DE4321804A1 - Process for the production of small components - Google Patents
Process for the production of small componentsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kleinbauelementen, insbesondere Drucksensoren oder ähnlichen Sensoren, die aus wenigstens zwei aufeinandergeschichteten Einzeleinheiten aufgebaut sind.The invention relates to a method for producing Small components, especially pressure sensors or similar sensors made up of at least two individual units are stacked on top of each other.
Fig. 1a bis 1c zeigt ein herkömmliches Verfahren zur Herstellung von derartigen Kleinbauelementen 1. Zunächst wird in einem ersten Verfahrensschritt (Fig. 1a) ein Silizium-Wafer 2 erzeugt, der eine Vielzahl von Halbleitereinzeleinheiten 5 bzw. Waferuntereinheiten 6 enthält. Fig. 1a zeigt eine Draufsicht und eine perspektivische Ansicht einer derartigen Halbleitereinzeleinheit 5, wobei alle auf dem Silizium-Wafer 2 erzeugten Halbleitereinzeleinheiten 5 äquivalent aufgebaut und regulär angeordnet sind. Auf der Oberfläche einer Halbleitereinzeleinheit 5 ist eine elektrische Schaltungsanordnung mit Anschlußflecken 14 vorgesehen. Weiter wird ein Trägerformstück hergestellt, das eine Vielzahl von Trägeruntereinheiten 7 enthält. Der Silizium-Wafer 2 und das Trägerformstück bilden zusammen ein zusammengesetztes Wafer, wobei die Waferuntereinheiten 6 und die Trägeruntereinheiten 7 aus Glas zusammen die Halbleitereinzeleinheiten 5 bilden. FIG. 1a to 1c showing a conventional method for the production of such small components 1. First, in a first method step ( FIG. 1 a), a silicon wafer 2 is produced, which contains a multiplicity of semiconductor individual units 5 or wafer sub-units 6 . FIG. 1 a shows a top view and a perspective view of such a semiconductor individual unit 5 , all of the semiconductor individual units 5 generated on the silicon wafer 2 being constructed in an equivalent manner and arranged in a regular manner. An electrical circuit arrangement with connection pads 14 is provided on the surface of a single semiconductor unit 5 . Furthermore, a carrier molding is produced, which contains a plurality of carrier subunits 7 . The silicon wafer 2 and the carrier molding together form a composite wafer, wherein the wafer sub-units 6 and the carrier sub-units 7 made of glass together form the semiconductor individual units 5 .
In einem weiteren Verfahrens schritt (Fig. 1b) werden eine Vielzahl von Verbindungseinzeleinheiten 8 hergestellt. Diese Verbindungseinzeleinheiten 8 weisen beispielsweise einen Vorsprung 8-1 und eine Bohrung oder Aushöhlung 8-2 auf, wie in Fig. 1b gezeigt. Nach der Herstellung einer Vielzahl von derartigen Verbindungseinzeleinheiten 8 werden der Silizium-Wafer 2 und das Trägerformstück beispielsweise mit einer Diamantsäge geschnitten, um eine Vielzahl von einzelnen Halbleitereinzeleinheiten 5 (Fig. 1a) herzustellen.In a further method step ( FIG. 1b), a large number of individual connection units 8 are produced. These connection individual units 8 have, for example, a projection 8-1 and a bore or cavity 8-2 , as shown in FIG. 1b. After the production of a large number of such individual connection units 8 , the silicon wafer 2 and the carrier molding are cut, for example with a diamond saw, in order to produce a large number of individual semiconductor individual units 5 ( FIG. 1a).
In zwei weiteren Verfahrensschritten (Fig. 1c) werden nun die einzelnen Einzeleinheiten 6, 7 und 8 verbunden, um die Kleinbauelemente 5 herzustellen.In two further process steps ( FIG. 1 c), the individual individual units 6 , 7 and 8 are now connected in order to produce the small components 5 .
