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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Interferometervorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer Interferometervorrichtung.
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Stand der Technik
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Bei spektralen Filtern können in mikromechanischen elektronischen Systemen (MEMS) durchstimmbare Filter, beispielsweise Fabry-Perot Interferometer (FPI) zum Einsatz kommen. Solche Filter können eine Kavität umfassen, wobei zwei parallele hochreflektierende Spiegel in deren optischen Bereichen um einen variablen Abstand entfernt angeordnet sind (Kavitätslänge) und im Bereich optischer Wellenlängen eine starke Transmission nur für Wellenlängen zeigen können, für welche die Kavitätslänge einem ganzzahligen Vielfachen der halben Wellenlänge entsprechen kann. Die Kavitätslänge kann durch elektrostatische oder piezoelektrische Aktuierung der Spiegel verändert werden, wodurch ein spektral durchstimmbares Filterelement erzeugbar ist. Solche spektralen Filter können, dem FPI nachgelagert, einen Fotodetektor umfassen.
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Üblicherweise wird den FPIs ein Fotodetektor im selben Bauteil (Package) nachgeordnet und mit dem gleichen MEMS verbaut. Des Weiteren wird üblicherweise eine vom MEMS Bauelement (Chip) separierte Auswerteelektronik verwendet, welche als diskretes Bauelement oder in Form eines separat platzierten ASICs bereitgestellt wird.
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In der
US 7,417,746 B2 wird ein Fabry-Perot-Filter beschrieben, welches eine durchstimmbare Filterwirkung aufweist. Ein gefiltertes Bild kann durch einen Fotodetektor erfasst werden. Der spektrale Filter, welcher den Fabry-Perot-Filter umfasst, kann einen Kontroller aufweisen, welcher die Funktionen des Fabry-Perot-Filters und der Bilderzeugung und Aufnahme steuert.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Interferometervorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Herstellen einer Interferometervorrichtung nach Anspruch 13.
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Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Vorteile der Erfindung
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Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, eine Interferometervorrichtung sowie ein Verfahren zu deren Herstellung anzugeben, wobei eine Auswerteelektronik gemeinsam im gleichen Bauelement mit der Interferometereinrichtung, vorzugsweise ein FPI, verbaut werden kann. Dadurch kann ein kleinerer Chip oder Chipstapel erzeugt werden, welcher sowohl das Filterelement einer Interferometereinrichtung wie auch eine Auswerteelektronik umfasst.
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Erfindungsgemäß umfasst die Interferometervorrichtung eine Interferometereinrichtung mit einer ersten Spiegeleinrichtung, einer zweiten Spiegeleinrichtung und einem Substrat, mit welchem die beiden Spiegeleinrichtungen verbunden sind und beabstandet zueinander und übereinander angeordnet sind, wobei die Interferometereinrichtung zum Filtern von Licht eingerichtet ist, indem zumindest eine der Spiegeleinrichtungen gegenüber der anderen Spiegeleinrichtung beweglich ist. Des Weiteren umfasst die Interferometervorrichtung eine integrierte elektronische Schaltungsanordnung, welche als ein Chip ausgeformt ist, und zum Auswerten von Licht, welches durch die Interferometereinrichtung transmittierbar ist, eingerichtet ist, wobei die integrierte elektronische Schaltungsanordnung mit der Interferometereinrichtung in einem Chipstapel angeordnet ist; und eine Detektoreinrichtung, wobei die Detektoreinrichtung zum Detektieren von durch die Interferometereinrichtung transmittierten Lichts eingerichtet ist, wobei die Detektoreinrichtung im Chipstapel oder von diesem separiert angeordnet ist und wobei die Detektoreinrichtung in einem Lichtpfad des von der Interferometereinrichtung transmittierten Lichts angeordnet ist.
