DE102017203432A1 - Verfahren zum Herstellen eines MEMS-Bauelements und entsprechendes MEMS-Bauelement - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Herstellen eines MEMS-Bauelements und ein entsprechendes MEMS-Bauelement. Das Verfahren umfasst die Schritte: Bereitstellen eines MEMS-Chips (1) mit einer Vorderseite (V) und einer Rückseite (R), wobei die an der Vorderseite (V) des MEMS-Chips (1) gelegene Chipkante (K) eine Anschrägung (B) aufweist; Anbringen des MEMS-Chips (1) über die Rückseite (R) auf einem Trägersubstrat (T); Aufbringen einer elastischen Folie (FO) auf die Vorderseite (V), welche die Vorderseite (V) seitlich überragt; Verformen des die Vorderseite (V) überragenden Bereichs der elastischen Folie (FO) mittels eines Presswerkzeugs (PR) derart, dass der überragende Bereich der elastischen Folie (FO) auf das Trägersubstrat (T) zum Ausbilden einer Abdichtung für den MEMS-Chip (1) aufgebracht wird, wobei der überragende Bereich über die Anschrägung (B) geführt wird; und Aufbringen einer Moldmasse (MO) zwischen die verformte elastische Folie (FO) und das Trägersubstrat (T).
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines MEMS-Bauelements und ein entsprechendes MEMS-Bauelement.
- Stand der Technik
- Obwohl auch beliebige mikroelektromechanische Bauelemente (MEMS) anwendbar sind, werden die vorliegende Erfindung und die ihr zugrundeliegende Problematik anhand von MEMS-Sensorvorrichtungen erläutert.
- Beim Film-Molden von MEMS-Sensorvorrichtungen wird ein MEMS-Chip zumindest partiell in ein Moldpackage eingemoldet. Zur mechanischen und fluidischen Entkopplung wird zwischen MEMS-Chip und Moldpackage eine Folie bzw. ein Film verwendet, der zwischen dem Moldwerkzeug und dem zu ummoldenden MEMS-Chip eingelegt wird und der den MEMS-Chip während des Moldvorgangs vom Moldcompound trennt. Die Funktion dieses Films bzw. dieser Folie ist es, eine mechanisch flexible Abdichtung zu erzielen.
- Die
DE 10 2005 054 631 A1 beschreibt eine Sensoranordnung und ein entsprechendes Herstellungsverfahren, welches ein beidseitiges Film-Molden vorsieht. - Die
US 2004/0040644 A1 - Ein Bevel-Cut-Verfahren ist ein Verfahren zur Reduzierung vom Topside-Chipping beim Sägen von Silizium mittels eines Sägeblatts. Dabei wird eine Phase an der oberen Seite des Silizium-Chips durch ein entsprechendes Sägeblatt erzeugt. Die Phase kann in einem bestimmten Winkelbereich gewählt werden.
-
4a ), b) sind schematische vertikale Querschnittsdarstellungen zur Erläuterung eines beispielhaften Verfahrens zum Herstellen eines MEMS-Bauelements und des resultierenden MEMS-Bauelements, wobei4b ) eine Vergrößerung des Ausschnitts A in4a ) zeigt. - In
4a ) bezeichnet Bezugszeichen 1a ein MEMS-Chip mit Chipkanten, welche senkrecht zur Vorderseite V bzw. Rückseite R des MEMS-Chips 1a angeordnet sind. Der MEMS-Chip ist mittels eines Klebematerials KL auf ein Trägersubstrat T geklebt. Das Trägersubstrat T weist optional eine Vertiefung VT für den Klebebereich mit dem Klebematerial KL auf. - Zur Abdichtung des MEMS-Chips 1a des MEMS-Bauelements wird eine Folie FO auf die Vorderseite V des MEMS-Chips 1a aufgebracht, welche die Vorderseite V seitlich überragt. Dies geschieht durch ein Stempelwerkzeug ST, welches die Folie FO über eine (nicht dargestellte) Vakuumansaugung erhält und auf die Vorderseite V anpresst. Mittels eines Presswerkzeugs PR, welches das Stempelwerkzeug durch einen Spalt SP beabstandet umgibt und beispielsweise eine U-förmige oder ringförmige Gestalt aufweist, wird der die Vorderseite V überragende Bereich der elastischen Folie FO derart verformt, dass der überragende Bereich der elastischen Folie FO auf das Trägersubstrat T zum Ausbilden einer Abdichtung aufgebracht wird, wobei der überragende Bereich über die Chipkante an der Vorderseite V geführt wird.