Bei einem derartigen Herstellungsverfahren für Bauelemente sind also so viele einzelne Verbindungsoperationen notwendig, wie Halbleitereinzeleinheiten aus dem Silizium-Wafer 2 erzeugt wurden. In Anbetracht der Tatsache, daß beispielsweise 200, 400 oder 600 einzelne Halbleitereinzeleinheiten auf einem Wafer hergestellt werden können, bedeutet dies die entsprechende Anzahl von einzelnen Verbindungsoperationen, was sehr zeitaufwendig, unwirtschaftlich und kostenaufwendig ist. Zudem besitzen die Halbleitereinzeleinheiten äußerst geringe Abmessungen, beispielsweise 2, 3 oder 4 mm Kantenlänge. Für die in Fig. 1c angedeuteten Verbindungsoperationen muß also eine Ausrichtung von Waferuntereinheit 6, Trägeruntereinheit 7 und Verbindungseinzeleinheit 8 vorgenommen werden, wobei jedoch das Ergreifen, das Ausrichten und das Verbinden für solche geringen Abmessungen äußerst schwierig und zeitaufwendig ist.In such a manufacturing method for components, as many individual connection operations are necessary as the number of individual semiconductor units produced from the silicon wafer 2 . In view of the fact that, for example, 200, 400 or 600 individual semiconductor individual units can be produced on a wafer, this means the corresponding number of individual connection operations, which is very time-consuming, uneconomical and costly. In addition, the individual semiconductor units have extremely small dimensions, for example 2, 3 or 4 mm edge length. For the connection operations indicated in FIG. 1c, an alignment of the wafer subunit 6 , carrier subunit 7 and connection individual unit 8 must be carried out, but gripping, aligning and connecting is extremely difficult and time-consuming for such small dimensions.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem eine Vielzahl von Kleinbauelementen bestehend aus wenigstens zwei aufeinandergeschichteten Einzeleinheiten in kurzer Zeit, mit geringem Arbeitsaufwand und geringen Kosten hergestellt werden können.The object of the present invention is therefore to create a process by which a variety of small components consisting of at least two stacked individual units in short Time, with little effort and low costs can be produced.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung von Kleinbauelementen gelöst, welches durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:This object is achieved by a method for Manufacture of small components solved by the following steps is marked:
- a) Herstellen eines Wafers mit einer Vielzahl von Halbleitereinzeleinheiten;a) Manufacturing a wafer with a variety of Single semiconductor units;
- b) Herstellen eines Verbindungsformstücks mit einer Vielzahl von Verbindungseinzeleinheiten;b) producing a connection fitting with a Variety of connection units;
- c) Ausrichten des Wafers und des Verbindungsformstücks derart, daß jeweils eine Halbleitereinzeleinheit gegenüber liegend einer Verbindungseinzeleinheit angeordnet ist;c) Aligning the wafer and the connection molding such that each has a single semiconductor unit opposite a single connection unit is arranged;
- d) gleichzeitiges Verbinden jeder Halbleitereinzeleinheit mit ihrer jeweiligen Verbindungseinzeleinheit, wobei der Wafer und das Verbindungsformstück erhalten bleiben; d) connecting each individual semiconductor unit simultaneously with their respective connection unit, where get the wafer and the connection molding stay;
- e) Erzeugen der Kleinbauelemente durch gleichzeitiges Durchtrennen des Wafers und des Verbindungsformstücks entlang Trennlinien zwischen den einzelnen verbundenen Halbleitereinzeleinheiten und Verbindungseinzeleinheitene) Generating the small components by simultaneous Cut through the wafer and the connector along dividing lines between each connected Semiconductors and Connection individual units
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, ein Verbindungsformstück herzustellen, welches eine Vielzahl von Verbindungseinzeleinheiten aufweist. Anstelle der Verbindung der einzelnen Halbleitereinzeleinheiten mit einzelnen Verbindungseinzeleinheiten wird im erfindungsgemäßen Verfahren lediglich eine einzige Ausrichtung des Wafers und des Verbindungsformstücks erforderlich. Dies besitzt den wesentlichen Vorteil, daß nur ein einziger Arbeitsschritt zur Verbindung aller Halbleitereinzeleinheiten und Verbindungseinzeleinheiten erforderlich ist. Somit erübrigt sich eine Einzelausrichtung einer einzelnen Halbleitereinzeleinheit und einer einzelnen Verbindungseinzeleinheit. Solange sichergestellt ist, daß die Verbindungseinzeleinheiten des Verbindungsformstücks so regulär angeordnet sind wie die Halbleitereinzeleinheiten auf dem Wafer, wird lediglich eine Ausrichtung des Wafers und des Verbindungsformstücks erforderlich, welches die Herstellungszeit beträchtlich herabsetzt (ca. 1/300). Somit wird der Arbeitsaufwand reduziert, die Herstellungszeit erheblich verringert und somit wird eine wesentlich kostengünstigere Herstellung von derartigen Kleinbauelementen möglich.According to the invention, a Manufacture connecting fitting, which a variety of connection individual units. Instead of Connection of the individual semiconductor units with individual connection single units is in only one method according to the invention Alignment of the wafer and the connection fitting required. This has the main advantage that just one step to connect everyone Semiconductor single units and connection single units is required. So there is no need Single alignment of a single semiconductor unit and a single connection unit. As long as it is ensured that the individual connection units of the Connection fitting are arranged as regularly as that Single semiconductor units on the wafer, is only alignment of the wafer and the connection molding required, which the manufacturing time considerably reduced (approx. 1/300). Thus, the workload reduced, the manufacturing time significantly reduced and thus a much cheaper manufacturing of such small components possible.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auch auf die Herstellung von Kleinbauelementen angewendet werden, die aus mehr als zwei aufeinandergeschichteten Einzelheiten bestehen, dadurch daßAn advantageous embodiment of the invention Process can also be applied to the production of Small components that are made up of more than two layered details exist in that
- - ein Wafer mit einer Vielzahl von Waferuntereinheiten hergestellt wird,a wafer with a large number of wafer subunits will be produced,
- - ein Trägerformstück mit einer Vielzahl von Trägeruntereinheiten hergestellt wird,- A carrier fitting with a variety of Carrier subunits is produced,
- - der Wafer und das Trägerformstück mit zueinander ausgerichteten Waferuntereinheiten und Trägeruntereinheiten zur Bildung eines zusammengesetzten Wafers mit einer Vielzahl von Halbleitereinzeleinheiten aus Waferuntereinheiten und Trägeruntereinheiten miteinander verbunden werden, und daß die Schritte d) und e) mit dem zusammengesetzten Wafer durchgeführt werden.- The wafer and the carrier molding with each other aligned wafer subunits and Carrier subunits to form a composite wafers with a variety of Semiconductor individual units from wafer subunits and Carrier subunits are interconnected, and that steps d) and e) with the composite Wafers are carried out.