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Die integrierte elektronische Schaltungsanordnung kann eine Auswerteelektronik für die von der Detektoreinrichtung und vorteilhaft auch von der Interferometereinrichtung erhaltenen Signale umfassen. Die Interferometereinrichtung kann als Chip ausgebildet sein, ebenso wie die integrierte elektronische Schaltungsanordnung, wobei beide als ein Chipstapel ausführbar sind. Der Chipstapel kann durch Waferbondprozesse aus den Einzelchips der Interferometereinrichtung und der integrierten elektronischen Schaltungsanordnung ausgeformt sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Interferometervorrichtung umfasst diese ein Kappensubstrat, welches an einer der integrierten elektronischen Schaltungsanordnung abgewandten Seite der Interferometereinrichtung angeordnet ist und, wodurch zwischen der Interferometereinrichtung und der integrierten elektronischen Schaltungsanordnung eine abgedichtete Kavität, umfassend ein Vakuum oder ein Gas oder eine Gasmischung definierten Drucks, erzeugbar ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Interferometervorrichtung umfasst die integrierte elektronische Schaltungsanordnung einen ASIC-Chip.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Interferometervorrichtung umfasst zur elektrischen Kontaktierung der Spiegeleinrichtungen das Substrat und/oder der Chip der integrierten elektronischen Schaltungsanordnung zumindest einen Durchkontakt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Interferometervorrichtung ist die Interferometereinrichtung mit dem Substrat auf dem Chip der integrierten elektronischen Schaltungsanordnung angeordnet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Interferometervorrichtung ist die Interferometereinrichtung mit einer der Spiegeleinrichtungen auf dem Chip der integrierten elektronischen Schaltungsanordnung angeordnet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Interferometervorrichtung umfasst der Chip der integrierten elektronischen Schaltungsanordnung eine Ausnehmung, in welcher ein transparentes Material, angeordnet ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Interferometervorrichtung ist ein fokussierendes Element (7) in der Ausnehmung angeordnet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Interferometervorrichtung ist die Detektoreinrichtung im Chipstapel angeordnet und auf dem Chip der integrierten elektronischen Schaltungsanordnung angeordnet oder in diesen integriert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Interferometervorrichtung umfasst diese einen Hohlspiegel, welcher das transmittierte Licht auf der Detektoreinrichtung bündelt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Interferometervorrichtung umfasst diese ein Abstandselement, welches zwischen der Interferometereinrichtung und dem Chip der integrierten elektronischen Schaltungsanordnung angeordnet ist und elektrische Kontakte, Leiterbahnen und/oder Durchkontakte umfasst.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Interferometervorrichtung umfasst diese eine Aktuationseinrichtung zum Bewegen zumindest einer der Spiegeleinrichtungen.
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Erfindungsgemäß erfolgt bei dem Verfahren zum Herstellen einer Interferometervorrichtung ein Bereitstellen einer integrierten elektronischen Schaltungsanordnung, welche als ein Chip ausgeformt ist; ein Bereitstellen einer Interferometereinrichtung mit einer ersten Spiegeleinrichtung, einer zweiten Spiegeleinrichtung und einem Substrat, mit welchem die beiden Spiegeleinrichtungen verbunden sind und beabstandet zueinander und übereinander angeordnet sind und ein Anordnen der Interferometereinrichtung auf dem Chip der integrierten elektronischen Schaltungsanordnung, wobei der Chip der integrierten elektronischen Schaltungsanordnung zum Auswerten von Licht, welches durch die Interferometereinrichtung transmittierbar ist, eingerichtet ist, und wobei der Chip der integrierten elektronischen Schaltungsanordnung und die Interferometereinrichtung in einem Chipstapel angeordnet werden. Des Weiteren erfolgt ein Bereitstellen einer Detektoreinrichtung, welche zum Detektieren von durch die Interferometereinrichtung transmittierten Lichts eingerichtet ist; und ein Anordnen der Detektoreinrichtung im Chipstapel oder von diesem separiert, wobei die Detektoreinrichtung in einem Lichtpfad des von der Interferometereinrichtung transmittierten Lichts angeordnet wird.
