DE102017200587A1 - Verfahren zum Herstellen eines Substrates mit einem von einem Träger mechanisch entkoppelten Bereich, Verfahren zum Herstellen von mindestens einer Feder und eines Substrates - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines Substrates mit einem von einem Träger mechanisch entkoppelten Bereich, Verfahren zum Herstellen von mindestens einer Feder und eines Substrates Download PDF

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Abstract

Offenbart wird ein Verfahren zum Herstellen eines Substrates mit einem von einem Träger mechanisch entkoppelten Bereich mit mindestens einem auf dem Bereich angeordneten Bauteil bereitgestellt, wobei mindestens eine Ausnehmung auf einer Vorderseite des Substrates eingebracht werden, ein Ätzmuster auf einer Rückseite des Substrates vorbereitet und derart anisotrop geätzt wird, dass vertikale Kanäle auf der Rückseite des Substrates erzeugt werden und anschließend ein Hohlraum an der Rückseite des Substrates eingebracht wird, wobei die mindestens eine Ausnehmung auf der Vorderseite des Substrates mit dem Hohlraum auf der Rückseite des Substrates verbunden wird und mindestens zwei Ausnehmungen oder mindestens zwei Abschnitte einer Ausnehmung in mindestens einem Bereich zwischen der Vorderseite des Substrates und dem Hohlraum durch mindestens eine Aushöhlung miteinander verbunden werden, sodass mindestens eine zwischen den mindestens zwei Ausnehmungen oder mindestens zwei Abschnitte einer Ausnehmung angeordnete Feder erstellt wird, die durch die mindestens eine Aushöhlung in Ihrer Länge in mindestens zwei übereinander angeordnete Federabschnitte unterteilt wird. Des Weiteren sind ein Verfahren zum Herstellen von mindestens einer Feder sowie ein Substrat mit einem Träger und einem vom Träger mechanisch entkoppelten Bereich offenbart.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Substrates mit einem von einem Träger mechanisch entkoppelten Bereich, ein Verfahren zum Herstellen von mindestens einer Feder, sowie ein Substrat mit einem mechanisch entkoppelten Bereich.
  • Stand der Technik
  • Die Halbleiterelemente, die bei mikromechanischen Drucksensoren als elektromechanische Wandler verwendet werden, nehmen nicht nur den mechanischen Stress auf, der sich direkt durch einen Druckeinfluss auf die Membran ergibt, sondern ebenfalls den Stress durch mechanische Störeinflüsse aus der Umgebung. Derartige Störreinflüsse können beispielsweise durch die Verformung einer Leiterplatte bzw. Substrates, auf die der Drucksensor montiert ist oder durch das Temperaturverhalten verschiedener Materialien und Deckschichten des Drucksensors bzw. des Substrates entstehen.
  • Es sind bereits Drucksensoren mit allseitiger Freistellung von Drucksensormembranen bekannt. Dabei werden ein oder mehrere Trenchgräben bzw. Ausnehmungen auf der Vorderseite eines Substrates um den Drucksensor herum eingebracht. Die Stege zwischen den Trenchgräben werden später durch Einbringen eines Hohlraumes an einer Rückseite des Substrates freigestellt und bilden Federn zum Aufnehmen mechanischer Kräfte.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann darin gesehen werden, ein Substrat vorzuschlagen, das einen Bereich aufweist, der mechanisch von einem übrigen Bereich des Substrates bzw. von einem Träger entkoppelt ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung kann darin gesehen werden, die Steifigkeit einer derartigen mechanischen Entkopplung zu reduzieren.
  • Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
  • Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Substrates mit einem von einem Träger mechanisch entkoppelten Bereich mit mindestens einem auf dem Bereich angeordneten Bauteil bereitgestellt, wobei mindestens eine Ausnehmung auf einer Vorderseite des Substrates eingebracht wird, ein Ätzmuster auf einer Rückseite des Substrates vorbereitet und derart anisotrop geätzt wird, dass vertikale Kanäle auf der Rückseite des Substrates erzeugt werden. Anschließend wird ein Hohlraum an der Rückseite des Substrates durch isotropes Ätzen erzeugt, wobei die mindestens eine Ausnehmung auf der Vorderseite des Substrates mit dem Hohlraum auf der Rückseite des Substrates verbunden wird. Mindestens zwei nebeneinander angeordneten Ausnehmungen oder mindestens zwei Abschnitte einer Ausnehmung werden in mindestens einem Bereich zwischen der Vorderseite des Substrates und dem Hohlraum auf der Rückseite des Substrates durch mindestens eine Aushöhlung horizontal miteinander verbunden, sodass mindestens eine zwischen den mindestens zwei Ausnehmungen oder den mindestens zwei Abschnitten einer Ausnehmung angeordnete Feder erzeugt wird, die durch die mindestens eine Aushöhlung entlang ihrer horizontalen Erstreckung in mindestens zwei Federabschnitte unterteilt wird. Hierbei entspricht eine horizontale Ebene der Erstreckung einer Oberfläche des Substrates oder verläuft parallel zu dieser. Eine vertikale Erstreckung entspricht einer Erstreckung senkrecht zur Oberfläche des Substrates.
  • Durch Einbringen von Ausnehmungen bzw. Trenchgräben in die Vorderseite des Substrates um einen Bereich herum, auf dem ein Bauteil angeordnet wird, entstehen Stege zwischen den Ausnehmungen. Alternativ können Stege durch eine einzelne Ausnehmung realisiert werden, wobei die Ausnehmung beispielsweise rund oder eckig spiralförmig verlaufen kann und zumindest bereichsweise in mindestens einem Abschnitt mindestens einen benachbarten Abschnitt der einzelnen Ausnehmung aufweist. Die benachbarten Abschnitte können ebenfalls einen Steg bilden. Diese Stege werden durch ein Bilden eines Hohlraums von der Rückseite des Substrates aus freigestellt. Hierdurch werden Federn gebildet, die als Balkenfedern fungieren. Die Federn verbinden den zu entkoppelnden Bereich von dem übrigen Bereich des Substrates bzw. einem Träger. Die Federn können somit mechanische Kräfte zwischen dem entkoppelten Bereich und dem Träger entkoppeln. Die Federn weisen hierbei eine vertikale Ausdehnung auf, die dem Abstand zwischen einer Oberfläche der Vorderseite des Substrates und dem Hohlraum an der Rückseite des Substrates entspricht. Die Federn weisen abhängig von Ihrer Form und Ausdehnung eine Steifigkeit auf, die richtungsabhängig ist. Die Steifigkeit einer Balkenfeder in vertikaler Richtung ist proportional zur dritten Potenz ihrer vertikalen Ausdehnung. Durch Unterteilung einer Feder mit einer vertikalen Ausdehnung von beispielsweise 10µm in zwei übereinander angeordnete Federabschnitte mit jeweiliger vertikaler Ausdehnung von 5µm kann die Steifigkeit beider Federabschnitte in vertikaler Richtung auf ein Viertel gesenkt werden. Bei Unterteilung in drei vertikal übereinander angeordnete Federabschnitte mit einer vertikalen Ausdehnung von jeweils 3,33µm kann die Steifigkeit in vertikaler Richtung um Faktor 9 reduziert werden. Die Steifigkeit in horizontaler Richtung ändert sich hierbei nicht. Die mindestens zwei Ausnehmungen oder mindestens zwei Abschnitte einer Ausnehmung werden in mindestens einem Bereich zwischen der Vorderseite des Substrates und dem Hohlraum durch mindestens eine Aushöhlung miteinander verbunden. Die Aushöhlung verbindet hierbei die mindestens zwei Ausnehmungen oder mindestens zwei Abschnitte einer Ausnehmung entlang ihrer gesamten horizontalen Ausdehnung oder nur teilweise entlang der horizontalen Ausdehnung. Hierdurch werden aus einer Feder mit einer bestimmten vertikalen Ausdehnung mindestens zwei Federabschnitte, die vertikal übereinander angeordnet sind und durch die Aushöhlung voneinander getrennt sind. Durch diese Maßnahme kann die Steifigkeit der Federn in vertikaler Richtung reduziert werden, wodurch eine verbesserte mechanische Entkopplung des zu entkoppelnden Bereichs bzw. des Bauteils von dem Träger bzw. dem restlichen Substrat realisiert werden kann. Die eine Feder kann hierbei auch eine Vielzahl an Federn sein, die vorteilhaft an oder um den zu entkoppelnden Bereich angeordnet sind. Das Substrat kann hierbei ein Wafer, eine Grundplatte, Leiterplatte, Platine und dergleichen aus Silizium oder einem anderen dotierten oder undotierten Halbleiter oder Nichtleiter sein.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird der Träger und der mechanisch entkoppelte Bereich durch mindestens eine Feder miteinander verbunden. Die Federn verbinden den zu entkoppelnden Bereich von einem übrigen Bereich des Substrates bzw. einem Träger. Verformungen des Trägers können die Federn somit durch ihre Auslenkung aufnehmen und die mechanischen Kräfte auf den entkoppelten Bereich deutlich reduzieren.
  • Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird die mindestens eine Ausnehmung durch anisotropen Materialabtrag auf mindestens eine erste Tiefe in die Vorderseite des Substrates eingebracht. Der anisotrope Materialabtrag kann hierbei ein Fräsvorgang oder ein gerichteter Ätzprozess sein, der plasmagestützt realisiert werden kann. Die erste Tiefe kann somit eine vertikale Ausdehnung eines ersten Federabschnitts der Feder definieren. Hierdurch kann die Steifigkeit des ersten Federabschnitts bestimmt werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens werden vor dem isotropen Materialabtrag in den Ausnehmungen Bereiche durch Passivierung vor Materialabtrag geschützt. Hierdurch kann der isotrope Materialabtrag in mehreren Schritten erfolgen ohne die geschützten Bereiche anzugreifen, sodass größere Tiefen und somit größere Federabschnitt hergestellt werden können. Des Weiteren ermöglich die Passivierung die geometrische Gestaltung der Aushöhlungen.
  • Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens werden die mindestens zwei Ausnehmungen oder die mindestens zwei Abschnitte einer Ausnehmung abwechselnd durch mithilfe von isotropen Materialabtrag eingebrachte Aushöhlungen miteinander verbunden und durch nicht abgetragene Bereiche voneinander getrennt. Hierdurch kann eine Vielzahl an Federabschnitten erzeugt werden. Wie bereits oben beschrieben kann durch eine steigende Anzahl an Federabschnitten die Steifigkeit der Feder reduziert werden. Die Feder kann hierbei aus einer Anzahl an Federabschnitten bestehen, die in vertikaler Richtung übereinander angeordnet sind und jeweils einen Abstand zueinander aufweisen, der einer Aushöhlung entspricht. Insbesondere kann hierdurch die mechanische Entkopplung des Bauteils verbessert werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird die mindestens eine Aushöhlung durch mindestens zwei anisotrope Materialabträge mit einer Seitenwandaufweitung erzeugt. Statt eines anisotropen Materialabtrages mit resultierendem nahezu senkrechtem vertikalen Verlauf und somit senkrechten Wänden, kann der Materialabtrag auch mit einer Seitenwandaufweitung der Ausnehmungen beispielsweise kegelförmig in Richtung der Rückseite des Substrates erfolgen. Die Seitenwandaufweitung kann somit eine horizontale Verbindung schaffen, die die Feder unterteilt. Beispielsweise kann ein anisotroper Ätzschritt verwendet werden, der eine größere laterale Ätzrate aufweist, als eine vertikale Ätzrate. Dies kann zum Beispiel mittels eines KOH(Kalium-Hydroxid)-Ätzvorgangs und einer geeigneten Kristallorientierung des Substrates erreicht werden oder mittels trockenchemischen Tiefenätzens (DRIE), wobei die Passivierungs-/Ätzzyklenzeiten für eine solche Aufweitung angepasst werden. Dieser Vorgang kann auch mehrteilig erfolgen, bis eine durchgehende vertikale Verbindung zwischen der Vorderseite des Substrates und dem Hohlraum an der Rückseite des Substrates entsteht. Vorzugsweise wird bei diesem Vorgang die Feder in eine Vielzahl an Federabschnitten ihrer horizontalen Ausdehnung entlang unterteilt.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens erfolgt der isotrope Materialabtrag durch einen Ätzprozess. Hierdurch kann der isotrope Materialabtrag beispielsweise ein chemischer Ätzprozess sein, der ein Material des Substrates ungerichtet und gleichmäßig auflöst und abträgt.
  • Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens erfolgt das anisotrope Ätzen durch lonentiefätzen. Hierdurch kann beispielsweise ein reaktives lonentiefenätzen nach einem DRIE-Prozess (deep reactive ion etching) zum Einbringen von Ausnehmungen verwendet werden.
  • Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird das Ätzmuster fotolithografisch aufgebracht. Hierdurch lassen sich besonders einfach Masken für einen weiteren Ätzvorgang an das Substrat anbringen. Somit kann auch eine Vielzahl an Ätzvorgängen simultan durchgeführt werden.
  • Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen von mindestens einer Feder durch mindestens eine Ausnehmung in einem Substrat zum mechanischen Entkoppeln eines Bereichs von einem Träger des Substrates bereitgestellt. Hierbei wird in einem ersten Schritt die mindestens eine Ausnehmung durch anisotropen Materialabtrag auf eine erste Tiefe eingebracht. In mindestens einem zweiten Schritt wird durch isotropen Materialabtrag auf Höhe der ersten Tiefe mindestens eine Aushöhlung bis zu einer zweiten Tiefe in das Substrat eingebracht und durch die mindestens eine Aushöhlung werden zwei unterschiedliche Ausnehmungen oder mindestens zwei Abschnitte mindestens einer einzelnen Ausnehmung miteinander verbunden. In mindestens einem dritten Schritt wird die mindestens eine Ausnehmung durch anisotropen Materialabtrag auf eine dritte Tiefe fortgesetzt. Hierdurch wird in einem ersten Schritt die mindestens eine Ausnehmung mit einer definierten Tiefe in das Substrat eingebracht. In einem zweiten Schritt werden die Ausnehmungen oder die mindestens zwei Abschnitte einer Ausnehmung miteinander verbunden, sodass ein erster Federabschnitt der mindestens einen Feder zum Entkoppeln eines Bereichs von einem Träger freigestellt wird. In einem dritten Schritt kann der anisotrope Materialabtrag fortgeführt werden, sodass die mindestens eine Ausnehmung eine Verbindung zum Hohlraum an einer Rückseite des Substrates oder zu der Rückseite des Substrates herstellt. Hierdurch lässt sich mit einfachen technischen Mitteln eine Feder mit zwei Federabschnitten herstellen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Herstellen von mindestens einer Feder werden der mindestens eine zweite Schritt und der mindestens eine dritte Schritt abwechselnd wiederholt, bis die mindestens zwei Ausnehmungen oder mindestens zwei Abschnitte einer Ausnehmung mit einem Hohlraum an einer Rückseite des Substrates oder mit der Rückseite des Substrates verbunden werden. Die beschriebenen Schritte können auch mehrfach wiederholt werden. Die durch den jeweiligen Materialabtrag erreichbare Tiefe kann hierbei derart gesteuert bzw. eingestellt werden, dass eine Vielzahl an Federabschnitten entsteht, bis die Ausnehmungen eine Verbindung zwischen der Vorderseite des Substrates und einem Hohlraum an der Rückseite des Substrates oder der Rückseite des Substrates herstellen.
  • Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Substrat mit einem Träger und einem vom Träger mechanisch entkoppelten Bereich bereitgestellt, die nach einem Verfahren gemäß einem vorhergehenden Aspekt der Erfindung hergestellt werden kann, wobei der mechanisch entkoppelte Bereich mindestens ein darauf angeordnetes Bauteil aufweist und der mechanisch entkoppelte Bereich mindestens eine um den entkoppelten Bereich mindestens teilweise verlaufende Ausnehmung aufweist, die mindestens eine Feder definiert, wobei die mindestens eine Feder durch mindestens eine parallel zur Feder verlaufende Aushöhlung in mindestens zwei parallel zu einander verlaufende, vertikal übereinander angeordnete Federabschnitte unterteilt ist. Hierdurch weist das Substrat einen Bereich auf, der durch die Feder von dem restlichen Teil des Substrates bzw. dem Träger entkoppelt ist. Durch die vertikale Aufteilung der Feder in mehrere Federabschnitte kann eine Steifigkeit der Feder in vertikaler Richtung verbessert und somit eine optimierte mechanische Entkopplung des zu entkoppelnden Bereichs von dem Träger ermöglicht werden. Der zu entkoppelnde Bereich kann hierbei ein oder mehrere Bauteile aufweisen. Vorzugsweise weist der zu entkoppelnde Bereich einen Drucksensor mit einer Membran auf, die in direkter Verbindung zu Piezoelementen steht und diese bei einer Druckerhöhung oder Druckreduzierung derart mechanisch anregt, dass eine druckabhängige Spannung an den Piezoelementen gemessen und ausgewertet werden kann. Alternativ kann auch ein Temperatursensor als Bauteil auf dem zu entkoppelnden Bereich angeordnet sein, da Temperaturschwankungen ebenfalls zu starker thermischer Ausdehnung und somit Belastung eines dem Temperatursensor benachbarten Bereiches führen kann. Alternativ bzw. zusätzlich kann ein Temperatursensor neben einem Bauteil auf dem zu entkoppelten Bereich angeordnet sein, um die Temperatur auf dem entkoppelten Bereich genau bestimmen zu können. Der entkoppelte Bereich weist durch die mechanische Entkopplung auch eine thermische Entkopplung auf.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel des Substrates ist auf der mindestens einen Feder zwischen mindestens zwei Ausnehmungen oder mindestens zwei Abschnitten einer Ausnehmung ein elektrischer Leiter angeordnet, der den mechanisch entkoppelten Bereich mit dem Träger elektrisch verbindet. Hierdurch kann das Bauteil bzw. die Bauteile auf dem zu entkoppelnden Bereich mit elektrischer Energie versorgt werden und relevante Parameter wie beispielsweise Piezospannungen oder Thermospannungen gemessen werden. Die Feder kann beispielsweise auf der Vorderseite des Substrates eine oder mehrere elektrische Leitungen aufweisen und/oder auf der Rückseite des Substrates ebenfalls elektrische Leitungen aufweisen, die zu dem zu entkoppelnden Bereich hin oder von ihm weg führen können.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Substrates weist die mindestens eine Feder mindestens eine Windung auf, die zwischen dem Träger und dem mechanisch entkoppelten Bereich angeordnet ist. Hierdurch kann die Feder spiralförmig ausgeführt und mehrfach gefaltet sein. Durch diese Maßnahme lässt sich insbesondere eine horizontale Steifigkeit der Feder reduzieren und eine Entkopplung in horizontaler Richtung optimieren.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Substrates ist der mechanisch entkoppelte Bereich durch mindestens eine Feder mit dem Träger verbunden. Hierdurch kann der zu entkoppelnde Bereich durch mindestens eine Feder mit dem Träger verbunden sein und mechanische Kräfte zwischen beiden Bereichen kompensieren.
  • Im Folgenden werden anhand von stark vereinfachten schematischen Darstellungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigen
    • 1 eine schematische Draufsicht eines Substrates gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
    • 2 einen schematischen Querschnitt A-A aus 1 und verdeutlicht ein Verfahren zum Herstellen einer Feder gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und
    • 3 einen schematischen Querschnitt A-A aus 1 und verdeutlicht ein Verfahren zum Herstellen einer Feder gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
  • In den Figuren weisen dieselben konstruktiven Elemente jeweils dieselben Bezugsziffern auf.
  • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Substrates 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Das Substrat 1 weist einen Träger 2 auf. Der Träger 2 bildet einen Bereich des Substrates 1, der um einen mechanisch entkoppelten Bereich 4 herum angeordnet ist. Auf dem mechanisch entkoppelten Bereich 4 sind Bauteile 6 angeordnet, wobei es sich gemäß dem Ausführungsbeispiel um Piezoelemente 6 handelt, die eine Verformung des entkoppelten Bereichs 4 registrieren können und eine Spannung erzeugen, die abhängig von einer Deformation des entkoppelten Bereichs 4 ist. Der Träger 2 und der entkoppelte Bereich 4 sind durch Federn 8 von einander beabstandet. Die Federn 8 verbinden zwar den entkoppelten Bereich 4 mit dem Träger 2, können jedoch mechanische Kräfte kompensieren bzw. aufnehmen. Die Federn 8 verhindern somit eine Übertragung von mechanischen Kräften bzw. mechanischen Stress. Die Federn 8 sind durch beidseitig angeordnete Ausnehmungen 12, 14 gebildet. Die Ausnehmungen 12, 14 verbinden eine in 1 sichtbare Vorderseite 10 des Substrates 1 mit einer nicht sichtbaren Rückseite 20 des Substrates 1. Die Ausnehmungen 12, 14 sind L-förmig ausgestaltet, sodass eine Ausnehmung 12, 14 jeweils eine Seite von zwei Federn 8 bildet. Hierdurch können durch vier L-förmige Ausnehmungen 12, 14 vier Federn gebildet werden. Alternativ können auch zur Bildung einer Feder 8 auch zwei oder mehr separate Ausnehmungen 12, 14 verwendet werden. Auf der Vorderseite 10 des Substrates 1 sind auf den Federn 8 elektrische Leiter 16 angeordnet. Die elektrischen Leiter 16 sind gemäß dem Ausführungsbeispiel aus Kupfer, können jedoch aus einem beliebigen leitfähigen Material bzw. Legierung bestehen wie beispielsweise Aluminium, Silber, Zinn, Graphit und dergleichen. Die elektrischen Leiter 16 verbinden hier jeweils ein Piezoelement 6 mit einer nicht gezeigten Auswerteelektronik, die auf dem Träger 2 angeordnet ist.
  • In 2 ist ein schematischer Querschnitt A-A aus 1 gezeigt. Hierbei verdeutlicht die 2 durch Verfahrensschritte in den 2a-2c ein Verfahren zum Herstellen einer Feder 8 in einem Substrat 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Das Substrat 1 weist gemäß dem Ausführungsbeispiel einen Hohlraum 22 auf, der durch ein entsprechendes Ätzmuster 24 an der Rückseite 20 des Substrates 1 geätzt wurde. In den 2a und 2b ist noch keine Bildung der Feder 8,9 entstanden, da die Ausnehmungen 12, 14 die Vorderseite 10 mit der Rückseite 20 des Substrates 1 nicht verbinden. In einem ersten Schritt werden bis zu einer ersten Tiefe anisotrope Ätzungen durchgeführt, sodass ein erster Tiefenabschnitt der Ausnehmungen 12, 14 mit einer horizontalen grabenförmigen Erstreckung entsteht. In einem zweiten Schritt, der in 2b dargestellt ist, erfolgt ein isotroper Ätzvorgang bis auf eine zweite Tiefe. Bei diesem isotropen Ätzvorgang entsteht eine Aushöhlung 26, die die beiden Ausnehmungen 12, 14 entlang ihrer 12, 14 horizontalen Ausdehnung miteinander verbindet. Durch die Ausnehmungen 12, 14 und die Aushöhlung 26 wird ein erster Federabschnitt 8 der Feder 8, 9 gebildet. In einem dritten Schritt, der in der 2c dargestellt ist, wird die Aushöhlung 26 durch weitere anisotrope Ätzung solange fortgesetzt, bis die Ausnehmungen 12, 14 die Vorderseite 10 des Substrates 1 mit dem Hohlraum 22 an der Rückseite 20 des Substrates 1 miteinander verbinden. Somit wird durch die Ausnehmungen 12, 14, den Hohlraum 22 und die Aushöhlung 26 ein zweiter Federabschnitt 9 der Feder 8, 9 gebildet. Die Feder 8, 9 weist somit zwei entlang ihrer horizontalen Ausdehnung parallel verlaufende Federabschnitte 8, 9 auf, die eine reduzierte Steifigkeit gegenüber einer vergleichbaren einteiligen Feder aufweisen. Beide Federabschnitte 8, 9 verbinden den Träger 2 mit dem zu entkoppelnden Bereich 4. Der zu entkoppelnde Bereich 4 weist gemäß dem Ausführungsbeispiel ebenfalls einen Hohlraum 28 auf, der auf dem zu entkoppelnden Bereich 4 eine Membran 30 bildet. Durch ein Beaufschlagen der Membran 30 mit einem Druck oder Unterdruck kann sich die Membran 30 deformieren und somit mechanisch auf die in 1 gezeigten Piezoelemente 6 einwirken.
