DE102017203432B4

DE102017203432B4 - 4Verfahren zum Herstellen eines MEMS-Bauelements und entsprechendes MEMS-Bauelement

Info

Publication number: DE102017203432B4
Application number: DE102017203432.7A
Authority: DE
Inventors: Thomas Klaus; Eckart Schellkes
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-03-02
Filing date: 2017-03-02
Publication date: 2019-09-05
Anticipated expiration: 2037-03-03
Also published as: DE102017203432A1

Abstract

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), wobei die von der Folie (FO) umschlossenen Bereiche des MEMS-Chips (1) frei von der Moldmasse (MO) bleiben.

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 beschreibt ein thermisches Tiefziehen einer thermoelastischen Folie über einem abzudichtenden Objekt, wie z.B. einem Glas oder einem Silizium-Bauelement.
Aus der Schrift DE 10 2015 116 152 A1 ist ein folienunterstützter Formvorgang zum Umhüllen eines Halbleiterchips auf einen Leiterrahmen bekannt.
Aus der Schrift US 2006/0049527 A1 ist ein Aufbau einer elektronischen Komponenten mittels mikromechanischer und mikroelektronischer Techniken bekannt, bei dem eine Leitungsschicht über mehrere Stufen des Aufbaus aus verschiedenen Komponenten aufgebracht wird.
Aus der Schrift DE 10 2014 114 014 A1 ist der Aufbau eines Drucksensor-Packages bekannt, bei dem ein Drucksensorchip mittels eines Formwerkzeugs zwischen zwei Folien eingepresst wird. Hierzu wird seitlich ein Formmaterial eingeführt, welches unterzusätzlicher Wärem und Druck in die Form gewzungen wird, bis das Material aushärtet.
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, wobei 4b) eine Vergrößerung des Ausschnitts A in 4a) 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 zwar 1a) in vertikalem Querschnitt und 1b) 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 zwar 1a) in vertikalem Querschnitt und 1b) in vergrößerter perspektivischer Darstellung.
In 1a) bezeichnet Bezugszeichen 1 einen 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, welche beispielsweise mittels eines Bevel-Cut-Sägeverfahrens hergestellt worden ist. Der Winkel α der Anschrägung B liegt typischerweise im Bereich von 15° bis 75°, vorzugsweise bei 45°, bezüglich der Vorderseite V.
Die Anschrägung B, welche in 1b) perspektivisch dargestellt ist, kann je nach Anwendungsfall entweder umlaufend oder nur in einem bestimmten Bereich des MEMS-Chips 1 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, wobei 2d) eine Vergrößerung des Ausschnitts A in 2c) zeigt.
Gemäß 2a) wird der MEMS-Chip 1 gemäß 1a), b) mittels eines Klebematerials KL auf ein Trägersubstrat T über seine Rückseite R aufgebracht. Auch im vorliegenden Fall weist das Trägersubstrat T im Bereich der Aufbringung des MEMS-Chips 1 eine optionale Vertiefung VT auf.
Weiter mit Bezug auf 1b) wird über ein Stempelwerkzeug ST mittels Vakuumansaugung eine elastische Folie FO aus Polymermaterial auf die Vorderseite V des MEMS-Chips 1 aufgebracht, welche die Vorderseite V seitlich überragt. Seitlich durch einen Spalt SP vom Stempelwerkzeug ST beabstandet wird dann ein Presswerkzeug PR auf die Folie FO aufgebracht.
In einem anschließenden Prozessschritt erfolgt mit Bezug auf 2c), d) dann ein Verformen des die Vorderseite V überragenden Bereichs der elastischen Folie FO mittels des Presswerkzeugs PR derart, dass der überragende Bereich der elastischen Folie FO auf das Trägersubstrat in der Peripherie der Vertiefung VT zum Ausbildung einer Abdichtung aufgebracht wird. Dabei wird der überragende Bereich über die Anschrägung B der Chipkante K geführt. Während des Verformens wird die Folie FO mittels des Stempelwerkzeugs ST an die Vorderseite V angepresst.
Den Prozesszustand nach dem Verformen zeigen 2c), 2d). Wie bei dem in Bezug auf 4a),b) beschriebenen Beispiel wird bei dem Verformen die Dicke F der Folie FO zur Dicke F' reduziert, allerdings weniger stark aufgrund des Vorsehens der Anschrägung B.
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 Stempelwerkzeug ST und Presswerkzeug ST, in dem z.B. mittels eines Transfermoldprozesses zwischen Folie FO und Trägersubstrat T das Moldcompound MO eingespritzt wird. Die von der Folie FO umschlossenen Bereiche des MEMS-Chips 1 und der Bereich unterhalb des Stempelwerkzeuges ST bleiben dadurch frei von Moldcompund MO. Das Aufbringen der Moldmasse MO erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 150°C und 200°C, vorzugsweise bei 175°C, wobei die die Folie FO bei dieser Temperatur stabil ist. Somit kann die verformte elastische Folie FO im Mold-Schritt als Abdichtung und mechanischer Schutz für den MEMS-Chip 1 dienen. Das Presswerkzeug PR, das in 2e) 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 Stempelwerkzeugs ST, wird die Folie FO 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 Winkel α, der für den Bevel-Cut gewählt wird, hängt von den Platzverhältnissen auf der Oberfläche des Trägersubstrats T und der Dicke C des Chips ab. Allgemein kann bei dünneren MEMS-Chips 1 ein flacherer bzw. kleinerer Winkel α gewählt werden.

Claims

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), wobei die von der Folie (FO) umschlossenen Bereiche des MEMS-Chips (1) frei von der Moldmasse (MO) bleiben.
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 oder 2, wobei die Anschrägung (B) einen Winkel (α) im Bereich 15° bis 75°, vorzugsweise 45°, zur Vorderseite (V) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, 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 zwischen die verformte elastische Folie (FO) und das Trägersubstrat (T) aufgebrachten Moldmasse (MO), wobei die von der Folie (FO) umschlossenen Bereiche des MEMS-Chips (1) frei von der Moldmasse (MO) sind.
MEMS-Bauelement nach Anspruch 8, wobei die Anschrägung (B) einen Winkel (α) im Bereich 15° bis 75°, vorzugsweise 45°, zur Vorderseite (V) aufweist.
MEMS-Bauelement nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Folie (FO) eine thermoplastische Polymerfolie ist.
MEMS-Bauelement nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Anschrägung (B) umlaufend an der Chipkante (K) gebildet ist