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Das Verfahren kann sich vorteilhaft auch durch die bereits in Verbindung mit der Interferometervorrichtung genannten Merkmale und deren Vorteile auszeichnen und umgekehrt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Interferometereinrichtung durch ein Waferbond-Verfahren, ein eutektisches Bonden oder durch ein Direktbondverfahren auf dem Chip der integrierten elektronischen Schaltungsanordnung mit dem Substrat oder mit einer der Spiegeleinrichtungen angeordnet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird ein Kappensubstrat an einer der integrierten elektronischen Schaltungsanordnung abgewandten Seite der Interferometereinrichtung angeordnet und dadurch zwischen der Interferometereinrichtung und der integrierten elektronischen Schaltungsanordnung eine abgedichtete Kavität erzeugt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird eine Ausnehmung im Chip der integrierten elektronischen Schaltungsanordnung durch ein Ätzen ausgeformt, in welcher ein transparentes Material, beispielsweise ein fokussierendes Element, oder die Detektoreinrichtung angeordnet wird.
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Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
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Figurenliste
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand des in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Seitenansicht einer Interferometervorrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
- 2 eine schematische Seitenansicht einer Interferometervorrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
- 3 eine schematische Seitenansicht einer Interferometervorrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
- 4 eine schematische Seitenansicht einer Interferometervorrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
- 5 eine schematische Seitenansicht einer Interferometervorrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
- 6 eine schematische Seitenansicht einer Interferometervorrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
- 7 eine schematische Seitenansicht einer Interferometervorrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
- 8 eine schematische Seitenansicht einer Interferometervorrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
- 9 eine schematische Seitenansicht einer Interferometervorrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
- 10 eine schematische Seitenansicht einer Interferometervorrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
- 11 eine schematische Darstellung von Verfahrensschritten eines Verfahrens zum Herstellen einer Interferometervorrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Interferometervorrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
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Die Interferometervorrichtung 10, womit vorteilhaft der Überbegriff für das Gesamtbauteil gemeint ist, umfasst eine Interferometereinrichtung 1, beispielsweise einen Fabry-Perot-Chip, mit einer ersten Spiegeleinrichtung SP1, einer zweiten Spiegeleinrichtung SP2 und einem Substrat 2, mit welchem die beiden Spiegeleinrichtungen SP1 und SP2 verbunden sind und beabstandet zueinander und übereinander angeordnet sind, wobei die Interferometereinrichtung 1 zum Filtern von Licht L eingerichtet ist, indem zumindest eine der Spiegeleinrichtungen SP1 oder SP2 gegenüber der anderen Spiegeleinrichtung beweglich ist. Des Weiteren umfasst die Interferometervorrichtung 10 eine integrierte elektronische Schaltungsanordnung 3, welche als ein Chip ausgeformt ist, und zum Auswerten von Licht, welches durch die Interferometereinrichtung 1 transmittierbar ist, eingerichtet ist, wobei die integrierte elektronische Schaltungsanordnung 3 mit der Interferometereinrichtung 1 einen Chipstapel V bildet. Des Weiteren umfasst die Interferometervorrichtung 10 eine Detektoreinrichtung 5, welche zum Detektieren von durch die Interferometereinrichtung 1 transmittierten Lichts Laus eingerichtet ist und im Chipstapel V oder von diesem separiert und in einem Lichtpfad L1 des von der Interferometereinrichtung 1 transmittierten Lichts Laus angeordnet ist.
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Die Interferometereinrichtung 1 kann hierbei vorteilhaft bei einem bestimmten Spiegelabstand eine bestimmte Wellenlänge, vorteilhaft in einem definierten Spektralbereich, transmittieren, also als optischer Filter wirken.
Der Spektralbereich kann als Wellenlängenbereich höhere Ordnungen umfassen, die auch transmittiert werden können, wobei diese durch etwa eine bestimmte Beleuchtung der Probe gefiltert werden können.
Zur Bewegung der Spiegeleinrichtungen und Veränderung des ersten Abstands d12 kann eine Aktuatoreinrichtung (nicht gezeigt) vorhanden sein, welche den beweglichen Spiegel über dem optischen Bereich OB im Wesentlichen parallel zur anderen Spiegeleinrichtung bewegen kann. Die Spiegeleinrichtungen SP1 und SP2 können selbst mehrere Teilschichten umfassen, und als dielektrische Bragg Spiegel beispielsweise Silizium-Luft. Des Weiteren können beliebig auch andere Spiegelvarianten in den Spiegeleinrichtungen eingesetzt werden, etwa Metallspiegel (Gold, Silber, Kupfer, Chrom), Bragg-Spiegel (Silizium-Siliziumnitrid/Si3N4, Silizium-Siliziumoxid/SiO2, Silizium-SiliziumKarbonnitrid/SiCN) oder weitere.
