DE102019206248A1 - METHOD FOR HEATING A VARIETY OF ELECTRICALLY CONDUCTIVE STRUCTURES AND DEVICE FOR USE IN THE METHOD - Google Patents

METHOD FOR HEATING A VARIETY OF ELECTRICALLY CONDUCTIVE STRUCTURES AND DEVICE FOR USE IN THE METHOD Download PDF

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DE102019206248A1
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Dirk Wünsch
Thomas Otto
Verena Kräusel
Dirk Landgrebe
Alexander Fröhlich
Martin Kroll
Jonas Kimme
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Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Technische Universitaet Chemnitz
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Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Technische Universitaet Chemnitz
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Abstract

Verfahren zum Erwärmen einer Vielzahl von elektrisch leitfähigen Strukturen (2, 4), welche auf einem elektrisch nicht-leitfähigen ersten Substrat (1) angeordnet sind, umfassend die Schritte:
- Bereitstellen eines ersten Induktors (6) mit einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten Induktorelementen (30), wobei jedes Induktorelement mindestens einen ersten Verbindungsabschnitt (31) und mindestens zwei Schenkel (32) aufweist, wobei der erste Verbindungsabschnitt (31) die beiden Schenkel (32) des Induktorelements (30) miteinander verbindet, und wobei die Induktorelemente (30) miteinander durch zweite Verbindungsabschnitte (33) in Serie verbunden sind,
- Anordnen des ersten Induktors (6) oberhalb oder unterhalb des ersten Substrats (1), derart, dass
o jedes Induktorelement (30) jeweils zumindest bereichsweise mit einem Rand (5) mindestens einer elektrisch leitfähigen Struktur (2, 4) überlappt und/oder
o jedes Induktorelement zumindest bereichsweise parallel zu dem Rand (5) der elektrisch leitfähigen Struktur (2, 4) verläuft,
- Beaufschlagen des ersten Induktors (6) mit einem Wechselstrom oder Anlegen einer Wechselspannung an den ersten Induktor (6) und
- Induzieren von Wirbelströmen in den elektrisch leitfähigen Strukturen (2, 4).

Figure DE102019206248A1_0000
A method of heating a plurality of electrically conductive structures (2, 4) disposed on an electrically non-conductive first substrate (1), comprising the steps of:
- Providing a first inductor (6) having a plurality of juxtaposed inductor elements (30), wherein each inductor element at least a first connecting portion (31) and at least two legs (32), wherein the first connecting portion (31), the two legs (32 ) of the inductor element (30), and wherein the inductor elements (30) are connected to each other in series by second connecting sections (33),
Arranging the first inductor (6) above or below the first substrate (1) such that
o each inductor element (30) at least partially overlaps with an edge (5) of at least one electrically conductive structure (2, 4) and / or
o each inductor element extends at least in regions parallel to the edge (5) of the electrically conductive structure (2, 4),
- Applying the first inductor (6) with an alternating current or applying an alternating voltage to the first inductor (6) and
- Inducing eddy currents in the electrically conductive structures (2, 4).
Figure DE102019206248A1_0000

Description

Viele neuartige Produkte in der Mikrosystemtechnik stellen für aktuelle Bond- bzw. Fügeverfahren eine große technologische Herausforderung dar.Many novel products in microsystem technology represent a major technological challenge for current bonding and joining processes.

Die heutige Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT) zielt auf immer kleiner und komplexer werdende Bauteile und Mikrosysteme ab. Die Bezeichnung „mikro“ heißt im Sinne der vorliegenden Schrift, dass es mindestens eine Ausdehnung des entsprechenden Bauteils oder Mikrosystems gibt, die zwischen 0,1 µm und 10 mm, typischerweise zwischen 1 µm und 1 mm groß ist. Dabei ist es das Ziel, die thermische und mechanische Beeinflussung des Bauteils während des Fügeprozesses möglichst gering zu halten, um empfindliche Elemente nicht zu beschädigen. Folglich sollten Fügedruck und Temperatureintrag homogen in die Fügekomponenten verteilt werden. Weiterhin stellen einige Fügeprozesse hohe Anforderungen an die Oberflächengüten der Fügepartner. Die Fügeverbindung soll Bauelemente mit hohen mechanischen Festigkeiten hermetisch dicht verschließen. Weitere wichtige Anforderungen sind die Integrationsdichte, die Materialvielfalt, die Zugänglichkeit der Fügestellen (z. B. 3D-Integration), sowie Prozess- und Taktzeiten.Today's assembly and connection technology (AVT) aims at ever smaller and more complex components and microsystems. For the purposes of the present specification, the term "micro" means that there is at least one extension of the corresponding component or microsystem which is between 0.1 μm and 10 mm, typically between 1 μm and 1 mm. The aim is to keep the thermal and mechanical influence of the component during the joining process as low as possible in order not to damage sensitive elements. Consequently, joining pressure and temperature input should be distributed homogeneously into the joining components. Furthermore, some joining processes place high demands on the surface qualities of the joining partners. The joint connection is to hermetically seal components with high mechanical strengths. Other important requirements are the integration density, the variety of materials, the accessibility of the joints (eg 3D integration), as well as process and cycle times.

Etablierte, zu hermetisch dichten Verbindungen führende Fügeverfahren bzw. Waferbondverfahren, in der Mikrosystemtechnik wie das anodische Bonden, das Niedertemperatur-Silizium-Direktbonden, das Glasfritte-Bonden oder das eutektische Bonden verbinden zwar zuverlässig, jedoch herrschen hier über einen längeren Zeitraum Temperaturen von bis zu 400°C vor. Die Temperaturen wirken über Heizchucks mit integrierten Heizleitern global in den kompletten Fügeaufbau (Substrate, Funktionselemente und -schichten, Kontaktierungen, Fügeschicht) ein. Die Heizleiter werden mit einem Strom durchflossen und deren Joulsche Erwärmung wird über Wärmeleitung zuerst in die Oberfläche des Heizchucks und nachfolgend in den Fügeaufbau übertragen. Diese hohen und relativ lang einwirkenden Temperaturen können empfindliche Bauteile oder Werkstoffe schädigen. Des Weiteren ist es aufgrund der Unterschiede in den thermischen Ausdehnungskoeffizienten kompliziert, verschiedene Substrate, wie Silizium, Metalle, Keramiken oder Polymere großflächig dicht zu verbinden.Although established, hermetically sealed joints joining processes or wafer bonding process in microsystem technology such as anodic bonding, the low-temperature silicon direct bonding, glass frit bonding or eutectic bonding connect reliably, but there prevail over a longer period temperatures of up to 400 ° C before. The temperatures have a global effect on the complete joint structure (substrates, functional elements and layers, contacts, bonding layer) via heating chucks with integrated heating conductors. The heating conductors are traversed by a current and their Joule heating is transmitted via heat conduction first into the surface of the Heizchucks and subsequently into the Fügeeaufbau. These high and relatively long-acting temperatures can damage sensitive components or materials. Furthermore, it is complicated due to the differences in the thermal expansion coefficients, various substrates, such as silicon, metals, ceramics or polymers to connect dense over a large area.

Andererseits wird es zunehmend schwieriger, komplexe Produkte und deren Gehäuse automatisiert, zuverlässig und dicht zu verbinden. Neben temperaturempfindlichen Sensoren kommt es immer wieder zu abgeschatteten Fügestellen, die mit Schweiß- und Lötwerkzeugen nicht ohne weiteres erreichbar sind.On the other hand, it becomes increasingly difficult to connect complex products and their cases automatically, reliably and tightly. In addition to temperature-sensitive sensors, there are always shaded joints that are not easily accessible with welding and soldering tools.

Aus diesem Grund wurde in den letzten Jahren verstärkt an Technologien geforscht, die einen selektiven Energieeintrag nur an der benötigten Fügestelle auf Quadratmikrometer großen Flächen ermöglichen.For this reason, in recent years research has been increasingly focused on technologies that allow selective energy input only at the required joint on square-micron-sized surfaces.

So wurden Verfahren entwickelt, welche eine lokale Energiequelle nutzen, die es ermöglicht, die Energie direkt an der Verbindung einwirken zu lassen. Beispielsweise werden reaktive Pulver eingesetzt, die eine selbstausbreitende Reaktion erzeugen, welche jedoch schwer kontrollier- und steuerbar ist. Zudem finden sich im Stand der Technik reaktive Mehrschichtsysteme, die aus einer Vielzahl dünner, alternierender Schichten bestehen, die durch ihre Reaktionseigenschaften eine Kontrolle der sehr hohen aber kurzzeitig freiwerdenden thermischen Energie ermöglichen. In derartigen Verfahren ist die Präparation aufwändig und die Strukturierung kompliziert, wodurch solche Verfahren relativ komplex und teuer sein können. Beispielsweise offenbart die DE 10 2009 006 822 A1 ein Verfahren zur Herstellung einer Mikrostruktur mit wenigstens einem Bondsubstrat und einem reaktiven Mehrschichtsystem.Thus, methods have been developed that use a local source of energy that allows the energy to act directly on the connection. For example, reactive powders are used which produce a self-propagating reaction, but which is difficult to control and to control. In addition, there are in the prior art reactive multilayer systems consisting of a plurality of thin, alternating layers, which allow by their reaction properties, a control of very high but briefly released thermal energy. In such processes, the preparation is laborious and structuring complicated, which makes such processes relatively complex and expensive. For example, the DE 10 2009 006 822 A1 a method for producing a microstructure with at least one bond substrate and a reactive multilayer system.

Die Dokumente US 7 064 004 B2 und US 7 332 411 B2 beschreiben das Verbinden von Substraten mittels metallischer Lotkügelchen oder metallischer Rahmenstrukturen, wobei im verwendeten Metall durch Erzeugen eines zeitlich verändernden elektromagnetischen Feldes mittels einer Spule Wirbelströme erzeugt werden (Induktion) und die Temperatur des Metalls durch Joulsche Wärme steigt. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass mit den dort beschriebenen Verfahren die Erwärmung des Metalls nicht hinreichend homogen ist, wodurch lokale Überhitzungen entstehen können.The documents US Pat. No. 7,064,004 B2 and US Pat. No. 7,332,411 B2 describe the bonding of substrates by means of metallic solder balls or metallic frame structures, wherein eddy currents are generated in the metal used by generating a time-varying electromagnetic field by means of a coil (induction) and the temperature of the metal increases by Joule heat. However, it has been found that with the methods described therein, the heating of the metal is not sufficiently homogeneous, whereby local overheating may occur.

In der Veröffentlichung DE 10 2006 034 600 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung einer Lötverbindung beschrieben. Es werden zwei Lötpartner bereitgestellt, die an einer vorgegebenen Fügestelle miteinander zu verbinden sind. Weiter werden eine metallische Zwischenplatte und eine Lötvorrichtung mit einem Induktor bereitgestellt. Durch den Induktor werden in der Zwischenplatte Wirbelströme erzeugt, infolge derer sich die Zwischenplatte erhitzt, so dass das mit diesem in thermischem Kontakt stehende Lot aufschmilzt. Die Aufheizung des Lotes und der Lötpartner erfolgt also nicht unmittelbar durch den Induktor, sondern mittelbar über die vom Induktor erhitzte Zwischenplatte. Folglich wird der Wärmeeintrag in das Lot durch die genannte Zwischenplatte über Wärmeleitung realisiert.In the publication DE 10 2006 034 600 A1 For example, a method of making a solder joint will be described. Two soldering partners are provided, which are to be connected to each other at a predetermined joint. Further, a metallic intermediate plate and a soldering device with an inductor are provided. By the inductor eddy currents are generated in the intermediate plate, as a result of which the intermediate plate is heated, so that the standing in thermal contact with this solder melts. The heating of the solder and the soldering partners is thus not directly by the inductor, but indirectly via the intermediate plate heated by the inductor. Consequently, the heat input into the solder is realized by said intermediate plate via heat conduction.

Die Erfindung zielt darauf ab, mindestens eines oder mehrere Probleme des Standes der Technik zu überwinden. Dieses Ziel wird durch ein Verfahren zum Erwärmen einer Vielzahl von elektrisch leitfähigen Strukturen gemäß dem Hauptanspruch und eine Vorrichtung zur Verwendung in dem genannten Verfahren gemäß dem Nebenanspruch gelöst. Weiterbildungen werden durch die nachfolgende Beschreibung und die abhängigen Ansprüche näher beschrieben. The invention aims to overcome at least one or more problems of the prior art. This object is achieved by a method for heating a plurality of electrically conductive structures according to the main claim and an apparatus for use in said method according to the independent claim. Further developments are described by the following description and the dependent claims.

Das Verfahren zum Erwärmen einer Vielzahl von elektrisch leitfähigen Strukturen, welche auf einem elektrisch nicht-leitfähigen ersten Substrat angeordnet sind, umfasst die folgenden Schritte:

  • Bereitstellen eines ersten Induktors mit einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten Induktorelementen, wobei jedes Induktorelement mindestens einen ersten Verbindungsabschnitt und mindestens zwei Schenkel aufweist, wobei der erste Verbindungsabschnitt die beiden Schenkel des Induktorelements miteinander verbindet, und wobei die Induktorelemente miteinander durch zweite Verbindungsabschnitte in Serie verbunden sind,
  • Anordnen des ersten Induktors oberhalb oder unterhalb des ersten Substrats, derart, dass
  • jedes Induktorelement jeweils zumindest bereichsweise mit einem Rand mindestens einer elektrisch leitfähigen Struktur überlappt und/oder
  • jedes Induktorelement zumindest bereichsweise parallel zu dem Rand der elektrisch leitfähigen Struktur verläuft,
  • Beaufschlagen des ersten Induktors mit einem Wechselstrom und/oder Anlegen einer Wechselspannung an den ersten Induktor und
  • Induzieren von Wirbelströmen in den elektrisch leitfähigen Strukturen.
The method for heating a plurality of electrically conductive structures, which are arranged on an electrically non-conductive first substrate, comprises the following steps:
  • Providing a first inductor having a plurality of inductor elements arranged side by side, each inductor element having at least a first connection section and at least two legs, the first connection section connecting the two legs of the inductor element, and wherein the inductor elements are connected to each other in series by second connection sections,
  • Arranging the first inductor above or below the first substrate such that
  • each inductor element at least partially overlaps with an edge of at least one electrically conductive structure and / or
  • each inductor element extends at least in regions parallel to the edge of the electrically conductive structure,
  • Energizing the first inductor with an alternating current and / or applying an alternating voltage to the first inductor and
  • Inducing eddy currents in the electrically conductive structures.

