DE202018104548U1

DE202018104548U1 - Plate-shaped substrate structured with ultrasonic lobes

Info

Publication number: DE202018104548U1
Application number: DE202018104548.2U
Authority: DE
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2018-08-08
Publication date: 2018-08-31
Anticipated expiration: 2028-08-09

Abstract

Mit Ultraschallschwingläppen strukturiertes plattenförmiges Substrat (1) mit folgenden Merkmalen:
das Substrat (1) weist eine erste Plattenseite (2) und eine dazu gegenüberliegende zweite Plattenseite (3) auf,
das Substrat (1) weist quer zu den Plattenseiten (2, 3) eine Anzahl von Elementlöchern (4) auf, wobei die Anzahl der Elementlöcher (4) zumindest in einem Teilbereich des Substrates (1) zwischen 10 und 50 pro cm² liegt,
die Elementlöcher (4) sind Durchgangslöcher, deren Durchmesser einen Median aufweisen, der im Bereich von 0,35 mm bis 1,2 mm, bevorzugt von 0,4 mm bis 1,1 mm liegt, wobei, bezogen auf eine Plattenseite (2, 3), eine Hauptmenge von mindestens 80% der Elementlöcher (4) einen Durchmesser aufweist, dessen Durchmesserabweichung von dem Median der Durchmesser in einem Intervall mit einer Breite von ≤ 20 µm liegt, wobei das Intervall nach unten begrenzt ist durch den 10%-Quantil und nach oben begrenzt ist durch den 90%-Quantil der Elementlöcher (4).

Plate-shaped substrate (1) structured with ultrasonic lobes and having the following features:
the substrate (1) has a first plate side (2) and a second plate side (3) opposite thereto,
the substrate (1) has a number of element holes (4) transversely to the plate sides (2, 3), the number of element holes (4) being between 10 and 50 per cm ² at least in a partial region of the substrate (1),
the element holes (4) are through-holes whose diameters have a median which is in the range of 0.35 mm to 1.2 mm, preferably 0.4 mm to 1.1 mm, wherein, with respect to a plate side (2, FIG. 3), a major amount of at least 80% of the element holes (4) has a diameter whose diameter deviation from the median of the diameters is in an interval with a width of ≤ 20 μm, the interval being bounded below by the 10% quantile and is bounded above by the 90% quantile of the element holes (4).

Description

Die Erfindung betrifft ein mit Ultraschallschwingläppen strukturiertes plattenförmiges Substrat mit einer Vielzahl von als Durchgangslöcher ausgebildeten Löchern.The invention relates to a disk-shaped substrate structured with ultrasound lobes and having a multiplicity of holes formed as through-holes.

Mit Löchern strukturierte dünne plattenförmige Substrate, die eine erste Plattenseite und eine dazu gegenüberliegende zweite Plattenseite und eine im Vergleich zu der Fläche einer Plattenseite geringe Dicke aufweisen, werden als Zwischenprodukte für die Herstellung vieler miniaturisierter Bauteile (Mikrobauteile) in hoher Stückzahl benötigt. Solche Mikrobauteile können beispielsweise mikro-elektrisch-mechanische Systeme (MEMS), mikro-optisch-elektrisch-mechanische Systeme (MOEMS), Sensoren, mikromechanischer Sensoren, Drucksensoren etc. sein. Drucksensoren kommen z.B. in den Bereichen Automobil und Luftfahrt (z.B. als Kraftstoffdruck-Sensor in Einspritzsystemen, als Öldruck-Sensor in Getrieben, als Sensor in einem Airbag oder für den Luftdruck z.B. für Höhenmessungen, als Reifendrucksensor), in der Hausgerätetechnologie und vielen anderen Industriezweigen zum Einsatz. In der Medizintechnik werden strukturierte dünne plattenförmige Substrate beispielsweise als fluidische Durchführungen für Lab-on-a-chip („Loac“) Analysekomponenten oder als Titerplatten verwendet. Je nach Einsatzgebiet werden hohe Anforderungen an die Drucksensoren gestellt, die Drücke zwischen 0,1 kPa und 60 MPa teilweise unter hoher Temperaturbelastung zuverlässig detektieren müssen. Ein solcher Drucksensor kann kapazitiv, piezoresistiv oder resistiv messen.Hole-structured thin plate-shaped substrates having a first plate side and a second plate side opposite thereto and a small thickness compared to the surface of a plate side are required as intermediates for producing a large number of miniaturized components (microcomponents). Such microcomponents may be, for example, micro-electrical-mechanical systems (MEMS), micro-optical-electrical-mechanical systems (MOEMS), sensors, micromechanical sensors, pressure sensors, etc. Pressure sensors come e.g. in automotive and aerospace applications (e.g., as a fuel pressure sensor in injection systems, as an oil pressure sensor in transmissions, as a sensor in an air bag, or for air pressure, for example, for altitude measurements, as a tire pressure sensor), home appliance technology, and many other industries. In medical technology, structured thin plate-shaped substrates are used, for example, as fluidic feedthroughs for Lab-on-a-chip ("Loac") analysis components or as titer plates. Depending on the field of application, high demands are placed on the pressure sensors, which must reliably detect pressures between 0.1 kPa and 60 MPa, sometimes under high temperature load. Such a pressure sensor can measure capacitive, piezoresistive or resistive.

Im Zuge der Herstellung miniaturisierter Bauteile wird aus einem strukturierten Substrat eine Vielzahl kleiner Einheiten herausgetrennt, wobei in der Regel jeweils ein Loch einem Mikrobauteil zugeordnet ist. Selbstverständlich kann auch eine größere Einheit, die mehrere Löcher umfasst, aus dem strukturierten Substrat herausgetrennt werden und Bestandteil eines Mikrobauteiles sein. Auch ist es möglich, dass mehrere kleine Einheiten mit jeweils einem Loch oder mehreren Löchern in einem Mikrobauteil vorhanden sind.In the course of the production of miniaturized components, a multiplicity of small units is separated out from a structured substrate, wherein in each case one hole is as a rule assigned to a microcomponent. Of course, a larger unit comprising a plurality of holes can be separated out of the structured substrate and be part of a microcomponent. It is also possible for a plurality of small units, each with one or more holes, to be present in a microcomponent.

Strukturierte, dünne, plattenförmige Substrate sind z.B. insbesondere Wafer. Die Außenkontur solcher Substrate ist bevorzugt rund, kann aber auch abgerundet, quadratisch oder polygonal sein. Wafer unterscheiden sich in ihrem Material, ihrer Dicke und ihrem Durchmesser. Dabei sind z.B. Durchmesser von über 300 mm möglich. Aus dem angelsächsischen Sprachgebrauch haben sich für derartige Substrate Durchmesserangaben in Zoll durchgesetzt. Üblich sind z.B. 2-Zoll-Wafer, 4-Zoll-Wafer, 6-Zoll-Wafer und 8-Zoll-Wafer.Structured, thin, plate-shaped substrates are e.g. especially wafers. The outer contour of such substrates is preferably round, but may also be rounded, square or polygonal. Wafers differ in their material, their thickness and their diameter. Thereby, e.g. Diameter of over 300 mm possible. Anglo-Saxon parlance has established diameter specifications in inches for such substrates. Usual are e.g. 2-inch wafers, 4-inch wafers, 6-inch wafers, and 8-inch wafers.

Ein Substrat der jeweiligen Größe kann mit Hilfe unterschiedlicher Verfahren strukturiert werden. Strukturieren bedeutet, dass eine gewünschte Anzahl von Hohlformen wie Löcher (rund, oval, eckig), Kanäle oder beliebige andere Hohlformen mit den jeweils erforderlichen Abmessungen und den erforderlichen Stegbreiten, d.h. Breiten der zwischen den Hohlformen verbleibenden Substratstege, erzeugt wird. Ein Loch, das sich von einer Plattenseite durch das Substrat zur gegenüberliegenden Plattenseite erstreckt, wird als Durchgangsloch bezeichnet. Für die Herstellung von Löchern können unterschiedliche Verfahren eingesetzt werden, z.B. Sandstrahlen durch entsprechende Masken. Nachteile dieses Verfahrens sind z.B. die Erzeugung konischer Lochgeometrien und Abplatzungen an den Lochkanten, was umfangreiche Nachbearbeitungsmaßnahmen erfordert und damit zu hohen Prozess- und Rüstzeiten und hohen Prozesskosten führt. Ein weiteres Verfahren zur Locherzeugung ist die Bearbeitung mit einem Laser. Hierbei handelt es sich um ein aufwändiges Verfahren, da jedes Loch einzeln erzeugt werden muss. Ferner ist nachteilig, dass die thermische Beanspruchung des Substratmaterials zu Spannungen innerhalb des Substrates und zu Rissen im Bereich der erzeugten Strukturen führen kann. Darüber hinaus sind Laser und die benötigten hochpräzisen Bearbeitungsvorrichtungen kostenintensiv in der Anschaffung.A substrate of the respective size can be structured by means of different methods. Structuring means that a desired number of cavities such as holes (round, oval, square), channels or any other cavities with the required dimensions and the required web widths, i. Widths of remaining between the mold cavities substrate webs is generated. A hole extending from one side of the plate through the substrate to the opposite side of the plate is referred to as a through hole. For the production of holes, different methods can be used, e.g. Sandblasting through appropriate masks. Disadvantages of this method are e.g. the generation of conical hole geometries and flaking at the hole edges, which requires extensive post-processing measures and thus leads to high process and set-up times and high process costs. Another method for producing holes is the machining with a laser. This is a complex process, since each hole must be created individually. A further disadvantage is that the thermal stress of the substrate material can lead to stresses within the substrate and to cracks in the region of the structures produced. In addition, lasers and the required high-precision processing devices are expensive to purchase.

Ein bekanntes Verfahren zur Erzeugung von Löchern in einem plattenförmigen Substrat aus einem sprödharten Material ist das Ultraschallschwingläppen (kurz „USSL“), das im Englischen als „Ultrasonic Impact Grinding“ (kurz „UIG“) oder als „Ultrasonic Machining“ bezeichnet wird. Das USSL ist ein spanendes Fertigungsverfahren, das auf einem Läppmittel und einem im Ultraschallbereich schwingenden Formwerkzeug beruht. Bei dem Läppmittel handelt es sich in der Regel um in Wasser oder einem anderen fluiden oder pastösen Medium dispergierte Partikel, z.B. um Borcarbid- und/oder um Siliziumcarbid-Partikel. Das Formwerkzeug, das zur Erzeugung eines Loches in Form eines zylinderförmigen oder hohlzylinderförmigen Elementes, z.B. einer dünnen zylinderförmigen oder hohlzylinderförmigen Nadel, ausgebildet sein kann, ist an einer Sonotrode fixiert, die durch Einleitung von Ultraschall in longitudinale Resonanzschwingungen versetzt wird. Die Längsachse des nadelförmigen Formwerkzeuges ist in longitudinaler Schwingungsrichtung der Sonotrode ausgerichtet ( US 3,557,494 B, US 4,934,103 B).One known method for producing holes in a plate-shaped substrate made of a brittle-hard material is ultrasound lapping ("USSL" for short), which is referred to in English as "Ultrasonic Impact Grinding"("UIG" for short) or "Ultrasonic Machining". The USSL is a machining process based on a lapping compound and an ultrasonic vibrating mold. As a rule, the lapping agent is particles dispersed in water or another fluid or pasty medium, for example boron carbide particles and / or silicon carbide particles. The molding tool, which can be designed to produce a hole in the form of a cylindrical or hollow-cylindrical element, for example a thin cylindrical or hollow-cylindrical needle, is fixed to a sonotrode, which is set into longitudinal resonant vibrations by the introduction of ultrasound. The longitudinal axis of the needle-shaped mold is aligned in the longitudinal direction of vibration of the sonotrode ( US 3,557,494 B US 4,934,103 B).

Zum Erzeugen eines Loches wird Läppmittel auf das zu bohrende Substrat aufgebracht und die Sonotrode derart orientiert, dass die Längsachse des Formwerkzeuges im Wesentlichen senkrecht zu einer Plattenseite des Substrates orientiert ist. Zusammen mit der Sonotrode schwingt das Formwerkzeug mit Ultraschallfrequenz und bewegt sich dadurch um einige µm. Durch diese Bewegung werden die Partikel des Läppmittels beschleunigt und treffen auf das Substrat, was zu einer Beschädigung der Substratoberfläche und zum allmählichen Herauslösen kleiner Substratpartikel führt. Die herausgelösten Substratpartikel werden mit dem Fluid des Läppmittels, das die Stirnseite des Formwerkzeuges umspült, fortgetragen. Aus einem Vorschub der Sonotrode in longitudinaler Richtung resultiert über einen Zeitraum ein Loch.To produce a hole lapping agent is applied to the substrate to be drilled and the sonotrode oriented such that the longitudinal axis of the mold substantially perpendicular to a Plate side of the substrate is oriented. Together with the sonotrode, the mold vibrates at ultrasonic frequency and thereby moves by a few μm. As a result of this movement, the particles of the lapping agent are accelerated and strike the substrate, which leads to damage to the substrate surface and to the gradual detachment of small substrate particles. The leached substrate particles are carried away with the fluid of the lapping agent, which flows around the end face of the molding tool. A feed of the sonotrode in the longitudinal direction results in a hole over a period of time.

Für die Erzeugung einer hohen Anzahl von Löchern mit geringem Durchmesser in einem Substrat kann ein sogenanntes Mehrfachwerkzeug zum Einsatz kommen. Hier weist eine Sonotrode eine Vielzahl von zylinderförmigen Formwerkzeugen (z.B. Nadeln) auf, die parallel zueinander orientiert und mit definiertem Abstand zueinander angeordnet sind. Mit einer solchen Sonotrode mit Mehrfachwerkzeug (auch Mehrfachsonotrode genannt) ist es möglich, mehrere tausend Löcher in einem Arbeitsgang in dem Substrat zu erzeugen. Daher handelt es sich bei dieser Art des USSL um einen effizienten Fertigungsprozess für die Herstellung plattenförmiger Substrate mit einer Vielzahl von Löchern, insbesondere Durchgangslöchern.For producing a high number of holes of small diameter in a substrate, a so-called multiple tool can be used. Here, a sonotrode comprises a plurality of cylindrical forming tools (e.g., needles) oriented parallel to each other and spaced apart by a defined distance. With such a sonotrode with multiple tool (also called multiple sonotrode), it is possible to produce several thousand holes in one operation in the substrate. Therefore, this type of USSL is an efficient manufacturing process for the production of plate-shaped substrates having a plurality of holes, in particular through-holes.

In einem Wafer, der später zu einzelnen Mikrobauteilen zerlegt wird, können unterschiedliche Arten von Löchern vorgesehen sein. Im Folgenden werden als Elementlöcher solche Löcher bezeichnet, die für die Fertigung des Mikrobauteiles genutzt werden und/oder innerhalb des Mikrobauteiles eine Funktion haben. Ein Elementloch kann z.B. ein Durchgangsloch in einem Drucksensor zum Erfassen einer einen Druck repräsentierenden Größe sein. Ferner sind auf einem gelochten Substrat auch Löcher vorgesehen, die der Positionierung des Substrates im Zuge der Weiterverarbeitung dienen (Positionierungslöcher), z.B. der exakten Ausrichtung für die Bestückung des gelochten Substrates mit weiteren Elementen oder für das maßgenaue Zerteilen des gelochten Substrates in kleinere Einheiten. Je nach Art und Funktion des Loches können unterschiedliche Maß- und Toleranzvorgaben gelten.In a wafer, which is later broken down into individual microcomponents, different types of holes can be provided. In the following, such holes are designated as element holes, which are used for the production of the microcomponent and / or have a function within the microcomponent. An element hole may e.g. a through-hole in a pressure sensor for detecting a quantity representing a pressure. Furthermore, holes are also provided on a perforated substrate for positioning the substrate in the course of further processing (positioning holes), e.g. the exact alignment for the placement of the perforated substrate with other elements or for the dimensionally accurate cutting of the perforated substrate into smaller units. Depending on the type and function of the hole, different dimensional and tolerance specifications may apply.

