DE202020005535U1

DE202020005535U1 - Hermetisch verschlossene transparente Kavität und deren Umhäusung

Info

Publication number: DE202020005535U1
Application number: DE202020005535.2U
Authority: DE
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2020-01-15
Filing date: 2020-01-15
Publication date: 2021-10-14
Anticipated expiration: 2030-01-16

Abstract

Hermetisch verschlossene Umhäusung (1) umfassend ein Basissubstrat (3) und ein transparentes Abdecksubstrat (5), welche zumindest einen Teil der Umhäusung bilden,
zumindest einen von der Umhäusung umschlossenen Funktionsbereich (12, 13, 13a), wobei das transparente Abdecksubstrat zumindest teilweise und/oder zumindest bereichsweise transparent ist, und/oder für zumindest für einen Wellenlängenbereich transparent ist,
wobei die zumindest zwei Teile der Umhäusung mit zumindest einer Laserbondlinie (8) zu der hermetisch geschlossenen Umhäusung gefügt sind, und den Funktionsbereich hermetisch dicht umschließen, und
wobei das transparente Substrat (4, 5) eine Dicke von unter 300 µm aufweist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine transparente Umhäusung.
Hintergrund und allgemeine Beschreibung der Erfindung
Hermetisch verschlossene Umhäusungen können dafür eingesetzt werden, sensible Elektronik, Schaltkreise oder beispielsweise Sensoren zu schützen. So können medizinische Implantate, beispielsweise im Bereich des Herzens, in der Retina oder für Bio-Prozessoren eingesetzt werden. Es sind Bio-Prozessoren bekannt, welche aus Titan angefertigte Umhäusungen benutzen und eingesetzt werden.
Sensoren können mit einer erfindungsgemäßen Umhäusung für besonders widrige Umweltbedingungen geschützt werden. In diesen Bereich fallen beispielsweise auch MEMS (Mikro-Elektro-Mechanische-Systeme), Barometer usw.
Ein weiteres Feld für den Einsatz einer erfindungsgemäßen Umhäusung lässt sich in einer Hülle für ein Smartphone, im Bereich von Virtual Reality-Brillen und ähnliches Gerät finden. Eine erfindungsgemäße Umhäusung kann auch für die Herstellung von Flusszellen bspw. im Rahmen der Elektromobilität zum Einsatz kommen. Aber auch in der Luft- und Raumfahrt, in Hochtemperaturanwendungen und im Bereich der Mikrooptik sind erfindungsgemäße Umhäusungen einsetzbar.
Den vorgenannten Einsatzzwecken ist gemein, dass an die Elektronik hohe Anforderungen hinsichtlich ihrer Robustheit gestellt werden. Die Elektronik ist also vor widrigen Umwelteinflüssen zu schützen. Darüber hinaus ist ggf. die Anforderung gestellt, dass ein Austausch mit dem Innenbereich der Umhäusung, also der von der Umhäusung gebildeten Kavität, also beispielsweise mit elektromagnetischer Strahlung insbesondere im sichtbaren Bereich und/oder im Bereich der Mikrowellenstrahlung gewährleistet ist, also die Umhäusung zumindest teilweise und/oder zumindest bereichsweise transparent ist. Die Transparenz beispielsweise zumindest für einen Wellenlängenbereich elektromagnetischer Strahlung erlaubt Kommunikationsverfahren, Daten- oder Energieübertragung sowie Messungen, insbesondere optische Messungen von und mit der in der Kavität angeordneten Elektronik bzw. dem Sensor.
Es ist grundsätzlich bekannt, mehrere Teile zusammenzufügen und diese Teile so anzuordnen, dass in einem Zwischenraum ein Aufnahmebereich entsteht, in welchem Komponenten beherbergt werden können. Beispielsweise zeigt das Europäische Patent EP 3 012 059 B1 aus dem Hause Schott Primoceler Oy ein Verfahren zur Herstellung eines transparenten Teils zum Schützen eines optischen Bauteils. Es wird dabei ein neuartiges Laser-Verfahren eingesetzt.
Die vorliegende Erfindung baut auf den Fortschritten im Hause SCHOTT auf. Die vorliegende Erfindung ist daher in dem Rahmen zu sehen, dass Umhäusungen verbessert und insbesondere widerstandsfähiger aufgebaut werden. Dadurch lässt sich die Robustheit gegenüber Umwelteinflüssen und beispielsweise auch mechanischen Belastungen erhöhen.
Ein weiterer Teilaspekt der vorliegenden Erfindung ist es, die Vereinzelung der Umhäusungen zu verbessern, um die Wahrscheinlichkeit von Ausbrüchen an Ecken und Kanten der Umhäusungen zu verringern, also gleichfalls robustere Umhäusungen zu erhalten.
Vor dem Hintergrund, dass sowohl Materialeigenschaften beispielsweise hinsichtlich der Biokompatibilität, aber auch Materialkombinationen für den späteren Einsatz entscheidend sein können, ist schließlich ein weiterer Teilaspekt der vorliegenden Erfindung, die Anzahl einzusetzender Materialien und/oder Verbindungsmaterialien zu reduzieren.
Noch ein weiterer Teilaspekt der vorliegenden Erfindung ist es, eine Umhäusung bereitzustellen, welche eine beliebige äußere Kontur aufweisen kann.
Durch Verwendung von z.B. lithographischen Verfahren werden Freiheitsgrade eröffnet, die über das hinausgehen, was übliche Trennverfahren wie z.B. Wafersägen erlauben. So ist es z.B. möglich, nahezu beliebige geometrische Konturen zu erzeugen und damit Passungen zu bereits vorhandenen komplementären Strukturen ermöglichen, wie sie in der Biologie oft vorhanden sind, insbesondere als Beispiel Kavitäten in Knochenstrukturen.
Mit anderen Worten liegt der Erfindung also die erste Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Umhäusung für eine Kavität bereitzustellen, um noch widrigeren Umweltbedingungen und Einflüssen standzuhalten und darüber hinaus die zweite Aufgabe, für eine Umhäusung eine möglichst freie Wahl von äußeren Formen bzw. Konturen und/oder Abmessungen zu ermöglichen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, die Verbesserung der Umhäusung besonders kostengünstig, aber auch zuverlässig und langlebig bereitzustellen, da sich auch die verbesserte Umhäusung in der Konkurrenzsituation des Marktes behaupten muss.
Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung ist es für das Verständnis nützlich, ein Verfahren zum Bereitstellen einer Mehrzahl von hermetisch dichten Umhäusungen zu beschreiben. Obzwar auch ohne Schwierigkeit das Verfahren so geändert werden könnte, dass lediglich eine einzelne Umhäusung mit dem Verfahren hergestellt wird, ist es unter wirtschaftlichen Erwägungen sinnvoll, im gleichen Prozessablauf eine Mehrzahl von Umhäusungen herzustellen, da sich hierdurch Zeit, Aufwand und Rohstoffmaterial einsparen lässt.
Eine hermetisch verschlossene Umhäusung gemäß der Erfindung umfasst zumindest ein Basissubstrat und ein Abdecksubstrat, also ein erstes und ein zweites Substrat, welche zumindest einen Teil der Umhäusung bilden. Die Umhäusung umfasst ferner zumindest einen von der Umhäusung umschlossenen Funktionsbereich, insbesondere eine hermetisch verschlossene Beherbergungskavität zur Aufnahme eines Beherbergungs-Objekts wie einem elektronischen Schaltkreis, einem Sensor oder MEMS.
Das Abdecksubstrat umfasst dabei bevorzugt ein glasartiges Material, oder ein zumindest bereichsweise und zumindest für einen Wellenlängenbereich transparentes Material.
Die zumindest zwei Teile der Umhäusung sind mit zumindest einer Laserbondlinie zu der hermetisch geschlossenen Umhäusung gefügt.
Das Abdecksubstrat kann dabei sowohl den seitlich umlaufenden Rand als auch die Oberseite der Umhäusung einstückig ausbilden und das Basissubstrat ist mit dem Abdecksubstrat mit derselben Laserbondlinie miteinander hermetisch gefügt, so dass jede Umhäusung nur aus zwei Teilen gebildet wird.
Die hermetisch verschlossene Umhäusung kann alternativ oder kumulativ ein Zwischensubstrat umfassen, welches den oder einen Teil des umlaufenden Randes der transparenten Umhäusung bildet.
Die Umhäusung weist in einer Ausführungsform der Erfindung an ihrem Rand oder an den umlaufenden Rändern und/oder an ihren Kanten einen Flankenwinkel zur Senkrechten auf die Oberfläche des zweiten Teils auf, welcher zwischen 10 bis 45 Grad liegt, bevorzugt zwischen 15 und 30 Grad, weiter bevorzugt zwischen 18 und 25 Grad zur Senkrechten auf die Oberfläche des zweiten Teils.
Die zumindest eine Laserbondlinie kann des Weiteren den Funktionsbereich in einem Abstand DF umlaufend umschließen. Des Weiteren kann die Kavität eine Tiefe in Richtung zur Senkrechten auf die Oberfläche des transparenten Teils aufweisen, und die Tiefe der Kavität über die Fläche der Kavität insbesondere um weniger als 30% schwanken, bevorzugt um weniger als 15% der Tiefe. Gegebenenfalls kann dabei die Tiefe der Kavität über die Fläche der Kavität um mehr als 10%, oder um mehr als 5%, oder mehr als 2% schwanken.
Bevorzugt ist zumindest eines der Substrate, das heißt insbesondere das Abdecksubstrat, zumindest bereichsweise und zumindest für einen Wellenlängenbereich transparent. Dann kann durch diesen Bereich, also insbesondere durch das Abdecksubstrat, Strahlung hindurchtreten, insbesondere in die Kavität eindringen um dort gemessen oder verarbeitet zu werden. Das zumindest eine transparente Substrat, welches dazu hergerichtet ist, Strahlung durchzulassen, ist bevorzugt aus Glas, Glaskeramik, Silizium oder Saphir oder einer Kombination der vorgenannten Materialien aufgebaut.
Die hermetisch verschlossene Umhäusung ist insbesondere mittels eines Laser-Fügeverfahrens zu der hermetisch geschlossenen Umhäusung gefügt, indem mittels der zumindest einen Laserbondlinie das Basissubstrat, das Abdecksubstrat und ggf. ein oder mehrere Zwischensubstrate miteinander gefügt sind.