Die Erfinder haben erkannt, dass eine Anpassung der Induktorform an die Geometrie der elektrisch leitfähigen Strukturen sowie eine entsprechende Anordnung des Induktors oberhalb und/oder unterhalb des Substrats im Einklang mit der Geometrie der elektrisch leitfähigen Strukturen eine besonders homogene Erwärmung der elektrisch leitfähigen Strukturen ermöglicht.The inventors have recognized that an adaptation of the inductor shape to the geometry of the electrically conductive structures and a corresponding arrangement of the inductor above and / or below the substrate in accordance with the geometry of the electrically conductive structures allows a particularly homogeneous heating of the electrically conductive structures.

Zusätzlich kann eine weitere Homogenisierung der Temperatur durch eine partielle Anhebung der Induktorelemente in z-Richtung, d.h. senkrecht zu dem Substrat, und/oder durch den partiellen Einsatz von feldführenden Elementen über den Induktorelementen erreicht werden.In addition, a further homogenization of the temperature by a partial increase of the inductor elements in z Direction, ie perpendicular to the substrate, and / or be achieved by the partial use of field-guiding elements on the inductor elements.

Mit dem vorgeschlagenen Verfahren können die elektrisch leitenden Strukturen homogen erwärmt werden. Durch die homogene Erwärmung der elektrisch leitenden Strukturen können wiederum lokale Temperaturspitzen verringert werden, wodurch insbesondere eine Beschädigung von temperaturempfindlichen Bauelementen vermieden werden kann. Das beschriebene Verfahren kann vorzugsweise mit der unten beschriebenen Vorrichtung durchgeführt werden.With the proposed method, the electrically conductive structures can be heated homogeneously. By virtue of the homogeneous heating of the electrically conductive structures, in turn local temperature peaks can be reduced, whereby in particular damage to temperature-sensitive components can be avoided. The described method can preferably be carried out with the device described below.

Durch Anlegen einer Wechselspannung bzw. Beaufschlagen mit einem Wechselstrom erzeugt der Induktor typischerweise elektromagnetische Wechselfelder, die Wirbelströme in den elektrisch leitfähigen Strukturen generieren. Die in den elektrisch leitfähigen Strukturen induzierten Wirbelströme sorgen wiederum für einen Temperaturanstieg in den elektrisch leitfähigen Strukturen. Die in den leitfähigen Strukturen induzierten Wirbelströme können insbesondere unmittelbar und/oder primär durch das vom Induktor erzeugte magnetische Feld induziert werden.By applying an alternating voltage or applying an alternating current, the inductor typically generates electromagnetic alternating fields which generate eddy currents in the electrically conductive structures. The eddy currents induced in the electrically conductive structures in turn ensure a temperature increase in the electrically conductive structures. The eddy currents induced in the conductive structures can in particular be induced directly and / or primarily by the magnetic field generated by the inductor.

Durch die Erwärmung der elektrisch leitfähigen Strukturen kann eine stoffschlüssige Verbindung der elektrisch leitfähigen Strukturen mit dem ersten Substrat und/oder weiteren Komponenten (s. unten) gebildet werden. Die stoffschlüssige Verbindung kann z. B. durch Löten, Schweißen, Sintern und/oder Diffusion des Materials der elektrisch leitfähigen Strukturen in das erste Substrat bzw. die jeweiligen weiteren Komponenten erfolgen. In einer Variante werden die elektrisch leitfähigen Strukturen zumindest teilweise durch die in den elektrisch leitfähigen Strukturen induzierten Wirbelströme aufgeschmolzen. In der Regel werden die elektrisch leitfähigen Strukturen ausschließlich oder zumindest primär durch die in den elektrisch leitfähigen Strukturen induzierten Wirbelströme erwärmt.By heating the electrically conductive structures, a cohesive connection of the electrically conductive structures to the first substrate and / or further components (see below) can be formed. The cohesive connection can z. Example, by soldering, welding, sintering and / or diffusion of the material of the electrically conductive structures in the first substrate or the respective other components. In one variant, the electrically conductive structures are at least partially melted by the eddy currents induced in the electrically conductive structures. As a rule, the electrically conductive structures are heated exclusively or at least primarily by the eddy currents induced in the electrically conductive structures.

In einer Variante des Verfahrens sind zwischen dem Induktor und den elektrisch leitfähigen Strukturen lediglich elektrisch nicht-leitfähige Elemente angeordnet. Beispielsweise sind zwischen dem Induktor und den elektrisch leitfähigen Strukturen keine elektrisch leitfähigen Elemente angeordnet. Somit werden die elektrisch leitfähigen Strukturen nicht abgeschirmt, wodurch die Erwärmung der elektrisch leitfähigen Strukturen effektiver ist.In a variant of the method, only electrically non-conductive elements are arranged between the inductor and the electrically conductive structures. For example, no electrically conductive elements are arranged between the inductor and the electrically conductive structures. Thus, the electric conductive structures not shielded, whereby the heating of the electrically conductive structures is more effective.

Die Begriffe „elektrisch leitfähig“ und „elektrisch nicht-leitfähig“ im Sinne der vorliegenden Schrift bedeuten, dass das erste Substrat eine elektrische Leitfähigkeit aufweist, die mindestens fünfzigmal oder hundertmal oder tausendmal kleiner ist, als die elektrische Leitfähigkeit der elektrisch leitfähigen Strukturen. Die Leitfähigkeit des ersten Substrats sollte weniger als 2*104 S/m (entspricht der Leitfähigkeit von hochdotiertem Silizium) betragen, z. B. weniger als 100 S/m oder weniger als 10 S/m oder weniger als 1 S/m, damit im ersten Substrat keine oder lediglich wenige Wirbelströme induziert werden.The terms "electrically conductive" and "electrically non-conductive" in the sense of the present specification mean that the first substrate has an electrical conductivity that is at least fifty times or a hundred times or a thousand times smaller than the electrical conductivity of the electrically conductive structures. The conductivity of the first substrate should be less than 2 * 10 4 S / m (corresponds to the conductivity of highly doped silicon), z. B. less than 100 S / m or less than 10 S / m or less than 1 S / m, so that no or only a few eddy currents are induced in the first substrate.

Das Material des ersten Substrats kann z. B. Silizium, Glas, Keramik, FR4 umfassen. FR4 bezeichnet eine Klasse von schwer entflammbaren und flammenhemmenden Verbundwerkstoffen umfassend oder bestehend aus Epoxidharz und Glasfasergewebe. Das erste Substrat kann aus einem Halbleitermaterial gefertigt sein. Das Halbleitermaterial sollte niedrigdotiert sein, damit die Leitfähigkeit des ersten Substrats gering bleibt, d.h. deutlich kleiner als die elektrische Leitfähigkeit der elektrisch leitfähigen Strukturen.The material of the first substrate may, for. Silicon, glass, ceramic, FR4. FR4 denotes a class of flame retardant and flame retardant composites comprising or consisting of epoxy resin and glass fiber fabric. The first substrate may be made of a semiconductor material. The semiconductor material should be low doped to keep the conductivity of the first substrate low, i. significantly smaller than the electrical conductivity of the electrically conductive structures.

Die elektrisch leitfähigen Strukturen können insbesondere metallisch sein. Als Metalle kommen z. B. Aluminium, Silber, Kupfer, Gold, Zinn, Nickel, oder eine Legierung aus mindestens einem dieser Metalle in Frage. Weiterhin kommen Materialien, die für Lotverbindungen (z. B. Zinn-Silber) eingesetzt werden, in Frage. Die elektrisch leitfähigen Strukturen berühren üblicherweise das erste Substrat und sind somit unmittelbar auf dem ersten Substrat angeordnet.The electrically conductive structures may in particular be metallic. As metals come z. As aluminum, silver, copper, gold, tin, nickel, or an alloy of at least one of these metals in question. Furthermore, materials which are used for soldered joints (eg tin-silver) are suitable. The electrically conductive structures usually touch the first substrate and are thus arranged directly on the first substrate.

In einer Weiterbildung verläuft jedes Induktorelement im Bereich der Überlappung mit der elektrisch leitfähigen Struktur parallel zu dem Rand der elektrisch leitfähigen Struktur. Dies trägt weiter zu einer homogenen Erwärmung der elektrisch leitfähigen Struktur bei.In a further development, each inductor element extends in the region of the overlap with the electrically conductive structure parallel to the edge of the electrically conductive structure. This further contributes to a homogeneous heating of the electrically conductive structure.

Der Rand der Struktur kann als äußere Begrenzung der Struktur aufgefasst werden. Eine Dimension des Randes der elektrisch leitfähigen Struktur, beispielsweise eine Stegbreite, kann in einer Raumrichtung bis zu 50% oder 40% oder 30% oder 20% oder 10% der der Dimension der Struktur in dieser Raumrichtung umfassen. Beispielsweise umfassen eine Dimension eines linksseitigen Randes und/oder eine Dimension eines rechtsseitigen Randes der Struktur jeweils höchstens 50%, oder 40% oder 30% oder 20% oder 10% der Dimension der Struktur in der gewählten Raumrichtung.The edge of the structure can be considered as the outer boundary of the structure. A dimension of the edge of the electrically conductive structure, for example a ridge width, may in one spatial direction comprise up to 50% or 40% or 30% or 20% or 10% of the dimension of the structure in this spatial direction. For example, a dimension of a left-hand edge and / or a dimension of a right-hand edge of the structure each comprise at most 50%, or 40% or 30% or 20% or 10% of the dimension of the structure in the selected spatial direction.

In einer Ausgestaltung umfasst der erste Induktor eine erste Gruppe und eine zweite Gruppe von nebeneinander angeordneten Induktorelementen. Die erste Gruppe und die zweite Gruppe können parallel zueinander geschaltet sein.In one embodiment, the first inductor comprises a first group and a second group of inductor elements arranged side by side. The first group and the second group may be connected in parallel with each other.

In einer Ausgestaltung umfasst der erste Induktor eine erste Gruppe. Darüber hinaus existiert eine Anzahl n weiterer Gruppen von nebeneinander angeordneten Induktorelementen. Die Anzahl n kann hierbei eine positive, ganze Zahl größer oder gleich eins sein. Die erste Gruppe und die weitere(n) Gruppe(n) können parallel zueinander geschaltet sein.In one embodiment, the first inductor comprises a first group. In addition, there are a number n further groups of inductor elements arranged side by side. The number n can be a positive integer greater than or equal to one. The first group and the further group (s) may be connected in parallel with each other.

Die Induktorelemente können zusammen eine Leiterschleife bilden. Die Leiterschleife umgibt einen Innenbereich der Leiterschleife, wobei ein Außenbereich der Leiterschleife außerhalb der Leiterschleife liegt. Vorzugsweise wird der erste Induktor derart angeordnet, dass sämtliche zu erwärmenden elektrisch leitfähigen Strukturen innerhalb einer Projektion des Innenbereichs auf das Substrat oder innerhalb einer Projektion des Außenbereichs auf das Substrat liegen. Mittels dieser Ausbildung des Verfahrens kann ein Homogenisierungsgrad der Erwärmung der elektrisch leitfähigen Strukturen gesteigert werden.The inductor elements can together form a conductor loop. The conductor loop surrounds an inner region of the conductor loop, wherein an outer region of the conductor loop lies outside the conductor loop. Preferably, the first inductor is arranged such that all electrically conductive structures to be heated lie within a projection of the inner region onto the substrate or within a projection of the outer region onto the substrate. By means of this design of the method, a degree of homogenization of the heating of the electrically conductive structures can be increased.

Typischerweise sind Feldstärke und Flussdichte des durch den ersten Induktor induzierten elektromagnetischen Feldes im Innenbereich der Leiterschleife größer als im Außenbereich der Leiterschleife. Für eine effektive Erwärmung der elektrisch leitfähigen Strukturen ist es somit vorteilhaft, wenn die zu erwärmenden elektrisch leitfähigen Strukturen innerhalb der Projektion des Innenbereichs auf das Substrat liegen.Typically, field strength and flux density of the electromagnetic field induced by the first inductor are greater in the inner region of the conductor loop than in the outer region of the conductor loop. For an effective heating of the electrically conductive structures, it is thus advantageous if the electrically conductive structures to be heated lie within the projection of the inner region on the substrate.

In der Regel kann eine Anzahl der elektrisch leitfähigen Strukturen auf dem ersten Substrat mindestens 10, 20, 50, 100, 200, 500 oder sogar mehr als 1000 sein. Die elektrisch leitfähigen Strukturen sind üblicherweise in regelmäßigen Abständen auf dem ersten Substrat angeordnet.As a rule, a number of the electrically conductive structures on the first substrate may be at least 10, 20, 50, 100, 200, 500 or even more than 1000. The electrically conductive structures are usually arranged at regular intervals on the first substrate.

Der Rand der elektrisch leitfähigen Strukturen kann z. B. jeweils kreisförmig, rechteckig oder quaderförmig sein. Weiter können die elektrisch leitfähigen Strukturen je nach Anwendung ringförmig, rahmenförmig, plattenförmig oder scheibenförmig sein. The edge of the electrically conductive structures may, for. B. each circular, rectangular or cuboid. Further, depending on the application, the electrically conductive structures may be annular, frame-shaped, plate-shaped or disk-shaped.

