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Die Erfindung betrifft eine Fertigungsvorrichtung zur Herstellung von mikroelektronischen Produkten nach den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung von mikroelektronischen Produkten nach den Merkmalen des Anspruchs 7.
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In der Elektronik und Mikroelektronik werden zur Montage und Bearbeitung von Produkten für die Aufnahme der zu bearbeitenden Teile als Magazinsysteme Folien oder sogenannte Wafflepacks, d. h. Magazinplatten mit an Chips angepassten Ablagevertiefungen, oder Magazinplatten mit Passstiften, insbesondere für Leiterplatten, oder feste Magazinteile als Boote oder Platten mit entsprechenden Konturelementen zur Fixierung der Teile verwendet. Diese Magazintechniken können nicht oder nur sehr schwer in den Montage- bzw. Bearbeitungsprozess als Teile der technologischen Arbeitsvorrichtungen mit einbezogen werden. Da diese bekannten Magazinsysteme nur für den Transport oder für bestimmte Arbeitsgänge angepasst sind, sind für spezielle Montage- und Bearbeitungsprozesse Bauteilvorbereitungen in der Art von Magazinentnahmen und Platzierungen in eine Arbeitsstation erforderlich. Bei aufwendigen Montage- und Bearbeitungsprozessen, wie zum Beispiel der Montage von miniaturisierten kompakten Bildsensoren mit optischen Systemen, müssen durch mehrere erforderliche Prozessschritte bedingt die Einzelteile mehrmals aufgenommen und entsprechend genau platziert werden.
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In der
DE 20 2009 002 523 U1 wird eine Handhabungseinrichtung beschrieben. Die Handhabungseinrichtung für Wafer umfasst ein Handhabungswerkzeug zum flächigen Halten eines Werkstücks mit unterschiedlicher Haltekraft. Das Handhabungswerkzeug ist bei der Handhabung des Werkstücks derart auf unterschiedliche Haltekräfte einstellbar, dass das Werkstück mit der höheren Haltekraft starr und positionsfest und mit der niedrigeren Haltekraft begrenzt nachgiebig und insbesondere drehweich gehalten wird.
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Aus der
DE 2 340 796 A ist eine Behälter-Transportvorrichtung bekannt. Die Behälter-Transportvorrichtung umfasst ein Paar von mit Abstand von einander angeordneten, im Wesentlichen kreisförmigen, in Drehung versetzbaren Scheibenrädern, in deren Umfang jeweils eine Vielzahl von in den beiden Rädern fluchtend angeordneten Ausnehmungen zur Aufnahme von Behältern vorgesehen sind. Die Vorrichtung umfasst des Weiteren eine Vielzahl von mit den Ausnehmungen fluchtend angeordneten Greifern zur Halterung von Behältern in den Ausnehmungen, eine Greifer-Schließvorrichtung, welche jeden Greifer bei Durchlaufen einer ersten vorbestimmten Drehstellung der Scheibenräder schließt und eine Greifer-Öffnungsvorrichtung, welche jeden Greifer beim Durchlaufen einer zweiten vorbestimmten Drehstellung der Scheibenräder öffnet, wodurch ein in den Ausnehmungen gehaltener Behälter an einer ersten Ausgabestelle abgegeben wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Fertigungsvorrichtung zur Herstellung von mikroelektronischen Produkten sowie ein Verfahren zur Herstellung von mikroelektronischen Produkten mittels der Fertigungsvorrichtung anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Fertigungsvorrichtung zur Herstellung von mikroelektronischen Produkten mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung von mikroelektronischen Produkten mit den Merkmalen des Anspruchs 7.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine erfindungsgemäße Fertigungsvorrichtung zur Herstellung von mikroelektronischen Produkten umfasst eine Aufnahmeeinheit, welche eine Mehrzahl von Ausnehmungen aufweist, in welchen jeweils zumindest ein erstes Bauteil der mikroelektronischen Produkte anordbar ist. Die Aufnahmeeinheit ist derart ausgebildet, dass zumindest die in den Ausnehmungen angeordneten ersten Bauteile in der jeweiligen Ausnehmung formschlüssig und/oder kraftschlüssig in einer durch die Aufnahmeeinheit vorgegebenen Position und Ausrichtung gehalten sind, wobei die Positionen und Ausrichtungen zumindest der in der Aufnahmeeinheit gehaltenen ersten Bauteile erfasst, gespeichert und in zumindest einem Verarbeitungsschritt zur Herstellung der mikroelektronischen Produkte verwendbar sind, wobei die Aufnahmeeinheit zumindest im Bereich der Ausnehmungen zumindest begrenzt elastisch verformbar ist und wobei durch eine auf die Aufnahmeeinheit einwirkende Kraft zumindest jeweils eine der Ausnehmungen derart aufzuweiten ist, dass zumindest ein erstes Bauteil in der jeweiligen Ausnehmung anzuordnen ist und bei nachlassender Krafteinwirkung in der jeweiligen Ausnehmung formschlüssig und/oder kraftschlüssig gehalten ist.
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Beispielsweise reichen die Ausnehmungen von einer Oberseite zu einer Unterseite der Aufnahmeeinheit, so dass durchgehende Öffnungen ausgebildet sind. Zur Anordnung der ersten Bauteile in der Aufnahmeeinheit ist diese dann beispielsweise auf einer Matrize zu platzieren, d. h. auf einer Platte mit zumindest einer Öffnung, wobei die Aufnahmeeinheit mit der jeweils zu bestückenden Ausnehmung über der Matrizenöffnung zu positionieren ist. Zum Aufweiten der Ausnehmung ist beispielsweise ein gekrümmter, beispielsweise konvexer oder keilförmiger Stempel von oben auf die jeweilige Ausnehmung zu pressen, wobei die Aufnahmeeinheit durch die Matrize von unten gehalten ist. D. h. durch die Krafteinwirkung mittels des Stempels auf die Ausnehmung ist diese geweitet, so dass durch die Matrizenöffnung hindurch das jeweilige erste Bauteil von unten in die geweitete Ausnehmung einzusetzen ist. Nachdem das jeweilige erste Bauteil in der jeweiligen Ausnehmung positioniert ist, ist die mittels des Stempels ausgeübte Kraft durch dessen Zurückziehen zu reduzieren, so dass sch die Ausnehmung verengt, wodurch das erste Bauteil in der jeweiligen Ausnehmung formschlüssig und/oder kraftschlüssig gehalten ist. Zum Anordnen weiterer erster Bauteile in den weiteren Ausnehmungen der Aufnahmeeinheit sind dann entsprechend die weiteren Ausnehmungen über der Matrizenöffnung zu positionieren.
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Alternativ weist die Matrize für jede Ausnehmung der Aufnahmeeinheit eine entsprechend positionierte Matrizenöffnung auf, so dass die Aufnahmeeinheit nur einmal auf der Matrize zu positionieren ist und nacheinander alle Ausnehmungen mittels des Stempels aufzuweiten und mit Bauteilen zu bestücken sind. Selbstverständlich sind auf diese Weise auch mehrere Bauteile in der jeweiligen Ausnehmung der Aufnahmeeinheit anzuordnen.