Der Funktionsbereich kann in vorteilhafter Weise mittels eines abrasiven Verfahrens in das Abdecksubstrat und/oder in das Basissubstrat eingebracht werden. Mit anderen Worten wird mittels eines abrasiven Mittels Material aus dem Substrat herausgelöst, so dass sich in diesem Bereich eine Vertiefung bildet, welche als Funktionsbereich bzw. Kavität herangezogen werden kann. Auch ist es möglich, die hermetisch verschlossene Umhäusung mittels eines abrasiven Verfahrens von anderen hermetisch verschlossenen Umhäusungen zu vereinzeln, also das Abrasivmittel als Trennmittel bzw. Schneidmittel zu verwenden.
Jede Umhäusung weist einen Funktionsbereich wie insbesondere eine Kavität auf, welcher insbesondere von einem seitlich umlaufenden Rand, einer Unterseite sowie einer Oberseite der Umhäusung umschlossen ist. Mit anderen Worten wird der Funktionsbereich bzw. die Kavität von der Umhäusung allseits umschlossen. Dabei bildet die Umhäusung für die Kavität typischerweise den umlaufenden Rand, die Unterseite und die Oberseite aus.
Im Sinne dieser Anmeldung ist „Unterseite“ bzw. „Oberseite“ ein geometrisches Konstrukt, die im Hinblick auf die endgültige Lage der Umhäusung auch jede andere Seite sein kann. Es kann alternativ die Oberseite als eine erste Seite beschrieben werden, die Unterseite als eine zweite, der ersten Seite gegenüberliegende Seite und der „Rand“ als der Zwischenbereich zwischen erster und zweiter Seite, wobei der Rand typischerweise im Wesentlichen senkrecht auf die erste und/oder die zweite Seite steht. Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern und die Erfindung an eine typische Beschreibung anzunähern wird im Weiteren jedoch - wie erläutert - „Oberseite“, „Unterseite“ und „umlaufender Rand“ verwendet.
Die Oberseite der Kavität kann dann von einer Oberschicht wie einem ersten Substrat, Scheibchen oder Plättchen, insbesondere einem Abdecksubstrat gebildet werden. Der umlaufende Rand der Kavität kann ferner beispielsweise von einem zweiten oder mittleren Substrat, Scheibchen oder Plättchen gebildet werden, wobei das zweite Substrat ein „Loch“ aufweist und dieses Loch die spätere Kavität darstellt. Der umlaufende Rand wird im Rahmen der Erfindung bevorzugt von der Oberschicht bzw. Abdecksubstrat mitgebildet, wobei die Kavität aus der Oberschicht herausgearbeitet wird. Die Unterseite der Kavität kann schließlich von einer Unterschicht, Substrat, Scheibchen oder Plättchen gebildet sein, indem die Unterschicht unterhalb der Zwischenschicht angeordnet wird. Auch in der Unterschicht kann eine Kavität oder eine Teilkavität bzw. allgemein ein Funktionsbereich herausgearbeitet sein.
Die Kavitäten sind insbesondere als Beherbergungskavitäten ausgebildet; das bedeutet, dass in den jeweiligen Kavitäten beispielsweise elektronische Schaltkreise, Sensoren oder MEMS eingesetzt werden können. Diese vorgenannten Geräte, wie insbesondere elektronische Schaltkreise, Sensoren oder MEMS, sind daher von der Umhäusung allseits umschlossen, da sie innerhalb der Beherbergungskavität angeordnet sind.
Im Verfahren zur Erläuterung einer Möglichkeit der Herstellung der Erfindung wird zumindest ein transparentes Substrat sowie ein zweites Substrat bereitgestellt, wobei die zumindest zwei Substrate direkt aneinander oder aufeinander angeordnet werden. Mit anderen Worten werden die zumindest zwei Substrate so aneinander angeordnet bzw. angebracht, dass sie flächig aneinander zu liegen kommen, ohne dass andere Schichten zwischen den zumindest zwei Substraten vorhanden sind. Möglicherweise sind aus technischen Gründen geringste Gaseinschlüsse zwischen den Substratschichten nicht zu vermeiden, die sich auch aus eventuellen Unebenheiten der Substratschichten ergeben können. Beispielsweise kann durch eine Druckerhöhung, die insbesondere durch ein Pressen der zumindest zwei Substrate aufeinander oder eine Oberflächenbehandlung der Substratschichten, wie einem Schleifprozess, die Menge des zwischen den flächig aufliegenden Substratschichten (d.h. besonders der Kontaktfläche) eingeschlossenen Gases weiter reduziert werden. Das vorherige Evakuieren ist vorteilhaft. Auch eine Befüllung mit einer Gasart oder auch einer Flüssigkeit kann je nach Prozessparametern und einzusetzenden Materialien vorteilhaft sein.
So ist es besonders bevorzugt, wenn der möglicherweise auftretende Spalt zwischen den Substraten kleiner oder gleich 5 µm dick ist, weiter bevorzugt kleiner oder gleich 1 µm. Dann ist es möglich, mit dem Laser derart zu fügen, dass die Fügezone zwischen 10 bis 50 µm Dicke aufweist und somit eine hermetische Versiegelung sichergestellt ist.
Von dem zumindest einem transparenten Substrat wird der jeweilige Rand und die jeweilige Oberseite der jeweiligen Umhäusung der zu dichtenden Kavitäten gebildet. Von dem zweiten Substrat wird die jeweilige Unterseite der jeweiligen Umhäusung gebildet, wobei zwischen den zumindest zwei Substraten jeweils eine Kontakt- oder Grenzfläche gebildet wird, so dass jede Umhäusung zumindest eine Kontaktfläche aufweist. Eine Kontaktfläche kann sich über eine ganze Oberfläche des jeweiligen Substrats erstrecken. Zu jeder Umhäusung wird hier zumindest eine Kontaktfläche zugeordnet. Das bedeutet, dass auch, wenn das transparente Substrat als Ganzes betrachtet eine Kontaktfläche aufweist, die sich über die gesamte Oberfläche des Substrats erstreckt und die an dem zweiten Substrat zu liegen kommt, diese Kontaktfläche gedanklich auf jede Umhäusung aufgeteilt bzw. unterteilt wird, so dass jede Umhäusung ein Teil dieser Kontaktfläche zugeordnet ist.
Eine Kontaktfläche muss nicht optisch transparent sein. Ggf. ist es vorteilhaft, wenn das untere Substrat im sichtbaren Wellenlängenbereich opak ausgebildet ist. Lediglich das obere Substrat, durch welches der Laser durchtritt, um zu der Kontaktfläche zu gelangen, weist zumindest ein spektrales „Fenster“ auf, so dass zumindest die Wellenlänge des eingesetzten Lasers durch das Substrat zumindest teilweise oder zumindest bereichsweise hindurchtreten kann. Die Kontaktfläche ist so beschaffen, dass der Laser an dieser eine Energiedeposition vollziehen kann. Beispielsweise können die Oberflächen der beiden aneinanderliegenden Substrate angesprengt sein, und weiter beispielsweise eine Rauheit im nm-Bereich aufweisen. An dieser Fläche wird der Laser zumindest teilweise absorbiert, so dass dort Energie eingebracht werden kann. Generell ist eine Kontaktfläche im Sinne dieser Anmeldung als eine Fläche zu verstehen, an welcher der eintreffende Laserstrahl Energie deponieren kann und so ein Fügeprozess entlang der Kontaktfläche durchgeführt werden kann. Ein einfacher Fall einer solchen Grenzfläche ist die Kontaktfläche zwischen zwei aneinanderliegenden Substraten.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind alle Substratschichten transparent, so dass sowohl Unterseite, Rand als auch Oberseite und somit die Umhäusung vollständig aus transparentem Material besteht.
Die Substrate werden aneinandergefügt, um eine gemeinsame Umhäusung zu bilden und um die Kavitäten hermetisch dicht zu verschließen. Der Schritt hermetisch dichtes Verschließen der Kavitäten kann durch Fügen der zumindest zwei Substrate entlang der Kontaktfläche jeder Umhäusung durchgeführt werden. Dies kann in vorteilhafter Weise mittels eines Laser-Fügeverfahrens durchgeführt werden. Mit anderen Worten kann mittels eines Lasers im Bereich der Kontaktfläche Energie deponiert werden, und zwar derart lokal, dass von einem Kalt-Fügeverfahren gesprochen wird. Die zum Fügen bereitgestellte Wärmeenergie wird also konzentriert auf den Verlauf der Kontaktfläche gerichtet und diffundiert nur vergleichsweise langsam in das übrige Material der Umhäusung, so dass insbesondere kein signifikanter Temperaturanstieg in der Kavität auftritt. Dies schützt die in der Kavität angeordnete Elektronik vor einer Überhitzung.
Vermittels des Lasers wird dabei lokal im Bereich der jeweiligen Umhäusung entlang der Kontaktfläche Material der beiden Substrate angeschmolzen, so dass sich die zumindest zwei Substrate lokal verbinden. Der Fachmann kann hierfür beispielsweise auf die EP 3 012 059 B1 zurückgreifen, die hiermit durch Referenz inkorporiert wird.
Die Substrate können vor dem Schritt Fügen der zumindest drei Substrate entlang der Grenzflächen jeder Umhäusung mittels Ansprengens zumindest temporär miteinander verbunden werden.
Das zumindest eine transparente Substrat kann zwei aneinander liegende transparente Substrate umfassen. Beim Einsatz von zwei transparenten Substraten, eines zum Bilden des Randes und ein zweites zum Bilden der Oberseiten der Kavitäten, sind jeder Umhäusung also zwei umlaufende Kontaktflächen zugeordnet. Die jeweilige Kavität wird in diesem Fall vorzugsweise dadurch hermetisch dicht verschlossen, indem entlang der beiden Grenzflächen mit dem Laser-Fügeverfahren gefügt wird. Die beiden transparenten Substrate, wie auch das zweite Substrat, werden hierbei fest miteinander verschweißt sowie die Kavitäten hermetisch dicht versiegelt.