Es kann vorgesehen sein, dass jede elektrisch leitfähige Struktur eine Vielzahl, z. B. 2, 3, 4, 5, oder 6 von miteinander verbundenen Stegen umfasst. Die Stege können rahmenförmig angeordnet sein. Die Stege können jeweils einen geraden oder gebogenen Verlauf aufweisen. Der genannte Rand kann durch die Stege gebildet sein.It can be provided that each electrically conductive structure has a plurality, for. B. 2, 3, 4, 5, or 6 comprises interconnected webs. The webs may be arranged like a frame. The webs may each have a straight or curved course. Said edge may be formed by the webs.

Zur Verbesserung der Erzeugung der Wirbelströme und damit der Erwärmung können die elektrisch leitfähigen Strukturen miteinander über elektrisch leitfähigen Verbindungsbrücken verbunden werden oder sein. Die elektrisch leitfähigen Verbindungsbrücken können z. B. auf dem ersten Substrat angeordnet sein.To improve the generation of the eddy currents and thus the heating, the electrically conductive structures can be connected to each other via electrically conductive connecting bridges or be. The electrically conductive connection bridges can, for. B. may be arranged on the first substrate.

Die elektrisch leitfähigen Strukturen können jeweils eine geschlossene Leiterschleife bilden. Die durch den ersten Induktor induzierten Wirbelströme können sich in einer derartigen Leiterschleife besonders gut herausbilden. Außerdem kann eine derartige geschlossene Leiterschleife für eine Verkapselung einer zu verkapselnden Struktur verwendet werden (s. unten). Die geschlossene Leiterschleife kann z. B. rahmenförmig oder ringförmig sein (s. oben). Der genannte Rand kann durch die geschlossene Leiterschleife gebildet sein.The electrically conductive structures can each form a closed conductor loop. The eddy currents induced by the first inductor can be formed particularly well in such a conductor loop. In addition, such a closed conductor loop can be used for encapsulation of a structure to be encapsulated (see below). The closed conductor loop can z. B. be frame-shaped or ring-shaped (see above). Said edge can be formed by the closed conductor loop.

Auf dem ersten Substrat können Funktionselemente oder Mikrosysteme angeordnet sein, welche in ihren lateralen Abmessungen kleiner sind, als die zu erwärmenden elektrisch leitfähigen Strukturen. Z. B. können die Funktionselemente Abmessungen aufweisen, die höchstens 50%, 40%, 30%, 20% oder 10% einer seitlichen oder lateralen Ausdehnung der elektrisch leitfähigen Strukturen betragen.Functional elements or microsystems may be arranged on the first substrate which are smaller in their lateral dimensions than the electrically conductive structures to be heated. For example, the functional elements may have dimensions that are at most 50%, 40%, 30%, 20% or 10% of a lateral or lateral extent of the electrically conductive structures.

Eine Windungsbreite umfasst typischerweise zwei Schenkelbreiten und einen Schenkelabstand von zwei benachbarten Schenkeln eines Induktorelements. Die Windungsbreite kann höchstens so groß sein, wie die Summe aus zwei seitlichen Ausdehnungen der elektrisch leitfähigen Strukturen und einem seitlichen / lateralen Abstand der elektrisch leitfähigen Strukturen. Die Funktionselemente oder Mikrosysteme können z. B. innerhalb der geschlossenen Leiterschleife auf dem ersten Substrat angeordnet sein. In ihren lateralen Abmessungen sind die Funktionselemente oder Mikrosysteme üblicherweise kleiner als die Windungsbreite der Induktorelemente. Üblicherweise haben die Funktionselemente Abmessungen, die höchstens 50%, 40%, 30%, 20% oder 10% einer Breite der geschlossenen Leiterschleife betragen.A winding width typically includes two leg widths and a leg spacing of two adjacent legs of an inductor element. The winding width can be at most as large as the sum of two lateral extensions of the electrically conductive structures and a lateral / lateral spacing of the electrically conductive structures. The functional elements or microsystems can z. B. may be disposed within the closed conductor loop on the first substrate. In terms of their lateral dimensions, the functional elements or microsystems are usually smaller than the winding width of the inductor elements. Typically, the functional elements have dimensions that are at most 50%, 40%, 30%, 20% or 10% of a closed conductor loop width.

In einer Ausbildung ist eine Schenkelbreite (Breite eines Schenkels) höchstens so groß wie eine Ausdehnung der elektrisch leitfähigen Strukturen in einer Raumrichtung, z. B. in seitlicher Richtung. Beispielsweise korrespondiert eine Schenkelbreite mit einer Breite der Stege der elektrisch leitfähigen Struktur.In one embodiment, a leg width (width of a leg) is at most as large as an extension of the electrically conductive structures in a spatial direction, for. B. in the lateral direction. For example, a leg width corresponds to a width of the webs of the electrically conductive structure.

Die Frequenz des Wechselstroms und/oder der Wechselspannung sollten so gewählt werden, dass Wirbelströme in den elektrisch leitfähigen Strukturen erzeugt werden, wodurch Wärme erzeugt wird. Hierbei gilt, dass wenn die Abmessungen der zu erwärmenden Strukturen reduziert werden, immer höhere Frequenzen vorteilhaft sind, um eine effektive Erwärmung der Strukturen zu gewährleisten.The frequency of the alternating current and / or the alternating voltage should be chosen so that eddy currents are generated in the electrically conductive structures, whereby heat is generated. In this case, if the dimensions of the structures to be heated are reduced, ever higher frequencies are advantageous in order to ensure effective heating of the structures.

Je nach Abmessung der elektrisch leitfähigen Strukturen können der Wechselstrom bzw. die Wechselspannung z. B. eine Frequenz von mindestens 100 kHz, 200 kHz, 500 kHz oder 1000 kHz aufweisen. Weiterhin können die Frequenz des Wechselstroms bzw. die Frequenz der Wechselspannung höchstens 15 GHz, 1 GHz, 500 MHz, 200 MHz, 100 MHz, 50 MHz, 20 MHz oder 10 MHz betragen.Depending on the dimensions of the electrically conductive structures, the alternating current or the alternating voltage z. B. have a frequency of at least 100 kHz, 200 kHz, 500 kHz or 1000 kHz. Furthermore, the frequency of the alternating current or the frequency of the alternating voltage may be at most 15 GHz, 1 GHz, 500 MHz, 200 MHz, 100 MHz, 50 MHz, 20 MHz or 10 MHz.

Die Stromstärke im Induktor kann z. B. größer als 10 A, 20 A, 50 A oder 100 A sein. Außerdem kann die Stromstärke z. B. kleiner als 1000 A, 750 A, 500 A oder 200 A sein. Die an den ersten Induktor angelegte Spannung kann z. B. größer als 10 V, 20 V, 50 V, 100 V, 150 V, 200 V oder 300 V sein. Zudem kann die Spannung kleiner als 1500 V, 1000 V, 800 V oder 600 V sein.The current in the inductor can z. B. greater than 10 A, 20 A, 50 A or 100 A. In addition, the current z. B. less than 1000 A, 750 A, 500 A or 200 A. The voltage applied to the first inductor voltage may, for. B. greater than 10 V, 20 V, 50 V, 100 V, 150 V, 200 V or 300 V. In addition, the voltage may be less than 1500V, 1000V, 800V or 600V.

Die Dauer der Bestromung des ersten Induktors kann mindestens 0,01 s, 0,1 s, 0,5 s oder 1 s betragen. Eine maximale Dauer der Bestromung des ersten Induktors kann höchstens 60 s, 45 s, 30 s oder 15 s betragen. In manchen Ausführungsformen beträgt die Dauer der Bestromung 30 bis 60 Minuten.The duration of the energization of the first inductor may be at least 0.01 s, 0.1 s, 0.5 s or 1 s. A maximum duration of the energization of the first inductor can be at most 60 s, 45 s, 30 s or 15 s. In some embodiments, the duration of the energization is 30 to 60 minutes.

Die Induktorelemente können durch Hohlrohre gebildet sein, wodurch ein Kühlfluid, wie z. B. Wasser, fließt. Das Kühlfluid kann die Induktorelemente von innen kühlen. Die Induktorelemente können aber auch von dem Kühlmedium von außenumflossen oder passiv durch Wärmeleitung gekühlt werden. The inductor elements may be formed by hollow tubes, whereby a cooling fluid, such as. As water flows. The cooling fluid can cool the inductor elements from the inside. However, the inductor elements can also be cooled by the cooling medium from the outside or passively cooled by heat conduction.

Es kann vorgesehen sein, dass der erste Induktor an eine Energiequelle angeschlossen ist, welche als Wechselstromquelle und/oder Wechselspannungsquelle arbeitet. It can be provided that the first inductor is connected to a power source, which operates as an AC power source and / or AC voltage source.

Üblicherweise wird der erste Induktor derart angeordnet, dass die Induktorelemente sich jeweils entlang einer kompletten Längsrichtung mindestens einer elektrisch leitfähigen Struktur erstrecken. Mit anderen Worten kann das jeweilige Induktorelement entlang der kompletten Länge der elektrisch leitfähigen Struktur verlaufen. Hierdurch lässt sich die Erwärmung der Strukturen homogener und effektiver gestalten.Usually, the first inductor is arranged such that the inductor elements each extend along a complete longitudinal direction of at least one electrically conductive structure. In other words, the respective inductor element can run along the entire length of the electrically conductive structure. This makes it possible to make the heating of the structures more homogeneous and effective.

Da die Form des Induktors und die Anordnung des Induktors in Bezug auf das Substrat an die Geometrie der elektrisch leitfähigen Strukturen angepasst sind, sollte sich der Induktor in Bezug auf das Substrat während des Beaufschlagens des ersten Induktors mit einem Wechselstrom und/oder des Anlegens einer Wechselspannung an den Induktor nicht bewegen.Since the shape of the inductor and the arrangement of the inductor with respect to the substrate are adapted to the geometry of the electrically conductive structures, the inductor should be with respect to the substrate during the loading of the first inductor with an alternating current and / or the application of an alternating voltage do not move to the inductor.

Das Verfahren kann zusätzlich den folgenden Schritt aufweisen:

  • Bereitstellen eines zweiten Substrats.
The method may additionally comprise the following step:
  • Providing a second substrate.

Das erste Substrat und das zweite Substrat können identisch oder unterschiedlich ausgebildet sein. Beispielsweise kann das zweite Substrat mit oder ohne elektrisch leitfähige Strukturen versehen sein. Das erste Substrat und/ oder das zweite Substrat können z. B. als Wafer oder als Chip ausgebildet sein. In dem Fall, dass beide Substrate Wafer sind, umfasst das Verfahren vorzugsweise den Schritt des Waferbondens. In dem Fall, dass mindestens ein Substrat ein Chip ist, umfasst das Verfahren vorzugsweise den Schritt des Chipbondens. Das erste Substrat und/oder das zweite Substrat können überwiegend, z. B. mindestens 80%, oder komplett aus Silizium, Glas, Keramik, Kunststoffen, FR4 oder dergleichen gefertigt sein. Für die Merkmale des zweiten Substrats kann auf die obige Beschreibung der Merkmale des ersten Substrats verwiesen werden.The first substrate and the second substrate may be identical or different. For example, the second substrate may be provided with or without electrically conductive structures. The first substrate and / or the second substrate may, for. B. be formed as a wafer or as a chip. In the case where both substrates are wafers, the method preferably includes the step of wafer bonding. In the case where at least one substrate is a chip, the method preferably includes the step of chip bonding. The first substrate and / or the second substrate may predominantly, for. B. at least 80%, or be made entirely of silicon, glass, ceramics, plastics, FR4 or the like. For the features of the second substrate, reference may be made to the above description of the features of the first substrate.

Das Verfahren kann zusätzlich den folgenden Schritt aufweisen:

  • vor dem Schritt des Anordnens des Induktors oberhalb oder unterhalb des ersten Substrats: Ausrichten des zweiten Substrats in Bezug auf das erste Substrat. Beispielsweise können die elektrisch leitfähigen Strukturen des ersten Substrats und des zweiten Substrats miteinander in Kontakt gebracht werden. Das zweite Substrat kann derart angeordnet werden, dass das zweite Substrat die elektrisch leitfähigen Strukturen des ersten Substrats berührt. Nach dem Schritt des Ausrichtens können das erste Substrat und das zweite Substrat aneinander befestigt, gepresst oder geklammert werden, z. B. mittels Klemmen oder Klammern (Clamps).
The method may additionally comprise the following step:
  • before the step of placing the inductor above or below the first substrate: aligning the second substrate with respect to the first substrate. For example, the electrically conductive structures of the first substrate and the second substrate may be brought into contact with each other. The second substrate may be arranged such that the second substrate contacts the electrically conductive structures of the first substrate. After the alignment step, the first substrate and the second substrate may be attached, pressed or stapled together, e.g. B. by means of clamps or clamps (Clamps).

Anschließend kann der erste Induktor wie oben beschrieben angeordnet werden. Durch die Erwärmung der elektrisch leitfähigen Strukturen kann eine stoffschlüssige Verbindung des ersten Substrats mit dem zweiten Substrat mittels der elektrisch leitfähigen Strukturen erfolgen. Die stoffschlüssige Verbindung kann z. B. durch Löten, Schweißen, Sintern und/oder Diffusion des Materials der elektrisch leitfähigen Strukturen in das zweite Substrat erfolgen. Die elektrisch leitfähigen Strukturen werden insbesondere zumindest teilweise durch die in den elektrisch leitfähigen Strukturen induzierten Wirbelströme geschmolzen, wodurch das zweite Substrat mit dem ersten Substrat verbunden werden kann.Subsequently, the first inductor can be arranged as described above. As a result of the heating of the electrically conductive structures, a cohesive connection of the first substrate to the second substrate can take place by means of the electrically conductive structures. The cohesive connection can z. Example, by soldering, welding, sintering and / or diffusion of the material of the electrically conductive structures in the second substrate. The electrically conductive structures are in particular at least partially melted by the eddy currents induced in the electrically conductive structures, whereby the second substrate can be connected to the first substrate.

