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 PDFInfo
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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).
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).
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
Die Dokumente
In der Veröffentlichung
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.
- 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
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.
- 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).
- 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.
- 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.
- 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,
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
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 der1 ; -
3 eine Aufsicht auf zwei verschiedene elektrisch leitfähige Strukturen; -
4 ein Teil einer Seitenansicht aufdas 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.
-
1 a plan view of a substrate having a plurality of electrically conductive structures and functional elements; -
2 detailX of the1 ; -
3 a plan view of two different electrically conductive structures; -
4 Part of a side view of thesubstrate 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
Die Herstellung der elektrisch leitfähigen Strukturen
Im Ausführungsbeispiel der
Die Strukturen
Das Substrat
Außerdem befindet sich auf dem Substrat
Die
Die
Die
Nachfolgend werden verschiedene Induktoren
Die
Durch Anlegen einer Wechselspannung bzw. Beaufschlagen mit einem Wechselstrom können die Induktoren
Die Fertigung des Induktors
Der in den
Die Schenkel
Wie in den Schnitten
Die Schenkel
In den
In der
Die Schenkel
Aus den
Ein Schenkelabstand oder Abstand zwischen benachbarten Induktorelementen
Die Ausführungsform des in der
Der in der
Der Induktor
Eine nicht dargestellte Steuervorrichtung ist vorgesehen, welche ausgebildet ist, die elektrische Energiequelle
Die in den
Hierzu wird der Induktor
Nach dem Anordnen des Induktors
Da die zu erwärmenden elektrisch leitfähigen Strukturen
Da die Form und die räumliche Anordnung des Induktors
Das Substrat
Das erste Substrat
Vor dem Schritt des Anordnens des Induktors
Hiernach wird der Induktor
Das oben geschilderte Verfahren eignet sich insbesondere zur Verkapselung von Mikrosystemen
Um die Effizienz bzw. die Homogenität der Erwärmung zu steigern, kann außerdem ein zweiter Induktor
An dieser Stelle sei betont, dass eine Verwendung von zwei Induktoren
Zusätzlich zu den obigen Ausführungen kann eine weitere Homogenisierung der Temperatur der elektrisch leitfähigen Strukturen
Nachstehend werden die Anwendungsbeispiele
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
- ■ 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
In der
Der in der
Mittels Thermografie wurde eine Temperatur der Anordnungen der
Hierbei wurden folgende Mindest- und Maximaltemperaturen Tmin bzw. Tmax in °C gemessen:
Die Temperaturdifferenz zwischen Tmax und Tmin ist hierbei angegeben als ΔT in K. Während die Temperaturdifferenz ΔT des Beispiels der
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 inx -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
- DE 102009006822 A1 [0006]DE 102009006822 A1 [0006]
- US 7064004 B2 [0007]US 7064004 B2 [0007]
- US 7332411 B2 [0007, 0100]US 7332411 B2 [0007, 0100]
- DE 102006034600 A1 [0008]DE 102006034600 A1 [0008]
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DE102018207325 | 2018-05-09 | ||
DE102018207325.2 | 2018-05-09 |
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