  • In 3 ist ein schematischer Querschnitt A-A aus 1 gezeigt. Hierbei verdeutlicht die 3 durch Verfahrensschritte in den 3a-3c ein Verfahren zum Herstellen einer Feder 8 in einem Substrat 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zum Verfahren gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel weist das Verfahren gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in seinen Schritten lediglich einen anisotropen Materialabtrag auf, der eine Seitenwandaufweitung erzeugt. Hierdurch wird bei einem Ätzvorgang in Richtung der Rückseite 20 des Substrates 1 der Ätzkanal konusförmig aufgeweitet. Hierdurch kann die Seitenwandaufweitung derart an einen Abstand benachbarter Ausnehmungen 12, 14 angepasst werden, dass die Ätzkanäle sich auf einer ersten Tiefe verbinden. Durch diesen Schritt wird ein erster Federabschnitt 32 der Feder 8 gebildet. Dieser anisotrope Ätzvorgang kann nun Schrittweise fortgesetzt werden, bis beispielsweise die Ausnehmungen 12, 14 eine Verbindung zwischen der Vorderseite 10 und der Rückseite 20 des Substrates 1 herstellen. Vorzugsweise wird bei jedem Ätzvorgang bzw. Ätzschritt ein Federabschnitt 32, 34, 36, 38 gebildet. Mit diesem Verfahren kann eine Feder 8 mit einer Vielzahl an Federabschnitten 32, 34, 36, 38 hergestellt werden. Bei Bedarf kann vor jedem Ätzvorgang eine Passivierungsschicht auf das Substrat 1 bzw. in die Ausnehmungen 12, 14 und deren Seitenwände aufgetragen werden, die als eine Ätzmaske dient.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Substrates (1) mit einem von einem Träger (2) mechanisch entkoppelten Bereich (4) mit mindestens einem auf dem Bereich (4) angeordneten Bauteil (6), aufweisend die folgenden Schritte: - Einbringen von mindestens einer Ausnehmung (12, 14) auf einer Vorderseite (10) des Substrates (1), - Erzeugen eines Ätzmusters (24) auf einer Rückseite (20) des Substrates (1), - Erzeugen von vertikalen Kanälen auf der Rückseite (20) des Substrates (1) durch anisotropes Ätzen des Ätzmusters, - Erzeugen eines Hohlraums (22) in dem Substrat (1) durch isotropes Ätzen des Ätzmusters an der Rückseite (20) des Substrates (1), dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Ausnehmung (12, 14) auf der Vorderseite des Substrates (1) mit dem Hohlraum (22) auf der Rückseite (20) des Substrates (1) verbunden wird und mindestens zwei Ausnehmungen (12, 14) oder mindestens zwei Abschnitte einer Ausnehmung (12, 14) in mindestens einem Bereich zwischen der Vorderseite (10) des Substrates (1) und dem Hohlraum (22) durch mindestens eine Aushöhlung (26) miteinander verbunden werden, sodass mindestens eine zwischen den mindestens zwei Ausnehmungen (12, 14) oder den mindestens zwei Abschnitten einer Ausnehmung (12, 14) angeordnete Feder (8, 9) erzeugt wird, die durch die mindestens eine Aushöhlung (26) ihrer vertikalen Erstreckung nach in mindestens zwei Federabschnitte (8, 9) unterteilt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Träger (2) und der mechanisch entkoppelte Bereich (4) durch mindestens eine Feder (8) miteinander verbunden werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens eine Ausnehmung (12, 14) durch anisotropen Materialabtrag auf mindestens eine erste Tiefe in die Vorderseite (10) des Substrates (1) eingebracht wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei vor dem isotropen Materialabtrag in der Ausnehmung (12, 14) Bereiche durch Passivierung vor Materialabtrag geschützt werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die mindestens zwei Ausnehmungen (12, 14) oder die mindestens zwei Abschnitte einer Ausnehmung (12, 14) abwechselnd durch isotropen Materialabtrag eingebrachte Aushöhlungen (26) miteinander verbunden und durch nicht abgetragene Bereiche (8, 9, 32, 34, 36, 38) voneinander getrennt werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die mindestens eine Aushöhlung (26) durch mindestens zwei anisotrope Materialabträge mit Seitenwandaufweitung erzeugt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der isotrope Materialabtrag durch einen Ätzprozess erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das anisotrope Ätzen durch lonentiefätzen erfolgt.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ätzmuster (24) fotolithografisch aufgebracht wird.