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Der optische Bereich OB kann hierbei in einem Mittelbereich der Spiegeleinrichtungen und des Substrats ausgeformt sein. In dem optischen Bereich kann zumindest eine der Spiegeleinrichtungen SP1; SP2 freigestellt sein und auch das Substrat 2 kann eine Ausnehmung in diesem Bereich umfassen. Das Freistellen kann als Entfernen einer Opferschicht durch einen selektiven Ätzprozess erfolgen. Durch die Ausnehmung im Substrat kann auch eine solche Wellenlänge transmittiert werden, welche vom Substrat 2 absorbiert werden würde.
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Der Chipstapel V aus Interferometereinrichtung 1 und elektronischer Schaltungsanordnung 3 kann auf einem Trägersubstrat T angeordnet sein, etwa durch einen Bondprozess auf einem Montageanschlag M und mit einer oder mehreren Lötperlen LP befestigt sein. Der Montageanschlag kann auch durch weitere Lötperlen ersetzt sein. Der Chip 3 kann vorteilhaft direkt an die Interferometereinrichtung 1 angebunden sein, beispielsweise durch Halbleiterprozesse oder Prozesse auf Waferlevel.
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Die Detektoreinrichtung 5 kann beispielsweise in den Chip der elektronischen Schaltungsanordnung 3 in dem optischen Bereich OB integriert sein und sich im Lichtpfad L1 befinden.
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Des Weiteren kann ein elektrischer Kontakt EK zwischen den Leiterbahnen EL auf der elektronischen Schaltungsanordnung 3 und einer Kontaktführung KF an der Interferometereinrichtung 1 vorhanden sein.
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Über der Interferometereinrichtung 1 kann ein Kappensubstrat KP angeordnet sein, welches an einer der integrierten elektronischen Schaltungsanordnung 3 abgewandten Seite der Interferometereinrichtung 1 angeordnet sein kann, und zwischen der Interferometereinrichtung 1 und der integrierten elektronischen Schaltungsanordnung 3 kann eine abgedichtete Kavität K ausgeformt sein, welche ein Vakuum oder einen definierten Druckeinschluss eines Gases oder eines Gasgemisches umfassen kann. Die Komponenten im Inneren der Kavität K können so auch vor Umwelteinflüssen geschützt werden. Das Kappensubstrat KP kann mittels eines Bondrahmens B auf der Interferometereinrichtung 1 angeordnet werden. Den Abschluss der Kavität K an der dem Kappensubstrat KP gegenüberliegenden Seite kann vorteilhaft der Chip der elektronischen Schaltungsanordnung 3 darstellen. Die Interferometereinrichtung 1 kann mit einem Bondrahmen B auf dem Chip der elektronischen Schaltungsanordnung 3 angeordnet und die Kavität versiegelt sein.
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In dem Substrat 2 der Interferometereinrichtung 1 kann ein Durchkontakt 6 vorhanden sein, welcher zur Kontaktierung der Spiegeleinrichtung(en) SP1 oder SP2 ausgeformt sein kann und mit dem elektrischen Kontakt EK verbunden sein kann. Das Kappensubstrat KP kann vorteilhaft transparent sein und das einfallende Licht L auf die Spiegeleinrichtung SP1, SP2 durchlassen. Alternativ zu einem breitbandig transparenten Material kann das Kappensubstrat auch einen Band- oder Kantenfilter darstellen oder diesen enthalten, um das Spektrum des Einfallenden Lichts auf den zu detektierenden Bereich einzuschränken. Das Bonden kann als Waferbondprozess, etwa als Sealglassbond oder eutektisch (unter Verwendung von Aluminium-Germanium, Gold-Silizium oder anderen) oder in Direktbond (Silizium-Silizium, Silizium-Siliziumoxid oder andere) oder SLID-Bond erfolgen.
