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Die Erfindung betrifft ein Mikroelektronikbauteil, z.B. mit einem in Form einer integrierten Schaltung als Halbleiterbauelement ausgeführten Mikroelektronikbauelement, und ein Herstellungsverfahren für ein solches Mikroelektronikbauteil.
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Die stetig voranschreitende Miniaturisierung (d.h. Verkleinerung der Strukturgrößen) bei mikroelektronischen Schaltungen bzw. Bauteilen, insbesondere bei integrierten Schaltkreisen auf Halbleiterbasis, ermöglicht immer höhere Schaltfrequenzen und leistungsfähigere Schaltungen. Zusammen mit der stetig zunehmenden Systemintegration führt dies oftmals zu einem Anstieg der pro Fläche anfallenden Verlustleistung und somit zu einer zunehmenden Erwärmung eines solchen Mikroelektronikbauteils, wobei eine solche Erwärmung in der Regel mit einer beschleunigten Degradation des Bauteils einhergeht und daher unerwünscht ist. Um die entstehende Wärme abzuführen, sind Mikroelektronikbauteile, wie z.B. Mikroprozessoren oder sonstige Computerchips, daher häufig mittels eines Kühlelements in Form eines Kühlkörpers, einer Wasserkühlung und/oder eines Lüfters gekühlt, wobei solche herkömmlichen Kühlelemente in Form eines separaten Bauteils an das zu kühlende Mikroelektronikbauteil angefügt sind, was mit einem entsprechend hohen Platzbedarf einhergeht und die thermische Ankopplung des Kühlelements an das zu kühlende Bauteil kompliziert gestaltet (wobei z.B. eine effektive thermische Ankopplung nur mittelbar mittels einer zwischen dem Kühlelement und dem zu kühlenden Bauteil angeordneten Wärmeleitfolie oder Wärmeleitpaste möglich ist).
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Mittels der Erfindung wird ein Multifunktions-Mikroelektronikbauteil mit einem einfachen Aufbau und einem geringen Volumen (bzw. einer guten Raumausnutzung) bereitgestellt, mittels dessen eine effektive Regelung der Temperatur des Bauteils ermöglicht ist. Zudem wird ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Multifunktions-Mikroelektronikbauteils bereitgestellt.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Multifunktions-Mikroelektronikbauteil (im Folgenden auch kurz als „Multifunktionsbauteil“ bezeichnet) bereitgestellt, welches ein Substrat mit einer Vorderseite und einer Rückseite aufweist. An der Vorderseite des Substrats sind ein oder mehrere Bestandteile eines Mikroelektronikbauelements derart ausgebildet, dass sie im thermischen Kontakt zu dem Substrat stehen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein entsprechender Bestandteil des Mikroelektronikbauelements auf dem Substrat im Kontakt zu demselben angeordnet ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass das gesamte Mikroelektronikbauelement derart an der Vorderseite des Substrats ausgebildet ist. Das Mikroelektronikbauelement kann z.B. ein integrierter Schaltkreis bzw. Mikrochip sein (z.B. ein Prozessor oder ein Speicherchip), wobei das Substrat zugleich als das Trägersubstrat des integrierten Schaltkreises fungieren kann. An der Rückseite des Substrats sind ein oder mehrere Bestandteile eines Peltierelements derart ausgebildet, dass sie im thermischen Kontakt zu dem Substrat stehen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein entsprechender Bestandteil des Peltierelements auf dem Substrat im Kontakt zu demselben angeordnet ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass das gesamte Peltierelement derart an der Rückseite des Substrats ausgebildet ist.
