DE19944410C2 - Vorrichtung zur Halterung einer zu heizenden Mikrostruktur und Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung - Google Patents

Abstract

Bei einer Vorrichtung zur Halterung einer zur heizenden Mikrostruktur (1) an einem Tragrahmen (5) ist wenigstens ein volumenstrukturierter Brückenkörper (13, 14) vorgesehen, der die Mikrostruktur (1) und den Tragrahmen (5) über brückenartig ausgebildete Tragrahmenabschnitte (15 bis 18), Trägerplattenabschnitte (19, 20) und Verbindungsabschnitte (21, 22) unter Ausbildung von Isolierausnehmungen (23 bis 26) miteinander verbindet. Auf diese Weise ist bei einer verhältnismäßig hohen mechanischen Stabilität eine gute thermische Isolierung der Mikrostruktur (1) von dem Tragrahmen (5) erzielt. Die Vorrichtung wird durch Verbindung einer Substratplatte mit einer volumenstrukturierten Deckplatte sowie anschließender Abtrennung von einzelnen Einheiten hergestellt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Halterung einer zu heizenden Mikrostruktur mit einer Trägerplatte, auf der die Mikrostruktur aufgebracht ist, mit einem die Trägerplatte in einem Abstand umgebenden Tragrahmen und mit Verbindungs­ mitteln, die die Trägerplatte mit dem Tragrahmen mechanisch verbinden.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer vorgenannten Vorrichtung, bei dem eine Trägerplatte mit einer zu heizenden Mikrostruktur mit einem Tragrahmen ver­ bunden wird.

Eine derartige Vorrichtung und ein derartiges Verfahren sind aus der EP-A-0 291 462 bekannt. Bei der vorbekannten Vorrichtung ist eine zu heizende Mikrostruktur auf einer Trägerplatte aufge­ bracht, die von einem Tragrahmen umgeben ist. Die Träger­ platte ist über eine Anzahl von Stegen als Verbindungsmittel mit dem Tragrahmen mechanisch verbunden. Dabei sind die Stege, der Tragrahmen und die Trägerplatte einstückig gefertigt. Die Stege sind gegenüber der Dicke des Tragrahmens verhältnis­ mäßig dünn ausgebildet und liegen in der Ebene der Träger­ platte. Die vorbekannte Vorrichtung wird gemäß dem vorbekannten Verfahren durch eine Abfolge von Ätzschritten hergestellt.

Zwar ist bei der vorbekannten Vorrichtung durch die dünne Ausgestaltung der Stege ein verhältnismäßig geringer Wärmefluß zwischen der Trägerplatte und dem Tragrahmen erzielt, allerdings ist die mechanische Stabilität häufig unzureichend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die sich bei einem verhält­ nismäßig geringen Wärmefluß zwischen der Trägerplatte und dem Tragrahmen durch eine verhältnismäßig hohe mecha­ nische Stabilität auszeichnet, sowie weiterhin ein Verfahren für eine fertigungstechnisch verhältnismäßig einfache Herstellung dieser Vorrichtung anzugeben.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genann­ ten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verbindungs­ mittel wenigstens einen Brückenkörper mit jeweils wenigstens einem mit dem Tragrahmen verbundenen Tragrahmenabschnitt, mit wenigstens einem mit der Trägerplatte verbundenen Träger­ plattenabschnitt und mit wenigstens einem sich zwischen einem Tragrahmenabschnitt und einem Trägerplattenabschnitt erstreckenden, gegenüber der Träger­ platte und dem Tragrahmen unter Ausbildung wenigstens einer Isolierausnehmung versetzten Verbindungsabschnitt aufweisen, wobei das Material jedes Brückenkörpers eine gegenüber dem Material der Trägerplatte und dem Material des Tragrahmens geringere Wärmeleitfähigkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genann­ ten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Substrat­ platte mit dielektrischen Schichten, Metallschichten sowie mit beschichtungsfreien Auflagebereichen bereitgestellt wird, daß eine Deckplatte mit säulenartig vorstehenden Tragrahmen­ abschnitten und Trägerplattenabschnitten bereitgestellt wird, daß die Substratplatte und die Deckplatte so aneinandergefügt werden, daß die freien Enden der Tragrahmenabschnitte und der Trägerplattenabschnitte in den Auflagebereichen aufliegen, daß die Substratplatte und die Deckplatte in den Auflagebe­ reichen miteinander verbunden werden und daß aus dem Ver­ bund aus Substratplatte und Deckplatte Einheiten mit einer über wenigstens einen Brückenkörper mit einem zugehörigen Trag­ rahmen verbundenen Trägerplatte abgetrennt werden.