An den Locherzeugungsschritt können sich weitere Bearbeitungsschritte anschließen, z.B. das Läppen und/oder Schleifen des gelochten Substrates, wodurch die jeweils erforderliche definierte Enddicke des Substrates und/oder die Parallelität der Plattenseiten eingestellt werden kann. Das Substrat kann ferner einseitig oder beidseitig poliert sein. Eine oder beide Plattenseiten können mattiert sein. Manche strukturierten Substrate können im Anschluss beschichtet oder metallisiert werden.The processing step may be followed by further processing steps, e.g. the lapping and / or grinding of the perforated substrate, whereby the respectively required defined final thickness of the substrate and / or the parallelism of the plate sides can be adjusted. The substrate may also be polished on one side or on both sides. One or both sides of the sheet may be frosted. Some structured substrates can subsequently be coated or metallized.

Je größer das Substrat, z.B. der Wafer, ist, desto mehr Einzelkomponenten können aus einem solchen Zwischenprodukt gefertigt werden, was zu einer Zeit- und Kostenersparnis bei der Fertigung der miniaturisierten Bauteile führt. Daher besteht ein Bedarf an immer größeren strukturierten Substraten. Ferner schreitet die Miniaturisierung von Bauteilen weiter voran, so dass Bedarf an strukturierten Substraten besteht, die bei gleichbleibender Substratgröße eine höhere Anzahl an Durchgangslöchern aufweisen. Dies hat zur Folgen, dass die Durchgangslöcher und/oder die Materialstege dazwischen immer kleiner werden.The larger the substrate, e.g. the wafer, the more individual components can be made from such an intermediate, which leads to a time and cost savings in the production of miniaturized components. Therefore, there is a demand for ever larger structured substrates. Furthermore, the miniaturization of components continues to progress, so that there is a need for structured substrates having a larger number of through holes with the same substrate size. This has the consequence that the through holes and / or the material webs between them are getting smaller.

Problematisch bei den bekannten mittels USSL strukturierten Substraten ist die stark variierende Qualität der erzeugten Löcher in unterschiedlichen Bereichen des Substrates, bezogen auf eine Plattenseite. Außerdem variiert die Qualität der erzeugten Löcher bei Betrachtung der beiden Plattenseiten desselben Substrates. Insbesondere die Abweichung der Lochdurchmesser von der jeweils angestrebten Sollgröße und die Abweichung der Rundheit der Löcher (ovale, eckige Löcher, Löcher mit abgerundet polygonalen Formen) führen dazu, dass viele Löcher in der Weiterverarbeitung zu den jeweiligen Mikrobauteilen nicht genutzt werden können, da sie außerhalb der vorgegebenen Toleranzen liegen oder, falls sie doch genutzt werden, zu fehlerhaften Mikrobauteilen führen. Der Ausschuss von Löchern und/oder Bauteilen ist umso größer, je größer die strukturierten Substrate sind und/oder je höher die Lochanzahl pro Flächeneinheit ist.The problem with the known USSL structured substrates is the greatly varying quality of the holes produced in different regions of the substrate, relative to one side of the plate. In addition, the quality of the holes produced varies with regard to both sides of the same substrate. In particular, the deviation of the hole diameter of the respective desired target size and the deviation of the roundness of the holes (oval, angular holes, holes with rounded polygonal shapes) cause many holes can not be used in the further processing to the respective microcomponents, as they are outside the predetermined tolerances or, if they are used, lead to faulty microcomponents. The larger the patterned substrates and / or the higher the number of holes per unit area, the greater the rejection of holes and / or components.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Effizienz des Produktionsablaufes von Mikrobauteilen und deren Qualität zu erhöhen, indem ein hinsichtlich der Qualität der Löcher verbessertes mittels Ultraschallschwingläppen strukturiertes plattenförmiges Substrat mit einer Vielzahl von Löchern, die als Durchgangslöcher ausgebildet sind, zur Verfügung gestellt wird, aus dem die Mikrobauteile gefertigt werden.The object of the present invention is to increase the efficiency of the production process of microcomponents and their quality by providing an ultrasonic vibratory lapping textured plate-shaped substrate having a plurality of holes formed as through-holes, improved in the quality of the holes where the microcomponents are made.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruches gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.The object is solved by the subject matter of the independent claim. Advantageous developments are specified in the respective dependent claims.

Die Erfindung sieht ein mit Ultraschallschwingläppen strukturiertes plattenförmiges Substrat mit einer ersten Plattenseite und einer dazu gegenüberliegenden zweiten Plattenseite vor. Es weist quer zu den Plattenseiten eine Anzahl von Elementlöchern auf, die als Durchgangslöcher ausgebildet sind, d.h. die Elementlöcher verbinden die beiden Plattenseiten. Die Längsrichtung der Elementlöcher verläuft besonders bevorzugt senkrecht zu den Plattenseiten, beziehungsweise dementsprechend parallel zu den Flächennormalen der Plattenseiten.The invention provides a plate-shaped substrate structured with ultrasonic lobes with a first plate side and a second plate side opposite thereto. It has transversely to the plate sides a number of element holes, which are formed as through holes, that is, the element holes connect the two sides of the plate. The longitudinal direction of the element holes is particularly preferred perpendicular to the plate sides, or correspondingly parallel to the surface normals of the plate sides.

Die Anzahl der Löcher im Substrat wird nach den jeweiligen Erfordernissen gewählt. Erfindungsgemäß kann die Anzahl der Elementlöcher zumindest in einem Teilbereich des Substrates zwischen 10 und 50 pro cm² liegen. In Abhängigkeit von der Größe des Substrates ergeben sich Substrate mit mehr als 500 bis mehr als 10000 Löcher. Manche Substrate sind mit im wesentlichen gleichbleibender Lochanzahl pro cm², bezogen auf eine Plattenseite, strukturiert. Andere Substrate können Teilbereiche mit variierender Lochanzahl pro cm² aufweisen.The number of holes in the substrate is chosen according to the respective requirements. According to the invention, the number of element holes can be between 10 and 50 per cm ² , at least in a partial region of the substrate. Depending on the size of the substrate, substrates with more than 500 to more than 10,000 holes result. Some substrates are structured with substantially constant number of holes per cm ² , based on one side of the plate. Other substrates may have partial areas with varying number of holes per cm ² .

Die Größe der Elementlöcher für ein strukturiertes Substrat wird nach den jeweiligen Erfordernissen im späteren Mikrobauteil gewählt. Das heißt, in Abhängigkeit von den Mikrobauteilen, die später aus dem Substrat gefertigt werden sollen, kann je nach Anwendung folgender Lochdurchmesser gewählt bzw. angestrebt werden: 0,35 mm, 0,4 mm, 0,45 mm, 0,5 mm, 0,55 mm, 0,6 mm, 0,63 mm, 0,65 mm, 0,7 mm, 0,75 mm, 0,78 mm, 0,80 mm, 0,85 mm, 0,9 mm, 0,95 mm, 1,0 mm, 1,1 mm, 1,2 mm. The size of the element holes for a structured substrate is selected according to the respective requirements in the later microcomponent. That is, depending on the microcomponents to be manufactured later from the substrate, depending on the application, the following hole diameter can be selected or desired: 0.35 mm, 0.4 mm, 0.45 mm, 0.5 mm, 0.55 mm, 0.6 mm, 0.63 mm, 0.65 mm, 0.7 mm, 0.75 mm, 0.78 mm, 0.80 mm, 0.85 mm, 0.9 mm, 0.95 mm, 1.0 mm, 1.1 mm, 1.2 mm.

Erfindungsgemäß weisen die Durchmesser der Elementlöcher eines strukturierten plattenförmigen Substrates einen mittleren Durchmesser (Median) im Bereich von 0,35 mm bis 1,2 mm auf. Ein vorteilhafter Bereich, in dem der Median der Durchmesser liegt, kann 0,4 bis 1,1 mm sein.According to the invention, the diameters of the element holes of a structured plate-shaped substrate have an average diameter (median) in the range from 0.35 mm to 1.2 mm. An advantageous range, in which the median diameter is, can be 0.4 to 1.1 mm.

Wenn im Rahmen der Erfindung von einem mittleren Durchmesser die Rede ist, ist darunter der Median der Durchmesserwerte zu verstehen.If in the context of the invention of a mean diameter is mentioned, this is to be understood as the median diameter values.

Bedingt durch das USSL Herstellungsverfahren, kann die Lochgeometrie von einem idealen Kreis abweichen. Die Größe der erzeugten Elementlöcher, d.h. deren Durchmesser, wird im Rahmen der Erfindung optisch über einen Hell-Dunkel-Kontrast mit einem optischen CNC-Bildverarbeitungsmessgerät (beispielsweise des Unternehmens „Mitutoyo“) ermittelt. Für die Durchmesserbestimmung eines Elementloches wird an einer Plattenseite des Substrates - nach einem, falls erforderlich, vorgenommenen Läppen und/oder Polieren der Oberfläche(n) - die Lochrandkontur des erzeugten Elementloches bestimmt, indem das Substrat von unten durchleuchtet wird (Unterlichtmethode) und von dem Messgerät eine Vielzahl von Punkten (beispielsweise 300 bis 400 Messpunkte) an der Lichtkontur des Loches (d.h. an der Hell-Dunkel-Grenze) ermittelt werden. Aus den Messpunkten wird über eine Ausgleichsrechnung für das vermessene Elementloch ein Mittelwertkreis berechnet. Im Rahmen der Erfindung wird mit einem Ausgleichsverfahren nach Gauß aus den Messpunkten des Elementloches ein Gauß-Kreis als Mittelwertkreis berechnet, der bestmöglich in der Mitte zwischen allen Messpunkten liegt. Im Rahmen der Erfindung werden an einer Plattenseite des Substrates alle Elementlöcher optisch vermessen und entsprechende Gauß-Kreise ermittelt. Die Durchmesserangaben der Elementlöcher sind somit von den Durchmessern der Gauß-Kreise, die den Löchern jeweils zugeordnet sind, abgeleitet.Due to the USSL manufacturing process, the hole geometry may deviate from an ideal circle. The size of the generated element holes, i. the diameter of which is determined optically in the context of the invention via a light-dark contrast with an optical CNC image-processing measuring device (for example, the company "Mitutoyo"). For the diameter determination of an element hole on a plate side of the substrate - after a lapping and / or polishing of the surface (s), if necessary - the hole edge contour of the element hole produced determined by the substrate is illuminated from below (Unterlichtmethode) and of the Meter a variety of points (for example, 300 to 400 measuring points) at the light contour of the hole (ie at the cut-off line) are determined. From the measuring points, a mean value circle is calculated by means of a compensation calculation for the measured element hole. In the context of the invention, a Gaussian circle is calculated as a mean value circle using a Gaussian equalization method from the measuring points of the element hole, which circle lies optimally in the middle between all measuring points. In the context of the invention, all element holes are optically measured on a plate side of the substrate and corresponding Gaussian circles are determined. The diameter of the element holes are thus derived from the diameters of the Gaussian circles associated with the holes, respectively.

Erfindungsgemäß weist, bezogen auf eine Plattenseite, eine Hauptmenge von mindestens 80% der Elementlöcher einen Durchmesser auf, dessen Durchmesserabweichung von dem Median der Durchmesser in einem Intervall mit einer Breite von ≤ 20 µm liegt, wobei das Intervall nach unten begrenzt ist durch den 10%-Quantil und nach oben begrenzt ist durch den 90%-Quantil der Elementlöcher.According to the invention, based on a plate side, a major amount of at least 80% of the element holes has a diameter whose diameter deviation from the median of the diameters is in an interval with a width of ≤ 20 μm, the interval being limited downwards by 10% Quantile and bounded above by the 90% quantile of the element holes.

Die Breite des Intervalls ist ein Maß für die Schwankungsbreite der erzeugten Elementlochdurchmesser und damit eine Maß für die Homogenität dieser Lochdurchmesser. Eine Intervallbreite von maximal 20 µm bei einer Hauptmenge von 80% bedeutet, dass der Durchmesserunterschied bei 80% der Elementlöcher maximal 20 µm ist, wobei die Intervalllage durch den 10%-Quantil und den 90%-Quantil festgelegt ist. Erfindungsgemäß ist die Schwankungsbreite der Durchmesser der erzeugten Elementlöcher in einem einzelnen Substrat somit gering und damit die Homogenität der Elementlochdurchmesser hoch. Somit kann insgesamt von einer hohen Homogenität der Durchmesser der erzeugten Elementlöcher gesprochen werden. In vorteilhaften Weiterbildungen kann die Intervallbreite maximal 19 µm, vorzugsweise maximal 18 µm betragen.The width of the interval is a measure of the fluctuation range of the generated element hole diameter and thus a measure of the homogeneity of these hole diameter. An interval width of a maximum of 20 μm for a major amount of 80% means that the diameter difference in 80% of the element holes is a maximum of 20 μm, the interval being determined by the 10% quantile and the 90% quantile. According to the invention, the fluctuation width of the diameters of the element holes formed in a single substrate is thus small and thus the homogeneity of the element hole diameters is high. Thus, a total of a high homogeneity of the diameter of the element holes produced can be spoken. In advantageous developments, the interval width can amount to a maximum of 19 μm, preferably a maximum of 18 μm.

Die Fertigungsparameter für den USSL Prozess werden derart gewählt, dass der mittlere Elementlochdurchmesser (Median) eines strukturierten plattenförmigen Substrates, ermittelt aus den Durchmessern der erzeugten Elementlöcher, maximal um wenige hundertstel mm von einem Nominal-Lochdurchmesser abweicht. Es ist somit nicht erforderlich, dass der mittlere Durchmesser genau dem Nominal-Lochdurchmesser entspricht. Unter Nominal-Lochdurchmesser wird hier ein gewählter Durchmesser im Toleranzbereich einer Kundenspezifikation verstanden.The manufacturing parameters for the USSL process are chosen such that the mean element hole diameter (median) of a structured plate-shaped substrate, determined from the diameters of the element holes produced deviates at most a few hundredths of a mm from a nominal hole diameter. It is thus not necessary that the average diameter corresponds exactly to the nominal hole diameter. Under nominal hole diameter is understood here a selected diameter in the tolerance range of a customer specification.

Durch die hohe Homogenität der Elementlochdurchmesser wird die Wirtschaftlichkeit der Weiterverarbeitung eines erfindungsgemäßen Substrates zu Mikrobauteilen verbessert. Due to the high homogeneity of the element hole diameter, the cost-effectiveness of the further processing of a substrate according to the invention into microcomponents is improved.

