EP2321216A2 - Procede et dispositif d'encapsulation de microstructures - Google Patents

Procede et dispositif d'encapsulation de microstructures

Info

Publication number
EP2321216A2
EP2321216A2 EP09740426A EP09740426A EP2321216A2 EP 2321216 A2 EP2321216 A2 EP 2321216A2 EP 09740426 A EP09740426 A EP 09740426A EP 09740426 A EP09740426 A EP 09740426A EP 2321216 A2 EP2321216 A2 EP 2321216A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mold
cover
layer
substrate
hook layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09740426A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Sébastien Brault
Elisabeth Dufour-Gergam
Martial Desgeorges
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KFM Technology SRL
Original Assignee
KFM Technology SRL
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KFM Technology SRL filed Critical KFM Technology SRL
Publication of EP2321216A2 publication Critical patent/EP2321216A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00261—Processes for packaging MEMS devices
    • B81C1/00269—Bonding of solid lids or wafers to the substrate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C2203/00—Forming microstructural systems
    • B81C2203/01—Packaging MEMS
    • B81C2203/0127—Using a carrier for applying a plurality of packaging lids to the system wafer
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T156/00—Adhesive bonding and miscellaneous chemical manufacture
    • Y10T156/17—Surface bonding means and/or assemblymeans with work feeding or handling means
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/23—Sheet including cover or casing

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for individually or collectively encapsulating structures carried by a substrate. It also relates to an encapsulation mold for such a method or device, and a method of manufacturing such a mold.
  • the field of the invention is more particularly but not limited to that of the encapsulation of microsystems on a glass or silicon substrate.
  • the packaging stage represents the final step of manufacturing a product.
  • the packaging of microelectromechanical systems is complex because the MEMS include mechanical parts generally deformable or mobile very sensitive to liquids and generally to their environment.
  • the microsystems must be protected from the external environment in a humidity and gas-tight cavity in order to limit their aging and increase their reliability.
  • This packaging step has become as important today as the microsystems manufacturing process.
  • Wafer-Level Packaging enables collective and simultaneous encapsulation of all microsystems present on a carrier substrate.
  • MEMS encapsulation in a cavity is to protect them from the external environment to the cavity and to ensure the stability and reliability of their performance.
  • encapsulation must generally provide all or part of the following functions:
  • a disadvantage of existing encapsulation processes is that they are very complex and cumbersome to implement.
  • each encapsulation generally requires the manufacture of a mold to be completely dissolved during encapsulation.
  • the object of the present invention is to provide a method and a device for encapsulation simpler and / or more effective than those of the state of the art.
  • the hook layer is made from a fluoropolymer and therefore comprises this fluoropolymer.
  • fluoropolymer is meant throughout this document a polymer comprising fluorine atoms.
  • the fluorinated polymer preferably comprises at least one carbon chain and along this chain several CF type bonds between a carbon atom C and a fluorine atom F, as is the case in a fluorocarbon polymer.
  • the fluoropolymer preferably comprises but not limited to Teflon.
  • the fluoropolymer preferably comprises a fluorocarbon polymer such as: PTFE-type Teflon, also called polytetrafluoroethylene,
  • PVDF also called polyfluorovinylidene
  • ETFE also called modified copolymer of ethylene and tetrafluoroethylene
  • the mold preferably comprises a mold substrate in contact with the hook layer, and the breaking force required to separate the mold substrate and the hook layer is preferably greater than the breaking force required to separate the mold layer. layer of hung and the at least one hood.
  • the mold can be separated from the at least one cover chemically, by dissolving the hooked layer.
  • the bonding layer can be dissolved in an acid bath or in a solvent bath, for example in a nitric acid bath.
  • the at least one cover is preferably fixed on the carrier substrate by means of a polymer seal or a eutectic seal located between the at least one cover and the substrate. carrier, or by means of a thermo-compression welding.
  • the seal may be structured at at least one connection passage connected to the at least one structure.
  • the at least one hood may be perforated, and may include one or more holes of various sizes and shapes. These holes are particularly useful in the case where the cover encapsulates an optical structure such as a light detector or an acoustic structure such as a microphone.
  • the mold preferably comprises silicon atoms.
  • the mold can adhere with the fluoropolymer due to its content of silicon, especially via Si-C bonds between silicon atoms of the mold and carbon atoms of the fluorocarbon polymer.
  • Each cap may comprise a metal layer in contact with the fluoropolymer.
  • the invention further relates to an encapsulated structure obtained by the encapsulation method according to the invention.