- Durch das Verformen der Folie FO reduziert sich entlang der seitlichen Wand des Chips 1a über eine Länge C der seitlichen Wand, die Dicke der Folie FO von der ursprünglichen Dicke F zu einer reduzierten Dicke F'. Die mögliche beschädigungsfreie Verlängerung der Folie FO bestimmt dabei die zum Filmmolden geeignete Dicke C des MEMS-Chips 1a. Durch das Verformen wird die Chipkante an der Vorderseite durch Zugspannung belastet. Hierbei kann es zu einem Riss der Folie FO bzw. zu einer Schädigung des MEMS kommen, was zu einer Ausbeuteeinbuße führt.
- Offenbarung der Erfindung
- Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Herstellen eines MEMS-Bauelements nach Anspruch 1 und ein entsprechendes MEMS-Bauelement nach Anspruch 8.
- Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
- Vorteile der Erfindung
- Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, zum Film-Molden einen MEMS-Chip mit einer Vorderseite und einer Rückseite bereitzustellen, wobei die an der Vorderseite des MEMS-Chips gelegene Chipkante eine Anschrägung aufweist, über die die elastische Folie geführt wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist die Zugspannung an der Chipkante K reduziert, und die Maximaldicke der möglichen MEMS-Chips kann somit erhöht werden.
- Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird die elastische Folie mittels eines Stempelwerkzeuges auf die Vorderseite aufgebracht wird, wobei sie während des Verformens durch das Stempelwerkzeug an die Vorderseite angepresst wird. Dies ermöglicht eine kontrollierbare Verformung.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Anschrägung einen Winkel im Bereich 15° bis 75°, vorzugsweise 45°, zur Vorderseite aufweist. So lässt sich eine optimale Anpassung an die Chipdicke erzielen.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Folie eine flexible aus thermoplastischem Polymer-Material bestehende Folie.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung erfolgt das Aufbringen der Moldmasse bei einer Temperatur zwischen 150 °C und 200 °C, vorzugsweise bei 175 °C, wobei die Folie bei dieser Temperatur temperaturstabil ist.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die Anschrägung umlaufend an der Chipkante gebildet. So lässt sich der Film in mehrere Richtungen dehnen und den MEMS-Chip vollständig von der Moldmasse trennen.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die Anschrägung mittels eines Sägeprozesses gebildet. Dieser Prozess ist vom Bevel-Cut bekannt und exakt kontrollierbar.
- Figurenliste
- Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf die Figuren erläutert.
- Es zeigen:
-
1a ), b) schematische Darstellungen eines MEMS-Chip zur Verwendung bei einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines MEMS-Bauelements, und zwar1a ) in vertikalem Querschnitt und1b ) in vergrößerter perspektivischer Darstellung; -
2a )-e) schematische vertikale Querschnittsdarstellungen zur Erläuterung der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines MEMS-Bauelements und des resultierenden MEMS-Bauelements; -
3 eine schematische vertikale Querschnittsdarstellungen zur Erläuterung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines MEMS-Bauelements und des resultierenden MEMS-Bauelements; und -
4a ), b) schematische vertikale Querschnittsdarstellungen zur Erläuterung eines beispielhaften Verfahrens zum Herstellen eines MEMS-Bauelements und des resultierenden MEMS-Bauelements. - Ausführungsformen der Erfindung
- In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.