Die jeweilige Umhäusung wird mittels eines Schneid- oder Abtrennschritts vereinzelt. Das bedeutet, dass die Substrate so geschnitten bzw. getrennt werden, dass jede Umhäusung von dem übrigen Material vereinzelt wird.
Bei dem Verfahren wird ein Partikelstrahl eingesetzt, um von dem transparenten Substrat mittels des Partikelstrahls Material abrasiv abzutragen.
In einem Beispiel werden die zumindest zwei Substrate in der bevorzugten Form eines Waferstapels mit zumindest zwei Wafern bereitgestellt. Aus den Wafer bzw. dem Waferstapel kann dann gemeinsam im gleichen Arbeitsprozess eine Mehrzahl hermetisch dichter Umhäusungen hergestellt werden. Diese Vorgehensweise hat sich als besonders ökonomisch herausgestellt, da ein besonders geringer Verschnitt der Wafer und damit ein besonders geringer Materialverlust einhergeht. Mit anderen Worten wird aus einem Waferstapel eine Mehrzahl von hermetisch dichten Umhäusungen herausgeschnitten, wobei je nach Schnitt eine gewisse Menge an Materialverlust einhergeht. Durch die Art des Schneidverfahrens wie auch Größe und Anordnung der Umhäusungen lässt sich der Materialverlust minimieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das transparente Substrat mittels des Partikelstrahls zur Erzeugung der jeweiligen Kavität ausgehöhlt. Der Partikelstrahl umfasst dabei insbesondere ein für das transparente Substrat abrasives Strahlmittel, beispielsweise Siliziumkarbid (SiC), Korund (AI203), Granate, Carbide wie WC oder TiC, etc., d.h. beispielsweise ein Material, welches härter ist als das Material des transparenten Substrats.
Der Strahlfluss, Strahlform (Strahlprofil) bzw. die Strahlmenge kann anhand der Zielgröße, also insbesondere der Größe des Wafers bzw. des Substrats zur Herstellung der Umhäusungen, eingestellt werden.
Mit anderen Worten wird der Partikelstrahl so auf das transparente Substrat gerichtet, dass dieser von dem transparenten Substrat Material abträgt und durch diese Art der Aushöhlung die Kavität im transparenten Substrat hergestellt wird. In dieser Ausführungsform kann in vorteilhafter Weise das transparente Substrat eine größere Dicke aufweisen, um im Inneren des Substrats einen größeren Raum für die Aushöhlung der Kavität bereitzustellen, indem die Tiefe der Kavität bei dickeren Substraten erhöht werden kann. Der Partikelstrahl wird dabei über die Oberfläche des transparenten Substrats gefahren, um möglichst gleichmäßig von dem transparenten Substrat Material abzutragen und somit eine möglichst homogene Abtragtiefe in dem transparenten Substrat einzustellen. Die Größe bzw. Fläche der Kavität lässt sich hierbei dadurch einstellen, über welche Fläche der Partikelstrahl über das transparente Substrat gefahren wird. Der Partikelstrahl wird hierbei von einer Seite auf das transparente Substrat gerichtet und beispielsweise sukzessive über die Oberfläche des transparenten Substrats derart gefahren, dass die Kavität in dem transparenten Substrat herausgearbeitet wird. In dem Beispiel, dass das transparente Substrat in Form eines Wafers bereitgestellt wird, kann mittels des Partikelstrahls eine Mehrzahl von Kavitäten in dem Wafer erzeugt werden, indem der Partikelstrahl an unterschiedliche Orte auf dem Wafer gerichtet wird und dabei Zwischenräume verbleiben, auf die der Partikelstrahl nicht gerichtet wird. Diese Zwischenräume bilden später die umlaufenden Wände der Kavitäten.
Alternativ oder kumulativ kann ein Lack auf einem Bereich der Oberfläche des Substrats aufgetragen werden, insbesondere kann der Lack strukturiert aufgetragen werden, weiter insbesondere mittels Lithographie. Der Lack kann z.B. in dünnen Stegen aufgetragen werden. Der Lack schützt die Substratoberfläche vor dem Abtrag, so dass mit fortgesetztem Abtrag in den ungeschützten Bereichen die Kavitäten entstehen und in den vom Lack geschützten Bereichen beispielsweise Stege verbleiben.
Das transparente Substrat weist eine Substratdicke auf. Es ist bevorzugt, dass der Partikelstrahl von dem transparenten Substrat im Bereich der jeweiligen Kavität zumindest 30 % der Substratdicke entfernt, bevorzugt zumindest 50 %, weiter bevorzugt 70 % oder mehr der Substratdicke zur Erzeugung der Kavität in dem transparenten Substrat entfernt. Der Partikelstrahl trägt von der Substratdicke des transparenten Substrats in einer Ausführungsform zumindest 100 µm, bevorzugt zumindest 150 µm, weiter bevorzugt zumindest 200 µm, besonders bevorzugt zumindest 250 µm, ab.
Der Partikelstrahl wird in dieser Ausführungsform also derart geführt, dass eine Abtragtiefe in dem transparenten Material erreicht wird, die eine möglichst gleichmäßige Tiefe aller Kavitäten in einem Substrat bereitstellt. Die Tiefe der Kavität schwankt dabei bevorzugt über die Fläche der Kavität um weniger als 30 % der Tiefe, weiter bevorzugt um weniger als 15 % der Tiefe. Gegebenenfalls schwankt die Tiefe der Kavität über die Fläche der Kavität, um mehr als 5 %, eventuell mehr als 2 %, in analoger Weise kann die Tiefe verschiedener Kavitäten innerhalb eines Substrats schwanken.
Das zumindest eine transparente Substrat besteht bevorzugt als Glas, Glaskeramik, Silizium, Saphir oder einer Kombination der vorgenannten Materialien. Beispielsweise ist eine solche Glaskombination Glas/Silizium-Kombination, Glas/Silizium/Saphir-Kombination oder Silizium/Saphir-Kombination. Das oder die weiteren Substrate können auch Al2O3, Saphir, Si3N4 oder AIN umfassen bzw. daraus bestehen. Durch die Kombination eines transparenten Substrats mit einem verschiedenartigen Substrat können z.B. Halbleitereigenschaften realisiert werden; Auch Beschichtungen können eingesetzt werden, z.B. piezoresistive Si-Schichten insbesondere für die Drucksensorik, oder dickere Schichten für mikromechanische Anwendungen wie Pulsmessung über ein MEMS.
Alternativ besteht zumindest ein Substrat bzw. Wafer aus einem Material, was sich von dem des transparenten Substrats unterscheidet. So kann das Substrat, welches die Unterseite der Kavitäten bildet, aus einem optisch nicht transparenten Material bereitgestellt werden, welches ggf. andere Eigenschaften aufweist, wie insbesondere elektrische Leitfähigkeit oder elektrische Isolation. Der Rand und die Oberseite der Umhäusungen sind hingegen bevorzugt aus transparentem Material bereitgestellt. Weiter bevorzugt ist es, alle Substrate aus transparentem Material bereitzustellen. Bei einer transparenten Umhäusung aus Glas oder überwiegend aus Glas, insbesondere aus Borosilikatglas, ist es besonders vorteilhaft, dass dies chemisch inert ist.
Das oder die Substrate können auch eine Beschichtung aufweisen. AR-Coatings, Schutzbeschichtungen, bioaktive Filme, optische Filter, leitfähige Schichten z.B. aus ITO oder Gold sind beispielsweise einsetzbar, solange sichergestellt ist, dass im Bereich der Einstrahlung für den Laser eine Transparenz bzw. zumindest teilweise Transparenz für die eingesetzte Laserwellenlänge vorliegt.
Der Schritt Vereinzelung der jeweiligen Umhäusung kann bevorzugt mittels eines Partikelstrahl-Schneidprozesses durchgeführt werden. Hierbei wird von der Umhäusung derart Material abrasiv abgetragen, bis die Umhäusung vereinzelt ist.
Beispielsweise kann hierbei ein Partikelstrahl eingesetzt werden, der umlaufend um die Kavität herumgeführt wird, und dies ggf. mehrfach, bis an der Spur, die der Partikelstrahl an der Umhäusung abträgt, die Dicke der Umhäusung erreicht und somit ein Abtrennen von dem die Umhäusung umgebenden Material erreicht ist. Mit einem solchen Partikelstrahl kann punktuell bzw. linienartig auf das Substrat eingewirkt werden, um die abrasive Wirkung dort zu verstärken und somit schneller eine Schneidwirkung zu erzielen.
Es wird bevorzugt, einen Partikelstrahl mit flächiger Abtragwirkung einzusetzen. Der Partikelstrahl weist bevorzugt eine gute Homogenität über eine Auftragsfläche auf, wobei die Auftragsfläche groß sein kann im Vergleich zu der Größe einer einzelnen Kavität. Mit anderen Worten wird es bevorzugt, ein abrasives Verfahren derart einzusetzen, dass die gesamte oder ein Großteil der Oberfläche einer Seite des abzutragenden Substrats gleichzeitig abgetragen wird, also die Oberfläche nicht bereichsweise, sondern als Ganzes abgetragen wird. Hierfür kann ein Partikelstrahl mit großer Flächenwirkung eingesetzt werden. Um bei diesem Fall Bereiche zu schützen, die nicht abgetragen werden sollen, können diese Bereiche mit einem Schutzmittel versehen werden, beispielsweise einem Schutzlack.
Der Partikelstrahl kann abwechselnd auf die Oberseite des transparenten Substrats und auf die Unterseite des Substrats gerichtet werden, so dass die Umhäusung sowohl von der Oberseite her als auch von der Unterseite her vereinzelt wird bzw. dort Material abgetragen wird. Mit anderen Worten fungiert der Partikelstrahl als Schneidmittel, mit welchem ein Schnitt in das Substrat geführt werden kann. Bei ausreichender Strahlführung des Partikelstrahls, beispielsweise hinsichtlich der Strahlstärke und Strahlintensität, wird sich ein Schneidverhalten einstellen, wobei kontinuierlich Material von der Umhäusung abgetragen wird.