Dadurch, daß bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Ver­ bindungsmittel verhältnismäßig massive, sich brückenartig zwischen der Trägerplatte und dem Tragrahmen erstreckende volumenstrukturierte Brückenkörper mit einer verhältnismäßig geringen Wärmeleitfähigkeit vorgesehen sind, ist bei einer verhältnismäßig hohen mechanischen Stabilität eine relativ gute thermische Isolation der zwischen der zu heizenden Mikro­ struktur und dem Tragrahmen erzielt. Dadurch muß zum einen zum Heizen der Mikrostruktur auf eine Betriebstemperatur von beispielsweise mehreren 100 Grad Celsius auf Grund des verhältnismäßig geringen Wärmeflusses von der Trägerplatte mit der Mikrostruktur zu dem kälteren Tragrahmen verhältnis­ mäßig wenig Energie aufgewendet werden und zum anderen bleibt der Tragrahmen insbesondere bei einer Ausbildung mit integrierten Schaltungen, die eine verhältnismäßig geringe Betriebstemperatur von beispielsweise wenigen 10 Grad Celsius benötigen, vorteilhafterweise verhältnismäßig kühl.

Zweckmäßigerweise sind bei der erfindungsgemäßen Vor­ richtung der Tragrahmen und die Trägerplatte aus Silizium. Vorteilhaft ist weiterhin, daß der oder die Brückenkörper aus Glas sind.

In einer Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Brückenkörper vorgesehen, der einen umlaufenden Träger­ plattenabschnitt aufweist. Dadurch ist eine besonders stabile Verbindung mit der Trägerplatte erzielt.

In einer weiteren Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist wenigstens ein Brückenkörper vorgesehen, der wenigstens einen Trägerplattenabschnitt mit einem rechteckigen Querschnitt aufweist. Dadurch ist bei einer noch ausreichenden Stabilität auf Grund des verhältnismäßig geringen Gesamtquer­ schnitts ein verhältnismäßig geringer Wärmefluß sichergestellt.

In einer weiteren Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Brückenkörper vorgesehen, der einen um­ laufenden Tragrahmenabschnitt aufweist. Dadurch ist eine besonders stabile Verbindung mit dem Tragrahmen erzielt.

In einer weiteren Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Brückenkörper mit wenigstens einem rand­ seitig angeordneten Tragrahmenabschnitt mit einem recht­ eckigen Querschnitt vorgesehen ist. Dadurch ist bei einer aus­ reichenden stabilen Verbindung mit dem Tragrahmen ein ver­ hältnismäßig geringer Wärmefluß von der zu heizenden Mikro­ struktur zu dem Tragrahmen gewährleistet. Bei einer Weiter­ bildung der letztgenannten Ausgestaltung sind vorteilhafterweise zwei Brückenkörper vorgesehen, die einander gegenüberliegend angeordnet und mit jeweils einem Trägerplattenabschnitt an der Trägerplatte angebracht sind.

Im Hinblick auf eine verhältnismäßig einfache Fertigung ist es zweckmäßig, daß jeder Tragrahmenabschnitt und jeder Träger­ plattenabschnitt rechtwinklig zu der Trägerplatte und dem Trag­ rahmen ausgerichtet sind. In diesem Zusammenhang ist es weiterhin zweckmäßig, daß jeder Verbindungsabschnitt recht­ winklig zu einem Tragrahmenabschnitt sowie zu einem Träger­ plattenabschnitt ausgerichtet ist. Dabei ist in Weiterbildungen im Hinblick auf eine gute thermische Isolierung vorteilhafterweise vorgesehen, daß jeder Tragrahmenabschnitt und jeder einem Tragrahmenabschnitt gegenüberliegende Trägerplattenabschnitt einen Abstand aufweisen, der wenigstens dem Abstand zwischen der Trägerplatte und dem Tragrahmen entspricht.

Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß die Substratplatte und die Deckplatte durch anodisches Bonden miteinander verbunden werden.

Bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß die Substratplatte vor Verbindung mit der Deckplatte volumenstrukturiert wird.

Bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, die Substratplatte in dem Verbund mit der Deckplatte volumenstrukturiert wird.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 in einer geschnittenen perspektivischen Ansicht ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsge­ mäßen Vorrichtung mit zwei Brückenkörpern,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Brückenkörper des ersten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1,

Fig. 3 in einer geschnittenen perspektivischen Ansicht ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsge­ mäßen Vorrichtung mit einem Brückenkörper,

Fig. 4 einen Schnitt durch den Brückenkörper des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 3,

Fig. 5 in einer geschnittenen Seitenansicht ein drittes Aus­ führungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vor­ richtung,

Fig. 6 einen Schnitt durch den Brückenkörper des dritten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 5,

Fig. 7 in einer geschnittenen Seitenansicht ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 8 einen Schnitt durch den Brückenkörper des vierten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 7,

Fig. 9 in einer Draufsicht einen zur Ätzung vorbereiteten Substratwafer zur Herstellung von Trägerplatten und Tragrahmen für erfindungsgemäße Vorrich­ tungen,

Fig. 10 in einer Draufsicht einen volumenstrukturierten Deckwafer zur Herstellung von Brückenkörper für erfindungsgemäße Vorrichtungen,

Fig. 11 in einer geschnittenen Teilansicht einen mit einem Substratwafer gemäß Fig. 9 verbundenen Deck­ wafer gemäß Fig. 10 vor einer Ausbildung der Trägerplatten und Tragrahmen und

Fig. 12 in einer geschnittenen Teilansicht einen mit einem Substratwafer gemäß Fig. 9 verbundenen Deck­ wafer gemäß Fig. 10 nach der Ausbildung der Trägerplatten und Tragrahmen.

Fig. 1 zeigt in einer geschnittenen perspektivischen Ansicht ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vor­ richtung. Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 verfügt über eine recht­ eckige Trägerplatte 1, auf die auf einer Trägerseite 2 ein dielek­ trischer Isolationsfilm 3 und auf diesem eine Heizwiderstands­ leitung 4 eines mikrosensorischen Gassensors als Mikrostruktur, der auf der Grundlage eines von der Zusammensetzung von Umgebungsgas abhängigen Widerstands eines halbleitenden Oxids arbeitet, aufgebracht sind. Die Trägerplatte 1 ist im Hin­ blick auf eine möglichst geringe Wärmekapazität verhältnis­ mäßig dünn, jedoch im Hinblick auf eine ausreichende mecha­ nische Stabilität ausreichend dick, beispielsweise mit einer Dicke von etwa 5 Mikrometer bis etwa 20 Mikrometer, ausge­ bildet. Typische Kantenlängen bei einer rechteckigen Träger­ platte 1 liegen zwischen beispielsweise etwa 200 Mikrometer bis etwa 1,5 Millimeter.

Weiterhin verfügt die Vorrichtung gemäß Fig. 1 über einen rechteckigen Tragrahmen 5, der einen mittigen Aufnahmeraum 6 aufweist. Der einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisende Aufnahmeraum 6 umschließt die Trägerplatte 1 mit einem umfänglich im wesentlichen gleichbleibenden Abstand 7 von typischerweise einigen 100 Mikrometer. Der Tragrahmen 5 ist um ein Vielfaches dicker als die Trägerplatte 1, beispiels­ weise zwischen etwa 100 Mikrometer und etwa 1 Millimeter, ausgebildet. Im Bereich einer Seitenkante des Tragrahmens 5 ist auf einer Befestigungsseite 8 ein dielektrischer Isolationsfilm 9 aufgebracht, auf dem wiederum ein mit der Heizwiderstands­ leitung 4 verbundener Heizanschluß 10 vorgesehen ist. Der Tragrahmen 5 verfügt weiterhin über eine gegenüber der Be­ festigungsseite 8 angeschrägte Innenseite 11, die sich von der Befestigungsseite 8 unter Erweiterung des Aufnahmeraums 6 in Richtung einer der Befestigungsseite 8 gegenüberliegenden Rückseite 12 erstreckt.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 weist als Verbindungsmittel zur Verbindung der Trägerplatte 1 mit dem Tragrahmen 5 einen ersten Brückenkörper 13 und einen zweiten Brückenkörper 14 auf. Die Brückenkörper 13, 14 weisen eine Dicke auf, die wenig­ stens im Bereich der Dicke des Tragrahmens 5, beispielsweise zwischen etwa 300 Mikrometer und etwa 1,5 Millimeter, liegt, und sind aus einem von dem Material der Trägerplatte 1 und des Tragrahmens 5 verschiedenen Material gefertigt, das gegenüber dem Material der Trägerplatte 1 und dem Material des Tragrahmens 5 eine geringere Wärmeleitfähigkeit aufweist. Als Material für die zur Erhöhung der mechanischen Stabilität vorzugsweise dicker als der Tragrahmen 5 ausgebildeten Brückenkörper 13, 14 ist bevorzugt ein Glas vorgesehen. Bei der bevorzugten Herstellung der Trägerplatte 1 und des Trag­ rahmens 5 aus Silizium und der Brückenkörper 13, 14 aus einem Glas sind die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der beiden verschiedenen Materialien in etwa gleich, so daß ther­ misch induzierten Belastungen weitestgehend vermieden sind.