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Ein Peltierelement ist ein elektrothermischer Wandler, der bei Stromdurchfluss eine Temperaturdifferenz (zwischen den zwei Thermokontakten des Peltierelements) erzeugt oder aber bei Vorliegen einer Temperaturdifferenz zwischen seinen beiden Thermokontakten einen Stromfluss zwischen den zwei Anschlusselektroden des Peltierelements erzeugt. Indem das Peltierelement bzw. Bestandteile desselben an der Rückseite des Substrats angeordnet ist, kann die von dem an der Vorderseite des Substrats angeordneten Mikroelektronikbauelement generierte Abwärme mittels des Peltierelements abgeführt werden. Das Multifunktionsbauteil kombiniert somit die Funktionalität des Mikroelektronikbauelements mit einer Kühlfunktion, wobei die Bestandteile des Peltierelements und des Mikroelektronikbauelements an ein und demselben Substrat ausgebildet sind.
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Zum Beispiel kann das Multifunktionsbauteil derart ausgebildet sein, dass das Peltierelement als thermoelektrischer Generator zum Erzeugen einer elektrischen Spannung entsprechend der an ihm anliegenden Temperaturdifferenz eingerichtet ist, wobei von dem Peltierelement mittels der Temperaturdifferenz zwischen dem – von dem Mikroelektronikbauelement erwärmten – Substrat und der Umgebung ein elektrischer Strom (bzw. eine Spannung) erzeugt wird. Dabei wird von dem Peltierelement Wärmeenergie in elektrische Energie umgewandelt und in Form von elektrischem Strom abgeführt, sodass zugleich eine Stromerzeugung und eine (passive) Kühlung des Mikroelektronikbauelements erfolgt.
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Als ein anderes Beispiel kann das Multifunktionsbauteil zum derartigen Beaufschlagen des Peltierelements mit einer (entsprechend gepolten) elektrischen Spannung ausgebildet sein, dass das Mikroelektronikbauelement mittels des Peltierelements (aktiv) gekühlt wird (in diesem Fall wirkt das Peltierelement als Wärmepumpe zum Kühlen des Mikroelektronikbauelements).
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Gemäß einer Ausführungsform bildet das Substrat selbst einen Bestandteil des Peltierelements, z.B. indem das Substratmaterial als eines der beiden Peltiermaterialien fungiert. Es kann z.B. vorgesehen sein, direkt auf der Rückseite des Substrats als dem ersten Peltiermaterial kontaktierend ein Element (z.B. in Form einer Schicht) aus einem zweiten Peltiermaterial anzuordnen und eine der Anschlusselektroden des resultierenden Peltierelements in Kontakt mit dem Substrat und die zweite Anschlusselektrode in Kontakt mit dem zweiten Peltiermaterial auszubilden. Das Substrat kann hier z.B. ein Halbleitersubstrat (z.B. ein Silizium-Substrat) sein und das zweite Peltiermaterial kann z.B. in Form einer Schicht oder Folie flächig kontaktierend an der Rückseite des Halbleitersubstrats angeordnet sein (z.B. mittels Aufprägens, Aufpressens oder lokalen Einprägens der Schicht bzw. Folie aus dem zweiten Peltiermaterial auf das Substrat). Hinsichtlich der Größe der mittels des Peltierelements erzeugbaren Thermospannung und realisierbaren Wärmeableitung ist es besonders günstig, wenn das erste Peltiermaterial (d.h. das Substratmaterial) Silizium ist und das zweite Peltiermaterial Kupfer.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zumindest eines (oder mehrere) der Bestandteile des Mikroelektronikbauelements und/oder zumindest eines (oder mehrere) der Bestandteile des Peltierelements in dem Substrat ausgebildet, d.h. in das Substrat eingebracht bzw. eingebettet. Demgemäß können einige oder alle der Bestandteile des Mikroelektronikbauelements an der Vorderseite des Substrats in dasselbe eingebracht bzw. in demselben aufgenommen sein und/oder einige oder alle der Bestandteile des Peltierelements an der Rückseite des Substrats in dasselbe eingebracht bzw. in demselben aufgenommen sein. Gemäß dieser Ausführung können das Mikroelektronikbauelement und/oder das Peltierelement integral mit dem Substrat ausgebildet sein. Indem die Bestandteile des Mikroelektronikbauelements bzw. des Peltierelements in das Substrat eingebettet sind, ist ein schlüssiger Kontakt mit einer großen Kontaktfläche und somit ein guter thermischer Kontakt zwischen dem jeweiligen Bestandteil und dem Substrat ermöglicht.