Mindestens ein zu verkapselndes Mikrosystem kann durch mindestens eine elektrisch leitfähige Struktur, das erste Substrat und das zweite Substrat verkapselt werden. Typischerweise wird das Mikrosystem hermetisch, z. B. luftdicht oder wasserdicht, verkapselt. Die zu verkapselnden Mikrosysteme können z. B. integrierte Schaltkreise (IC), mikro-elektromechanische Systeme (MEMS), mikro-opto-elektromechanische Systeme (MOEMS), Mikroprozessoren oder Mikrocontroller sein.At least one microsystem to be encapsulated may be encapsulated by at least one electrically conductive structure, the first substrate and the second substrate. Typically, the microsystem is hermetically, e.g. B. airtight or waterproof, encapsulated. The microsystems to be encapsulated z. As integrated circuits (IC), micro-electro-mechanical systems (MEMS), micro-opto-electro-mechanical systems (MOEMS), microprocessors or microcontroller.

Das Verfahren kann weitere Schritte aufweisen:

  • Anordnen eines zweiten Induktors unterhalb oder oberhalb des ersten Substrats,
  • wobei der zweite Induktor in Bezug auf den ersten Induktor auf der gegenüberliegenden Seite vom ersten Substrat angeordnet wird, und der zweite Induktor in Bezug auf den ersten Induktor parallel oder um 90° oder 180° gedreht ausgerichtet wird.
The method may have further steps:
  • Arranging a second inductor below or above the first substrate,
  • wherein the second inductor is positioned with respect to the first inductor on the opposite side of the first substrate, and the second inductor is aligned parallel or rotated 90 ° or 180 ° with respect to the first inductor.

Das Verfahren kann weitere Schritte aufweisen:

  • Anordnen eines zweiten Induktors unterhalb oder oberhalb des zweiten Substrats,
  • wobei der zweite Induktor in Bezug auf den ersten Induktor auf der gegenüberliegenden Seite vom zweiten Substrat angeordnet wird, und der zweite Induktor in Bezug auf den ersten Induktor parallel oder um 90° oder 180° gedreht ausgerichtet wird.
The method may have further steps:
  • Arranging a second inductor below or above the second substrate,
  • wherein the second inductor is disposed opposite the second substrate with respect to the first inductor, and the second inductor is aligned parallel or rotated 90 ° or 180 ° with respect to the first inductor.

Der erste Induktor und der zweite Induktor können unterschiedlich oder identisch ausgebildet sein. Für die Merkmale des zweiten Induktors wird auf die obige und untere Beschreibung des ersten Induktors verwiesen.The first inductor and the second inductor may be different or identical. For the features of the second inductor, reference is made to the above and below description of the first inductor.

Die für die beiden Induktoren verwendeten Spannungen und Ströme sollten aufeinander abgestimmt bzw. miteinander synchronisiert sein.The voltages and currents used for the two inductors should be matched to each other or synchronized with each other.

Weiter wird eine Vorrichtung zur Verwendung in dem oben genannten Verfahren vorgeschlagen. Die Vorrichtung weist zumindest einen ersten Induktor auf. Der erste Induktor umfasst eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Induktorelementen, wobei jedes Induktorelement mindestens einen ersten Verbindungsabschnitt und mindestens zwei Schenkel aufweist. Der erste Verbindungsabschnitt verbindet die beiden Schenkel des Induktorelements miteinander. Außerdem sind die Induktorelemente miteinander durch zweite Verbindungsabschnitte in Serie verbunden.Further, an apparatus for use in the above-mentioned method is proposed. The device has at least one first inductor. The first inductor comprises a multiplicity of inductor elements arranged side by side, wherein each inductor element has at least one first connecting section and at least two legs. The first connecting portion connects the two legs of the inductor element with each other. In addition, the inductor elements are connected to each other by second connecting portions in series.

In einer Ausführungsform sind die Induktorelemente mäanderförmig angeordnet. Der erste Induktor kann also eine Mäanderform aufweisen.In one embodiment, the inductor elements are arranged in meandering fashion. The first inductor can thus have a meandering shape.

Die Schenkel können in einer Ebene angeordnet sein. Die Schenkel verlaufen üblicherweise im Wesentlichen in einer Längsrichtung. Eine seitliche Richtung ist hierbei senkrecht zur Längsrichtung. Es kann vorgesehen sein, dass benachbarte Schenkel von benachbarten Induktorelementen und/oder benachbarte Schenkel eines Induktorelements in Längsrichtung im Wesentlichen parallel zueinander sind. Beispielsweise sind die Längsrichtungen der Schenkel jedes Induktorelements im Wesentlichen parallel zueinander.The legs can be arranged in a plane. The legs usually extend substantially in a longitudinal direction. A lateral direction is perpendicular to the longitudinal direction. It can be provided that adjacent legs of adjacent inductor elements and / or adjacent legs of an inductor element in the longitudinal direction are substantially parallel to one another. For example, the longitudinal directions of the legs of each inductor element are substantially parallel to one another.

In der Regel schließt eine Projektion der Schenkel jedes Induktorelements auf das Substrat in seitlicher Richtung höchstens zwei zu erwärmende, elektrisch leitfähige Strukturen ein, vorzugsweise eine zu erwärmende elektrisch leitfähige Struktur. Beispielsweise schließt eine Projektion der Schenkel jedes Induktorelements auf das Substrat in seitlicher Richtung höchstens zwei Reihen zu erwärmender, elektrisch leitfähiger Strukturen ein, vorzugsweise eine Reihe. Falls das Induktorelement mehr als zwei Schenkel aufweist, schließt eine Projektion der äußeren Schenkel des Induktorelements auf das Substrat z. B. in seitlicher Richtung höchstens zwei zu erwärmende, elektrisch leitfähige Strukturen ein, vorzugsweise eine zu erwärmende elektrisch leitfähige Struktur. Falls das Induktorelement mehr als zwei Schenkel aufweist, schließt eine Projektion der äußeren Schenkel des Induktorelements auf das Substrat z. B. in seitlicher Richtung höchstens zwei Reihen zu erwärmender, elektrisch leitfähiger Strukturen ein, vorzugsweise eine Reihe zu erwärmender elektrisch leitfähiger Strukturen. Eine Reihe zu erwärmender elektrisch leitfähiger Strukturen umfasst typischerweise eine Anordnung von mindestens zwei elektrisch leitfähigen Strukturen, welche entlang einer Linie, wie z. B. einer Raumrichtung, ausgerichtet sind, z. B. in Längsrichtung, Querrichtung, x-Richtung oder in y-Richtung.As a rule, a projection of the legs of each inductor element on the substrate in the lateral direction includes at most two electrically conductive structures to be heated, preferably an electrically conductive structure to be heated. For example, a projection of the legs of each inductor element on the substrate in the lateral direction includes at most two rows of electrically conductive structures to be heated, preferably one row. If the inductor element has more than two legs, closing a projection of the outer legs of the inductor element on the substrate z. B. in the lateral direction at most two to be heated, electrically conductive structures, preferably an electrically conductive structure to be heated. If the inductor element has more than two legs, closing a projection of the outer legs of the inductor element on the substrate z. B. in the lateral direction at most two rows to be heated, electrically conductive structures, preferably a number to be heated electrically conductive structures. A series of electrically conductive structures to be heated typically includes an array of at least two electrically conductive structures arranged along a line, such as a line. B. a spatial direction, are aligned, for. B. in the longitudinal direction, transverse direction, x Direction or in y direction.

Eine Schenkelbreite kann kleiner als eine Ausdehnung einer zu erwärmenden, elektrisch leitfähigen Struktur in einer Raumrichtung, z. B. in seitlicher Richtung, sein. Je nach Ausführung der zu erwärmenden Strukturen kann die Schenkelbreite wahlweise in Längsrichtung des Schenkels konstant oder variabel sein.A leg width may be smaller than an extension of a to be heated, electrically conductive structure in a spatial direction, for. B. in the lateral direction, his. Depending on the design of the structures to be heated, the leg width can optionally be constant or variable in the longitudinal direction of the leg.

In einer Ausführungsform definiert ein Schenkelabstand einen maximalen Abstand in seitlicher Richtung zwischen den beiden Schenkeln eines Induktorelements. Der Schenkelabstand zwischen zwei benachbarten Schenkeln kann konstant sein. Der Schenkelabstand kann in jedem Induktorelement konstant sein. Weiter kann der Schenkelabstand in jedem Induktorelement gleich sein. Alternativ kann es vorgesehen sein, dass es mindestens zwei Induktorelemente gibt, die einen unterschiedlichen Schenkelabstand aufweisen. Der Schenkelabstand innerhalb eines Induktorelements kann größer sein als der Schenkelabstand zwischen zwei benachbarten Induktorelementen.In one embodiment, a leg distance defines a maximum distance in the lateral direction between the two legs of an inductor element. The leg distance between two adjacent legs can be constant. The leg spacing may be constant in each inductor element. Further, the leg spacing in each inductor element may be the same. Alternatively, it may be provided that there are at least two inductor elements which have a different leg spacing. The leg spacing within an inductor element may be greater than the leg spacing between two adjacent inductor elements.

Der erste Verbindungsabschnitt und/oder der zweite Verbindungsabschnitt können als bogenförmige Abschnitte, z. B. kreisbogenförmige oder gerade Abschnitte, ausgebildet sein. Bei der verwendeten Hochspannung können hierdurch Spannungsüberschläge vermieden werden.The first connecting portion and / or the second connecting portion may be formed as arcuate portions, for. As arcuate or straight sections, be formed. With the high voltage used, voltage flashovers can be avoided.

Es kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Induktorelement mehr als zwei Schenkel aufweist, die mittels mehrerer erster Verbindungsabschnitte miteinander in Serie verbunden sind, wobei die Anzahl der Schenkel des Induktorelements eine gerade Anzahl 2n ist, und die Anzahl der ersten Verbindungsabschnitte 2n-1 ist.It can be provided that at least one inductor element has more than two legs, which are connected by means of a plurality of first connecting portions with each other in series, wherein the number of Leg of the inductor an even number 2n is, and the number of first connection sections 2n-1 is.

Typischerweise sind die Schenkel in Längsrichtung im Wesentlichen gerade ausgebildet. Ein Schenkelquerschnitt kann rund, oval, quadratisch oder rechteckig sein.Typically, the legs are formed substantially straight in the longitudinal direction. A leg cross section may be round, oval, square or rectangular.

Die Vorrichtung kann eine elektrische Energiequelle umfassen. Weiter kann die Vorrichtung eine Wechselstromquelle zum Beaufschlagen des ersten Induktors mit einem Wechselstrom oder eine Wechselspannungsquelle zum Anlegen einer Wechselspannung an den ersten Induktor aufweisen. Die Wechselstromquelle oder die Wechselspannungsquelle können derart ausgebildet sein, dass der Wechselstrom bzw. die Wechselspannung eine Frequenz von mindestens 100 kHz und/oder höchstens 15 GHz besitzen. Die Frequenz des Wechselstroms bzw. der Wechselspannung kann hierbei konstant sein oder variieren. Der erste Induktor, und falls vorgesehen, weitere Induktoren, kann oder können mittels Zuleitungen mit der Wechselstromquelle bzw. der Wechselspannungsquelle verbunden sein.The device may comprise an electrical energy source. Further, the apparatus may include an AC power source for supplying the first inductor with an AC current or an AC power source for applying an AC voltage to the first inductor. The AC power source or the AC voltage source may be configured such that the AC or the AC voltage have a frequency of at least 100 kHz and / or at most 15 GHz. The frequency of the alternating current or the alternating voltage can be constant or vary here. The first inductor, and, if provided, other inductors, may or may be connected by leads to the AC source or AC source.

Die Vorrichtung kann einen zweiten Induktor aufweisen, welcher parallel oder in einem Winkel von 90° oder 180° zu dem ersten Induktor ausgerichtet ist. Der zweite Induktor und der erste Induktor können wahlweise identisch oder unterschiedlich ausgebildet sein. Für die Merkmale des zweiten Induktors wird auf die obige Beschreibung des ersten Induktors verwiesen. Der zweite Induktor kann mit der genannten elektrischen Energiequelle verbunden sein. Es kann alternativ auch eine zweite elektrische Energiequelle für den zweiten Induktor vorhanden sein.The device may comprise a second inductor aligned parallel or at an angle of 90 ° or 180 ° to the first inductor. The second inductor and the first inductor may optionally be identical or different. For the features of the second inductor, reference is made to the above description of the first inductor. The second inductor may be connected to said electrical energy source. Alternatively, a second electrical energy source for the second inductor may also be present.

Üblicherweise ist eine Steuervorrichtung vorgesehen, welche die elektrische Energiequelle oder die elektrischen Energiequellen steuert.Usually, a control device is provided, which controls the electrical energy source or the electrical energy sources.

Es kann ein Temperatursensor vorgesehen sein, welcher derart ausgeführt ist, eine Temperatur der elektrisch leitfähigen Strukturen und/oder des ersten Substrats und/oder des zweiten Substrats zu vermessen. Der Temperatursensor ist vorzugsweise mit der Steuervorrichtung verbunden. Die Steuervorrichtung kann dazu ausgestaltet sein, durch den Temperatursensor bereitgestellte Messwerte oder Daten auszuwerten. Falls die durch den Temperatursensor gemessene Temperatur der genannten Bauteile einen Grenzwert überschreitet, kann die Bestromung des ersten Induktors und/oder des zweiten Induktors abgeschaltet werden. Ebenfalls ist es möglich, die Temperatur von verschiedenen Bereichen der elektrisch leitfähigen Strukturen und/oder des ersten Substrats und/oder des zweiten Substrats zu messen. Falls ein Temperaturgradient einen vorbestimmten Wert überschreitet, kann die Bestromung des Induktors abgeschaltet werden. Die Steuervorrichtung kann auch eine Bestromungsdauer des ersten Induktors und/oder des zweiten Induktors festlegen oder bestimmen. Die Steuervorrichtung kann z. B. ein Prozessor sein. Weiter kann ein Speichermedium vorhanden sein, indem beispielsweise Spannungswerte, Stromwerte, Wechselstromfrequenzen, Wechselspannungsfrequenzen, Bestromungsdauern, Temperaturverläufe und/oder Temperaturgradienten von bekannten Materialkombinationen gespeichert sein können. Das Speichermedium ist vorzugsweise mit der Steuervorrichtung verbunden.A temperature sensor may be provided which is designed to measure a temperature of the electrically conductive structures and / or the first substrate and / or the second substrate. The temperature sensor is preferably connected to the control device. The control device may be configured to evaluate measured values or data provided by the temperature sensor. If the temperature measured by the temperature sensor of said components exceeds a limit, the energization of the first inductor and / or the second inductor can be switched off. It is also possible to measure the temperature of different regions of the electrically conductive structures and / or the first substrate and / or the second substrate. If a temperature gradient exceeds a predetermined value, the energization of the inductor can be switched off. The control device may also set or determine a current duration of the first inductor and / or the second inductor. The control device may, for. B. be a processor. Furthermore, a storage medium can be present in that, for example, voltage values, current values, alternating current frequencies, alternating voltage frequencies, energization periods, temperature profiles and / or temperature gradients of known material combinations can be stored. The storage medium is preferably connected to the control device.