Jeder Brückenkörper 13, 14 verfügt über mit dem Tragrahmen 5 verbundene Tragrahmenabschnitte 15, 16, 17, 18, über einen mit der Trägerplatte 1 verbundenen Trägerplattenabschnitt 19, 20 sowie über einen Verbindungsabschnitt 21, 22, der sich zwischen den jeweiligen Tragrahmenabschnitten 15, 16, 17, 18 und dem Trägerplattenabschnitt 19, 20 unter Ausbildung von Isolierausnehmungen 23, 24, 25, 26 erstreckt. Dabei sind die Verbindungsabschnitte 21, 22 gegenüber der Trägerseite 2 der Trägerplatte 1 sowie der Befestigungsseite 8 des Tragrahmens 5 versetzt und mit einer Dicke in Abhängigkeit der jeweiligen Dicke des Brückenkörper 13, 14 zwischen beispielsweise etwa 100 Mikrometer und etwa 500 Mikrometer ausgebildet, die bei einer ausreichenden mechanischen Stabilität zu einer im Ver­ gleich gegenüber einer Ausbildung über die gesamte Dicke der Brückenkörper 13, 14 verringerten Wärmefluß führt.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Trägerplattenab­ schnitte 19, 20 jeweils im Bereich einander gegenüberliegenden Seitenkanten der Trägerplatte 1 mit der Trägerplatte 1 verbun­ den. Die Tragrahmenabschnitte 15, 16, 17, 18 jedes Brückenkörpers 13, 14 sind in Randbereichen der Befestigungsseite 8 an dem Tragrahmen 1 angebracht.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die Brückenkörper 13, 14 des ersten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 entlang der Linie II-II. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß jeder Brückenkörper 13, 14 über jeweils eine lange Isolierausnehmung 23, 25 verfügt, die zwei kurze Isolierausnehmungen 24, 26 im wesentlichen rechtwinklig kreuzt. Die Isolierausnehmungen 23, 24, 25, 26 sind jeweils randseitig eingebracht, so daß die mit der Trägerplatte 1 ver­ bundenen, jeweils einen rechteckigen Querschnitt aufweisenden Trägerplattenabschnitte 19, 20 einen verhältnismäßig geringen Querschnitt aufweisen, der zusammen mit der gegenüber dem ebenfalls rechteckigen Querschnitt der Tragrahmenabschnitte 15, 16, 17, 18 verhältnismäßig geringen Dicke der Verbindungs­ abschnitte 21, 22 zu einem verhältnismäßig geringen Wärme­ fluß zwischen der Trägerplatte 1 und dem Tragrahmen 5 führt.

Fig. 3 zeigt in einer geschnittenen perspektivischen Ansicht ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vor­ richtung, wobei sich bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und Fig. 2 sowie dem zweiten Ausführungsbeispiel ent­ sprechende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und im weiteren nicht näher erläutert sind. Das zweite Aus­ führungsbeispiel gemäß Fig. 2 verfügt über einen einzigen quaderförmigen Brückenkörper 27 mit den Brückenkörpern 13, 14 des ersten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 und Fig. 2 entsprechenden Dimensionen, der außenseitig einen umlaufen­ den, an der Befestigungsseite 8 des Tragrahmens 5 angebrach­ ten Tragrahmenabschnitt 28 aufweist. Weiterhin ist der Brücken­ körper 27 mit einer ebenfalls umlaufenden Isolierausnehmung 29 ausgebildet, deren Breite im wesentlichen dem Abstand 7 zwischen der Trägerplatte 1 und dem Tragrahmen 5 entspricht. Schließlich verfügt der Brückenkörper 27 innenseitig über einen umlaufenden Trägerplattenabschnitt 30, der randseitig mit der Trägerplatte 1 verbunden und gegenüber dem Tragrahmen­ abschnitt 28 verhältnismäßig schmal ausgebildet ist. Zwischen dem Tragrahmenabschnitt 28 und dem Trägerplattenabschnitt 30 ist jeweils an den von dem Tragrahmen 5 wegweisenden Endbereichen ein Verbindungsabschnitt 31 ausgebildet, dessen Dicke in etwa der Dicke des Trägerplattenabschnitts 30 ent­ spricht. Der umlaufende Trägerplattenabschnitt 30 des Brücken­ körpers 27 gemäß Fig. 3 umschließt einen offenen Freiraum 32, der in der Anordnung gemäß Fig. 3 von der Trägerplatte 1 einseitig abgeschlossen ist.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist auf einer Seite des Tragrahmens 5 im Bereich der Befestigungsseite 8 eine monolithisch integrierte Schaltung 33 ausgebildet, die über eine Verbindungsleitung 34 mit einer weiteren, auf der Träger­ platte 1 ausgebildeten integrierten Schaltung 35 eines Gassen­ sors als zu heizender Mikrostruktur in Verbindung steht. Auf einer weiteren Seite des Tragrahmens 5 sind auf dem dielektri­ schen Isolationsfilm 9 neben dem Heizanschluß 10 Ansteuer­ anschlüsse 36 ausgebildet, die über weitere Verbindungs­ leitungen 34 mit der auf der Trägerplatte 1 ausgebildeten inte­ grierten Schaltung 35 in Verbindung stehen. Weiterhin ist auf dem auf der Trägerseite 2 der Trägerplatte 1 aufgebrachten Isolationsfilm 3 eine in einer Aufnahmeschicht 37 eingebettete Heizwiderstandsleitung 4 aufgebracht, mit der bei Beauf­ schlagung mit elektrischer Energie die integrierte Schaltung 35 unter Erwärmung der Trägerplatte 1 heizbar ist. Mit den inte­ grierten Schaltungen 33, 35 ist in an sich bekannter Weise auf der Grundlage der von der Zusammensetzung des Umgebungs­ gases abhängigen Widerstandsänderung von halbleitenden Oxiden die Zusammensetzung eines sich im Bereich des Frei­ raums 32 befindlichen Gases bestimmbar.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch den Brückenkörper 27 des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 3 entlang der Linie IV- IV. Aus Fig. 4 sind deutlich der umlaufende Tragrahmenab­ schnitt 28, die umlaufende Isolierausnehmung 29 sowie der umlaufende, den Freiraum 32 umschließende Trägerplatten­ abschnitt 30 erkennbar. Dabei ist der im Bereich der mono­ lithisch integrierten Schaltungen 33 auf dem Tragrahmen 5 aufliegende Teil des Tragrahmenabschnitts 28 breiter als der gegenüberliegende, im Bereich des Heizanschluß 10 und der Steueranschlüsse 36 angeordnete Teil ausgebildet.

