DE102018102961A1 - Bauteilanordnung, Package und Package-Anordnung sowie Verfahren zum Herstellen - Google Patents

Bauteilanordnung, Package und Package-Anordnung sowie Verfahren zum Herstellen Download PDF

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Abstract

Die Offenbarung betrifft eine Bauteilanordnung, mit einem Trägersubstrat; einem Abstandshalter, welcher auf dem Trägersubstrat einen Bauraum umgebend angeordnet ist und auf einer von dem Trägersubstrat abgewandten Seite eine Austrittsöffnung aufweist; einem optischen Bauelement, welches in dem Bauraum angeordnet ist; einer Kontaktverbindung, die das optische Bauelement mit außenliegenden Kontakten elektrisch leitend verbindet, die außerhalb des Bauraums angeordnet sind; einem Decksubstrat, welches auf dem Abstandshalter angeordnet und mit dem die Austrittsöffnung lichtdurchlässig abgedeckt ist; und einer lichtreflektierenden Fläche, die an einem anisotrop geätzten Siliziumbauteil gebildet und in dem Bauraum als geneigte Fläche mit einem Winkel von etwa 45° zu der dem Bauraum zugewandten Oberfläche des Trägersubstrats angeordnet ist, derart, dass in horizontaler Richtung auf die lichtreflektierende Fläche eingestrahltes Licht in vertikaler Richtung durch die Öffnung und das Decksubstrat abstrahlbar ist und umgekehrt. Weiterhin sind ein Verfahren zum Herstellen einer Bauteilanordnung sowie ein Package, eine Package-Anordnung und Verfahren zur Herstellung bereitgestellt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Bauteilanordnung, ein Package und eine Package-Anordnung sowie Verfahren zum Herstellen.
  • Hintergrund
  • In Verbindung mit den Bauteilanordnungen ist es bekannt, Bauteile oder Bauelemente, beispielsweise optische Bauelemente, die Licht abgeben oder absorbieren, in einem Gehäuse anzuordnen. Die Bauteilanordnung kann verwendet werden, um ein Package herzustellen.
  • Ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Bauteilanordnung ist beispielsweise aus dem Dokument WO 2011 / 035783 A1 bekannt. Auf einem Trägersubstrat wird ein Abstandshalter angeordnet derart, dass der Abstandshalter einen Bauraum umgibt, in dem ein Bauelement angeordnet wird. Der Bauraum wird verschlossen in dem auf dem Abstandshalter ein Decksubstrat angeordnet wird. Mit dem Decksubstrat kann eine lichtdurchlässige Austrittsöffnung bereitgestellt sein, durch die hindurch Licht abgegeben oder empfangen werden kann. Dem Bauraum zugewandte Wandflächen des Abstandshalters können mit einer Metallisierung versehen sein, um eine lichtreflektierende Verspiegelung bereitzustellen.
  • Dokument WO 2016 / 055520 A1 beschreibt das Herstellen eines Packages für ein Laserbauelement mit einem Gehäuse, das einen Träger umfasst, der eine Kavität mit einer Bodenfläche und einer Seitenwand aufweist. Die Kavität weitet sich ausgehend von der Bodenfläche auf. In der Kavität ist ein Laserchip an der Bodenfläche angeordnet, dessen Emissionsrichtung parallel zu der Bodenfläche orientiert ist. In der Kavität ist außerdem ein reflektierendes Element angeordnet, das an einer Kante zwischen der Bodenfläche und der Seitenwand anliegt. Eine reflektierende Oberfläche des reflektierenden Elements schließt mit der Bodenfläche der Kavität einen Winkel von 45Grad ein. Die Emissionsrichtung schließt mit der reflektierenden Oberfläche des reflektierenden Elements ebenfalls einen Winkel von 45Grad ein.
  • Bauteilanordnung ist weiterhin aus dem Dokument WO 2017 / 149573 A1 bekannt.
  • Im Dokument US 7 177 331 B2 ist eine Laserdiode in einem sogenannten TO-Gehäuse verbaut.
  • Zusammenfassung
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bauteilanordnung, ein Package sowie eine Package-Anordnung und Verfahren zum Herstellen anzugeben, mit denen eine verbesserte Lichtleitung oder -umlenkung von Lichtstrahlen in einem Bauraum mit einem optischen Bauelement bereitgestellt ist.
  • Zur Lösung sind eine Bauteilanordnung, ein Package sowie eine Package-Anordnung nach den unabhängigen Ansprüchen 1, 11 und 13 geschaffen. Weiterhin sind Verfahren zum Herstellen einer Bauteilanordnung, eines Packages sowie einer Package-Anordnung nach den unabhängigen Ansprüchen 10, 14 und 15 geschaffen.
  • Nach einem Aspekt ist eine Bauteilanordnung geschaffen, die Folgendes aufweist: ein Trägersubstrat, einen Abstandshalter, welcher auf dem Trägersubstrat einen Bauraum umgebend angeordnet ist und auf einer von dem Trägersubstrat abgewandten Seite eine Austrittsöffnung aufweist; ein optisches Bauelement, welches in dem Bauraum angeordnet ist; eine Kontaktverbindung, die das optische Bauelement mit außenliegenden Kontakten elektrisch leitend verbindet, die außerhalb des Bauraums angeordnet sind; ein Decksubstrat, welches auf dem Abstandshalter angeordnet und mit dem die Austrittsöffnung lichtdurchlässig abgedeckt ist; und einer lichtreflektierenden Fläche, die an einem anisotrop geätzten Siliziumbauteil gebildet und in dem Bauraum als geneigte Fläche mit einem Winkel von etwa 45Grad zu der dem Bauraum zugewandten Oberfläche des Trägersubstrats angeordnet ist, derart, dass in horizontaler Richtung auf die lichtreflektierende Fläche eingestrahltes Licht in vertikaler Richtung durch die Öffnung und das Decksubstrat abstrahlbar ist und umgekehrt.
  • Nach weiteren Aspekten sind ein Package mit einer Bauteilanordnung und einem Gehäuse, in welchem die Bauteilanordnung aufgenommen ist, sowie eine Package-Anordnung geschaffen, die eine flächige Anordnung von mehreren Packages aufweist.
  • Ein weiterer Aspekt bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Bauteilanordnung mit den folgenden Schritten: Herstellen eines anisotrop geätzten Siliziumbauteils aus einem Silizium-Einkristall mittels anisotropen Ätzen, wobei der Silizium-Einkristall hierbei um etwa 9,7Grad zur 100-Kristallorientierung geneigt wird, derart, dass eine 111-Kristallebene mit einer Schräge von etwa 45 Grad gebildet wird; und Herstellen einer Bauteilanordnung unter Verwendung des anisotrop geätzten Siliziumbauteils, wobei mit der 111-Kristallebene mit der Schräge von etwa 45 Grad in der Bauteilanordnung eine lichtreflektierende Fläche gebildet wird.
  • Nach zusätzlichen Aspekten sind ein Verfahren zum Herstellen eines Packages sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Package-Anordnung geschaffen, wobei das Package / die Package-Anordnung im Nutzen, beispielsweise mittels Wafer Level Packaging hergestellt wird.
  • Mit Hilfe der vorgeschlagenen Technologie ist es ermöglicht, in dem in der Bauteilanordnung bereitgestellten Bauraum in horizontaler Richtung verlaufende Lichtstrahlen an der etwa 45 Grad geneigten lichtreflektierenden Fläche umzulenken in die horizontale Richtung, und umgekehrt. Von dem optischen Bauelement abgegebenes Licht kann so aus der horizontalen Richtung in die vertikale Richtung umgelenkt werden, um die Lichtstrahlen durch die Austrittsöffnung hindurch abzugeben. Umgekehrt kann in vertikaler Richtung durch die Austrittsöffnung einfallendes Licht an der lichtreflektierenden Fläche in die horizontale Richtung umgelenkt werden. Die lichtreflektierende Fläche ist mit dem anisotrop geätzten Siliziumbauteil als Oberfläche dieses Siliziumbauteils bereitgestellt.
