DE602005001386T2 - Verfahren zur Häusung von Mikrobauteilen mittels einer Pressform - Google Patents
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Description
- Die Erfindung betrifft ganz allgemein Konditionierungstechniken von elektronischen Mikrobauelementen.
- Im Einzelnen betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Konditionierung von Mikrobauelementen, wie elektromechanischen Mikrosystemen, die auf ein und demselben Substratwafer zahlreich verwirklicht werden, wobei dieses Verfahren einen Vorgang umfasst, der darin besteht, jedes Mikrobauelement in ein Gehäuse einzuschließen, das durch wenigstens zwei Wände umgeben ist, von denen eine durch das Substrat gebildet wird.
- Trotz zahlreicher, in der Mikroelektronik entwickelter Fertigungstechniken, bleibt die Konditionierung von Mikrobauelementen, und insbesondere von elektromechanischen Mikrosystemen, ein relativ langwieriger, komplexer und teuerer Vorgang (siehe zum Beispiel die Patentanmeldung
WO03/084861 - Zu diesem Zweck ist das Verfahren der Erfindung, dass im Übrigen mit der gattungsgemäßen Definition übereinstimmt, die im oben angegebenen Oberbegriff gegeben wird, im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass dieses einen Präparationsvorgang umfasst, der darin besteht, eine Deckplatte herzustellen, die so bemessen ist, dass gleichzeitig mehrere Mikrobauelemente oder alle Mikrobauelemente des Wafer abgedeckt sind, und die aus einem Starter gebildet wird, der aufweist wenigstens eine Matrix aus einem mechanisch und chemisch stabilen Material in einer Unterseite, aus welchem Verstärkungen hergestellt werden, eine Schicht aus Polymermaterial, die auf der Unterseite der Matrix angeordnet ist und deren von der Matrix entfernt liegende Unterseite Verstärkungen aufweist, die im Wesentlichen die Form der Verstärkungen der Matrix wiedergeben und eine Metallschicht, die auf der Unterseite der Schicht aus Polymermaterial angeordnet ist und deren eine Unterseite Verstärkungen aufweist, die im Wesentlichen diejenigen der Unterseite der Schicht aus Polymermaterial reproduzieren, wobei das Verfahren ferner umfasst einen Versiegelungsschritt, der einen Abdeckvorgang beinhaltet, dem gleichzeitige Press- und Erhitzungsvorgänge folgen, was zu einer Versiegelung der Metallschicht auf der Unterseite des Wafer führt, wobei die Metallschicht somit eine zweite Wand für jedes Gehäuse bildet, und einen Freigabevorgang nach dem Versiegelungsschritt, der darin besteht, die Matrix der Schicht aus Polymermaterial unter wenigstens teilweiser Auflösung dieser letzteren in einem Lösungsmittel freizulegen, wobei die Matrix dadurch wieder verwendbar wird.
- Wie für den Fachmann leicht verständlich ist, sind die Ortsangaben, wie „untere" und „obere" in relativer Weise und einem räumlichen Bezug, der im Hinblick auf den Standpunkt frei gewählt wird, zu interpretieren.
- Es ist von Vorteil, vorzusehen, dass der Abdeckvorgang darin besteht, den Wafer mit der Deckplatte abzudecken, wobei die Metallschicht auf diese Weise wenigstens örtlich eine Zwischenschicht bildet, die sowohl mit der Schicht aus Polymermaterial als auch mit der Oberseite des Wafer in Kontakt steht, dass der Pressvorgang darin besteht, auf den Wafer und auf die Matrix einen Druckkontakt wenigstens von einem Bar auszuüben, dass der Versiegelungsvorgang darin besteht, die Schicht aus Metall der Zwischenschicht bis zum Erhalt der Versiegelung wenigstens in einer Mehrzahl von Zonen zu erhitzen, die Versiegelungszonen bilden, wobei jedes Gehäuse mit wenigstens einer Versiegelungszone versehen ist, dass der Versiegelungsvorgang durch Bestrahlen der Metallschicht durch die Matrix und die Schicht aus Polymermaterial hindurch mit einer elektromagnetischen Strahlung durchgeführt wird, die durch diese Metallschicht absorbiert wird, wobei die Matrix und die Schicht aus Polymermaterial in den jeweiligen Materialien beide gegenüber elektromagnetischer Strahlung durchlässig ausgebildet sind.
