Die Erfindung betrifft eine Kappenvorrichtung und einen Kappenwafer. Ebenso betrifft die Erfindung eine mikromechanische Verpackung für mindestens eine Vorrichtung und ein Gerät. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren zum Herstellen zumindest einer Kappenvorrichtung oder eines Kappenwafers, ein Verfahren zum Herstellen einer mikromechanischen Verpackung für mindestens eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verpacken mindestens einer Vorrichtung.The invention relates to a cap device and a cap wafer. The invention also relates to micromechanical packaging for at least one device and one device. The invention further relates to a manufacturing method for manufacturing at least one cap device or a cap wafer, a method for manufacturing micromechanical packaging for at least one device, and a method for packaging at least one device.
Stand der TechnikState of the art
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Vorrichtungen zu deren Schutz zu verpacken. Beispielsweise beschreibt die DE 10 2015 222 519 A1 einen Mikrospiegel, welcher innerhalb eines Spiegelgehäuses mit einem Lichteinfall- und/oder Lichtausfallfenster verpackt ist. Allerdings offenbart die DE 10 2015 222 519 A1 keine Möglichkeit zum Herstellen eines derartigen Spiegelgehäuses.It is known from the prior art to pack devices to protect them. For example, describes the DE 10 2015 222 519 A1 a micromirror which is packaged within a mirror housing with a light entry and / or light exit window. However, the revealed DE 10 2015 222 519 A1 no possibility of manufacturing such a mirror housing.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die Erfindung schafft eine Kappenvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einen Kappenwafer mit den Merkmalen des Anspruchs 2, eine mikromechanische Verpackung für mindestens eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 3, ein Gerät mit den Merkmalen des Anspruchs 4, ein Herstellungsverfahren zum Herstellen zumindest einer Kappenvorrichtung oder eines Kappenwafers mit den Merkmalen des Anspruchs 6, ein Verfahren zum Herstellen einer mikromechanischen Verpackung für mindestens eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 und ein Verfahren zum Verpacken mindestens einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12.The invention creates a cap device with the features of claim 1, a cap wafer with the features of claim 2, a micromechanical packaging for at least one device with the features of claim 3, a device with the features of claim 4, a manufacturing method for manufacturing at least one Cap device or a cap wafer with the features of claim 6, a method for producing a micromechanical packaging for at least one device with the features of claim 10 and a method for packaging at least one device with the features of claim 12.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die vorliegende Erfindung schafft Möglichkeiten zum Verpacken mindestens einer Vorrichtung derart, dass ein von der jeweiligen Vorrichtung emittierter Lichtstrahl mittels der jeweiligen Spiegeleinrichtung durch die lichtdurchlässige Schicht umlenkbar ist und/oder ein durch die lichtdurchlässige Schicht einfallender Lichtstrahl mittels der jeweiligen Spiegeleinrichtung auf eine Detektionsfläche der jeweiligen Vorrichtung umlenkbar ist. Somit entfällt bei einer unter Nutzung der vorliegenden Erfindung ausgeführten Verpackung der mindestens einen Vorrichtung die herkömmliche Notwendigkeit, die jeweilige Vorrichtung derart zu der lichtdurchlässigen Schicht anzuordnen, dass der von der jeweiligen Vorrichtung emittierte Lichtstrahl unabgelenkt durch die lichtdurchlässige Schicht transmittiert und/oder der durch die lichtdurchlässige Schicht einfallende Lichtstrahl unabgelenkt auf die Detektionsfläche der jeweiligen Vorrichtung fällt. Dies kann auch eine elektrische Kontaktierung der mindestens einen verpackten Vorrichtung erleichtern/sicherstellen.The present invention creates possibilities for packaging at least one device in such a way that a light beam emitted by the respective device can be deflected through the transparent layer by means of the respective mirror device and / or a light beam incident through the transparent layer can be deflected by means of the respective mirror device onto a detection surface of the respective device is deflectable. Thus, when the present invention is used to package the at least one device, the conventional need to arrange the respective device in relation to the light-permeable layer in such a way that the light beam emitted by the respective device transmits undeflected through the light-permeable layer and / or that through the light-permeable layer is eliminated Layer incident light beam falls undeflected on the detection surface of the respective device. This can also facilitate / ensure electrical contacting of the at least one packaged device.
Außerdem sind die erfindungsgemäße Kappenvorrichtung, der entsprechende Kappenwafer und die korrespondierende mikromechanische Verpackung mittels einfach ausführbarer Herstellungsverfahren/Verfahren herstellbar. Die Kappenvorrichtung, der Kappenwafer und die mikromechanische Verpackung lassen sich auch kostengünstig unter Einhaltung einer hohen Reproduktionsgenauigkeit herstellen. Insbesondere können die Kappenvorrichtung und die mikromechanische Verpackung auf Wafer-Level hergestellt werden. Des Weiteren können die erfindungsgemäße Kappenvorrichtung, der entsprechende Kappenwafer und die korrespondierende mikromechanische Verpackung mit vergleichsweise kleinen Dimensionen und einem relativ geringen Gewicht hergestellt werden.In addition, the cap device according to the invention, the corresponding cap wafer and the corresponding micromechanical packaging can be produced by means of easily executable production methods / methods. The cap device, the cap wafer and the micromechanical packaging can also be produced inexpensively while maintaining a high level of reproduction accuracy. In particular, the cap device and the micromechanical packaging can be produced at the wafer level. Furthermore, the cap device according to the invention, the corresponding cap wafer and the corresponding micromechanical packaging can be produced with comparatively small dimensions and a relatively low weight.
Bei dem erfindungsgemäßen Gerät kann die mindestens eine Vorrichtung insbesondere ein mikromechanisches Bauteil, eine Lichtemittiervorrichtung, eine Lichtdetektiervorrichtung, eine chemische Sensorvorrichtung und/oder eine physikalische Sensorvorrichtung sein. Die vorliegende Erfindung ist somit für eine Vielzahl verschiedener Typen von Vorrichtungen verwendbar.In the device according to the invention, the at least one device can in particular be a micromechanical component, a light emitting device, a light detection device, a chemical sensor device and / or a physical sensor device. The present invention is thus applicable to a variety of different types of devices.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Herstellungsverfahrens wird zumindest die mindestens eine Schicht mit dem darin ausgebildeten intrinsischen Stressgradienten für jede Spiegeleinrichtung auf einer Substratoberfläche eines ersten Substrats und/oder auf mindestens einer die Substratoberfläche zumindest teilweise abdeckenden Zwischenschicht gebildet, wobei zumindest jeweils ein erster Teil der zumindest einen Rahmenstruktur, jeweils eine den Verankerungsbereich der zumindest einen Spiegeleinrichtung tragenden Verankerung und für jede Verankerung mindestens ein die jeweilige Verankerung mit dem umrahmenden ersten Teil der zumindest einen Rahmenstruktur verbindender Verbindungssteg aus dem ersten Substrat herausstrukturiert werden. Die hier beschriebenen Verfahrensschritte zum Ausbilden der zumindest einen Spiegeleinrichtung und zumindest des ersten Teils der zumindest einen Rahmenstruktur der zumindest einen Kappenvorrichtung oder des Kappenwafers lassen sich vergleichsweise leicht ausführen.In an advantageous embodiment of the manufacturing method, at least the at least one layer with the intrinsic stress gradient formed therein is formed for each mirror device on a substrate surface of a first substrate and / or on at least one intermediate layer at least partially covering the substrate surface, with at least a first part of the at least one in each case Frame structure, in each case one anchoring carrying the anchoring area of the at least one mirror device and for each anchoring at least one connecting web connecting the respective anchoring to the framing first part of the at least one frame structure can be structured out of the first substrate. The method steps described here for forming the at least one mirror device and at least the first part of the at least one frame structure of the at least one cap device or the cap wafer can be carried out comparatively easily.