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Durch die Fertigungsvorrichtung ist eine Verringerung eines Fertigungsaufwandes, einer Fertigungszeit und von Fertigungskosten erreicht, da zum Beispiel zur Montage und Bearbeitung von mikroelektronischen Baugruppen Hantierungsarbeitsgänge mit jeweils erforderlichen fertigungsbezogenen Positionsmessungen reduziert sind. Dies ist dadurch erreicht, dass zumindest die ersten Bauteile der herzustellenden mikroelektronischen Produkte und beispielweise auch weitere Bauteile in den Ausnehmungen der Aufnahmeeinheit in einer vorgegebenen Position und Ausrichtung fest gehaltert sind und durch eine entsprechende Positionierung der Aufnahmeeinheit für jeweilige Verarbeitungsschritte zur Montage und Bearbeitung der Bauteile exakt zu positionieren sind. D. h. ein Aufnehmen der Bauteile, ein ständig neues Positionieren zum Bearbeiten sowie ein erneutes Anordnen nach dem Bearbeiten in einer Transporteinheit zum Transport in eine nachfolgende Bearbeitungsstation sind nicht mehr erforderlich, da die Aufnahmeeinheit sowohl als Transporteinheit als auch als Verarbeitungs-, Halterungs- und Positioniereinheit zu verwenden ist, wobei die darin angeordneten Bauteile vorzugsweise bis zur Fertigstellung des herzustellenden mikroelektronischen Produktes darin verbleiben, d. h. während der Bearbeitung und/oder Verarbeitung nicht aus der Aufnahmeeinheit entnommen werden. Die Bauteile werden also bearbeitet und/oder verarbeitet, während sie in der jeweiligen Ausnehmung der Aufnahmeeinheit angeordnet sind. Bei einer Aufnahme mehrerer Bauteile eines mikroelektronischen Produktes in jeweils einer Ausnehmung, wobei die Ausnehmungen dann zweckmäßigerweise als so genannte Formnester ausgebildet sind, sind die Bauteile zudem derart anzuordnen und zu haltern, dass sie zueinander lagefixiert sind und gemeinsam weiter zu verarbeiten sind, beispielsweise in nachfolgenden Verarbeitungsschritten aneinander zu befestigen sind. Die Aufnahmeeinheit dient sowohl als Magazinsystem zum Transport der Bauteile zur Bearbeitung als auch als Bearbeitungsvorrichtung zur Bearbeitung und/oder Verarbeitung und/oder zur Halterung und Positionierung der Bauteile während der Bearbeitung und/oder Verarbeitung.
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Zweckmäßigerweise umfasst die Fertigungsvorrichtung zumindest eine Speichereinheit zur Speicherung der Positionen und Ausrichtungen zumindest der in der Aufnahmeeinheit gehaltenen ersten Bauteile oder der Fertigungsvorrichtung ist eine derartige Speichereinheit zugeordnet. Diese gespeicherten Positionen und Ausrichtungen der ersten und gegebenenfalls weiterer in der Aufnahmeeinheit angeordneter Bauteile werden auch als Mapping bezeichnet. Mittels dieses Mappings ist die Aufnahmeeinheit in einem oder mehreren Verarbeitungsschritten, d. h. in jeweiligen Verarbeitungsstationen exakt zu positionieren, so dass die Bauteile einer jeweiligen Ausnehmung zu bearbeiten sind. Zusätzlich zur Position und Ausrichtung sind beispielsweise auch weitere Informationen zu den in den Ausnehmungen angeordneten Bauteilen zu speichern, beispielsweise Verarbeitungs- und/oder Montageinformationen, so dass die Bauteile in den einzelnen Verarbeitungsschritten exakt zu bearbeiten und zu montieren sind, um eine optimierte Produktqualität des herzustellenden mikroelektronischen Produktes zu erreichen.
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Vorzugsweise umfasst die Fertigungsvorrichtung zumindest eine Positioniervorrichtung zur Positionierung der Aufnahmeeinheit für zumindest einen Verarbeitungsschritt. Die Positioniervorrichtung ist beispielsweise ebenfalls als Transportvorrichtung zu nutzen, so dass die in der Aufnahmeeinheit angeordneten Bauteile zu einzelnen Bearbeitungsstationen zu transportieren und dort zur Bearbeitung und/oder Montage der in den Ausnehmungen angeordneten Bauteile anhand des gespeicherten Mappings zu positionieren sind, oder jede Bearbeitungsstation weist eine eigene Positioniervorrichtung auf und der Transport zwischen verschiedenen Bearbeitungsstationen ist mit weiteren Transportvorrichtungen durchzuführen. Auch eine Mischung dieser beiden Varianten ist möglich.
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Die Aufnahmeeinheit ist vorzugsweise aus einem Kunststoff gebildet, insbesondere aus einem Elastomer, bevorzugt aus einem Poly(organo)siloxan, auch als Silikon bezeichnet. Dadurch ist die Aufnahmeeinheit zumindest im Bereich der Ausnehmungen zumindest begrenzt elastisch verformbar und zudem einfach und kostengünstig und an die jeweils zu bearbeitenden Bauteile angepasst herzustellen. Zudem ist die Aufnahmeeinheit dadurch ausreichend weich ausgebildet, um die Bauteile nicht zu beschädigen und des Weiteren ausreichend verschleißarm und unempfindlich gegenüber Verarbeitungsmethoden der Bauteile, so dass eine Zerstörung der Aufnahmeeinheit während der Bearbeitung der Bauteile zur Herstellung des jeweiligen mikroelektronischen Produktes verhindert ist, d. h. die Bauteile sind während der Verarbeitung stets sicher gehaltert und die Aufnahmeeinheit ist nach Fertigstellung der herzustellenden mikroelektronischen Produkte vorzugsweise erneut verwendbar.
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Zweckmäßigerweise ist die Aufnahmeeinheit ein Gussteil, d. h. die Aufnahmeeinheit ist auf einfache und kostengünstige Weise in einem Abgussverfahren in großen Mengen kostengünstig und an die jeweils aufzunehmenden Bauteile und an die jeweils durchzuführenden Verarbeitungsschritte angepasst herzustellen und auf diese Weise vielseitig einsetzbar.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Ausnehmungen der Aufnahmeeinheit jeweils als eine Gussform ausgebildet. Auf diese Weise sind in einem Verarbeitungsschritt oder in mehreren Verarbeitungsschritten Gussverfahren anwendbar, wobei ein oder mehrere in der jeweiligen Ausnehmung angeordnete Bauteile teilweise oder vollständig vergossen werden. Auf diese Weise sind beispielsweise eine Herstellung eines Gussgehäuses und/oder eine Passivierung der Bauteile ermöglicht. Insbesondere durch die form- und/oder kraftschlüssige Halterung der Bauteile in den Ausnehmungen sind diese Ausnehmungen, welche als Gussformen dienen, gut abgedichtet. Eine Herstellung zusätzlicher Gussformen ist auf diese Weise nicht erforderlich, wodurch Fertigungskosten und ein Fertigungsaufwand reduziert sind.
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In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von mikroelektronischen Produkten mittels der Fertigungsvorrichtung wird in einer Mehrzahl von in einer Aufnahmeeinheit ausgebildeten Ausnehmungen jeweils zumindest ein erstes Bauteil der mikroelektronischen Produkte angeordnet und formschlüssig und/oder kraftschlüssig in einer durch die Aufnahmeeinheit vorgegebenen Position und Ausrichtung gehalten, wobei die Positionen und Ausrichtungen zumindest der in der Aufnahmeeinheit gehaltenen ersten Bauteile erfasst, gespeichert und in zumindest einem Verarbeitungsschritt zur Herstellung der mikroelektronischen Produkte verwendet werden.