  • Das optische Bauteil kann als lichtimitierendes oder lichtabsorbierendes Bauteil ausgebildet sein, beispielsweise als lichtimitierende Diode oder lichtabsorbierende Fotodiode, zum Beispiel Avalanche-Photodiode oder Laserdiode.
  • Das lichtemittierende Bauteil kann Lichtstrahlen in gerichteter und gebündelter Form abgebend ausgeführt sein, zum Beispiel in Form von im Wesentlichen gerichteter Laserstrahlung mit zentrischer Abgabe des Intensitätsmaximums mit wahlweise vorhandener Strahlendivergenz (Strahienaufweitung).
  • Die vorgeschlagene Technologie ermöglicht es, das optische Bauelement in dem Bauraum derart anzuordnen, dass der Austritt der abgegebenen Lichtstrahlen oder der Eintritt der zu empfangenen Lichtstrahlen in vertikaler Richtung erfolgen kann. Um Lichtstrahlen in vertikaler Richtung (in Bezug auf die Oberfläche des Trägersubstrats) abzugeben, ist es im Unterschied zum Stand der Technik nicht notwendig, das optische Bauelement in dem Bauraum aufrechtstehend anzuordnen, wie dies im Stand der Technik vorgesehen ist (vergleiche zum Beispiel US 7 177 331 B2 ). Mit Hilfe der vorgeschlagenen Technologie kann die Bauhöhe der Bauteilanordnung reduziert und die Montage vereinfacht werden.
  • Die Kontaktverbindung kann eine Durchkontaktierung durch das Trägersubstrat hindurch aufweisen, wobei die außenliegenden Kontakte auf der Unterseite des Trägersubstrats angeordnet sein können.
  • Es kann eine seitlich aus dem Bauraum heraus geführte Kontaktverbindung vorgesehen sein, beispielsweise auf der dem Bauraum zugewandten Oberfläche des Trägersubstrats, insbesondere derart, dass die seitlich herausgeführte Kontaktverbindung zwischen Trägersubstrat und Abstandshalter hindurch gebildet sind. Die Kontaktverbindung kann mehrere einzelne Kontaktverbindungen umfassen.
  • Eine Auflagefläche des anisotrop geätzten Siliziumbauteils kann im Wesentlichen parallel zu der dem Bauraum zugewandten Oberfläche des Trägersubstrats verlaufen. Bei dieser Ausführungsform ist die lichtreflektierende Fläche mit einem Winkel von etwa 45 Grad zur Auflagefläche geneigt.
  • Das anisotrop geätzte Siliziumbauteil kann in dem vom Abstandshalter umgebenen Bauraum angeordnet sein. Hierbei kann das anisotrop geätzte Siliziumbauteil, an dem die lichtreflektierende Fläche bereitgestellt ist, in dem Bauraum getrennt und beabstandet von dem Abstandshalter angeordnet sein, insbesondere derart, dass zwischen dem anisotrop geätzten Siliziumbauteil und dem Abstandshalter, welcher dem Bauraum umgibt, kein Berührungskontakt besteht.
  • Mit dem anisotrop geätzten Siliziumbauteil kann der Abstandshalter zumindest teilweise gebildet sein. Bei dieser alternativen Ausgestaltung bildet das anisotrop geätzte Bauteil den Abstandshalter teilweise oder vollständig. Es kann in einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass der den Bauraum umgebende Abstandshalter den Bauraum umlaufend vollständig aus dem anisotrop geätzten Siliziumbauteil gebildet ist, beispielsweise als einstückiges anisotrop geätztes Siliziumbauteil. Bei den verschiedenen Ausführungsformen weist eine dem Bauraum zugewandte Innenwandfläche des Abstandshalters zumindest im Bereich der lichtreflektierenden Fläche eine Neigung von etwa 45 Grad auf. Bei dieser oder anderen Ausführungsformen kann der Abstandshalter als einstückiger Rahmen gebildet sein, der den Bauraum umlaufend umgibt.
  • Eine erste Wandfläche des Abstandshalters, die dem Bauraum zugewandt und außerhalb eines Bereichs mit der lichtreflektierenden Fläche angeordnet ist, kann zur vertikalen Richtung mit einem ersten von 45 Grad verschiedenen Winkel geneigt sein. Während die dem Bauraum zugewandte Wandfläche des Abstandshalters im Bereich der lichtreflektierenden Fläche eine Neigung von etwa 45 Grad aufweist, ist die erste Wandfläche außerhalb des Bereichs mit der lichtreflektierenden Fläche um einen hiervon verschiedenen Winkel geneigt, der beispielsweise etwa 64,5 Grad beträgt. Die erste Wandfläche des Abstandshalters kann der lichtreflektierenden Fläche gegenüberliegend angeordnet sein.
  • Eine zweite, von der ersten verschiedene Wandfläche des Abstandshalters, die dem Bauraum zugewandt und außerhalb des Bereichs mit der lichtreflektierenden Fläche angeordnet ist, kann zur vertikalen Richtung mit einem zweiten von 45 Grad verschiedenen Winkel geneigt sein, welcher von dem ersten Winkel verschieden ist. Die erste / oder die zweite Wandfläche, welche einen von 45 Grad verschiedenen Neigungswinkel aufweisen, können in einem vom anisotrop geätzten Siliziumbauteil gebildeten Abschnitt des Abstandshalters oder außerhalb eines solchen Abschnitts angeordnet sein. Der zweite Winkel kann beispielsweise etwa 55,3 Grad betragen. Die zweite Wandfläche kann in einem Abschnitt des Abstandshalters angeordnet sein, der an die lichtreflektierende Fläche und / oder die erste Wandfläche grenzt. Aneinander gegenüberliegende Wandflächen können mit dem zweiten Neigungswinkel ausgebildet sein. Alternativ hierzu können die von 45 Grad verschiedenen Wandflächen auch mit anderen Winkeln ausgeführt sein.
  • Der Abstandshalter kann mittels des anisotrop geätzten Siliziumbauteils als einstückiger oder mehrstückiger Rahmen gebildet sein, welcher den Bauraum umlaufend vollständig umgibt. In Aufsicht kann der Rahmen eine Trapezform aufweisen. Die Öffnungswinkel (in Eckbereichen) auf der Seite mit der 45 Grad Spiegelebene können jeweils etwa 83,2 Grad betragen. An der gegenüberliegenden Seite betragen die Winkel jeweils etwa 96,8 Grad. Es kann eine Bauform vorgesehen sein, bei der in dem anisotrop geätzten Siliziumbauteil mehrere Öffnungen dieser Bauart vorgesehen sind, die jeweils einen getrennt gebildeten Bauraum zur Aufnahme eines oder mehrerer optischen Bauelemente ausgebildet sind.
  • Das Decksubstrat kann den Bauraum zumindest teilweise ausfüllen. Das Decksubstrat kann den Bauraum teilweise oder vollständig ausfüllen. Beispielsweise kann als Decksubstrat Epoxidharz oder Silikon in den Bauraum eingebracht werden. Alternativ ist der Bauraum frei vom Decksubstrat, wobei der Bauraum dann als Hohlraum ausgeführt sein kann, in welchem das optische Bauelement angeordnet ist. Insbesondere ein Abschnitt des Hohlraums unterhalb der Austrittsöffnung kann frei vom Decksubstrat sein.