Wie oben bereits erwähnt, kann - im Zuge der Herstellung der miniaturisierten Bauteile, z.B. Drucksensoren - das erfindungsgemäße strukturierte Substrat mit einem weiteren Element - z.B. einem weiteren Substrat (insbesondere aus Silizium) verbunden werden. Das weitere Substrat kann z.B. ein Sensorchip bildender Wafer, Halbleiterwafer sein. Es ist später ebenfalls Bestandteil einer Sensoreinheit. Das Verbinden kann beispielsweise durch anodisches Bonden erfolgen, aber auch andere bekannte Verfahren zur Herstellung eines Verbundes sind möglich. Der Einfachheit halber wird im Folgenden nur von gebondeten Substraten gesprochen. Das weitere Substrat kann in Abhängigkeit von dem jeweils zu erzeugenden Bauteil seinerseits strukturiert und/oder anderweitig vorbereitet sein, indem z.B. Kavernen eingebracht und/oder Membranen ausgebildet sind (z.B. durch Trenchen, anisotropes Ätzen).As already mentioned above, during the manufacture of the miniaturized components, e.g. Pressure sensors - the structured substrate according to the invention with a further element - e.g. a further substrate (in particular silicon) are connected. The further substrate may e.g. a sensor chip forming wafer to be semiconductor wafer. It is also part of a sensor unit later. The connection can be made for example by anodic bonding, but other known methods for producing a composite are possible. For the sake of simplicity, only bonded substrates will be discussed below. The further substrate can in turn be structured and / or otherwise prepared in dependence on the component to be produced in each case, by e.g. Caverns are incorporated and / or membranes are formed (e.g., by trenching, anisotropic etching).

Die große Homogenität der Elementlöcher hinsichtlich Lochgeometrie und tolerierten Durchmesserabweichungen in dem erfindungsgemäßen strukturierten Substrat bedingt einen weiteren Vorteil. So ist - eine hohe Positioniergenauigkeit der zu verbindenden Substrate (d.h. des erfindungsgemäßen Substrates und des weiteren Substrates) vorausgesetzt - die Anordnung der Elementlöcher mit einer hohen Passgenauigkeit in Bezug auf die Strukturen auf dem weiteren Substrat gegeben. Dadurch wird die Qualität der erzeugten Mikrobauteile verbessert.The great homogeneity of the element holes with regard to hole geometry and tolerated diameter deviations in the structured substrate according to the invention gives rise to a further advantage. Thus, assuming a high positioning accuracy of the substrates to be joined (i.e., the substrate according to the invention and the further substrate), the arrangement of the element holes with a high accuracy of fit with respect to the structures on the further substrate is given. This improves the quality of the microcomponents produced.

Eine geringe Abweichung der Elementlochdurchmesser über die Substratfläche ist auch dann vorteilhaft für die Prozesskette der Weiterverarbeitung, wenn auf die Oberfläche der Durchgangslöcher eine Beschichtung mit flüssigen Materialien (z.B. Epoxidharz oder Kunststoff wie Polyimide) oder durch Abscheidung aus der Gasphase aufgebracht werden soll, z.B. um Mikrorisse zu versiegeln, oder wenn Einsätze in die Elementlöcher eingefügt werden sollen.A slight deviation of the element hole diameters over the substrate surface is also advantageous for the process chain of further processing if a coating with liquid materials (for example epoxy resin or plastic such as polyimides) or by deposition from the gas phase is to be applied to the surface of the through holes, e.g. to seal microcracks, or to insert inserts into the element holes.

Durch die Homogenität der Elementlochdurchmesser über das gesamte Substrat weisen nahezu alle, vorzugsweise alle Elementlöcher eine ausreichende Qualität hinsichtlich ihrem Durchmesser auf, so dass im Wesentlichen die gesamte Substratfläche für die Erzeugung der Mikrobauteile genutzt werden kann. Dies führt zu einer merklichen Kostenersparnis und weniger Ausschuss.Due to the homogeneity of the element hole diameters over the entire substrate, almost all, preferably all, element holes have a sufficient quality with regard to their diameter, so that essentially the entire substrate surface can be used for the production of the microcomponents. This leads to a significant cost savings and less waste.

Für die Qualität eines strukturierten plattenförmigen Substrates in Bezug auf die Homogenität der Lochdurchmesser ist es vorteilhaft, wenn möglichst viele Elementlöcher eine Durchmesserabweichung aufweisen, die im Intervall der Breite ≤ 35 µm liegt, d.h. wenn die Hauptmenge der Elementlöcher möglichst groß ist.For the quality of a structured plate-shaped substrate with respect to the homogeneity of the hole diameters, it is advantageous if as many element holes as possible have a diameter deviation which is in the interval of width ≦ 35 μm, i. if the majority of the element holes is as large as possible.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist, bezogen auf eine Plattenseite, eine Hauptmenge von mindestens 95% der Elementlöcher einen Durchmesser auf, dessen Durchmesserabweichung von dem Median der Durchmesser in einem Intervall mit einer Breite von ≤ 30 µm liegt, wobei das Intervall nach unten begrenzt ist durch den 2,5%-Quantil und nach oben begrenzt ist durch den 97,5%-Quantil der Elementlöcher. In an advantageous development of the invention, based on a plate side, a major amount of at least 95% of the element holes has a diameter whose diameter deviation from the median diameter is at an interval with a width of ≤ 30 μm, the interval being limited to the bottom is bounded by the 2.5% quantile and capped by the 97.5% quantile of the element holes.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die Intervallbreite ≤ 27 µm, vorzugsweise ≤ 25 µm betragen.In an advantageous development of the invention, the interval width may be ≦ 27 μm, preferably ≦ 25 μm.

In einer weiterhin vorteilhaften Ausführung der Erfindung, weist, bezogen auf eine Plattenseite, eine Hauptmenge von mindestens 99% der Elementlöcher einen Durchmesser auf, dessen Durchmesserabweichung von dem Median der Durchmesser in einem Intervall mit einer Breite von ≤ 45 µm, liegt, wobei das Intervall nach unten begrenzt ist durch den 0,5%-Quantil und nach oben begrenzt ist durch den 99,5%-Quantil der Elementlöcher. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die Intervallbreite ≤ 40 µm, vorzugsweise ≤ 35 µm betragen.In a further advantageous embodiment of the invention, based on a plate side, a major amount of at least 99% of the element holes has a diameter whose diameter deviation from the median of the diameters is in an interval with a width of ≤ 45 μm, the interval is bounded below by the 0.5% quantile and is bounded above by the 99.5% quantile of the element holes. In an advantageous development of the invention, the interval width may be ≦ 40 μm, preferably ≦ 35 μm.

Alternativ oder zusätzlich zu der Größe der maßgeblichen Hauptmenge der Elementlöcher kann somit die Breite des Intervalls ein Maß für die Qualität der erzeugten strukturierten Substrate in Bezug auf die Homogenität der Lochdurchmesser sein. Je enger das Intervall ist, umso einheitlicher sind die Lochdurchmesser in dem Substrat, bezogen auf eine Plattenseite. Die Breite des Intervalls wird über eine statistische Betrachtung der gemessenen Lochdurchmesser ermittelt. In einer vorteilhaften Ausführung beträgt die Breite des Intervalls, bezogen auf eine Plattenseite, ≤ 30 µm, vorzugsweise ≤ 25 µm, bevorzugt ≤ 20 µm.As an alternative or in addition to the size of the relevant majority of the element holes, the width of the interval can thus be a measure of the quality of the structured substrates produced with respect to the homogeneity of the hole diameters. The narrower the interval, the more uniform the hole diameters in the substrate with respect to a plate side. The width of the interval is determined by a statistical analysis of the measured hole diameter. In an advantageous embodiment, the width of the interval, based on one side of the plate, is ≦ 30 μm, preferably ≦ 25 μm, preferably ≦ 20 μm.

Es kann vorteilhaft sein, wenn, bezogen auf eine Plattenseite, der mittlere Durchmesser (Median) der erzeugten Elementlöcher vom angestrebten Nominal-Lochdurchmesser um ≤ ±25 µm, vorteilhaft ≤ ±20 µm, vorzugsweise ≤ ±15 µm, bevorzugt ≤ ±10 µm abweicht. Dabei ist auch die Breite des Intervalls zu berücksichtigen. Je kleiner die Intervallbreite ist, desto mehr kann der mittlere Durchmesser der erzeugten Elementlöcher vom Nominal-Lochdurchmesser abweichen, ohne dass die jeweilige Hauptmenge der Elementlöcher außerhalb einer Toleranz liegt, die für den Nominal-Lochdurchmesser festgelegt ist. Typische kundenseitig vorgegebene Toleranzbereiche für die hier betrachteten strukturierten plattenförmigen Substrate können ±80 µm oder ±65 µm oder ±50 µm, bezogen auf den jeweiligen Nominal-Lochdurchmesser, sein.It may be advantageous if, based on a plate side, the mean diameter (median) of the element holes produced by the target nominal hole diameter by ≤ ± 25 microns, preferably ≤ ± 20 microns, preferably ≤ ± 15 microns, preferably ≤ ± 10 microns , The width of the interval is too consider. The smaller the interval width, the more the average diameter of the produced element holes may deviate from the nominal hole diameter without the respective majority of the element holes being outside a tolerance set for the nominal hole diameter. Typical customer-specified tolerance ranges for the structured plate-shaped substrates considered here can be ± 80 μm or ± 65 μm or ± 50 μm, based on the respective nominal hole diameter.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weisen die Elementlöcher jeweils eine hohe Rundheit (englisch „circularity“) auf. Die ideale Rundheit eines Elementloches wäre gegeben, wenn alle Schnittpunkte einer Rotationsfläche (hier die durch das Substrat gebildete Mantelfläche eines Elementloches) mit einer Fläche senkrecht zur Rotationsachse (hier die Längsachse der Elementlöcher) von dem Zentrum gleich weit entfernt wären.In an advantageous embodiment of the invention, the element holes each have a high roundness (English "circularity"). The ideal roundness of an element hole would be given if all points of intersection of a surface of revolution (here the lateral surface of an element hole formed by the substrate) with a surface perpendicular to the axis of rotation (here the longitudinal axis of the element holes) would be equidistant from the center.

Vorteilhafterweise weisen die Elementlöcher jeweils einen im Wesentlichen runden Querschnitt und eine Abweichung von der Rundheit von < 4,5% auf. Das bedeutet, dass die Abweichung der Lochrandkontur eines Elementloches von der Rundheit an einer Plattenseite vorzugsweise < 4,5% ist. Die prozentuale Abweichung von der Rundheit ist bezogen auf den Durchmesser eines errechneten Kreises, bei dem es sich im Rahmen der Erfindung um einen Minimumkreis (engl. „minimum zone circle“) handelt. Hierfür werden an einem Elementloch zwei Kreise mit gleichem Mittelpunkt so ermittelt, dass der größere erste Kreis die erfasste äußere Lochrandkontur berührend einschließt, d.h. alle Punkte der ermittelten Lochrandkontur sind auf dem ersten Kreis oder innerhalb des ersten Kreises. Der kleinere zweite Kreis dagegen verläuft innerhalb der inneren Lochrandkontur, d.h. alle Punkte der ermittelten Lochrandkontur liegen auf dem zweiten Kreis oder außerhalb des zweiten Kreises. Für die Lage des Mittelpunktes ist entscheidend, dass der radiale Abstand zwischen erstem und zweitem Kreis minimal ist. Die Durchmesserdifferenz der Kreise wird halbiert und der Wert zum Durchmesser des zweiten Kreises hinzugezählt. Der so erhaltene mittlere Kreis ist der hier maßgebliche Minimumkreis. Für eine Vielzahl von Elementlöchern, vorzugsweise für jedes Elementloch, werden jeweils individuell die entsprechenden Minimumkreise ermittelt, wie oben im Zusammenhang mit der Beschreibung der Lochdurchmesser-Bestimmung erläutert (optische Vermessung über einen Hell-Dunkel-Kontrast mit einem optischen CNC-Bildverarbeitungsmessgerät (beispielsweise des Unternehmens „Mitutoyo“)).Advantageously, the element holes each have a substantially circular cross section and a deviation from the roundness of <4.5%. This means that the deviation of the hole edge contour of an element hole from the roundness on a plate side is preferably <4.5%. The percent deviation from the roundness is related to the diameter of a calculated circle, which in the context of the invention is a minimum circle ("minimum zone circle"). For this purpose, two circles with the same center are determined on an element hole such that the larger first circle encloses the detected outer hole edge contour in a touching manner, i. all points of the determined hole edge contour are on the first circle or within the first circle. By contrast, the smaller second circle runs within the inner hole edge contour, i. All points of the determined hole edge contour lie on the second circle or outside the second circle. For the position of the center is crucial that the radial distance between the first and second circle is minimal. The diameter difference of the circles is halved and the value added to the diameter of the second circle. The middle circle thus obtained is the relevant minimum circle. For a plurality of element holes, preferably for each element hole, the corresponding minimum circles are individually determined, as explained above in connection with the description of the hole diameter determination (optical measurement via a light-dark contrast with a CNC optical image measuring device (for example Company "Mitutoyo")).

Die prozentuale Abweichung von der Rundheit wird auf den Durchmesser des jeweiligen Minimumkreises bezogen. Eine Abweichung von der Rundheit von < 4,5% bedeutet, dass der tatsächliche Rand eines Elementloches an keiner Stelle seines Lochumfanges um einen Betrag, der 2,25% (oder mehr) des jeweiligen Minimumkreisdurchmessers entspricht, von dem errechneten Minimumkreis radial beabstandet ist (nach innen und nach außen, d.h. ± 2,25%).The percentage deviation from the roundness is related to the diameter of the respective minimum circle. A deviation from the roundness of <4.5% means that the actual edge of an element hole at no point in its hole circumference is radially spaced from the calculated minimum circle by an amount corresponding to 2.25% (or more) of the respective minimum circle diameter ( inward and outward, ie ± 2.25%).

4,5% von einem Minimumkreis mit einem beispielhaften Durchmesser von 600 µm sind 27 µm. Bezogen auf ein Elementloch, das einen errechneten Minimumkreis mit dem Durchmesser 600 µm hat, bedeutet die geforderte Abweichung von der Rundheit von < 4,5%, dass die tatsächliche Lochrandkontur eines Elementloches an keiner Stelle seines Lochumfanges um einen Betrag von ≥ 13,5 µm von dem errechneten Minimumkreis radial beabstandet ist.4.5% of a minimum circle with an exemplary diameter of 600 μm is 27 μm. With respect to an element hole having a calculated minimum circle with a diameter of 600 μm, the required deviation of the roundness of <4.5% means that the actual hole edge contour of an element hole at any point of its hole circumference by an amount of ≥ 13.5 microns is radially spaced from the calculated minimum circle.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weisen die Elementlöcher eine Abweichung von der Rundheit von < 4%, vorteilhaft < 3,5%, vorteilhaft < 3%, auch vorteilhaft < 2,8%, vorteilhaft < 2,6%, bevorzugt < 2,4% auf. D.h., die radiale Abweichung der Lochrandkontur eines Elementloches vom Minimumkreis an einer Plattenseite ist vorteilhaft < ± 2%, vorteilhaft < ± 1,75%, vorteilhaft < ± 1,5%, auch vorteilhaft < ± 1,4%, besonders vorteilhaft < ± 1,3%, bevorzugt < ± 1,2%.In an advantageous development of the invention, the element holes have a deviation from the roundness of <4%, advantageously <3.5%, advantageously <3%, also advantageously <2.8%, advantageously <2.6%, preferably <2, 4% up. That is to say, the radial deviation of the hole edge contour of an element hole from the minimum circle on one side of the plate is advantageously <± 2%, advantageously <± 1.75%, advantageously <± 1.5%, also advantageously <± 1.4%, particularly advantageously <± 1.3%, preferably <± 1.2%.

