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Im Zuge der fortschreitenden Komplexität von immer mehr Baugruppen und/oder Bauteilen in immer kleiner werdende Einheiten z.B. in der Halbleiter- und Mikrosystemtechnik, der Telekommunikation, der Sicherheitstechnik, der Energieerzeugung oder der Messtechnik, werden die Baugruppen und/oder Bauteile zunehmend mehr durch einzelne Chips vergegenständlicht, die nebeneinander auf einem Substrat aufgebracht werden.
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Derartige Chips können Außenabmessungen aufweisen die im µm Bereich liegen. Sie werden als Mikro-Chips bezeichnet. Mikro-Chips haben Oberflächen von höchstens wenigen mm2 und Dicken in der Größenordnung unter 200 µm bis hin zu 5 µm. Neben den typischen Mikro-Chips mit elektronischer Funktion, elektronische Mikro-Chips genannt, gibt es Mikro Chips mit optischer Funktion, optische Mikro-Chips genannt. Sie können im Vergleich zu den elektronischen Mikro-Chips theoretisch noch kleinere Abmessungen, insbesondere kleinere Dicken aufweisen. Auch die Flächengröße, bestimmt durch Länge und Breite von ca. 30 µm bis 1 mm kann noch kleiner sein als die elektronischer Mikro-Chips. Praktisch ist jedoch für Mikro-Chips mit Dicken kleiner 5 µm kein geeignetes Handlingverfahren bekannt.
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Es sind Verfahren zur Herstellung von Mikro-Chips bekannt, bei denen der Mikrochip, bevor er von dem Wafer getrennt wird, verdünnt wird. Das kann z.B. durch anisotropes Si-Ätzen erfolgen, bei dem z.B. SiO2- oder Si3N4-Schichten zu Membranen verarbeitet werden. Aus dem Wafer, wird dann aus der ausgearbeiteten Membran durch ein Trennverfahren der Mikro-Chip entlang seiner Umfangskante bis auf verbleibende Haltelaschen in Form von Stegen herausgetrennt. Das heißt der Teil der Membran, der den Mikro-Chip bildet, bleibt mit einem Teil der Membran am Wafer, monolithisch verbunden. Auf diesem Wege konnten Mikro-Chips bislang allerdings nur begrenzt mit Dicken größer 5µm hergestellt werden, da die Verfahren zum Herauslösen für keine geringeren Dicken geeignet waren.
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Die Umfangskante wird somit durch mehrere Umfangskantenabschnitte, getrennt durch die Materialstege gebildet. Im Falle eines rechteckigen Mikro-Chips wird die Umfangskante durch 4 geradlinige Umfangskantenabschnitte gebildet.
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Um den Mikro- Chip aus dem Wafer herauszulösen werden durch ein Greifelement senkrecht auf den Mikro-Chip Druck- oder Zugkräfte eingeleitet, die auf die Haltelaschen wirkende Scher- und Biegespannungen initiieren bis die Haltelaschen brechen. Damit hierbei die definierten Relativlage zwischen dem Mikro-Chip und dem Greifelement unverändert bleibt, das heißt sich der Mikro-Chip nicht lateral verschiebt oder verdreht, werden Maßnahmen getroffen um mögliche Ursachen hierfür zu vermeiden.
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Zu diesen Maßnahmen gehört es beim Design des Mikro-Chips die Haltelaschen so an der Umfangskante des Mikro-Chips vorzusehen, dass sie möglichst gleichmäßig verteilt und insbesondere mit einem gleichen Abstand zum Mittelpunkt des Mikro-Chips an der Umfangskante des Mikro-Chips angrenzen, Die Einleitung der Druck- oder Zugkraft erfolgt über den Mittelpunkt des Mikro-Chips. Bei den üblichen Umfangkantenformen deren Querschnitt in der Regel ein Rechteck darstellen ist das einfach möglich, indem die Haltelaschen an den Ecken des Rechteckes ausgebildet sind. Auch wenn der Querschnitt der Umfangskante einen Kreis bildet ist das unproblematisch, sodass eine Übertragung von Kräften in die Haltelaschen theoretisch gleichmäßig erfolgt. Ein Ausgleich gegebenenfalls unterschiedlicher Kräfteübertragungen in die Haltelaschen ist durch eine differenzierte Dimensionierung der Haltelaschen oder auch differenzierte Einbringung von Sollbruchstellen in die Haltelaschen möglich.