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Grundlage für den Peltier-Effekt ist der elektrische Kontakt zwischen zwei unterschiedlichen Materialien, wobei die Größe des Peltiereffekts u.a. von der Materialkombination abhängig ist. Diese beiden unterschiedlichen Materialien werden im Folgenden auch als das erste und das zweite Peltiermaterial bezeichnet, wobei bevorzugt eines der beiden Peltiermaterialien ein n-dotiertes Halbleitermaterial und das andere Peltiermaterial ein p-dotiertes Halbleitermaterial ist. In einem Peltierelement sind diese beiden Peltiermateralien direkt (d.h. einander unmittelbar kontaktierend) miteinander verbunden oder mittels Leitungsbrücken (d.h. Überbrückungen aus einem elektrisch leitenden Material, z.B. in Form von Metallbrücken aus einem Metall) derart miteinander verbunden, dass bei Anlegen einer Spannung an die Anschlusselektroden des Peltierelements ein Teil der Leitungsbrücken gekühlt und die übrigen Leitungsbrücken demgegenüber erwärmt werden. Die Leitungsbrücken bilden somit die Thermokontaktelemente des Peltierelements und können in erste und zweite Leitungsbrücken unterteilt werden, wobei die Gesamtheit der ersten Leitungsbrücken den ersten Thermokontakt und die Gesamtheit der zweiten Leitungsbrücken den zweiten Thermokontakt des Peltierelements bildet. Bei Anlegen einer Spannung an das Peltierelement wird eine Temperaturdifferenz zwischen den ersten Leitungsbrücken einerseits und den zweiten Leitungsbrücken andererseits erzeugt.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann z.B. vorgesehen sein, dass die ersten Leitungsbrücken des Peltierelements (d.h. die die Kaltseite des Peltierelements bildenden Thermokontaktelemente desselben) in das Substrat eingebracht sind und die zweiten Leitungsbrücken des Peltierelements (d.h. die die Warmseite des Peltierelements bildenden Thermokontaktelemente desselben) nicht in das Substrat eingebracht sind; wobei das Peltierelement wie oben beschrieben effektiv zum Kühlen des Substrats und somit auch des Mikroelektronikbauelements wirken kann, indem die ersten Leitungsbrücken gegenüber den zweiten Leitungsbrücken gekühlt werden (d.h. die ersten Leitungsbrücken die Kaltseite des Peltierelements bilden).
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Analog kann vorgesehen sein, Bestandteile des Mikroelektronikbauelements in dem Substrat eingebettet auszubilden, sodass auch hier ein guter thermischer Kontakt zu dem Substrat ermöglicht ist. Zum Beispiel kann vorgesehen sein, dass das Substrat ein Halbleitersubstrat ist und das Mikroelektronikbauelement ein an der Vorderseite des Halbleitersubstrats ausgebildeter integrierter Schaltkreis mit in das Substrat eingebetteten Schaltkreiselementen ist.