Vorzugsweise wird zusätzlich noch jeweils eine den Kontaktbereich der zumindest einen Spiegeleinrichtung tragende Versteifungsstruktur aus dem ersten Substrat herausstrukturiert. Mittels der zumindest einen Versteifungsstruktur kann sichergestellt werden, dass die reflektierende Oberfläche der zumindest einen Spiegeleinrichtung trotz dem darauf einwirkenden intrinsischen Stressgradienten eine relativ glatte Nutzfläche aufweist. Der jeweils auf die jeweilige Nutzfläche auftreffende Lichtstrahl wird somit ohne eines Auftretens unerwünschter Beugungseffekte abgelenkt.A stiffening structure carrying the contact area of the at least one mirror device is preferably additionally structured out of the first substrate. By means of the at least one stiffening structure, it can be ensured that the reflective surface of the at least one mirror device is thereon in spite of this acting intrinsic stress gradient has a relatively smooth usable area. The light beam impinging on the respective usable area is thus deflected without the occurrence of undesired diffraction effects.
Als vorteilhafte Weiterbildung des Herstellungsverfahrens kann vor dem Strukturieren des ersten Substrats noch ein zweites Substrat über mindestens eine Verbindungsschicht an der Substratoberfläche des ersten Substrats befestigt werden, wobei zumindest jeweils ein zweiter Teil der zumindest einen Rahmenstruktur aus dem zweiten Substrat strukturiert wird, und wobei die lichtdurchlässige Schicht direkt oder indirekt an einer von dem ersten Substrat weg gerichteten Seite des mindestens einen zweiten Teils der zumindest einen Rahmenstruktur angeordnet wird. Auch die hier beschriebenen Verfahrensschritte lassen sich mittels eines relativ geringen Arbeitsaufwands ausführen.As an advantageous further development of the production method, a second substrate can be attached to the substrate surface of the first substrate via at least one connecting layer before the structuring of the first substrate, with at least one second part of the at least one frame structure being structured from the second substrate, and with the translucent Layer is arranged directly or indirectly on a side facing away from the first substrate of the at least one second part of the at least one frame structure. The method steps described here can also be carried out with relatively little effort.
Als weitere vorteilhafte Weiterbildung kann noch beim Herstellen der einen mikromechanischen Verpackung mindestens ein Durchkontakt durch die zumindest eine Trägervorrichtung oder den Trägerwafer strukturiert werden. Mittels des mindestens einen Durchkontakts kann die zumindest eine später verpackte Vorrichtung elektrisch kontaktiert werden.As a further advantageous development, at least one through-contact can be structured through the at least one carrier device or the carrier wafer when the one micromechanical packaging is produced. The at least one later packaged device can be electrically contacted by means of the at least one through contact.
FigurenlisteFigure list
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1A bis 1G schematische Darstellungen zum Erläutern einer ersten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens zum Herstellen zumindest einer Kappenvorrichtung oder eines Kappenwafers;
- 2A bis 2C schematische Darstellungen zum Erläutern einer zweiten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens zum Herstellen zumindest einer Kappenvorrichtung oder eines Kappenwafers;
- 3 eine schematische Darstellung zum Erläutern einer dritten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens zum Herstellen zumindest einer Kappenvorrichtung oder eines Kappenwafers;
- 4 eine schematische Darstellung zum Erläutern einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen einer mikromechanischen Verpackung für mindestens eine Vorrichtung;
- 5A und 5B schematische Darstellungen zum Erläutern einer Ausführungsform des Verfahrens zum Verpacken mindestens einer Vorrichtung;
- 6 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Geräts; und
- 7 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Geräts.
Further features and advantages of the present invention are explained below with reference to the figures. Show it: - 1A until 1G schematic representations to explain a first embodiment of the manufacturing method for manufacturing at least one cap device or a cap wafer;
- 2A until 2C schematic representations to explain a second embodiment of the manufacturing method for manufacturing at least one cap device or a cap wafer;
- 3 a schematic representation to explain a third embodiment of the manufacturing method for manufacturing at least one cap device or a cap wafer;
- 4th a schematic illustration to explain an embodiment of the method for producing a micromechanical packaging for at least one device;
- 5A and 5B schematic representations to explain an embodiment of the method for packaging at least one device;
- 6th a schematic representation of a first embodiment of a device; and
- 7th a schematic representation of a second embodiment of a device.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
1A und 1G zeigen schematische Darstellungen zum Erläutern einer ersten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens zum Herstellen zumindest einer Kappenvorrichtung oder eines Kappenwafers. 1A and 1G show schematic representations to explain a first embodiment of the manufacturing method for manufacturing at least one cap device or a cap wafer.
Bei dem im Weiteren beschriebenen Verfahren wird zumindest eine Spiegeleinrichtung 10 der zumindest einen (späteren) Kappenvorrichtung oder des (späteren) Kappenwafers gebildet, wobei die zumindest eine Spiegeleinrichtung 10 jeweils mit einer für einen optischen Spektralbereich reflektierenden Oberfläche 12 ausgebildet wird. Der von der reflektierenden Oberfläche 12 reflektierte optische Spektralbereich kann beispielsweise das sichtbare Spektrum und/oder einen Spektralbereich im Ultravioletten und/oder einen Spektralbereich im Infraroten umfassen.In the method described below, at least one mirror device is used 10 the at least one (later) cap device or the (later) cap wafer, wherein the at least one mirror device 10 each with a surface reflecting for an optical spectral range 12th is trained. The one from the reflective surface 12th The reflected optical spectral range can include, for example, the visible spectrum and / or a spectral range in the ultraviolet and / or a spectral range in the infrared.
Außerdem wird jede Spiegeleinrichtung 10 jeweils mit mindestens einer Schicht 14 und 16 mit einem intrinsischen Stressgradienten ausgebildet, wobei auf die Nutzung des intrinsischen Stressgradienten unten genauer eingegangen wird. Dazu wird zumindest die mindestens eine Schicht 14 und 16 mit dem darin ausgebildeten intrinsischen Stressgradienten für jede Spiegeleinrichtung 10 auf einer Substratoberfläche 18a eines ersten Substrats 18 und/oder auf mindestens einer die Substratoberfläche 18a zumindest teilweise abdeckenden (nicht skizzierten) Zwischenschicht gebildet. Als die mindestens eine Schicht 14 und 16 mit dem darin ausgebildeten intrinsischen Stressgradienten können z.B. eine erste Schicht 14 mit einem intrinsischen Druckstress und eine zweite Schicht 16 mit einem intrinsischer Zugstress gebildet werden. Die jeweilige zweite Schicht 16 mit dem intrinsischen Zugstress kann direkt auf der (zugeordneten) ersten Schicht 14 mit dem intrinsischen Druckstress abgeschieden werden. Sofern nicht eine von der Substratoberfläche 18a des ersten Substrats 18 weg gerichtete Außenfläche der mindestens einen Schicht 14 und 16 mit dem darin ausgebildeten intrinsischen Stressgradienten als jeweilige reflektierende Oberfläche 12 genutzt wird, kann noch ein weiteres Material zum Ausbilden der reflektierenden Oberfläche 12 abgeschieden werden. Optionaler Weise kann auch noch eine Schutzschicht 20 zumindest auf der reflektierenden Oberfläche 12 der zumindest einen Spiegeleinrichtung 10 und/oder zumindest einer freiliegenden Teiloberfläche der Substratoberfläche 18a des ersten Substrats 18 abgeschieden werden. Das Ergebnis ist in 1A gezeigt.In addition, every mirror device 10 each with at least one layer 14th and 16 formed with an intrinsic stress gradient, the use of the intrinsic stress gradient being discussed in more detail below. At least one layer is used for this purpose 14th and 16 with the intrinsic stress gradient formed therein for each mirror device 10 on a substrate surface 18a a first substrate 18th and / or on at least one of the substrate surface 18a at least partially covering (not shown) intermediate layer formed. As the at least one layer 14th and 16 with the intrinsic stress gradient formed therein, for example, a first layer 14th with an intrinsic pressure stress and a second layer 16 be formed with an intrinsic tensile stress. The respective second layer 16 with the intrinsic tensile stress can be applied directly to the (assigned) first layer 14th be deposited with the intrinsic pressure stress. Unless one from the substrate surface 18a of the first substrate 18th facing away outer surface of the at least one layer 14th and 16 with the intrinsic stress gradient formed therein as a respective reflective surface 12th is used, yet another material can be used to form the reflective surface 12th to be deposited. Optionally, a protective layer can also be used 20th at least on the reflective surface 12th the at least one mirror device 10 and / or at least one exposed partial surface of the substrate surface 18a of the first substrate 18th to be deposited. The result is in 1A shown.