Das erfindungsgemäße plattenförmige Substrat stellt Elementlöcher mit einer hohen Rundheit zur Verfügung. Dadurch ist sichergestellt, dass die zwischen benachbarten Elementlöchern verbleibenden Materialstege eine ausreichende, reproduzierbare Breite aufweisen. Dies ist wichtig, da die Materialstege als Kontaktflächen für die Verbindung, z.B. ein Bonden des erfindungsgemäßen Substrates mit einem weiteren Element, z.B. einem weiteren Substrat wie einem Halbleiterwafer, dienen können. Außerdem ist ein Elementloch wichtiger funktionaler Bestandteil in einem mikromechanischen Sensor zur Erfassung einer speziellen Größe (z.B. einer einen Druck repräsentierenden Größe). Durch die hohe Rundheit und reproduzierbare Lochquerschnittsfläche wird die Gefahr verringert, dass es im fertigen Mikrobauteil zu einer ungleichmäßigen Druckbelastung einer Sensoreinheit und/oder des Verbindungsbereiches zwischen erfindungsgemäßem Substrat und dem weiteren Element kommt.The plate-shaped substrate of the present invention provides element holes having a high roundness. This ensures that the material webs remaining between adjacent element holes have a sufficient, reproducible width. This is important because the webs of material serve as contact surfaces for the connection, e.g. a bonding of the substrate according to the invention with a further element, e.g. a further substrate such as a semiconductor wafer can serve. In addition, an element hole is an important functional component in a micromechanical sensor for detecting a particular quantity (e.g., a quantity representing a pressure). Due to the high roundness and reproducible hole cross-sectional area, the risk is reduced that in the finished microcomponent an uneven pressure load on a sensor unit and / or the connection region between the substrate according to the invention and the further element occurs.

Elementlöcher mit hoher Rundheit und gleichmäßig reproduzierbarer Lochquerschnittsfläche sind ebenfalls von Vorteil, falls Einsätze (z.B. Röhrchen, Kapillaren) im Zuge der Weiterverarbeitung der gelochten Substrate zu Mikrobauteilen in die erzeugten Elementlöcher eingebracht und befestigt werden sollen (z.B. durch Kleben). Diese Maßnahme kann für manche Mikrobauteile erforderlich sein, um Mikrorisse in der Oberfläche der Löcher zu versiegeln oder um die Stabilität des Substrates (z.B. die Stabilität unter Druckeinwirkung) zu erhöhen. Falls die Einsätze vorgesehen sind, um eine reproduzierbare Lochgeometrie im Mikrobauteil sicherzustellen, kann bei Verwendung des erfindungsgemäßen strukturierten Substrates mit vorteilhafter geringer Abweichung der Elementlöcher von der Rundheit auf die Einsätze verzichtet werden.Element holes with high roundness and uniformly reproducible hole cross-sectional area are also advantageous if inserts (eg tubes, capillaries) in the course of further processing of perforated substrates to micro components in the generated element holes are introduced and attached (eg by gluing). This measure may be required for some microcomponents to seal microcracks in the surface of the holes or to increase the stability of the substrate (eg, the stability under pressure). If the inserts are provided in order to ensure a reproducible hole geometry in the microcomponent, it is possible with the use of the structured substrate according to the invention to omit the roundness of the inserts from the roundness with an advantageously slight deviation of the element holes.

Durch die hohe Rundheit der Elementlöcher über das gesamte Substrat kann im Wesentlichen die gesamte Substratfläche für die Erzeugung der Mikrobauteile genutzt werden. Dies führt zu einer merklichen Kostenersparnis und weniger Ausschuss.Due to the high degree of roundness of the element holes over the entire substrate, essentially the entire substrate surface can be used for the production of the microcomponents. This leads to a significant cost savings and less waste.

Ein erfindungsgemäßes strukturiertes Substrat für die Weiterverarbeitung kann je nach Einsatzzweck eine jeweils angepasste Dicke haben. Es kann vorteilhaft sein, wenn das Substrat eine Enddicke aufweist, die im Bereich von 0,3 mm bis 4 mm, vorzugsweise von 0,5 mm bis 3 mm liegt. Mittels USSL strukturierte Substrate mit einer Dicke von 0,3 mm oder weniger sind ebenso möglich wie Substrate mit einer Dicke von 4 mm oder mehr. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Ausgangsdicke der USSL strukturierten Substrate in der Regel um einige Zehntel- bis Hundertstel-Mikrometer größer ist als die Enddicke. Wie eingangs erwähnt, können die strukturierten Substrate im Anschluss an den Locherzeugungsprozess geschliffen, geläppt und poliert und dadurch auf die jeweils gewünschte Enddicke gebracht werden. Folglich wären auch Substratenddicken < 0,3 mm realisierbar. 0,4 mm, 0,5 mm, 0,7 mm, 0,8 mm, 0,9 mm, 1,0 mm, 1,5 mm, 2,0 mm, 2,75 mm, 3,0 mm können übliche Substratenddicken eines Zwischenproduktes für die Weiterverarbeitung zu Mikrobauteilen wie MEMS, MOEMS, Drucksensoren etc. sein. Insbesondere bei der zeitgleichen Strukturierung mehrerer aufeinander gestapelter Substrate (z.B. aus gezogenem Glas) mittels USSL (siehe unten) können auch noch geringere Substratdicken realisiert werden, z.B. 0,25 mm, 0,2 mm, 0,15 mm, 0,1 mm oder dünner.A structured substrate according to the invention for further processing can have a respectively adapted thickness depending on the intended use. It may be advantageous if the substrate has a final thickness which is in the range of 0.3 mm to 4 mm, preferably 0.5 mm to 3 mm. By means of USSL structured substrates with a thickness of 0.3 mm or less are possible as well as substrates with a thickness of 4 mm or more. It should be noted that the initial thickness of the USSL structured substrates is usually a few tenths to hundredths of a micron larger than the final thickness. As mentioned above, the structured substrates can be ground, lapped and polished following the hole-forming process and thereby brought to the respective desired final thickness. Consequently, substrate thicknesses <0.3 mm would be feasible. 0.4 mm, 0.5 mm, 0.7 mm, 0.8 mm, 0.9 mm, 1.0 mm, 1.5 mm, 2.0 mm, 2.75 mm, 3.0 mm customary substrate thicknesses of an intermediate product for further processing into microcomponents such as MEMS, MOEMS, pressure sensors, etc. In particular, in the simultaneous structuring of a plurality of stacked substrates (e.g., drawn glass) by USSL (see below), even lower substrate thicknesses can be realized, e.g. 0.25 mm, 0.2 mm, 0.15 mm, 0.1 mm or thinner.

Eine weitere Eigenschaft eines strukturierten Substrates ist der Abstand der Elementlöcher, gemessen von Lochmitte zu Lochmitte (auch „Mittelpunktabstand der Löcher“, „Lochmittenabstand“ oder „pitch-Abstand“ genannt). Der Lochmittenabstand der Elementlöcher kann je nach Ausführung des Substrates vorteilhaft im Bereich zwischen 1,3 mm und 6,3 mm, vorzugsweise im Bereich zwischen 1,5 mm und 4,5 mm, bevorzugt im Bereich zwischen 1,8 mm und 3,8 mm, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 1,8 mm und 2,2 mm, beziehungsweise im Bereich größer 2,8 mm, bevorzugt größer 2,2 mm, bevorzugt größer 1,8 mm, bevorzugt größer 1,3 mm liegen. Another characteristic of a patterned substrate is the distance of the element holes, measured from hole center to hole center (also called "center distance of the holes", "hole pitch" or "pitch distance"). Depending on the design of the substrate, the hole center spacing of the element holes can advantageously be in the range between 1.3 mm and 6.3 mm, preferably in the range between 1.5 mm and 4.5 mm, preferably in the range between 1.8 mm and 3.8 mm, more preferably in the range between 1.8 mm and 2.2 mm, or in the range greater than 2.8 mm, preferably greater than 2.2 mm, preferably greater than 1.8 mm, preferably greater than 1.3 mm.

Mittelpunktabstand und Durchmesser der Löcher beeinflussen die Gesamtanzahl der Elementlöcher auf einem strukturierten Substrat.Center distance and diameter of the holes affect the total number of element holes on a patterned substrate.

Für die Weiterverarbeitung eines mit einer Vielzahl von Elementlöchern strukturierten Substrates zu einer Vielzahl qualitativ hochwertiger Mikrobauteile ist es neben den engen Vorgaben in Bezug auf die Lochgeometrie und Lochgröße von Vorteil, wenn die Abweichung der Positionen der Elementlöcher (engl. „hole position deviation“) gering ist. Diese kann < ±85 µm, vorzugsweise < ±70 µm, vorteilhaft < ±60 µm, bevorzugt < ±50 µm, besonders bevorzugt < ±40 µm betragen.For the further processing of a structured with a plurality of element holes substrate to a variety of high quality microcomponents, it is in addition to the narrow specifications in terms of hole geometry and hole size advantageous if the deviation of the positions of the element holes (English "hole position deviation") low is. This may be <± 85 μm, preferably <± 70 μm, advantageously <± 60 μm, preferably <± 50 μm, particularly preferably <± 40 μm.

Ebenso ist es für die Weiterverarbeitung des strukturierten Substrates von Vorteil, z.B. im Hinblick auf die Vereinzelung zu kleinen Einheiten durch Schneiden, Sägen etc., wenn der Lochkantenabstand der Elementlöcher mindestens 0,75 mm, vorzugsweise mindestens 0,9 mm, bevorzugt mindestens 1,2 mm beträgt. Für die Herstellung von Drucksensoren werden die gebondeten Substrate (ggf. nach einem Trenchschritt) mittels geeigneter Verfahren vereinzelt, was zu kleinen Einheiten führt. Bei einer vereinzelten kleinen Einheit beträgt die verbleibende Materialstärke die Hälfte des Lochkantenabstandes abzüglich der Schnittbreite des verwendeten Vereinzelungswerkzeuges. Die vereinzelten Einheiten können entsprechend elektrisch ausgestattet werden (z.B. mit piezosensitiven Widerständen) und weiterverarbeitet werden (z.B. Befestigung in ein Gehäuse).Likewise, it is advantageous for the further processing of the structured substrate, e.g. with regard to the separation into small units by cutting, sawing, etc., if the hole edge spacing of the element holes is at least 0.75 mm, preferably at least 0.9 mm, preferably at least 1.2 mm. For the production of pressure sensors, the bonded substrates (possibly after a trench step) are separated by means of suitable methods, resulting in small units. In the case of an isolated small unit, the remaining material thickness is half of the hole edge spacing minus the cutting width of the singulation tool used. The singulated units may be correspondingly electrically equipped (e.g., with piezosensitive resistors) and further processed (e.g., mounting in a housing).

Bei dem erfindungsgemäßen plattenförmigen Substrat handelt es sich vorzugsweise um einen Wafer, bevorzugt um einen runden Wafer. Selbstverständlich sind auch eckige Wafer möglich. Beliebige Größen an strukturierten Wafern sind herstellbar. Vorzugsweise handelt es sich um eine gängige Größe für die industrielle Weiterverarbeitung, beispielsweise um einen 4-Zoll-, 5-Zoll-, 6-Zoll- oder 8-Zoll-Wafer. Aber auch größere Wafer sind herstellbar, z.B. ein strukturierter 10-Zoll- oder 12-Zoll-Wafer.The plate-shaped substrate according to the invention is preferably a wafer, preferably a round wafer. Of course, square wafers are possible. Any sizes of structured wafers can be produced. Preferably, it is a common size for industrial processing, such as a 4-inch, 5-inch, 6-inch or 8-inch wafer. But larger wafers can be produced, e.g. a structured 10-inch or 12-inch wafer.

Das erfindungsgemäße plattenförmige Substrat kann unterschiedliche sprödharte Materialien umfassen bzw. daraus bestehen, z.B. Keramik, Glaskeramik, Silizium, bevorzugt ist ein Glas. Ein Substrat aus einem derartigen Material ist kostengünstig herzustellen und mittel USSL Verfahren bearbeitbar. Viele Gläser weisen eine hohe chemische Resistenz, d.h. eine hohe Beständigkeit gegen Säuren, Laugen und/oder Wasser, auf, so dass für die verschiedensten Einsatzbedingungen der Mikrobauteile passende Substrate gewählt werden können. Ein geeignetes Glas kann im Rahmen der Erfindung beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe von folgenden Gläsern, wobei selbstverständlich ist, dass es sich hierbei nicht um eine abschließende Aufzählung handelt: Silikatgläser, Alumosilikatgläser, alkalifreie Alumosilikatgläser, Borosilikatgläser, Lithiumalumosilikatgläser, Kalknatrongläser, Alkalimetallalumosilikatgläser.The plate-shaped substrate according to the invention may comprise or consist of different brittle-hard materials, for example ceramic, glass-ceramic, silicon, preferably a glass. A substrate of one Such material is inexpensive to manufacture and processable by USSL method. Many glasses have a high chemical resistance, ie a high resistance to acids, alkalis and / or water, so that suitable substrates can be selected for the most diverse conditions of use of the microcomponents. A suitable glass in the context of the invention may, for example, be selected from the group of the following glasses, it being understood that this is not an exhaustive list: silicate glasses, aluminosilicate glasses, alkali-free aluminosilicate glasses, borosilicate glasses, lithium aluminosilicate glasses, soda lime glasses, alkali metal aluminosilicate glasses.

Ein zum Strukturieren plattenförmiges Substrat aus Glas kann mittels unterschiedlicher Verfahren hergestellt sein, z.B. Float-Verfahren, Ziehverfahren (Down Draw, Up Draw, Overflow Fusion, Wiederziehen), Pressverfahren und Walzverfahren. Ein gezogenes Glassubstrat kann von Vorteil sein, da es bereits - durch den Herstellungsprozess bedingt - eine geringe Dicke und feuerpolierte Oberflächen hat, so dass sich der Schleif- und Polieraufwand nach dem USSL Strukturieren verringern oder ganz entfallen kann.A glass sheet substrate for patterning may be made by various methods, e.g. Float, Draw Draw, Over Draw, Overflow Fusion, Pressing and Rolling. A drawn glass substrate can be advantageous because it already - due to the manufacturing process - has a small thickness and fire polished surfaces, so that the grinding and polishing costs after USSL structuring can reduce or completely eliminated.

Mehrere plattenförmige Substrate mit einer geringen Dicke (z.B. < 500 µm) können vor dem Strukturierungsschritt aufeinander gestapelt werden, so dass eine dickere Stapeleinheit entsteht, die mittels USSL strukturiert wird. Im Anschluss daran wird die Stapeleinheit wieder in einzelne Substrate zerlegt. Auf diese Weise können mehrere Substrate in einem Arbeitsvorgang gelocht werden.A plurality of plate-shaped substrates having a small thickness (e.g., <500 μm) may be stacked before the patterning step to form a thicker stacked unit which is patterned by USSL. Following this, the stacking unit is again decomposed into individual substrates. In this way, several substrates can be punched in one operation.