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Das Verfahren ermöglicht eine Verringerung eines Fertigungsaufwandes, einer Fertigungszeit und von Fertigungskosten, da zum Beispiel zur Montage und Bearbeitung von mikroelektronischen Baugruppen Hantierungsarbeitsgänge mit jeweils erforderlichen fertigungsbezogenen Positionsmessungen reduziert sind. Dies wird dadurch erreicht, dass zumindest die ersten Bauteile der herzustellenden mikroelektronischen Produkte und beispielweise auch weitere Bauteile in den Ausnehmungen der Aufnahmeeinheit in einer vorgegebenen Position und Ausrichtung fest gehalten werden und durch eine entsprechende Positionierung der Aufnahmeeinheit für jeweilige Verarbeitungsschritte zur Montage und Bearbeitung der Bauteile exakt positioniert werden. D. h. ein Aufnehmen der Bauteile, ein ständig neues Positionieren zum Bearbeiten sowie ein erneutes Anordnen nach dem Bearbeiten in einer Transporteinheit zum Transport in eine nachfolgende Bearbeitungsstation sind nicht mehr erforderlich, da die Aufnahmeeinheit sowohl als Transporteinheit als auch als Verarbeitungs-, Halterungs- und Positioniereinheit verwendet wird, wobei die darin angeordneten Bauteile vorzugsweise bis zur Fertigstellung des herzustellenden mikroelektronischen Produktes darin verbleiben und in der Aufnahmeeinheit bearbeitet und/oder verarbeitet werden. Bei einer Aufnahme mehrerer Bauteile eines mikroelektronischen Produktes in jeweils einer Ausnehmung, wobei die Ausnehmungen dann zweckmäßigerweise als so genannte Formnester ausgebildet sind, können die Bauteile zudem derart angeordnet und gehalten werden, dass sie zueinander lagefixiert sind und gemeinsam weiter verarbeitet werden können, beispielsweise in nachfolgenden Verarbeitungsschritten aneinander befestigt werden können. Zum Verarbeiten der Bauteile kann die Aufnahmeeinheit auch als Gussform verwendet werden, wobei die Bauteile durch Einfüllen beispielsweise einer Vergussmasse in die Ausnehmungen vergossen werden, wodurch die Bauteile beispielsweise passiviert und/oder von einem gegossenen Gehäuse zumindest teilweise umschlossen werden. Die Aufnahmeeinheit wird auf diese Weise sowohl als Magazinsystem zum Transport der Bauteile zur Bearbeitung als auch als Bearbeitungsvorrichtung zur Bearbeitung und/oder Verarbeitung und/oder zur Halterung und Positionierung der Bauteile während der Bearbeitung und/oder Verarbeitung verwendet.
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Erfindungsgemäß wird durch eine auf die Aufnahmeeinheit einwirkende Kraft zumindest jeweils eine der Ausnehmungen aufgeweitet und zumindest ein erstes Bauteil in der jeweiligen Ausnehmung angeordnet und danach wird die Krafteinwirkung reduziert, so dass zumindest das erste Bauteil in der jeweiligen Ausnehmung formschlüssig und/oder kraftschlüssig gehalten wird. Beispielsweise reichen die Ausnehmungen von einer Oberseite zu einer Unterseite der Aufnahmeeinheit, so dass durchgehende Öffnungen ausgebildet sind. Zur Anordnung der ersten Bauteile in der Aufnahmeeinheit wird diese dann beispielsweise auf einer Matrize platziert, d. h. auf einer Platte mit zumindest einer Öffnung, wobei die Aufnahmeeinheit mit der jeweils zu bestückenden Ausnehmung über der Matrizenöffnung positioniert wird. Zum Aufweiten der Ausnehmung wird beispielsweise ein gekrümmter, beispielsweise konvexer oder keilförmiger Stempel von oben auf die jeweilige Ausnehmung gepresst, welche durch die Matrize von unten gehalten wird. D. h. durch die Krafteinwirkung mittels des Stempels auf die Ausnehmung wird diese geweitet, so dass durch die Matrizenöffnung hindurch das jeweilige Bauteil von unten in die geweitete Ausnehmung eingesetzt werden kann. Nachdem das jeweilige erste Bauteil in der jeweiligen Ausnehmung positioniert ist, wird die mittels des Stempels ausgeübte Kraft durch dessen Zurückziehen reduziert, so dass sich die Ausnehmung verengt, wodurch das erste Bauteil in der jeweiligen Ausnehmung formschlüssig und/oder kraftschlüssig gehalten wird.
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Zum Anordnen weiterer erster Bauteile in den weiteren Ausnehmungen der Aufnahmeeinheit werden dann entsprechend die weiteren Ausnehmungen über der Matrizenöffnung positioniert. Alternativ weist die Matrize für jede Ausnehmung der Aufnahmeeinheit eine entsprechend positionierte Matrizenöffnung auf, so dass die Aufnahmeeinheit nur einmal auf der Matrize positioniert wird und nacheinander alle Ausnehmungen mittels des Stempels aufgeweitet und mit Bauteilen bestückt werden. Selbstverständlich können auf diese Weise auch mehrere Bauteile in der jeweiligen Ausnehmung der Aufnahmeeinheit angeordnet werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden als mikroelektronische Produkte optische Sensoranordnungen hergestellt, wobei die Ausnehmungen jeweils als eine Gussform verwendet werden, wobei in jeder Ausnehmung jeweils ein als optischer Sensorchip ausgebildetes erstes Bauteil derart angeordnet wird, dass Ausnehmungswände der jeweiligen Ausnehmung seitlich am jeweiligen als Sensorchip ausgebildeten ersten Bauteil dichtend anliegen, wobei auf die als Sensorchips ausgebildeten ersten Bauteile jeweils eine transparente Einheit zum Abdecken eines optisch aktiven Bereichs des jeweiligen Sensorchips derart angeordnet wird, dass die Ausnehmungswände der jeweiligen Ausnehmung die jeweilige transparente Einheit seitlich umschließen und von dieser vorgegeben beabstandet sind, wobei in einen zwischen den Ausnehmungswänden der jeweiligen Ausnehmung und der jeweiligen transparenten Einheit gebildeten Zwischenraum eine Vergussmasse eingefüllt wird, welche aushärtet und/oder ausgehärtet wird, und wobei die ausgebildeten Sensoranordnungen nach einem zumindest teilweisen Aushärten der Vergussmasse aus den Ausnehmungen entfernt werden.
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Diese Ausführungsform des Verfahrens ermöglicht eine einfache und kostengünstige Herstellung einer kompakten preisgünstigen und funktionssicheren optischen Sensoranordnung für miniaturisierte Geräte, beispielsweise für eine Digitalkamera eines Mobiltelefons. Für derartige miniaturisierte Geräte werden optische Sensoranordnungen verwendet, die in komplexen Schaltungen, zum Beispiel montiert auf Leiterplatten, weiterverarbeitet werden. Daher ist die mittels des Verfahrens herstellbare optische Sensoranordnung besonders vorteilhaft, da sie nicht wesentlich größer ist als der optische Sensorchip selbst, wodurch ein Bauraumbedarf erheblich reduziert ist, und als eine kompakte Einheit direkt auf eine jeweilige Leiterplatte zu montieren ist, d. h. direkt in eine elektronische Schaltung eingebaut werden kann. Auf diese Weise ist eine aufwändige Montage mehrerer kostenintensiver mechanischer und elektronischer Einzelteile, welche einen erhöhten Bauraum erfordern, nicht mehr notwendig. Des Weiteren ist es besonders vorteilhaft, wenn die optische Sensoranordnung bereits eine optische Fokussierung aufweist.
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Durch das Abdecken des optisch aktiven Bereichs des Sensorchips mit der transparenten Einheit und zudem durch die seitliche Umhüllung der transparenten Einheit mit der Vergussmasse ist der optisch aktive Bereich gegenüber einer äußeren Umgebung sicher abgedichtet und auf diese Weise vor Verschmutzungen geschützt, da durch die transparente Einheit und die Vergussmasse ein schützendes Gehäuse für den Sensorchip, insbesondere für dessen optisch aktiven Bereich ausgebildet wird. Zudem wird durch die Vergussmasse eine mechanische Stabilität und Festigkeit der Sensoranordnung erheblich verbessert und die transparente Einheit wird durch die Vergussmasse mit dem Sensorchip stoffschlüssig fest verbunden.