Bei einer (späteren) Freistellung einer Schichtkombination aus den Schichten 14 und 16 führt das Zusammenwirken des intrinsischen Druckstresses in der ersten Schicht 14 und des intrinsischen Zugstresses in der zweiten Schicht 16 dann zu einer Verbiegung der Schichtkombination aus den Schichten 14 und 16. Dies wird häufig auch als „Bi-Metall-Effekt“ bezeichnet.In the event of a (later) release of a layer combination from the layers 14th and 16 leads the interaction of the intrinsic pressure stress in the first layer 14th and the intrinsic tensile stress in the second layer 16 then to a bending of the layer combination of the layers 14th and 16 . This is often referred to as the "bi-metal effect".
Das erste Substrat 18 kann beispielsweise ein Halbleitersubstrat 18, insbesondere ein Siliziumsubstrat 18, sein. Als die mindestens eine Schicht 14 und 16 mit dem darin ausgebildeten intrinsischen Stressgradienten können z.B. eine Siliziumdioxidschicht 14 und/oder eine metallische Schicht 16 auf der Substratoberfläche 18a des ersten Substrats 18 und/oder auf der mindestens einen Zwischenschicht gebildet werden. Insbesondere in einer mittels einer thermischen Oxidation (direkt) auf dem Siliziumsubstrat 18 gewachsenen Siliziumdioxidschicht 14 tritt in der Regel ein intrinsischer Druckstress auf. Wie unten genauer erläutert wird, kann die Siliziumdioxidschicht 14 auch als Ätzstoppschicht genutzt werden. Die metallische Schicht 16 kann beispielsweise eine Aluminiumschicht, eine Silberschicht, eine Goldschicht und/oder eine Platinschicht sein. Eine derartige metallische Schicht 16 hat in der Regel einen intrinsischen Zugstress.The first substrate 18th can for example be a semiconductor substrate 18th , especially a silicon substrate 18th , be. As the at least one layer 14th and 16 with the intrinsic stress gradient formed therein, a silicon dioxide layer, for example 14th and / or a metallic layer 16 on the substrate surface 18a of the first substrate 18th and / or are formed on the at least one intermediate layer. In particular in one by means of thermal oxidation (directly) on the silicon substrate 18th grown silicon dioxide layer 14th usually intrinsic pressure stress occurs. As will be explained in more detail below, the silicon dioxide layer can 14th can also be used as an etch stop layer. The metallic layer 16 can for example be an aluminum layer, a silver layer, a gold layer and / or a platinum layer. Such a metallic layer 16 usually has an intrinsic tensile stress.
Anschließend wird, wie in 1B gezeigt ist, ein zweites Substrat 22 über mindestens eine Verbindungsschicht 24 an der Substratoberfläche 18a des ersten Substrats 18 befestigt. Die mindestens eine Verbindungsschicht 24 kann mindestens eine Bondschicht oder mindestens eine Klebeschicht sein. Die mindestens eine Verbindungsschicht 24 kann insbesondere mittels eines Siebdruckverfahrens auf einer später zu der Substratoberfläche 18a des ersten Substrats 18 ausgerichteten Oberfläche 22a des zweiten Substrats 22 und/oder auf der später zu der Oberfläche 22a des zweiten Substrats 22 ausgerichteten Substratoberfläche 18a des ersten Substrats 18 aufgebracht werden. Vorzugsweise wird ein Seal-Glass-Bondverfahren oder ein eutektisches Bondverfahren, wie beispielsweise ein eutektisches Germanium-Aluminium-Bondverfahren, zum Befestigen des zweiten Substrats 22 an der Substratoberfläche 18a des ersten Substrats 18 ausgeführt. Mittels derartigen Bondverfahren gewonnene Bondverbindungen sind relativ stabil und hermetisch dicht.Then, as in 1B a second substrate is shown 22nd via at least one connection layer 24 on the substrate surface 18a of the first substrate 18th attached. The at least one connection layer 24 can be at least one bonding layer or at least one adhesive layer. The at least one connection layer 24 can in particular by means of a screen printing process on a later to the substrate surface 18a of the first substrate 18th aligned surface 22a of the second substrate 22nd and / or on the later to the surface 22a of the second substrate 22nd aligned substrate surface 18a of the first substrate 18th be applied. A seal glass bonding process or a eutectic bonding process, such as, for example, a eutectic germanium-aluminum bonding process, is preferably used for fastening the second substrate 22nd on the substrate surface 18a of the first substrate 18th executed. Bond connections obtained by means of such bonding processes are relatively stable and hermetically sealed.
Sofern gewünscht, kann das zweite Substrat 22 danach mittels eines Schleif- oder Ätzverfahrens rückgedünnt werden. Selbst ein vergleichsweise starkes Rückschleifen oder Rückätzen des zweiten Substrat 22 ist möglich, da das aus den Substraten 18 und 22 gebildete Zwischenprodukt mittels des ersten Substrats 18 stabilisiert ist.If desired, the second substrate 22nd then be thinned back using a grinding or etching process. Even a comparatively strong grinding back or etching back of the second substrate 22nd is possible because that comes from the substrates 18th and 22nd intermediate product formed by means of the first substrate 18th is stabilized.
1C zeigt das Zwischenprodukt nach dem Bilden zumindest einer durchgehenden Aussparung 26 durch das zweite Substrat 22, wodurch zumindest jeweils ein Teil 28a der zumindest einen (späteren) Rahmenstruktur 28 aus dem zweiten Substrat 22 strukturiert wird. Die zumindest eine durchgehende Aussparung 26 wird vorzugsweise durch das zweite Substrat 22 geätzt. Bevorzugt wird ein Trench-Verfahren zum Ätzen der zumindest einen durchgehenden Aussparung 26 ausgeführt, wodurch vergleichsweise senkrechte Kanten selbst bei einer relativ kleinen Ausbildung der zumindest einen (späteren) Rahmenstruktur 28 ausbildbar sind. Das Ätzverfahren/Trench-Verfahren kann an der Schutzschicht 20 gestoppt werden. Optionaler Weise wird die Schutzschicht 20 dann entfernt. 1C shows the intermediate product after the formation of at least one continuous recess 26th through the second substrate 22nd whereby at least one part of each 28a the at least one (later) frame structure 28 from the second substrate 22nd is structured. The at least one continuous recess 26th is preferably through the second substrate 22nd etched. A trench method for etching the at least one continuous cutout is preferred 26th executed, whereby comparatively vertical edges even with a relatively small formation of the at least one (later) frame structure 28 are trainable. The etching process / trench process can be applied to the protective layer 20th being stopped. Optionally, the protective layer 20th then removed.
Die zumindest eine (spätere) Rahmenstruktur 28 wird direkt oder indirekt an einer Innenseite 30a einer für zumindest den optischen Spektralbereich lichtdurchlässigen Schicht 30 angeordnet. Dazu wird die lichtdurchlässige Schicht 30 direkt oder indirekt an einer von dem ersten Substrat 18 weg gerichteten Seite des mindestens einen Teils 28a der zumindest einen (späteren) Rahmenstruktur 28 befestigt. Die lichtdurchlässige Schicht 30 kann beispielsweise ein Glaswafer sein.The at least one (later) frame structure 28 is applied directly or indirectly to an inside 30a a layer which is transparent to at least the optical spectral range 30th arranged. This is done using the translucent layer 30th directly or indirectly to one of the first substrate 18th away side of the at least one part 28a the at least one (later) frame structure 28 attached. The translucent layer 30th can for example be a glass wafer.