- Die elektromagnetische Strahlung kann durch ein Lichtbündel im Infrarotbereich gebildet werden, das zum Beispiel durch einen YAG Nd Laser erzeugt wird.
- Im Übrigen kann die elektromagnetische Strahlung sequentiell oder parallel auf die ganze Deckplatte aufgebracht werden.
- Es ist insbesondere möglich, wenn auch optional, vorzusehen, dass das Metall aus Gold besteht oder dieses enthält und dass das Substrat und/oder die Matrix aus Silizium besteht oder dieses enthält.
- Vorzugsweise wird jedes Gehäuse durch seine Versiegelungszone einstückig umgeben.
- Das Konditionierungsverfahren, wie es vorstehend definiert ist, kann durch einen Zuschneidevorgang komplettiert werden, der einem Freigabevorgang folgt, und darin besteht, die Mikrobauelemente ein und derselben Wafer voneinander zu trennen, wobei jedes Mikrobauelement in seinem Gehäuse eingekapselt bleibt.
- Vorzugsweise wird das Polymermaterial so gewählt, dass sich dieses bei der Erhitzung der Metallschicht zersetzt, wobei die Erhitzung auf diese Weise eine Ablösung der Unterseite der Schicht aus Polymermaterial in Bezug zur Metallschicht herbeiführt.
- Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden sich deutlich aus der Beschreibung ergeben, die dazu nachfolgend beispielhaft und nicht beschränkend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen gegeben wird, in welchen:
-
1 eine vergrößerte und schematische Teilschnittansicht eines Wafer und einer Abdeckplatte ist, die im Hinblick auf ihre Versiegelung gemäß dem Verfahren der Erfindung präpariert sind; und -
2 eine vergrößerte und schematische Teilschnittansicht eines Wafer und einer Abdeckplatte ist, im Verlauf der Versiegelung gemäß dem Verfahren der Erfindung. - Wie vorher angemerkt, betrifft die Erfindung insbesondere ein Verfahren zum Konditionieren von Mikrobauelementen
1 , insbesondere von elektromechanischen Mikrosystemen, die vorher zahlreich auf ein und demselben Platte oder Wafer2 realisiert wurden, zum Beispiel aus einem Halbleitermaterial, wie Silizium, oder aus einem Kompositmaterial, wie einem mit einer Polysiliziumschicht überdeckten Glas. - Das Ende dieses Verfahrens besteht darin, jedes Mikrobauelement
1 in einem Gehäuse3 einzuschließen, das durch mehrere Wände, beispielsweise31 und32 , umgeben ist und dessen erste Wand31 durch das Substrat2 gebildet wird. - Zu diesem Zweck umfasst das Verfahren der Erfindung zunächst einen Präparationsvorgang, der darin besteht, eine Deckplatte
4 zu realisieren, die so bemessen ist, dass sie gleichzeitig mehrere Mikrobauelemente1 des Wafer2 , und ganz bevorzugt alle Mikrobauelemente1 dieses Wafer, gleichzeitig abdeckt. - Die Platte
4 wird aus einem Stapel gebildet, der wenigstens eine Matrix41 , eine Schicht42 aus Polymermaterial und eine Metallschicht5 , zum Beispiel aus Gold, umfasst. - Die Matrix
41 wird aus einem mechanisch und chemisch stabilen Material realisiert, zum Beispiel aus Silizium, und weist auf ihrer Unterseite411 Verstärkungen413 auf, die so angeordnet sind, wie dies die Mikrobauelemente1 auf dem Wafer2 sind. - Die Ausdrücke „unter" und „ober" müssen als eine bestimmte zufällige Ausrichtung im Raum verstanden werden, entsprechend der Zeichnungen.