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Zweckmäßigerweise wird als transparente Einheit eine optische Linse oder eine Einheit, welche eine derartige Linse zumindest umfasst, auf dem Sensorchip angeordnet. Alternativ wird als transparente Einheit eine optisch neutrale Abdeckung auf dem Sensorchip angeordnet. Die optische Linse ermöglicht eine Fokussierung für den optischen Sensorchip, so dass der optische Sensorchip und die Fokussierung eine integrierte Einheit bilden. Eine aufwändige zusätzliche Optik, welche einen zusätzlichen Bauraum benötigt, ist dann nicht mehr erforderlich. Diese integrierte Fokussierung ist für eine Vielzahl von Einsatzzwecken bereits ausreichend. Jedoch kann alternativ zur Linse die transparente Einheit auch als eine optisch neutrale Abdeckung oder Kappe ausgebildet sein. Dies ermöglicht es, die optische Sensoranordnung in Verbindung mit einer von der Sensoranordnung externen Optik einzusetzen, um auf diese Weise eine Bildqualität mittels der Sensoranordnung erfasster Bilder weiter zu verbessern.
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Zum Anordnen einer als Linse ausgebildeten oder diese zumindest umfassenden transparenten Einheit wird vorzugsweise mittels einer optischen Erfassungsvorrichtung ein optisches Zentrum des optisch aktiven Bereichs des Sensorchips ermittelt und durch Ausrichten der Linse in Bezug zum Sensorchip wird eine optische Achse der Linse auf das optische Zentrum des optisch aktiven Bereichs des Sensorchips ausgerichtet, d. h. justiert. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Linse exakt positioniert wird, so dass eine gleichbleibend gute Bildqualität der mittels des Verfahrens hergestellten Sensoranordnung erreicht wird. Die Ermittlung des optischen Zentrums wird beispielsweise mittels einer als hochauflösende Kamera ausgebildeten optischen Erfassungseinheit durchgeführt, mittels welcher ein Layout des Sensorchips optisch erfasst und ausgewertet wird.
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Die Ermittlung des optischen Zentrums ist insbesondere besonders vorteilhaft, wenn eine Mehrzahl von Sensorchips auf einem Wafer hergestellt und aus diesem herausgeschnitten und/oder gebrochen werden, da Bruch- und/oder Schnittkanten der einzelnen Sensorchips dann aufgrund auftretender Ungenauigkeiten durch das Herausbrechen und/oder Herausschneiden voneinander abweichen, wodurch eine wiederholbar exakte Aufnahme, Fixierung und Positionierung des Sensorchips zum Aufbringen der transparenten Einheit nicht möglich ist. Ohne das exakte Ermitteln des optischen Zentrums bestünde daher die Gefahr, dass durch eine falsche Positionierung der Linse deren optische Achse vom optischen Zentrum des optisch aktiven Bereichs des Sensorchips abweichen würde. Dies würde zu einer erheblichen optischen Beeinträchtigung der Sensoranordnung und dadurch zu einer verschlechterten Bildqualität mittels der Sensoranordnung erfasster Bilder führen. Mittels des Verfahrens wird dies verhindert.
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Zweckmäßigerweise wird als Vergussmasse ein Material verwendet, welches zumindest nach dem vollständigen Aushärten lichtundurchlässig ist, d. h. welches zweckmäßigerweise eine gegen unendlich gehende Opazität bzw. einen gegen Null gehenden Transmissionsgrad aufweist. Des Weiteren weist die Vergussmasse im noch nicht ausgehärteten Zustand, d. h. wenn sie in die als Gussform ausgebildete Ausnehmung der Aufnahmeeinheit eingefüllt wird, vorzugsweise gute kapillare Eigenschaften auf, so dass insbesondere eine seitliche Umgebung der transparenten Einheit und ein Verbindungsbereich der transparenten Einheit und des Sensorchips gut abgedichtet werden kann. Auf diese Weise wird durch die Vergussmasse eine gute mechanische Festigkeit der Sensoranordnung ausgebildet, der optisch aktive Bereich des Sensorchips wird durch die transparente Einheit und die Vergussmasse gegenüber einer äußeren Umgebung abgedichtet und dadurch vor Verschmutzungen geschützt und zudem wird der optisch aktive Bereich des Sensorchips durch die lichtundurchlässige Vergussmasse gegen unerwünschte Streulichteinflüsse geschützt. Ein Lichteinfall auf den optisch aktiven Bereich des Sensorchips erfolgt dadurch nur noch über dafür vorgesehene und daher nicht von der Vergussmasse bedeckte Bereiche der transparenten Einheit.
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Als Vergussmasse wird vorzugsweise ein Kunststoff verwendet, beispielsweise ein so genannter Underfiller, zum Beispiel ein Kunstharz, insbesondere ein Epoxidharz. Derartige Kunststoffe weisen die guten kapillaren Eigenschaften auf, so dass die transparente Einheit auf einfache Weise umgossen werden kann und eine gute Abdichtung sichergestellt wird. Die Vergussmasse wird zweckmäßigerweise thermisch und/oder durch UV-Bestrahlung ausgehärtet. Es kann jedoch beispielsweise auch eine Vergussmasse verwendet werden, welche ohne weitere technische Einwirkungen von selbst nach einer vorgegebenen Zeit, auch als Topfzeit bezeichnet, aushärtet.
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Die transparente Einheit wird am Sensorchip zweckmäßigerweise stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder formschlüssig befestigt. Dies erfolgt vorzugsweise bereits vor dem Umgießen mit der Vergussmasse, so dass die transparente Einheit durch das Umgießen nicht auf dem Sensorchip verschoben werden kann. Vorteilhafterweise wird die transparente Einheit mit dem Sensorchip verklebt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Darin zeigen:
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1 schematisch eine Aufnahmeeinheit einer Fertigungsvorrichtung zur Herstellung von mikroelektronischen Produkten in Draufsicht,
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2 schematisch eine Schnittdarstellung einer Aufnahmeeinheit einer Fertigungsvorrichtung zur Herstellung von mikroelektronischen Produkten,
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3 schematisch eine Schnittdarstellung einer Fertigungsvorrichtung zur Herstellung von mikroelektronischen Produkten und eines ersten Bauteils eines herzustellenden mikroelektronischen Produktes,
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4 schematisch eine Schnittdarstellung eines ersten Bauteils eines herzustellenden mikroelektronischen Produktes,
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5 schematisch eine Schnittdarstellung eines in einer Ausnehmung einer Aufnahmeeinheit einer Fertigungsvorrichtung angeordneten ersten Bauteils eines herzustellenden mikroelektronischen Produktes,
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6 schematisch eine Schnittdarstellung eines in einer Ausnehmung einer Aufnahmeeinheit einer Fertigungsvorrichtung angeordneten ersten Bauteils eines herzustellenden mikroelektronischen Produktes und eines auf das erste Bauteil aufgebrachten Klebstoffs,
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7 schematisch eine Schnittdarstellung eines in einer Ausnehmung einer Aufnahmeeinheit einer Fertigungsvorrichtung angeordneten ersten Bauteils eines herzustellenden mikroelektronischen Produktes und einer auf diesem angeordneten transparenten Einheit,
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8 schematisch eine Schnittdarstellung eines in einer Ausnehmung einer Aufnahmeeinheit einer Fertigungsvorrichtung angeordneten ersten Bauteils eines herzustellenden mikroelektronischen Produktes mit einer auf dem ersten Bauteil angeordneten transparenten Einheit und einer in einen Zwischenraum zwischen der Aufnahmeeinheit der Fertigungsvorrichtung und der transparenten Einheit eingefüllten Vergussmasse, und
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9 schematisch eine Schnittdarstellung eines mikroelektronischen Produktes.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 und 2 zeigen schematisch eine Aufnahmeeinheit 1 einer Fertigungsvorrichtung 2 zur Herstellung von mikroelektronischen Produkten 3, zum Beispiel mikroelektronischen Baugruppen, in Draufsicht bzw. in einer Schnittdarstellung. In 3 ist die Fertigungsvorrichtung 2 während eines Anordnens eines ersten Bauteils 4 des herzustellenden mikroelektronischen Produktes 3 in einer Ausnehmung 5 der Aufnahmeeinheit 1 dargestellt. 4 zeigt ein in diesem Beispiel als optischer Sensorchip ausgebildetes erstes Bauteil 4 in einer Schnittdarstellung. In den 5 bis 9 ist die schrittweise Herstellung des in diesem Ausführungsbeispiel als optische Sensoranordnung ausgebildeten mikroelektronischen Produktes 3 mittels der Fertigungsvorrichtung 2 jeweils in Schnittdarstellungen gezeigt, wobei 9 das fertiggestellte mikroelektronische Produkt 3 zeigt. Anhand dieser Figuren werden im Folgenden sowohl die Fertigungsvorrichtung 2 als auch ein mit dieser Fertigungsvorrichtung 2 durchzuführendes Verfahren zur Herstellung von mikroelektronischen Produkten 3 erläutert.