Bei der hier beschriebenen Ausführungsform wird die lichtdurchlässige Schicht 30 mittels mindestens einer Verbindungsschicht 32 an der von dem ersten Substrat 18 weg gerichteten Seite des mindestens einen Teils 28a der zumindest einen (späteren) Rahmenstruktur 28 befestigt. Auch in diesem Fall kann die mindestens eine Verbindungsschicht 32 mindestens eine Bondschicht oder mindestens eine Klebeschicht sein und/oder per Siebdruck auf der Innenseite 30a der lichtdurchlässigen Schicht 30 und/oder der von dem ersten Substrat 18 weg gerichteten Seite des mindestens einen Teils 28a der zumindest einen (späteren) Rahmenstruktur 28 abgeschieden werden. Auch zum Befestigen der lichtdurchlässigen Schicht 30 ist ein Seal-Glass-Bondverfahren vorteilhaft.In the embodiment described here, the transparent layer is 30th by means of at least one connection layer 32 on that of the first substrate 18th away side of the at least one part 28a the at least one (later) frame structure 28 attached. In this case, too, the at least one connecting layer can 32 be at least one bonding layer or at least one adhesive layer and / or screen printing on the inside 30a the translucent layer 30th and / or that of the first substrate 18th away side of the at least one part 28a the at least one (later) frame structure 28 to be deposited. Also for attaching the translucent layer 30th a seal-glass-bonding process is advantageous.
Optionaler Weise kann noch eine Glasschutzschicht 34 auf einer von der Innenseite 30a weg gerichteten Außenseite 30b der lichtdurchlässigen Schicht 30 abgeschieden werden. Bevorzugter Weise wird die Glasschutzschicht 34 vor dem Bondverfahren, wie z.B. dem Seal-Glass-Bondverfahren, aufgebracht und kann deshalb die lichtdurchlässige Schicht 30 bereits während des Bondverfahrens schützen. Nach einem Beenden des hier beschriebenen Herstellungsverfahrens kann die Glasschutzschicht 34 außerdem zur Abschirmung genutzt werden, indem lediglich ein Teilbereich der Außenseite 30b der lichtdurchlässigen Schicht 30 von der Glasschutzschicht 34 freigelegt wird. Vorzugsweise erfolgt das Freilegen des Teilbereichs der Außenseite 30b der lichtdurchlässigen Schicht 30 von der Glasschutzschicht 34 möglichst spät im Herstellungsprozess, um eine Schutzwirkung der Glasschutzschicht 34 für die Außenseite 30b der lichtdurchlässigen Schicht 30 möglichst lange zu nutzen. Optionally, a protective glass layer can also be used 34 on one of the inside 30a away facing outside 30b the translucent layer 30th to be deposited. The protective glass layer is preferred 34 applied before the bonding process, such as the seal-glass-bonding process, and can therefore use the translucent layer 30th protect already during the bonding process. After the manufacturing process described here has ended, the protective glass layer 34 can also be used for shielding by only a partial area of the outside 30b the translucent layer 30th from the protective glass layer 34 is exposed. The partial area of the outside is preferably exposed 30b the translucent layer 30th from the protective glass layer 34 as late as possible in the manufacturing process to ensure a protective effect of the protective glass layer 34 for the outside 30b the translucent layer 30th to use as long as possible.
Sofern gewünscht, kann anschließend das erste Substrat 18 mittels eines Schleif- oder Ätzverfahrens rückgedünnt werden. Selbst ein sehr starkes Rückschleifen oder Rückätzen des ersten Substrats 18 ist möglich, da das die Substrate 18 und 22 und die lichtdurchlässige Schicht 30 umfassende Zwischenprodukt mittels der lichtdurchlässigen Schicht 30 stabilisiert ist. Bevorzugt wird das erste Substrat 18 auf eine senkrecht zu der Substratoberfläche 18a ausgerichtete Schichtdicke von weniger als 250 µm rückgedünnt. Das Ergebnis ist in 1D gezeigt.If desired, the first substrate can then be used 18th be thinned back using a grinding or etching process. Even a very heavy sanding back or etching back of the first substrate 18th is possible because that is the substrates 18th and 22nd and the translucent layer 30th comprehensive intermediate product by means of the translucent layer 30th is stabilized. The first substrate is preferred 18th on one perpendicular to the substrate surface 18a aligned layer thickness of less than 250 µm thinned back. The result is in 1D shown.
Sofern gewünscht, kann anschließend mindestens eine Verbindungsschicht 36a und 36b, wie beispielsweise eine Kupferschicht 36a und/oder eine Zinnschicht 36b, auf einer von der Substratoberfläche 18a weg gerichteten Seite des ersten Substrats 18 abgeschieden und strukturiert werden. Auf die Funktion der mindestens einen Verbindungsschicht 36a und 36b wird anhand einer späteren Figurenbeschreibung eingegangen.If desired, at least one connecting layer can then be used 36a and 36b such as a copper layer 36a and / or a tin layer 36b , on one of the substrate surface 18a away side of the first substrate 18th separated and structured. On the function of the at least one connection layer 36a and 36b will be discussed on the basis of a later description of the figures.
1E zeigt das Zwischenprodukt nach einem Aufbringen einer Ätzmaske 38, wie beispielsweise einer Ätzmaske 38 aus einem Lack, zur Vorbereitung des in der 1F wiedergegebenen Ätzverfahrens. 1E shows the intermediate product after an etching mask has been applied 38 such as an etching mask 38 from a varnish, to prepare the in the 1F reproduced etching process.
Mittels des in 1F schematisch wiedergegebenen Ätzverfahrens werden zumindest jeweils ein weiterer Teil 28b der zumindest einen Rahmenstruktur 28, jeweils eine einen Verankerungsbereich 10a der zumindest einen Spiegeleinrichtung 10 tragende Verankerung 40 und für jede Verankerung 40 mindestens ein die jeweilige Verankerung 40 mit dem umrahmenden Teil 28b der zumindest einen Rahmenstruktur 28 verbindender (nicht skizzierter) Verbindungssteg aus dem ersten Substrat 18 herausstrukturiert. Vorzugsweise wird zusätzlich noch jeweils eine einen Kontaktbereich 10b der zumindest einen Spiegeleinrichtung 10 tragende Versteifungsstruktur 42 aus dem ersten Substrat 18 herausstrukturiert. Wie in 1F erkennbar ist, werden bei dem hier beschriebenen Herstellungsverfahren die zumindest eine (fertige) Rahmenstruktur 28 und die zumindest eine Spiegeleinrichtung 10 derart zueinander angeordnet, dass die/jede Spiegeleinrichtung 10 von der zugeordneten Rahmenstruktur 28 umrahmt wird und ihre reflektierende Oberfläche 12 auf einer zu der lichtdurchlässigen Schicht 30 ausgerichteten Seite der jeweiligen Spiegeleinrichtung 10 liegt. Obwohl dies in 1F nicht bildlich wiedergegeben ist, ist der Verankerungsbereich 10a der/jeder Spiegeleinrichtung 10 an der zugeordneten Rahmenstruktur 28 befestigt. Der intrinsische Stressgradient in der mindestens einen Schicht 14 und 16 der jeweiligen Spiegeleinrichtung 10 drückt jedoch den von dem Verankerungsbereich 10a weg gerichteten Kontaktbereich 10b der jeweiligen Spiegeleinrichtung 10 so gegen die Innenseite 30a der lichtdurchlässigen Schicht 30, dass der Kontaktbereich 10b die Innenseite 30a der lichtdurchlässigen Schicht 30 oder eine Fixiermasse 44 an der Innenseite 30a kontaktiert.Using the in 1F schematically reproduced etching process are at least one further part 28b the at least one frame structure 28 , each one an anchoring area 10a the at least one mirror device 10 load-bearing anchorage 40 and for every anchorage 40 at least one the respective anchorage 40 with the framing part 28b the at least one frame structure 28 connecting (not shown) connecting web from the first substrate 18th structured out. In addition, one contact area is preferably also in each case 10b the at least one mirror device 10 supporting stiffening structure 42 from the first substrate 18th structured out. As in 1F can be seen, in the manufacturing method described here, the at least one (finished) frame structure 28 and the at least one mirror device 10 so arranged to one another that the / each mirror device 10 from the assigned frame structure 28 is framed and its reflective surface 12th on one to the translucent layer 30th aligned side of the respective mirror device 10 lies. Although this is in 1F is not shown, is the anchoring area 10a the / each mirror device 10 on the assigned frame structure 28 attached. The intrinsic stress gradient in the at least one layer 14th and 16 the respective mirror device 10 however, pushes that of the anchoring area 10a away-facing contact area 10b the respective mirror device 10 so against the inside 30a the translucent layer 30th that the contact area 10b the inside 30a the translucent layer 30th or a fixing compound 44 on the inside 30a contacted.
