte: – Bereitstellen eines Trägers (TR) mit einem mehrschichtigen Aufbau mit zumindest zwei dielektrischen Schichten und einer dazwischen angeordneten strukturierten Leiterbahn sowie einer Ausnehmung und einer weiteren Ausnehmungen, von denen erstere (AU) den Träger (TR) vollständig durchdringt und die weitere Ausnehmung den Träger (TR) nicht durchdringt, – Bereitstellen eines ersten Chips (CH1) und eines weiteren Chips (AC), – Anordnen des Trägers (TR) auf einer Hilfsfolie (HFO), – Anordnen des ersten Chips (CH1) in der den Träger durchdringenden Ausnehmung (AU) auf der Hilfsfolie, – Anordnen des weiteren Chips (AC) in der den Träger nicht durchdringenden, weiteren Ausnehmung (AU), – Befestigen des ersten Chips (CH1) in der Ausnehmung (AU), – Befestigen des weiteren Chips (AC) in der weiteren Ausnehmung (AU) auf dem Träger (TR).
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Hilfsfolie (HFO) auf der dem Träger (TR) und dem Chip (CH1) zugewandten Seite eine Klebeschicht (KS) aufweist.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, ferner umfassend die Schritte: – Bereitstellen einer Deckelfolie – Strukturieren eines Deckels (DE) aus der Deckelfolie – Anordnen des Deckels (DE) auf einem Teil des Trägers (TR) oder des ersten Chips (CH1).