Es wird der Partikelstrahl in seiner Funktion als Schneidprozess dabei daher in einem Beispiel flächig auf das transparente Substrat gerichtet, um auf der Auftragsfläche auf dem Substrat - das ist bevorzugt eine ganze Seite des Substrats - die abrasive Wirkung und eine Schneidwirkung zu erzielen. Beispielsweise mittels Kombination mit dem zuvor erläuterten Lackauftrag kann das flächige Strahlverfahren eingesetzt werden, bei dem der Bereich nicht abgetragen wird, der durch den Lack geschützt ist. Gegebenenfalls kann bei Einsatz eines flächigen Strahlverfahrens die Tiefe der Kavitäten besser egalisiert werden.
Es ist besonders bevorzugt, dass der Partikelstrahl an der Umhäusung im Schneidverfahren einen Flankenwinkel zur Senkrechten auf die Oberfläche des transparenten Substrats einstellt, der zwischen 10 bis 45°, bevorzugt zwischen 15 und 30°, weiter bevorzugt zwischen 18 und 25° zur Senkrechten auf die Oberfläche des transparenten Substrats beträgt. Der Partikelstrahl kann so geführt werden, dass die äußere Kontur der Umhäusung frei bestimmt werden kann. Mit anderen Worten hängt die Kontur der Umhäusung lediglich noch davon ab, wie der Partikelstrahl über das Substrat gefahren wird. Hierbei sind, beispielsweise im Unterschied zum Stand der Technik mit seinen bekannten Schneidverfahren, freie Formgebungen dahingehend möglich, dass nicht nur quadratische Formen, sondern beispielsweise runde Formen erstellt werden können, die beispielsweise für die Herstellung von Linsen vorteilhaft sind. Weiter können auch ovale oder hexagonale Formen, rechteckige Formen und jede andere äußere Kontur einer Umhäusung hergestellt werden.
Das transparente Substrat weist typischerweise eine Dicke von unter 500 µm auf. Bevorzugt liegt die Dicke des transparenten Substrats unter 300 µm, weiter bevorzugt unter 120 µm und noch weiter bevorzugt unter 80 µm.
Zumindest eines aus seitlich umlaufendem Rand, Unterseite oder Oberseite sind hierbei zumindest bereichsweise für einen Wellenlängenbereich transparent. Mit anderen Worten ist es ausreichend, wenn zumindest ein Teilelement der Umhäusung zumindest an einem Teilbereich des Teilelements für einen bevorzugten Wellenlängenbereich transparent ist, wobei der Wellenlängenbereich im Vorhinein bekannt ist und das Material entsprechend auf die einzusetzende Wellenlänge des Lasers eingestellt werden kann, wenn dies gewünscht ist.
Die Umhäusung ist mit einem Laser-Fügeverfahren zu der hermetisch geschlossenen Umhäusung gefügt. Mit anderen Worten bestehen Rand, Unterseite und Oberseite bevorzugt aus mehr als einem Teil, beispielsweise zwei oder drei Teilen oder auch mehr, und wobei die Teile miteinander Lasergefügt sind zur Fertigstellung der Umhäusung.
Die Umhäusung kann in einer weiteren Ausführungsform zumindest teilweise und/oder bereichsweise chemisch gehärtet sein, beispielsweise wie dies in der SCHOTT-eigenen
Patentanmeldung DE 10 2019 119 195 beschrieben wird, wobei die vorgenannte Offenbarung hiermit durch Referenz inkorporiert wird. Beispielsweise ist eine Oberfläche der Umhäusung, d.h. beispielsweise die Oberseite, chemisch gehärtet. Es können auch Oberseite und Rand chemisch gehärtet sein. Besonders bevorzugt sind sowohl Oberseite, als auch Rand, als auch Unterseite chemisch gehärtet, so dass sowohl die jeweilige Oberfläche von Oberseite bzw. Unterseite chemisch gehärtet ist, als auch die jeweilige Kante, das heißt der Rand.
Ebenfalls im Rahmen der Erfindung liegt eine transparente Umhäusung mit einer hermetisch verschlossenen Beherbergungskavität zur Aufnahme eines Beherbergungsobjekts. Ein Beherbergungsobjekt ist beispielsweise ein elektronischer Schaltkreis, ein Sensor oder MEMS.
Eine solche Umhäusung kann beispielsweise als medizinisches Implantat oder als Sensor, insbesondere als Drucksensor bzw. Barometer, Blutgassensor oder Glukosesensor verwendet werden.
Die transparente Umhäusung gemäß der Erfindung umfasst einen aus einem ersten Teil gefertigten seitlich umlaufenden Rand aus transparentem Material sowie eine aus einem zweiten Teil gefertigte Unterseite, die gemeinsam die Beherbergungskavität vollständig umschließen. Die zumindest zwei Teile der Umhäusung sind mit einem Laser-Fügeverfahren zu der hermetisch geschlossenen Umhäusung gefügt.
Das erste Teil ist mit dem seitlichen umlaufenden Rand und der Oberseite der Umhäusung einstückig ausgebildet, so dass jede Umhäusung nur aus zwei Teilen gebildet wird. Mit anderen Worten sind zwei Substrate vorgesehen, wobei das erste Substrat in seinem Inneren eine ausgehöhlte Kavität aufweist und diese ausgehöhlte Kavität von dem zweiten Substrat verschlossen wird. Das transparente Substrat, welches den seitlich umlaufenden Rand und die Oberseite der Kavität bildet, zusammen mit dem zweiten Substrat, welches die Unterseite der Kavität bereitstellt, bilden gemeinsam die transparente Umhäusung aus zwei Teilen.
In einem Beispiel weist die Umhäusung an ihrem Rand oder an den umlaufenden Rändern einen Flankenwinkel zur Senkrechten auf die Oberfläche des zweiten Teils zwischen 10 bis 45° auf, bevorzugt zwischen 15 und 30°, weiter bevorzugt zwischen 18 und 25° zur Senkrechten auf die Oberfläche des zweiten Teils. Derselbe Winkel kann an den Kanten der Umhäusung eingestellt werden, wobei es bevorzugt ist, wenn sowohl an allen umlaufenden Rändern wie auch an den Kanten eine durchgehende Flanke ausgebildet wird, welche die vorgenannten Winkel aufweist, wodurch die Kante der Umhäusung entschärft wird.
Die Umhäusung kann beispielsweise eine Größe von 3x3 mm oder weniger aufweisen, insbesondere weist die Beherbergungskavität einen Durchmesser von kleiner oder gleich 2 mm auf. Beispielsweise kann eine Umhäusung auch eine Größe von 0,2x0,2mm oder kleiner aufweisen. Andererseits kann die Umhäusung je nach Einsatzgebiet aber durchaus auch größer hergestellt werden, mehrere Zentimeter Länge und mehr ist möglich. Eine Größenbegrenzung aus der Praxis, die sich durch das bevorzugte Herstellungsverfahren bedingt, die jedoch nicht per se als Größenbeschränkung verstanden werden darf, besteht einfach in der Größe der zu schneidenden Wafer. Der Einsatz von Wafern zur Herstellung ist jedoch nur als Beispiel zu verstehen. Es ist durchaus möglich, beispielsweise Glasplatten zur Herstellung der Umhäusung einzusetzen, die auch größere Abmessungen als typische Wafergrößen aufweisen kann.
Figurenliste
Es zeigen:

1a Aufsicht auf die geöffnete Beherbergungskavität,
1 b 3D-Ansicht einer geschlossenen Umhäusung,
1 c weitere Ansicht auf eine geöffnete Beherbergungskavität,
2 Detailausschnitt aus dem Fügebereich einer Umhäusung mit drei Substraten,
3 eine Aufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer Umhäusung,
4a - 6 Schnitte entlang der Linien A->B bzw. C->D von Ausführungsformen einer wie in 3 gezeigten Umhäusung,
7 ein Verfahren zur Vereinzelung einer erfindungsgemäßen Umhäusung,
8 ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Umhäusung,
9 Schnittansicht durch eine Umhäusung mit drei Substratlagen,
10 Schnittansicht durch eine weitere Ausführungsform der Umhäusung mit zwei Substratlagen,
11 Schnittansicht für ein typisches Kantenprofil,
12a beispielhafte Form eines Wafers mit freier Formgebung,
12b beispielhafte runde Umhäusung,
12c beispielhafte ovale Umhäusung,
13a beispielhafte Ausgestaltung des zweiten Wafers mit freier Formgebung,
13b beispielhafter zweiter Wafer einer runden Umhäusung,
13c beispielhafter zweiter Wafer für eine ovale Umhäusung,
14 Mikroskopbild eines transparenten Substrats mit ausgehöhlter Kavität und partikelgestrahltem Rand,
15 Mikroskopbild auf die Oberflächenrauhigkeit einer partikelgestrahlten Kavität.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
1a zeigt das zu schützende Beherbergungsobjekt 2 auf einem unteren Substrat 3, eingebettet von einem Zwischensubstrat 4. Das Beherbergungsobjekt 2 wird von einem oberen Substrat 5 abgedeckt, um die Kavität 12 zu verschließen. Die drei Substrate 3, 4, 5 bilden somit gemeinsam die Umhäusung 1, um das Beherbergungsobjekt 2, welches in der Kavität 12 angeordnet ist. Mit anderen Worten wird beim Auflegen des oberen Substrats 5 auf dem Zwischensubstrat 4 im Beispiel der 1a eine geschlossene Beherbergungskavität 12 gebildet, welche in nachfolgenden Schritten hermetisch zu verschließen sein wird. Das Zwischensubstrat 4 kann dabei aus einem unterschiedlichen Material gefertigt sein als das untere Substrat 3 und als das obere Substrat 5. Bevorzugt weisen das Zwischensubstrat 4 und das obere Substrat 5 dasselbe Material auf. Bei den dargestellten Schichten 3, 4, 5 kann es sich um Wafer-Scheiben handeln, so dass die Umhäusung gebildet wird, indem drei Wafer-Scheiben als Wafer-Stapel aufeinandergeschichtet sind und diese gefügt bzw. verschweißt sind.
1b zeigt eine solchermaßen gebildete hermetisch geschlossene Umhäusung 1. Diese Umhäusung 1 weist das untere Substrat, das Zwischensubstrat 4 und das obere Substrat 5 übereinander gestapelt auf, wobei zwischen dem unteren Substrat 3 und dem Zwischensubstrat 4 einerseits sowie zwischen dem Zwischensubstrat 4 und dem oberen Substrat 5 andererseits jeweils eine Kontaktfläche 25 vorliegt. Wie auch der 1a zu entnehmen ist, ist die Zwischensubstratschicht 4 nicht flächig durchgängig ausgebildet, so dass in Höhe der Zwischensubstratschicht die Beherbergungskavität 12 gebildet wird.