Die beschriebene Vorrichtung kann insbesondere in dem oben beschriebenen Verfahren zum Erwärmen einer Vielzahl von elektrisch leitfähigen Strukturen verwendet werden.The device described can be used in particular in the method described above for heating a plurality of electrically conductive structures.

Es sei an dieser Stelle betont, dass Merkmale, die nur in Bezug auf die Vorrichtung genannt wurden, auch für das genannte Verfahren beansprucht werden können und anders herum.It should be emphasized at this point that features which have been mentioned only in relation to the device can also be claimed for the said method and vice versa.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beigefügten Figuren erläutert. In den Figuren zeigt

  • 1 eine Aufsicht auf ein Substrat mit einer Vielzahl von elektrisch leitfähigen Strukturen und Funktionselementen;
  • 2 Detail X der 1;
  • 3 eine Aufsicht auf zwei verschiedene elektrisch leitfähige Strukturen;
  • 4 ein Teil einer Seitenansicht auf das Substrat der 1;
  • 5 eine Seitenansicht einer Konfiguration von zwei Substraten, welche mittels elektrisch leitfähiger Strukturen miteinander verbunden sind;
  • 6 eine weitere Ausführungsform eines Substrats mit Rahmen, elektrisch leitfähigen Strukturen sowie elektrisch leitfähigen Verbindungsbrücken in der Aufsicht;
  • 7 eine weitere Ausführungsform eines Substrats mit elektrisch leitfähigen Strukturen und elektrisch leitfähigen Verbindungsbrücken in der Aufsicht;
  • 8 eine Aufsicht auf einen mäanderförmigen Induktor;
  • 9 eine Aufsicht auf mehrere parallelgeschaltete mäanderförmige Induktoren;
  • 10 eine Anordnung eines Induktors und eines Substrats gemäß einer Ausführungsform;
  • 11 eine Anordnung eines Induktors und eines Substrats gemäß einer weiteren Ausführungsform;
  • 12 eine Anordnung eines Induktors und eines Substrats gemäß einer weiteren Ausführungsform;
  • 13 eine Anordnung eines Induktors und eines Substrats gemäß einer weiteren Ausführungsform;
  • 14 eine Anordnung eines Induktors und eines Substrats gemäß einer weiteren Ausführungsform;
  • 15 eine Anordnung eines Induktors und eines Substrats gemäß einem Vergleichsbeispiel;
  • 16 eine Anordnung eines Induktors und eines Substrats gemäß einem Vergleichsbeispiel;
  • 17 eine Anordnung eines Induktors und eines Substrats gemäß einem Vergleichsbeispiel; und
  • 18 eine Anordnung eines Induktors und eines Substrats gemäß einem Vergleichsbeispiel.
The invention will be explained with reference to the accompanying figures. In the figures shows
  • 1 a plan view of a substrate having a plurality of electrically conductive structures and functional elements;
  • 2 detail X of the 1 ;
  • 3 a plan view of two different electrically conductive structures;
  • 4 Part of a side view of the substrate 1 ;
  • 5 a side view of a configuration of two substrates, which are interconnected by means of electrically conductive structures;
  • 6 a further embodiment of a substrate with frame, electrically conductive structures and electrically conductive connecting bridges in the plan view;
  • 7 a further embodiment of a substrate having electrically conductive structures and electrically conductive connection bridges in the plan view;
  • 8th a plan view of a meandering inductor;
  • 9 a view of several parallel meandering inductors;
  • 10 an arrangement of an inductor and a substrate according to an embodiment;
  • 11 an arrangement of an inductor and a substrate according to another embodiment;
  • 12 an arrangement of an inductor and a substrate according to another embodiment;
  • 13 an arrangement of an inductor and a substrate according to another embodiment;
  • 14 an arrangement of an inductor and a substrate according to another embodiment;
  • 15 an arrangement of an inductor and a substrate according to a comparative example;
  • 16 an arrangement of an inductor and a substrate according to a comparative example;
  • 17 an arrangement of an inductor and a substrate according to a comparative example; and
  • 18 an arrangement of an inductor and a substrate according to a comparative example.

In den Figuren sind wiederkehrende Merkmale mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures, recurring features are given the same reference numerals.

Bevor auf das erfindungsgemäße Verfahren eingegangen wird, werden zunächst die im Verfahren verwendeten Strukturen und Vorrichtungen erläutert.Before discussing the method according to the invention, the structures and devices used in the method will first be explained.

Die 1 zeigt eine Aufsicht auf ein Substrat 1 mit einer Vielzahl von elektrisch leitfähigen Strukturen 2, welche in regelmäßigen Abständen 99 auf dem Substrat 1 angeordnet sind. Die 2 zeigt hierbei einen Ausschnitt X der 1.The 1 shows a plan view of a substrate 1 with a variety of electrically conductive structures 2 , which at regular intervals 99 on the substrate 1 are arranged. The 2 shows a section here X of the 1 ,

Die Herstellung der elektrisch leitfähigen Strukturen 2, 4 auf dem Substrat 1 erfolgt z. B. mittels physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD) und fotolithografischer Strukturierung. Ein derartiger Verfahrensablauf ist dem Fachmann geläufig; alternative Verfahren zum Aufbringen der elektrisch leitfähigen Strukturen 2, 4 auf das Substrat 1 sind ebenfalls denkbar. Die elektrisch leitfähigen Strukturen 2, 4 (nachfolgend auch „Strukturen“ 2 genannt) sind also stoffschlüssig mit dem Substrat 1 verbunden.The production of electrically conductive structures 2 . 4 on the substrate 1 takes place for. B. by physical vapor deposition (PVD) and photolithographic structuring. Such a procedure is familiar to the person skilled in the art; alternative method for applying the electrically conductive structures 2 . 4 on the substrate 1 are also possible. The electrically conductive structures 2 . 4 (hereinafter also "structures" 2 called) are so cohesively with the substrate 1 connected.

Im Ausführungsbeispiel der 1 sind 37 Strukturen 2 auf dem Substrat 1 angeordnet. Die Anzahl der Strukturen kann je nach Bedarf höher oder kleiner ausfallen. So können z. B. 10, 100, 200, 500, 1000 oder sogar mehr Strukturen 2 auf dem Substrat 1 angeordnet sein. Die Strukturen 2 umfassen vier miteinander verbundene Stege 97, welche rahmenförmig angeordnet sind. Der Rand 5 einer Struktur 2 ist z. B. quadratisch (2) oder rechteckig (3 links). Die quadratischen Strukturen 2 haben Abmessungen von 15 mm × 15 mm (y-Richtung bzw. x-Richtung). Die Stege 97 haben eine Breite b von 3 mm und eine Höhe h (in z-Richtung) von 1,5 µm (vgl. 4). In der 4 ist ein Teil einer Seitenansicht auf das Substrat 1 der 1 gezeigt. Zur besseren Anschauung ist die Höhe h der Strukturen 2 in z-Richtung vergrößert dargestellt. Die Breite b und Höhe h können in weiteren Ausführungsformen wesentlich kleiner sein. So können die Stege eine Breite b von 0,5 mm oder kleiner und eine Höhe von 0,2 µm oder kleiner aufweisen.In the embodiment of 1 are 37 structures 2 on the substrate 1 arranged. The number of structures can be higher or lower as needed. So z. B. 10, 100, 200, 500, 1000 or even more structures 2 on the substrate 1 be arranged. The structures 2 comprise four interconnected webs 97 , which are arranged in a frame shape. The edge 5 a structure 2 is z. Square ( 2 ) or rectangular ( 3 Left). The square structures 2 have dimensions of 15 mm × 15 mm (y-direction or x-direction). The bridges 97 have a width b of 3 mm and a height H (in the z-direction) of 1.5 microns (see. 4 ). In the 4 is a part of a side view of the substrate 1 of the 1 shown. For a better view, the height H the structures 2 Enlarged in z-direction. The width b and height H may be much smaller in other embodiments. So the webs can be a width b of 0.5 mm or smaller and have a height of 0.2 μm or smaller.

Die Strukturen 2 sind vorzugsweise metallisch und können beispielsweise aus Aluminium, Silber, Kupfer, Gold, Zinn, Blei, oder einer Legierung aus mindestens einem der vorstehenden Metalle gebildet sein. Die Stege 97 der Struktur 2 bilden somit jeweils eine geschlossene elektrische Leiterschleife.The structures 2 are preferably metallic and can be formed, for example, from aluminum, silver, copper, gold, tin, lead, or an alloy of at least one of the above metals. The bridges 97 the structure 2 thus each form a closed electrical conductor loop.

Das Substrat 1 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Wafer aus einem Halbleitermaterial, wie z. B. Silizium. Das Substrat hat eine elektrische Leitfähigkeit, die mindestens fünfzigmal kleiner ist, als die der Strukturen 2.The substrate 1 is in the embodiment shown, a wafer made of a semiconductor material, such as. B. silicon. The substrate has an electrical conductivity at least fifty times smaller than that of the structures 2 ,

Außerdem befindet sich auf dem Substrat 1 eine Vielzahl von Mikrosystemen 3, die als integrierte Schaltkreise, integrierte Schaltungen, Mikroprozessoren, mikroelektro-mechanische Systeme (MEMS), Mikrocontroller oder Sensoren ausgebildet sein können. Die Mikrosysteme 3 sind jeweils innerhalb der Rahmenform der elektrisch leitfähigen Struktur 2 positioniert. Die Mikrosysteme 3 werden im unten genannten Verfahren durch das Substrat 1, die Strukturen 2 und ein weiteres Substrat 100 eingekapselt. Die Mikrosysteme 3 können eine Reihe von unterschiedlichen Funktionselementen 22 aufweisen. Die Abmessungen der Funktionselemente 22 der Mikrosysteme 3 sind in der Regel kleiner als die Breite b der elektrisch leitfähigen Strukturen 2. Beispielsweise betragen die Abmessungen der Funktionselemente höchstens 10% der Breite b der Strukturen 2.It is also on the substrate 1 a variety of microsystems 3 which may be implemented as integrated circuits, integrated circuits, microprocessors, microelectromechanical systems (MEMS), microcontrollers or sensors. The microsystems 3 are each within the frame shape of the electrically conductive structure 2 positioned. The microsystems 3 be in the process below by the substrate 1 , the structures 2 and another substrate 100 encapsulated. The microsystems 3 can be a set of different functional elements 22 exhibit. The dimensions of the functional elements 22 the microsystems 3 are usually smaller than the width b of the electrically conductive structures 2 , For example, the dimensions of the functional elements are at most 10% of the width b the structures 2 ,

Die 5 zeigt eine Seitenansicht einer Konfiguration von zwei Substraten 1 und 100, welche mittels elektrisch leitfähiger Strukturen 2 miteinander verbunden sind. Die Substrate 1, 100 und die Strukturen 2 umschließen die Mikrosysteme 3. Durch Trennen der Substrate 1, 100 kann eine Vielzahl von getrennten eingekapselten Mikrosystemen 3 erhalten werden.The 5 shows a side view of a configuration of two substrates 1 and 100 , which by means of electrically conductive structures 2 connected to each other. The substrates 1 . 100 and the structures 2 enclose the microsystems 3 , By separating the substrates 1 . 100 can be a variety of separate encapsulated microsystems 3 to be obtained.

Die 6 und 7 zeigen zwei weitere Ausführungsformen von Substraten 1, auf denen elektrisch leitfähige Strukturen 2 angeordnet sind. Die elektrisch leitfähigen Strukturen 2, 4 der 6 und 7 sind miteinander über elektrisch leitfähigen Verbindungsbrücken 23 verbunden. Die elektrisch leitfähigen Verbindungsbrücken 23 sind ebenfalls auf dem Substrat 1 angeordnet.The 6 and 7 show two further embodiments of substrates 1 on which electrically conductive structures 2 are arranged. The electrically conductive structures 2 . 4 of the 6 and 7 are interconnected via electrically conductive connection bridges 23 connected. The electrically conductive connection bridges 23 are also on the substrate 1 arranged.

Die 3 zeigt eine Aufsicht auf zwei alternative elektrisch leitfähige Strukturen 2, 4. Im Unterschied zu den Strukturen 2 der 1, 2 und 3 links, sind die elektrisch leitfähigen Strukturen 4 der 3 rechts und 7 nicht rahmenförmig sondern flächig. Sie haben also insbesondere keine mittige Öffnung. Die Strukturen 4 können z. B. als „Pads“ bezeichnet werden.The 3 shows a plan view of two alternative electrically conductive structures 2 . 4 , Unlike the structures 2 of the 1 . 2 and 3 left, are the electrically conductive structures 4 of the 3 right and 7 not frame-shaped but flat. So you have in particular no central opening. The structures 4 can z. B. be referred to as "pads".

Nachfolgend werden verschiedene Induktoren 6 zum Erwärmen der Strukturen 2, 4 näher beschrieben.Below are various inductors 6 for heating the structures 2 . 4 described in more detail.