  • a device for encapsulating at least one structure carried by a carrier substrate implementing a method according to the invention, and comprising: a mold comprising a layer of hooked and carrying at least one cover so that each cover is in contact with the hooked layer,
  • the hooking layer comprises a fluorinated polymer.
  • the fluoropolymer preferably comprises a fluorocarbon polymer, and more specifically preferably polytetrafluoroethylene.
  • the separation means may comprise means for mechanically separating the mold and the at least one cover, arranged to tear the mold from at least one cover.
  • the mold can then comprise a mold substrate in contact with the hook layer, and the breaking force needed to separate the mold substrate and the hook layer is preferably larger than the breaking force needed to separate the mold layer. layer of hung and the at least one hood.
  • the separation means may comprise means for separating chemically the mold and the at least one cover, arranged to dissolve the layer of hooked.
  • the chemical separation means may for example comprise an acid bath or a solvent bath, in particular a nitric acid bath.
  • the fixing means may comprise means for welding a polymer seal or a eutectic seal located between the at least one cap and the carrier substrate, or thermo-compression welding means.
  • the seal may comprise at least one structured part for at least one passage of a connection connected to the at least one structure.
  • the at least one hood can be holed as previously described.
  • the mold may include silicon atoms.
  • Each cap may comprise a metal layer in contact with the fluoropolymer.
  • the invention also relates to an encapsulation mold for an encapsulation device according to the invention and for an encapsulation process according to the invention, said mold comprising: a mold substrate comprising at least one mold cavity; hook layer deposited on one side of the mold substrate carrying the at least one mold cavity, characterized in that the hook layer comprises a fluoropolymer.
  • the fluoropolymer preferably comprises a fluorocarbon polymer, and more specifically preferably polytetrafluoroethylene.
  • the mold substrate may comprise silicon atoms.
  • the mold according to the invention can carry, at each mold cavity, a cover on the hooked layer.
  • Each cover preferably comprises a metal layer in contact with the fluoropolymer.
  • the breaking force required to separate the mold substrate and the hook layer is preferably greater than the breaking force required to separate the hook layer and the at least one cover.
  • At least one of the hoods can be holed as previously described.
  • the invention relates to a mold obtained by a method of manufacturing a mold according to the invention.
  • the invention also relates to a method of manufacturing an encapsulation mold according to the invention, comprising: an etching in a mold substrate, for forming at least one mold cavity, - a deposit of a layer hooked on one side of the mold substrate carrying the at least one mold cavity, characterized in that the hook layer comprises a fluoropolymer.
  • the fluoropolymer preferably comprises a fluorocarbon polymer, and more specifically preferably polytetrafluoroethylene.
  • the mold substrate may comprise silicon atoms.
  • the mold manufacturing method according to the invention may further comprise a deposit, on the hook layer, of a cover at each mold cavity.
  • Each cap may comprise a metal layer in contact with the fluoropolymer.
  • the breaking force required to separate the mold substrate and the hook layer is preferably greater than the breaking force required to separate the hook layer and the at least one cover. At least one of the hoods can be holed as previously described.
  • the deposition of the hook layer preferably comprises an exposure of the mold substrate to a plasma of C 4 F 8 (this compound comprising four carbon atoms for eight fluorine atoms) such as octafluorobutene, perfluorobutene, hexafluorobutene, octafluorocyclobutane or the like.
  • FIG. 1 is a sectional sectional view of a mold according to the invention for an encapsulation device according to the invention
  • FIG. 2 is a three quarter view of the mold of FIG. 1,
  • FIG. 3 is a schematic view of a first preferred embodiment of an encapsulation device according to the invention, comprising the mold of FIGS. 1 and 2,
  • FIGS. 4 to 6 illustrate a mold, covers, and a carrier substrate of the device of FIG. 3 for different stages of an encapsulation process according to the invention.
  • This manufacturing method comprises a chemical etching of a mold substrate 2 initially having a plate shape with parallel faces 4, 5.
  • This mold substrate 2 is etched to form at least one mold cavity 3 on one of these parallel faces. 5.
  • the mold substrate 2 is typically a glass or silicon wafer
  • This etching is carried out by a typical etching process in the field of lithography, and comprises for example a drawing of a pattern on the face 5 of the mold substrate 2 with the aid of a mask.
  • the engraving of the mold is carried out:
  • the mask may be a photosensitive resin, an SiO 2 mask, or an aluminum layer.
  • a hook layer 6 is deposited on the face 5 of the mold substrate 2 carrying the at least one mold cavity 3.
  • the hook layer 6 is made from a fluoropolymer and therefore comprises this fluorinated polymer.