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Diese Maßnahmen garantieren jedoch nicht, dass auf den Mikro-Chip während des Herauslösens aus dem Wafer nicht auch laterale Kraftkomponenten wirken, die zu einer Verschiebung und Verdrehung gegenüber der vorgegeben Relativlage zum Greifelement führen. Bereits geringe Verschiebungen oder insbesondere Verdrehungen der realen Relativlage von der vorgegebnen Relativlage führen zu einer entsprechenden Fehlpositionierung des Mikro-Chips am Greiferelement und folglich später auf dem Substrat.
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Aus der
DE 102 41 450 A1 ist eine Verfahren bekannt zur Herstellung eines Bauteils innerhalb eines Wafers, das nach seiner Fertigstellung zur Vereinzelung aus dem Wafer gebrochen wird. Die Umfangsgeometrie des Bauteils ist über einen umlaufenden Graben vorgegeben, der durch monolithische Verbindungsstellen zwischen dem Bauteil und dem Wafer unterbrochen ist. Zu den Verbindungsstellen hin reduziert sich die Grabenbreite auf ein Minimum, so dass die Verbindungsstellen eine nur minimale Ausdehnung in Richtung der Grabenbreite aufweisen und mechanisch leicht zu brechen sind. Im Falle des nacheinander Brechens der Verbindungsstellen, kann es zu einer Veränderung der Relativlage des Bauteils innerhalb des Wafers kommen.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung einen Wafer mit einem herauslösbaren Mikro-Chip zu finden, bei dem sich der Mikro-Chip beim Herauslösen nicht verschieben oder verdrehen kann.
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Die Aufgabe wird für einen Wafer mit heraus lösbaren Mikro-Chips gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind in den rückbezogenen Unteransprüchen offenbart.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles mit Hilfe von Zeichnungen näher erläutert. Hierfür zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Wafers mit einem Mikro-Chip gemäß dem Stand der Technik,
- 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wafers mit einem Mikro-Chip und
- 3a -3d verschiedene Ausführungen der Umfangskante des Mikro-Chips.
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In 1 ist ein Wafer 1 mit einem Mikro-Chip 2 schematisch dargestellt, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist. Der Mikro-Chip 2 wurde aus dem Wafer 1 herausgearbeitet und ist mit diesem lediglich noch über Haltelaschen 3 monolithisch verbunden. Der Mikro-Chip 2 hat hier eine quaderförmige Form bzw. bei Vernachlässigung der Dicke ein rechteckförmige Form die durch eine Umfangskante 2.1 gebildet ist. Die Umfangskante 2.1 ist durch die Haltelaschen 3, in mehrere Umfangskantenabschnitte 2.1.1, hier vier, unterteilt. Die Umfangskantenabschnitte 2.1.1 werden jeweils durch einen Schlitz 4 begrenzt, durch den der Mikro-Chip 2 von dem Wafer 1 teilweise getrennt ist. Der Schlitz 4 weißt eine zum Umfangskantenabschnitt 2.1.1 senkrechte erste Schlitzbreite a auf. Die erste Schlitzbreite a ist für die Länge der Haltelaschen 3 bestimmend.
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Damit der Mikro-Chip 2 während des Handlings, das heißt beginnend mit dem ersten Kontakt eines Greifelementes bis hin zum Ablösen von dem Greifelement immer eine definierte Relativlage zu dem Greifelement hat, sind vier gleich dimensionierte Haltelaschen 3 jeweils an einer Ecke des rechteckförmigen Mikro-Chips 2 vorhanden. Durch ein definiertes Aufsetzen eines Greifelementes auf den Mikro-Chip werden in die Haltelaschen 3 theoretisch gleichgroße Scher- und Biegespannungen eingetragen, sodass die Haltelaschen 3 zeitgleich brechen. Bei dem definierten Aufsetzen des Greifelementes auf den Mikro-Chip 2 legt sich der Mikro-Chip 2 von seinem Mittelpunkt MP beginnend gleichmäßig an das Greifelement an, das heißt von seinem Mittelpunkt beginnend wird der Miko-Chip 2 aus einer Waferebene E heraus bewegt. Die Waferebene E wird durch eine der beiden Oberflächen des Wafers 1 definiert. Damit entstehen von dem Mittelpunkt ausgehend im Mikro-Chip 2 Zugspannungen die in den Haltelaschen 3 besonders stark ausgeprägt sind.