Auch wenn die Kleinbauelemente also aus mehreren aufeinandergeschichteten Einzeleinheiten aufgebaut werden sollen, ermöglicht die Herstellung über ein Trägerformstück, daß lediglich eine Ausrichtung des Verbindungsformstücks, des Trägerformstücks und des Wafers erforderlich ist. Somit werden die Herstellungszeit und die Herstellungskosten auch für die Herstellung von Kleinbauelementen reduziert, die aus mehr als zwei aufeinandergeschichteten Einzeleinheiten bestehen.Even if the small components consist of several individual units stacked on top of each other should enable production via a Carrier fitting that only an orientation of the Connection molding, the carrier molding and the wafer is required. Thus, the manufacturing time and the manufacturing cost of manufacturing Small components reduced from more than two individual units stacked on top of each other.
Bei dem zuletzt genannten Verfahren zur Herstellung von Kleinbauelementen, die aus mehr als zwei Einzeleinheiten bestehen, kann das Trägerformstück mit dem Wafer und dem Verbindungsformstück über ihre jeweiligen Einzeleinheiten gleichzeitig in einem Schritt verbunden werden. Dabei erfolgt eine vorangehende Ausrichtung der Einzeleinheiten. In the latter process for the production of Small components that consist of more than two individual units exist, the carrier molding with the wafer and Connection fitting over their respective individual units connected at the same time in one step. Here the individual units are aligned beforehand.
Es ist jedoch auch möglich, jeweils den Wafer und ein Trägerformstück zueinander auszurichten und diese zunächst zu verbinden, wonach eine weitere Ausrichtung dieses Stapelaufbaus zu dem Verbindungsformstück vor deren Verbindung ausgeführt wird. Nachdem lediglich eine Ausrichtung eines Wafers, des Trägerformstücks und des Verbindungsformstücks erforderlich ist, wird die Herstellungszeit auch für die Herstellung von Kleinbauelementen aus mehr als zwei Einzeleinheiten wesentlich herabgesetzt.However, it is also possible to insert the wafer and one Align the carrier molding to each other and this first connect, after which a further alignment of this Stack construction to the connection fitting in front of them Connection is running. After only one Alignment of a wafer, the carrier molding and the Connection fitting is required, the Manufacturing time also for the production of Small components made up of more than two individual units significantly reduced.
Für den Verbindungsschritt zur Verbindung der Einzeleinheiten des Wafers und des Verbindungsformstücks, beziehungsweise des Trägerformstücks, kann ein eutektisches oder anodisches Bond-Verfahren oder ein anderes geeignetes Verfahren verwendet werden. Dies ist insbesondere deshalb vorteilhaft, da bei diesem Verfahren nicht einzeln auf in einem mittleren Abschnitt des Wafers liegende Halbleitereinzeleinheiten zugegriffen werden muß, um deren Verbindung zu bewirken. Der Wafer und das Verbindungsformstück müssen also lediglich zueinander ausgerichtet und für das eutektische oder anodische Bonden aufeinander zu bewegt werden.For the connection step to connect the Individual units of the wafer and the connection molding, or the support molding, can eutectic or anodic bonding process or a other suitable method can be used. This is especially advantageous because with this method not individually on in a middle section of the wafer horizontal semiconductor individual units must be accessed, to bring them together. The wafer and that Connection fitting must therefore only be to each other aligned and for eutectic or anodic bonding to be moved towards each other.
Um Spannungen in den Kleinbauelementen zu vermeiden, ist es vorteilhaft, daß der Wafer, das Verbindungsformstück und gegebenenfalls das Trägerformstück aus Materialien hergestellt werden, welche einen gleichen oder ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Beispielsweise ist der Wafer aus Silizium und das Verbindungsformstück aus Glas, Vacon oder Kovar hergestellt, während das Trägerformstück aus Glas oder Pyrex ist. To avoid tension in the small components, it is advantageous that the wafer, the connection molding and optionally the support molding made of materials are produced, which are the same or similar have thermal expansion coefficients. For example, the wafer is made of silicon and that Connection fitting made of glass, Vacon or Kovar made while the support molding made of glass or Pyrex is.