  • Die lichtreflektierende Fläche kann eine oberflächenseitige Verspiegelung aufweisen. Die oberflächenseitige Verspiegelung kann beispielsweise mit Hilfe einer Metallisierung oder eines dielektrischen Spiegels hergestellt sein.
  • Das optische Bauelement kann einen seitlichen optischen Ausgang / Eingang aufweisen, durch den Licht in horizontaler Richtung austreten / eintreten kann. Die Umlenkung einfallender oder austretender Lichtstrahlen erfolgt an der lichtreflektierenden Fläche, derart, dass eine Umlenkung zwischen horizontaler und vertikaler Richtung oder umgekehrt erfolgt. Ist das optische Bauelement als lichtemittierende Diode ausgeführt, treten die abgegebenen Lichtstrahlen durch einen seitlichen optischen Ausgang aus. Im Fall der Ausbildung des optischen Bauelements als Fotodiode treten die einfallenden Lichtstrahlen in horizontaler Richtung durch einen seitlichen optischen Eingang ein, beispielsweise ein Eintrittsfenster.
  • Das optische Bauelement kann auf einem Submount angeordnet sein, welches auf dem Trägersubstrat angeordnet ist. Der Submount kann beispielsweise aus Siliziumcarbit oder Aluminiumnitrid gebildet sein.
  • Beim Verfahren zum Herstellen der Bauteilanordnung kann vorgesehen sein, das anisotrop geätzte Siliziumbauteil mittels nasschemischen Ätzen herzustellen, beispielsweise mittels Ätzen mit Kalilauge (KOH). Eine weitere geeignete Ätzlösung für das anisotrope Ätzen von Silizium ist zum Beispiel Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH).
  • Zum Herstellen des Packages und / oder zum Herstellen der Package-Anordnung kann vorgesehen sein, hierfür das Packaging im Nutzen oder im Wafer-Level zu verwenden.
  • Beim Herstellen unter Verwendung von Wafer Level Prozessen können ein oder mehrere umlaufende Siliziumrahmen, ganze Kappensubstrate und / oder ein einzelnes oder mehrere Elemente mit einer um 45 Grad geneigten Reflexionsfläche im Wafer-Level hergestellt werden. Vorteil ist, dass im Wafer-Level viele Bauteile/ Kappen gleichzeitig hergestellt werden können. Die einzelnen Kappen für die Häusung entstehen nach Vereinzelung, zum Beispiel durch Sägen des Kappensubstrats. Die Häusung des Bauelements kann erfolgen, indem eine vereinzelte Kappe auf einem Board aufgebracht wird, auf dem ein Chip oder Bauelement vormontiert ist. Die Bauelemente können auch in einem Nutzen vormontiert sein, d.h., dass auf einem Trägersubstrat bereits mehrere Bauelemente montiert sind, die dann durch das Aufbringen von Einzelkappen oder Kappenarrays (vereinzelter Nutzen mit mehreren Kappenstrukturen aus einem im Wafer-Level hergestellten Kappensubstrat) gehäust werden.
  • Wafer-Level-Packaging in der hier verwendeten Bedeutung bezieht sich dann darauf, alle Bauteile auf einem Wafer in einem Schritt mit einem Decksubstrat in Waferform zu packen („packagen“). Zum Beispiel kann das der Fall sein, wenn auf einem durchkontaktierten Substrat, zum Beispiel einem Siliziumsubstrat in Waferform, Bauelemente komplett vormontiert sind und dann mittels Aufbonden eines Kappen-Wafers alle Bauteile zugleich gehäust werden. Einzelne Packages entstehen dann durch anschließendes Vereinzeln des Verbunds.
  • In Verbindung mit dem Package kann vorgesehen sein, dass in Bezug auf das Gehäuse, in welchem die Bauteilanordnung aufgenommen ist, mit Blick auf eine Gehäuseoberseite im Wesentlichen im Bereich der Austrittsöffnung / Eintrittsöffnung Licht mittig austritt oder eintritt. Hierdurch ist für das Package eine im Wesentlichen mittige Lichtemission / Lichtabsorption realisiert.
  • Das Decksubstrat kann zum Beispiel aus Borosilikatglas wie Bofofloat33 oder Mempax der Schott AG, Quarzglas, Saphirglas oder auch anderen Gläsern wie AF32, D263T, BK7 oder B270 der Schott AG; Eagle XG oder Pyrex von Corning; SD2 von Hoya oder auchEN-A1 von Asahi bestehen. Das Decksubstrat kann aber auch aus Silizium oder Germanium gebildet sein, zum Beispiel bei Anwendungen im IR-Bereich. Das Decksubstrat kann zusätzlich eine Substratbeschichtung aufweisen, zum Beispiel eine Antireflexions-Beschichtung. Die Beschichtungen können für verschiedene Wellenlängenbereiche ausgelegt und einseitig oder beidseitig ausgeführt sein. Es können auch Filterbeschichtungen und / oder für verschiedene Wellenlängenbereiche blickdichte Aperturstrukturen vorgesehen sein.
  • Des Weiteren kann in einer Ausführungsform die Integration von optischen Elementen vorgesehen sein, zum Beispiel, Linsen auf dem Decksubstrat. Hier kommen beispielweise konvexe Linsen aus Polymer, glasartigen Materialien, Silizium oder Germanium in Frage. Auch ist der Einsatz von mikrostrukturierten Fresnel-Linsen möglich.
  • Im Trägersubstrat sind eine oder mehrere Durchkontaktierungen für den elektrischen Kontakt des optischen Bauelements vorgesehen. Die rückseitigen Kontakte ermöglichen die spätere Montage in der SMD-Bauweise, zum Beispiel durch Zinn / Silber Schwalllöten oder das Montieren mit elektrisch leitfähigen Klebern.
  • Das Trägersubstrat kann beispielsweise aus Silizium, Keramiken wie zum Beispiel Aluminiumnitrid, Siliziumcarbid, Aluminiumoxid, LTTC-Keramik (Low Temperature Cofired Ceramics) oder HTCC-Keramik (High Temperature Cofired Ceramics), Glas oder DBC (Direct Bonded Copper) Substraten bestehen. Des Weiteren kann der Einsatz von Metallsubstraten, zum Beispiel IMS (Insulated Metal Substrate) aus Kupfer, Aluminium oder anderen Metallen vorgesehen sein. Auch die Verwendung von Trägersubstraten aus Kunststoffen wie beispielsweise FR4 ist denkbar.
  • Eine Verbindung von Abstandshalter und Trägersubstrat kann zum Beispiel über einen Lotbond bevorzugt über einen eutektischen Bond erfolgen. Hierzu ist auf dem Trägersubstrat oder der Rückseite des Abstandshalters eine Metallkombination in bevorzugt eutektischer Zusammensetzung aufgebracht, zum Beispiel Gold und Zinn, Kupfer und Zinn, Gold und Germanium, Zinn und Silber, Gold und Indium, Kupfer und Silber oder Gold und Silizium, die in einem Lötprozess eine eutektische Verbindungsphase bildet und Abstandshalter mit Trägersubstrat verbindet. Abstandshalter und Trägersubstrat werden für den Lötprozess mit einer entsprechenden Grundmetallisierung versehen. Die Metallkombination für das eutektische Fügen kann beispielsweise als Pre-Form bereitgestellt werden. Alternativ kann die Metallkombination als Paste oder galvanisch auf einen der Fügepartner aufgebracht werden.
  • Es kann vorgesehen sein, zum Beispiel bei dünnen Metalllagen, unter der eigentlichen Verbindungsphase einen sogenannten Legierungsstopp anzuordnen. So eignen sich hierfür beispielsweise für das eutektische Fügen von Gold und Zinn Schichten aus Platin oder Nickel oder auch Legierungen aus Chrom und Nickel.