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Des Weiteren kann der Chip der elektronischen Schaltungsanordnung 3 selbst auch einen Durchkontakt 6 umfassen, womit Leiterbahnen auf der Oberseite des Chips der elektronischen Schaltungsanordnung 3 und dessen Unterseiten elektrisch verbunden werden können. Die Leiterbahnen auf dem Chip der elektronischen Schaltungsanordnung 3 können von der leitfähigen Lötperle LP und zur Detektoreinrichtung 5 und letztlich auch weiter zum Durchkontakt 6 der Interferometereinrichtung 1 geführt werden. Auf diese Weise kann eine Kontaktierung mittels Drahtkontakten entfallen.
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Das Trägersubstrat T kann eine Leiterplatte umfassen.
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Durch die Anordnung der Interferometereinrichtung und des Chips 3 in einem Chipstapel kann vorteilhaft eine Reduktion der Bauhöhe und Fläche der Interferometervorrichtung 10 erzielt werden. Da der Chip 3 selbst als eine Verkappung dienen kann, kann auf eine separate Kappe auf Seiten des Chips 3 vorteilhaft verzichtet werden. Hierdurch können Kosten eingespart werden.
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Für den Fall, dass die Detektoreinrichtung 5 innerhalb der Kavität K oder zumindest innerhalb des Chipstapels V angeordnet wird, können vorteilhaft kurze Leitungen oder Drahtbonds verwendet werden, womit eine schnelle Dynamik (Signaltausch) erreicht und ein Rauschen verringert werden kann. Des Weiteren kann der optische Pfad auf die Detektoreinrichtung im Inneren der Kavität K vorteilhaft gegenüber Außenlicht, abgedunkelt sein.
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Da der Chipstapel mit einem Bondverfahren herstellbar sein kann, kann etwa bei einem Waferbonden die Genauigkeit der Ausrichtung der Einzelkomponenten erhöht werden. Die Detektoreinrichtung 5 kann vorteilhaft auch direkt auf oder in dem Chip 3 gefertigt werden und somit kann die Genauigkeit von dessen Positionierung erhöht werden, insbesondere gegenüber üblichen Positionierungsverfahren (Pick and Place). Durch eine genauere Ausrichtung können Prozesstoleranzen verringert werden.
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Die Detektoreinrichtung 5 kann beispielsweise eine oder mehrere gleiche oder unterschiedliche Photodioden oder ein Array aus diesen basierend auf Silizium, IndiumGalliumArsenid (InGaAs), extended IndiumGalliumArsenid (Ex-InGaAs) oder weitere umfassen.
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Zusätzlich oder alternativ kann die Detektoreinrichtung 5 eine quantenpunktsensitivierte Photodiode oder ein Array dieser und/oder ein Bolometer und/oder einen pyroelektrischen Detektor umfassen.
Die Durchkontaktierung 6 kann eine metallische Durchkontaktierung umfassen, etwa als TSV (Through Silicon Via) ausgeformt sein.
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Der Chip 3 kann mit seiner Oberseite, welche dessen Elektronik umfasst der Interferometereinrichtung 1 zu- oder abgewandt sein, wobei die Interferometereinrichtung 1 dem Chip 3 mit deren Spiegelseite oder mit der Substratseite zugewandt sein kann.
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Zwischen dem Chip 3 und der Interferometereinrichtung 1 kann noch ein Beabstandungselement (nicht gezeigt) angeordnet sein (Interposer), welcher etwa eine Umverdrahtungsebene für Kontakte und Leiterbahnen umfassen kann, etwa auch beidseitig auf dem Chip 3. Ein Beabstandungselement kann ein Substrat mit Durchkontakten umfassen und etwa aus Glas, Silizium oder einem anderen Material gefertigt sein.
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Die Interferometervorrichtung kann beispielsweise in einem oder als Mikrospektrometer eingesetzt werden.
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2 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Interferometervorrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
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Die Interferometervorrichtung 10 der 2 entspricht im Wesentlichen jener der 1, wobei sich die Interferometervorrichtung 10 der 2 darin von jener der 1 unterscheidet, dass die Interferometereinrichtung 1 umgekehrt im Bezug zum Chip der elektronischen Schaltungsanordnung 3 angeordnet sein kann. Hierbei kann die äußere Spiegeleinrichtung SP1 (SP2), welche dem Substrat 2 abgewandt ist, in deren Randbereich direkt mit einem Bondverfahren auf dem Chip der elektronischen Schaltungsanordnung 3 befestigt werden. Durch ein leitfähiges Bondmaterial kann dazu die an den Bondrahmen B am Chip der elektronischen Schaltungsanordnung 3 anliegende Spiegeleinrichtung SP1 (SP2) elektrisch kontaktiert sein, es kann auf den elektrischen Kontakt EK aus der 1 verzichtet werden, oder dieser kann beibehalten werden.