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Die in den 1 und 2 dargestellte Aufnahmeeinheit 1 der Fertigungsvorrichtung 2 ist als eine Magazinplatte ausgebildet, welche eine Mehrzahl von Ausnehmungen 5 aufweist, im hier dargestellten Beispiel zwölf Ausnehmungen 5, in welchen, wie in 3 dargestellt, jeweils zumindest ein erstes Bauteil 4 der herzustellenden mikroelektronischen Produkte 3 anzuordnen ist. In weiteren, hier nicht dargestellten Ausführungsformen kann die Aufnahmeeinheit 1 selbstverständlich auch mehr oder weniger Ausnehmungen 5 aufweisen. Nachdem die Bauteile der mikroelektronischen Produkte 3, d. h. jeweils die ersten Bauteile 4 und gegebenenfalls auch weitere Bauteile der mikroelektronischen Produkte 3 in diesen Ausnehmungen 5 angeordnet sind, werden sie mittels der Aufnahmeeinheit 1 zu einer oder mehreren Arbeitsstationen transportiert und in der Aufnahmeeinheit 1 in einem oder mehreren Verarbeitungsschritten bearbeitet, wie im Folgenden näher dargestellt und erläutert.
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Dabei ist die Aufnahmeeinheit 1 derart ausgebildet, dass zumindest die in den Ausnehmungen 5 angeordneten ersten Bauteile 4, welche in diesem Beispiel als optische Sensorchips ausgebildet sind, in der jeweiligen Ausnehmung 5 formschlüssig und/oder kraftschlüssig in einer durch die Aufnahmeeinheit 1 vorgegebenen Position und Ausrichtung gehalten sind. Die Positionen und Ausrichtungen zumindest der in der Aufnahmeeinheit 1 gehaltenen ersten Bauteile 4 werden erfasst, gespeichert und in einem oder mehreren Verarbeitungsschritten zur Herstellung der mikroelektronischen Produkte 3 verwendet.
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Zur Speicherung der Positionen und Ausrichtungen zumindest der in der Aufnahmeeinheit 1 gehaltenen ersten Bauteile 4 ist der Fertigungsvorrichtung 2 beispielsweise eine hier nicht näher dargestellte Speichereinheit zugeordnet oder die Fertigungsvorrichtung 2 umfasst eine derartige Speichereinheit. Die gespeicherten Positionen und Ausrichtungen der ersten Bauteile 4 und gegebenenfalls weiterer in der Aufnahmeeinheit 1 angeordneter Bauteile werden auch als Mapping bezeichnet. Mittels dieses Mappings ist die Aufnahmeeinheit 1 in einem oder mehreren Verarbeitungsschritten, d. h. in jeweiligen Verarbeitungsstationen exakt zu positionieren, so dass die ersten Bauteile 4 und gegebenenfalls weitere Bauteile einer jeweiligen Ausnehmung 5 zu bearbeiten sind. Zusätzlich zur Position und Ausrichtung sind beispielsweise auch weitere Informationen zu den in den Ausnehmungen 5 angeordneten ersten Bauteilen 4 und gegebenenfalls angeordneten weiteren Bauteilen zu speichern, beispielsweise Verarbeitungs- und/oder Montageinformationen, so dass in den einzelnen Verarbeitungsschritten eine exakte Bearbeitung und Montage ermöglicht ist, um eine optimierte Produktqualität des herzustellenden mikroelektronischen Produktes 3 zu erreichen. Während der Bearbeitung und/oder Verarbeitung verbleiben die ersten Bauteile 4 und gegebenenfalls weitere Bauteile dabei vorzugsweise in der jeweiligen Ausnehmung sicher gehaltert, d. h. die Aufnahmeeinheit 1 dient nicht nur als Magazinsystem und Transporteinheit, sondern auch als Bearbeitungs- und/oder Verarbeitungseinheit.
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Zur Positionierung der Aufnahmeeinheit 1 für zumindest einen oder mehrere Verarbeitungsschritte umfasst die Fertigungsvorrichtung 2 beispielsweise zumindest eine hier nicht dargestellte Positioniervorrichtung. Die Positioniervorrichtung ist beispielsweise ebenfalls als Transportvorrichtung zu nutzen, so dass die in der Aufnahmeeinheit 1 angeordneten ersten Bauteile 4 und gegebenenfalls angeordnete weitere Bauteile zu einzelnen Bearbeitungsstationen zu transportieren und dort zur Bearbeitung und/oder Montage anhand des gespeicherten Mappings zu positionieren sind, oder jede Bearbeitungsstation weist eine eigene Positioniervorrichtung auf und der Transport zwischen verschiedenen Bearbeitungsstationen ist mit weiteren Transportvorrichtungen durchzuführen. Auch eine Mischung dieser beiden Varianten ist möglich.
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Die Aufnahmeeinheit 1 ist vorzugsweise aus einem Kunststoff gebildet, insbesondere aus einem Elastomer, bevorzugt aus einem Poly(organo)siloxan, auch als Silikon bezeichnet. Dadurch ist die Aufnahmeeinheit 1 zumindest im Bereich der Ausnehmungen 5 zumindest begrenzt elastisch verformbar und zudem einfach und kostengünstig und an die jeweils zu bearbeitenden mikroelektronischen Produkte 3 bzw. an deren erste Bauteile 4 und gegebenenfalls weitere Bauteile angepasst herzustellen. Zudem ist die Aufnahmeeinheit 1 dadurch ausreichend weich ausgebildet, um die Einzelteile der herzustellenden mikroelektronischen Produkte 3 nicht zu beschädigen und des Weiteren ausreichend verschleißarm und unempfindlich gegenüber zu verwendenden Verarbeitungsmethoden, Medien und Temperaturen, so dass eine Zerstörung der Aufnahmeeinheit 1 während der Bearbeitung der ersten Bauteile 4 und gegebenenfalls weiterer Bauteile zur Herstellung des jeweiligen mikroelektronischen Produktes 3 verhindert ist, d. h. die ersten Bauteile 4 und gegebenenfalls weitere Bauteile der herzustellenden mikroelektronischen Produkte 3 sind während der Verarbeitung stets sicher gehaltert und die Aufnahmeeinheit 1 ist nach Fertigstellung der herzustellenden mikroelektronischen Produkte 3 vorzugsweise erneut verwendbar.
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Um derartige Aufnahmeeinheiten 1 auf einfache und kostengünstige Weise in großen Mengen kostengünstig und an die jeweils aufzunehmenden ersten Bauteile 4 und gegebenenfalls weiterer Bauteile und an die jeweils durchzuführenden Verarbeitungsschritte angepasst herzustellen, erfolgt die Herstellung vorzugsweise in einem Abgussverfahren als Gussteile.