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Dementsprechend kann das Substrat z.B. aus einem halbleitenden Material bestehen, das Substrat kann z.B. ein Halbleiter-Wafer sein. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Substrat z.B. aus einem elektrisch isolierenden Material besteht. Gemäß einer Ausführungsform ist das Substrat ein einstückiges Substrat, z.B. ein einstückiges Substrat aus einem homogenen Material (d.h. einem Material mit einer räumlich konstanten Zusammensetzung und ohne räumliche Materialvariationen). Gemäß dieser Ausführung ist z.B. keine thermische Kontaktierung (etwa mittels Wärmeleitpaste) zwischen zwei separaten Bestandteilen des Substrats oder zwischen zwei unterschiedlichen Substrat-Materialien erforderlich. Die Bestandteile des Mikroelektronikbauelements und die Bestandteile des Peltierelements können insbesondere an ein und demselben Substrat ausgebildet sein, z.B. (zumindest teilweise) in dasselbe eingebettet sein. Das Substrat kann auch in Form einer flexibel verformbaren Folie ausgebildet sein.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Multifunktions-Mikroelektronikbauteils gemäß einer der obigen Ausführungsformen bereitgestellt. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: Bereitstellen des Substrats mit einer Vorderseite und einer Rückseite, Ausbilden von einem oder mehreren Bestandteilen des Mikroelektronikbauelements an der Vorderseite des Substrats, und Ausbilden von einem oder mehreren Bestandteilen des Peltierelements an der Rückseite des Substrats. Die Bestandteile des Mikroelektronikbauelements und des Peltierelements werden derart ausgebildet, dass sie im thermischen Kontakt zu dem Substrat stehen, sie können z.B. auf dem Substrat im Kontakt zu demselben ausgebildet werden. Es kann auch vorgesehen sein, das gesamte Mikroelektronikbauelement und/oder das gesamte Peltierelement an dem Substrat auszubilden.
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Mittels des Verfahrens kann ein Multifunktionsbauteil gemäß den vorstehend bereits erläuterten Ausgestaltungen hergestellt werden, sodass im Folgenden lediglich knapp auf einige der entsprechenden Verfahrensschritte eingegangen wird und im Übrigen bzgl. dieser Ausgestaltungen hiermit auf die Erläuterungen hinsichtlich der Vorrichtung in Form des Multifunktionsbauteils verwiesen wird.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Peltierelement – wie oben beschrieben – derart ausgebildet, dass das Substrat selbst einen Bestandteil des Peltierelements bildet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird zumindest eines (oder mehrere) der Bestandteile des Mikroelektronikbauelements und/oder zumindest eines (oder mehrere) der Bestandteile des Peltierelements in dem Substrat ausgebildet, d.h. (zumindest teilweise) in das Substrat eingebracht bzw. eingebettet. Gemäß dieser Ausführung können insbesondere Bestandteile des Mikroelektronikbauelements und Bestandteile des Peltierelements in ein und demselben Substrat angeordnet sein, wodurch eine gute thermische Kopplung der beiden Elemente ermöglicht ist. Gemäß einer Ausführungsform weist das Ausbilden von Bestandteilen des Mikroelektronikbauelements und/oder von Bestandteilen des Peltierelements folgende Schritte auf: Bereitstellen eines Rohkörper, Ausstanzen eines Abschnitts aus dem Rohkörper, und Einprägen des ausgestanzten Abschnitts in das Substrat unter Ausbildung des jeweiligen Bestandteils (des Mikroelektronikbauelements bzw. des Peltierelements).
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Der Rohkörper kann z.B. aus einem elektrisch leitfähigen bzw. leitenden Material (z.B. einem Metall) oder einem halbleitenden Material (z.B. einem der Peltiermaterialien, d.h. z.B. einem n- oder p-leitenden Halbleitermaterial) bestehen und kann z.B. in Form einer flexiblen Folie vorliegen. Es kann auch vorgesehen sein, dass die obige Schrittabfolge unter Verwendung mehrerer Rohkörper aus unterschiedlichen Materialien mehrmals nacheinander ausgeführt wird.
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Zum Beispiel kann vorgesehen sein, einen Bestandteil des Peltierelements mittels Ausstanzens von Peltiermaterialien und/oder elektrisch leitfähigen Materialien (z.B. als Leitungs- bzw. Metallbrücken zwischen den beiden Peltiermaterialien und/oder als Anschlussleitungen zum elektrischen Kontaktieren des Peltierelements) und Einprägens der ausgestanzten Materialien in das Substrat unter Ausbildung des Bestandteils des Peltierelements auszubilden.