- Im Übrigen muss die Eigenschaft der mechanischen und chemischen Stabilität der Matrix
41 als auf die Nutzungsbedingungen dieser Matrix beschränkt verstanden werden, die unten genau angegeben werden, von denen der Fachmann insbesondere erfährt, dass diese Matrix41 in einem zum Auflösen der Schicht42 aus Polymermaterial verwendeten Lösungsmittel nicht lösbar sein soll. - Diese Schicht
42 aus Polymermaterial ist auf der Unterseite411 der Matrix41 angeordnet und weist auf ihrer eigenen Unterseite421 , entfernt von der Matrix41 , Verstärkungen423 auf, die die Form der Verstärkungen413 der Matrix41 im Wesentlichen reproduzieren. - Die Metallschicht
5 ist auf der Unterseite421 der Schicht42 aus Polymermaterial angeordnet und weist selbst auf ihrer Unterseite51 Verstärkungen53 auf, welche die Form der Verstärkungen423 der Unterseite421 der Schicht42 aus Polymermaterial im Wesentlichen reproduzieren. - Das Verfahren der Erfindung umfasst ferner einen Versiegelungsschritt, der einen Abdeckvorgang beinhaltet, dem gleichzeitige Press- und Erhitzungsvorgänge folgen, was zu einer Versiegelung der Metallschicht
5 auf der Unterseite22 des Wafer führt. - Der Abdeckvorgang besteht darin, den Wafer
2 durch die Abdeckplatte4 abzudecken, wobei die Metallschicht5 auf diese Weise wenigstens örtlich eine Zwischenschicht6 bildet, die gleichzeitig in Kontakt mit der Schicht42 aus Polymermaterial und mit der Oberseite22 des Wafer2 steht, und diese Metallschicht5 im Übrigen eine zweite Wand32 für jedes Gehäuse3 bildet. - Der Pressvorgang besteht darin, auf den Wafer
2 und auf die Matrix41 einen Kontaktdruck aufzubringen, der wenigstens gleich einem Bar ist und typischerweise zwischen 1 und 5 Bar beträgt. - Der Versiegelungsvorgang besteht darin, bis zum Erhalt der Versiegelung die Schicht
5 aus Metall der Zwischenschicht6 in einer Mehrzahl von Zonen zu erhitzen, die dazu bestimmt sind, Versiegelungszonen7 zu bilden, und so verteilt sein, dass jedes Gehäuse3 mit wenigstens einer solchen Versiegelungszone7 versehen ist. - Die Heiztemperatur erreicht typischerweise 400°C lokal, das heißt, eine Temperatur oberhalb der eutektischen Temperatur Gold-Silizium, in dem Fall, in welchem die Metallschicht
5 aus Gold gebildet wird und/oder das Substrat2 aus Silizium gebildet wird. - Im Falle der Verwendung anderer Metalle oder Legierungen oder anderer Materiale für den Wafer können andere Temperaturen und insbesondere höhere, vorgesehen werden.
- Dieser Versiegelungsvorgang wird vorzugsweise durch Bestrahlen der Metallschicht
5 durch die Matrix41 und die Schicht42 aus Polymermaterial hindurch durchgeführt, und zwar mittels elektromagnetischer Strahlung REM, die durch diese Metallschicht absorbiert wird. - In diesem Falle müssen die Matrix
41 und die Schicht42 aus Polymermaterial jedoch können die jeweiligen Materialien beide gegenüber dieser elektromagnetischen Strahlung REM durchlässig ausgebildet sein. - Die elektromagnetische Strahlung REM wird in vorteilhafter Weise durch ein Lichtbündel im Infrarotbereich gebildet, zum Beispiel einem Strahl von 1064 nm Wellenlänge, der durch einen gepulsten oder kontinuierlichen YAG Nd Laser erzeugt wird.