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Praktisch kommt es jedoch nicht immer zu einem exakt zeitgleichen Bruch der Haltelaschen 3 oder gegebenenfalls zu einer gleichen Dehnung der Haltelaschen 3 vor dem Bruch, was dazu führen kann, dass sich der Mikro-Chip 3 während des Herauslösens verschiebt und/ oder verdreht, so dass er letztendlich nach dem vollständigen Herauslösen gegenüber seiner ursprünglichen Relativlage zum Greifelement verschoben und verdreht zu diesem gehalten wird.
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Um hier abzuhelfen wird erfindungsgemäß vorgeschlagen die Umfangskantenabschnitte 2.1.1 der Umfangskante 2.1 des Mikro-Chips 2 so auszuführen, dass der Mikro-Chip 2 und der Wafer 1 entlang der Umfangskante 2.1 des Mikro-Chips 2 miteinander verzahnt ist. Darüber hinaus unterscheidet sich ein erfindungsgemäßer Wafer 1 mit heraus lösbaren Mikro-Chip 2 nicht von einem aus dem Stand der Technik bekannten Wafer 1 mit heraus lösbaren Mikro-Chip 2.
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Zur Verzahnung ist, wie in 2 gezeigt, an wenigstens einem, bevorzugt jedoch an jedem Umfangskantenabschnitt 2.1.1 wenigstens eine Ausbuchtung 5, die in den Wafer 1 eingreift oder eine Einbuchtung 6, in die der Wafer 1 eingreift, vorhanden. Dabei erstreckt sich die Ausbuchtung 5 oder die Einbuchtung 6 in der Waferebene E, weshalb die Ausbuchtung 5 oder die Einbuchtung 6 wenigstens solange mit dem Wafer 1 verzahnt ist, solange die Umfangskantenabschnitte 2.1.1 des Mikro-Chip 2 im Bereich der wenigstens einen Einbuchtung 5 oder Ausbuchtung 6 noch vollständig an die Waferebene E angrenzen.
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In 2 ist an zwei der vier Umfangskantenabschnitte 2.1.1 eine Ausbuchtung 5 an den anderen der zwei der vier Umfangskantenabschnitte 2.1.1 eine Einbuchtung 6 dargestellt. Grundsätzlich ist eine solche Kombination in einer Ausführung eines Wafers mit heraus lösbarem Mikro-Chip möglich, bevorzugt wird jedoch jeweils eine von beiden Varianten realisiert, um gleiche Bedingungen an den Umfangskantenbereichen 2.1.1 zu schaffen. Der Wafer 1 weist im Bereich der Ausbuchtungen 6 eine hierzu passende Aussparung, beziehungsweise im Bereich einer Einbuchtung 5 eine hierzu passende Ausstülpung auf, wobei der damit gebildete Abschnitt des Schlitzes 4 für eine Bewegungsbegrenzung nur in dem Bereich zur Wirkung kommt, der zum Mittelpunkt MP hin liegt.
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Der an einen Umfangskantenabschnitt 2.1.1 jeweils angrenzende Schlitz 4 weißt eine erste Schlitzbreite a auf, die dem senkrechten Abstand zu dem Verlauf des Umfangskantenabschnittes 2.1.1 zum Wafer 1 entspricht und eine zweite Schlitzbreite b, die dem Abstand zwischen der Ausbuchtung 5 oder der Einbuchtung 6 und dem Wafer 1 in Richtung des Verlaufes des Umfangskantenabschnittes 2.1.1 entspricht.
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Die zweite Schlitzbreite b begrenzt die laterale Bewegungsfreiheit des Mikro-Chips 2 in der Waferebene E auf diese zweite Schlitzbreite b. Noch besser wird die Verdrehung des Mikro-Chips 2 innerhalb der Ebene E des Wafers 1 verhindert, da hier die zweite Schlitzbreite b den Kreisbogen für den maximalen Verdrehwinkel begrenzt.