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Wie in 3 dargestellt, ist die Aufnahmeeinheit 1 zumindest im Bereich der Ausnehmungen 5 zumindest begrenzt elastisch verformbar, wobei durch eine auf die Aufnahmeeinheit 1 einwirkende Kraft F zumindest jeweils eine der Ausnehmungen 5 derart aufzuweiten ist, dass zumindest ein erstes Bauteil 4 in der jeweiligen Ausnehmung 5 anzuordnen ist und bei nachlassender Krafteinwirkung in der jeweiligen Ausnehmung 5 formschlüssig und/oder kraftschlüssig gehalten ist. Im hier dargestellten Beispiel reichen die Ausnehmungen 5 von einer Oberseite zu einer Unterseite der Aufnahmeeinheit 1, so dass durchgehende Öffnungen ausgebildet sind. Im Bereich einer Unterseite der Aufnahmeeinheit 1 weisen die Ausnehmungen 5 einen Klemm- und Dichtungsrand 6 auf, in welchen das jeweilige erste Bauteil 4, im hier dargestellten Beispiel der optische Sensorchip, einzusetzen ist. Zur Anordnung der ersten Bauteile 4 in der Aufnahmeeinheit 1 wird diese auf einer Matrize 7 platziert, d. h. auf einer Platte. Die Matrize 7 weist Matrizenöffnungen 8 auf, wobei die Aufnahmeeinheit 1 derart auf der Matrize 7 angeordnet wird, dass die Ausnehmungen 5 der Aufnahmeeinheit 1 über den Matrizenöffnungen 8 positioniert sind.
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Anschließend werden die Ausnehmungen 5 der Aufnahmeeinheit 1 nacheinander aufgeweitet und in jede Ausnehmung 5 wird jeweils ein erstes Bauteil 4 eingesetzt. Dazu wird ein Stempel 9, welcher eine konvex gekrümmte Wirkfläche aufweist, von oben in die jeweilige Ausnehmung 5 gepresst, wobei die Aufnahmeeinheit 1 durch die Matrize 7 von unten gehalten wird. D. h. durch die Krafteinwirkung mittels des Stempels 9 auf die Ausnehmung 5 wird diese geweitet, so dass durch die Matrizenöffnung 8 hindurch das jeweilige erste Bauteil 4 von unten in die geweitete Ausnehmung 5, d. h. in deren Klemm- und Dichtungsrand 6 eingesetzt werden kann. Nachdem das jeweilige erste Bauteil 4 in der jeweiligen Ausnehmung 5 positioniert ist, wird die mittels des Stempels 9 ausgeübte Kraft F durch dessen Zurückziehen reduziert, so dass sich die Ausnehmung 5 wieder verengt, wodurch das erste Bauteil 4 in der jeweiligen Ausnehmung 5 formschlüssig und/oder kraftschlüssig gehalten wird, wie am Beispiel des optischen Sensorchips in 5 dargestellt. Dies wird nacheinander für alle Ausnehmungen 5 der Aufnahmeeinheit 1 wiederholt, bis diese vollständig mit ersten Bauteilen 4 bestückt ist. Auf diese Weise sind gegebenenfalls zusätzlich auch weitere Bauteile in den Ausnehmungen 5 zu positionieren Durch diese Fertigungsvorrichtung 2 ist eine Verringerung eines Fertigungsaufwandes, einer Fertigungszeit und von Fertigungskosten erreicht, da zum Beispiel zur Montage und Bearbeitung von mikroelektronischen Baugruppen Hantierungsarbeitsgänge mit jeweils erforderlichen fertigungsbezogenen Positionsmessungen reduziert sind. Dies wird dadurch erreicht, dass zumindest die ersten Bauteile 4 der herzustellenden mikroelektronischen Produkte 3 und beispielweise auch weitere Bauteile in den Ausnehmungen 5 der Aufnahmeeinheit 1 in einer vorgegebenen Position und Ausrichtung fest gehaltert sind und durch eine entsprechende Positionierung der Aufnahmeeinheit 1 für jeweilige Verarbeitungsschritte zur Montage und Bearbeitung exakt zu positionieren sind. D. h. ein Aufnehmen der ersten Bauteile 4 und gegebenenfalls weiterer Bauteile, ein ständig neues Positionieren zum Bearbeiten sowie ein erneutes Anordnen nach dem Bearbeiten in einer Transporteinheit zum Transport in eine nachfolgende Bearbeitungsstation sind nicht mehr erforderlich, da die Aufnahmeeinheit 1 sowohl als Transporteinheit als auch als Verarbeitungs-, Halterungs- und Positioniereinheit zu verwenden ist, wobei die darin angeordneten Teile vorzugsweise bis zur Fertigstellung des herzustellenden mikroelektronischen Produktes 3 darin verbleiben.
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Bei einer Aufnahme mehrerer Teile eines mikroelektronischen Produktes 3 in jeweils einer Ausnehmung 5, welches ebenfalls auf die geschilderte Weise erfolgen kann, sind die Teile zudem derart anzuordnen und zu haltern, dass sie zueinander lagefixiert sind und gemeinsam weiter zu verarbeiten sind, beispielsweise in nachfolgenden Verarbeitungsschritten aneinander zu befestigen sind. Dazu sind die Ausnehmungen 5 dann zweckmäßigerweise als so genannte Formnester ausgebildet, in welchen zwei oder mehr Teile eines mikroelektronischen Produktes 3 anzuordnen und zueinander lagefixiert form- und/oder kraftschlüssig angeordnet und gehaltert werden können. D. h. die Teile des jeweiligen mikroelektronischen Produkts 3 sind in der jeweiligen Ausnehmung 5 bereits konstruktionsorientiert zugeordnet.
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Des Weiteren können die Ausnehmungen 5 der Aufnahmeeinheit 1, wie im hier dargestellten Beispiel, auch jeweils als eine Gussform ausgebildet sein. Auf diese Weise sind in einem Verarbeitungsschritt oder in mehreren Verarbeitungsschritten Gussverfahren anwendbar, wobei ein oder mehrere in der jeweiligen Ausnehmung 5 angeordnete Teile des jeweils herzustellenden mikroelektronischen Produktes 3 teilweise oder vollständig vergossen werden, wie im Folgenden noch näher erläutert wird. Auf diese Weise ist beispielsweise eine Herstellung eines Gussgehäuses und/oder eine Passivierung der einzelner oder aller Teile des mikroelektronischen Produktes 3 ermöglicht. Insbesondere durch die form- und/oder kraftschlüssige Halterung zumindest der ersten Bauteile 4 in den Ausnehmungen 5, im hier dargestellten Beispiel im Klemm- und Dichtungsrand 6 der jeweiligen Ausnehmung 5, sind diese Ausnehmungen 5, welche als Gussformen dienen, gut abgedichtet. Eine Herstellung zusätzlicher Gussformen ist auf diese Weise nicht erforderlich, wodurch Fertigungskosten und ein Fertigungsaufwand reduziert sind.
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Mittels der Fertigungsvorrichtung 2 können als mikroelektronische Produkte 3 beispielsweise, wie im Folgenden erläutert, optische Sensoranordnungen hergestellt werden. Dazu werden auf die bereits beschriebene und in 3 dargestellte Weise als optische Sensorchips ausgebildete erste Bauteile 4 in den Ausnehmungen 5 angeordnet, welche jeweils einen optisch aktiven Bereich 10 und Kontaktierstellen 11 für eine elektrische Kontaktierung beispielsweise mit einer Leiterplatte oder mit anderen elektrischen Komponenten aufweisen. Ein derartiges als optischer Sensorchip ausgebildetes erstes Bauteil 4 ist in 4 näher dargestellt. Die als Sensorchips ausgebildeten ersten Bauteile 4 werden derart in den Ausnehmungen 5 angeordnet, dass Ausnehmungswände formschlüssig an einem Umfang des ersten Bauteils 4 dichtend anliegen, wie in 5 anhand eines Ausschnitts der Aufnahmeeinheit 1 im Bereich einer Ausnehmung 5 dargestellt. Anschließend wird eine transparente Einheit 12 zum Abdecken des optisch aktiven Bereichs 10 des Sensorchips auf dem Sensorchip angeordnet und in diesem Beispiel stoffschlüssig am Sensorchip befestigt, d. h. mit diesem verklebt. Dazu wird zunächst, wie in 6 dargestellt, ein Klebstoff 13 auf das als Sensorchip ausgebildete erste Bauteil 4 aufgebracht und danach, wie in 7 dargestellt, die transparente Einheit 12 auf den Klebstoff 13 aufgepresst.