1 c zeigt eine weitere Ausführungsform einer Umhäusung 1, wobei auf dem unteren Substrat 3 das Beherbergungsobjekt 2 angeordnet ist. Das obere Substrat 4 ist derart gestaltet, dass sein Inneres ausgehöhlt ist und dieser somit einen Kragen bildet, wobei der Kragen 4a um das Beherbergungsobjekt 2 herum angeordnet ist, wenn die Umhäusung 1 geschlossen wird. Der Kragen 4a des Substrat 4 bildet somit den Rand und die Oberseite der Kavität 12, in welcher sich das Beherbergungsobjekt 2 angeordnet findet.
2 zeigt einen Detailausschnitt auf den Fügebereich, wobei die lasergefügte Interface-Zone 7 und die Laser-Fügezone 8 erkennbar ist. Die Laser-Fügezone 8 ist im Bereich der Kontaktfläche 25 angeordnet. Von außenseits der Umhäusung 1 können Umwelteinflüsse auf die Umhäusung 1 wirken, insbesondere dabei auf die Ecken 6 des lasergefügten Stapels 18. Die Laser-Fügezonen 8 verhindern das Eindringen beispielsweise auch von chemischen Lösungen in den Substratstapel 18 zu der Beherbergungskavität 12 und damit zu dem Beherbergungsobjekt 2.
3 zeigt eine Aufsicht auf eine Umhäusung 1 gemäß der Erfindung, wobei die umlaufende Laser-Fügezone 8 den Funktionsbereich 13 umgibt. Der Funktionsbereich 13 kann verschieden aufgebaut sein. Beispiele für die Gestaltung des Funktionsbereichs 13, wie auch für andere Optionen einer Umhäusung, finden sich in den 4a bis 8b. Die verschiedenen Gestaltungen des Funktionsbereichs 13 lassen sich dabei graphisch in der 3 so zusammenfügen, da alle Aufsichten schematisch gleich darstellbar sind. An den Linien A-B bzw. C->D sind Schnitte skizziert, die entsprechend in den 4a bis 8b wiedergegeben werden.
Der Funktionsbereich kann verschiedene Aufgaben realisieren, beispielsweise kann dies ein optischer Rezeptor sein, oder ein technisches, elektromechanisches und/oder elektronisches Bauteil, welches im Funktionsbereich 13 angeordnet ist. Es können auch mehrere dieser Aufgaben im Funktionsbereich 13 realisiert werden. Die Umhäusung 8 wird oberseits von dem oberen Substrat 5 abgedeckt. Die Laser-Fügezone 8 reicht in dieses obere Substrat 5 hinein.
Bezugnehmend auf 4a ist eine erste Schnittansicht einer ersten Ausführungsform einer Umhäusung 1 gezeigt, welche das Basissubstrat 3 und das Abdecksubstrat 5 aufweist. Mit anderen Worten ist die Umhäusung aus zwei Schichten nämlich der Basisschicht 3 und der Abdeckschicht 5 aufgebaut oder zusammengesetzt. 4a zeigt überdies den Aufbau der Laser-Fügelinie 8 aus einer Aneinanderreihung von einer Mehrzahl von Laser-Pulstrefferbereichen 16, welche so dicht aneinandergesetzt sind, dass das Material des Basissubstrats 3 und des Abdecksubstrats 5 miteinander lückenlos verschmilzt.
4b zeigt eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer Umhäusung 1 entlang der Linie C->D, wie sie in 3 eingefügt ist. Das Abdecksubstrat 5 weist an seiner Oberseite bzw. Außenseite eine erste gehärtete Schicht 47 auf, welche sich über die Dicke DoL in das Material des Abdecksubstrats 5 hinein erstreckt. Mit anderen Worten ist das Abdecksubstrat 5 und somit die Umhäusung 1 an der Oberseite gehärtet bzw. weist dort eine Härtezone 47 auf, so dass die Umhäusung 1 bereichsweise, nämlich an einer Seite, gehärtet ist.
4b zeigt ferner einen Schnitt durch den Funktionsbereich 13, 13a, der sich beispielsweise als durchgehender Hohlraum oder Kavität in der Umhäusung 1 erstreckt. Mit anderen Worten erstreckt sich die Kavität von dem Basissubstrat 3 bis in das Abdecksubstrat 5, und liegt beispielsweise in Form einer Ausnehmung aus Basissubstrat 3 und/oder Abdecksubstrat 5 vor. Beispielsweise kann der Funktionsbereich 13a auch eine aktive Schicht umfassen, z.B. eine elektrisch leitfähige Schicht, und der Funktionsbereich 13 umfasst die Kavität. Umlaufend um den Funktionsbereich 13, 13a ist die Laser-Fügezone 8 angeordnet, mittels welcher der Funktionsbereich 13, 13a an den Seiten rundherum verschlossen ist. Es ist denkbar, in der Laser-Fügezone 8 offene Bereiche zu belassen, so dass der Funktionsbereich 13, 13a nicht rundherum verschlossen ist, beispielsweise um einen Kommunikationskanal offenzulassen, mit welchem beispielsweise eine Fluidkommunikation mit der Umgebung aufbaubar ist. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, vorgeplante Stellen bzw. Positionen nicht mit dem fokussierten Laserstrahl 9 zu verschließen, sondern dort den hermetischen Verschluss mit anderen Mitteln wie mit einem Kleber einzurichten. Bevorzugt ist, den Funktionsbereich 13, 13a allseits und lückenlos zu verschließen.
Bezugnehmend auf 5a ist eine weitere Ausführungsform gezeigt, bei welcher entlang der Kontaktfläche 25 mittels der Laser-Pulstreffer 16 die Laser-Fügezone 8 geschaffen wird, an welcher das Abdecksubstrat 5 mit dem Basissubstrat 3 verschweißt bzw. gefügt ist. Diese Ausführungsform weist die weitere Besonderheit auf, dass die Oberflächen des ersten Substrats 3 und des zweiten Substrats 5 ringsherum gehärtet sind, also die gehärteten Schichten 47, 48 und 49 aufweisen.
Beispielsweise kann das Abdecksubstrat 5 vor seiner Verbindung mit dem Basissubstrat 3 oder auch nach der Verbindung mit dem Basissubstrat 3 mit seiner Oberseite in ein Härtebad getaucht werden, so dass die fertige Umhäusung 1 chemisch gehärtet ist, also zumindest eine gehärtete Oberfläche 47 aufweist und/oder zumindest eine gehärtete Schicht aufweist. Mit anderen Worten ist die fertige Umhäusung 1 zumindest bereichsweise bzw. zumindest teilweise gehärtet, wie insbesondere chemisch gehärtet. Bei der chemischen Härtung bildet sich eine Druckspannung auf das Abdecksubstrat 5. Die erste gehärtete Schicht 47 weist die Höhe DoL auf. Die Fügezone 8 weist die Höhe HL auf. Zwischen der Härtezone 47 und der Fügezone 8 verbleibt eine Mindestmaterialdicke MM. Die gesamte Dicke des Abdecksubstrats 5 kann sich dann aus HL + MM + DoL zusammensetzen.
Der Funktionsbereich 13, 13a erstreckt sich innerhalb der gehärteten Schichten 47, 48, 49, wobei die gehärtete Schicht 48 auf einen Ringbereich um den Funktionsbereich 13, 13a herum angeordnet ist. In der in 5a, 5b gezeigten Ausführungsform wurden also das Abdecksubstrat 5 und auch das Basissubstrat 3 an seinen beiden Langseiten gehärtet, insbesondere chemisch gehärtet in einer Härtelösung. Mit anderen Worten wurden die Substrate 3, 5 an den jeweiligen Langseiten, also z.B. an der jeweiligen Oberseite und Unterseite in eine Härtelösung zur chemischen Härtung getaucht, um die Langseiten zu härten.
In der in 5a gezeigten Ausführungsform ist die Umhäusung 1 an allen Außenseiten gehärtet, d.h. sowohl die beiden gegenüberliegenden Langseiten weisen gehärtete Schichten 47 und 49 auf, als auch die umlaufende Kante 14 der Umhäusung die gehärtete Schicht 48, wobei sich die umlaufende Kante 14 rings um die Umhäusung 1 erstreckt. Mit anderen Worten sind im Falle einer quaderförmigen Umhäusung alle vier Schmalseiten, die ein Quader aufweist, zu der Kante 14 zusammengefasst. Die Kante 14 kann auch als Rand 21 der Umhäusung aufgefasst bzw. bezeichnet werden, welche sich um die Kavität 12 herum erstreckt. Eine wie in 5a gezeigte Umhäusung 1 lässt sich beispielsweise erhalten, indem die fertig gefügte Umhäusung, welche das Abdecksubstrat 5 und das Basissubstrat 3 umfasst, in eine Härtelösung getaucht wird und dort insbesondere chemisch gehärtet wird. Die gehärteten Schichten 47, 48, 49 sind somit unmittelbar an den Außenseiten der Umhäusung 1 angeordnet. Innenseits der gehärteten Schichten 47, 48, 49 verbleibt somit ein Bereich für die Fügelinie 8, welche ggf. mit einem Abstand zu den gehärteten Schichten 47, 48, 49 eingebracht wird.
5b zeigt eine Ausführungsform der Umhäusung 1, wobei ein Schnitt entlang der Linie C->D dargestellt ist. Der Funktionsbereich 13, 13a ist auch in dieser Ausführungsform so angeordnet, dass er sich von dem Basissubstrat 3 in das Abdecksubstrat 5 hinein erstreckt, beispielsweise als Ausnehmung in dem jeweiligen Substrat. Eine solche Ausnehmung 13, 13a kann insbesondere durch ein Sandstrahlverfahren (vgl. 7 bis 14) eingebracht werden. Rund um die Ausnehmung 13, 13a herum ist die Fügelinie 8 angeordnet, so dass die Ausnehmungen 13, 13a allseits hermetisch verschlossen sind.