-
1a ), b) sind schematische Darstellungen eines MEMS-Chip zur Verwendung bei einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines MEMS-Bauelements, und zwar1a ) in vertikalem Querschnitt und1b ) in vergrößerter perspektivischer Darstellung. - In
1a ) bezeichnet Bezugszeichen1 einen MEMS-Chip1 mit einer Vorderseite V und einer RückseiteR , wobei die an der Vorderseite V des MEMS-Chips1 gelegene ChipkanteK eine AnschrägungB aufweist, welche beispielsweise mittels eines Bevel-Cut-Sägeverfahrens hergestellt worden ist. Der Winkel α der AnschrägungB liegt typischerweise im Bereich von 15° bis 75°, vorzugsweise bei 45°, bezüglich der VorderseiteV . - Die Anschrägung
B , welche in1b ) perspektivisch dargestellt ist, kann je nach Anwendungsfall entweder umlaufend oder nur in einem bestimmten Bereich des MEMS-Chips1 vorgesehen sein, welcher später unter Verwendung eines Films zu ummolden ist. -
2a )-e) sind schematische vertikale Querschnittsdarstellungen zur Erläuterung der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines MEMS-Bauelements und des resultierenden MEMS-Bauelements, wobei2d ) eine Vergrößerung des AusschnittsA in2c ) zeigt. - Gemäß
2a ) wird der MEMS-Chip1 gemäß1a ), b) mittels eines KlebematerialsKL auf ein TrägersubstratT über seine RückseiteR aufgebracht. Auch im vorliegenden Fall weist das TrägersubstratT im Bereich der Aufbringung des MEMS-Chips1 eine optionale VertiefungVT auf. - Weiter mit Bezug auf
1b ) wird über ein StempelwerkzeugST mittels Vakuumansaugung eine elastische FolieFO aus Polymermaterial auf die VorderseiteV des MEMS-Chips1 aufgebracht, welche die VorderseiteV seitlich überragt. Seitlich durch einen SpaltSP vom StempelwerkzeugST beabstandet wird dann ein PresswerkzeugPR auf die FolieFO aufgebracht. - In einem anschließenden Prozessschritt erfolgt mit Bezug auf
2c ), d) dann ein Verformen des die VorderseiteV überragenden Bereichs der elastischen FolieFO mittels des PresswerkzeugsPR derart, dass der überragende Bereich der elastischen FolieFO auf das Trägersubstrat in der Peripherie der VertiefungVT zum Ausbildung einer Abdichtung aufgebracht wird. Dabei wird der überragende Bereich über die AnschrägungB der ChipkanteK geführt. Während des Verformens wird die FolieFO mittels des StempelwerkzeugsST an die VorderseiteV angepresst. - Den Prozesszustand nach dem Verformen zeigen
2c ), 2d). Wie bei dem in Bezug auf4a ),b) beschriebenen Beispiel wird bei dem Verformen die DickeF der FolieFO zur DickeF' reduziert, allerdings weniger stark aufgrund des Vorsehens der AnschrägungB . - Somit reduziert die Anschrägung
B nicht nur die Gefahr von Filmrissen, sondern auch die Gefahr von Chipbrüchen. - In einem anschließenden Prozessschritt, welcher in
2e ) dargestellt ist, erfolgt ein Mold-Schritt bei aufgesetztem StempelwerkzeugST und PresswerkzeugST , in dem z.B. mittels eines Transfermoldprozesses zwischen FolieFO und TrägersubstratT das MoldcompoundMO eingespritzt wird. Die von der FolieFO umschlossenen Bereiche des MEMS-Chips1 und der Bereich unterhalb des StempelwerkzeugesST bleiben dadurch frei von MoldcompundMO . Das Aufbringen der MoldmasseMO erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 150°C und 200°C, vorzugsweise bei 175°C, wobei die die FolieFO bei dieser Temperatur stabil ist. Somit kann die verformte elastische FolieFO im Mold-Schritt als Abdichtung und mechanischer Schutz für den MEMS-Chip1 dienen. Das PresswerkzeugPR , das in2e ) im gesamten Querschnitt gezeigt ist, weist eine periphere Schrägkante SR auf, so dass eine keilförmige Einspritzung in diesem Bereich erfolgt. - Nach Entfernen des Presswerkzeugs
PR und des StempelwerkzeugsST , wird die FolieFO ebenfalls entfernt. -
3 ist eine schematische vertikale Querschnittsdarstellungen zur Erläuterung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines MEMS-Bauelements und des resultierenden MEMS-Bauelements. - Bei der zweiten Ausführungsform gemäß