Nach der Herstellung der Kleinbauelemente können weitere Verbindungsschritte durchgeführt werden, um die Kleinbauelemente mit weiteren Halteelementen zu verbinden. Diese weiteren Verbindungsschritte können Glaslöt-, Bond-, Klebe-, Elektronenstrahlschweiß- oder Laserschweißvorgänge umfassen. In vorteilhafter Weise besitzen diese weiteren Halteelemente ebenfalls ähnliche thermische Ausdehnungskoeffizienten wie die hergestellten Kleinbauelemente.After the manufacture of the small components, more can Connection steps are performed to the To connect small components with other holding elements. These further connection steps can be glass soldering, bonding, Gluing, electron beam welding or laser welding processes include. These advantageously have others Holding elements also similar thermal Expansion coefficients like those made Small components.
Vorteilhaft sind die Kleinbauelemente Drucksensoren, wobei die Halbleitereinzeleinheiten als druckbeaufschlagte Elemente und die Verbindungseinzeleinheiten als Anschlußelemente hergestellt werden.The small components are advantageous pressure sensors, wherein the semiconductor individual units as pressurized Elements and the connection single units as Connection elements are manufactured.
Zur Verbindung der Kleinbauelemente mit einer Auswerteelektronik ist es vorteilhaft, daß in einem weiteren Verfahrensschritt eine Verbindungsfolie mit entlang Stegen zu Einzelanschlüssen führenden Leiterbahnen derart auf den Halbleitereinzeleinheiten der Kleinbauelemente angebracht wird, daß die Einzelanschlüsse kontaktierend auf Anschlußflecken der Halbleitereinzeleinheiten zu liegen kommen.To connect the small components with a Evaluation electronics, it is advantageous that in one further process step with a connecting film Conductor tracks leading along bars to individual connections such on the individual semiconductor units Small components are attached that the individual connections contacting on pads of the Single semiconductor units come to rest.
Die Verbindungsfolie besteht zur Vermeidung von Spannungen in der Verbindung aus einem flexiblen Material, beispielsweise Polyimid.The connection film is used to avoid tension in the connection of a flexible material, for example polyimide.
Es ist vorteilhaft, daß die Verbindungsfolie durch Auf kleben, Löten oder Tape-bonding an die Halbleitereinzeleinheiten angeschlossen oder mit anderen geeigneten Verbindungsverfahren kontaktiert wird. It is advantageous that the connecting film through On glue, solder or tape-bonding to the Single semiconductor units connected or with others appropriate connection procedure is contacted.
Die Verbindungsfolie ist so mit den Einzelanschlüssen ausgestaltet, beispielsweise ausgestanzt, daß eine geringstmögliche Krafteinleitung auf die Halbleitereinzeleinheiten gewährleistet ist.The connection film is so with the individual connections designed, for example punched out that a lowest possible force transmission on the Single semiconductor units is guaranteed.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.In the following the invention with reference to the drawings explained in more detail.
In den Zeichnungen zeigen:The drawings show:
Fig. 1a bis 1c ein herkömmliches Herstellungsverfahren für Kleinbauelemente, die aus z. B. drei aufeinandergeschichteten Einzeleinheiten aufgebaut sind; FIG. 1a to 1c, a conventional manufacturing method for small devices that z from. B. three superimposed individual units are constructed;
Fig. 2a bis 2f ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren für Kleinbauelemente; FIG. 2a to 2f, an inventive manufacturing process for small components;
Fig. 3a bis 3c eine Ausführungsform einer Verbindungseinzeleinheit, die in dem in Fig. 2b gezeigten Verbindungsformstück vorgesehen ist; Figures 3a through 3c, an embodiment of a compound single unit which is provided in the connection form in Fig piece 2B..;
Fig. 4a und 4b ein mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren hergestelltes Kleinbauelement, welches mit einem weiteren Halteelement verbunden ist;A product manufactured by the inventive manufacturing method of small component 4a and 4b which is connected to a further holding member.
Fig. 5 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens zur Herstellung von Kleinbauelementen, die aus mehr als zwei aufeinandergeschichteten Einzeleinheiten aufgebaut sind, und Fig. 5 shows an embodiment of the manufacturing method according to the invention for the manufacture of small devices, which are composed of more than two stacked single units, and
Fig. 6 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens, bei dem eine Verbindungsfolie mit Leiterbahnen zur Verbindung der Halbleitereinzeleinheiten über z. B. vier Anschlußpunkte mit einer Auswerteelektronik auf die Halbleitereinzeleinheiten aufgebracht wird. Fig. 6 shows an embodiment of the manufacturing method according to the invention, in which a connecting film with conductor tracks for connecting the individual semiconductor units via z. B. four connection points with evaluation electronics is applied to the semiconductor individual units.