  • Unter Ausnutzung sehr hoher Oberflächengüten von Ra < 1nm kann auch ein direktes Bondverfahren zum Einsatz kommen. Dies kann ein direkter Fusionbond sein, der bezogen auf den Oberflächencharakter der Bondpartner hydrophob oder hydrophil ausgeführt ist. Die beiden Bondpartner werden zunächst über einen Pre-Bond durch van-der-Waals-Bindungen miteinander verbunden. Durch einen anschließenden Temperschritt bilden sich dann im Bondinterface kovalente Bindungen aus. Der Fusionbond kann auch plasmaaktiviert ausgeführt sein. Damit ist es möglich, die Temperaturbelastung beim Tempern deutlich zu reduzieren. Als weiteres direktes Bondverfahren kann ein anodisches Bonden vorgesehen sein.
  • Alternativ zu den beschriebenen Verfahren ist auch ein reaktiver Bondprozess nutzbar. Bei einem reaktiven Bond wird ein Metallstapel aus wechselnden Schichten aufgebracht. Dieser Metallstapel kann durch zum Beispiel Abscheideverfahren wie Sputtern oder in Form von Folien bereitgestellt sein. Ein elektrischer oder ein laserinduzierter Puls führt kurzfristig zu Erzeugung einer hochthermischen Reaktion, die die beiden Bondpartner miteinander „verschweißt“. Bei den Metallschichten handelt es sich um Bilayer-Perioden, zum Beispiel aus Palladium und Aluminium oder aus Kupferoxid und Aluminium.
  • Des Weiteren kommt solid-liquid Interdiffusions-Bonden in Frage, zum Beispiel aus Metallkombinationen von Gold und Indium, Gold und Zinn oder auch Kupfer und Zinn. Bei diesem Verfahren ist der Bondprozess während eines Temperschritts durch die Diffusion des einen Bondpartners in den anderen bestimmt. Die eigentliche Verbindungsphase widersteht dann später höheren Temperaturen. Ferner können dauerhafte Verbindungen mittels Fügen von beispielsweise Gold mit Gold, Kupfer mit Kupfer oder auch Aluminium mit Aluminium mittels (beispielsweise) Thermo-Kompressionsbonden hergestellt werden. Es kann auch Glas-Frit-Bonden vorgesehen sein.
  • Im Falle von transparenten Substraten kann bei entsprechender Oberflächengüte der Fügeflächen ein Laser-Welding-Verfahren zur Verbindung von Trägersubstrat und Abstandshalter eingesetzt werden. Denkbar ist auch die Verwendung von Epoxidharzen, Silikonen oder anderen Klebstoffen.
  • Für die Verbindung von Abstandshalter und Decksubstrat kann zum Beispiel ein direktes Bondverfahren zum Einsatz kommen. Solche Verfahren sind zum Beispiel der anodische Bond oder ein Fusionbond. Auch kann reaktives Bonden oder ein Klebebond zum Einsatz kommen. Des Weiteren kommt auch hier solid-liquid Interdiffusions-Bonden in Frage. Für das Fügen von Abstandshalter und Decksubstrat ist zudem das Laser-Welding geeignet. Hierbei werden zwei Substrate in einen „optischen Kontakt“ gebracht und dann mit einem Laser verschweißt. Es ist denkbar, alle zuvor genannten Fügeverfahren für Abstandshalter und Trägersubstrat ebenfalls für die Fügung von Abstandshalter und Decksubstrat zu nutzen.
  • Die im Zusammenhang mit der Bauteilanordnung beschriebenen Ausführungsformen können in Verbindung mit dem Verfahren zum Herstellen der Bauteilanordnung entsprechend vorgesehen sein.
  • Figurenliste
  • Im Folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
    • 1 eine Bauteilanordnung, bei der ein optisches Bauelement in einem Bauraum angeordnet und über eine Kontaktverbindung durch ein Trägersubstrat mit außenliegenden Kontakten verbunden ist;
    • 2 eine Bauteilanordnung, bei der ein optisches Bauelement in einem Bauraum angeordnet und über eine seitlich herausführende Kontaktverbindung mit außenliegenden Kontakten verbunden ist;
    • 3 eine schematische Darstellung einer Bauteilanordnung, bei der der Bauraum mit dem optischen Bauelement mit einem Decksubstrat verfüllt ist;
    • 4 eine schematische Darstellung einer Bauteilanordnung, bei der mit dem den Bauraum mit dem optischen Bauteil verfüllenden Decksubstrat eine Mantelung gebildet ist;
    • 5 eine schematische Darstellung einer Bauteilanordnung, bei der in dem Bauraum eine lichtreflektierende Fläche mittels eines anisotrop geätzten Siliziumbauteils bereitgestellt ist, welches beabstandet von einem Abstandshalter in dem Bauraum angeordnet ist;
    • 6 eine schematische Darstellung eines als Rahmen ausgebildeten Abstandshalters, der von einem anisotrop geätzten Siliziumbauteil gebildet ist;
    • 7 eine lichtmikroskopische Aufsicht einer geätzten Rahmenstruktur, bei der eine Maskierungsöffnung für einen anisotropen nasschemischen Ätzprozess mit einer Kompensationsstruktur gewählt ist;
    • 8 eine schematische Darstellung eines Schnitts eines Wafers mit mehreren Öffnungen, die jeweils zum Ausbilden einer Bauteilanordnung nutzbar sind, um ein Kappenarray herzustellen;
    • 9 eine schematische Darstellung von Abstandshaltern, die jeweils mit einem anisotrop geätzten Siliziumbauteil gebildet sind, wobei eine mittige Positionierung von Spiegelfläche in einer Rahmengeometrie einen zentrischen Austritt / Eintritt des Lichts erlaubt;
    • 10 eine schematische Darstellung einer Anordnung mit einem von einem anisotrop geätzten Siliziumbauteil gebildeten Abstandshalter, auf dem ein Decksubstrat angeordnet ist, wobei der Abstandshalter auf einer Unterseite eine rückseitige strukturierte Bondfläche aufweist, zum Beispiel eine Metallisierung;
    • 11 eine schematische Darstellung einer Anordnung, bei der der lichtreflektierenden Fläche gegenüberliegend ein Abschnitt einer Glasfaser zur Lichteinkopplung / -auskopplung angeordnet ist.
    • 12 eine schematische Darstellung einer Anordnung, bei der zwei einzelne Spiegelelemente in einem Gehäuse angeordnet sind;
    • 13 eine schematische Darstellung zweier Bauteile, die im Nutzen oder mittels Wafer-Level-Packaging gefertigt worden sind;
    • 14 eine schematische Darstellung einer Anordnung, bei der der Bauraum durch ein Abstandselement gebildet wird, welches einen Flankenwinkel der Spiegelflächen von etwa 54,7Grad aufweist;
    • 15 eine schematische Darstellung eines Bauteils, bei dem das Abstandselement und das Trägersubstrat aus einem Stück gefertigt und die Durchkontakte mittels eines Trockenätzverfahrens bereitgestellt sind;
    • 16 eine schematische Darstellung eines Bauteils, bei dem das Abstandselement und das Trägersubstrat aus einem Stück gefertigt und die Durchkontakte mittels eines nasschemischen Ätzverfahrens bereitgestellt sind;
    • 17 eine schematische Darstellung eines Bauteils, bei welchem die Wände des Bauraums in etwa senkrecht mit Ausnahme einer 45Grad Spiegelebene ausgebildet sind;
    • 18 eine schematische Darstellung einer Bauteilanordnung, bei der auf dem Decksubstrat eine Linse angeordnet ist;
    • 19 eine schematische Darstellung einer Bauteilanordnung mit einem umlaufenden Abstandselement mit Spiegelebene in Kombination mit einem einzelnen Spiegelelement;
    • 20 eine schematische Darstellung einer Bauteilanordnung, bei der eine untere Öffnung im Abstandshalter, welcher als anisotrop geätztes Siliziumbauteil ausgeführt ist, mit einer nahezu senkrechten Fase ausgeführt ist; und
    • 21 eine schematische Darstellung einer Bauteilanordnung, bei der eine untere Öffnung im Abstandshalter, welcher als anisotrop geätztes Siliziumbauteil ausgeführt ist, mit einem Hinterschnitt bezogen zur Oberfläche des Abstandshalters ausgeführt ist.