Da das erfindungsgemäße Substrat in der Regel im Zuge einer Weiterverarbeitung mit einem anderen Element (z.B. einem Halbleiterwafer) verbunden wird, ist es vorteilhaft, wenn der Wärmeausdehnungskoeffizient des erfindungsgemäßen Substrates an den Wärmeausdehnungskoeffizienten des zu verbindenden Elements angepasst ist, um thermisch induzierte mechanische Spannungen zu vermeiden oder zu reduzieren. Elemente auf Siliziumbasis weisen einen Wärmeausdehnungskoeffizienten α im Temperaturbereich 20 - 300°C zwischen ca. 3,2 × 10^-6K^-1 und ca. 3,3 × 10^-6K^-1 auf. Auch unter diesem Gesichtspunkt ist ein Substrat aus Glas von Vorteil, da es viele Gläser gibt, die diese Anforderungen erfüllen, d.h. einen geeigneten Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, um mit einem Bauteil aus Silizium verbindbar zu sein. Wenn eine Verbindung mit anderen Materialien angestrebt wird, können entsprechend andere Gläser mit dazu passendem Wärmeausdehnungskoeffizienten gewählt werden.Since the substrate according to the invention is usually connected in the course of a further processing with another element (eg a semiconductor wafer), it is advantageous if the coefficient of thermal expansion of the substrate according to the invention is adapted to the thermal expansion coefficient of the element to be connected in order to avoid thermally induced mechanical stresses or reduce. Silicon based elements have a coefficient of thermal expansion α in the temperature range 20-300 ° C between about 3.2 × 10 ^-6 K ^-1 and about 3.3 × 10 ^-6 K ^-1 . From this point of view, too, a glass substrate is advantageous, since there are many glasses which meet these requirements, ie have a suitable coefficient of thermal expansion in order to be connectable to a silicon component. If a connection with other materials is desired, other glasses with matching thermal expansion coefficient can be selected accordingly.

Ferner können alkalihaltige Gläser vorteilhaft sein, insbesondere wenn das strukturierte Substrat mittels anodischem Boden mit einem weiteren Element, z.B. einem Wafer aus Silizium, verbunden werden soll. Gläser mit einem Mindestgehalt an Alkalioxid von 2 Gew.% können hier bevorzugt sein. Wenn anodisches Boden nicht durchgeführt werden soll, können selbstverständlich auch alkalifreie Gläser vorteilhaft eingesetzt werden.Furthermore, alkaline-containing glasses may be advantageous, in particular if the structured substrate is connected by means of anodic bottom to another element, e.g. a wafer made of silicon, to be connected. Glasses with a minimum content of alkali oxide of 2% by weight may be preferred here. If anodic soil is not to be carried out, it is of course also possible to use alkali-free glasses to advantage.

Ein plattenförmiges Substrat mit einer großen Homogenität der Elementlochqualität hinsichtlich Durchmesser und Rundheit ist mittels einer Mehrfachsonotrode herstellbar.A plate-shaped substrate with a large homogeneity of the element hole quality with regard to diameter and roundness can be produced by means of a multiple sonotrode.

Die Mehrfachsonotrode weist eine Stirnseite auf, an der eine Vielzahl von zylinderförmigen, parallel zueinander angeordneten Nadeln als Formwerkzeuge befestigt ist, z.B. gelötet (insbesondere Löten unter Einsatz eines geeigneten Lotes, Widerstandsschweißen, Widerstandslöten) oder geklebt. Die Längsachsen der Nadeln sind in der longitudinalen Schwingungsrichtung der Sonotrode ausgerichtet. Dabei ist für jedes zu erzeugende Loch (d.h. Elementlöcher, aber auch für ggf. vorgesehene Positionierungslöcher) an der Stirnseite ein nadelförmiges Formwerkzeug mit einem definierten Durchmesser in einer genau vorgegebenen Position vorgesehen. Solche Nadeln als Formwerkzeuge können als Vollkörper oder als Hohlnadeln ausgebildet sein.The multiple sonotrode has an end face to which a plurality of cylindrical needles parallel to each other are fixed as forming tools, e.g. soldered (in particular soldering using a suitable solder, resistance welding, resistance soldering) or glued. The longitudinal axes of the needles are aligned in the longitudinal direction of vibration of the sonotrode. In this case, for each hole to be produced (i.e., element holes, but also for possibly provided positioning holes), a needle-shaped molding tool with a defined diameter in a precisely predetermined position is provided on the front side. Such needles as molding tools may be formed as solid or as hollow needles.

Zur Erzeugung der Elementlöcher in dem plattenförmigen Substrat wird die Mehrfachsonotrode durch Einleitung von Ultraschall in longitudinale Schwingungen versetzt. Die Bewegung der Sonotrode wird auf die Nadeln übertragen.To generate the element holes in the plate-shaped substrate, the multiple sonotrode is caused to vibrate longitudinally by the introduction of ultrasound. The movement of the sonotrode is transmitted to the needles.

Idealerweise würde die Schwingungsübertragung zu einer rein axialen bzw. longitudinalen Bewegungsrichtung der Nadeln führen. Vor allem in Richtung Außenbereiche der Nadelanordnung kommen jedoch zumindest bereichsweise zunehmend radiale und tangentiale Bewegungskomponenten hinzu, die die rein axiale Bewegungsrichtung der Nadeln überlagern.Ideally, the vibration transmission would lead to a purely axial or longitudinal direction of movement of the needles. Especially in the direction of the outer regions of the needle arrangement, however, radial and tangential components of motion, which overlap the purely axial direction of movement of the needles, are increasingly being added, at least in regions.

Für die Herstellung eines erfindungsgemäßen Substrates ist die Sonotrode materiell und geometrisch so ausgelegt, dass sich eine hohe Anzahl an Nadeln - und zwar mindestens 70%, vorteilhaft mindestens 75%, vorzugsweise mindestens 80%, bevorzugt mindestens 85%, besonders bevorzugt mindestens 90%, weiterhin bevorzugt mindestens 95%- infolge der Schwingung der Sonotrode mehrheitlich longitudinal (d.h. axialer Richtungskomponente) bewegt, bevorzugt mit im Wesentlichen einheitlicher Amplitude. Somit bewegen sich die Nadeln nahezu ausschließlich in Richtung ihrer Längsachsen. Dies führt in einem Hauptbereich des Substrates zu einer hohen Rundheit der Elementlöcher und zu einer hohen Homogenität der erzeugten Lochdurchmesser. Die Mehrfachsonotrode ist derart ausgelegt, dass die axiale Amplitude (der Hub) der Nadeln im Betrieb möglichst einheitlich ist, d.h. die Bewegungsamplitude der Nadeln über die Bearbeitungsfläche des Substrates nur wenig variiert.For the production of a substrate according to the invention, the sonotrode is materially and geometrically designed so that a high number of needles - at least 70%, advantageously at least 75%, preferably at least 80%, preferably at least 85%, particularly preferably at least 90%, Furthermore, preferably at least 95% - as a result of the oscillation of the sonotrode - moves in the majority longitudinally (ie axial direction component), preferably with substantially uniform amplitude. Thus, the move Needles almost exclusively in the direction of their longitudinal axes. This leads to a high roundness of the element holes in a main region of the substrate and to a high homogeneity of the hole diameter produced. The multiple sonotrode is designed such that the axial amplitude (the stroke) of the needles during operation is as uniform as possible, ie the movement amplitude of the needles varies only slightly over the working surface of the substrate.

Weiterhin ist vorteilhaft, wenn weniger als 25%, vorzugsweise weniger als 20%, bevorzugt weniger als 15%, auch bevorzugt weniger als 10% der Nadeln sich zusätzlich zur axialen Richtung auch mit radialer und/oder tangentialer Richtungskomponente d.h. Richtungskomponenten quer zur axialen Richtung bewegen. Sich derart bewegende Nadeln erzeugen im Substrat Elementlöcher mit einer erhöhten Abweichung des Durchmessers und der Rundheit. Diese Löcher können je nach Größe des Substrates und Auslegung der Sonotrode im Wesentlichen in einem Nebenbereich des erfindungsgemäßen Substrates liegen, der sich in Nähe des Randes des Substrates, aber auch in einem zentralen Bereich befinden kann. Es können auch mehrere randnahe Nebenbereiche auftreten.Furthermore, it is advantageous if less than 25%, preferably less than 20%, preferably less than 15%, even more preferably less than 10% of the needles in addition to the axial direction with radial and / or tangential direction component. Move directional components across the axial direction. Such moving needles create element holes in the substrate with increased diameter and roundness deviation. Depending on the size of the substrate and the design of the sonotrode, these holes may lie substantially in a secondary region of the substrate according to the invention, which may be located in the vicinity of the edge of the substrate, but also in a central region. There may also be several adjacent secondary areas.

Um dieses Schwingungsverhalten der Sonotrode reproduzierbar einzustellen, werden bei der Herstellung der Sonotrode die Kenngrößen für das elastische Verhalten des Materials, aus dem die Sonotrode gefertigt ist, genau berücksichtigt. In Abhängigkeit vom Elastizitätsmodul wird insbesondere die Bauhöhe angepasst, während die Höhe der Querkontraktionszahl des Materials Anpassungen im Bereich des Umfanges der Sonotrode bedingt, z.B. eine Anpassung der äußeren Form oder das Einbringen von Schlitzen in den Sonotrodenkopf.In order to reproducibly adjust this oscillation behavior of the sonotrode, the characteristics for the elastic behavior of the material from which the sonotrode is manufactured are taken exactly into account in the production of the sonotrode. In particular, depending on the modulus of elasticity, the height is adjusted while the height of the transverse contraction number of the material causes adjustments in the range of the circumference of the sonotrode, e.g. an adaptation of the outer shape or the insertion of slots in the sonotrode head.

Zum Erzeugen der Elementlöcher wird Läppmittel (Bor- und/oder Siliziumcarbid), dessen Körnung zwischen 25 und 60 µm, vorteilhaft ca. 35 µm betragen kann, auf das zu bohrende Substrat aufgebracht und die Mehrfachsonotrode derart orientiert, dass die Längsachsen der Nadeln im Wesentlichen senkrecht zu einer Plattenseite des Substrates orientiert sind. Zusammen mit der schwingenden Sonotrode bewegen sich die Nadeln mit Ultraschallfrequenz (16 bis 70 kHz) um einige µm. Üblicherweise wird im Ultraschallfrequenzbereich zwischen 18 und 22 kHz, vorzugsweise im Bereich 19,5 bis 20,5 kHz, gearbeitet. Durch die Bewegung der Nadeln werden die Partikel des Läppmittels beschleunigt und beschädigen die Substratoberfläche, was zum allmählichen Herauslösen kleiner Substratpartikel führt. Die herausgelösten Substratpartikel werden mit dem Fluid des Läppmittels, das die Stirnseite des Formwerkzeuges umspült, fortgetragen. Aus einem Vorschub der Sonotrode in longitudinaler Richtung resultiert über einen Zeitraum eine Vielzahl kleiner maßgenauer Elementlöcher im Substrat.To produce the element holes, lapping agent (boron and / or silicon carbide) whose grain size may be between about 25 and 60 μm, advantageously about 35 μm, is applied to the substrate to be drilled and the multiple sonotrode oriented in such a way that the longitudinal axes of the needles are substantially are oriented perpendicular to a plate side of the substrate. Together with the vibrating sonotrode, the needles with ultrasonic frequency (16 to 70 kHz) move by a few microns. Usually, in the ultrasonic frequency range between 18 and 22 kHz, preferably in the range 19.5 to 20.5 kHz worked. The movement of the needles accelerates the particles of the lapping agent and damages the substrate surface, which leads to the gradual detachment of small substrate particles. The leached substrate particles are carried away with the fluid of the lapping agent, which flows around the end face of the molding tool. From a feed of the sonotrode in the longitudinal direction results over a period of a plurality of small dimensionally accurate element holes in the substrate.

Durch die hohe Homogenität der Schwingungsrichtung der nadelförmigen Formwerkzeuge der Sonotrode (mindestens 70% von ihnen schwingen nahezu ausschließlich axial) lässt sich das erfindungsgemäße, hinsichtlich der Lochgeometrie und Lochqualität verbesserte strukturierte plattenförmige Substrat im USSL-Verfahren herstellen. Durch diese Homogenität werden auch in dem Nebenbereich oder in den Nebenbereichen Elementlöcher erzeugt, deren Lochgeometrie und -qualität trotz erhöhter Abweichungen noch ausreichend gut für die Herstellung von Mikrobauteilen sind.Due to the high degree of homogeneity of the direction of oscillation of the needle-shaped shaping tools of the sonotrode (at least 70% of them oscillate almost exclusively axially), the structured plate-shaped substrate according to the invention improved in terms of hole geometry and hole quality can be produced in the USSL method. Due to this homogeneity, element holes are also produced in the secondary region or in the secondary regions, the hole geometry and quality of which, despite increased deviations, are still sufficiently good for the production of microcomponents.

Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines erfindungsgemäßen Substrates zur Herstellung miniaturisierter Bauteile. Solche Bauteile können insbesondere mikro-elektrisch-mechanische Systeme (MEMS), mikro-optisch-elektrisch-mechanische Systeme (MOEMS), Sensoren wie mikro-mechanischer Sensoren, Drucksensoren (z.B. Kraftstoffdruck-Sensor in Einspritzsystemen, Öldruck-Sensor in Getrieben, Sensor in einem Airbag oder für den Luftdruck z.B. für Höhenmessungen, Reifendrucksensor) und andere Sensoren sein. Desweiteren können die erfindungsgemäßen Substrate als fluidische Durchführungen für Analysekomponenten, wie Lab-on-a-chip („Loac“), oder als Titerplatten verwendet werden.The invention further relates to the use of a substrate according to the invention for the production of miniaturized components. Such components may be, in particular, micro-electrical-mechanical systems (MEMS), micro-optical-electrical-mechanical systems (MOEMS), sensors such as micro-mechanical sensors, pressure sensors (eg fuel pressure sensor in injection systems, oil pressure sensor in gears, sensor in an airbag or for the air pressure eg for height measurements, tire pressure sensor) and other sensors. Furthermore, the substrates according to the invention can be used as fluidic feedthroughs for analysis components, such as Lab-on-a-chip ("Loac"), or as titer plates.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren genauer erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Elemente. Es zeigen:

1 eine Ansicht eines ersten erfindungsgemäßen plattenförmigen Substrates (8-Zoll-Wafer),
2 Abweichung der Lochdurchmesser auf einer Plattenseite des Substrates aus 1,
3 einen ausschnittsweisen schematischen Querschnitt durch das Substrat aus 1,
4 eine ausschnittsweise Aufsicht auf die erste Plattenseite des Substrates aus 1 in schematischer Darstellung,
5 Abweichung der Rundheit der Elementlöcher auf einer Plattenseite des Substrates aus 1,
6 Abweichung der Lochdurchmesser auf einer Plattenseite eines zweiten erfindungsgemäßen plattenförmigen Substrates (6-Zoll-Wafer),
7 Abweichung der Rundheit der Elementlöcher auf einer Plattenseite des Substrates aus 6,
8 Abweichung der Rundheit der Elementlöcher auf einer Plattenseite eines Substrates (6-Zoll-Wafer) gemäß dem Stand der Technik.

The invention will be explained in more detail with reference to figures. In the figures, like reference numerals designate like or corresponding elements. Show it:

1 a view of a first plate-shaped substrate according to the invention (8-inch wafer),
2 Deviation of the hole diameter on a plate side of the substrate 1 .
3 a fragmentary schematic cross-section through the substrate 1 .
4 a partial view of the first plate side of the substrate 1 in a schematic representation,
5 Deviation of the roundness of the element holes on a plate side of the substrate 1 .
6 Deviation of the hole diameters on a plate side of a second plate-shaped substrate (6-inch wafer) according to the invention,
7 Deviation of the roundness of the element holes on a plate side of the substrate 6 .
8th Deviation of the roundness of the element holes on a plate side of a substrate (6-inch wafer) according to the prior art.