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Zur besseren Übersicht, können in den Figuren zwischen den einzelnen Bauteilen, etwa zwischen der Interferometereinrichtung 1 und dem Bondrahmen B geringe Abstände vorhanden sein, im tatsächlichen Bauelement jedoch aufeinander aufliegen.
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3 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Interferometervorrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
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Die Interferometervorrichtung 10 der 3 entspricht im Wesentlichen jener der 1, wobei sich die Interferometervorrichtung 10 der 3 darin von jener der 1 unterscheidet, dass die Interferometereinrichtung 1 anstatt eines Durchkontakts im Substrat 2 einen Drahtbond DB umfassen kann, welcher einen Kontaktpunkt Ki auf einer Oberseite der oberen Spiegeleinrichtung (SP1 oder SP2) elektrisch mit dem Trägersubstrat T verbinden kann. Der Chip der elektronischen Schaltungsanordnung 3 kann weiterhin die Detektoreinrichtung 5 und einen Durchkontakt 6 umfassen. Die Detektoreinrichtung 5 kann in einer Ausnehmung im Chip 3 eingefasst sein.
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4 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Interferometervorrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
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Die Interferometervorrichtung 10 der 4 entspricht im Wesentlichen jener der 3, wobei sich die Interferometervorrichtung 10 der 4 darin von jener der 3 unterscheidet, dass zusätzlich zum Drahtbond DB auf die Oberseite der Interferometereinrichtung 1 noch ein weiterer Drahtbond DB vom Trägersubstrat T auf den Chip der elektronischen Schaltungsanordnung 3 geführt werden kann. Hierbei kann auf die Durchkontaktierung im Chip der elektronischen Schaltungsanordnung 3 und in der Interferometereinrichtung 1 verzichtet werden. Anstatt der leitfähigen Lötperle kann der Chip der elektronischen Schaltungsanordnung 3 mit einem Kleber am Trägersubstrat T befestigt werden. Dies kann beispielsweise den Vorteil haben, dass eine weiche Klebeverbindung gewählt werden kann, welche eine externe mechanische Spannungseinkopplung auf den Chipstapel reduzieren kann. Im Falle der 3 kann sich der Chip der elektronischen Schaltungsanordnung 3 lateral über die Interferometereinrichtung 1 hinaus erstrecken und aus der Kavität K herausragen. In jenem die Interferometereinrichtung 1 lateral überragenden Bereich AB kann der Drahtbond DB mit einem Kontakt von dem Trägersubstrat T auf den Chip der elektronischen Schaltungsanordnung 3 geführt werden.
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5 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Interferometervorrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
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Die Interferometervorrichtung 10 der 5 entspricht im Wesentlichen jener der 3, wobei sich die Interferometervorrichtung 10 der 5 darin von jener der 3 unterscheidet, dass die Detektoreinrichtung 5 auf dem Chip der elektronischen Schaltungsanordnung 3 angeordnet sein kann und zur Kontaktierung selbst mit einem Drahtbond DB mit den Leiterbahnen auf der Schaltungsanordnung 3 verbunden werden kann. Die Detektoreinrichtung 5 kann sich im optischen Bereich OB angeordnet befinden und sich im Inneren der Kavität K befinden. Die Detektoreinrichtung 5 kann somit Teil des Chipstapels sein. Eine Kontaktierung durch den Chip 3 kann mit einem Durchkontakt 6 geführt werden.