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Das Ausstanzen der Materialien und Einprägen derselben in das Substrat kann bevorzugt gleichzeitig in einem einzigen Arbeitsschritt erfolgen, z.B. indem das zum Herausstanzen verwendete Schneidwerkzeug zugleich (in seiner Form bzw. Gestalt) als Umform- bzw. Prägwerkzeug ausgebildet ist. Ein Werkzeug mit einer solchen Doppelfunktionalität wird im Folgenden kurz als „Prägestempel“ bezeichnet. Somit wird das mittels des Prägestempels aus dem Rohkörper ausgestanzte Material zugleich mit dem Verformen der Oberfläche des Substrats durch den Prägestempel in die dabei erzeugte Vertiefung dieser Oberfläche eingebracht bzw. eingepresst und (zumindest teilweise) in derselben aufgenommen.
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Die ausgestanzten und eingeprägten Strukturen haben bevorzugt Abmessungen im µm- oder nm-Bereich; wobei z.B. vorgesehen sein kann, dass zumindest die kleinste Abmessung bzw. Querausdehnung einer jeden solchen Materialstruktur im µm-Bereich (d.h. bis zu 1000 µm) oder nm-Bereich (d.h. bis zu 1000 nm) liegt.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, die Peltiermaterialien, die Leitungsbrücken zum elektrischen Verbinden der Peltiermaterialien miteinander, und/oder die Anschlussleitungen zum externen elektrischen Kontaktieren des Peltierelements mittels der oben beschriebenen Vorgehensweise (d.h. mittels gleichzeitigen Ausstanzens und Einprägens) zu formen und auszubilden.
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Indem mittels des kombinierten Stanz-und-Präge-Verfahrens (durch Verwendung entsprechend kleiner Prägestempel) Peltierelement-Strukturen im µm- bzw. nm-Bereich herstellbar sind, können diese Strukturen mit einer hohen Flächendichte bereitgestellt werden und somit effektive Peltierelemente ermöglichen. Zudem kann z.B. mittels des Einbringens der (die Kaltseite des Peltierelements bildenden) Leitungsbrücken des Peltierelements in das Substrat ein guter thermischer Kontakt zwischen einer solchen Leitungsbrücke und dem Substrat ermöglicht sein, wodurch ein effektiver Abtransport der von dem Mikroelektronikbauelement erzeugten Abwärme durch das Peltierelement ermöglicht ist.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform des Herstellungsverfahrens wird das Multifunktionsbauteil mittels Ausstanzens eines Abschnitts aus dem Rohkörper und Einprägens des ausgestanzten Abschnitts in das Substrat unter Ausbildung eines Bestandteils des Mikroelektronikbauelements oder des Peltierelements ausgebildet. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, zumindest einen (oder mehrere) der Bestandteile des Mikroelektronikbauelements und/oder des Peltierelements mittels eines anderen Verfahren auszubilden, z.B. mittels eines der in der Halbleitertechnik herkömmlich eingesetzten Verfahren wie z.B. Lithografie, Implantation, Ätzen, Schichtabscheidung etc.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen versehen sind; hierbei zeigen schematisch:
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1 bis 5 Schnittdarstellungen zur Illustration eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform zum Herstellen eines Multifunktions- Mikroelektronikbauteils.
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Die 1 bis 5 veranschaulichen ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform zum Herstellen eines Multifunktions-Mikroelektronikbauteils 1 (siehe 5), wobei die Figuren Schnittdarstellungen des Multifunktions-Mikroelektronikbauteils in unterschiedlichen Herstellungsstadien darstellen. Gemäß 1 wird zunächst ein Substrat 3 mit einer Vorderseite 5 und einer Rückseite 7 bereitgestellt (wobei die Figuren eine senkrecht zur Vorder- und Rückseite des Substrats 3 verlaufende Schnittebene veranschaulichen). Das Substrat 3 ist ein einstückiges Substrat mit einer homogenen Materialzusammensetzung, vorliegend insbesondere ein Substrat aus einem halbleitenden Material, als Beispiel aus einem undotierten halbleitenden Material (d.h. aus einem intrinsischen Halbleitermaterial). Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Substrat 3 ein Substrat aus einem elektrisch isolierenden Material ist.