Die 8 bis 14 zeigen verschiedene Ausführungsformen von Induktoren 6. Zur besseren Anschauung sind in den 10, 11, 12 und 14 Schnitte A-A der jeweiligen 10, 11, 12 bzw. 14 abgebildet.The 8th to 14 show various embodiments of inductors 6 , For better intuition are in the 10 . 11 . 12 and 14 slice AA the respective 10 . 11 . 12 respectively. 14 displayed.

Durch Anlegen einer Wechselspannung bzw. Beaufschlagen mit einem Wechselstrom können die Induktoren 6 elektromagnetische Felder erzeugen, die wiederum bei entsprechender Anordnung der Induktoren 6 Wirbelströme in den elektrisch leitfähigen Strukturen 2, 4 generieren. Als Induktormaterial können verschiedene elektrisch leitfähige Materialien (üblicherweise Metalle, wie Kupfer, Aluminium, Silber bzw. deren Legierungen) verwendet werden.By applying an alternating voltage or applying an alternating current, the inductors 6 generate electromagnetic fields, which in turn with appropriate arrangement of the inductors 6 Eddy currents in the electrically conductive structures 2 . 4 to generate. As the inductor material, various electrically conductive materials (usually metals such as copper, aluminum, silver or their alloys) may be used.

Die Fertigung des Induktors 6 kann mittels Umformen (Biegen), Trennen (Fräsen, Laserschneiden, Wasserstrahlschneiden, Scherschneiden, Erodieren), Urformen (3D-Druck / Selektives Lasersintern, Gießen) oder Beschichten (Aerosoljet, Siebdruck, Galvanisch) erfolgen. Der Induktor 6 kann aktiv gekühlt, passiv gekühlt oder ungekühlt ausgeführt bzw. verwendet werden. Eine Kühlung des Induktors 6 kann mithilfe von Wärmeträgerflüssigkeiten oder -gasen (z. B. Kühlwasser, Druckluft) erfolgen. Die Kühlung kann innengekühlt (z. B. Induktor als Hohlrohr) oder außengekühlt (z. B. Induktor durch Kühlwasser umflossen) integriert werden.The manufacture of the inductor 6 can be done by forming (bending), cutting (milling, laser cutting, water jet cutting, shear cutting, eroding), prototyping (3D printing / selective laser sintering, casting) or coating (Aerosoljet, screen printing, galvanic). The inductor 6 can be actively cooled, passively cooled or uncooled. A cooling of the inductor 6 can be done using heat transfer fluids or gases (eg cooling water, compressed air). The cooling can be integrated internally cooled (eg inductor as a hollow tube) or externally cooled (eg inductor enclosed by cooling water).

Der in den 8-14 gezeigte Induktor 6 weist eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Induktorelementen 30 auf. Jedes Induktorelement 30 weist mindestens einen (ersten) Verbindungsabschnitt 31 und mindestens zwei Schenkel 32 auf, wobei der (erste) Verbindungsabschnitt 31 die beiden Schenkel 32 miteinander verbindet. Die Induktorelemente 30 sind miteinander über zweite Verbindungsabschnitte 33 in Serie verbunden. Induktorelemente 30 bilden zusammen eine Leiterschleife, die einen Innenbereich 7 und einen Außenbereich 8 aufweist. Typischerweise sind elektromagnetische Feldstärke und Flussdichte des durch den Induktor 6 hervorgerufenen elektromagnetischen Feldes bzw. Flusses im Innenbereich 7 des Induktors 6 größer als im Außenbereich 8 des Induktors 6.The in the 8-14 shown inductor 6 has a plurality of juxtaposed inductor elements 30 on. Each inductor element 30 has at least one (first) connection section 31 and at least two thighs 32 on, wherein the (first) connecting section 31 the two thighs 32 connects with each other. The inductor elements 30 are connected to each other via second connecting sections 33 connected in series. inductor 30 Together they form a conductor loop that forms an interior area 7 and an outdoor area 8th having. Typically, electromagnetic field strength and flux density of the inductor 6 caused electromagnetic field or river indoors 7 of the inductor 6 bigger than outdoors 8th of the inductor 6 ,

Die Schenkel 32 der Induktorelemente 30 sind in einer Ebene angeordnet, die parallel zum Substrat 1 ist (s. unten). Die Schenkel 32 sind entlang einer Längsrichtung y im Wesentlichen gerade ausgebildet und verlaufen parallel zueinander. Eine seitliche Richtung x steht hierbei senkrecht auf der Längsrichtung y. Die Verbindungsabschnitte 31 und 33 sind hierbei bogenförmig, sodass der Induktor 6 bzw. die Induktorelemente 30 insgesamt eine mäanderförmige Struktur aufweist bzw. aufweisen.The thigh 32 the inductor elements 30 are arranged in a plane parallel to the substrate 1 is (see below). The thigh 32 are along a longitudinal direction y essentially straight and run parallel to each other. A lateral direction x stands here perpendicular to the longitudinal direction y , The connecting sections 31 and 33 are arcuate, so that the inductor 6 or the inductor elements 30 has or have a meandering structure as a whole.

Wie in den Schnitten A-A der 10, 11, 12 und 14 zu erkennen ist, haben die Schenkel 32 der Induktorelemente 30 einen quadratischen Querschnitt. Alternativ kann der Querschnitt der Schenkel 32 z. B. auch oval, rund oder rechteckig sein.As in the cuts AA of the 10 . 11 . 12 and 14 it can be seen, have the thighs 32 the inductor elements 30 a square cross section. Alternatively, the cross section of the legs 32 z. B. also oval, round or rectangular.

Die Schenkel 32 jedes einzelnen Induktorelements 30 der 8, 9, 10, 11 und 14 haben einen konstanten und gleichen Schenkelabstand 9, 13 in x-Richtung / seitlicher Richtung x zueinander. Eine Windungsbreite 98 setzt sich typischerweise zusammen aus zwei Schenkelbreiten 11, 15 und einem Schenkelabstand 9, 13. In der 10 entspricht die Windungsbreite 98 etwa einer seitlichen Ausdehnung einer elektrisch leitfähigen Struktur 2. In der 11 ist die Windungsbreite 98 so groß wie zwei seitliche Ausdehnungen der Strukturen 2 und ein Abstand 99 zwischen den Strukturen 2.The thigh 32 each individual inductor element 30 of the 8th . 9 . 10 . 11 and 14 have a constant and equal leg distance 9 . 13 in x Direction / lateral direction x to each other. One turn width 98 is typically composed of two leg widths 11 . 15 and a leg distance 9 . 13 , In the 10 corresponds to the winding width 98 about a lateral extent an electrically conductive structure 2 , In the 11 is the winding width 98 as large as two lateral extensions of the structures 2 and a distance 99 between the structures 2 ,

In den 12 und 13 ist ein Schenkelabstand (12: Schenkelabstand 19, 20) innerhalb eines einzelnen Induktorelements 30 zwar konstant und gleich; jedoch ist der Schenkelabstand in den verschiedenen Induktorelementen 30 unterschiedlich. Es gibt somit mindestens zwei Induktorelemente 30, die einen unterschiedlichen Schenkelabstand 19, 20 aufweisen.In the 12 and 13 is a leg distance ( 12 : Thigh distance 19 . 20 ) within a single inductor element 30 while constant and equal; however, the leg spacing is in the various inductor elements 30 differently. There are thus at least two inductor elements 30 that have a different thigh distance 19 . 20 exhibit.

In der 12 gibt es mehrere Induktorelemente 30, die jeweils mehr als zwei Schenkel 32 aufweisen. Hierbei sind in der 12 Abschnitte 16 und 17 gezeigt, die zusätzlich zu den äußeren Schenkel 32 der Induktorelemente 30 weitere zwei oder vier Schenkel 32 im Innenbereich 7 aufweisen. Weiter sind im Abschnitt 18 zwei zusätzliche Schenkel 32 im Außenbereich 8 dargestellt. Die Anzahl der Schenkel 32 des jeweiligen Induktorelements 30 ist hierbei eine gerade Anzahl 2n, wobei die Anzahl der ersten Verbindungsabschnitte 2n-1 beträgt. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Stromrichtung im Induktor 6 nicht umgekehrt wird.In the 12 There are several inductor elements 30 , each with more than two legs 32 exhibit. Here are in the 12 sections 16 and 17 shown in addition to the outer thighs 32 the inductor elements 30 another two or four legs 32 indoor 7 exhibit. Next are in the section 18 two additional thighs 32 outside 8th shown. The number of thighs 32 the respective inductor element 30 this is an even number 2n wherein the number of the first connecting sections 2n - 1 is. This ensures that the current direction in the inductor 6 not vice versa.

Die Schenkel 32 der 8-14 haben eine konstante Schenkelbreite 11, 15, 21. Alternativ kann die Schenkelbreite 11, 15, 21 auch entlang der Längsrichtung y der Schenkel 32 variieren. Die Schenkelbreite 11, 15, 21 korrespondiert mit einer Stegbreite b der Stege 97 der elektrisch leitfähigen Strukturen 2. Die Schenkelbreite ist somit kleiner als die Hälfte der Summe der Abmessungen der Strukturen 2 und des Strukturabstandes 99 in seitlicher Richtung x.The thigh 32 of the 8-14 have a constant leg width 11 . 15 . 21 , Alternatively, the leg width 11 . 15 . 21 also along the longitudinal direction y the thigh 32 vary. The thigh width 11 . 15 . 21 corresponds to a web width b of the bridges 97 of the electrically conductive structures 2 , The leg width is thus smaller than half the sum of the dimensions of the structures 2 and the structure distance 99 in the lateral direction x ,

Aus den 8 bis 14 geht hervor, dass eine Projektion der Schenkel 32 jedes Induktorelements 31 auf das Substrat 1 in seitlicher Richtung x höchstens zwei zu erwärmende, elektrisch leitfähige Strukturen 2 einschließt.From the 8th to 14 shows that a projection of the thighs 32 each inductor element 31 on the substrate 1 in the lateral direction x at most two to be heated, electrically conductive structures 2 includes.

Ein Schenkelabstand oder Abstand zwischen benachbarten Induktorelementen 30 ist ebenfalls konstant und in den 8, 9, 10 und 14 mit den Bezugszeichen 10 und 14 gekennzeichnet.A leg distance or distance between adjacent inductor elements 30 is also constant and in the 8th . 9 . 10 and 14 with the reference numerals 10 and 14 characterized.

Die Ausführungsform des in der 13 gezeigten Induktors 6 ist eine Mischform der Induktoren aus den Ausführungsformen der 10 und 11. Weitere Mischformen sind ebenfalls möglich.The embodiment of the in the 13 shown inductor 6 is a mixed form of the inductors of the embodiments of 10 and 11 , Other mixed forms are also possible.

Der in der 9 gezeigte Induktor 6 weicht insofern von den in den 8, 10-14 gezeigten Induktoren ab, als der Induktor 6 drei Gruppen 36, 37, 38 von Induktorelementen 30 aufweist, wobei die Gruppen 36, 37, 38 parallel zueinander geschaltet sind. Es können zwei Gruppen oder mehr als drei Gruppen vorgesehen sein.The Indian 9 shown inductor 6 thus differs from the in the 8th . 10-14 shown inductors, as the inductor 6 three groups 36 . 37 . 38 of inductor elements 30 having, where the groups 36 . 37 . 38 are connected in parallel to each other. There may be two groups or more than three groups.

Der Induktor 6 aus den 8-14 ist über Zuleitungen 34 mit einer elektrischen Energiequelle 35 verbunden, wobei die elektrische Energiequelle 35 eine Wechselstromquelle oder eine Wechselspannungsquelle sein kann. Die elektrische Energiequelle ist dazu ausgelegt, eine Wechselspannung oder einen Wechselstrom für den Induktor 6 bereitzustellen. Eine Frequenz der Wechselspannung oder des Wechselstroms ist hierbei abhängig von der jeweiligen Anwendung und kann z. B. mindestens 100 kHz und/oder höchstens 15 MHz betragen. Die elektrische Energiequelle 35 kann eine Spannung von etwa 100 bis 900 V an den Induktor 6 anlegen. Der durch den Induktor 6 fließende Strom hat eine Stromstärke von etwa 300 - 500 A.The inductor 6 from the 8-14 is via supply lines 34 with an electrical energy source 35 connected, wherein the electrical energy source 35 may be an AC power source or an AC power source. The electrical energy source is designed to be an alternating voltage or an alternating current for the inductor 6 provide. A frequency of the AC voltage or AC is dependent on the particular application and can, for. B. at least 100 kHz and / or at most 15 MHz. The electrical energy source 35 can supply a voltage of about 100 to 900 V to the inductor 6 invest. The through the inductor 6 flowing electricity has a current of about 300 - 500 A.

Eine nicht dargestellte Steuervorrichtung ist vorgesehen, welche ausgebildet ist, die elektrische Energiequelle 35 anzusteuern. Es kann optional ein Temperatursensor vorgesehen sein, welche ausgestaltet ist, eine Temperatur der elektrisch leitfähigen Strukturen 2 und/oder des ersten Substrats 1 und/oder des zweiten Substrats 100 zu vermessen. Der Temperatursensor ist mit der Steuervorrichtung verbunden, wobei die Steuervorrichtung dazu konfiguriert ist, Messwerte oder Daten des Temperatursensors auszuwerten. Außerdem ist ein mit der Steuervorrichtung verbundenes Speichermedium vorgesehen, in dem Spannungsverläufe, Stromverläufe, Wechselstromfrequenzen, Wechselspannungsfrequenzen, Bestromungsdauern und/oder Temperaturverläufe von vorbekannten Materialkombinationen gespeichert sind.A control device, not shown, is provided, which is formed, the electrical energy source 35 head for. Optionally, a temperature sensor may be provided which is configured, a temperature of the electrically conductive structures 2 and / or the first substrate 1 and / or the second substrate 100 to measure. The temperature sensor is connected to the control device, wherein the control device is configured to evaluate measured values or data of the temperature sensor. In addition, a storage medium connected to the control device is provided, in which voltage profiles, current characteristics, AC frequencies, AC voltage frequencies, energization periods and / or temperature profiles of previously known material combinations are stored.