  • 1 zeigt eine Bauteilanordnung, bei der auf einem Trägersubstrat 1 ein optisches Bauelement 2 in einem Bauraum 1a angeordnet ist. Das optische Bauelement 2 ist beispielsweise eine lichtemittierende oder lichtempfangende Diode, beispielsweise eine Laserdiode oder eine Photodiode. Es ist ein Abstandshalter 3 vorgesehen, welcher aus Silizium besteht. Auf dem Abstandshalter 3 ist ein Decksubstrat 4 angeordnet.
  • Das optische Bauelement 2 ist bei der beispielhaften Ausführung auf einem Submount 5 montiert, zum Beispiel einem Submount aus Siliziumcarbid oder Aluminumnitrid. Alternativ kann das optische Bauteil 2 direkt auf dem Trägersubstrat 1 angeordnet sein. Die Montage des optischen Bauelements 2 auf dem Submount 5 oder direkt auf dem Trägersubstrat 1 mittels eutektischen Löten erfolgen, beispielweise Gold und Zinn. Es können aber auch andere Verfahren wie beispielsweise Gold- oder Indium-Bonden oder Sinterbondverfahren zum Einsatz kommen. Die Montage des Chips kann entweder über ein Flip-Chip Verfahren, über die Kontaktierung mit Wire-Bonds oder einem Groundkontakt in Kombination mit Wire-Bonds erfolgen.
  • Der Abstandshalter 3 aus Silizium wird mittels anisotroper KOH-Ätzung aus einem um etwa 9,7 Grad zur 100 Kristallorientierung geneigten Siliziumeinkristall hergestellt (off-oriented). Resultierend bildet sich eine 111 Kristallebene aus, die eine Schräge 6 in einem Winkel von etwa 45 Grad zur Oberfläche aufweist. Die gegenüberliegende Ebene bildet sich dann in einem Winkel von etwa 64,5 Grad. Die seitlich liegenden Kristallebenen können beispielsweise einen Winkel von etwa 55,3 Grad aufweisen.
  • Der Abstandshalter 3, der als anisotrop geätztes Siliziumbauteil ausgeführt ist, weist in der gezeigten Ausführung eine metallische Verspiegelung 6a auf. Alternativ kann eine andere optische (lichtreflektierende) Schicht vorgesehen sein, zum Beispiel ein dielektrischer Spiegel für bestimmte Wellenlängen. Für die optionale metallische Verspiegelung 6a kommen im UV-Bereich Aluminium, im sichtbaren Bereich Silber und IR / NIR-Bereich Gold in Frage. Eine metallische Verspiegelung aus Kupfer ist ab dem „roten“ Wellenlängenbereich (Wellenlängen von größer etwa 600 nm) vorteilhaft. Alternativ können die schrägen Seitenwände in einer Kavität auch mit unterschiedlichen Beschichtungen versehen sein. So können zum Beispiel die von 45 Grad verschiedenen Seitenwände für den gewünschten Wellenlängenbereich mit einer besonders opaken / lichtabsorbierenden Schicht versehen sein, um Reflexionen im Bauraum zu vermeiden.
  • Die so durch das zuvor beschriebene nasschemische Ätzverfahren hergestellten 45 Grad geneigten natürlich gewachsenen einkristallinen 111 Ebenen (lichtreflektierende Flächen / Spiegelflächen) sind im Vergleich zu anderen Herstellungsverfahren wie zerspanende oder trockenätzende Verfahren sehr glatt. Dies hat eine sehr streuungs- und verlustarme Umlenkung des Strahls zur Folge.
  • Das auf dem Trägersubstrat 1 montierte optische Bauelement 2 kann ein seitenemittierendes Bauelement sein, zum Beispiel eine Laserdiode. Die Schräge 6 von 45 Grad ermöglicht, dass aus dem optischen Bauelement 2 seitlich horizontal austretendes Licht mittels entsprechender Umlenkung senkrecht abgegeben werden kann.
  • Das Decksubstrat 4 kann zum Beispiel aus Borosilikatglas wie Borofloat33 oder Mempax der Schott AG, Quarzglas, Saphirglas oder auch anderen Gläsern wie AF32, D263T, BK7 oder B270 der Schott AG; Eagle XG oder Pyrex von Corning; SD2 von Hoya; EN-A1 von Asahi bestehen. Das Decksubstrat 4 kann auch aus Silizium oder Germanium bestehen, zum Beispiel bei Anwendungen im IR-Bereich. Das Decksubstrat 4 kann zusätzlich eine Substratbeschichtung aufweisen, zum Beispiel eine Antireflexions- oder eine Filter-Beschichtung. Die Beschichtungen können für verschiedene Wellenlängenbereiche ausgelegt, einseitig oder beidseitig und gegebenenfalls strukturiert ausgeführt sein. Es können auch für die Wellenlängenbereiche blickdichte strukturierte Beschichtungen für die Formung von beispielsweise Aperturen genutzt werden.
  • Des Weiteren kann in einer Ausführungsform die Integration von optischen Elementen vorgesehen sein, zum Beispiel, Linsen auf dem Decksubstrat 4. Hier kommen beispielweise konvexe Linsen aus Polymer, Gläsern oder anderen glasartigen Materialien, Silizium oder Germanium in Frage (siehe 18). Auch ist der Einsatz von mikrostrukturierten Fresnel-Linsen möglich.
  • Im Trägersubstrat 1 sind Durchkontaktierungen 7, verbunden mit einer oder mehreren Bondverbindungen 2a, für den elektrischen Kontakt des optischen Bauelements 2 vorgesehen. Zusätzlich ist zu der Bondverbindung 2a in dieser Ausführungsform ein Groundkontakt 2b vorgesehen, der ebenfalls mit einem Durchkontakt 7 verbunden ist. Die rückseitigen Kontakte 8 ermöglichen die spätere Montage in der SMD-Bauweise, zum Beispiel mittels Zinn-Silber Schwalllöten.
  • Das Trägersubstrat 1 kann beispielsweise aus Silizium, Keramiken wie zum Beispiel Aluminiumnitrid, Siliziumcarbid, Aluminiumoxid, LTTC-Keramik (Low Temperature Cofired Ceramics) oder HTCC-Keramik (High Temperature Cofired Ceramics), Glas oder DBC (Direct Bonded Copper) Substraten bestehen. Des Weiteren kann der Einsatz von Metallsubstraten, zum Beispiel IMS (Insulated Metal Substrate) aus Kupfer, Aluminium oder anderen Metallen vorgesehen sein. Auch die Verwendung von Trägersubstraten aus Kunststoffen wie beispielsweise FR4 ist denkbar.