Das zweite Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 und Fig. 4 zeichnet sich aufgrund des umlaufenden Tragrahmenabschnitts 28 sowie des umlaufenden Trägerplattenabschnitts 30 durch eine besonders hohe mechanische Stabilität bei geringem Wärmefluß aus.

Fig. 5 zeigt in einer geschnittenen Seitenansicht ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei sich bei den vorgenannten Ausführungsbeispielen sowie dem dritten Ausführungsbeispiel entsprechende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und im weiteren nicht näher erläutert sind. Weiterhin sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in der Darstellung gemäß Fig. 5 Einzelheiten des Aufbaus einer zu heizenden Mikrostruktur auf der Trägerplatte 1, elektrische Leitungen sowie Schaltungen an dem Tragrahmen 5 zur An­ steuerung der Mikrostruktur nicht dargestellt. Das dritte Aus­ führungsbeispiel gemäß Fig. 5 verfügt über einen einzigen Brückenkörper 37 mit Dimensionen entsprechend der Brücken­ körper 13, 14, 27 der vorgenannten Ausführungsbeispiele, der mit Endbereichen von außenseitig angeordneten, im wesent­ lichen parallel zueinander ausgerichteten Tragrahmenab­ schnitten 38, 39 auf der Befestigungsseite 8 an dem Trag­ rahmen 5 angebracht ist.

Zwischen den Tragrahmenabschnitten 38, 39 weist der Brücken­ körper 37 zwei ebenfalls im wesentlichen parallel zueinander und parallel zu den Tragrahmenabschnitten 38, 39 verlaufende Trägerplattenabschnitte 40, 41 auf, die mit ihren jeweiligen freien Endbereichen mit der Trägerplatte 1 und mit den gegenüber­ liegenden Endbereichen über außenseitige Verbindungsab­ schnitte 41, 42 mit jeweils einem Tragrahmenabschnitt 38, 39 sowie über einen mittigen Verbindungsabschnitte 43 unterein­ ander verbunden sind. Zwischen jeweils einander gegenüber­ liegenden Tragrahmenabschnitten 38, 39 und Trägerplatten­ abschnitten 40, 41 sind im wesentlichen parallel zu den Trag­ rahmenabschnitten 38, 39 beziehungsweise den Trägerplatten­ abschnitten 40, 41 verlaufende Isolierausnehmungen 45, 46 ausgebildet, während zwischen den in einem Abstand vonein­ ander angeordneten Trägerplattenabschnitten 40, 41 ein sich ebenfalls im wesentlichen parallel zwischen den Trägerplatten­ abschnitten 40, 41 erstreckender Zwischenraum 47 ausgebildet ist.

Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch den Brückenkörper 43 des dritten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 5 entlang der Linie VI- VI. Aus Fig. 6 ist ersichtlich, daß neben den im wesentlichen parallel zu den mit einem rechteckigen Querschnitt ausgebil­ deten Tragrahmenabschnitten 38, 39 beziehungsweise den ebenfalls mit einem rechteckigen Querschnitt ausgebildeten Trägerplattenabschnitten 40, 41 verlaufenden Isolieraus­ nehmungen 45, 46 zwei weitere, im wesentlichen rechtwinklig zu den Isolierausnehmungen 45, 46 ausgerichtete Isolieraus­ nehmungen 48, 49 vorgesehen sind. Die Isolierausnehmungen 48, 49 sind dabei so in den Brückenkörper 37 eingebracht, daß die im Mittenbereich angeordneten Trägerplattenabschnitte 40, 41 mit ihren freien Endbereichen im wesentlichen vollständig auf der Trägerplatte 1 aufliegen.

Das dritte Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 und Fig. 6 zeichnet sich bei einer weiterhin verhältnismäßig hohen mechanischen Stabilität durch einen verhältnismäßig geringen Wärmefluß aus.

Fig. 7 zeigt in einer geschnittenen Seitenansicht ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei sich bei den vorgenannten Ausführungsbeispielen und dem vierten Ausführungsbeispiel entsprechende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und im weiteren nicht näher erläutert sind. Weiterhin sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in der Darstellung gemäß Fig. 7 Einzelheiten des Aufbaus einer zu heizenden Mikrostruktur auf der Trägerplatte 1, elektrische Leitungen sowie Schaltungen an dem Tragrahmen 5 zur An­ steuerung der Mikrostruktur nicht dargestellt. Das vierte Aus­ führungsbeispiel gemäß Fig. 7 verfügt über einen einzigen Brückenkörper 50 mit Dimensionen entsprechend der Brücken­ körper 13, 14, 27, 37 der vorgenannten Ausführungsbeispiele, der mit Tragrahmenabschnitten 51, 52 an der Befestigungsseite 8 des Tragrahmens 5 angebracht ist. Weiterhin weist der Brückenkörper 50 einen einzigen Trägerplattenabschnitt 53 auf, der in etwa mittig zwischen den Tragrahmenabschnitten 51, 52 angeordnete und mit diesen über Verbindungsabschnitte 54, 55 unter Ausbildung einer brückenartigen Struktur mit Isolieraus­ nehmungen 56, 57 zwischen dem Trägerplattenabschnitt 53 und den Tragrahmenabschnitten 51, 52 verbunden ist.

Fig. 8 zeigt einen Schnitt durch den Brückenkörper 50 des vierten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 7 entlang der Linie VIII-VIII. Aus Fig. 8 ist ersichtlich, daß neben den im wesent­ lichen parallel zu den mit einem rechteckigen Querschnitt aus­ gebildeten Tragrahmenabschnitten 51, 52 beziehungsweise dem ebenfalls mit einem rechteckigen Querschnitt ausgebil­ deten Trägerplattenabschnitt 53 verlaufenden Isolierausneh­ mungen 56, 57 zwei weitere, im wesentlichen rechtwinklig zu den Isolierausnehmungen 56, 57 ausgerichtete Isolierausneh­ mungen 58, 59 ausgebildet sind. Die Isolierausnehmungen 58, 59 sind dabei so in den Brückenkörper 50 eingebracht, daß der im Mittenbereich angeordnete Trägerplattenabschnitt 53 mit seinen freien Endbereichen im wesentlichen vollständig auf der Trägerplatte 1 aufliegt und die innenliegenden Abschnitte der Isolierausnehmungen 56, 57, 58, 59 die Trägerplatte 1 um­ randen.

Das vierte Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 und Fig. 8 zeichnet sich bei einer weiterhin ausreichend hohen mecha­ nischen Stabilität durch einen besonders geringen Wärmefluß aus.

Fig. 9 zeigt in einer Draufsicht einen zur Ätzung vorbereiteten Substratwafer 60 vorzugsweise aus Silizium als Substratplatte zur Herstellung von Trägerplatten 1 und Tragrahmen 5 für erfindungsgemäße Vorrichtungen. Auf dem Substratwafer 60 sind Strukturen 61 vorbereitet, die zur Prozessierung des Sub­ stratwafers 60 mit an sich bekannten Verfahren aus der Mikro­ elektronik und der Dünnfilmtechnologie dienen. Dabei werden insbesondere isolierende Dielektrika als dielektrische Schichten sowie Metallschichten abgeschieden und strukturiert. Auf der Befestigungsseite 8 der auszubildenden Tragrahmen 5 werden in Auflagebereichen von Tragrahmenabschnitten 15 bis 18, 28, 38, 39, 51, 52 alle Schichten entfernt und das Substratmaterial freigelegt. Entsprechend werden auf der Trägerseite 2 der auszubildenden Trägerplatten 1 in Auflagebereichen von Träger­ plattenabschnitten 19, 20, 30, 40, 41, 53 zur Freilegung des Substratmaterials alle Schichten entfernt. Auf der Rückseite des Substratwafer 60 sind in einer dielektrischen Schicht Aus­ nehmungen für einen späteren naßchemischen Ätzschritt aus­ gebildet.