Die Umhäusung 1 ist, wie auch die Ausführungsform der 5a, allseits chemisch gehärtet, weist also mit anderen Worten an allen Oberflächen einen gehärteten Bereich 47, 48, 49 auf. Beispielsweise ist an der ersten Langseite, die die Oberseite des Abdecksubstrats 5 sein kann, eine erste gehärtete Schicht 47 angeordnet, an einer zweiten Langseite, die die Unterseite des Basissubstrats 3 sein kann, eine dritte gehärtete Schicht 49 und an dem umlaufenden Rand 21 bzw. der umlaufende Kante 14 die zweite gehärtete Schicht 48 angeordnet. Die Oberseite 23 der Kavität ist innenseits der ersten gehärteten Schicht 47 angeordnet, der Rand 21 der Kavität innenseits der zweiten gehärteten Schicht 48 sowie die Unterseite 22 der Kavität innenseits der dritten gehärteten Schicht 49. Die Kavität bzw. der Funktionsbereich 13, 13a ist somit allseits von gehärtetem Material 47, 48, 49 umschlossen.
6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Umhäusung 1 entlang der Schnittlinie C->D, wobei in diesem Beispiel der Funktionsbereich 13 bzw. die Kavität 12 in dem Abdecksubstrat 5 angeordnet ist. Beispielsweise kann in diesem Beispiel lediglich das Abdecksubstrat 5 mittels des Sandstrahlverfahrens ausgehöhlt sein, wohingegen das Basissubstrat 3 nicht weiter behandelt werden muss. Die Herstellung kann somit einfacher sein, da weniger Teile der Umhäusung bearbeitet werden müssen.
Das Abdecksubstrat 5 weist in diesem Beispiel der 6 an seiner Langseite die Härtungsschicht 27 und an seiner Kante 14 die Härtungsschicht 28 auf. Beispielsweise wurde das Abdecksubstrat 5 einzeln oder nach der Fügung mit dem Basissubstrat 3 in eine Härtelösung mit der Oberseite des Abdecksubstrats 5 in eine Härtelösung zur chemischen Härtung getaucht, und zwar soweit eingetaucht, dass die Höhe der zweiten gehärteten Schicht 48 erreicht wird. In diesem Beispiel weist das Basissubstrat 3 keine Härtezonen auf. Die seitliche Härtezone 48 endet in diesem Beispiel unmittelbar im Bereich der Kontaktfläche 25 zwischen Abdecksubstrat 5 und Basissubstrat 3. Die Fügung entlang der Fügelinie 8 wurde innenseits der Härtezone 48 eingebracht, also in entspanntem Material. Mit anderen Worten weist eine erste Langseite der Umhäusung 1 die gehärtete Schicht 47 auf und eine erste Schmalseite 14 weist bereichsweise die gehärtete Schicht 48 auf. Die gehärtete Schicht 48 kann sich umlaufend um die Umhäusung 1 erstrecken, beispielsweise um den Funktionsbereich 13 herum. Im Vergleich zur 3 ist ein Schnitt an der dort gezeichneten Linie C->D dargestellt, also durch den Funktionsbereich 13 hindurch. Der Funktionsbereich 13 ist in dieser Ausführungsform auf die Abmessung des Abdecksubstrats 5 begrenzt, reicht also nicht in das Basissubstrat 3 hinein. Das Basissubstrat 3 ist direkt und unmittelbar mit dem Abdecksubstrat 5 gefügt, so dass also keine weitere Schicht bzw. kein weiteres Substrat zwischen Basissubstrat 3 und Abdecksubstrat 5 angeordnet ist. Der Funktionsbereich 13 ist als Kavität ausgeführt. Die Kavität kann in das Abdecksubstrat 5 beispielsweise mittels Sandstrahlverfahren eingebracht werden, allgemein mit einem abrasiven Verfahren, auch ein chemisches Ätzen ist möglich, um die Kavität in das Substrat einzubringen.
Bezugnehmend auf 7 ist eine erste Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Umhäusung gezeigt. In einem Schritt A werden die Substrate 3, 4, 5 und die zu beherbergenden Beherbergungsobjekte 2 ausgerichtet. Dabei kommt das obere Substrat 5 auf dem Zwischensubstrat 4, und dieser wiederum auf dem unteren Substrat 3 derart zu liegen, dass ein Substratstapel 18 gebildet wird. Da das Zwischensubstrat 4, der die Ausnehmungen umfasst, in welchen die Kavitäten 12 gebildet sind, mittig angeordnet ist, sind in dem Substratstapel 18 die Beherbergungskavitäten 12 allseits von Substratmaterial umschlossen. Mit anderen Worten wird beim Ausrichten der Substrate 3, 4, 5 im Schritt A die allseitige Umschließung mit Rand 21, Unterseite 22 und Oberseite 23 der Kavität 12 gebildet. Gegebenenfalls können die Substrate mittels Ansprengens miteinander zumindest vorübergehend verbunden werden, d.h. beispielsweise zur Lagesicherung.
Schritt B des in 7 gezeigten Verfahrens zeigt den übereinander angeordneten Substratstapel 18 mit darin befindlichen Kavitäten 12 zur Aufnahme der Beherbergungsobjekte 2. Gegebenenfalls ist der Substratstapel 18 angesprengt, wobei beispielsweise Wasser an der Oberfläche eingesetzt wird und Wasserstoff-Brückenbindungen erzeugt werden. Dieser Substratstapel 18 kann in seiner geschlossenen Form einem Fügeverfahren zugeführt werden, bei welchem die Substratschichten 3, 4, 5 zu einem fest verbundenen gefügten Substratstapel 18 gefügt werden, so dass aus diesem Substratstapel 18 Umhäusungen 1 erhalten werden. Bei den Substraten 3, 4, 5 kann es sich beispielsweise um Wafer-Scheiben handeln, so dass die Umhäusung gebildet wird, indem die Wafer gemeinsam als Wafer-Stapel 18 die Beherbergungskavität 12 umschließen und die Umhäusung 1 bilden.
Schritt C zeigt das Laserfügen der jeweiligen Beherbergungskavitäten 12, also das Verschließen der Kavitäten 12 allseits entlang der Kontaktflächen 25. Hierfür wird eine Lasereinheit 15 von oberhalb des Substratstapels 18 über die Oberfläche des Substratstapels 18 geführt und dabei punktuell ein fokussierter Laserstrahl 9 auf die zu fügenden Zonen gerichtet. Die Laserfügelinien können beispielsweise als ein Raster von sich kreuzenden Linien ausgeführt werden. Auch das Parallelziehen zweier oder mehrere Laserfügelinien kann eingesetzt werden, wenn dies beispielsweise je nach Material für das spätere Vereinzeln sich als vorteilhaft erweist. Nach Abschluss des Schritts C des Herstellungsverfahrens sind alle Kavitäten 12 hermetisch verschlossen.
Spätestens nach Schritt C, gegebenenfalls auch bereits früher, kann die Oberfläche des Substrats 5, auf welches der Partikelstrahl 28 im späteren Verlauf auftreffen wird, mit einem Schutzmittel 32 behandelt werden. Beispielsweise erfolgt ein Lackauftrag mit Schutzlack 32 auf das Substrat 5 an den Stellen, an denen kein Material abgetragen werden soll. In diesem Beispiel würde der Großteil der Oberfläche mit Schutzlack 32 versehen, da lediglich die Trennung bzw. Vereinzelung der Kavitäten 12 durch das Partikelstrahlverfahren erzielt werden soll. An die Behandlung der Oberfläche mit Schutzmittel 32 kann sich bevorzugt ein Lithographieschritt anschließen.
Schritt D zeigt den Schritt der Separation bzw. des Schneidens des Substratstapels 18, um die Umhäusungen 1 zu vereinzeln. Das Schneiden wird mittels eines Partikelstrahls 28 durchgeführt, welcher von einem Partikelstrahlerzeuger 27 bereitgestellt wird. Beispielsweise kann der Partikelstrahl 28 entlang von Trenn- bzw. Schneidlinien 10 geführt und durch die abrasive Einwirkung des Partikelstrahls 28 auf das Substrat der Substratstapel geschnitten bzw. getrennt werden. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Partikelstrahl 28 als breit gefächerter Druckluftstrahl bereitgestellt wird, welcher auf die Oberfläche der Umhäusung 1 gerichtet ist. Mittels Lackauftrag beispielsweise eines Lithographie-Lacks auf Bereiche wie beispielsweise Stege auf der zu bestrahlenden Oberfläche der Umhäusung 1 werden Verbleibebereiche definiert, also solche Bereiche, die von dem Partikelstrahl 28 nicht oder deutlich weniger abgetragen werden. Der Partikelstrahl 28 kann SiC-Partikel umfassen. Der Lithographie-Lack kann beispielsweise in einer Schichtdicke von 17µm, also insbesondere 5 bis 25 µm Dicke aufgetragen werden und hängt beispielsweise davon ab, wie tief die Kavität bzw. die Funktionsbereiche 13 ausgehöhlt werden sollen.
Schritt E zeigt schließlich die vereinzelten, hermetisch versiegelten Umhäusungen 1 mit darin angeordneten Beherbergungskavitäten 12.
Bezugnehmend auf 8 ist eine weitere Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung erfindungsgemäßer Umhäusungen 1 gezeigt. Das bereitgestellte Substrat 4 ist bereits auf der Oberfläche, die dem Partikelstrahl 28 ausgesetzt sein wird, mit Schutzmittel 32 versehen, beispielsweise mittels Spin Coatings, und einem Lithographieschritt unterzogen worden. In einem Schritt A können anschließend in dem Substrat 4 Kavitäten mittels des Partikelstrahls 28 und des Partikelstrahlerzeugers 27 erzeugt werden. Der Partikelstrahl 28 wird so über das Substrat 4 geführt, dass die Kavitäten aus dem Substrat 4 herausgelöst werden, wobei die Partikel des Partikelstrahls abrasiv kleine Teilchen des Substrats 4 entfernen. Mit Erhöhung der Einwirkzeit des Partikelstrahls 28 auf das Substrat 4 erhöht sich die Eindringtiefe bzw. Abtragtiefe des Partikelstrahls. Im Falle eines schmalen Partikelstrahls 28 wird dieser auf die Bereiche gerichtet, in welchen eine Kavität 12 erzeugt werden soll. Es ist auch möglich, die Größe der Kavität 12 durch den Abstrahlbereich des Partikelstrahls 28 einzustellen und die jeweilige Tiefe der jeweiligen Kavität 12 durch die Einwirkdauer des Partikelstrahls 28 auf die jeweilige Kavität 12 einzustellen. Bevorzugt wird dabei ein großflächiger Partikelstrahl 28 eingesetzt und das Schutzmittel 32 so auf das Substrat 4 aufgetragen, dass die Abmessungen der jeweiligen Funktionsbereiche 12, 13, 13a mittels des abrasiven Verfahrens freigesetzt werden.