  • Eine Verbindung 9 von Abstandshalter 3 und Trägersubstrat 1 kann zum Beispiel über einen Lotbond, bevorzugt über einen eutektischen Bond erfolgen. Hierzu ist auf dem Trägersubstrat 1 oder der Rückseite des Abstandshalters 3 eine Metallkombination in entsprechender eutektischer Zusammensetzung wie zum Beispiel Gold und Zinn, Kupfer und Zinn, Gold und Germanium, Zinn und Silber, Gold und Indium, Kupfer und Silber, Zinn mit Silber und Kupfer oder auch Gold und Silizium aufgebracht. Diese bildet im späteren Lötprozess eine eutektische Verbindungsphase zwischen Abstandshalter 3 und Trägersubstrat 1 aus. Um eine möglichst gute Schichthaftung der Metallkombinationen auf dem Trägersubstrat 1 oder dem Abstandshalter 3 zu erzielen, kann vorgesehen sein, unterhalb des aufgebrachten Metallstapels eine Schicht aus reinem Titan, Wolframtitan oder auch Wolframtitannitrid anzuordnen. Letztere hat den Vorteil, gegenüber Gold eine Diffusionsbarriere darzustellen. Der Bondpartner muss für den Fügeprozess mit einer Gegenmetallisierung versehen sein, um für eine gute Benetzung der sich im Lötprozess bildenden Verbindungsphase zu sorgen.
  • Grundsätzlich können auch bleihaltige Lote für das Fügen von Trägersubstrat 1 und Abstandshalter 3 verwendet werden. Als weitere Methode zum Fügen kann ein Sinterprozess zum Beispiel Silber- oder Goldsintern vorgesehen sein.
  • Zusätzlich kann vorgesehen sein, zum Beispiel bei dünnen Metalllagen, unter der eigentlichen Verbindungsphase einen sogenannten Legierungsstopp anzuordnen. Im Fall von zum Beispiel des eutektischen Bondens mit Gold und Zinn eignen sich hierfür Schichten aus Platin, Nickel oder auch Legierungen aus Chrom und Nickel.
  • Unter Ausnutzung sehr hoher Oberflächengüten von Ra < 1nm kann auch ein direktes Bondverfahren zum Einsatz kommen. Dies kann ein direkter Fusionbond sein, der bezogen auf den Oberflächencharakter der Bondpartner hydrophob oder hydrophil ausgeführt ist. Die beiden Bondpartner werden zunächst über einen Pre-Bond durch van-der-Waals-Bindungen miteinander verbunden. Durch einen anschließenden Temperschritt bilden sich dann im Bondinterface kovalente Bindungen aus. Der Fusionbond kann auch plasmaaktiviert ausgeführt sein. Damit ist es ermöglicht, die Temperaturbelastung beim Tempern deutlich zu reduzieren. Als weiteres direktes Bondverfahren kann auch ein anodisches Bonden vorgesehen sein. Letzteres Verfahren bietet den Vorteil, dass die Anforderungen an die Oberflächengüte der Bondpartner im Vergleich zum Fusionbonden weniger anspruchsvoll sind.
  • Alternativ zu den beschriebenen Verfahren ist auch ein reaktiver Bondprozess nutzbar. Bei einem reaktiven Bond wird ein Metallstapel aus wechselnden metallischen Schichten aufgebracht. Ein elektrischer oder auch ein laserinduzierter Puls führt kurzfristig zu Erzeugung einer hochthermischen Reaktion, die die beiden Bondpartner miteinander „verschweißt“. Bei den Metallschichten handelt es sich um Bilayer-Perioden, zum Beispiel aus Palladium und Aluminium oder aus Kupferoxid und Aluminium. Des Weiteren kommt solid-liquid Interdiffusions-Bonden, zum Beispiel mit Metallkombinationen aus Gold und Indium, Gold und Zinn oder auch Kupfer und Zinn in Frage. Bei diesem Verfahren ist der Bondprozess während eines Temperschritts durch die Diffusion des einen Bondpartners in den anderen bestimmt. Die eigentliche Verbindungsphase widersteht dann später höheren Temperaturen. Alternativ kann auch Glas-Frit-Bonden vorgesehen sein.
  • Für die Verbindung 10 von Abstandshalter 3 und Decksubstrat 4 kann zum Beispiel ein direktes Bondverfahren zum Einsatz kommen. Solche Verfahren sind zum Beispiel der anodische Bond oder ein Fusionbond. Im Fall eines anodischen Bonds kann das direkte Fügen von Silizium mit dem Decksubstrat aus einem alkalihaltigen Glas vorgesehen sein. Alternativ ist auch das anodische Fügen von Aluminium mit dem Decksubstrat aus einem alkalihaltigen Glas möglich. In diesem Fall ist die Verspiegelung auf der 45Grad Spiegelfläche nicht strukturiert vorgesehen, d.h., dass die Oberseite des Abstandshalters aus Silizium komplett mit Aluminium beschichtet ist.
  • Auch kann reaktives Bonden oder ein Klebebond zum Einsatz kommen. Des Weiteren kommt auch hier solid-liquid Interdiffusions-Bonden in Frage. Für das Fügen von Abstandshalter und Decksubstrat ist zudem das Laser-Welding geeignet. Hierbei werden zwei Substrate in einen „optischen Kontakt“ gebracht und dann mit einem Laser verschweißt. Das Fügen von Abstandshalter und Decksubstrat kann auch als ein Thermokompressionsbond zum Beispiel der Metallkombinatioinen Gold mit Gold, Kupfer mit Kupfer oder auch Aluminium mit Aluminium realisiert sein.
  • Je nach Bondmethode ist das Gehäuse hermetisch oder quasi-hermetisch ausgeführt.
  • 2 zeigt die Anordnung des optischen Bauteils 2 mit einer seitlich durchgeführten Kontaktierung. Hierbei sind Leiterbahnen 11 auf dem Trägersubstrat 1 aufgebracht, die unterhalb des Abstandshalters 3 nach außen geführt werden. Der Abstandshalter 3 und die durchgeführte Kontaktierung sind durch eine elektrische Isolationslage 12 voneinander getrennt. Diese Lage kann zum Beispiel aus SiOx oder Siliziumnitrid bestehen. Die Verbindung von Kappe und Board bzw. der Isolationslage wird zum Beispiel durch einen eutektischen Metallbond hergestellt.
  • 3 zeigt die Bauteilanordnung ohne das Decksubstrat 4. Hierbei wird der Bauraum 1a durch zum Beispiel ein Epoxidharz oder Silikon verfüllt und ist quasihermetisch. Diese Anordnung kann zum Beispiel bei kurzgepulsten Lasern Anwendung finden. Die Verbindung zum Trägersubstrat kann auch durch einen Klebebond ausgeführt sein.
  • 4 zeigt ebenfalls eine Bauteilanordnung ohne ein Decksubstrat. In dieser Ausführung wird nicht nur der Bauraum 1a verfüllt, sondern das gesamte Bauteil „overmolded“.
  • 5 zeigt eine Anordnung eines seitenemittierden Bauteils in einem zum Beispiel Keramik-Package. In dieses Package ist zur Umlenkung des Strahls ein einzelnes anisotrop geätztes Siliziumbauteil 50 im Bauraum 1a vorgesehen, welches als Spiegelelement dient. Diese Art der Anordnung kann auch für klassische TO-Gehäuse vorgesehen sein.
  • 6 zeigt die Aufsicht der anisotrop geätzten Struktur eines Spiegelrahmens 60. Eine aufgrund der Neigung des Kristalls entstehende Öffnung 61 im Silizium ist trapezförmig und in einer Richtung achsensymmetrisch. Die Eckwinkel auf der längeren Seite mit der 45 Grad Spiegelebene betragen etwa jeweils 83,2 Grad. An der gegenüberliegenden kürzeren Seite betragen die Winkel etwa jeweils 96,8 Grad.