Die zumindest eine Versteifungsstruktur 42 bewirkt eine „Glättung“ einer späteren Nutzfläche 12a der reflektierenden Oberfläche 12 derart, dass keine unerwünschten Beugungseffekte an einem mittels der Nutzfläche 12a reflektierten Lichtstrahl in Kauf genommen werden müssen. Da die Versteifungsstruktur 42 von der Verankerung 40 der gleichen Spiegeleinrichtung 10 jedoch mittels eines durch Ätzen des ersten Substrats 18 bis zur (als Ätzstoppschicht genutzten) Siliziumdioxidschicht 14 ausgebildeten Federbereichs 10c der jeweiligen Spiegeleinrichtung 10 eine hohe Verbiegbarkeit aufweist, kann die freigestellte Spiegeleinrichtung 10 sich aufgrund des intrinsischen Stressgradienten automatisch so verbiegen, dass ihr Kontaktbereich 10b die Innenseite 30a oder die Fixiermasse 44 kontaktiert. Insbesondere kann ein späterer Kippwinkel α zwischen der Innenseite 30a der lichtdurchlässigen Schicht 30 und der Nutzfläche 12a der reflektierenden Oberfläche 12 mittels einer Ausdehnung der jeweiligen Spiegeleinrichtung 10 und der Dicken der Komponenten 24, 28 und 32 relativ genau eingestellt werden.The at least one stiffening structure 42 causes a "smoothing" of a later usable area 12a the reflective surface 12th such that no undesirable diffraction effects on one means of the usable area 12a reflected light beam must be accepted. As the stiffening structure 42 from the anchoring 40 the same mirror device 10 but by means of one by etching the first substrate 18th up to the silicon dioxide layer (used as an etch stop layer) 14th trained spring area 10c the respective mirror device 10 has a high bendability, the exposed mirror device 10 automatically bend due to the intrinsic stress gradient so that their contact area 10b the inside 30a or the fixing compound 44 contacted. In particular, a later tilt angle α can be between the inside 30a the translucent layer 30th and the usable area 12a the reflective surface 12th by means of an expansion of the respective mirror device 10 and the thicknesses of the components 24 , 28 and 32 can be set relatively precisely.
Die Verwendung der Fixiermasse 44 ist optional. Auch ohne eine Verwendung der Fixiermasse 44 ist mittels der Ausbildung des intrinsischen Stressgradienten ein verlässlicher und definierter Berührungskontakt zwischen dem Kontaktbereich 10b und der Innenseite 30a sichergestellt. Die Fixiermasse 44 kann beispielsweise eine Klebemasse oder ein Bondmaterial sein. 1G zeigt einen optionalen Verfahrensschritt, bei welchem eine als Fixiermasse 44 verwendete Seal-Glass-Masse 44 mittels eines kurzen Laserpulses 46 derart aufgeschmolzen wird, dass der Kontaktierbereich 10b fixiert wird. Der Laserpuls 46 kann durch die luftdurchlässige Schicht 30 oder von einer von der lichtdurchlässigen Schicht 30 weg gerichteten Seite aus auf die Fixiermasse 44 gerichtet werden. Alternativ kann auch eine kurzzeitige lokale Temperaturerhöhung zum Befestigen des Kontaktierbereichs 10b an der Fixiermasse 44 genutzt werden.The use of the fixing compound 44 is optional. Even without using the fixing compound 44 is a reliable and defined physical contact between the contact area by means of the formation of the intrinsic stress gradient 10b and the inside 30a ensured. The fixing compound 44 can for example be an adhesive or a bonding material. 1G shows an optional process step in which one is used as a fixing compound 44 Seal-Glass compound used 44 by means of a short laser pulse 46 is melted in such a way that the contact area 10b is fixed. The laser pulse 46 can through the air-permeable layer 30th or one of the translucent layer 30th facing away from the fixing compound 44 be judged. Alternatively, a short-term local temperature increase can also be used to fasten the contact area 10b on the fixing compound 44 be used.
1F und 1G zeigen die fertige Kappenvorrichtung 48. Es wird darauf hingewiesen, dass die vorausgehend beschriebenen Verfahrensschritte auch zum gleichzeitigen/gemeinsamen Herstellen einer Vielzahl von derartigen Kappenvorrichtungen 48 oder eines entsprechenden Kappenwafers ausgeführt werden können. Sofern gewünscht, können nach dem Herstellen des Kappenwafers die Kappenvorrichtungen 48 aus dem Kappenwafer herausgetrennt werden. 1F and 1G show the finished cap device 48 . It should be noted that the method steps described above can also be used for the simultaneous / joint production of a large number of such cap devices 48 or a corresponding cap wafer can be executed. If desired, after the cap wafer has been produced, the Cap devices 48 be separated from the cap wafer.
2A bis 2C zeigen schematische Darstellungen zum Erläutern einer zweiten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens zum Herstellen zumindest einer Kappenvorrichtung oder eines Kappenwafers. 2A until 2C show schematic representations to explain a second embodiment of the manufacturing method for manufacturing at least one cap device or a cap wafer.
Bei dem mittels der 2A bis 2C schematisch wiedergegebenen Herstellungsverfahren wird die Spiegeleinrichtung 10 mit den vorausgehend schon beschriebenen Verfahrensschritten gebildet. Allerdings wird auf das Abdecken der reflektierenden Oberfläche 12 der zumindest einen Spiegeleinrichtung 10 mittels einer Schutzschicht 20 vor dem Befestigen des zweiten Substrats 22 an der Substratoberfläche 18a des ersten Substrats 18 verzichtet (siehe 2A). Stattdessen wird ein mit einer Vertiefung/Kaverne 50 an seiner zu der Substratoberfläche 18a ausgerichteten Oberfläche 22a ausgebildetes zweites Substrat 22 verwendet. Wie in 2B erkennbar ist, kann bereits mittels des Ausbildens der Vertiefung 50 jeweils ein Teil 28a der zumindest einen (späteren) Rahmenstruktur 28 aus dem zweiten Substrat 22 herausstrukturiert werden. Mittels eines in 2C schematisch dargestellten Rückschleifens des zweiten Substrats 22 kann anschließend das überschüssige Material des zweiten Substrats 22 entfernt werden.In the case of the 2A until 2C schematically reproduced manufacturing process is the mirror device 10 formed with the process steps already described above. However, it is important to cover the reflective surface 12th the at least one mirror device 10 by means of a protective layer 20th before attaching the second substrate 22nd on the substrate surface 18a of the first substrate 18th waived (see 2A) . Instead, one is made with a depression / cavern 50 at its to the substrate surface 18a aligned surface 22a formed second substrate 22nd used. As in 2 B is recognizable, can already by means of the formation of the recess 50 one part each 28a the at least one (later) frame structure 28 from the second substrate 22nd be structured out. Using an in 2C Schematically illustrated grinding back of the second substrate 22nd can then remove the excess material from the second substrate 22nd removed.
Bezüglich der weiteren Verfahrensschritte des hier beschriebenen Herstellungsverfahrens wird auf die oben erläuterte Ausführungsform der 1A bis 1G verwiesen. Auch die mittels der 2A bis 2C schematisch wiedergegebenen Verfahrensschritte können zum gleichzeitigen/gemeinsamen Herstellen einer Vielzahl von Kappenvorrichtungen 48 oder eines entsprechenden Kappenwafers ausgeführt werden.With regard to the further method steps of the manufacturing method described here, reference is made to the embodiment explained above in FIG 1A until 1G referenced. Even those using the 2A until 2C schematically reproduced process steps can be used for the simultaneous / joint production of a plurality of cap devices 48 or a corresponding cap wafer.