Fig. 10 zeigt in einer Draufsicht einen volumenstrukturierten Deckwafer 62 aus vorzugsweise Glas als Deckplatte zur Her­ stellung von Brückenkörper 13, 14, 27, 37, 50 für erfindungs­ gemäße Vorrichtungen. In den Deckwafer 62 sind beispiels­ weise mechanisch durch Sägen zur Ausbildung der säulenartig vorstehenden Tragrahmenabschnitte 15 bis 18, 28, 38, 39, 51, 52, der säulenartig vorstehenden Trägerplattenabschnitte 19, 20, 30, 40, 41, 53 sowie der Isolierausnehmungen 23 bis 26, 29, 45, 46, 48, 49, 56 bis 59 ein Gitter von rechtwinklig zueinander ausgerichteten Gräben 63 eingebracht, so daß der Deckwafer 62 volumenstrukturiert ist.

Fig. 11 zeigt in einer geschnittenen Teilansicht einen mit einem Substratwafer 60 gemäß Fig. 9 verbundenen Deckwafer 62 gemäß Fig. 10 vor einer vollständigen Ausbildung der Träger­ platten 1 und Tragrahmen 5. Die Verbindung zwischen dem Substratwafer 60 und dem Deckwafer 62 erfolgt bevorzugt durch anodisches Bonden unter Anlegung einer elektrischen Spannung zwischen dem Substratwafer 60 und dem Deckwafer 62, wobei die Endbereiche der bei späteren Verfahrensschritten auszubildenden Tragrahmenabschnitte 15 bis 18, 28,38, 39, 51, 52 und der bei späteren Verfahrensschritten auszubildenden Trägerplattenabschnitte 19, 20, 30, 40, 41, 53 auf freigelegten Flächen des Substratwafers 60 aufliegen. Zweckmäßigerweise erfolgt die hierzu erforderliche genaue relative Ausrichtung des Substratwafers 60 und des Deckwafers 62 unter Verwendung von nicht dargestellten Justiermarken.

Fig. 12 zeigt in einer geschnittenen Teilansicht einen mit einem Substratwafer 60 gemäß Fig. 9 verbundenen Deckwafer 62 gemäß Fig. 10 nach teilweiser Ausbildung von Trägerplatten 1 und Tragrahmen 5 beispielsweise entsprechend dem vierten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 und Fig. 8 mit einer Volumen­ strukturierung des Substratwafers 60. Die Volumenstruktu­ rierung des Substratwafers 60 erfolgt mittels aus der Mikro­ mechanik an sich bekannter Ätzverfahren, bei denen beispiels­ weise durch Ätzen in KOH oder TMAH unter Verwendung von an sich bekannten Ätzstopptechniken wie beispielsweise Ätz­ stopp an hoch bordotiertem Silizium oder elektrochemischem Ätzstopp Trägerplatten 1 ausgebildet werden.

Bei einer alternativen Vorgehensweise ist der Substratwafer 60 bereits vor der Verbindung mit dem Deckwafer 62 volumen­ strukturiert.

Schließlich werden sogenannte Metallpads durch mechanisches Sägen des mit dem Substratwafer 60 verbundenen Deckwafers 62 freigelegt, der Verbund von Substratwafer 60 und Deckwafer 62 in einzelne Einheiten mit einer Trägerplatte 1 und einem Tragrahmen 5 getrennt, die anschließend gekapselt und elek­ trisch kontaktiert werden.