Mit anderen Worten lässt sich mit dem hier vorgestellten Verfahren eine Kavität 12 herstellen, die sowohl in der Form als auch in den geometrischen Abmessungen wie auch in ihrer Tiefe frei gestaltbar ist. Beispielsweise kann eine Kavität auf ihrer Oberseite auch einen Höcker aufweisen, indem im mittleren Bereich der Kavität der Partikelstrahl 28 nur kurz gerichtet wird, oder im Falle des Lackauftrags dort ein Bereich mit Lack geschützt werden, so dass dort mehr Material stehen bleibt, als in den benachbarten Bereichen der Kavität 12, wo der Partikelstrahl 28 längere Zeit darauf gerichtet wird bzw. welche ohne Schutzlackauftrag sind. Hinsichtlich der Form kann sich die Kavität 12 an die Erfordernisse anpassen, so dass neben der typischen quadratischen Form auch runde, ovale, mehreckige und jede beliebige weitere Form der Kavität eingestellt werden kann. Die vorgenannten Formen können, wie zuvor bereits zu anderen Ausführungsformen beschrieben, auch durch einen vorteilhaften Lackauftrag erreicht werden, so dass die Bereiche, auf denen Lack aufgetragen ist, nicht vom Partikelstrahl 28 abgetragen werden, sondern Verbleibebereiche bilden.
Im Schritt B werden die zwei Substrate 3 und 4 zueinander ausgerichtet, wobei auf dem unteren Substrat 3 bereits Beherbergungsobjekte 2 angeordnet sind, welche in den in dem Substrat 4 vorhandenen Kavitäten 12 angeordnet werden sollen.
Schritt C zeigt den übereinander angeordneten Substratstapel 18, wobei die Beherbergungsobjekte 2 fluchtend in die Kavitäten 12 versenkt sind, so dass diese allseits von Substratmaterial umschlossen sind.
Schritt D des Verfahrens zeigt das hermetische Verschließen der jeweiligen Einzelkavitäten 12, wobei das Laser-Fügeverfahren angewendet wird, wobei ein Laserstrahl 9 von dem Laserstrahlerzeuger 15 um jede Kavität 12 entlang der Grenzfläche 25 geführt wird. Mit anderen Worten wird um jede Kavität 12 herum mit dem erfindungsgemäßen Fügeverfahren mittels des Lasers 9 die Substratmaterialien miteinander gefügt. Anschließend an Schritt D kann ein erneuter Auftrag eines Schutzmittels 32 erfolgen, um die Bereiche des Substrats zu schützen, an denen kein oder weniger Substratmaterial abgetragen werden soll.
Schritt E zeigt die Separation des Wafers 18 bzw. der Umhäusungen 1, wobei zum Schneiden des Substrats beispielsweise der Laser 9 eingesetzt werden kann, der auch zum Laserfügen der Beherbergungskavitäten 12 in Schritt D eingesetzt wurde, oder es kann der Partikelstrahl 28 eingesetzt werden, um die Umhäusungen 1 zu vereinzeln.
Schritt F zeigt die vereinzelten, hermetisch versiegelten Umhäusungen 1 mit darin angeordneten Beherbergungskavitäten 12.
9 zeigt einen Schnitt durch eine hermetisch geschlossene Umhäusung 1. Das untere Substrat 3 bildet die Unterseite 22 der Kavität 12, das Zwischensubstrat 4 bildet den Rand 21 der Kavität 12, ein oberes Substrat 5 bildet die Oberseite 23 der Kavität 12. Mit anderen Worten umschließen unteres Substrat 3, Zwischensubstrat 4 und oberes Substrat 5 gemeinsam als Substratstapel 18 die Beherbergungskavität 12. In der Kavität 12 ist das Beherbergungsobjekt 2 angeordnet. In diesem Beispiel sind alle 3 Substrate 3, 4, 5 Glassubstrate, also optisch transparent. Bei dem Zwischensubstrat 4 kann es sich insbesondere um einen Flexiniti-Wafer handeln. Die drei Substrate 3, 4, 5 sind mittels Mikrobonding miteinander gefügt. Die typische Dicke des Substratstapels 18 liegt zwischen 1 und 3 mm, das typische Substratformat kann beispielsweise ein typisches Waferformat zwischen 1 Zoll und 12 Zoll annehmen.
An der Unterseite 21 der Kavität 12 können sogenannte Vias (TGV) angeordnet sein, also beispielsweise hermetische, elektrisch leitfähige Verbindungen zur elektrischen Kontaktierung der Beherbergungsobjekte 2. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Wafer handeln, der senkrechte Nadeln aus Wolfram oder Platin enthalten kann (sog. HERMES-Wafer) oder auch ein Glassubstrat, das z.B. per Laser gebohrte Löcher aufweist, die z.B. durch einen Sieb- oder Schablonendruckprozess mit Metall gefüllt wurden. Ein zweites Substrat schließt sich linksseitig des beschriebenen Substrats an.
Der Trennbereich zwischen den beiden Substraten wurde mittels Partikelstrahl 28 ausgeschnitten. Bei dem Trennschneiden mittels des Partikelstrahls 28 im Trennbereich 35 bilden sich Flanken 37 an den Außenseiten des Substratstapels 18 aus.
Bezugnehmend auf 10 ist eine weitere Ausführungsform in Schnittansicht gezeigt, wobei ein unteres Substrat 3 mit einem oberen Substrat 4 mittels Laser-Fügeverfahren gefügt ist. Zwei Beherbergungsobjekte 2 sind in der Kavität 12 angeordnet, wobei die Kavität 12 aus dem oberen Substrat 4 mittels des Partikelstrahls 28 abrasiv ausgehöhlt wurde. Dieses Verfahren mit Aushöhlung der Kavität aus dem oberen Substrat 4 mittels Partikelstrahl 28 ermöglicht eine weitere Reduzierung der Bauteile des späteren Einsatzzwecks der Umhäusung, also beispielsweise des Mikrosensors oder des Bioimplantats. Es sind in diesem Beispiel lediglich noch zwei Substratschichten nötig, wo ohne Anwendung des abrasiven Verfahrens typischerweise zumindest drei Substratschichten notwendig gewesen sind.
Auch die Kanten sind mittels des Partikelstrahlverfahrens geschnitten, so dass die erfindungsgemäßen Flanken 37 seitlich der Umhäusung 1 bilden.
11 zeigt beispielhaft den Flankenwinkel der Flanke 37 als Ergebnis des Sandstrahlprozesses mittels des Partikelstrahls 28. Experimentell hat sich ein typischer Flankenwinkel von 20° zur Senkrechten auf die Substratoberfläche gezeigt, dieser kann zwischen 10 und 45° eingestellt werden.
Die Kavitäten 12 können in einem Substrat wie einem Wafer 4, 5 auch mittels eines entsprechenden Lösungsmittels geätzt werden, wobei das Partikelstrahlverfahren mittels Einsatz des Partikelstrahls 28 aber eine bessere Kontrollierbarkeit und Formverteilung der Kavitäten 12 gezeigt hat, da sowohl Form als auch Tiefe der Kavität durch Strahlparameter eingestellt werden können.
Zusammenfassend zeigt die vorliegende Erfindung eine wesentliche Verbesserung des bekannten Verfahrens der Herstellung von Umhäusungen dahingehend, dass nunmehr noch weniger Materialien eingesetzt werden können, also insbesondere eine Substratschicht bzw. einen Wafer weniger, wobei hierbei auch Nebenstoffe, wie z.B. Kleber, verzichtbar sind. Alternativ oder kumulativ zeigt die vorliegende Erfindung die Herstellung von Flankenwinkeln an den äußeren Rändern der Umhäusung 1, welche für eine bessere Materialverträglichkeit, also insbesondere Biokompatibilität, sorgen können. Darüber hinaus neigen die mit Flanken 37 versehenen Kanten weniger zu Ausbrüchen, so dass die Widerstandsfähigkeit und Robustheit gegenüber mechanischen Einflüssen gleichermaßen erhöht ist. Scharfe Kanten demgegenüber neigen mehr zu Ausbrüchen bei Handling und Gebrauch. Der Einsatz des Partikelstrahls 28 zum Vereinzeln der einzelnen Umhäusungen 1 erlaubt darüber hinaus auch die Erzeugung von beliebigen Konturen bzw. Formen der Umhäusungen 1, beispielsweise rund, oval, vieleckig. Dies ist ein weiterer Vorteil gegenüber dem bekannten Wägeverfahren, allgemein Trennschleifverfahren.
12a zeigt ein beispielhaftes Design eines oberen Substrats 4, in welchem Kavitäten 12 mittels des Partikelstrahls 28 eingebracht wurden. Die einzelnen Kavitäten unterscheiden sich hinsichtlich Form und Größe, in diesem Beispiel wurden runde und ovale Formen gewählt. Der Wafer 4 des gezeigten Beispiels weist einen beispielhaften Gesamtdurchmesser von 100 auf, in den Ecken, die auf dem Wafer dargestellt sind, sind Aufnahmepunkte für eine Halterung vorgesehen, die den Wafer im Füge- und/oder Trennschritt hält.
12b zeigt beispielhaft eine Kavität, die aus 12a an der mit der Ziffer 1. bezeichneten Stelle eingebracht wurde. Die Kavität weist einen beispielhaften Innendurchmesser von 6 auf. Bezugnehmend auf 12c ist eine weitere beispielhafte Kavität 12 dargestellt, welche in 12a an der mit der Ziffer 2. bezeichneten Stelle angeordnet ist.