3 zeigt eine schematische Darstellung zum Erläutern einer dritten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens zum Herstellen zumindest einer Kappenvorrichtung oder eines Kappenwafers. 3 shows a schematic representation to explain a third embodiment of the manufacturing method for manufacturing at least one cap device or a cap wafer.
Sofern gewünscht, kann auch ein SOI-Wafer (Silicon on Isolator Wafer) als das erste Substrat 18, das zweite Substrat 22 und die dazwischen liegende Verbindungsschicht 24 verwendet werden. Nachdem jeweils ein Teil 28a der zumindest einen (späteren) Rahmenstruktur 28 aus dem zweiten Substrat 22 herausstrukturiert ist, kann die Spiegeleinrichtung 10 auf der Substratoberfläche 18a des ersten Substrats 18 gebildet werden. Danach können die mittels der 1D bis 1G erläuterten Verfahrensschritte ausgeführt werden. Auch die mittels der 3 schematisch wiedergegebenen Verfahrensschritte können zum gleichzeitigen/gemeinsamen Herstellen einer Vielzahl von Kappenvorrichtungen 48 oder eines entsprechenden Kappenwafers ausgeführt werden.If desired, an SOI wafer (silicon on isolator wafer) can also be used as the first substrate 18th , the second substrate 22nd and the intervening tie layer 24 be used. After each part 28a the at least one (later) frame structure 28 from the second substrate 22nd is structured out, the mirror device 10 on the substrate surface 18a of the first substrate 18th are formed. You can then use the 1D until 1G explained process steps are carried out. Even those using the 3 schematically reproduced process steps can be used for the simultaneous / joint production of a plurality of cap devices 48 or a corresponding cap wafer.
4 zeigt eine schematische Darstellung zum Erläutern einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen einer mikromechanischen Verpackung für mindestens eine Vorrichtung. 4th shows a schematic illustration to explain an embodiment of the method for producing a micromechanical packaging for at least one device.
Bei dem mittels der 4 schematisch dargestellten Verfahren wird zumindest eine Kappenvorrichtung 48 oder ein Kappenwafer mittels eines der vorausgehend erläuterten Herstellungsverfahren hergestellt. Außerdem wird eine Trägervorrichtung 52, welche jeweils an einer von der lichtdurchlässigen Schicht 30 weg gerichteten Befestigungsfläche 48a der zumindest einen Kappenvorrichtung 48 befestigbar ist, oder ein (nicht dargestellter) Trägerwafer, welcher an von der lichtdurchlässigen Schicht 30 weg gerichteten Befestigungsflächen 48a des Kappenwafers befestigbar ist, gebildet. Die zumindest eine Trägervorrichtung 52 oder der Trägerwafer werden aus einem dritten Substrat 54 gebildet.In the case of the 4th The method shown schematically is at least one cap device 48 or a cap wafer is produced by means of one of the production methods explained above. In addition, a carrier device 52 each attached to one of the translucent layer 30th away mounting surface 48a the at least one cap device 48 is attachable, or a (not shown) carrier wafer, which is attached to the transparent layer 30th away mounting surfaces 48a of the cap wafer can be fastened is formed. The at least one carrier device 52 or the carrier wafer are made from a third substrate 54 educated.
Die in 4 schematisch wiedergegeben Ausbildung der zumindest Befestigungsfläche 48a der zumindest einen Kappenvorrichtung 48/des Kappenwafers 44 als von der lichtdurchlässigen Schicht 30 weg gerichtete Oberfläche/Außenfläche der mindestens einen Verbindungsschicht 36a und 36b ist jedoch nur beispielhaft zu interpretieren. Als die zumindest eine Befestigungsfläche 48a der zumindest einen Kappenvorrichtung 48/des Kappenwafers 44 kann auch eine von der lichtdurchlässigen Schicht 30 weg gerichtete Seite der Rahmenstruktur genutzt werden.In the 4th schematically reproduced formation of the at least mounting surface 48a of the at least one cap device 48 / of the cap wafer 44 than from the translucent layer 30th away-facing surface / outer surface of the at least one connecting layer 36a and 36b however, should only be interpreted as an example. As the at least one mounting surface 48a of the at least one cap device 48 / of the cap wafer 44 can also be one of the translucent layer 30th facing away side of the frame structure can be used.
Vorzugsweise wird beim Bilden der zumindest einen Trägervorrichtung 52 oder des entsprechenden Trägerwafers mindestens ein Durchkontakt 56 durch die zumindest eine Trägervorrichtung 52 oder den Trägerwafer gebildet. Dazu wird mindestens ein Durchgangsloch 56a durch die zumindest eine Trägervorrichtung 52 oder den Trägerwafer strukturiert/geätzt. Anschließend wird eine Isolationsschicht 56b, beispielsweise eine Siliziumdioxidschicht 56b, auf den Substratoberflächen des dritten Substrats 54 und den Seitenwänden des mindestens einen Durchgangslochs 56a gebildet. Sofern das dritte Substrat 54 aus Silizium ist, kann die Isolationsschicht 56b aus Siliziumdioxid mittels einer thermischen Oxidation gebildet werden. Optionaler Weise können danach mindestens eine (nicht gezeigte) Diffusionsbarriere und/oder mindestens eine (nicht skizzierte) Seed-Schicht abgeschieden werden. Anschließend wird mindestens ein elektrisch leitfähiges Material 56c abgeschieden und strukturiert, wie in 4 gezeigt ist. Das mindestens eine elektrisch leitfähige Material 56c kann beispielsweise mindestens ein Metall, insbesondere Kupfer, sein. Der mindestens eine Durchkontakt 56 kann somit mittels eines vergleichsweise geringen Arbeitsaufwands hergestellt werden. Optionaler Weise kann auf mindestens einer Seite der zumindest einen Trägervorrichtung 52/des Trägerwafers noch eine Umverdrahtungsebene und/oder mindestens ein Kontakt ausgebildet werden.Preferably, when forming the at least one carrier device 52 or at least one via of the corresponding carrier wafer 56 by the at least one carrier device 52 or formed the carrier wafer. For this purpose, there is at least one through hole 56a by the at least one carrier device 52 or structured / etched the carrier wafer. Then there is an insulation layer 56b , for example a silicon dioxide layer 56b , on the substrate surfaces of the third substrate 54 and the side walls of the at least one through hole 56a educated. Unless the third substrate 54 Is made of silicon, the insulation layer can 56b are formed from silicon dioxide by means of thermal oxidation. Optionally, at least one diffusion barrier (not shown) and / or at least one seed layer (not shown) can then be deposited. Then at least one electrically conductive material 56c secluded and structured, as in 4th is shown. The at least one electrically conductive material 56c can for example be at least one metal, in particular copper. The at least one via 56 can thus can be produced with a comparatively small amount of work. Optionally, a rewiring level and / or at least one contact can also be formed on at least one side of the at least one carrier device 52 / carrier wafer.
5A und 5B zeigen schematische Darstellungen zum Erläutern einer Ausführungsform des Verfahrens zum Verpacken mindestens einer Vorrichtung. 5A and 5B show schematic representations to explain an embodiment of the method for packaging at least one device.
Zum Ausführen des im Weiteren beschriebenen Verfahrens wird eine mikromechanische Verpackung mit zumindest einer Kappenvorrichtung 48 und zumindest einer Trägervorrichtung 52, bzw. einem Kappenwafer und einem Trägerwafer, hergestellt. Anschließend wird die mindestens eine zu verpackende Vorrichtung 60 auf der zumindest einen Trägervorrichtung 52 oder dem Trägerwafer der mikromechanischen Verpackung angeordnet. Beispielsweise kann die zumindest eine Vorrichtung 60 mittels einer Lötmasse 62 elektrisch an dem mindestens einen Durchkontakt 56 der zumindest einen Trägervorrichtung 52/des Trägerwafers angebunden werden (siehe 5A).To carry out the method described below, a micromechanical packaging with at least one cap device is used 48 and at least one carrier device 52 , or a cap wafer and a carrier wafer. Then the at least one device to be packaged 60 on the at least one carrier device 52 or arranged on the carrier wafer of the micromechanical packaging. For example, the at least one device 60 by means of a soldering compound 62 electrically to the at least one via 56 the at least one carrier device 52 / the carrier wafer are connected (see 5A) .