In der folgenden Beschreibung von vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung bezeichnen die Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile wie in den Fig. 1a bis 1c.In the following description of advantageous embodiments of the invention, the reference numerals designate the same or corresponding parts as in FIGS. 1a to 1c.
Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren, (im folgenden als Full-Wafer-Herstellungsverfahren bezeichnet) für Kleinbauelemente, die wenigstens aus zwei aufeinandergeschichteten Einzeleinheiten aufgebaut sind. Diese Kleinbauelemente sind beispielsweise Drucksensoren. Zunächst wird wie im herkömmlichen Verfahren (Fig. 1a) eine Silizium-Wafer 2 mit einer Vielzahl von Halbleitereinzeleinheiten 5 hergestellt, welche regulär auf dem Wafer 2 angeordnet sind (Fig. 2a). Außerdem wird ein Verbindungsformstück 4 hergestellt, welches eine Vielzahl von untereinander verbundenen Verbindungseinzeleinheiten beziehungsweise Anschlußelemente 8 beinhaltet. Die Fig. 2b zeigt eine Draufsicht und eine perspektivische Ansicht der in dem Verbindungsformstück 4 nebeneinander regulär angeordneten Anschlußelemente 8. Die Anzahl und Größe der Anschlußelemente 8 entspricht der Anzahl und Größe der Halbleitereinzeleinheiten 5. Fig. 2 shows an inventive production method (hereinafter referred to as a full-wafer manufacturing method) for small devices that are constructed of at least two stacked single units. These small components are pressure sensors, for example. First, as in the conventional method ( FIG. 1a), a silicon wafer 2 is produced with a multiplicity of semiconductor individual units 5 , which are arranged regularly on the wafer 2 ( FIG. 2a). In addition, a connection molding 4 is produced, which contains a plurality of interconnected individual connection units or connection elements 8 . FIG. 2b shows a plan view and a perspective view of the side by side regularly arranged in the connecting fitting 4 connecting elements 8. The number and size of the connection elements 8 corresponds to the number and size of the individual semiconductor units 5 .
In einem nächsten Verfahrensschritt (Fig. 2c) werden der derart prozessierte Wafer mit beliebiger Außenabmessung (typisch 4′′) und das Verbindungsformstück zueinander so ausgerichtet, daß jede Halbleitereinzeleinheit 5 einer entsprechenden Verbindungseinzeleinheit 8 gegenüberliegt. Da die Verbindungseinzeleinheiten 8 und die Halbleitereinzeleinheiten 5 die gleiche Größe besitzen, müssen lediglich zwei Halbleitereinzeleinheiten 5 und zwei Verbindungseinzeleinheiten 8 zueinander ausgerichtet werden. Der auf dem Wafer erzeugten Anzahl von Halbleitereinzeleinheiten 5 steht also genau die gleiche Anzahl von Verbindungseinzeleinheiten 8 mit gleichen Abmessungen wie beim Si-Wafer dem Verbindungsformstück gegenüber, wobei jeweilige Halbleitereinzeleinheiten und Verbindungseinzeleinheiten exakt in Deckung miteinander gebracht sind.In a next process step ( Fig. 2c), the wafer processed in this way with any external dimensions (typically 4 '' ) and the connection fitting are aligned with one another such that each semiconductor unit 5 is opposite a corresponding connection unit 8 . Since the connection individual units 8 and the semiconductor individual units 5 have the same size, only two semiconductor individual units 5 and two connection individual units 8 have to be aligned with one another. The number of individual semiconductor units 5 generated on the wafer is therefore exactly the same number of individual connection units 8 with the same dimensions as the Si-wafer compared to the connection fitting, the respective semiconductor individual units and individual connection units being brought into exact register with one another.
Nun werden wie in Fig. 2 gezeigt der Silizium-Wafer und das Verbindungsformstück beispielsweise durch eutektisches Verbinden oder eine andere geeignete Verbindungstechnik miteinander verbunden, wobei alle gegenüberliegenden Einzeleinheiten gleichzeitig miteinander verbunden werden. Somit werden also alle Halbleitereinzeleinheiten mit ihren jeweiligen Verbindungseinzeleinheiten in einem einzigen Arbeitsschritt verbunden. Die so erzeugte Struktur ist in Fig. 2d gezeigt, wobei Fig. 2e eine Seitenansicht dieser geschichteten Struktur zeigt. Now, as shown in FIG. 2, the silicon wafer and the connection fitting are connected to one another, for example by eutectic connection or another suitable connection technology, all of the opposite individual units being connected to one another at the same time. Thus, all semiconductor individual units are connected to their respective connection individual units in a single work step. The structure produced in this way is shown in FIG. 2d, FIG. 2e showing a side view of this layered structure.
Zur Herstellung der einzelnen Kleinbauelemente (Fig. 2f) wird die in Fig. 2d gezeigte geschichtete Struktur entlang von Trennlinien 9, beispielsweise mit einer Diamantsäge, geschnitten. Dabei werden das Verbindungsformstück 4 und der Wafer 2 wie auch ein Trägerformstück 3 gleichzeitig durchtrennt.To produce the individual small components ( FIG. 2f), the layered structure shown in FIG. 2d is cut along dividing lines 9 , for example with a diamond saw. The connection molding 4 and the wafer 2 as well as a carrier molding 3 are cut simultaneously.