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Ist gegebenenfalls pro Umfangskantenabschnitt 2.1.1 nur eine Ausbuchtung 5 oder Einbuchtung 6 vorhanden, dann ist diese bevorzugt nahe einer der Haltelaschen 3, bevorzugt an die betreffende Haltelasche 3 angrenzend, angeordnet.
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Mit dem Eintrag einer Zug- oder Druckkraft in den Mikro-Chip 2, wird dieser beginnend vom Mittelpunkt MP her aus der Waferebene E herausbewegt. Sofern die Haltelaschen 3 nicht bereits vorher brechen, beginnen sich die Umfangskantenabschnitte 2.1.1 jeweils von ihre Mitte MP aus der Waferebene E heraus zu bewegen, womit nach einer Auslenkung größer einer Waferdicke d gegebenenfalls mittig vorhandene Ausbuchtungen 5 oder Einbuchtungen 6 außer des Eingriffs mit dem Wafer 1 kommen und damit ihre Wirkung verlieren. Deshalb sind die Ausbuchtungen 5 oder Einbuchtungen 6 sofern sie nicht über die gesamte Länge eines der Umfangskantenabschnittes 2.1.1 verteilt angeordnet sind, mehr zu einer der Haltelaschen 3 als zur Mitte MP des Umfangskantenabschnittes 2.1.1 hin angeordnet.
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Der Schlitz 4 weißt in Richtung des Verlaufes des Umfangskantenabschnittes 2.1.1 entlang der wenigstens einen Ausbuchtung 5 oder Einbuchtung 6, wenigstens in einem dem Mittelpunkt MP zugewandten Abschnitt 4.1 eine zweite Schlitzbreite b auf, die kleiner einer ersten Schlitzbreite a des Schlitzes 4, senkrecht zum Verlauf des Umfangskantenabschnitt 2.1.1, ist. Die erste Schlitzbreite a, die die Länge der Haltelaschen 3 bestimmt, ist im Vergleich zur zweiten Schlitzbreite b groß, um eine gewisse Biegelänge für die Haltelaschen 3 zu haben.
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Damit die Verzahnung während des Herauslösens des Mikro-Chips möglichst lange erhalten bleibt, ist je Umfangskantenabschnitt 2.1.1 gegebenenfalls die wenigstens eine Ausbuchtung 5 oder Einbuchtungen 6 an eine Haltelasche 3 angrenzt angeordnet.
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Günstig ist jeweils eine Ausbuchtung 5 und eine Einbuchtung 6 aneinandergrenzend anzuordnen, damit ragt der dem Mittelpunkt MP zugewandte Abschnitt des Schlitzes 4 mit einer zweiten Schlitzbreite b, nur hälftig in den Mikro-Chip 2.
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In den 3a-3d sind verschiedene Ausführungen für die Umfangskantenbereiche gezeigt. Die Ausbuchtungen 5 oder die Einbuchtungen 6 weißen eine Querschnittsform in der Waferebene E auf die z.B. die rechteckig, konisch, oder dreieckig ist, mit einem Anstieg der Seitenflächen bevorzugt von größer 45°. Es sind hier auch verschiedene Möglichkeiten für die Bildung von Sollbruchstellen in den Haltelaschen gezeigt, die jeweils durch eine Strichlinie dargestellt sind.
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Die Ausbuchtungen 5 und Einbuchtungen 6 können einzeln, oder entlang eines Umfangskantenabschnittes 2.1.1 sich stochastisch oder periodisch wiederholend bzw. stochastisch oder periodisch alternierend angeordnet sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wafer
- 2
- Mikrochip
- 2.1
- Umfangskante
- 2.1.1
- Umfangskantenabschnitt
- 3
- Haltelasche
- 4
- Schlitz
- 4.1
- Abschnitt des Schlitzes 4 entlang einer Aus- oder Einbuchtung, der dem Mittelpunkt MP zugewandt ist
- 5
- Ausbuchtung
- 6
- Einbuchtung
- a
- erste Schlitzbreite
- b
- zweite Schlitzbreite
- E
- Waferebene
- MP
- Mittelpunkt