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Wie in 2 veranschaulicht, werden an der Vorderseite 5 des Substrats 3 mittels in der Halbleitertechnik bekannter Verfahren (z.B. mittels Lithografie, Implantation, Ätzens, Schichtabscheidung etc.) mehrere Bestandteile 9 eines Mikroelektronikbauelements 11 ausgebildet. Gemäß 2 ist das Mikroelektronikbauelement 11 ein Schaltkreis in Form einer integrierten Schaltung 11, wobei das Substrat 3 als Trägersubstrat der integrierten Schaltung 11 fungiert (d.h. die Bestandteile 9 des Mikroelektronikbauelements 11 sind auf dem Substrat 3 in Form eines monolithischen Schaltkreises ausgebildet, wobei die Bestandteile 9 z.B. Transistoren, Kondensatoren, Dioden und Widerstände sein können, die unter Ausbildung des Mikroelektronikbauelements 11 miteinander verschaltet sind). Die Bestandteile 9 des Mikroelektronikbauelements 11 sind insbesondere in dem Substrat 3 ausgebildet, d.h. zumindest teilweise in das Substrat 3 eingebettet und in demselben aufgenommen, sodass ein guter thermischer Kontakt zwischen den Bestandteilen 9 und dem Substrat 3 gegeben ist.
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Wie in 2 veranschaulicht, werden an der Rückseite 7 des Substrats 3 mittels eines Prägestempels 13 Bestandteile eines Peltierelements ausgebildet. Dazu wird ein Rohkörper 15 oberhalb der Substrat-Rückseite 7 angeordnet, wobei gemäß der Ausführung nach 2 der Rohkörper 15 eine Folie aus einem elektrisch leitfähigen Material (hier: einem Metall) ist. Mittels des Prägestempels 13 werden aus dem Rohkörper 15 als Beispiel zwei Bereiche 17 und 19 ausgestanzt und im selben Verfahrensschritt unter Ausbildung einer ersten Leitungsbrücke 21 und einer zweiten Leitungsbrücke 23 (siehe 3) in das Substrat 3 eingeprägt (die Stanz-und-Präge-Bewegung des Prägestempels 13 ist in 2 mittels des nach unten weisenden Pfeils veranschaulicht).
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Nunmehr wird an dem ersten der beiden Längsenden einer jeden Leitungsbrücke 21, 23 ein Block 25 aus einem ersten Peltiermaterial (hier: einem n-dotierten Halbleitermaterial) und an dem zweiten Längsende einer jeden Leitungsbrücke 21, 23 ein Block 27 aus einem zweiten Peltiermaterial (hier: einem p-dotierten Halbleitermaterial) im Kontakt zu der jeweiligen Leitungsbrücke 21, 23 ausgebildet. Gemäß 3 sind die Blöcke aus dem ersten 25 und dem zweiten 27 Peltiermaterial als Bestandteile des zu bildenden Peltierelements in das Substrat 3 eingebettet. Die Blöcke aus dem ersten 25 und dem zweiten 27 Peltiermaterial können z.B. analog zu dem oben mit Bezug auf die Herstellung der Leitungsbrücken 21, 23 beschriebenen Verfahren mittels Bereitstellens eines Rohkörpers aus dem ersten bzw. dem zweiten Peltiermaterial, Ausstanzens entsprechender Abschnitte aus dem jeweiligen Rohkörper und Einprägens der ausgestanzten Abschnitte in das Substrat 3 ausgebildet werden.