Die in den 1-7 gezeigten elektrisch leitfähigen Strukturen 2 lassen sich vorzugsweise mittels der in den 8-14 gezeigten Induktoren 6 erwärmen.The in the 1-7 shown electrically conductive structures 2 can be preferably by means of in the 8-14 shown inductors 6 heat.

Hierzu wird der Induktor 6 zunächst oberhalb oder unterhalb des Substrats 1 angeordnet, s. 10-14. Der Induktor 6 wird derart angeordnet, dass jedes Induktorelement 30 jeweils mit einem Rand mindestens einer elektrisch leitfähigen Struktur 2 überlappt. Weiter wird der Induktor 6 so angeordnet, dass das jeweilige Induktorelement 30 parallel zu dem Rand der elektrisch leitfähigen Struktur 2 verläuft. Hierbei verläuft jedes Induktorelement 30, insbesondere die Schenkel 32, vorzugsweise im Bereich der Überlappung parallel zu dem Rand der jeweiligen elektrisch leitfähigen Struktur 2. Die Induktorelemente 30, insbesondere die Schenkel 32, können sich jeweils entlang einer kompletten Länge in Längsrichtung y der elektrisch leitfähigen Struktur 2 erstrecken.For this purpose, the inductor 6 initially above or below the substrate 1 arranged, s. 10-14 , The inductor 6 is arranged such that each inductor element 30 each with an edge of at least one electrically conductive structure 2 overlaps. Next is the inductor 6 arranged so that the respective inductor element 30 parallel to the edge of the electrically conductive structure 2 runs. Here, each runs inductor 30 , especially the thighs 32 , preferably in the region of the overlap parallel to the edge of the respective electrically conductive structure 2 , The inductor elements 30 , especially the thighs 32 , each can be along a complete length in the longitudinal direction y the electrically conductive structure 2 extend.

Nach dem Anordnen des Induktors 6 oberhalb oder unterhalb des Substrats 1 wird der Induktor 6 mit einem Wechselstrom mittels der elektrischen Energiequelle 35 beaufschlagt. Alternativ oder zusätzlich wird eine Wechselspannung an den Induktor 6 mittels der elektrischen Energiequelle 35 angelegt. Hierdurch werden Wirbelströme in den elektrisch leitfähigen Strukturen 2 erzeugt. Die Wirbelströme werden typischerweise unmittelbar durch das magnetische Wechselfeld des Induktors 6 in den elektrisch leitfähigen Strukturen 2 induziert. Die Wirbelströme erwärmen die elektrisch leitfähigen Strukturen 2 entsprechend dem ersten Jouleschen Gesetz. Die Frequenz des Wechselstroms und/oder der Wechselspannung sind hierbei auf die Dimensionen der elektrisch leitfähigen Strukturen abgestimmt, damit die Erzeugung von Wirbelströmen möglichst effektiv und effizient ist.After arranging the inductor 6 above or below the substrate 1 becomes the inductor 6 with an alternating current by means of the electrical energy source 35 applied. Alternatively or additionally, an alternating voltage is applied to the inductor 6 by means of the electric energy source 35 created. As a result, eddy currents in the electrically conductive structures 2 generated. The eddy currents are typically directly through the alternating magnetic field of the inductor 6 in the electrically conductive structures 2 induced. The eddy currents heat the electrically conductive structures 2 according to the first law of Joule. The frequency of the alternating current and / or the alternating voltage are matched to the dimensions of the electrically conductive structures, so that the generation of eddy currents is as effective and efficient.

Da die zu erwärmenden elektrisch leitfähigen Strukturen 2 innerhalb der Projektion des Innenbereichs 7 auf dem Substrat 1 stärker erwärmt werden können, als innerhalb der Projektion des Außenbereichs 8 auf dem Substrat 1, wird der Induktor 6 so angeordnet, dass die elektrisch leitfähigen Strukturen 2 innerhalb der Projektion des Innenbereichs 7 auf dem Substrat 1 liegen (vgl. 10-14).As the electrically conductive structures to be heated 2 within the projection of the interior 7 on the substrate 1 can be heated more strongly than within the projection of the exterior 8th on the substrate 1 , becomes the inductor 6 arranged so that the electrically conductive structures 2 within the projection of the interior 7 on the substrate 1 lie (cf. 10-14 ).

Da die Form und die räumliche Anordnung des Induktors 6 in Bezug auf das Substrat 1 an die Geometrie und Anordnung der elektrisch leitfähigen Strukturen 2 auf dem Substrat 1 angepasst sind, sollte sich der Induktor 6 in Bezug auf das Substrat 1 während des Induzierens der Wirbelströme in den elektrisch leitfähigen Strukturen 2 und der Erwärmung der elektrisch leitfähigen Strukturen 2 nicht bewegen.Because the shape and the spatial arrangement of the inductor 6 in relation to the substrate 1 to the geometry and arrangement of the electrically conductive structures 2 on the substrate 1 adjusted, the inductor should be 6 in relation to the substrate 1 during inducing the eddy currents in the electrically conductive structures 2 and the heating of the electrically conductive structures 2 dont move.

Das Substrat 1 kann durch die Erwärmung der elektrisch leitfähigen Strukturen 2 mit einem weiteren Substrat 100 verbunden werden, s. z. B. 5. Einzelheiten hierzu entnimmt der Fachmann z. B. der Veröffentlichung US 7 332 411 B2 , welche durch Referenzieren vollumfänglich zum Bestandteil der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.The substrate 1 can be due to the heating of the electrically conductive structures 2 with another substrate 100 be connected, see eg. 5 , For details, the expert takes z. B. the publication US Pat. No. 7,332,411 B2 , which is made by referencing fully incorporated into the present application.

Das erste Substrat 1 und das zweite Substrat 100 können identisch oder unterschiedlich ausgebildet sein. Beispielsweise kann das zweite Substrat 100 mit oder ohne elektrisch leitfähige Strukturen 2 versehen sein. Während das erste Substrat 1 in der Regel als Wafer oder Leiterplatte ausgebildet ist, kann das zweite Substrat 100 z. B. eine Glasscheibe oder auch ein Wafer oder eine Leiterplatte sein. Die Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Form der Substrate 1, 100 beschränkt. Für die Merkmale des zweiten Substrats 100 kann im Übrigen auf die obige Beschreibung der Merkmale des ersten Substrats 1 verwiesen werden.The first substrate 1 and the second substrate 100 can be identical or different. For example, the second substrate 100 with or without electrically conductive structures 2 be provided. While the first substrate 1 usually formed as a wafer or printed circuit board, the second substrate 100 z. As a glass or even a wafer or a printed circuit board. The invention is not limited to a particular form of the substrates 1 . 100 limited. For the features of the second substrate 100 Incidentally, the above description of the features of the first substrate 1 to get expelled.

Vor dem Schritt des Anordnens des Induktors 6 oberhalb oder unterhalb des ersten Substrats 1 wird das zweite Substrat 100 in Bezug auf das erste Substrat 1 ausgerichtet. Der Fachmann spricht hier vom Bondalignment. Beispielsweise können die elektrisch leitfähigen Strukturen 2 des ersten Substrats 1 und des zweiten Substrats 100, falls vorhanden, aufeinander positioniert werden. Das zweite Substrat 100 kann derart angeordnet werden, dass das zweite Substrat 100 die elektrisch leitfähigen Strukturen 2 des ersten Substrats 1 berührt, s. 5. Nach dem Schritt des Ausrichtens können das erste Substrat 1 und das zweite Substrat 100 aneinander befestigt, gepresst oder geklammert werden, z. B. mittels Clamps.Before the step of placing the inductor 6 above or below the first substrate 1 becomes the second substrate 100 with respect to the first substrate 1 aligned. The expert speaks here of bond alignment. For example, the electrically conductive structures 2 of the first substrate 1 and the second substrate 100 , if present, are positioned one on top of the other. The second substrate 100 can be arranged such that the second substrate 100 the electrically conductive structures 2 of the first substrate 1 touched, s. 5 , After the alignment step, the first substrate may be 1 and the second substrate 100 attached, pressed or stapled together, e.g. B. by means of clamps.

Hiernach wird der Induktor 6 wie oben beschrieben angeordnet. Durch die Erwärmung oder Erhitzung der elektrisch leitfähigen Strukturen 2, kann eine stoffschlüssige Verbindung der beiden Substrate 1, 100 hergestellt werden. So können die elektrisch leitfähigen Strukturen 2 durch den erzeugten Temperaturanstieg aufgeschmolzen werden. Die stoffschlüssige Verbindung kann z. B. durch Löten, Schweißen, Sintern und/oder Diffusion erfolgen.After that, the inductor 6 arranged as described above. By heating or heating of the electrically conductive structures 2 , a cohesive connection of the two substrates 1 . 100 getting produced. So can the electrically conductive structures 2 be melted by the generated temperature increase. The cohesive connection can z. B. by soldering, welding, sintering and / or diffusion.

Das oben geschilderte Verfahren eignet sich insbesondere zur Verkapselung von Mikrosystemen 3. Durch das Verbinden der beiden Substrate 1, 100 mittels der elektrisch leitfähigen Strukturen 2 wird das dazwischenliegende Mikrosystem 3 hermetisch eingekapselt.The above-described method is particularly suitable for the encapsulation of microsystems 3 , By connecting the two substrates 1 . 100 by means of the electrically conductive structures 2 becomes the intermediate microsystem 3 hermetically encapsulated.

Um die Effizienz bzw. die Homogenität der Erwärmung zu steigern, kann außerdem ein zweiter Induktor 60 verwendet werden, vgl. 14. Wenn der erste Induktor 6 oberhalb des ersten Substrats 1 angeordnet wird, wird der zweite Induktor 60 unterhalb des ersten Substrats 1 angeordnet. Der zweite Induktor 60 kann z. B. in Bezug auf den ersten Induktor 6 parallel oder um 90° oder 180° gedreht ausgerichtet werden. Der erste Induktor 6 und der zweite Induktor 60 können unterschiedlich oder identisch ausgebildet sein. Für die Merkmale des zweiten Induktors 60 wird auf die obige Beschreibung des ersten Induktors 6 verwiesen.In order to increase the efficiency or the homogeneity of the heating, a second inductor can also be used 60 be used, cf. 14 , If the first inductor 6 above the first substrate 1 is arranged, the second inductor 60 below the first substrate 1 arranged. The second inductor 60 can z. B. with respect to the first inductor 6 be aligned parallel or rotated by 90 ° or 180 °. Of the first inductor 6 and the second inductor 60 can be designed differently or identically. For the characteristics of the second inductor 60 Turns to the above description of the first inductor 6 directed.

An dieser Stelle sei betont, dass eine Verwendung von zwei Induktoren 6, 60 bei zwei Substraten 1, 100 ebenfalls möglich ist.At this point it should be emphasized that a use of two inductors 6 . 60 with two substrates 1 . 100 is also possible.

Zusätzlich zu den obigen Ausführungen kann eine weitere Homogenisierung der Temperatur der elektrisch leitfähigen Strukturen 2, 4 durch eine partielle Anhebung der Induktorelemente 30 in z-Richtung, d.h. senkrecht zu dem Substrat 1, 100, und/oder durch den partiellen Einsatz von feldführenden Elementen über den Induktorelementen 30 erreicht werden.In addition to the above embodiments, further homogenization of the temperature of the electrically conductive structures 2 . 4 by a partial increase of the inductor elements 30 in z Direction, ie perpendicular to the substrate 1 . 100 , and / or by the partial use of field-guiding elements over the inductor elements 30 be achieved.

Nachstehend werden die Anwendungsbeispiele 1-4 miteinander verglichen. Die 15 bis 18 zeigen Anordnungen jeweils eines Induktors und eines Substrats gemäß den Anwendungsbeispielen 1-4. In den unteren Graphen der 15-18 sind räumliche Temperaturverläufe während der Erwärmung der elektrisch leitfähigen Strukturen 2 dargestellt.Below are the application examples 1 - 4 compared to each other. The 15 to 18 show arrangements of each of an inductor and a substrate according to the application examples 1 - 4 , In the lower graphs of 15-18 are spatial temperature profiles during the heating of the electrically conductive structures 2 shown.

Bei den Vergleichsbeispielen 1-4 wurden folgende Parameter verwendet:

  • ■ Querschnitt der Induktorschenkel: Quadratisch, 4 mm × 4 mm
  • ■ Induktormaterial: Cu-ETP
  • ■ Herstellung des Induktors: Umformen (Biegen)
  • ■ Kühlung des Induktors: innengekühlt mit Wasser
  • ■ Material der induktiv zu erwärmende Strukturen: Aluminium, Dicke: 1,5 µm
  • ■ Geometrie der zu erwärmenden Strukturen: Rahmen, 15 mm × 15 mm, Stegbreite: 3 mm
  • ■ Induktiv nicht zu erwärmendes Substrat: Silizium, ∅ 150 mm, Dicke: 675 µm, p(100), p = 10...20 Ω·cm
  • ■ Induktiv nicht zu erwärmende Funktionselemente: keine vorhanden
  • ■ Verbindungsbrücken: keine vorhanden
  • ■ Generatorparameter: fRes = 1400 kHz, HF-Spannung: 436 V, HF-Stromstärke: 151 A
  • ■ Heizdauer: 3 Sekunden
In Comparative Examples 1-4, the following parameters were used:
  • ■ Cross section of the inductor legs: Square, 4 mm × 4 mm
  • ■ Inductor material: Cu-ETP
  • ■ manufacture of the inductor: forming (bending)
  • ■ Cooling of the inductor: internally cooled with water
  • ■ Material of the inductively heated structures: aluminum, thickness: 1.5 μm
  • ■ Geometry of the structures to be heated: frame, 15 mm × 15 mm, web width: 3 mm
  • ■ Indirectly non-heating substrate: silicon, ∅ 150 mm, thickness: 675 μm, p (100), p = 10 ... 20 Ω · cm
  • ■ Functional elements not to be heated inductively: none available
  • ■ Connecting bridges: none available
  • ■ Generator parameters: f Res = 1400 kHz, RF voltage: 436 V, RF current: 151 A
  • ■ Heating time: 3 seconds

Die Vergleichsbeispiele unterscheiden sich lediglich in der Form des Induktors 6 und der Anordnung des Induktors 6 oberhalb des Substrats 1.The comparative examples differ only in the form of the inductor 6 and the arrangement of the inductor 6 above the substrate 1 ,

In der 15 wurde ein mäanderförmiger Induktor gemäß der Ausführungsform der 10 gewählt. Zu erkennen ist, dass die Form und die Anordnung des Induktors an die spezifische Formgebung der elektrisch leitfähigen Strukturen angepasst sind.In the 15 was a meandering inductor according to the embodiment of 10 selected. It can be seen that the shape and the arrangement of the inductor are adapted to the specific shape of the electrically conductive structures.