  10. Verfahren zum Herstellen von mindestens einer Feder (8, 9, 32, 34, 36, 38) durch mindestens eine Ausnehmung (12, 14) in einem Substrat (1) zum mechanischen Entkoppeln eines Bereichs (4) von einem Träger (2) des Substrates (1), wobei - in einem ersten Schritt die mindestens eine Ausnehmung (12, 14) durch anisotropen Materialabtrag auf eine erste Tiefe eingebracht wird, - in mindestens einem zweiten Schritt durch isotropen Materialabtrag auf Höhe der ersten Tiefe mindestens eine Aushöhlung (26) bis zu einer zweiten Tiefe in das Substrat (1) eingebracht wird und durch die mindestens eine Aushöhlung (26) mindestens zwei Ausnehmungen (12, 14) oder mindestens zwei Abschnitte einer Ausnehmung (12, 14) miteinander verbunden werden und - in mindestens einem dritten Schritt die mindestens eine Ausnehmung (12, 14) durch anisotropen Materialabtrag auf eine dritte Tiefe fortgesetzt wird.
  11. Verfahren zum Herstellen von mindestens einer Ausnehmung nach Anspruch 10, wobei der mindestens eine zweite Schritt und der mindestens eine dritte Schritt abwechselnd wiederholt werden, bis die mindestens eine Ausnehmung (12, 14) mit dem Hohlraum (22) der Rückseite (20) des Substrates (1) oder mit der Rückseite (20) des Substrates (1) verbunden wird.
  12. Substrat (1) mit einem Träger (2) und einem vom Träger mechanisch entkoppelten Bereich (4) hergestellt nach einem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 9, wobei der mechanisch entkoppelte Bereich (4) mindestens ein darauf angeordnetes Bauteil (6) aufweist und der mechanisch entkoppelte Bereich (4) mindestens eine um den entkoppelten Bereich (4) mindestens teilweise verlaufende Ausnehmung (12, 14) hergestellt gemäß einem Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 aufweist, die mindestens eine Feder (8, 9, 32, 34, 36, 38) definiert, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Feder (8, 9, 32, 34, 36, 38) durch mindestens eine parallel zur Feder (8, 9, 32, 34, 36, 38) verlaufende Aushöhlung (26) in mindestens zwei parallel zu einander verlaufende, vertikal übereinander angeordnete Federabschnitte (8, 9, 32, 34, 36, 38) unterteilt ist.
  13. Substrat nach Anspruch 12, wobei auf der mindestens einen Feder (8, 9, 32, 34, 36, 38) zwischen mindestens zwei Ausnehmungen (12, 14) oder mindestens zwei Abschnitten einer Ausnehmung (12, 14) ein elektrischer Leiter (16) angeordnet ist, der den mechanisch entkoppelten Bereich (4) mit dem Träger (2) elektrisch verbindet.
  14. Substrat nach Anspruch 12 oder 13 wobei die mindestens eine Feder (8, 9, 32, 34, 36, 38) mindestens eine Windung aufweist, die zwischen dem Träger (2) und dem mechanisch entkoppelten Bereich (4) angeordnet ist.
  15. Substrat nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der mechanische entkoppelte Bereich (4) durch mindestens eine Feder (8, 9, 32, 34, 36, 38) mit dem Träger (2) verbunden ist.
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