3 beträgt der Winkel α 15°, wohingegen er bei der obigen ersten Ausführungsform 45° beträgt. Der Winkela , der für den Bevel-Cut gewählt wird, hängt von den Platzverhältnissen auf der Oberfläche des TrägersubstratsT und der Dicke C des Chips ab. Allgemein kann bei dünneren MEMS-Chips1 ein flacherer bzw. kleinerer Winkel α gewählt werden. - Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt. Insbesondere sind die genannten Materialien und Topologien nur beispielhaft und nicht auf die erläuterten Beispiele beschränkt.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102005054631 A1 [0004]
- US 2004/0040644 A1 [0005]
Claims (11)
- Verfahren zum Herstellen eines MEMS-Bauelements mit den Schritten: Bereitstellen eines MEMS-Chips (1) mit einer Vorderseite (V) und einer Rückseite (R), wobei die an der Vorderseite (V) des MEMS-Chips (1) gelegene Chipkante (K) eine Anschrägung (B) aufweist; Anbringen des MEMS-Chips (1) über die Rückseite (R) auf einem Trägersubstrat (T); Aufbringen einer elastischen Folie (FO) auf die Vorderseite (V), welche die Vorderseite (V) seitlich überragt; Verformen des die Vorderseite (V) überragenden Bereichs der elastischen Folie (FO) mittels eines Presswerkzeugs (PR) derart, dass der überragende Bereich der elastischen Folie (FO) auf das Trägersubstrat (T) zum Ausbilden einer Abdichtung für den MEMS-Chip (1) aufgebracht wird, wobei der überragende Bereich über die Anschrägung (B) geführt wird; und Aufbringen einer Moldmasse (MO) zwischen die verformte elastische Folie (FO) und das Trägersubstrat (T).
- Verfahren nach
Anspruch 1 , wobei die elastische Folie (FO) mittels eines Stempelwerkzeuges (ST) auf die Vorderseite (V) aufgebracht wird und während des Verformens durch das Stempelwerkzeug (ST) an die Vorderseite (V) angepresst wird. - Verfahren nach
Anspruch 1 oder2 , wobei die Anschrägung (B) einen Winkel (a) im Bereich 15° bis 75°, vorzugsweise 45°, zur Vorderseite (V) aufweist. - Verfahren nach
Anspruch 1 ,2 oder3 , wobei die Folie (FO) eine thermoplastische Polymerfolie ist. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Aufbringen der Moldmasse (MO) bei einer Temperatur zwischen 150 °C und 200 °C, vorzugsweise bei 175 °C erfolgt und die Folie (FO) bei dieser Temperatur temperaturstabil ist.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anschrägung (B) umlaufend an der Chipkante (K) gebildet wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anschrägung (B) mittels eines Sägeprozesses gebildet wird.
- MEMS-Bauelement mit: einem MEMS-Chip (1) mit einer Vorderseite (V) und einer Rückseite (R), wobei die an der Vorderseite (V) des MEMS-Chips (1) gelegene Chipkante (K) eine Anschrägung (B) aufweist; wobei der MEMS-Chips (1) über die Rückseite (R) auf einem Trägersubstrat (T) angebracht ist; einer auf die Vorderseite (V) aufgebrachten elastischen Folie (FO), welche die Vorderseite (V) seitlich überragt, wobei der die Vorderseite (V) überragende Bereichs der elastischen Folie (FO) derart verformt ist, dass der überragende Bereich der elastischen Folie (FO) auf das Trägersubstrat (T) zum Ausbilden einer Abdichtung aufgebracht ist, wobei der überragende Bereich über die Anschrägung (B) geführt ist; und einer auf die verformte elastische Folie (FO) aufgebrachten Moldmasse (MO).
- MEMS-Bauelement nach
Anspruch 8 , wobei die Anschrägung (B) einen Winkel (a) im Bereich 15° bis 75°, vorzugsweise 45°, zur Vorderseite (V) aufweist. - MEMS-Bauelement nach
Anspruch 8 oder9 , wobei die Folie (FO) eine thermoplastische Polymerfolie ist. - MEMS-Bauelement nach einem der
Ansprüche 8 bis10 , wobei die Anschrägung (B) umlaufend an der Chipkante (K) gebildet ist.
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