  • 7 zeigt eine Aufsicht einer anisotrop geätzten Struktur eines Spiegelrahmens 70. Eine Maskierungsöffnung für den anisotropen Ätzprozess ist in diesem Fall nicht entlang der sich trapezförmig ausprägenden 111-Kristallebenen gewählt (vergleiche 6), sondern mit einer Kompensationsstruktur gebildet. Dies hat zur Folge, dass sich die obere Öffnung der Ätzgrube im Vergleich zu 6 nicht vollständig als Trapez ausprägt, sondern in einer Richtung ihrer Ausdehnung begrenzt wird. Auf diese Weise ist es ermöglicht, die laterale Dimension der Öffnungen zu reduzieren und somit eine größere Anzahl an geätzten Strukturen auf dem Siliziumsubstrat anzuordnen. Je nach Anwendungsfall sind verschiedene Kompensationsstrukturen darstellbar.
  • 8 zeigt eine Anordnung mehrerer Öffnungen in Form eines Arrays 80. Durch diese Anordnung können mehrere Bauteile im Nutzen gleichzeitig verkapselt und so in platzsparender Form zum Beispiel die Lichtausbeute der Bauteilanordnung erhöht werden. Dies ist insbesondere für Systeme mit hoher Lichtleistung vorteilhaft. Das Array 80 kann sowohl als ein Nutzen reiner Abstandshalter 3 mit 45 Grad Spiegelfläche oder auch in Kombination mit einem Decksubstrat als ein Nutzen von Verkapselungen mit 45 Grad Spiegelfläche ausgeführt sein.
  • 9 zeigt einen umlaufenden Abstandshalter 3, der als anisotrop geätztes Siliziumbauteil ausgeführt ist, mit einer 45 Grad Spiegelfläche. In dieser Ausführungsform ist der Abstandshalter 3 so gestaltet, dass ein Lichtstrahl mittig aus dem Package austreten oder eintreten kann („center emission“). Derartige Abstandshalter 3 können ebenfalls mit einem Decksubstrat als Verkapselung ausgeführt sein (vergleiche 10).
  • 10 zeigt ein Halbzeug aus einem Abstandshalter 3, der als anisotrop geätztes Siliziumbauteil ausgeführt ist mit einer 45 Grad Spiegelfläche und Decksubstrat. Zum Fügen mit einem Trägersubstrat 1 kann eine strukturierte Bondfläche vorgesehen sein, zum Beispiel eine Metallisierung. Verschiedene Ausführungsformen dieser Anordnung und entsprechende Verfahren für das Verbinden von Abstandshalter 3 und einem Trägersubstrat 1 sind in den Ausführungen für 1 beschrieben. Dies gilt analog für die Fügung von Abstandshalter 3 und Decksubstrat.
  • 11 zeigt eine Anordnung bei der ein Siliziumelement mit 45 Grad Spiegelfläche zur Ankopplung eines Wellenleiters, zum Beispiel einer Glasfaser genutzt wird. Auf diese Weise kann Licht aus dem Package ausgekoppelt oder in einen weiteren Wellenleiter eingekoppelt werden (Umlenkung eines Signals).
  • 12 zeigt eine Anordnung eines seitenemmitierenden Bauteils, zum Beispiel einer Laserdiode oder einer LED, beispielsweise in einem Keramik-Package. Im Vergleich zur 5 ist bei dieser Ausführungsform das Platzieren von mehreren Siliziumelementen mit 45 Grad Spiegelflächen vorgesehen. Dies ist dann vorteilhaft, wenn das seitenemittierende Bauelement Licht seitlich in mehrere Richtungen ausstrahlt. Seitlich austretende Lichtstrahlen einer Richtung können beispielweise auch dafür vorgesehen sein, um über eine weitere im Package verbaute Monitor-Photodiode eine Kalibrierung der Laserdiode vorzunehmen.
  • 13 zeigt eine Anordnung, bei der Bauelemente 130, 131 in benachbarten und getrennt gebildeten Bauräumen 132, 133 angeordnet sind. Bei dieser Ausgestaltung wird die Häusung der Bauelemente 130, 131 im Wafer-Level vorgenommen. Hierzu kann ein Trägersubstart zum Beispiel aus Silizium vorgesehen sein. Das Trägersubstrat 1 aus Silizium ist mit Durchkontaktierungen 7 vorbereitet. Die Durchkontaktierungen 7 können zum Beispiel durch Trocken- oder Nassätzverfahren mit anschließender Metallverfüllung der Löcher durch einen Galvanikprozess realisiert sein. Zusätzlich sind auf einer Vorderseite des Trägersubstrats Kontakte für ein Bauelement und auf der Rückseite Kontakte für die spätere Montage in SMD-Bauweise vorgesehen. Für die elektrische Isolation der Durchkontaktierungen kann vorgesehen sein, dass Trägersubstrat 1 aus Silizium vor der galvanischen Abscheidung und der Erzeugung der Kontakte durch eine anorganische Schicht zu passivieren. Hierzu ist eine thermische Oxidation des Siliziums, das Abscheiden z.B. einer Nitridschicht in einem LPCVD-Prozess oder andere CVD-Prozesse (z.B. PECVD- plasma-enhanced CVD) zur Abscheidung von Isolationslagen denkbar. Vor der galvanischen Abscheidung der Metallfüllung der Durchkontakte muss auf der zuvor abgeschiedenen Passivierungslage ein elektrisch leitender „Seed“-Layer aufgebracht werden. Dies kann zum Beispiel über Sputterprozesse erfolgen.
  • Bei dieser Ausführungsform werden eine Vielzahl von Bauelementen zunächst seriell auf ein vorbereitetes Trägersubstrat 1, welches als Wafer oder in Form eines rechteckigen Nutzens vorliegen kann, montiert und in einem weiteren Schritt durch das Aufbringen eines Kappen-wafers oder Kappenarrays im Wafer Level bzw. als Nutzen gefügt. Hierdurch wird gleichzeitig eine Vielzahl von gekapselten Bauelementen gebildet. Die einzelnen Packages entstehen dann bei Vereinzelung des Verbundes.
  • 14 zeigt eine Anordnung, bei der der Abstandshalter 3 aus Silizium eines zur 100-Orientierung ungeneigten Einkristalls durch anisotropes nasschemisches Ätzen gefertigt worden ist. Daraus resultierend sind die 111-Kristallebenen alle mit einem Winkel von etwa 54,7 Grad ausgeprägt. In dieser Ausgestaltung ist der nach oben gerichtete Lichtaustritt aus dem Package in mehrere Richtungen begünstigt. Die Fertigung ist wie zuvor in 13 beschrieben auch als eine Häusung mittels Wafer-Level Packaging darstellbar.
  • 15 zeigt eine Anordnung, bei der der Abstandshalter 3 und das Trägersubstrat 1 komplett in einem Stück aus Silizium gefertigt sind. Bei diesem Verfahren wird auf der Vorderseite in das Siliziumsubstrat mittels anisotroper nasschemischer Strukturierung eine Kavität geätzt. Diese Kavität ist rückseitig mit trockengeätzten Durchkontakten verbunden. Das Substrat 1 aus Silizium ist wie für 13 beschrieben elektrisch isoliert.
  • 16 zeigt eine Anordnung, bei der das Abstandshalter 3 und das Trägersubstrat 1 komplett in einem Stück aus Silizium gefertigt sind. Bei diesem Verfahren wird auf der Vorderseite in das Siliziumsubstrat mittels anisotroper nasschemischer Strukturierung eine Kavität geätzt. Diese Kavität ist rückseitig mit Durchkontakten 7 verbunden, die im Vergleich zu 15 mittels anisotroper nasschemischer Ätzung hergestellt sind. Das Substrat 1 aus Silizium ist wie in 13 beschrieben elektrisch isoliert.