Das mit dem Silizium-Wafer zu verbindende Verbindungsformstück 4 und das Trägerformstück 3 bestehen beispielsweise aus einem Material, welches einen dem Siliziummaterial ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten besitzt (zum Beispiel Glas, Pyrex, Vacon, Kovar etc.). Somit treten bei der Verbindung von Verbindungsformstück, Trägerformstück und Silizium-Wafer keine ungünstigen Spannungsverhältnisse auf.The connection molding 4 to be connected to the silicon wafer and the carrier molding 3 consist, for example, of a material which has an expansion coefficient similar to the silicon material (for example glass, Pyrex, Vacon, Kovar etc.). In this way, no unfavorable stress conditions occur when the connection molding, carrier molding and silicon wafer are connected.
Fig. 3 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Verbindungseinzeleinheit 8, welche insbesondere für die Herstellung von Drucksensoren verwendet wird. Fig. 3a zeigt eine perspektivische Ansicht, Fig. 3b eine Seitenansicht und Fig. 3c eine Draufsicht. Die Verbindungseinzeleinheit 8 besteht aus einem vorstehenden Teil 8-1 und einem Teil mit einer Bohrung 8-2. Der Teil mit der Bohrung ist zur Verbindung mit den Halbleitereinzeleinheiten 5 (sh. Fig. 2a) vorgesehen. FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a connection single unit 8 , which is used in particular for the production of pressure sensors. FIG. 3a shows a perspective view, FIG. 3b a side view and FIG. 3c a top view. The connection single unit 8 consists of a projecting part 8-1 and a part with a bore 8-2 . The part with the bore is provided for connection to the semiconductor individual units 5 (see FIG. 2a).
Wie Fig. 4 zeigt, wird die Formgestaltung der Verbindungseinzeleinheiten bzw. Anschlußelemente 8 für ein weiteres Verbindungsverfahren entsprechend ausgewählt. Dieses Verbindungsverfahren zu einer größeren Halterung kann zum Beispiel durch Glaslöten, Kleben bei Anschlußelementen 8 aus Glas oder durch Elektronenstrahl- oder Laserschweißen (bei Anschlußelementen 8 aus Vacon bzw. Kovar) oder durch ein ähnliches Verfahren erfolgen. Fig. 4a und 4b zeigen, wie die Kleinbauelemente 1 bestehend aus der Halbleitereinzeleinheit 5, bestehend aus einer Waferuntereinheit 6 und einer Trägeruntereinheit 7, und der Verbindungseinzeleinheit 8 mit derartigen weiteren Halteelementen 10 aus einem anderen Material verbunden werden. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Halbleitereinzeleinheit 5, das Anschlußelement 8 und das weitere Halteelement 10 ähnliche Ausdehnungskoeffizienten besitzen, um Spannungen in den einzelnen Verbindungen zu vermeiden.As shown in FIG. 4, the shape of the individual connection units or connection elements 8 is selected accordingly for a further connection method. This connection method to a larger holder can be carried out, for example, by glass soldering, gluing in connection elements 8 made of glass or by electron beam or laser welding (in connection elements 8 made of Vacon or Kovar) or by a similar method. FIGS. 4a and 4b show how the small elements 1 consisting of the semiconductor single unit 5 consisting of a wafer sub-unit 6 and a carrier subassembly 7, and the compound single unit 8 is connected to such a further retaining elements 10 made of a different material. It is advantageous if the semiconductor single unit 5 , the connection element 8 and the further holding element 10 have similar expansion coefficients in order to avoid stresses in the individual connections.
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für Kleinbauelemente. Diese Ausführungsform ist insbesondere für Kleinbauelemente vorgesehen, die aus mehr als zwei aufeinandergeschichteten Einzeleinheiten aufgebaut sind. Bei diesem Verfahren wird zusätzlich zu der Herstellung des Silizium-Wafers 2 und des Verbindungsformstücks 4 ein zusätzliches Trägerformstück 3 hergestellt. Dieses Trägerformstück 3 trägt eine Vielzahl von Trägeruntereinheiten 7, die größenmäßig den Waferuntereinheiten 6 der Halbleitereinzeleinheiten 5 und den Verbindungseinzeleinheiten 8 entsprechen. Bei den weiteren Trägeruntereinheiten 7 des Trägerformstücks 3 kann es sich um Trägerstücke, Abstandsstücke und weitere elektrische Schaltungen etc. handeln. Bei dem in Fig. 5 gezeigten Verfahren werden der Wafer 2, das Trägerformstück 3 und das Verbindungsformstück 4 zueinander ausgerichtet, so daß alle jeweiligen Einzeleinheiten einander gegenüberliegen. Fig. 5 shows an embodiment of the manufacturing method according to the invention for small components. This embodiment is intended in particular for small components which are constructed from more than two individual units stacked one on top of the other. With this method, in addition to the production of the silicon wafer 2 and the connection molding 4, an additional carrier molding 3 is produced. This carrier molding 3 carries a multiplicity of carrier subunits 7 , which correspond in size to the wafer subunits 6 of the semiconductor individual units 5 and the connection individual units 8 . The further support subunits 7 of the support molding 3 can be support pieces, spacers and further electrical circuits etc. In the method shown in FIG. 5, the wafer 2 , the carrier molding 3 and the connecting molding 4 are aligned with one another, so that all of the individual units are opposite one another.