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6 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Interferometervorrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
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Die Interferometervorrichtung 10 der 6 entspricht im Wesentlichen jener der 3, wobei sich die Interferometervorrichtung 10 der 6 darin von jener der 3 unterscheidet, dass ein optisches Element, insbesondere ein fokussierendes Element FE, vor der Detektoreinrichtung 5 in einer Lichteinfallsrichtung L angeordnet sein kann. Ein derart angeordnetes fokussierendes Element FE kann auf der Detektoreinrichtung 5 platziert sein, wobei die Detektoreinrichtung 5 im Chip 3 integriert sein kann. Auf diese Weise kann auch das fokussierende Element FE ein Teil des Chipstapels sein und im Inneren der Kavität K angeordnet sein. Das fokussierende Element FE kann eine Linse umfassen, wodurch die Größe der Detektoreinrichtung 5 vorteilhaft verringert werden kann, da Licht aus einem breiteren Einfallsbereich auf den kleineren Detektorbereich fokussiert werden kann. Des Weiteren kann ein Einfallswinkel des durch das fokussierende Element FE aufgesammelten Lichts eingeschränkt werden, wenn die Detektoreinrichtung in einer Fokusebene des fokussierenden Elements FE angeordnet ist. Auf diese Weise kann eine verbesserte spektrale Auflösung der Interferometereinrichtung 1 erzielbar sein.
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7 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Interferometervorrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
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Die Interferometervorrichtung 10 der 7 entspricht im Wesentlichen jener der 6, wobei sich die Interferometervorrichtung 10 der 7 darin von jener der 6 unterscheidet, dass im Chip der elektronischen Schaltungsanordnung 3 im optischen Bereich ein transparentes Material TB in einer durchgehenden Ausnehmung im Chip eingefasst sein kann, und die Detektoreinrichtung auf dem Chip 3 jedoch an einer Außenseite der Kavität K angeordnet sein kann. Alternativ dazu kann in diesem Bereich des Chips 3 auf die Ausnehmung und das transparente Material verzichtet werden (nicht gezeigt), falls die zu transmittierende Strahlung den Chip 3 durchdringen kann. Das transparente Material TB kann selbst auch eine fokussierende Wirkung auf die Detektoreinrichtung 5 aufweisen. Im Falle der 7 kann die Linse FE (Ball Lens) jedoch im Inneren der Kavität K auf dem Chip 3 und über dem transparenten Material TB in der Ausnehmung im Chipmaterial des Chips 3 angeordnet sein. Durch das transparente Material TB kann vorteilhaft eine optische Weglänge zwischen fokussierenden Element FE und der Detektoreinrichtung 5 verlängert werden, was die Bündelungswirkung der Linse FE verbessern kann. Die Detektoreinrichtung 5 kann auf der Unterseite des Chips 3 angeordnet sein, mit einem Drahtbond DB kontaktiert werden und außerhalb des Chipstapels V angeordnet sein. Da die Detektoreinrichtung 5 nun vom Drahtbond DB kontaktiert werden kann, kann auf einen Durchkontakt im Chip 3 verzichtet werden und lediglich Leiterbahnen auf einer Unterseite des Chips kontaktiert sein, etwa über die Lötperle LP. Der transparente Bereich TB im Chip 3 kann zumindest eine laterale Ausdehnung der Detektoreinrichtung 5 umfassen.
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Die Ausnehmung für das transparente Material TB im Chip 3 kann beispielsweise mittels eines Ätzverfahrens, etwa mit KOH-Ätzung (Kalilauge) oder einem DRIE Verfahren (Deep Reactive Ion Etching, Bosch Prozess), erfolgen. Der transparente Bereich TB kann auch lediglich als Ausnehmung ausgeformt sein und auf ein weiteres Material kann alternativ auch verzichtet werden, oder es wird Silizium oder ein anderes Material im transparenten Bereich TB eingebracht.
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8 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Interferometervorrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
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Die Interferometervorrichtung 10 der 8 entspricht im Wesentlichen jener der 7, wobei sich die Interferometervorrichtung 10 der 8 darin von jener der 7 unterscheidet, dass Im Trägersubstrat T eine Ausnehmung im optischen Bereich OB vorhanden sein kann, welche von einem Hohlspiegel H überspannt werden kann. Hierzu kann der transparente Bereich TB lateral größer ausgeformt sein als in der 7 und Licht L von der Interferometereinrichtung 1 lateral an der Detektoreinrichtung 5 vorbei auf den Hohlspiegel H strahlen. Auf das fokussierende Element FE kann hierbei verzichtet werden. Dazu kann zwischen dem transparenten Material TB und der Detektoreinrichtung 5 ein Abdeckmaterial BL zur Abdeckung des Lichts von der Interferometereinrichtung 1 vorhanden sein. Der Hohlspiegel H kann dann die Strahlung von der Interferometereinrichtung 1 auf der Detektoreinrichtung 5 fokussieren. Die Detektoreinrichtung 5 kann mit einem photosensitiven Bereich in einer Abbildungsebene des Hohlspiegels H angeordnet werden.