In den 1 bis 8 wird jeweils ein mit Ultraschallschwingläppen strukturiertes dünnes plattenförmiges Substrat aus Glas gezeigt. Es handelt sich hier exemplarisch um ein Borosilikatglas. Ein Borosilikatglas kann allgemein folgende Zusammensetzungsbereiche aufweisen: Zusammensetzung (Gew.-%) SiO₂ 60-85 Al₂O₃ 0-10 B₂O₃ 5-20 Li₂O + Na₂O + K₂O 2-16 MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 0-15 TiO₂ + ZrO₂ 0-5 P₂O₅ 0-2 In the 1 to 8th In each case, a thin plate-shaped glass substrate structured with ultrasound lobes is shown. By way of example, this is a borosilicate glass. A borosilicate glass may generally have the following composition ranges: composition (Wt .-%) SiO ₂ 60-85 Al ₂ O ₃ 0-10 B ₂ O ₃ 5-20 Li ₂ O + Na ₂ O + K ₂ O 2-16 MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 0-15 TiO ₂ + ZrO ₂ 0-5 P ₂ O ₅ 0-2

Gläser in diesen Zusammensetzungsbereichen weisen einen Wärmeausdehnungskoeffizienten α (20 - 300 °C) von ca. 3 bis ca. 9 × 10^-6K^-1 auf. Vorteilhaft kann im Rahmen der Erfindung ein Borosilikatglas aus folgendem Zusammensetzungsbereich gewählt werden: Zusammensetzung (Gew.-%) SiO₂ 63-83 Al₂O₃ 0-7 B₂O3 5-18 Li₂O + Na₂O + K₂O 4-14 MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 0-10 TiO₂ + ZrO₂ 0-3 P₂O₅ 0-2 Glasses in these composition ranges have a thermal expansion coefficient α ( 20 - 300 ° C) from about 3 to about 9 × 10 ^-6 K ^-1 . Advantageously, within the scope of the invention, a borosilicate glass can be selected from the following composition range: composition (Wt .-%) SiO ₂ 63-83 Al ₂ O ₃ 0-7 B ₂ O ₃ 5-18 Li ₂ O + Na ₂ O + K ₂ O 4-14 MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 0-10 TiO ₂ + ZrO ₂ 0-3 P ₂ O ₅ 0-2

Ist eine Verbindung des Glassubstrates mit einem Bauteil aus Silizium gewünscht, werden die Anteile der oben genannten Komponenten vorteilhaft derart gewählt, dass das Borosilikatglas einen Wärmeausdehnungskoeffizienten α (20 - 300 °C) von ca. 2,7 bis 3,5 × 10^-6K^-1, vorzugsweise von ca. 3,2 bis 3,3 × 10^-6K^-1 aufweist.If a connection of the glass substrate to a component made of silicon is desired, the proportions of the abovementioned components are advantageously selected such that the borosilicate glass has a coefficient of thermal expansion α ( 20 - 300 ° C) of about 2.7 to 3.5 × 10 ^-6 K ^-1 , preferably from about 3.2 to 3.3 × 10 ^-6 K ^-1 .

In 1 zeigt in Ansicht eine erste Plattenseite 2 eines ersten erfindungsgemäßen mit Ultraschallschwingläppen strukturierten plattenförmigen Substrates 1, und zwar handelt es sich hierbei um einen runden 8-Zoll-Wafer aus Glas mit einem Durchmesser von 200 mm und einer Dicke d von 2 mm. Dies ist die Dicke des fertigen Wafers nach USSL-Strukturieren, Läppen und Polieren, d.h. die Enddicke des Produktes, das ein Zwischenprodukt beispielsweise für die Weiterverarbeitung zu Mikrobauteilen, z.B. zu Drucksensoren, ist. Die Roh-Substrat-Dicke vor dem USSL-Strukturieren war um mehrere 100 µm dicker als die Enddicke.In 1 shows in view a first panel page 2 a first plate-shaped substrate according to the invention structured with ultrasound lobes 1 and this is a round 8-inch glass wafer with a diameter of 200 mm and a thickness d of 2 mm. This is the thickness of the finished wafer after USSL structuring, lapping and polishing, ie the final thickness of the product, which is an intermediate, for example for further processing into microcomponents, for example pressure sensors. The raw substrate thickness prior to USSL structuring was several hundred microns thicker than the final thickness.

Gegenüberliegend der dem Betrachter zugewandten ersten Plattenseite 2 befindet sich eine zweite Plattenseite 3, die in 3 dargestellt ist. In 1 ist eine Vielzahl von Elementlöchern 4 zu erkennen, die quer zu den Plattenseiten 2, 3 verlaufen und als Durchgangslöcher realisiert sind, d.h. es handelt sich um dünne Kanäle mit im Wesentlichen rundem Querschnitt. Den Elementlöchern 4 kommt später in einem Mikrobauteil eine Funktion zu. Es sind jedoch auch einige Positionierungslöcher vorhanden, die sich bei dieser Darstellungsgröße jedoch optisch nicht von Elementlöchern 4 unterscheiden lassen. Für Elementlöcher und Positionierungslöcher können unterschiedliche Maß- und Toleranzgenauigkeiten gelten.Opposite the viewer facing the first panel page 2 there is a second plate side 3 , in the 3 is shown. In 1 is a variety of element holes 4 to recognize, which transversely to the Plattenseiten 2 . 3 run and are realized as through holes, ie, there are thin channels with a substantially circular cross-section. The element holes 4 later in a micro component to a function. However, there are also some positioning holes present, but not visually elemental holes in this representation size 4 let distinguish. For element holes and positioning holes, different dimensional and tolerance accuracies may apply.

Bis auf den äußersten Rand 5 ist das Substrat 1 in diesem Ausführungsbeispiel mit gleichmäßiger Lochanzahl pro Flächeneinheit strukturiert, und zwar hier mit ca. 16 Löchern pro cm², d.h. das Substrat weist ca. 4800 im Wesentlichen gleich große Durchgangslöcher auf. Except for the outermost edge 5 is the substrate 1 in this embodiment with a uniform number of holes per unit area, in this case with about 16 holes per cm ² , ie the substrate has approximately 4800 substantially equal through holes.

In 3 ist schematisch ein Schnitt durch ein Substrat 1 mit als Durchgangsloch ausgebildetem Elementloch 4 zu erkennen. Der mittlere Durchmesser (Median) der Elementlöcher 4 wird für eine Plattenseite 2,3 ermittelt. Dabei handelt es sich in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel um die erste Plattenseite 2, d.h. es werden die Durchmesser B der Elementlöcher 4 an der ersten Plattenseite 2 betrachtet (vgl. 3). Die Größe des Durchmessers beträgt im Ausführungsbeispiel ca. 780 µm. Der Elementloch-Durchmesser an der zweiten Plattenseite 3 kann im Ausführungsbeispiel geringfügig kleiner sein. Insgesamt ergibt sich durch das USSL Herstellungsverfahren eine leicht Konizität der erzeugten Elementlöcher. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die erste Plattenseite 2 des Substrates 1, die der Sonotrode zugewandt war, länger mittels USSL bearbeitet wurde als die gegenüberliegende zweite Plattenseite 3. Außerdem spielt auch ein Materialverschleiß der Formwerkzeuge eine Rolle, d.h. beim Eintritt in die erste Plattenseite 2, die dem Formwerkzeug zugewandt war, war der Durchmesser eines Formwerkzeuges (Nadel) geringfügig höher als beim Erreichen der zweiten Plattenseite 3.In 3 is a schematic section through a substrate 1 with formed as a through hole element hole 4 to recognize. The mean diameter (median) of the element holes 4 is determined for a plate side 2,3. These are in the embodiment described here to the first plate side 2 That is, it will be the diameter B of the element holes 4 at the first plate side 2 considered (cf. 3 ). The size of the diameter is in the exemplary embodiment about 780 microns. The element hole diameter on the second plate side 3 may be slightly smaller in the embodiment. Overall, the USSL production process results in a slight conicity of the element holes produced. This is due to the fact that the first plate side 2 of the substrate 1 which was facing the sonotrode, was processed longer by USSL than the opposite second plate side 3 , In addition, a material wear of the molds plays a role, ie when entering the first side of the plate 2 , which faced the mold, the diameter of a forming tool (needle) was slightly higher than when it reached the second plate side 3 ,

Alternativ könnten auch die Durchmesser der Elementlöcher 4 an der zweiten Plattenseite 3 betrachtet werden. Vorteilhaft ist der fertige strukturierte Wafer 1 derart beschaffen, dass sowohl die Durchmesser B der Elementlöcher 4 an der ersten Plattenseite 2 als auch die Durchmesser der Elementlöcher 4 an der zweiten Plattenseite den jeweiligen Vorgaben entsprechen.Alternatively, the diameter of the element holes could 4 on the second side of the plate 3 to be viewed as. The finished structured wafer is advantageous 1 such that both the diameter B of the element holes 4 at the first plate side 2 as well as the diameter of the element holes 4 correspond to the respective specifications on the second plate side.

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel beträgt der Lochmittenabstand 6, d.h. der Abstand von der Lochmitte eines Elementloches 4 zur Lochmitte des benachbarten Elementloches 4 (auch Mittelpunktabstand genannt), 2,2 mm. Die „hole position variance“, d.h. die Abweichung des Lochmittenabstandes 6 der Elementlöcher 4 beträgt < ± 50µm. Andere Abweichung können bei < ± 40µm liegen. Dabei ist der Lochkantenabstand 7 benachbarter Elementlöcher 4, d.h. die verbleibende Substratstege 9, in diesem Beispiel 1,27 mm. Allerdings ist auch ein geringerer Lochkantenabstand realisierbar, z.B. von mindestens 0,9 mm. Lochmittenabstand 6 und Lochkantenabstand 7 sind in 4 zur Verdeutlichung schematisch dargestellt.In the described embodiment, the hole center distance 6 ie the distance from the hole center of an element hole 4 to the hole center of the adjacent element hole 4 (also called center distance), 2.2 mm. The "hole position variance", ie the deviation of the hole center distance 6 the element holes 4 is <± 50μm. Other deviation may be <± 40μm. Here is the hole edge distance 7 adjacent element holes 4 ie the remaining substrate webs 9 , in this example 1.27 mm. However, a smaller hole edge distance can be realized, for example of at least 0.9 mm. Hole center distance 6 and hole edge distance 7 are in 4 shown schematically for clarity.

In 2 sind für die erste Plattenseite 2 des plattenförmigen Substrates 1 die gemessenen Abweichungen der ca. 4800 Elementlochdurchmesser vom mittleren Durchmesser (Median), der hier ca. 780 µm beträgt, dargestellt. 2 stellt ein für den 8-Zoll Wafer und die oben beschriebene Lochbelegung und Lochgeometrie ein typisches, d.h. reproduzierbares, Ergebnis dar. Die einzelnen Elementlöcher wurden zur Ermittlung des Durchmessers und der Rundheit, wie eingangs beschrieben, optisch vermessen.In 2 are for the first plate side 2 the plate-shaped substrate 1 the measured deviations of the approximately 4800 element hole diameter from the median diameter, which here is about 780 microns, shown. 2 represents a typical for the 8-inch wafer and the hole occupancy and hole geometry described above, ie reproducible, result. The individual element holes were measured to determine the diameter and the roundness, as described above, optically.

Zunächst ist allgemein eine quadrantensymmetrische Verteilung der Durchmesserabweichungen erkennbar. Diese geht auf die verwendete Sonotrode mit eckigem Design zurück. Zylinderförmig ausgelegte Sonotroden führen im Allgemeinen eher zu konzentrischen Verteilungsmustern.First, a quadrant symmetric distribution of diameter deviations is generally recognizable. This goes back to the used sonotrode with angular design. Cylindrical sonotrodes tend to result in concentric distribution patterns.

Zu erkennen ist ein Hauptbereich 8, welcher, bezogen auf die Oberfläche der ersten Plattenseite 2 einen Flächenanteil von ca. 95% hat. In dem Hauptbereich 8 beträgt die Durchmesserabweichung (=X) der Elementlochdurchmesser < 25 µm. In einem zentralen Ausschnitt 8.1 dieses Hauptbereiches 8 treten Elementlöcher 4 mit negativer Abweichung -10 µm ≤ X < 0 µm auf, d.h. diese Elementlöcher 4 sind um die genannten Beträge kleiner als der mittlere Durchmesser (Median). In dem Rest des Hauptbereiches 8 beträgt die positive Durchmesserabweichung 0 ≤ X < 15 µm, d.h. hier sind die Elementlöcher 4 um die genannten Beträge größer als der mittlere Durchmesser.To recognize is a main area 8th , which, based on the surface of the first plate side 2 has an area share of approx. 95%. In the main area 8th the diameter deviation (= X) is the element hole diameter <25 μm. In a central section 8.1 this main area 8th occur element holes 4 with negative deviation -10 μm ≤ X <0 μm, ie these element holes 4 are smaller than the mean diameter (median) by the stated amounts. In the rest of the main area 8th is the positive diameter deviation 0 ≤ X <15 μm, ie here are the element holes 4 by the stated amounts greater than the median diameter.

Ferner weist das Substrat in dem dargestellten Ausführungsbeispiel drei markierte randnahe Nebenbereiche 10 auf, in denen die Abweichung der Elementlochdurchmesser 15 µm ≤ X ≤ 25 µm beträgt und damit höher als diejenige im Hauptbereich 8 ist.Furthermore, in the exemplary embodiment illustrated, the substrate has three marked side regions near the edge 10 in which the deviation of the element hole diameter 15 μm ≤ X ≤ 25 μm and thus higher than that in the main area 8th is.

Über die gesamte erste Plattenseite 2 gesehen (100% der Löcher), liegt die Abweichung der Elementlochdurchmesser vom Median der Durchmesser (ca. 780 µm) in einem Intervall von negativen Werten von ca. -10 µm bis positiven Werten bis maximal 25 µm. Die Intervallbreite beträgt also ca. 35 µm. Die Breite des Intervalls der Durchmesserabweichungen, in dem die Hauptmenge von ca. 95% der Elementlöcher 4 liegen (Hauptbereich 8, 8.1), beträgt hier maximal 25 µm. Somit liegt erfindungsgemäß eine hohe Homogenität der erzeugten Lochdurchmesser vor.Over the entire first panel page 2 As seen (100% of the holes), the deviation of the element hole diameter from the median diameter (about 780 microns) in an interval of negative values of about -10 microns to positive values up to a maximum of 25 microns. The interval width is thus about 35 μm. The width of the interval of diameter deviations, in which the bulk of about 95% of the element holes 4 lie (main area 8th . 8.1 ), here is a maximum of 25 microns. Thus, according to the invention there is a high homogeneity of the hole diameter produced.