In einem weiteren Schritt wird der Wafer 2 zuerst mit dem Trägerformstück 3 verbunden. Danach erfolgt die weitere Verbindung zum Verbindungsformstück 4. Dies kann wiederum durch eutektisches oder anodisches Bonden geschehen. Danach werden der Wafer 2, das Trägerformstück 3 und das Verbindungsformstück 4 gleichzeitig geschnitten, so daß eine Vielzahl von Kleinbauelementen hergestellt wird, die aus mehr als zwei Einzeleinheiten bestehen.In a further step, the wafer 2 is first connected to the carrier molding 3 . Then the further connection to the connection fitting 4 takes place. Again, this can be done by eutectic or anodic bonding. Thereafter, the wafer 2 , the carrier molding 3 and the connection molding 4 are cut simultaneously, so that a large number of small components are produced which consist of more than two individual units.
Obwohl in Fig. 5 gleichzeitig eine Ausrichtung des Wafers 2, des Trägerformstücks 3 und des Verbindungsformstücks 4 vorgenommen wird, ist es auch möglich, zunächst den Wafer 2 und das Trägerformstück 3 zueinander auszurichten und miteinander zu verbinden und danach die Verbundschicht 2, 3 zu dem Verbindungsformstück 4 auszurichten und damit zu verbinden.Although it is made in FIG. 5, the same alignment of the wafer 2, the carrier blank 3 and the connecting fitting 4, it is also possible first to align the wafer 2 and the support fitting 3 to each other and to each other to connect and then the composite layer 2, 3 to Align connection fitting 4 and connect it.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt die Anbringung, z. B. das Aufkleben oder ein anderes geeignetes Kontaktierungsverfahren einer Verbindungsfolie 11 an den Halbleitereinzeleinheiten 5 der Kleinbauelemente 1, wie in Fig. 6 dargestellt. Die Verbindungsfolie 11 ist so ausgestaltet, z. B. ausgestanzt daß sie Einzelanschlüsse 13 aufweist, die jeweils Anschlußflecken 14 (siehe auch Fig. 2a) an den Halbleitereinzeleinheiten 5 entsprechen und diesen gegenüberliegen. Die Verbindungsfolie 11 weist Leiterbahnen 12 entlang Stegen 15 auf, die mit diesen Einzelanschlüssen 13 verbunden sind. Die Leiterbahnen 12 sind z. B. mit einer Auswerteelektronik für die Kleinbauelemente 1 verbunden. Die Verbindungsfolie 11 ist für jedes Kleinbauelement 1 getrennt vorgesehen und weist eine kreisförmige Gestalt mit Ausstanzungen auf. Another advantageous embodiment of the method according to the invention comprises the attachment, for. B. the gluing or another suitable contacting method of a connecting film 11 on the semiconductor individual units 5 of the small components 1 , as shown in Fig. 6. The connecting film 11 is designed, for. B. punched out that it has individual connections 13 , each of which corresponds to connection pads 14 (see also FIG. 2a) on the semiconductor individual units 5 and opposite them. The connecting film 11 has conductor tracks 12 along webs 15 which are connected to these individual connections 13 . The conductor tracks 12 are, for. B. connected to an evaluation electronics for the small components 1 . The connecting film 11 is provided separately for each small component 1 and has a circular shape with punched-outs.
Die Verbindungsfolie 11 wird nun so verbunden, daß nur die Einzelanschlüsse 13 auf den jeweiligen Anschlußflecken 14 der Halbleitereinzelheit 5 zu liegen kommen. Durch die Anbringung einer derartigen Verbindungsfolie wird eine besonders spannungsfreie Verbindung zwischen den Halbleitereinzeleinheiten und der Auswerteelektronik hergestellt. Es ist dabei vorteilhaft, wenn die Verbindungsfolie 11 aus flexiblem Kunststoff, beispielsweise Polyimid, besteht. Die Formgestaltung einer Verbindungsfolie 11 mit derartigen Einzelanschlüssen 13 gewährleistet eine geringstmögliche Krafteinleitung auf das Kleinbauelement 1.The connecting film 11 is now connected in such a way that only the individual connections 13 come to lie on the respective connection pads 14 of the semiconductor detail 5 . By attaching such a connecting film, a particularly stress-free connection is established between the individual semiconductor units and the evaluation electronics. It is advantageous if the connecting film 11 consists of flexible plastic, for example polyimide. The shape of a connecting film 11 with such individual connections 13 ensures the least possible introduction of force onto the small component 1 .