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In einem Weiteren Verfahrensschritt (siehe 4) wird nunmehr eine dritte Leitungsbrücke 29 mit einer umgekehrten U-Form (im Folgenden kurz als „U-förmige Leitungsbrücke 29“ bezeichnet) derart ausgebildet, dass der erste Schenkel der U-Form den an der ersten Leitungsbrücke 21 angeordneten Block 27 aus dem zweiten Peltiermaterial kontaktiert, der zweite Schenkel der U-Form den an der zweiten Leitungsbrücke 23 angeordneten Block 25 aus dem ersten Peltiermaterial kontaktiert, und die Basis der U-Form (d.h. der die beiden Schenkel miteinander verbindende Abschnitt der U-Form) in einem Abstand zu dem Substrat 3 angeordnet ist. Des Weiteren werden eine erste elektrische Anschlussleitung 31 im Kontakt zu dem an der ersten Leitungsbrücke 21 angeordneten Block 25 aus dem ersten Peltiermaterial und eine zweite Anschlussleitung 33 im Kontakt zu dem an der zweiten Leitungsbrücke 23 angeordneten Block 27 aus dem zweiten Peltiermaterial ausgebildet. Die Leitungsbrücken 21, 23, 29, die Peltiermaterial-Blöcke 25, 27 und die Anschlussleitungen 31, 33 bilden somit ein Peltierelement 35. Bei Anlegen einer (entsprechend gepolten) Gleichspannung an die Anschlussleitungen 31, 33 wird Wärme von der ersten 21 und der zweiten 23 Leitungsbrücke zu der dritten Leitungsbrücke 29 gepumpt, d.h. die erste 21 und die zweite 23 Leitungsbrücke bilden den ersten Thermokontakt (bzw. die Kaltseite) des Peltierelements 35 und die U-förmige dritte Leitungsbrücke 29 bildet den zweiten Thermokontakt (bzw. die Warmseite) des Peltierelements 35.
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Indem die Bestandteile 9 des Mikroelektronikbauelements 11 in das Substrat 3 eingebettet sind, kann die an dem Mikroelektronikbauelement 11 anfallende Abwärme effektiv an das Substrat 3 übertragen und zu der ersten 21 und der zweiten 23 Leitungsbrücke des Peltierelements 35 geleitet werden. Da auch die erste 21 und die zweite 23 Leitungsbrücke des Peltierelements 35 in das Substrat 3 eingebettet sind, ist ein guter thermischer Kontakt zwischen dem Substrat und diesen Leitungsbrücken 21, 23 ermöglicht. Indem das Peltierelement 35 als Wärmepumpe fungiert, kann die somit an der ersten 21 und der zweiten 23 Leitungsbrücke anfallende Abwärme zu der U-förmigen dritten Leitungsbrücke 29 gepumpt werden und von dieser an die Umgebung oder z.B. an ein an dem Schenkel der dritten Leitungsbrücke 29 angeordnetes Kühlelement (nicht dargestellt) abgegeben werden.
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Wie in 5 dargestellt, kann zur mechanischen Stabilisierung der dritten Leitungsbrücke 29 sowie der Anschlussleitungen 31, 33 und zur thermischen Isolierung der Basis der U-förmigen dritten Leitungsbrücke 29 von dem Substrat 3 eine Isolierschicht 37 (aus einem thermisch isolierenden Material) an der Vorderseite 5 des Substrats derart angeordnet werden, dass die dritte Leitungsbrücke 29 und die Anschlussleitungen 31, 33 zumindest teilweise in die Isolierschicht 37 eingebettet sind. 5 zeigt somit ein Multifunktions-Mikroelektronikbauteil 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wobei sowohl das Mikroelektronikbauelement 11 als auch das Peltierelement 35 integral mit dem Substrat 3 ausgebildet sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Multifunktions-Mikroelektronikbauteil
- 3
- Substrat
- 5
- Vorderseite des Substrats
- 7
- Rückseite des Substrats
- 9
- Bestandteile des Mikroelektronikbauelements
- 11
- Mikroelektronikbauelement
- 13
- Prägestempel
- 15
- Rohkörper
- 17, 19
- aus dem Rohkörper auszustanzende Abschnitte
- 21
- erste Leitungsbrücke
- 23
- zweite Leitungsbrücke
- 25
- Block aus dem ersten Peltiermaterial
- 27
- Block aus dem zweiten Peltiermaterial
- 29
- dritte Leitungsbrücke
- 31, 33
- Anschlussleitungen zum elektrischen Kontaktieren des Peltierelements
- 35
- Peltierelement
- 37
- thermische Isolierschicht