5B zeigt ein Befestigen der zumindest einen Trägervorrichtung 52 an der jeweiligen Befestigungsfläche 48a der zumindest einen Kappenvorrichtung 48 der mikromechanischen Verpackung, bzw. ein Befestigen des Trägerwafers an den Befestigungsflächen 48a des Kappenwafers der mikromechanischen Verpackung. Der mittels der 5B wiedergegebene Verfahrensschritt wird derart ausgeführt, dass die mindestens eine Vorrichtung 60 danach von der zumindest einen Trägervorrichtung 52 und der zumindest einen daran befestigten Kappenvorrichtung 48, bzw. dem Trägerwafer und dem Kappenwafer umgeben ist. Der mittels der 5B wiedergegebene Verfahrensschritt kann mittels eines Bondverfahrens, wie beispielsweise mittels eines Kupfer-Zinn-Kupfer-Bondverfahrens ausgeführt werden. Ein derartiges Bondverfahren eignet sich dafür besonders gut, da es bereits bei einer vergleichsweise niedrigen Temperatur ausführbar ist und eine hermetisch dichte Bondverbindung bewirkt. Somit kann auch mindestens eine temperaturempfindliche Vorrichtung 60 als die mindestens eine Vorrichtung 60 mittels des hier beschriebenen Verfahrens hermetisch verpackt werden. Das Verpacken der mindestens einen Vorrichtung 60 kann zusätzlich bei einer definierten Atmosphäre und bei einem später an der zumindest einen Vorrichtung 60 gewünschten Druck erfolgen. 5B shows a fastening of the at least one carrier device 52 on the respective mounting surface 48a the at least one cap device 48 the micromechanical packaging or fastening the carrier wafer to the fastening surfaces 48a of the cap wafer of the micromechanical packaging. The by means of the 5B The method step reproduced is carried out in such a way that the at least one device 60 then from the at least one carrier device 52 and the at least one cap device attached thereto 48 , or the carrier wafer and the cap wafer is surrounded. The by means of the 5B The process step reproduced can be carried out by means of a bonding process, such as, for example, by means of a copper-tin-copper bonding process. Such a bonding method is particularly suitable for this because it can already be carried out at a comparatively low temperature and produces a hermetically sealed bond connection. Thus, at least one temperature-sensitive device can also 60 than the at least one device 60 be hermetically packaged using the method described here. Packaging the at least one device 60 can additionally with a defined atmosphere and with a later at the at least one device 60 desired pressure.
Während der Verpackung der zumindest einen Vorrichtung 60 ist diese kaum einer signifikanten Belastung durch Temperatur, Druck oder aggressiven Medien ausgesetzt. Eine Beschädigung der zumindest einen Vorrichtung 60 während ihres Verpackens muss somit nicht befürchtet werden. Außerdem kann die auf der zumindest einen Trägervorrichtung 52 angeordnete Vorrichtung 60 jeweils mit einer hohen Justagegenauigkeit angeordnet werden.During the packaging of the at least one device 60 it is hardly exposed to significant exposure to temperature, pressure or aggressive media. Damage to the at least one device 60 there is thus no need to fear during their packaging. In addition, the on the at least one carrier device 52 arranged device 60 can each be arranged with a high level of adjustment accuracy.
Auch das hier beschriebene Verfahren kann auf Wafer-Level ausgeführt werden. Sofern gewünscht, können die von je einer Kappenvorrichtungen 48 und je einer Trägervorrichtungen 52 umschlossenen Vorrichtungen 60 erst in einem letzten Schritt als Geräte vereinzelt werden.The method described here can also be carried out at wafer level. If desired, one can each use a cap device 48 and one carrier device each 52 enclosed devices 60 can only be singled out as devices in a final step.
6 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Geräts. 6th shows a schematic representation of a first embodiment of a device.
Das in 6 schematisch dargestellte Gerät weist eine Kappenvorrichtung 48 auf. Die Kappenvorrichtung 48 umfasst die für zumindest den optischen Spektralbereich lichtdurchlässige Schicht 30, die direkt oder indirekt an der Innenseite 30a der lichtdurchlässigen Schicht 30 angeordnete Rahmenstruktur 28 und die von der Rahmenstruktur 28 umrahmte Spiegeleinrichtung 10 mit der für zumindest den optischen Spektralbereich reflektierenden Oberfläche 12 auf ihrer zu der lichtdurchlässigen Schicht 30 ausgerichteten Seite. Außerdem ist ein Verankerungsbereich 10a der Spiegeleinrichtung 10 direkt oder indirekt an der Rahmenstruktur 18 befestigt und die Spiegeleinrichtung 10 umfasst mindestens eine Schicht 14 und 16 mit dem darin ausgebildeten intrinsischen Stressgradienten, wobei der intrinsische Stressgradient in der mindestens einen Schicht 14 und 16 der Spiegeleinrichtung 10 den von dem Verankerungsbereich 10a weg gerichteten Kontaktbereich 10b der Spiegeleinrichtung 10 so gegen die Innenseite 30a der lichtdurchlässigen Schicht 30 drückt, dass der Kontaktbereich 10b die Innenseite 30a der lichtdurchlässigen Schicht 30 oder die Fixiermasse 44 an der Innenseite 30a kontaktiert.This in 6th The device shown schematically has a cap device 48 on. The cap device 48 comprises the layer which is transparent to at least the optical spectral range 30th directly or indirectly on the inside 30a the translucent layer 30th arranged frame structure 28 and that of the frame structure 28 framed mirror arrangement 10 with the surface that is reflective for at least the optical spectral range 12th on their to the translucent layer 30th aligned side. There is also an anchoring area 10a the mirror device 10 directly or indirectly on the frame structure 18th attached and the mirror device 10 includes at least one layer 14th and 16 with the intrinsic stress gradient formed therein, the intrinsic stress gradient in the at least one layer 14th and 16 the mirror device 10 that of the anchoring area 10a away-facing contact area 10b the mirror device 10 so against the inside 30a the translucent layer 30th that pushes the contact area 10b the inside 30a the translucent layer 30th or the fixing compound 44 on the inside 30a contacted.
Alternativ könnte das Gerät auch einen Kappenwafer haben mit der für zumindest den optischen Spektralbereich lichtdurchlässigen Schicht 30, einer Vielzahl von direkt oder indirekt an der Innenseite 30a der lichtdurchlässigen Schicht 30 befestigten Rahmenstrukturen 28 und mindestens einer Spiegeleinrichtung 10 für jede Rahmenstruktur 28 mit einer für zumindest den optischen Spektralbereich reflektierenden Oberfläche 12 auf einer zu der lichtdurchlässigen Schicht 30 ausgerichteten Seite der jeweiligen Spiegeleinrichtung 10, wobei die zugeordnete Rahmenstruktur 28 die jeweilige Spiegeleinrichtung 10 umrahmt. In diesem Fall ist ein Verankerungsbereich 10a jeder Spiegeleinrichtung 10 direkt oder indirekt an der zugeordneten Rahmenstruktur 28 befestigt ist und jede Spiegeleinrichtung 10 umfasst jeweils mindestens eine Schicht 14 und 16 mit einem darin ausgebildeten intrinsischen Stressgradienten, wobei der intrinsische Stressgradient in der mindestens einen Schicht 14 und 16 der jeweiligen Spiegeleinrichtung 10 einen von dem Verankerungsbereich 10a weg gerichteten Kontaktbereich 10b der jeweiligen Spiegeleinrichtung 10 so gegen die Innenseite 30a der lichtdurchlässigen Schicht 30 drückt, dass der Kontaktbereich 10b die Innenseite 30a der lichtdurchlässigen Schicht 30 oder eine Fixiermasse 44 an der Innenseite 30a kontaktiert. Die zumindest eine Spiegeleinrichtung 10 hat somit eine mechanische Vorspannung, welche nach ihrer Freistellung die jeweilige Spiegeleinrichtung 10 derart verformt, dass ihr Kontaktbereich 10b gegen die Innenseite 30a oder die Fixiermasse 44 gedrückt wird. Die Verkippung der Nutzfläche 12a der reflektierenden Oberfläche 12 der jeweiligen Spiegeleinrichtung 10 ist geometrisch beschränkt.As an alternative, the device could also have a cap wafer with the layer that is transparent to at least the optical spectral range 30th , a variety of direct or indirect on the inside 30a the translucent layer 30th attached frame structures 28 and at least one mirror device 10 for any frame structure 28 with a surface that is reflective for at least the optical spectral range 12th on one to the translucent layer 30th aligned side of the respective mirror device 10 , with the associated frame structure 28 the respective mirror device 10 framed. In this case there is an anchoring area 10a any mirror facility 10 directly or indirectly to the assigned frame structure 28 is attached and any mirror device 10 each includes at least one layer 14th and 16 with an intrinsic stress gradient formed therein, the intrinsic stress gradient in the at least one layer 14th and 16 the respective mirror device 10 one of the anchoring area 10a away-facing contact area 10b the respective mirror device 10 so against the inside 30a the translucent layer 30th that pushes the contact area 10b the inside 30a the translucent layer 30th or a fixing compound 44 on the inside 30a contacted. The at least one mirror device 10 thus has a mechanical preload which, after being released, the respective mirror device 10 deformed so that their contact area 10b against the inside 30a or the fixing compound 44 is pressed. The tilting of the usable area 12a the reflective surface 12th the respective mirror device 10 is geometrically restricted.