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Die transparente Einheit 12 ist in diesem Ausführungsbeispiel als eine optische Linse 12.1 mit einer Halterung 12.2 ausgebildet, mittels welcher die optische Linse 12.1 am Sensorchip zu befestigen und in einem vorgegebenen Abstand zum optisch aktiven Bereich 10 des Sensorchips zu haltern ist. In anderen, hier nicht dargestellten Ausführungsformen kann die transparente Einheit 12 auch als eine optisch neutrale Abdeckung ausgebildet sein.
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Zum Anordnen der die Linse 12.1 unfassenden transparenten Einheit 12 wird mittels einer optischen Erfassungsvorrichtung ein optisches Zentrum des optisch aktiven Bereichs 10 ermittelt und durch Ausrichten der Linse 12.1 in Bezug zum Sensorchip wird eine optische Achse der Linse 12.1 auf das optische Zentrum des optisch aktiven Bereichs 10 des Sensorchips ausgerichtet, d. h. justiert. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Linse 12.1 exakt positioniert wird, so dass eine gleichbleibend gute Bildqualität des mittels des Verfahrens hergestellten, als Sensoranordnung ausgebildeten mikroelektronischen Produktes 3 erreicht wird. Die Ermittlung des optischen Zentrums des optisch aktiven Bereichs 10 des Sensorchips wird beispielsweise mittels einer als hochauflösende Kamera ausgebildeten optischen Erfassungseinheit durchgeführt, mittels welcher ein Layout des Sensorchips optisch erfasst und ausgewertet wird.
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Die Ermittlung des optischen Zentrums des optisch aktiven Bereichs 10 des Sensorchips ist insbesondere besonders vorteilhaft, wenn eine Mehrzahl von Sensorchips auf einem Wafer hergestellt und aus diesem herausgeschnitten und/oder gebrochen werden, da Bruch- und/oder Schnittkanten der einzelnen Sensorchips dann aufgrund auftretender Ungenauigkeiten durch das Herausbrechen und/oder Herausschneiden voneinander abweichen, wodurch eine wiederholbar exakte Aufnahme, Fixierung und Positionierung des Sensorchips zum Aufbringen der transparenten Einheit 12 nicht möglich ist. Ohne das exakte Ermitteln des optischen Zentrums des optisch aktiven Bereichs 10 des Sensorchips bestünde daher die Gefahr, dass durch eine falsche Positionierung der Linse 12.1 deren optische Achse vom optischen Zentrum des optisch aktiven Bereichs 10 des Sensorchips abweichen würde. Dies würde zu einer erheblichen optischen Beeinträchtigung des als Sensoranordnung ausgebildeten mikroelektronischen Produktes 3 und dadurch zu einer verschlechterten Bildqualität mittels der Sensoranordnung erfasster Bilder führen.
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Die Aufnahmeeinheit 1 ist bzw. deren Ausnehmungen 5 sind derart ausgebildet und die als Sensorchips ausgebildeten ersten Bauteile 4 sowie die transparenten Einheiten 12 werden derart in der jeweiligen Ausnehmung 5 angeordnet, dass die Ausnehmungswände die transparente Einheit 12 seitlich umschließen und von dieser vorgegeben beabstandet sind. Dabei ist auch der Sensorchip seitlich von der Ausnehmung 5 umschlossen, da er bereits vor dem Anordnen der transparenten Einheit 12 formschlüssig in die randseitig am Sensorchip dichtend anliegende Ausnehmung 5 eingelegt wurde.
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Alternativ zur hier dargestellten Anordnung des Sensorchips vor dem Aufbringen der transparenten Einheit 12 kann der Sensorchip auch zusammen mit der bereits an diesem befestigten transparenten Einheit 12 in der Ausnehmung 5 angeordnet werden, d. h. es wird erst die transparente Einheit 12 auf den Sensorchip aufgeklebt und danach der Sensorchip zusammen mit der bereits daran befestigten transparenten Einheit 12 auf die beschriebene und in 3 dargestellte Weise in der jeweiligen Ausnehmung 5 angeordnet.
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Die hier dargestellte Ausführungsform des Verfahrens, in welcher die transparente Einheit 12 auf das bereits in der Aufnahmeeinheit 1 angeordnete, als Sensorchip ausgebildete erste Bauteil 4 aufgebracht wird, ist jedoch besonders vorteilhaft, da die Aufnahmeeinheit 1 in diesem Fall zusätzlich als Halterung und Positionierhilfe für den Sensorchip dienen kann, so dass die transparente Einheit 12 exakt ausgerichtet auf dem Sensorchip angeordnet werden kann. Dies ist insbesondere bei der hier dargestellten, die Linse 12.1 umfassenden transparenten Einheit 12 besonders vorteilhaft, um die optische Achse der Linse 12.1, wie bereits erläutert, exakt zum optischen Zentrum des optisch aktiven Bereichs 10 des Sensorchips auszurichten, d. h. zu justieren.
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Nachdem der Sensorchip mit der auf diesem befestigten transparenten Einheit 12 auf die beschriebene Weise in der Aufnahmeeinheit 1 angeordnet ist und der Klebstoff 13 ausreichend ausgehärtet ist, um eine ausreichend stabile Befestigung der transparenten Einheit 12 am Sensorchip sicherzustellen, wird eine Vergussmasse 14 in einen zwischen den Ausnehmungswänden und der transparenten Einheit 12 gebildeten Zwischenraum 15 eingefüllt und härtet aus und/oder wird ausgehärtet, wie in 8 dargestellt. Dabei bedeckt die Vergussmasse 14 die transparente Einheit 12 seitlich und einen zwischen der transparenten Einheit 12 und den Ausnehmungswänden liegenden Bereich auf der Oberseite des Sensorchips, so dass die Vergussmasse 14, zusätzlich zum Klebstoff 13, den Sensorchip mit der transparenten Einheit 12 stoffschlüssig verbindet. Auf diese Weise bildet sich durch die Vergussmasse 14 und die transparente Einheit 12 ein stabiles und abgedichtetes Gehäuse zum Schutz des optisch aktiven Bereichs 10 des Sensorchips aus. Zudem bildet sich dadurch als mikroelektronisches Produkt 3 eine mechanisch stabile und feste Sensoranordnung aus.
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Als Vergussmasse 14 wird vorteilhafterweise ein Material verwendet, welches gute kapillare Eigenschaften aufweist, um sich im Zwischenraum 15 gut zu verteilen und diesen sowie insbesondere auch beispielsweise kleine Spalten und Öffnungen in einem Verbindungsbereich des Sensorchips mit der transparenten Einheit 12 vollständig auszufüllen. Die verwendete Aufnahmeeinheit 1 ist zweckmäßigerweise derart ausgebildet und der Sensorchip mit der transparenten Einheit 12 derart in der jeweiligen Ausnehmung 5 angeordnet, dass ein oberer Rand der Ausnehmung 5 mindestens so hoch ist wie ein oberer Rand der transparenten Einheit 12, im hier dargestellten Beispiel ein oberer Rand der Halterung 12.2 der Linse 12.1, oder den oberen Rand der transparenten Einheit 12 überragt, wie in den 7 und 8 dargestellt. Dadurch kann die Vergussmasse 14 derart in den Zwischenraum 15 eingefüllt werden, dass sie die transparente Einheit 12 vollständig seitlich umschließt.