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9 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Interferometervorrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
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Die Interferometervorrichtung 10 der 9 entspricht im Wesentlichen jener der 7, wobei sich die Interferometervorrichtung 10 der 9 darin von jener der 7 unterscheidet, dass der Chip 3 eine größere Dicke aufweisen kann als der Chip 3 in der 7 und das transparente Material TB in der Ausnehmung im Chip 3 selbst das fokussierende Element FE über der Detektoreinrichtung 5 ausbilden kann. Die Ausnehmung für das fokussierende Element FE, welches vorteilhaft eine Linse bilden kann, kann innerhalb des Chips 3 eine Kegelform beschreiben, welche spitz auf die Detektoreinrichtung 5 an der Unterseite des Chips 3 zulaufen kann. Das fokussierende Element FE kann beispielsweise PMMA (Polymethylmethacrylat) umfassen. Die Dicke des Chips 3 kann einer gewünschten Fokussierwirkung des fokussierenden Elements FE angepasst sein.
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10 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Interferometervorrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
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Die Interferometervorrichtung 10 der 10 entspricht im Wesentlichen jener der 8, wobei sich die Interferometervorrichtung 10 der 10 darin von jener der 8 unterscheidet, dass im Trägersubstrat T auf die Ausnehmung für den Hohlspiegel verzichtet werden kann und die Detektoreinrichtung 5 auf dem Trägersubstrat T im optischen Bereich OB angeordnet werden kann. Nach der 10 können Drahtbonds DB an die Detektoreinrichtung 5, an den Chip 3 und an die Interferometereinrichtung 1 geführt werden, also auch das Trägersubstrat T entsprechende Leiterbahnen umfassen, es kann jedoch mit Durchkontakten von dieser Ausführung abgewichen werden.
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In allen 1 bis 10 sind auch Varianten mit Drahtbonds und/oder Durchkontakten denkbar und die Detektoreinrichtung 5 kann stets auch außerhalb oder innerhalb des Chipstapels V angeordnet werden. Auch Variationen unter den Ausführungsbeispielen betreffend etwa fokussierende oder transparente Bereiche (Elemente) sind möglich.
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11 zeigt eine schematische Darstellung von Verfahrensschritten eines Verfahrens zum Herstellen einer Interferometervorrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
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Bei dem Verfahren zum Herstellen einer Interferometervorrichtung erfolgt ein Bereitstellen S1 einer integrierten elektronischen Schaltungsanordnung, welche als ein Chip ausgeformt ist; ein Bereitstellen S2 einer Interferometereinrichtung mit einer ersten Spiegeleinrichtung, einer zweiten Spiegeleinrichtung und einem Substrat, mit welchem die beiden Spiegeleinrichtungen verbunden sind und beabstandet zueinander und übereinander angeordnet sind und ein Anordnen S3 der Interferometereinrichtung auf dem Chip der integrierten elektronischen Schaltungsanordnung, wobei der Chip der integrierten elektronischen Schaltungsanordnung zum Auswerten von Licht, welches durch die Interferometereinrichtung transmittierbar ist, eingerichtet ist, und wobei der Chip der integrierten elektronischen Schaltungsanordnung und die Interferometereinrichtung in einem Chipstapel angeordnet werden. Des Weiteren erfolgt ein Bereitstellen S4 einer Detektoreinrichtung, welche zum Detektieren von durch die Interferometereinrichtung transmittierten Lichts eingerichtet ist; und ein Anordnen S5 der Detektoreinrichtung im Chipstapel oder von diesem separiert, wobei die Detektoreinrichtung in einem Lichtpfad des von der Interferometereinrichtung transmittierten Lichts angeordnet wird.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiels vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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