Die Kappenvorrichtung 48 oder der Kappenwafer sich jeweils Teil einer mikromechanischen Verpackung für mindestens eine Vorrichtung 60. Die mikromechanische Verpackung umfasst entweder zumindest eine Trägervorrichtung 52, welche jeweils an einer von der lichtdurchlässigen Schicht 30 weg gerichteten Befestigungsfläche 48a der zumindest einen Kappenvorrichtung 48 befestigbar oder befestigt ist, oder einem Trägerwafer, welcher an von der lichtdurchlässigen Schicht 30 weg gerichteten Befestigungsflächen 48a des Kappenwafers befestigbar oder befestigt ist. Die mikromechanische Verpackung ist leicht miniaturisierbar, kostengünstig herstellbar und hermetisch dicht.The cap device 48 or the cap wafer is part of a micromechanical packaging for at least one device 60 . The micromechanical packaging either comprises at least one carrier device 52 each attached to one of the translucent layer 30th away mounting surface 48a the at least one cap device 48 attachable or attached, or a carrier wafer, which is attached to the transparent layer 30th away mounting surfaces 48a of the cap wafer attachable or attached. The micromechanical packaging is easy to miniaturize, inexpensive to manufacture and hermetically sealed.
Das Gerät umfasst diese mikromechanische Verpackung und mindestens eine Vorrichtung 60, welche auf der zumindest einen an der jeweiligen Befestigungsfläche 48a der zumindest einen Kappenvorrichtung 48 befestigten Trägervorrichtung 52 oder auf dem an den Befestigungsflächen 48a des Kappenwafers befestigten Trägerwafer der mikromechanischen Verpackung angeordnet ist. Die mindestens eine Vorrichtung 60 kann z.B. ein mikromechanisches Bauteil, eine Lichtemittiervorrichtung, eine Lichtdetektiervorrichtung, eine chemische Sensorvorrichtung und/oder eine physikalische Sensorvorrichtung sein. Die mikromechanische Verpackung erlaubt ein feuchtefreies und verschmutzungsfreies Betreiben der jeweils darin verpackten Vorrichtung 60. Alle Teile der mikromechanischen Verpackung können bezüglich ihrer Größen/Ausdehnungen an die zumindest eine damit verpackte Vorrichtung 60 angepasst sein. Wahlweise kann auch ein Unterdruck in der mikromechanischen Verpackung eingestellt sein/werden, um eine Dämpfung von mindestens einer verstellbaren Komponente der mindestens einen Vorrichtung 60 zu vermeiden.The device comprises this micromechanical packaging and at least one device 60 , which on the at least one on the respective mounting surface 48a the at least one cap device 48 attached carrier device 52 or on the one on the mounting surfaces 48a of the cap wafer attached carrier wafer of the micromechanical packaging is arranged. The at least one device 60 can be, for example, a micromechanical component, a light emitting device, a light detection device, a chemical sensor device and / or a physical sensor device. The micromechanical packaging allows moisture-free and contamination-free operation of the device packaged therein 60 . All parts of the micromechanical packaging can be attached to the at least one device packaged therewith with regard to their sizes / dimensions 60 be adjusted. Optionally, a negative pressure can also be set in the micromechanical packaging in order to dampen at least one adjustable component of the at least one device 60 to avoid.
Die mindestens eine verpackte Vorrichtung 60 kann derart auf der zumindest einen Trägervorrichtung 52 oder dem Trägerwafer angeordnet sein, dass ein von der zumindest einen Vorrichtung 60 emittierter Lichtstrahl 64 mit einer parallel zu der Innenseite 30a der lichtdurchlässigen Schicht 30 ausgerichteten Ausstrahlrichtung emittiert wird. Mittels der benachbarten Spiegeleinrichtung 10 kann der Lichtstrahl 64 dann so umgelenkt werden, dass er verlässlich durch die Innenseite 30a fällt. Durch unterschiedliche Orientierungen der Nutzfläche 12a der Spiegeleinrichtung 10 und/oder unterschiedliche Kippwinkel α können unterschiedliche Abstrahlwinkel realisiert werden, mit welchem der Lichtstrahl 64 durch die lichtdurchlässige Schicht 30 transmittiert. Entsprechend können auch durch unterschiedliche Beschichtungen der reflektierenden Oberfläche 12 weitere unterschiedliche Strahleigenschaften des durch die lichtdurchlässige Schicht 30 transmittierenden Lichtstrahls 64 realisiert werden.The at least one packaged device 60 can in this way on the at least one carrier device 52 or the carrier wafer that one of the at least one device 60 emitted light beam 64 with one parallel to the inside 30a the translucent layer 30th aligned radiation direction is emitted. By means of the adjacent mirror device 10 can the beam of light 64 then redirected so that it can be reliably guided through the inside 30a falls. Due to different orientations of the usable area 12a the mirror device 10 and / or different tilt angles α, different radiation angles can be realized with which the light beam 64 through the translucent layer 30th transmitted. Correspondingly, different coatings of the reflective surface can also be used 12th further different beam properties of the through the translucent layer 30th transmitting light beam 64 will be realized.
7 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der verpackten Vorrichtung. 7th shows a schematic representation of a second embodiment of the packaged device.
Wie in 7 erkennbar ist, können auch mehrere Vorrichtungen 60 in einer mikromechanischen Verpackung verpackt sein/werden. Insbesondere können dazu an der mikromechanischen Verpackung mehrere getrennte Kavernen ausgebildet sein/werden.As in 7th is recognizable, several devices can also be used 60 be / will be packed in micromechanical packaging. In particular, several separate caverns can be formed on the micromechanical packaging for this purpose.
Auch in diesem Fall sind die verpackten Vorrichtungen 60 verlässlich vor Verschmutzungen oder Partikelablagerungen geschützt. Ebenso können trotzdem alle Einzelkomponenten der mikromechanischen Verpackung auf Wafer-Level hergestellt werden. Sie sind somit vergleichsweise kostengünstig herstellbar.In this case, too, are the packaged devices 60 reliably protected against dirt or particle deposits. Likewise, all individual components of the micromechanical packaging can still be manufactured on wafer level. They can therefore be produced comparatively inexpensively.
Bezüglich weiterer Merkmale des Geräts der 7 und ihrer Vorteile wird auf die Ausführungsform der 6 verwiesen.Regarding other features of the device the 7th and its advantages will be applied to the embodiment of the 6th referenced.
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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DE 102015222519 A1 [0002]DE 102015222519 A1 [0002]