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Das verwendete Material der Vergussmasse 14 ist zudem zumindest im vollständig ausgehärteten Zustand lichtundurchlässig, d. h. es weist zweckmäßigerweise eine gegen unendlich gehende Opazität bzw. einen gegen Null gehenden Transmissionsgrad auf. Auf diese Weise wird der optisch aktive Bereich 10 des Sensorchips durch die lichtundurchlässige Vergussmasse 14, welche die transparente Einheit 12 seitlich vollständig umschließt, gegen unerwünschte Streulichteinflüsse geschützt. Ein Lichteinfall auf den optisch aktiven Bereich 10 des Sensorchips erfolgt dadurch nur noch über dafür vorgesehene und daher nicht von der Vergussmasse 14 bedeckte Bereiche der transparenten Einheit 12, in diesem Ausführungsbeispiel über die Linse 12.1.
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Als Vergussmasse 14 wird vorzugsweise ein Kunststoff verwendet, beispielsweise ein so genannter Underfiller, zum Beispiel ein Kunstharz, insbesondere ein Epoxidharz. Die Vergussmasse 14 kann, entsprechend der Art des verwendeten Materials und dessen Eigenschaften, beispielsweise thermisch und/oder durch UV-Bestrahlung ausgehärtet werden und/oder von selbst aushärten, so dass lediglich eine entsprechende Zeitspanne, auch als Topfzeit bezeichnet, zu warten ist.
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Nachdem die Vergussmasse 14 zumindest teilweise ausgehärtet ist, d. h. zumindest derart verfestigt ist, dass sie auch ohne die durch die Aufnahmeeinheit 1 bzw. die Ausnehmung 5 gebildete stützende Gussform in einer stabilen Form bleibt, oder nachdem die Vergussmasse 14 vollständig ausgehärtet ist, wird die Sensoranordnung aus der Ausnehmung 5 entfernt und das in 9 dargestellte, als Sensoranordnung ausgebildete mikroelektronische Produkt 3 ist fertiggestellt. Es wird nun vorteilhafterweise noch eine optisch-elektronische Endprüfung durchgeführt, um sicherzustellen, dass die Sensoranordnung ordnungsgemäß funktioniert.
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Der beschriebene Verfahrensablauf zur Herstellung des als Sensoranordnung ausgebildeten mikroelektronischen Produktes 3 wird gleichzeitig oder nacheinander in allen Ausnehmungen 5 der Aufnahmeeinheit 1 und mit den darin angeordneten, als Sensorchips ausgebildeten ersten Bauteilen 4 durchgeführt. Werden die ersten Bauteile 4 nacheinander bearbeitet, so wird die Aufnahmeeinheit 1 entsprechend des Mappings nach Fertigstellung eines mikroelektronischen Produktes 3 in einer Ausnehmung 5 derart umpositioniert, dass in einer weiteren Ausnehmung 5 das nächste mikroelektronische Produkt 3 hergestellt werden kann. Auf diese Weise wird beispielsweise nacheinander auf alle Sensorchips der Klebstoff 13 aufgetragen, die transparente Einheit 12 aufgesetzt, die Vergussmasse 14 eingefüllt und ausgehärtet und das fertiggestellte mikroelektronische Produkt 3 entnommen. Dabei können die mikroelektronischen Produkte 3 jeweils in einem Verfahrensdurchlauf fertiggestellt werden oder es wird jeweils ein Verfahrensschritt nacheinander in allen Ausnehmungen 5 durchgeführt und danach wird der nächste Verfahrensschritt nacheinander in allen Ausnehmungen 5 durchgeführt, bis alle mikroelektronischen Produkte 3 fertiggestellt sind und aus den Ausnehmungen 5 entnommen werden können.
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Die beschriebene Ausführungsform des Verfahrens ermöglicht eine einfache und kostengünstige Herstellung einer kompakten preisgünstigen und funktionssicheren optischen Sensoranordnung für miniaturisierte Geräte, beispielsweise für eine Digitalkamera eines Mobiltelefons. Für derartige miniaturisierte Geräte werden optische Sensoranordnungen verwendet, die in komplexen Schaltungen, zum Beispiel montiert auf Leiterplatten, weiterverarbeitet werden. Daher ist die mittels des Verfahrens herstellbare optische Sensoranordnung besonders vorteilhaft, da sie nicht wesentlich größer ist als der optische Sensorchip selbst, wodurch ein Bauraumbedarf erheblich reduziert ist, und als eine kompakte Einheit direkt auf eine jeweilige Leiterplatte zu montieren ist, d. h. direkt in eine elektronische Schaltung eingebaut werden kann. Auf diese Weise ist eine aufwändige Montage mehrerer kostenintensiver mechanischer und elektronischer Einzelteile, welche einen erhöhten Bauraum erfordern, nicht mehr notwendig.
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Des Weiteren ist es besonders vorteilhaft, wenn die optische Sensoranordnung bereits eine optische Fokussierung aufweist. Diese optische Fokussierung wird im hier dargestellten Beispiel durch die transparente Einheit 12 gebildet, welche die Linse 12.1 umfasst. Die verwendete Linse 12.1 ist dabei auf den Sensorchip angepasst ausgebildet, d. h. sie weist auf den Sensorchip angepasste optische Eigenschaften, insbesondere eine entsprechend angepasste Brennweite auf. Dementsprechend ist die Linse 12.1 des Weiteren mittels der Halterung 12.2 in einem entsprechend vorgegebenen Abstand zum optisch aktiven Bereich 10 des Sensorchips angeordnet, so dass die Fokussierung beispielsweise entsprechend eines vorgegebenen Einsatzzwecks optimiert ist. Dadurch ist eine optimale Bildqualität mittels der Sensoranordnung erfasster Bilder sichergestellt.
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Da die transparente Einheit 12 die Linse 12.1 umfasst, bilden der optische Sensorchip und die Fokussierung mittels der Linse 12.1 eine integrierte Einheit, welche zudem sehr kompakt ist, da es sich um eine Miniaturlinse handelt. Eine aufwändige zusätzliche Optik, welche einen zusätzlichen Bauraum benötigt, ist daher nicht mehr erforderlich.
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Diese integrierte Fokussierung ist für eine Vielzahl von Einsatzzwecken bereits ausreichend. Jedoch kann, wie beschrieben, alternativ zur Linse 12.1 die transparente Einheit 12 auch als eine optisch neutrale Abdeckung oder Kappe ausgebildet sein. Dies ermöglicht es, die optische Sensoranordnung in Verbindung mit einer von der Sensoranordnung externen Optik einzusetzen, um auf diese Weise eine Bildqualität mittels der Sensoranordnung erfasster Bilder weiter zu verbessern.
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Durch das Abdecken des optisch aktiven Bereichs 10 des Sensorchips mit der transparenten Einheit 12 und zudem durch die seitliche Umhüllung der transparenten Einheit 12 mit der Vergussmasse 14 ist der optisch aktive Bereich 10 gegenüber einer äußeren Umgebung des Sensorchips sicher abgedichtet und auf diese Weise vor Verschmutzungen geschützt, da durch die transparente Einheit 12 und die Vergussmasse 14 ein schützendes Gehäuse für den Sensorchip, insbesondere für dessen optisch aktiven Bereich 10 ausgebildet wird. Zudem wird durch die Vergussmasse 14 eine mechanische Stabilität und Festigkeit der Sensoranordnung erheblich verbessert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Aufnahmeeinheit
- 2
- Fertigungsvorrichtung
- 3
- mikroelektronisches Produkt
- 4
- erstes Bauteil
- 5
- Ausnehmung
- 6
- Klemm- und Dichtungsrand
- 7
- Matrize
- 8
- Matrizenöffnung
- 9
- Stempel
- 10
- optisch aktiver Bereich
- 11
- Kontaktierstelle
- 12
- transparente Einheit
- 12.1
- optische Linse
- 12.2
- Halterung
- 13
- Klebstoff
- 14
- Vergussmasse
- 15
- Zwischenraum
- F
- Kraft