- Die elektromagnetische Strahlung REM kann in Form eines selektiv gelenkten Strahles gebildet werden, und zwar durch eine Relativbewegung dieses Strahles und der Platte
2 über den zu erhitzenden Zonen, die dazu bestimmt sind, die Versiegelungszonen7 zu werden. - Sie kann dennoch auch sequentiell oder parallel auf der gesamten Oberfläche der Deckplatte
4 aufgebracht werden, wobei die Mikrobauelemente1 gegenüber einer direkten Strahlung durch die Metallschicht5 geschützt sind, welche diese überragt. - Das Polymermaterial der Schicht
42 kann in vorteilhafter Weise aus Polymeren ausgebildet werden, die dafür bekannt sind, sich durch Erhöhung ihrer Temperatur zu zersetzen. - So provoziert die durch die Erhitzung der Metallschicht
5 resultierende Zersetzung dieser Schicht42 spontan die Ablösung der Unterseite421 dieser Schicht42 aus Polymermaterial gegenüber der Metallschicht5 . - Nach dem Versiegelungsschritt umfasst das Verfahren der Erfindung einen Freigabevorgang, der darin besteht, die Matrix
41 der Schicht42 aus Polymermaterial durch Auflösen wenigstens teilweise dieser letzteren in einem Lösungsmittel freizugeben. - Aufgrund ihrer mechanischen und chemischen Stabilität widersteht die Matrix
41 dieser Behandlung ohne Schaden und kann somit wiederverwendet werden. - Um einen optimalen Schutz jedes Mikrobauelements
1 sicherzustellen, ist es nützlich, dafür zu sorgen, dass die jedem Gehäuse3 zugeordnete Versiegelungszone7 jenes einstückig umgibt und dieses somit dicht macht. - Nach dem Freigabevorgang umfasst das Verfahren der Erfindung einen Schneidevorgang, der darin besteht, die Mikrobauelemente
1 ein und derselben Wafer miteinander zu trennen, indem der Wafer2 und die Metallschicht5 um jedes Gehäuse3 herum zugeschnitten wird, wobei jedes Mikrobauelement1 somit in seinem Gehäuse3 eingekapselt bleibt. - Die Erfindung betrifft natürlich auch jede Gesamtheit von Mikrobauelementen, wie elektromechanische Mikrosysteme
1 , die durch die Durchführung eines Verfahrens, wie es oben beschrieben wird, realisiert werden.
Claims (10)
- Konditionierungsverfahren von Mikrobauelementen (
1 ), wie elektromechanische Mikrosysteme, die auf ein und demselben Substratwafer (2 ) zahlreich verwirklicht sind, wobei das Verfahren einen Vorgang umfasst, der darin besteht, jedes Mikrobauelement (1 ) in ein Gehäuse (3 ) einzuschließen, das durch wenigstens zwei Wände (31 ,32 ) umgeben ist, von denen eine (31 ) durch das Substrat (2 ) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass dieses einen Präparationsvorgang umfasst, der darin besteht, eine Deckplatte (4 ) herzustellen, die so bemessen ist, dass gleichzeitig mehrere Mikrobauelemente (1 ) oder alle Mikrobauelemente (1 ) des Wafer (2 ) abgedeckt sind, und die aus einem Stapel gebildet wird, der aufweist wenigstens eine Matrix (41 ) aus einem mechanisch und chemisch stabilen Material in einer Unterseite (411 ), aus welchem Verstärkungen (413 ) hergestellt werden, eine Schicht (42 ) aus Polymermaterial, die auf der Unterseite (411 ) der Matrix (41 ) angeordnet ist und deren von der Matrix (41 ) entfernt liegende Unterseite (421 ) Verstärkungen (423 ) aufweist, die im Wesentlichen die Form der Verstärkungen (413 ) der Matrix (41 ) wiedergeben, und eine Metallschicht (5 ), die auf der Unterseite (421 ) der Schicht (42 ) aus Polymermaterial angeordnet ist und deren eine Unterseite (51 ) Verstärkungen (53 ) aufweist, die im Wesentlichen diejenigen (423 ) der Unterseite (421 ) der Schicht (42 ) aus