Die Homogenität der Elementlochdurchmesser lässt sich auch über die statistische Auswertung der Durchmesserabweichungen der vermessenen Elementlöcher des in 2 dargestellten 8-Zoll-Wafers veranschaulichen (vgl. Tabelle 1, Ausführungsbeispiel AB 1). Bezogen auf ein Intervall, das durch den 10%-Quantil nach unten und den 90%-Quantil nach oben festgelegt ist, beträgt die Breite des Intervalls der Durchmesserabweichungen hier 17 µm, d.h. 80% der Elementlöcher haben Durchmesser, die sich maximal um 17 µm voneinander unterscheiden. Bezogen auf ein Intervall, das durch den 2,5%-Quantil nach unten und den 97,5%-Quantil nach oben festgelegt ist, beträgt die Breite des Intervalls der Durchmesserabweichungen hier 24 µm, d.h. 95% der Elementlöcher haben Durchmesser, die sich maximal um 24 µm voneinander unterscheiden. In Tabelle 1 sind statistische Auswertungen für zwei weitere erfindungsgemäße 8-Zoll-Wafer (AB 2 und AB 3) angegeben. The homogeneity of the element hole diameter can also be determined by the statistical evaluation of the diameter deviations of the measured element holes of the 2 illustrated 8-inch wafers illustrate (see Table 1, Embodiment AB 1 ). Based on an interval set by the 10% quantile down and the 90% quantile up, the width of the interval of the diameter deviations here is 17 μm, ie, 80% of the element holes have diameters of maximum 17 μm differ from each other. Based on an interval set by the 2.5% quantile down and the 97.5% quantile up, the width of the interval of the diameter deviations here is 24 μm, ie 95% of the element holes have diameters which are differ by a maximum of 24 μm from each other. Table 1 shows statistical evaluations for two further 8-inch wafers according to the invention (AB 2 and from 3 ).

Die Eingrenzung durch Quantile ist vorteilhaft, da auf diese Weise ggf. auftretende einzelne „Durchmesserausreißer“, d.h. Elementlöcher, deren Durchmesser stark vom Median der Durchmesser noch oben oder unten abweichen, bei der Bewertung der Homogenität unberücksichtigt bleiben. Vorteilhaft ist jedoch, wenn die „Ausreißer“-Elementlöcher noch einen Durchmesser aufweisen, der innerhalb der Toleranzvorgabe für die Nominal-Lochdurchmesser liegt. Dies ist bei dem beschriebenen Wafer der Fall.The limitation by quantiles is advantageous because in this way possibly occurring individual "diameter outliers", i. Element holes whose diameters deviate strongly from the median of the diameters still above or below, are disregarded in the assessment of the homogeneity. It is advantageous, however, if the "outlier" element holes still have a diameter which is within the tolerance specification for the nominal hole diameter. This is the case with the described wafer.

Wie aus 5 und Tabelle 2 hervorgeht, weisen die Elementlöcher 4 des erfindungsgemäßen plattenförmigen Substrates 1 vorteilhaft auch eine hohe Rundheit auf. Bei dem in 5 dargestellten 8-Zoll-Wafer sind geringe Abweichungen gleichmäßig über die gesamte Fläche der betrachteten ersten Plattenseite 2 verteilt. Die Abweichung der Rundheit der Elementlöcher 4 des gezeigten Wafers (AB 1) liegt hier bei maximal ca. 2,1% (vgl. Tabelle 2). Eine Abweichung der Rundheit von 2,1% bedeutet, dass der maximale radiale Abstand zwischen den zwei konzentrischen Kreisen (errechneter erster Kreis und zweiter Kreis, siehe oben) 2,1% ist.How out 5 and Table 2 shows the element holes 4 the plate-shaped substrate according to the invention 1 advantageous also a high roundness on. At the in 5 8 inch wafers are small deviations uniform over the entire area of the considered first plate side 2 distributed. The deviation of the roundness of the element holes 4 of the shown wafer (AB 1 ) is at a maximum of about 2.1% (see Table 2). A deviation of 2.1% in roundness means that the maximum radial distance between the two concentric circles (calculated first circle and second circle, see above) is 2.1%.

Für dieses Ausführungsbeispiel beträgt der Durchmesser des errechneten Minimumkreises ca. 780 µm, und die Abweichung von 2,1% beträgt somit ca. 16 µm. Der Rand des erzeugten Elementloches 4 weicht somit an keiner Stelle seines Umfanges um mehr als 8 µm von seinem dazugehörigen Minimumkreis nach innen oder nach außen ab.For this embodiment, the diameter of the calculated minimum circle is about 780 microns, and the deviation of 2.1% is thus about 16 microns. The edge of the generated element hole 4 thus deviates at any point of its circumference by more than 8 microns from its associated minimum circle to the inside or to the outside.

Eine solche Homogenität der Elementlochdurchmesser und der Rundheit in dem erfindungsgemäßen plattenförmigen Substrat 1 lässt sich durch eine in Bezug auf Material und Geometrie angepasste Mehrfachsonotrode erzielen. Im vorliegenden Beispiel wurde eine Sonotrode aus Titan verwendet mit ca. 4800 fixierten, nadelförmigen Formwerkzeugen mit einem Durchmesser, der ca. 100 µm kleiner als der Nominal-Durchmesser gewählt ist. Die Arbeitsfrequenz der Sonotrode beim USSL betrug 20 kHz.Such a homogeneity of the element hole diameter and the roundness in the plate-shaped substrate according to the invention 1 can be achieved with a multi-sonotrode adapted in terms of material and geometry. In the present example, a titanium sonotrode was used with approximately 4,800 fixed, needle-shaped molds with a diameter that is approximately 100 microns smaller than the nominal diameter selected. The working frequency of the sonotrode at the USSL was 20 kHz.

2 macht deutlich, dass sich im Hauptbereich 8, 8.1 des Substrates die meisten Nadeln (mehr als 90%, d.h. hier 95%) infolge der Sonotrodenschwingung mit im Wesentlichen axialer Richtungskomponente und im Wesentlichen einheitlicher Amplitude bewegt und runde Elementlöcher 4 mit einer Durchmesserabweichung von ca. ≤ ±12 µm erzeugt haben. In den randlichen Nebenbereichen 10 war die axiale Bewegungsamplitude (d.h. der Hub) der Nadeln abweichend von der des Hauptbereiches und/oder wurde die axiale Hauptrichtungskomponente der Nadelschwingungen von radialen und/oder tangentialen Richtungskomponenten überlagert, wodurch geringfügig größere Elementlöcher 4 erzeugt wurden, d.h. diese Elementlöcher 4 haben eine höhere Abweichung vom mittleren Durchmesser (Median). 2 makes it clear that in the main area 8th . 8.1 of the substrate moves most needles (more than 90%, ie, here 95%) due to sonotrode vibration with substantially axial directional component and substantially uniform amplitude, and round element holes 4 produced with a diameter deviation of about ≤ ± 12 microns. In the marginal outskirts 10 For example, the axial travel amplitude (ie, stroke) of the needles was different than that of the main region and / or the major axial direction component of the needle vibrations was superimposed by radial and / or tangential directional components, resulting in slightly larger element holes 4 were generated, ie these element holes 4 have a higher deviation from the mean diameter (median).

Der erfindungsgemäße Wafer wurde mit einer gleichmäßigen Läppmitteldosierung und Korngrößenverteilung hergestellt. Als Läppmittel wurden dispergierte Borcarbid-Partikel mit einer Korngröße < 35 µm eingesetzt.The wafer according to the invention was produced with a uniform lapping agent metering and particle size distribution. As a lapping agent dispersed boron carbide particles were used with a particle size <35 microns.

Insgesamt liegen alle erzeugten Elementlöcher 4, d.h. sowohl die Elementlöcher 4 im Hauptbereich 8, 8.1 als auch die Elementlöcher 4 in den Nebenbereichen 10 des Substrates 1, innerhalb der für einen solchen 8-Zoll-Wafer für die Weiterverarbeitung zu Mikrobauteilen, beispielsweise Drucksensoren, kundenseitig geforderten Lochdurchmessertoleranz von < ± 80 µm, vorzugsweise < ± 65 µm, bevorzugt < ±50 µm. In allen Bereichen des Wafers ist die Abweichung der Lochdurchmesser bezogen auf die enge Toleranzvorgabe von < ±50 µm, um ca. 66% geringer als die Vorgabe. Im Hauptbereich 8 ist die Abweichung der Lochdurchmesser, bezogen auf die enge Toleranzvorgabe von < ±50 µm, sogar um ca. 75% geringer als die Vorgabe.Overall, all generated element holes lie 4 ie both the element holes 4 in the main area 8th . 8.1 as well as the element holes 4 in the side areas 10 of the substrate 1 within the for such an 8-inch wafer for further processing to microcomponents, such as pressure sensors, customer required hole diameter tolerance of <± 80 microns, preferably <± 65 microns, preferably <± 50 microns. In all areas of the wafer, the deviation of the hole diameter, based on the narrow tolerance specification of <± 50 μm, is approx. 66% less than the specification. In the main area 8th The deviation of the hole diameter, based on the narrow tolerance specification of <± 50 μm, is even approximately 75% less than the specification.

In den 6 und 7 ist ein zweites erfindungsgemäßes strukturiertes Substrat 1 dargestellt und zwar ein 6-Zoll-Wafer.In the 6 and 7 is a second inventive structured substrate 1 shown a 6-inch wafer.

In 6 sind für die erste Plattenseite 2 des plattenförmigen Substrates 1 die gemessenen Abweichungen der ca. 4700 Elementlochdurchmesser vom mittleren Durchmesser (Median), der hier ca. 600 µm beträgt, dargestellt. 6 stellt ein für den 6-Zoll Wafer und die oben beschriebene Lochbelegung und Lochgeometrie ein typisches, d.h. reproduzierbares, Ergebnis dar. Die einzelnen Elementlöcher wurden zur Ermittlung des Durchmessers und der Rundheit, wie eingangs beschrieben, optisch vermessen. In 6 are for the first plate side 2 the plate-shaped substrate 1 the measured deviations of the approximately 4700 element hole diameter from the median diameter, which here is about 600 microns, shown. 6 represents a typical for the 6-inch wafer and the hole pattern and hole geometry described above, ie reproducible, result. The individual element holes were measured to determine the diameter and the roundness, as described above, optically.

Zu erkennen ist ein Hauptbereich 18, welcher, bezogen auf die Oberfläche der ersten Plattenseite 2 einen Flächenanteil von ca. 80% hat. In dem Hauptbereich 18 beträgt die Abweichung (=X) der Elementlochdurchmesser < 20 µm. In einem zentralen Ausschnitt 18.1 dieses Hauptbereiches 8 treten Elementlöcher 4 mit positiver Durchmesserabweichung 5 µm ≤ X < 15 µm auf, d.h. diese Elementlöcher 4 sind um die genannten Beträge größer als der mittlere Durchmesser (Median). In dem Rest des Hauptbereiches 18 beträgt die Durchmesserabweichung -5 µm ≤ X < 5 µm, d.h. hier sind die Elementlöcher 4 um die genannten Beträge größer oder kleiner als der mittlere Durchmesser.To recognize is a main area 18 , which, based on the surface of the first plate side 2 has an area share of about 80%. In the main area 18 the deviation (= X) is the element hole diameter <20 μm. In a central section 18.1 this main area 8th occur element holes 4 with positive diameter deviation 5 μm ≤ X <15 μm, ie these element holes 4 are greater than the mean diameter (median) by the stated amounts. In the rest of the main area 18 the diameter deviation is -5 μm ≤ X <5 μm, ie here are the element holes 4 by the stated amounts greater or smaller than the mean diameter.

Ferner weist das Substrat in dem dargestellten Ausführungsbeispiel vier randnahe Nebenbereiche 20 auf, in denen die Abweichung der Elementlochdurchmesser geringer als diejenige im Hauptbereich 18, 18.1 ist, wobei sie -25 µm ≤ X < -5 µm beträgt.Furthermore, in the exemplary embodiment shown, the substrate has four side regions near the edge 20 in which the deviation of the element hole diameter is less than that in the main area 18 . 18.1 is, wherein it is -25 microns ≤ X <-5 microns.

Über die gesamte erste Plattenseite 2 gesehen (100% der Löcher), liegt die Abweichung der Elementlochdurchmesser vom Median der Durchmesser (ca. 600 µm) in einem Intervall von negativen Werten von ca. -25 µm bis positiven Werten bis kleiner 15 µm. Die Intervallbreite beträgt also weniger als 40 µm. Die Breite des Intervalls der Durchmesserabweichungen, in dem die Hauptmenge von 80% der Elementlöcher 4 liegen, beträgt hier maximal 20 µm. Somit liegt erfindungsgemäß eine hohe Homogenität der erzeugten Lochdurchmesser vor.Over the entire first panel page 2 Seen (100% of the holes), the deviation of the element hole diameter from the median diameter (about 600 microns) in an interval of negative values of about -25 microns to positive values to less than 15 microns. The interval width is thus less than 40 microns. The width of the interval of diameter deviations, in which the bulk of 80% of the element holes 4 lie, here is a maximum of 20 microns. Thus, according to the invention there is a high homogeneity of the hole diameter produced.

Die Homogenität der Elementlochdurchmesser lässt sich auch über die statistische Auswertung der Durchmesserabweichungen der vermessenen Elementlöcher des in 6 dargestellten 6-Zoll-Wafers veranschaulichen (vgl. Tabelle 1, Ausführungsbeispiel AB 4). Bezogen auf ein Intervall, das durch den 10%-Quantil nach unten und den 90%-Quantil nach oben festgelegt ist, beträgt die Breite des Intervalls der Durchmesserabweichungen hier 15 µm, d.h. 80% der Elementlöcher haben Durchmesser, die sich maximal um 15 µm voneinander unterscheiden. Bezogen auf ein Intervall, das durch den 2,5%-Quantil nach unten und den 97,5%-Quantil nach oben festgelegt ist, beträgt die Breite des Intervalls der Durchmesserabweichungen hier 24 µm, d.h. 95% der Elementlöcher haben Durchmesser, die sich maximal um 24 µm voneinander unterscheiden. In Tabelle 1 sind statistische Auswertungen für zwei weitere erfindungsgemäße 6-Zoll-Wafer (AB 5 und AB 6) angegeben.The homogeneity of the element hole diameter can also be determined by the statistical evaluation of the diameter deviations of the measured element holes of the 6 illustrated 6-inch wafers illustrate (see Table 1, Embodiment AB 4 ). Based on an interval set by the 10% quantile down and the 90% quantile up, the width of the interval of the diameter deviations here is 15 μm, ie, 80% of the element holes have diameters of at most 15 μm differ from each other. Based on an interval set by the 2.5% quantile down and the 97.5% quantile up, the width of the interval of the diameter deviations here is 24 μm, ie 95% of the element holes have diameters which are differ by a maximum of 24 μm from each other. Table 1 shows statistical evaluations for two further 6-inch wafers according to the invention (AB 5 and from 6 ).

Zum Vergleich sind in Tabelle 1 ferner statistische Auswertungen für drei 6-Zoll-Wafer aus Glas aus dem Stand der Technik angegeben (VB 1 bis VB 3). Zu erkennen ist, dass diese bei den betrachteten Lochanteilen (80%, 95%, 99%, 100%) jeweils deutlich größere Intervallbreiten aufweisen als die entsprechenden erfindungsgemäßen plattenförmigen Substrate 1. Die Homogenität der Lochdurchmesser der aus dem Stand der Technik bekannten Wafer ist somit wesentlich schlechter.For comparison, in Table 1, statistical evaluations are also given for three 6-inch glass wafers of the prior art (VB 1 to VB 3 ). It can be seen that these have significantly larger interval widths than the corresponding plate-shaped substrates according to the invention in the hole portions considered (80%, 95%, 99%, 100%) 1 , The homogeneity of the hole diameters of the wafers known from the prior art is thus significantly worse.

Wie aus 7 und Tabelle 2 hervorgeht, weisen die Elementlöcher 4 des erfindungsgemäßen plattenförmigen Substrates 1 vorteilhaft auch eine hohe Rundheit auf.How out 7 and Table 2 shows the element holes 4 the plate-shaped substrate according to the invention 1 advantageous also a high roundness on.