Der in der 16 gezeigte Induktor ist ebenfalls mäanderförmig. Die in den 17 und 18 gezeigten Induktoren sind ringförmig bzw. spiralförmig. Die in den 16 bis 18 gezeigten Induktorgeometrien sind nicht an die spezifische rahmenförmige Geometrie der elektrisch leitfähigen Strukturen angepasst.The Indian 16 inductor shown is also meandering. The in the 17 and 18 Inductors shown are annular or spiral. The in the 16 to 18 Inductor geometries shown are not adapted to the specific frame-shaped geometry of the electrically conductive structures.

Mittels Thermografie wurde eine Temperatur der Anordnungen der 15-18 gemessen und in den unteren Darstellungen der 15-18 visualisiert.By means of thermography was a temperature of the arrangements of 15-18 measured and in the lower representations of the 15-18 visualized.

Hierbei wurden folgende Mindest- und Maximaltemperaturen Tmin bzw. Tmax in °C gemessen: 15: Tmin = 197 °C ; Tmax = 218 °C (ΔT = 21 K; ± 5 %) 16: Tmin = 109 °C ; Tmax > 300 °C (ΔT > 191 K; ± 34 %) 17: Tmin = 162 °C ; Tmax > 300 °C (ΔT > 138 K; ± 25 %) 18: Tmin = 60 °C ; Tmax = 246 °C (ΔT = 186 K; ± 41 %) The following minimum and maximum temperatures T min and T max in ° C were measured: 15 : Tmin = 197 ° C; Tmax = 218 ° C (ΔT = 21 K, ± 5%) 16 : T min = 109 ° C; T max > 300 ° C (ΔT> 191 K, ± 34%) 17 : T min = 162 ° C; T max > 300 ° C (ΔT> 138 K, ± 25%) 18 : T min = 60 ° C; Tmax = 246 ° C (ΔT = 186 K, ± 41%)

Die Temperaturdifferenz zwischen Tmax und Tmin ist hierbei angegeben als ΔT in K. Während die Temperaturdifferenz ΔT des Beispiels der 15 lediglich 21 K beträgt, sind die Temperaturdifferenzen ΔT der Beispiele der 16-18 deutlich größer als 100 K. Folglich können die rahmenförmigen Strukturen durch den Induktor der 15 homogen erwärmt werden (d. h. ΔT ist z. B. kleiner als 50 K, 40 K oder 30 K), während die 16-18 inhomogene Temperaturverläufe der rahmenförmigen Strukturen aufweisen.The temperature difference between T max and T min is here indicated as ΔT in K. While the temperature difference ΔT of the example of 15 is only 21 K, the temperature differences ΔT of the examples are 16-18 significantly larger than 100 K. Consequently, the frame-shaped structures can be replaced by the Inductor the 15 are heated homogeneously (ie, ΔT is, for example, less than 50 K, 40 K or 30 K), while the 16-18 have inhomogeneous temperature profiles of the frame-shaped structures.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Substratsubstratum
22
elektrisch leitfähige Strukturenelectrically conductive structures
33
Mikrosystemmicrosystems
44
elektrisch leitfähige Strukturenelectrically conductive structures
55
Randedge
66
erster Induktorfirst inductor
77
Innenbereichinterior
88th
Außenbereichoutdoors
99
Schenkelabstand zwischen zwei Schenkeln eines InduktorelementsLeg distance between two legs of an inductor element
1010
Schenkelabstand zwischen zwei benachbarten InduktorelementenLeg distance between two adjacent inductor elements
1111
Schenkelbreiteleg width
1212
Ausdehnung einer elektrisch leitfähigen Struktur in x-RichtungExpansion of an electrically conductive structure in x -Direction
1313
Schenkelabstand zwischen zwei Schenkeln eines InduktorelementsLeg distance between two legs of an inductor element
1414
Schenkelabstand zwischen zwei benachbarten InduktorelementenLeg distance between two adjacent inductor elements
1515
Schenkelbreiteleg width
1616
Induktorabschnittinductor
1717
Induktorabschnittinductor
1818
Induktorabschnittinductor
1919
Schenkelabstand zwischen zwei Schenkeln eines InduktorelementsLeg distance between two legs of an inductor element
2020
Schenkelabstand zwischen zwei Schenkeln eines InduktorelementsLeg distance between two legs of an inductor element
2121
Schenkelbreiteleg width
3030
Induktorelementinductor
3131
erster Verbindungsabschnittfirst connection section
3232
Schenkelleg
3333
zweiter Verbindungsabschnittsecond connection section
3434
Zuleitungsupply
3535
elektrische Energiequelleelectrical energy source
3636
Gruppe von InduktorelementenGroup of inductor elements
3737
Gruppe von InduktorelementenGroup of inductor elements
3838
Gruppe von InduktorelementenGroup of inductor elements
6060
zweiter Induktorsecond inductor
9797
Stegweb
9898
Windungsbreitecoil width
9999
Strukturabstandpattern pitch
100100
weiteres Substrat another substrate
bb
Breite der elektrisch leitfähigen StrukturWidth of the electrically conductive structure
h H
Höhe der elektrisch leitfähigen StrukturHeight of the electrically conductive structure
xx
seitliche Richtunglateral direction
yy
Längsrichtunglongitudinal direction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • US 7064004 B2 [0007]US 7064004 B2 [0007]
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  • DE 102006034600 A1 [0008]DE 102006034600 A1 [0008]

Claims (15)

Verfahren zum Erwärmen einer Vielzahl von elektrisch leitfähigen Strukturen (2, 4), welche auf einem elektrisch nicht-leitfähigen ersten Substrat (1) angeordnet sind, umfassend die Schritte: - Bereitstellen eines ersten Induktors (6) mit einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten Induktorelementen (30), wobei jedes Induktorelement mindestens einen ersten Verbindungsabschnitt (31) und mindestens zwei Schenkel (32) aufweist, wobei der erste Verbindungsabschnitt (31) die beiden Schenkel (32) des Induktorelements (30) miteinander verbindet, und wobei die Induktorelemente (30) miteinander durch zweite Verbindungsabschnitte (33) in Serie verbunden sind, - Anordnen des ersten Induktors (6) oberhalb oder unterhalb des ersten Substrats (1), derart, dass o jedes Induktorelement (30) jeweils zumindest bereichsweise mit einem Rand (5) mindestens einer elektrisch leitfähigen Struktur (2, 4) überlappt und/oder o jedes Induktorelement zumindest bereichsweise parallel zu dem Rand (5) der elektrisch leitfähigen Struktur (2, 4) verläuft, - Beaufschlagen des ersten Induktors (6) mit einem Wechselstrom oder Anlegen einer Wechselspannung an den ersten Induktor (6) und - Induzieren von Wirbelströmen in den elektrisch leitfähigen Strukturen (2, 4). A method of heating a plurality of electrically conductive structures (2, 4) disposed on an electrically non-conductive first substrate (1), comprising the steps of: - Providing a first inductor (6) having a plurality of juxtaposed inductor elements (30), wherein each inductor element at least a first connecting portion (31) and at least two legs (32), wherein the first connecting portion (31), the two legs (32 ) of the inductor element (30), and wherein the inductor elements (30) are connected to each other in series by second connecting sections (33), Arranging the first inductor (6) above or below the first substrate (1) such that o each inductor element (30) at least partially overlaps with an edge (5) of at least one electrically conductive structure (2, 4) and / or o each inductor element extends at least in regions parallel to the edge (5) of the electrically conductive structure (2, 4), - Applying the first inductor (6) with an alternating current or applying an alternating voltage to the first inductor (6) and - Inducing eddy currents in the electrically conductive structures (2, 4). Verfahren nach Anspruch 1, wobei jedes Induktorelement (30) im Bereich der Überlappung mit der elektrisch leitfähigen Struktur (2, 4) parallel zu dem Rand der elektrisch leitfähigen Struktur (2, 4) verläuft.Method according to Claim 1 in which each inductor element (30) extends in the region of the overlap with the electrically conductive structure (2, 4) parallel to the edge of the electrically conductive structure (2, 4). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktorelemente (30) zusammen eine Leiterschleife bilden und einen Innenbereich (7) der Leiterschleife umgeben, wobei ein Außenbereich (8) außerhalb der Leiterschleife liegt, und der erste Induktor derart angeordnet wird, dass sämtliche zu erwärmenden elektrisch leitfähigen Strukturen (2, 4) innerhalb einer Projektion des Innenbereichs (7) auf das erste Substrat (1) liegen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the inductor elements (30) together form a conductor loop and surround an inner region (7) of the conductor loop, wherein an outer region (8) lies outside the conductor loop, and the first inductor is arranged such that all to be heated electrically conductive structures (2, 4) within a projection of the inner region (7) lie on the first substrate (1). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Induktor (6) derart angeordnet wird, dass die Induktorelemente (30) sich jeweils entlang einer kompletten Längsrichtung mindestens einer elektrisch leitfähigen Struktur (2, 4) erstrecken.Method according to one of the preceding claims, wherein the first inductor (6) is arranged such that the inductor elements (30) each extend along a complete longitudinal direction of at least one electrically conductive structure (2, 4). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die in den leitfähigen Strukturen (2, 4) induzierten Wirbelströme unmittelbar und/oder primär durch das vom Induktor erzeugte magnetische Feld induziert werden.Method according to one of the preceding claims, wherein the eddy currents induced in the conductive structures (2, 4) are induced directly and / or primarily by the magnetic field generated by the inductor. Vorrichtung zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend den genannten ersten Induktor (6), wobei eine Projektion der Schenkel (32) jedes Induktorelements (30) auf das Substrat (1) in seitlicher Richtung höchstens zwei Reihen zu erwärmender, elektrisch leitfähiger Strukturen (2, 4) einschließt.Apparatus for use in a method according to any one of Claims 1 to 4 comprising said first inductor (6), wherein a projection of the legs (32) of each inductor element (30) on the substrate (1) in the lateral direction includes at most two rows of electrically conductive structures (2, 4) to be heated. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktorelemente (30) mäanderförmig angeordnet sind.Device after Claim 5 , characterized in that the inductor elements (30) are arranged meander-shaped. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel (32) in einer Ebene angeordnet sind.Device according to one of Claims 5 to 7 , characterized in that the legs (32) are arranged in a plane. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Längsrichtungen der Schenkel jedes Induktorelements im Wesentlichen parallel zueinander sind.Device according to one of Claims 5 to 8th , characterized in that longitudinal directions of the legs of each inductor element are substantially parallel to each other. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schenkelbreite (11, 15, 21) kleiner als eine seitliche Ausdehnung einer zu erwärmenden, elektrisch leitfähigen Struktur (2, 4) ist.Device according to one of Claims 5 to 10 , characterized in that a leg width (11, 15, 21) is smaller than a lateral extent of an electrically conductive structure (2, 4) to be heated. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, wobei ein Schenkelabstand (9, 13, 19) einen maximalen Abstand in seitlicher Richtung zwischen den beiden Schenkeln (32) eines Induktorelements (30) definiert, wobei der Schenkelabstand (9) in jedem Induktorelement (30) gleich und/oder konstant ist.Device according to one of Claims 5 to 11 wherein a leg distance (9, 13, 19) defines a maximum distance in the lateral direction between the two legs (32) of an inductor element (30), wherein the leg distance (9) in each inductor element (30) is equal and / or constant. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, wobei ein Schenkelabstand (9) einen maximalen Abstand in seitlicher Richtung zwischen den beiden Schenkeln (32) eines Induktorelements (30) definiert, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens zwei Induktorelemente (30) gibt, die einen unterschiedlichen Schenkelabstand (9) aufweisen. Device according to one of Claims 5 to 12 , wherein a leg distance (9) defines a maximum distance in the lateral direction between the two legs (32) of an inductor element (30), characterized in that there are at least two inductor elements (30) having a different leg distance (9). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verbindungsabschnitt (31) und/oder der zweite Verbindungsabschnitt (33) als bogenförmige oder gerade Abschnitte ausgebildet sind.Device according to one of Claims 5 to 13 , characterized in that the first connecting portion (31) and / or the second connecting portion (33) are formed as arcuate or straight sections. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 13, wobei der erste Induktor (6) eine erste Gruppe und eine zweite Gruppe von nebeneinander angeordneten Induktorelementen (36, 37, 38) umfasst, wobei die erste Gruppe und die zweite Gruppe parallel zueinander geschaltet sind.Device according to one of Claims 5 to 13 wherein the first inductor (6) comprises a first group and a second group of juxtaposed inductor elements (36, 37, 38), the first group and the second group being connected in parallel. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 14, gekennzeichnet durch einen zweiten Induktor (60), welcher parallel oder in einem Winkel von 90° oder 180° zu dem ersten Induktor (6) ausgerichtet ist.Device according to one of Claims 5 to 14 characterized by a second inductor (60) aligned parallel or at an angle of 90 ° or 180 ° to the first inductor (6).
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