Polymermaterial reproduzieren, wobei das Verfahren ferner umfasst einen Versiegelungsschritt, der einen Abdeckvorgang beinhaltet, dem gleichzeitige Press- und Erhitzungsvorgänge folgen, was zu einer Versiegelung der Metallschicht (5 ) auf der Unterseite (22 ) des Wafer (2 ) führt, wobei die Metallschicht (5 ) somit eine zweite Wand (32 ) für jedes Gehäuses (3 ) bildet, und einen Freigabevorgang nach dem Versiegelungsschritt, der darin besteht, die Matrix (41 ) der Schicht (42 ) aus Polymermaterial unter wenigstens teilweiser Auflösung dieser letzteren in einem Lösungsmittel freizulegen, wobei die Matrix (41 ) dadurch wieder verwendbar wird. - Konditionierungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abdeckvorgang darin besteht, den Wafer (
2 ) mit der Deckplatte (4 ) abzudecken, wobei die Metallschicht (5 ) auf diese Weise wenigstens örtlich eine Zwischenschicht (6 ) bildet, die sowohl mit der Schicht (42 ) aus Polymermaterial als auch mit der Oberseite (22 ) des Wafer (2 ) in Kontakt steht, dass der Pressvorgang darin besteht, auf den Wafer (2 ) und auf die Matrix (41 ) einen Druckkontakt wenigstens von einem bar auszuüben, dass der Versiegelungsvorgang darin besteht, die Schicht (5 ) aus Metall der Zwischenschicht (6 ) bis zum Erhalt der Versiegelung wenigstens in einer Mehrzahl von Zonen zu erhitzen, die Versiegelungszonen (7 ) bilden, wobei jedes Gehäuse (3 ) mit wenigstens einer Versiegelungszone (7 ) versehen ist, dass der Versiegelungsvorgang durch Bestrahlen der Metallschicht (5 ) durch die Matrix (41 ) und die Schicht (42 ) aus Polymermaterial hindurch mit einer elektromagnetischen Strahlung (REM) durchgeführt wird, die durch diese Metallschicht absorbiert wird, wobei die Matrix (41 ) und die Schicht (42 ) aus Polymermaterial in den jeweiligen Materialien beide gegenüber elektromagnetischer Strahlung (REM) durchlässig ausgebildet sind. - Konditionierungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Strahlung (REM) durch ein Lichtbündel im Infrarotbereich gebildet wird, erzeugt zum Beispiel durch einen YAG Nd Laser.
- Konditionierungsverfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Strahlung (REM) sequentiell oder parallel auf die ganze Deckplatte (
4 ) aufgebracht wird. - Konditionierungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall (
5 ) aus Gold besteht oder dieses enthält. - Konditionierungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (
2 ) aus Silizium besteht oder dieses enthält. - Konditionierungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix (
41 ) aus Silizium besteht oder dieses enthält. - Konditionierungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, kombiniert mit Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Gehäuse (
3 ) durch seine Versiegelungszone (7 ) einstückig umgeben wird. - Konditionierungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses einen Zuschneidevorgang nach dem Freigabevorgang umfasst, der darin besteht, die Mikrobauelemente (
1 ) ein und derselben Wafer (2 ) voneinander zu trennen, wobei jedes Mikrobauelement (1 ) in seinem Gehäuse (3 ) eingekapselt bleibt. - Konditionierungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymermaterial (
42 ) so gewählt wird, dass sich dieses bei der Erhitzung der Metallschicht (5 ) zersetzt, wobei die Erhitzung auf diese Weise eine Ablösung der Unterseite (421 ) der Schicht (42 ) aus Polymermaterial in Bezug zur Metallschicht (5 ) herbeiführt.
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