Claims (15)

1. Vorrichtung zur Halterung einer zu heizenden Mikro­ struktur mit einer Trägerplatte (1), auf der die Mikrostruktur aufgebracht ist, mit einem die Trägerplatte (1) in einem Abstand umgebenden Tragrahmen (5) und mit Ver­ bindungsmitteln, die die Trägerplatte (1) mit dem Trag­ rahmen (5) mechanisch verbinden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verbindungsmittel wenigstens einen Brückenkörper (13, 14, 27, 37, 50) mit jeweils wenigstens einem mit dem Tragrahmen (5) verbundenen Trag­ rahmenabschnitt (15 bis 18, 28, 38, 39, 51, 52), mit wenig­ stens einem mit der Trägerplatte (1) verbundenen Träger­ plattenabschnitt (19, 20, 30, 40, 41, 53) und mit wenig­ stens einem sich zwischen einem Trag­ rahmenabschnitt (15 bis 18, 28, 38, 39, 51, 52) und einem Trägerplattenabschnitt (19, 20, 30, 40, 41, 53) erstreckenden, gegenüber der Trägerplatte (1) und dem Tragrahmen (5) unter Ausbildung wenigstens einer Isolierausnehmung (23 bis 26, 29, 45, 46, 48, 49, 56 bis 59) versetzten Verbindungsabschnitt (21, 22, 31, 42 bis 44, 45, 55) aufweisen, wobei das Material jedes Brücken­ körpers (13, 14, 27, 37, 50) eine gegenüber dem Material der Trägerplatte (1) und dem Material des Tragrahmens (5) geringere Wärmeleitfähigkeit aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragrahmen (5) und die Trägerplatte (1) aus Silizium sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Brückenkörper (13, 14, 27, 37, 50) aus Glas sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Brückenkörper (27) vorgesehen ist, der einen umlaufenden Trägerplattenabschnitt (30) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Brückenkörper (13, 14, 37, 50) vorgesehen ist, der wenigstens einen Träger­ plattenabschnitt (19, 20, 30, 40, 41, 53) mit einem recht­ eckigen Querschnitt aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Brückenkörper (27) vorgesehen ist, der einen umlaufenden Tragrahmenabschnitt (30) aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Brückenkörper (37, 50) mit wenigstens einem randseitig angeordneten Trag­ rahmenabschnitt (38, 39, 51, 52) mit einem rechteckigen Querschnitt vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Brückenkörper (13, 14) vorgesehen sind, die einander gegenüberliegend angeordnet und mit jeweils einem Trägerplattenabschnitt (19, 20) an der Trägerplatte (1) angebracht sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Tragrahmenabschnitt (15 bis 18, 28, 38, 39, 51, 52) und jeder Trägerplattenabschnitt (19, 20, 30, 40, 41, 53) rechtwinklig zu der Trägerplatte (1) und dem Tragrahmen (5) ausgerichtet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verbindungsabschnitt (21, 22, 31, 42 bis 44, 45, 55) rechtwinklig zu einem Tragrahmenabschnitt (15 bis 18, 28, 38, 39, 51, 52) sowie zu einem Trägerplatten­ abschnitt (19, 20, 30, 40, 41, 53) ausgerichtet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Tragrahmenabschnitt (15 bis 18, 28, 38, 39, 51, 52) und jeder einem Tragrahmenab­ schnitt (15 bis 18, 28, 38, 39, 51, 52) gegenüberliegende Trägerplattenabschnitt (19, 20, 30, 40, 41, 53) einen Ab­ stand aufweisen, der wenigstens dem Abstand zwischen der Trägerplatte (1) und dem Tragrahmen (5) entspricht.

12. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem eine Trägerplatte (1) mit einer zu heizenden Mikrostruktur mit einem Tragrahmen (5) verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Substratplatte (60) mit dielektrischen Schichten, Metall­ schichten sowie mit beschichtungsfreien Auflageberei­ chen bereitgestellt wird, daß eine Deckplatte (62) mit säulenartig vorstehenden Tragrahmenabschnitten (15 bis 18, 28, 38, 39, 51, 52) und Trägerplattenabschnitten (19, 20, 30, 40, 41, 53) bereitgestellt wird, daß die Substrat­ platte (60) und die Deckplatte (62) so aneinandergefügt werden, daß die freien Enden der Tragrahmenabschnitte (15 bis 18, 28, 38, 39, 51, 52) und der Trägerplattenab­ schnitte (19, 20, 30, 40, 41, 53) in den Auflagebereichen aufliegen, daß die Substratplatte (60) und die Deckplatte (62) in den Auflagebereichen miteinander verbunden werden und daß aus dem Verbund aus Substratplatte (60) und Deckplatte (62) Einheiten mit einer über wenigstens einen Brückenkörper (13, 14, 27, 37, 50) mit einem zu­ gehörigen Tragrahmen (5) verbundenen Trägerplatte (1) abgetrennt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Substratplatte (60) und die Deckplatte (62) durch anodisches Bonden miteinander verbunden werden.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Substratplatte (60) vor Ver­ bindung mit der Deckplatte (62) volumenstrukturiert wird.

15. Verfahren nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Substratplatte (60) in dem Ver­ bund mit der Deckplatte (62) volumenstrukturiert wird.