Das erfindungsgemäße Full-Wafer-Herstellungsverfahren wurde oben im Zusammenhang für die Herstellung von Drucksensoren aus Silizium-Wafem beschrieben, jedoch eignet es sich zur Herstellung von beliebigen Kleinbauelementen.The full wafer production method according to the invention has been related to the manufacture of Silicon wafer pressure sensors described, however it is suitable for the production of any Small components.
Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Full-Wafer-Herstellungsverfahren für die Herstellung von Kleinbauelementen, die äußerst geringe Abmessungen beispielsweise 2, 3 oder 4 mm Kantenlänge aufweisen, da eine Einzelausrichtung von Halbleitereinzeleinheiten und Verbindungseinzeleinheiten für derartige Kleinbauelemente schwierig ist. In vorteilhafter Weise umgeht die Erfindung dieses Problem durch Herstellung eines Wafers und eines Verbindungsformstücks, wobei lediglich der Wafer und das Verbindungsformstück zueinander ausgerichtet und verbunden werden müssen. Somit ist das Verfahren preiswert und ermöglicht die Herstellung von 200, 400 oder 600 gleichartigen Kleinbauelementen in kürzester Zeit.The invention is particularly suitable Full wafer manufacturing process for the manufacture of Small components, the extremely small dimensions for example, have 2, 3 or 4 mm edge length, because a single alignment of individual semiconductor units and Single connection units for such small components is difficult. The invention advantageously circumvents this problem by making a wafer and one Connection molding, with only the wafer and Connection fitting aligned and connected to each other Need to become. The process is therefore inexpensive and enables the production of 200, 400 or 600 similar small components in no time.
Claims (15)
- a) Herstellen eines Wafers (2) mit einer Vielzahl von Halbleitereinzeleinheiten (5);
- b) Herstellen zumindest eines Verbindungsformstücks (4) mit einer Vielzahl von Verbindungseinzeleinheiten (8);
- c) Ausrichten des Wafers (2) und des Verbindungsformstücks (4) derart, daß jeweils eine Halbleitereinzeleinheit (5) gegenüberliegend einer Verbindungseinzeleinheit (8) angeordnet ist,
- d) gleichzeitiges Verbinden jeder Halbleitereinzeleinheit (5) mit ihrer jeweiligen gegenüberliegenden Verbindungseinzeleinheit (8), wobei der Wafer (2) und das Verbindungsformstück (4) erhalten bleiben;
- e) Erzeugen der Kleinbauelemente (1) durch gleichzeitiges Durchtrennen des Wafers (2) und des Verbindungsformstücks (4) entlang Trennlinien (9) zwischen den einzelnen verbundenen Halbleitereinzeleinheiten (5) und Verbindungseinzeleinheiten (8).
- a) producing a wafer ( 2 ) with a plurality of semiconductor individual units ( 5 );
- b) production of at least one connection fitting ( 4 ) with a plurality of connection individual units ( 8 );
- c) aligning the wafer ( 2 ) and the connection molding ( 4 ) in such a way that in each case one semiconductor single unit ( 5 ) is arranged opposite a single connection unit ( 8 ),
- d) simultaneous connection of each semiconductor individual unit ( 5 ) to its respective opposite connecting individual unit ( 8 ), the wafer ( 2 ) and the connecting molded part ( 4 ) being retained;
- e) Generating the small components ( 1 ) by simultaneously cutting through the wafer ( 2 ) and the connection fitting ( 4 ) along dividing lines ( 9 ) between the individual connected semiconductor individual units ( 5 ) and individual connection units ( 8 ).
- - ein Wafer (2) mit einer Vielzahl von Waferuntereinheiten (6) hergestellt wird,
- - ein Trägerformstück (3) mit einer Vielzahl von Trägeruntereinheiten (7) hergestellt wird,
- - der Wafer (2) und das Trägerformstück (3) mit zueinander ausgerichteten Waferuntereinheiten (6) und Trägeruntereinheiten (7) zur Bildung eines zusammengesetzten Wafers mit einer Vielzahl von Halbleitereinzeleinheiten (5) aus Waferuntereinheiten (6) und Trägeruntereinheiten (7) miteinander verbunden werden,
- a wafer ( 2 ) with a multiplicity of wafer subunits ( 6 ) is produced,
- a carrier shaped piece ( 3 ) with a plurality of carrier subunits ( 7 ) is produced,
- - The wafer ( 2 ) and the carrier molding ( 3 ) with mutually aligned wafer subunits ( 6 ) and carrier subunits ( 7 ) to form a composite wafer with a plurality of semiconductor individual units ( 5 ) from wafer subunits ( 6 ) and carrier subunits ( 7 ) are connected to one another ,
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