  • 17 zeigt eine Anordnung, bei der der Bauraum zunächst mit Trockenätzverfahren in etwa senkrecht geätzt worden ist. In einem anschließenden nasschemischen anisotropen Ätzschritt wird dann eine 45 Grad Fläche gebildet, die als Spiegelebene nutzbar ist. Diese Bauweise hat den Vorteil, dass aufgrund der Kombination verschiedener Ätzverfahren die Flächenbelegung auf einem Substrat weiter erhöht werden kann.
  • 18 zeigt ein Bauteil, auf welchem auf dem Decksubstrat 4 zusätzlich eine Linsenanordnung 180 angeordnet ist. Diese Ausführungsform ist im Zusammenhang mit 1 näher beschrieben.
  • 19 zeigt eine schematische Darstellung einer Bauteilanordnung, bei der eine Spiegelebene von 45 Grad am umlaufenden Abstandshalter 3 (Siliziumrahmen) bereitgestellt ist. Ein weiteres Element 190, welches als anisotrop geätztes Siliziumbauteil ausgeführt ist, mit einer schrägen Fläche 191 von ebenfalls 45 Grad, ist vor Montage der Kappe auf das Trägersubstrat 1 auf demselben angeordnet. Mit der schrägen Fläche 191 ist eine lichtreflektierende Fläche bereitgestellt, die bei der gezeigten Ausführungsform eine Verspiegelung 191a aufweist.
  • 20 zeigt eine schematische Darstellung einer Bauteilanordnung, bei der eine untere Öffnung 200 im Abstandshalter 3, welcher als anisotrop geätztes Siliziumbauteil ausgeführt ist, mit einer Fase 201 ausgeführt ist, die im gezeigten Beispiel im Wesentlichen senkrecht ausgerichtet ist. Dies hat einerseits den Vorteil, den Bauraum 1a und damit die Gesamtgröße des Packages zu verkleinern, andererseits ist es so ermöglicht, ein seitenemmitierendes Bauelement näher an der lichtreflektierenden Spiegelfläche anzuordnen. Dies begünstigt das Auftreffen eines durch eventuelle Strahldivergenz aufgeweiteten Lichtstrahls auf die bereitgestellte Spiegelfläche. Auf diese Weise kann aus dem Bauteil seitlich austretendes Licht noch günstiger aus dem Bauraum 1a geführt und die Bauteilhöhe zusätzlich reduziert werden. In dieser Ausführungsform ist die Fase 201 an der unteren Öffnung 200 des Abstandshalters 3 zum Beispiel durch ein Trockenätzverfahren realisiert. Es kann aber auch vorgesehen sein, die Fase 201 durch ein nasschemisches Überätzen des Abstandshalters 3 zu erzielen, da sich im anisotropen Ätzprozess an konvexen Kanten des Abstandshalters 3 aus Silizium im Wesentlichen senkrechte Kristallebenen in Bezug zur 100 Orientierung einstellen.
  • 21 zeigt eine schematische Darstellung einer Bauteilanordnung, bei der eine untere Öffnung 210 im Abstandshalter 3, welcher als anisotrop geätztes Siliziumbauteil ausgeführt ist, mit einem Hinterschnitt 211 bezogen zur Oberfläche des Abstandshalters 3 ausgeführt ist. Dies bietet die gleichen Vorteile wie für 20 bereits beschrieben. Der Hinterschnitt 211 kann einerseits wie in 20 ausgeführt durch geeignete Trockenätzprozesse erzielt werden, andererseits ist ein nasschemisches anisotropes Ätzen der Rückseite des Abstandshalters 3 vorgesehen, bei der die Öffnung und damit der Hinterschnitt 211 durch eine entsprechende Maskierung vorgegeben sind.
  • Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie der Zeichnung offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der verschiedenen Ausführungen von Bedeutung sein.
  • 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.
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Claims (15)

  1. Bauteilanordnung, mit - einem Trägersubstrat; - einem Abstandshalter, welcher auf dem Trägersubstrat einen Bauraum umgebend angeordnet ist und auf einer von dem Trägersubstrat abgewandten Seite eine Austrittsöffnung aufweist; - einem optischen Bauelement, welches in dem Bauraum angeordnet ist; - einer Kontaktverbindung, die das optische Bauelement mit außenliegenden Kontakten elektrisch leitend verbindet, die außerhalb des Bauraums angeordnet sind; - einem Decksubstrat, welches auf dem Abstandshalter angeordnet und mit dem die Austrittsöffnung lichtdurchlässig abgedeckt ist; und - einer lichtreflektierenden Fläche, die an einem anisotrop geätzten Siliziumbauteil gebildet und in dem Bauraum als geneigte Fläche mit einem Winkel von etwa 45° zu der dem Bauraum zugewandten Oberfläche des Trägersubstrats angeordnet ist, derart, dass in horizontaler Richtung auf die lichtreflektierende Fläche eingestrahltes Licht in vertikaler Richtung durch die Öffnung und das Decksubstrat abstrahlbar ist und umgekehrt.
  2. Bauteilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das anisotrop geätzte Siliziumbauteil in dem vom Abstandshalter umgebenen Bauraum angeordnet ist.
  3. Bauteilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem anisotrop geätzten Siliziumbauteil der Abstandshalter zumindest teilweise gebildet ist.
  4. Bauteilanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Wandfläche des Abstandshalters, die dem Bauraum zugewandt und außerhalb eines Bereichs mit der lichtreflektierenden Fläche angeordnet ist, zur vertikalen Richtung geneigt ist mit einem ersten von 45° verschiedenen Winkel.
  5. Bauteilanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite, von der ersten verschiedene Wandfläche des Abstandshalters, die dem Bauraum zugewandt und außerhalb des Bereichs mit der lichtreflektierenden Fläche angeordnet ist, zur vertikalen Richtung geneigt ist mit einem zweiten von 45° verschiedenen Winkel, welcher vom dem ersten Winkel verschieden ist.
  6. Bauteilanordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Decksubstrat den Bauraum zumindest teilweise ausfüllt.
  7. Bauteilanordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtreflektierende Fläche eine oberflächenseitige Verspiegelung aufweist.
  8. Bauteilanordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Bauelement einen seitlichen optischen Ausgang / Eingang aufweist, durch den Licht in horizontaler Richtung austreten / eintreten kann.
  9. Bauteilanordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Bauelement auf einem Submount angeordnet ist, welches auf dem Trägersubstrat angeordnet ist.
  10. Verfahren zum Herstellen einer Bauteilanordnung, aufweisend: - Herstellen eines anisotrop geätzten Siliziumbauteils aus einem Silizium-Einkristall mittels anisotropen Ätzen, wobei das Silizium-Einkristall hierbei um etwa 9,7° zur 100-Kristallorientierung geneigt wird, derart, dass eine 111-Kristallebene mit einer Schräge von etwa 45° gebildet wird; und - Herstellen einer Bauteilanordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche unter Verwendung des anisotrop geätzten Siliziumbauteils, wobei mit der 111 -Kristallebene mit der Schräge von etwa 45° in der Bauteilanordnung eine lichtreflektierende Fläche gebildet wird.
  11. Package, mit einer Bauteilanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9 und einem Gehäuse, in welchem die Bauteilanordnung aufgenommen ist.
  12. Package nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das ein in Bezug auf das Gehäuse mit Blick auf eine Gehäuseoberseite im Wesentlichen mittiger Lichtaustritt / Lichteintritt im Bereich der Austrittsöffnung gebildet ist.
  13. Package-Anordnung, mit einer flächigen Anordnung von mehreren Packages nach Anspruch 11 oder 12.
  14. Verfahren zum Herstellen eines Package nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Package mittels Wafer Level Packaging hergestellt wird.
  15. Verfahren zum Herstellen einer Package-Anordnung nach Anspruch 13, wobei die Package-Anordnung mittels Wafer Level Packaging hergestellt wird.
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