Bei dem in 7 dargestellten 6-Zoll-Wafer sind geringe Abweichungen gleichmäßig über die gesamte Fläche der betrachteten ersten Plattenseite 2 verteilt. Die Abweichung der Rundheit der Elementlöcher 4 des gezeigten Wafers (AB 4) liegt hier bei maximal ca. 3,8% (vgl. Tabelle 2). Eine Abweichung der Rundheit von 3,8% bedeutet, dass der maximale radiale Abstand zwischen den zwei konzentrischen Kreisen (errechneter erster Kreis und zweiter Kreis, siehe oben) 3,8% ist.At the in 7 shown 6-inch wafers are small deviations uniformly over the entire surface of the considered first plate side 2 distributed. The deviation of the roundness of the element holes 4 of the shown wafer (AB 4 ) is here at a maximum of about 3.8% (see Table 2). A deviation of roundness of 3.8% means that the maximum radial distance between the two concentric circles (calculated first circle and second circle, see above) is 3.8%.

Für dieses Ausführungsbeispiel beträgt der Durchmesser des errechneten Minimumkreises beispielhaft ca. 600 µm, und die Abweichung von 3,8% beträgt somit ca. 23 µm. Der Rand des erzeugten Elementloches 4 weicht somit an keiner Stelle seines Umfanges um mehr als 11,5 µm von seinem dazugehörigen Minimumkreis nach innen oder außen ab.For this embodiment, the diameter of the calculated minimum circle is for example about 600 microns, and the deviation of 3.8% is thus about 23 microns. The edge of the generated element hole 4 thus deviates at any point of its circumference by more than 11.5 microns from its associated minimum circle to the inside or outside.

8 zeigt eine graphische Darstellung der Rundheitsabweichung der Elementlöcher eines 6-Zoll-Wafers w aus Glas aus dem Stand der Technik. Wie aus der statistischen Auswertung aus Tabelle 2 hervorgeht, liegt die Rundheitsabweichung der ca. 1100 Elementlöcher des in 8 gezeigten 6-Zoll-Wafers, der VB 2 aus Tabelle 1 ist, bei maximal ca. 6,3% bei einem mittleren Lochdurchmesser von 780 µm. Die Rundheitsabweichung der Elementlöcher ist somit wesentlich höher im Vergleich zu den erfindungsgemäßen strukturierten plattenförmigen Substraten (vgl. 5 und 7). Auch die Abweichungsverteilung ist bei dem Wafer w aus dem Stand der Technik sehr inhomogen. Gerade in randlichen Abschnitten x treten hohe Rundheitsabweichungen von mehr als 3% bis kleiner 7% auf. Aber auch in relativ homogenen Bereichen y (mit Abweichungen zwischen 0% und 3%) sind isolierte Inseln z mit hoher Rundheitsabweichung anzutreffen. Tabelle 1: Durchmesserabweichungen (in µm) der Elementlöcher und Intervallbreiten 8" Wafer 6" Wafer StdT 6" Wafer (ca. 4800 Löcher) (ca. 4700 Löcher) (ca. 1100 Löcher) Beispiel AB 1 AB2 AB 3 AB 4 AB 5 AB 6 VB 1 VB 2 VB 3 Quantile: 100,0% 0,023 0,018 0,015 0,013 0,019 0,019 0,027 0,029 0,033 99,5% 0,020 0,015 0,012 0,010 0,015 0,014 0,013 0,022 0,031 97,5% 0,018 0,013 0,010 0,008 0,009 0,010 0,010 0,012 0,029 90,0% 0,014 0,010 0,006 0,005 0,006 0,006 0,006 0,005 0,026 75,0% 0,009 0,006 0,003 0,002 0,003 0,003 0,003 -0,001 0,023 50,0% 0,004 0,002 -0,001 -0,001 0,000 0,001 -0,001 -0,005 0,018 25,0% 0,001 -0,001 -0,004 -0,004 -0,004 -0,003 -0,008 -0,011 0,008 10,0% -0,003 -0,004 -0,007 -0,010 -0,009 -0,008 -0,016 -0,019 -0,003 2,5% -0,006 -0,007 -0,010 -0,016 -0,015 -0,013 -0,023 -0,027 -0,010 0,5% -0,008 -0,010 -0,013 -0,021 -0,020 -0,019 -0,034 -0,035 -0,015 0,0% -0,011 -0,013 -0,019 -0,025 -0,023 -0,025 -0,035 -0,054 -0,032 Intervallbreite (µm) 100% der Löcher 34 31 34 38 42 44 62 83 65 Intervallbreite (µm) 99% der Löcher 28 25 25 31 35 33 47 57 46 Intervallbreite (µm) 95% der Löcher 24 20 20 24 24 23 33 39 39 Intervallbreite (µm) 80% der Löcher 17 14 13 15 15 14 22 24 29 Tabelle 2: Rundheitsabweichung der Elementlöcher (in %) 8" Wafer 6" Wafer 6" Wafer (StdT) Beispiel AB 1 AB 4 VB 2 Quantile: 100,0% 2,1 3,8 6,3 99,5% 1,8 3,0 5,6 97,5% 1,7 2,7 4,4 90,0% 1,5 2,2 2,9 75,0% 1,3 1,8 2,1 50,0% 1,2 1,5 1,3 25,0% 1,0 1,3 0,9 10,0% 0,9 1,2 0,6 2,5% 0,9 1,2 0,5 0,5% 0,8 1,0 0,5 0,0% 0,8 0,7 0,4 8th Fig. 12 is a graph showing the roundness deviation of the element holes of a prior art 6-inch wafer w made of glass. As can be seen from the statistical analysis in Table 2, the roundness deviation of the approximately 1100 element holes of the in 8th shown 6-inch wafers, the VB 2 from Table 1, with a maximum of about 6.3% with a mean hole diameter of 780 microns. The Roundness deviation of the element holes is thus substantially higher in comparison to the structured plate-shaped substrates according to the invention (cf. 5 and 7 ). Also, the deviation distribution is very inhomogeneous in the wafer w from the prior art. Especially in marginal sections x occur high roundness deviations of more than 3% to less than 7%. However, even in relatively homogeneous regions y (with deviations between 0% and 3%) isolated islands z with high roundness deviation can be found. Table 1: Diameter deviations (in μm) of the element holes and interval widths 8 "wafer 6 "wafer StdT 6 "wafer (about 4800 holes) (about 4700 holes) (about 1100 holes) example AB 1 STARTING AT 2 FROM 3 FROM 4 FROM 5 FROM 6 VB 1 VB 2 VB 3 quantile: 100.0% 0.023 0,018 0,015 0,013 0.019 0.019 0.027 0,029 0.033 99.5% 0,020 0,015 0,012 0,010 0,015 0,014 0,013 0,022 0.031 97.5% 0,018 0,013 0,010 0,008 0.009 0,010 0,010 0,012 0,029 90.0% 0,014 0,010 0,006 0.005 0,006 0,006 0,006 0.005 0.026 75.0% 0.009 0,006 0,003 0,002 0,003 0,003 0,003 -0.001 0.023 50.0% 0,004 0,002 -0.001 -0.001 0,000 0.001 -0.001 -0,005 0,018 25.0% 0.001 -0.001 -0,004 -0,004 -0,004 -0.003 -0,008 -0.011 0,008 10.0% -0.003 -0,004 -0.007 -0.010 -0.009 -0,008 -0.016 -0.019 -0.003 2.5% -0.006 -0.007 -0.010 -0.016 -0,015 -0.013 -0.023 -0.027 -0.010 0.5% -0,008 -0.010 -0.013 -0.021 -0.020 -0.019 -0.034 -0.035 -0,015 0.0% -0.011 -0.013 -0.019 -0,025 -0.023 -0,025 -0.035 -0.054 -0.032 Interval width (μm) 100% of the holes 34 31 34 38 42 44 62 83 65 Interval width (μm) 99% of the holes 28 25 25 31 35 33 47 57 46 Interval width (μm) 95% of the holes 24 20 20 24 24 23 33 39 39 Interval width (μm) 80% of the holes 17 14 13 15 15 14 22 24 29 Table 2: Roundness deviation of the element holes (in%) 8 "wafer 6 "wafer 6 "wafer (StdT) example AB 1 FROM 4 VB 2 quantile: 100.0% 2.1 3.8 6.3 99.5% 1.8 3.0 5.6 97.5% 1.7 2.7 4.4 90.0% 1.5 2.2 2.9 75.0% 1.3 1.8 2.1 50.0% 1.2 1.5 1.3 25.0% 1.0 1.3 0.9 10.0% 0.9 1.2 0.6 2.5% 0.9 1.2 0.5 0.5% 0.8 1.0 0.5 0.0% 0.8 0.7 0.4

Im Rahmen der Erfindung wird mit einer Mehrfachsonotrode über einen Zeitraum eine Vielzahl plattenförmiger Substrate 1 strukturiert. Dabei kommt es zu Abnutzungserscheinungen an den Formwerkzeugen. Deren Durchmesser wird durch Verschleiß geringer. Folglich werden die erzeugten Löcher kleiner, der Median der Durchmesser der erzeugten Elementlöcher 4 wird kleiner. Allerdings ändert sich die Breite des Intervalls der Durchmesserabweichungen bei gleichbleibenden Fertigungsbedingungen im Wesentlichen nicht.In the context of the invention, with a multiple sonotrode over a period of time a multiplicity of plate-shaped substrates 1 structured. This leads to signs of wear on the molds. Their diameter is reduced by wear. As a result, the generated holes become smaller, the medians the diameter of the generated element holes 4 gets smaller. However, the width of the interval of diameter deviations does not substantially change under the same manufacturing conditions.

Diese Umstände sind bei der Auslegung des USSL Prozesses zu berücksichtigen, um sicherzustellen, dass im strukturierten Substrat 1 der Median der erzeugten Elementlochdurchmesser einschließlich des Intervalls der Abweichungen in einem kundenseitig vorgegebenen Toleranzbereich für einen Nominal-Lochdurchmesser liegt. Bevorzugt liegen alle erzeugten Elementlöcher in dem entsprechend vorgegebenen Toleranzbereich, d.h. auch solche Elementlöcher, deren Durchmesser durch die jeweils gewählten Quantile bei der Betrachtung der Abweichung unberücksichtigt bleiben. Bei diesen Elementlöchern kann es sich um „Ausreißer“ handeln, die z.B. auf Fehlstellungen der Formwerkzeuge zurückgehen.These circumstances should be taken into account when designing the USSL process to ensure that in the structured substrate 1 the median of the generated element hole diameters including the interval of the deviations is within a customer-specified tolerance range for a nominal hole diameter. Preferably, all the element holes produced lie in the correspondingly predetermined tolerance range, ie also those element holes whose diameter are disregarded by the respectively selected quantiles when considering the deviation. These element holes can be "outliers", for example due to deformities of the molds.

Die durch Abnutzung der Strukturierungswerkzeuge über einen Zeitraum bedingten Änderungen der Lochdurchmesser wurden vorliegend nicht betrachtet. Die hier angegebene erfindungsgemäße Verteilung der Durchmesserabweichungen der Elementlöcher 4 bezieht sich jeweils auf ein plattenförmiges strukturiertes Substrat 1 unabhängig vom Zeitpunkt seiner Herstellung über die Lebensdauer einer Sonotrode. Es ist selbstverständlich, dass die Sonotrode und die USSL-Verfahrensparameter derart auszulegen sind, dass die erzeugten strukturierten plattenförmigen Substrate 1 über die Lebensdauer der Sonotrode den jeweiligen Spezifikationsanforderungen (insbesondere den kundenseitigen Toleranzvorgaben) genügen.The changes in the hole diameter due to wear of the structuring tools over a period of time were not considered here. The inventive distribution of the diameter deviations of the element holes specified here 4 refers to a plate-shaped structured substrate 1 regardless of the time of its manufacture over the life of a sonotrode. It goes without saying that the sonotrode and the USSL process parameters are to be designed such that the structured plate-shaped substrates produced 1 Over the lifetime of the sonotrode the respective specification requirements (in particular the customer's tolerance specifications) are sufficient.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 3557494 [0006]
US 4934103 [0006]

Claims

Plate-shaped substrate (1) structured with ultrasonic lapping blades, having the following features: the substrate (1) has a first plate side (2) and a second plate side (3) lying opposite thereto, the substrate (1) has transverse to the plate sides (2, 3) a number of element holes (4), wherein the number of element holes (4) at least in a partial region of the substrate (1) is between 10 and 50 per cm ² , the element holes (4) are through holes whose diameters have a median, the is in the range of 0.35 mm to 1.2 mm, preferably 0.4 mm to 1.1 mm, wherein, based on a plate side (2, 3), a major amount of at least 80% of the element holes (4) a Diameter whose diameter deviation from the median of the diameter is in an interval with a width of ≤ 20 microns, wherein the interval is bounded below by the 10% quantile and limited upwards by the 90% -quantile of the element holes (4 ).

Plate-shaped substrate after Claim 1 wherein, with respect to a plate side (2, 3), the majority of at least 80% of the element holes (4) has a diameter whose diameter deviation from the median of the diameters is in an interval having a width of ≤ 19 μm, preferably ≤ 18 μm with the interval down bounded by the 10% quantile and bounded above by the 90% quantile of the element holes (4).

Plate-shaped substrate after Claim 1 wherein, based on a plate side (2, 3), a major amount of at least 95% of the element holes (4) has a diameter whose diameter deviation from the median diameter at an interval having a width of ≤ 30 μm, preferably ≤ 27 μm , preferably ≦ 25 μm, the interval being bounded below by the 2.5% quantile and bounded above by the 97.5% quantile of the element holes (4).

Plate-shaped substrate after Claim 1 wherein, based on a plate side (2, 3), a major amount of at least 99% of the element holes (4) has a diameter whose diameter deviation from the median of the diameters is in an interval having a width of ≤ 45 μm, preferably ≤ 40 μm , preferably ≤35 μm, the interval being bounded below by the 0.5% quantile and bounded above by the 99.5% quantile of the element holes (4).

Plate-shaped substrate according to one of the preceding claims, wherein the element holes (4) have a substantially round cross-section and a deviation from the roundness of <4.5%, advantageously <4%, also advantageously <3.5%, preferably <3%, also preferably <2.8%, more preferably <2.6%, preferably <2.4%.

A plate-shaped substrate according to any one of the preceding claims, wherein the substrate (1) has a final thickness d ranging from 0.3 mm to 4 mm, preferably from 0.5 mm to 3 mm.

Plate-shaped substrate according to one of the preceding claims, wherein the hole center distance (6) of the element holes (4) in the range between 1.3 mm and 6.3 mm, preferably in the range between 1.5 mm and 4.5 mm, preferably in the range between 1.8 mm and 3.8 mm, more preferably in the range between 1.8 mm and 2.2 mm.

Plate-shaped substrate according to one of the preceding claims, wherein the hole edge spacing (7) of the element holes (4) is at least 0.75 mm, preferably at least 0.9 mm, preferably at least 1.2 mm.

A plate-shaped substrate according to any one of the preceding claims, wherein the substrate (1) comprises glass.

Plate-shaped substrate after Claim 9 wherein the thermal expansion coefficient α (20-300 ° C) of the glass ranges between 2.7 to 3.5 x 10 ^-6 K ^-1 , preferably in the range between 3.2 x 10 ^-6 K ^-1 and 3.3 × 10 ^-6 K ^-1 .

Plate-shaped substrate after Claim 9 or 10 wherein the glass has an alkali content of at least 2% by weight.

A plate-shaped substrate according to any one of the preceding claims, which is a round wafer, the size of which is preferably 4-inch, 5-inch, 6-inch, 8-inch, 10-inch or 12-inch.