Bezugnehmend auf 13a ist ein unteres Substrat 3 dargestellt, der für die Aufnahme von Beherbergungsobjekten 2 an vorgesehenen Stellen in den Wafer gekennzeichnet ist, beispielsweise mit Trennlinien. Die Trennlinien können in vorteilhafter Weise auch für das Laserfügeverfahren herangezogen werden. Bezugnehmend auf 13b ist die mit der Ziffer 1. in 13a bezeichneten Stelle angeordnete Kavität gezeigt.
Mit 13c ist die an der mit der Ziffer 2. dargestellten Kavität 12 gezeigt.
Bezugnehmend auf 14 ist eine mit einem Mikroskop aufgenommene Ansicht auf ein Substrat 4 gezeigt, bei welchem sowohl die Kavität 12 mittels Partikelstrahl ausgehöhlt wurde, als auch die Vereinzelung mittels Partikelstrahl 28 durchgeführt wurde, so dass sich die erfindungsgemäßen Flanken 37 ausbilden.
Bezugnehmend auf 15 ist eine Mikroskopfotografie gezeigt, die die Kavität 12 von einer Seite darstellt, so dass die mikroskopisch kleinen Unebenheiten an der Oberseite der Kavität 12 hervortreten. Die dargestellte Oberflächenrauhigkeit der Kavität auf ihrer Oberseite 23 kann beispielsweise durch Feinstaub belastet sein. Es konnte gezeigt werden im Rahmen der Erfindung, dass ein Auswaschen oder Benetzen der Oberfläche mit einer Flüssigkeit bereits ausreicht, dass die Kavität optisch transparent wird.
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft zu verstehen sind und die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne den Schutzbereich der Ansprüche zu verlassen. Ferner ist ersichtlich, dass die Merkmale unabhängig davon, ob sie in der Beschreibung, den Ansprüchen, den Figuren oder anderweitig offenbart sind, auch einzeln wesentliche Bestandteile der Erfindung definieren, selbst wenn sie zusammen mit anderen Merkmalen gemeinsam beschrieben sind. In allen Figuren stellen gleiche Bezugszeichen gleiche Gegenstände dar, so dass Beschreibungen von Gegenständen, die ggf. nur in einer oder jedenfalls nicht hinsichtlich aller Figuren erwähnt sind, auch auf diese Figuren übertragen werden können, hinsichtlich welchen der Gegenstand in der Beschreibung nicht explizit beschrieben ist.
Bezugszeichenliste

1: Hermetisch geschlossene, chemisch gehärtete Umhäusung
2: Beherbergungs-Objekt
3: Unteres Substrat, unterer Wafer, untere Abdeckung
4: Zwischen-Substrat, Zwischen-Wafer
5: Oberes Substrat, oberer Wafer, obere Abdeckung
6: Ecke des Laser-gefügten Stapels 18
7: Laser-gefügte Interface-Zone
8: Laser-Fügezone
9: fokussierter Laserstrahl
10: Trenn- bzw. Schneidlinien
12: Beherbergungs-Kavität
13: Funktionsbereich
13a: zweiter Funktionsbereich
14: Kante
15: Lasereinheit zum Fügen und/oder Schneiden
16: Laser-Pulstrefferbereich
18: Stapel
21: Rand
22: Unterseite der Kavität
23: Oberseite der Kavität
25: Kontakt- bzw. Grenzfläche
27: Partikelstrahlerzeuger
28: Partikelstrahl
30: Mikrokanal
35: Trennstelle bzw. Trennzone
37: Flanke
47: Härtezone bzw. erste gehärtete Schicht
48: Härtezone bzw. zweite gehärtete Schicht
49: Härtezone bzw. dritte gehärtete Schicht

Ergänzende Bezugszeichenliste 7

A: Ausrichten der Wafer und der zu beherbergenden Komponenten
B: Übereinander angeordneter Wafer-Stapel
C: Laser-Fügen der Beherbergungskavitäten, anschließend nach Bedarf Schutzmittelauftrag und Lithographie
D: Separation/Schneiden des Wafers bzw. der Umhäusungen mittels des Partikelstrahls
E: Hermetisch versiegelte Umhäusung

Ergänzende Bezugszeichenliste Figur 8
Auftragen des Schutzmittels auf das Substrat, Lithographie

A: Erzeugen der Kavitäten mittels des Partikelstrahls
B: Ausrichten der Wafer und der zu beherbergenden Komponenten
C: Übereinander angeordneter Wafer-Stapel
D: Laser-Fügen der Beherbergungskavitäten, anschließend nach Bedarf Schutzmittelauftrag und Lithographie
E: Separation/Schneiden des Wafers bzw. der Umhäusungen insbesondere mittels des Partikelstrahls
F: Hermetisch versiegelte Umhäusung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3012059 B1 [0006, 0035]
DE 102019119195 [0060]

Claims

Hermetisch verschlossene Umhäusung (1) umfassend ein Basissubstrat (3) und ein transparentes Abdecksubstrat (5), welche zumindest einen Teil der Umhäusung bilden, zumindest einen von der Umhäusung umschlossenen Funktionsbereich (12, 13, 13a), wobei das transparente Abdecksubstrat zumindest teilweise und/oder zumindest bereichsweise transparent ist, und/oder für zumindest für einen Wellenlängenbereich transparent ist, wobei die zumindest zwei Teile der Umhäusung mit zumindest einer Laserbondlinie (8) zu der hermetisch geschlossenen Umhäusung gefügt sind, und den Funktionsbereich hermetisch dicht umschließen, und wobei das transparente Substrat (4, 5) eine Dicke von unter 300 µm aufweist.
Hermetisch verschlossene Umhäusung (1) nach dem vorstehenden Anspruch, wobei das Abdecksubstrat sowohl den seitlich umlaufenden Rand (21) als auch die Oberseite (23) der Umhäusung einstückig ausbildet und Basissubstrat mit dem Abdecksubstrat mit derselben Laserbondlinie miteinander hermetisch gefügt sind, so dass die Umhäusung nur aus zwei Teilen gebildet wird,
Hermetisch verschlossene Umhäusung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Umhäusung an dem seitlich umlaufenden Rand und/oder an Kanten (14) einen Flankenwinkel zur Senkrechten auf die Oberfläche des Basissubstrats (3) zwischen 10 bis 45 Grad aufweist, bevorzugt zwischen 15 und 30 Grad, weiter bevorzugt zwischen 18 und 25 Grad zur Senkrechten auf die Oberfläche des Basissubstrats.
Hermetisch verschlossene Umhäusung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das transparente Substrat zunächst mit einer größeren Dicke bereitgestellt war, und mittels eines abrasiven Verfahrens eine homogene Abtragtiefe abzutragen.
Hermetisch verschlossene Umhäusung (1), nach dem vorstehenden Anspruch, wobei mittels des abrasiven Verfahrens von dem transparenten Substrat zumindest 100 µm abgetragen sind, bevorzugt zumindest 150 µm, weiter bevorzugt zumindest 200 µm, oder gar zumindest 250 µm.
Hermetisch verschlossene Umhäusung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Laserbondlinie (8) eine Dicke von mehr als 10 µm aufweist, und/oder eine Dicke von weniger als 50 µm aufweist.
Hermetisch verschlossene Umhäusung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ferner ein Zwischensubstrat (4) umfasst ist, welches den umlaufenden Rand (21) der Umhäusung bildet.
Hermetisch verschlossene Umhäusung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Laserbondlinie (8) den Funktionsbereich (12, 13, 13a) in einem Abstand DF umlaufend umschließt.
Hermetisch verschlossene Umhäusung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Funktionsbereich (12, 13, 13a) eine hermetisch verschlossene Kavität (12) umfasst, insbesondere ausgebildet als hermetisch verschlossene Beherbergungskavität (12) zur Aufnahme eines Beherbergungs-Objekts (2) wie einem elektronischen Schaltkreis, einem Sensor oder MEMS.
Hermetisch verschlossene Umhäusung (1) nach dem vorstehenden Anspruch, wobei die Kavität (12) eine Tiefe in Richtung zur Senkrechten auf die Oberfläche des Abdecksubstrats (5) aufweist, und wobei die Tiefe der Kavität über die Fläche der Kavität um weniger als 30% schwankt, bevorzugt um weniger als 15% der Tiefe.
Hermetisch verschlossene Umhäusung (1) nach einem der beiden vorstehenden Ansprüche, wobei die Kavität (12) eine Tiefe in Richtung zur Senkrechten auf die Oberfläche desAbdecksubstrats (5) aufweist, und wobei die Tiefe der Kavität über die Fläche der Kavität um mehr als 10% schwankt, bevorzugt um mehr als 5%, oder mehr als 2%.
Hermetisch verschlossene Umhäusung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zumindest eines der Substrate (3, 4, 5), insbesondere das Abdecksubstrat, zumindest für einen Wellenlängenbereich transparent ist.
Hermetisch verschlossene Umhäusung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Umhäusung mit einem Laser-Fügeverfahren zu der hermetisch geschlossenen Umhäusung gefügt ist, indem mittels der zumindest einen Laserbondlinie das Basissubstrat, das Abdecksubstrat und ggf. ein oder mehrere Zwischensubstrate miteinander gefügt sind.
Hermetisch verschlossene Umhäusung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Basisubstrat (3), das Zwischensubstrat (4) und/oder das Abdecksubstrat (5) aus Glas, Glaskeramik, Silizium oder Saphir oder einer Kombination der vorgenannten Materialien besteht.
Hermetisch verschlossene Umhäusung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Funktionsbereich (12, 13, 13a) mittels eines abrasiven Verfahrens in das Abdecksubstrat (5) eingebracht ist, und/oder wobei die hermetisch verschlossene Umhäusung (1) mittels eines abrasiven Verfahrens von anderen hermetisch verschlossenen Umhäusungen vereinzelt ist.
Hermetisch verschlossene Umhäusung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das transparente Substrat (4, 5) eine Dicke von unter 120 µm und bevorzugt eine Dicke von unter 80 µm aufweist.
Verwendung einer Umhäusung (1) mit darin eingeschlossener hermetisch verschlossener Beherbergungs-Kavität (12) als medizinisches Implantat oder als Sensor, insbesondere als Drucksensor wie einem Barometer.