  • fluoropolymer is meant a polymer comprising fluorine atoms.
  • This fluorinated polymer here comprises a carbon chain and along this chain several CF type bonds between a carbon atom C and a fluorine atom F.
  • This layer of hook is represented in dashed lines on the sectional views of Figures 1 and 3 to 6, and is shown in a layer filled with small dots in Figure 2.
  • the fluoropolymer comprises a fluorocarbon polymer, and more specifically includes polytetrafluoroethylene (or "PTFE"). ) of general chemical formula:
  • n is an integer, typically between 1 and an almost infinite number equal to several thousand, several million or more, and
  • the groups R 1 and R 2 for example comprise carbon atoms C, oxygen O, fluorine F and / or other and therefore comprise, for example, CF, CH 3 , CF 3 or other groups.
  • Deposition of the bonding layer comprises exposing the mold substrate 2 to a C 4 F 8 plasma in a reactive ion etching (RIE) frame ("Reactive Ion Etching") or in a deep reactive ion etching frame "DRIE"("Deep Reactive Ion Etching”).
  • RIE reactive ion etching
  • this hooked layer is between a few nanometers and a few micrometers.
  • the contact angle between a drop of deionized water and this hook layer 6 has a value of between 100 ° and 115 °.
  • covers 7 are deposited on the mold 1, more precisely on the hooking layer 6, a cover 7 being deposited at each mold cavity 3, so that each cover 7 takes the form of a cavity of mold 3 and thus has a shape of hood cavity 8.
  • Each cover 7 has the shape of a substantially constant thickness plate forming a hood cavity 8.
  • the deposit of covers 7 comprises a stack of films. These films are metal films such as nickel, copper, and / or titanium films. Concretely, we deposit on the substrate of mold 2 successively and on top of each other a titanium thin film using an evaporator or a sprayer, then a thin copper film using an evaporator or a sprayer, then a thick film of nickel by electrochemical bath. The thick nickel film is thus oriented towards the inside (that is to say the concave side) of each hood cavity 8 with respect to the other films, and constitutes the mass of each hood, that is to say the majority of the material of each hood.
  • the pattern of the resin 17 deposited during the thick resin lithography allows to define the shape and size of each cover 7, and to separate the covers 7 between them.
  • the pattern of the resin 17 is not necessarily continuous: in particular, the pattern of the resin 17 may comprise isolated portions 27 located in at least one of the mold cavities 3.
  • the hook layer 6 is a non-adherent layer vis-à-vis the covers.
  • the adhesion between the mold substrate 2 and the hook layer 6 is greater than the adhesion between the hook layer 6 and the covers 7.
  • the mold substrate 2 made of glass or silicon comprises silicon atoms which are in direct contact with mainly the carbon atoms of the fluorocarbon polymer 6.
  • the mold can adhere with the fluoropolymer due to its content of silicon atoms, especially via Si-C bonds between silicon atoms of the mold and the carbon atoms of the fluorocarbon polymer.
  • Each cap 7 comprises a titanium metal layer which is in direct contact with mainly fluorine atoms of the fluorocarbon polymer.
  • the breaking force necessary to separate the mold substrate 2 and the hook layer 6 is greater than the breaking force required to separate the hook layer 6 and each cover 7. This phenomenon is even more accentuated by the fact that the use of C 4 F 8 plasma to make the hook layer 6.
  • Figure 2 illustrates the mold 1 after dissolution of the resin 17. After dissolution of the insulated portions 27, at least one mold is obtained with holes 37 through which the hook layer 6 is exposed.
  • the joints 9 are eutectic joints, comprising an alloy whose melting point is less than that of each of the elements constituting it.
  • This alloy consists for example of an alloy of gold and silicon.
  • the seals 9 comprise a polymer gasket comprising, for example, benzo-cyclo-butene (BCB) or an epoxy resin, in particular an SU8-type resin.
  • BCB benzo-cyclo-butene
  • epoxy resin in particular an SU8-type resin.
  • the encapsulation mold 1 resulting from this manufacturing process is illustrated in FIGS. 1 and 2, and comprises:
  • the mold substrate 2 made of glass or silicon, comprising a plurality of mold cavities 3,
  • the hook layer 6 deposited on the face 5 of the mold substrate 2 carrying the mold cavities, the hook layer comprising a fluoropolymer comprising polytetrafluoroethylene.
  • This mold 1 is common to several covers 7.
  • the mold 1 carries a cover 7 on the hook layer 6 at each mold cavity 3, so that each cover 7 is in direct contact with the protective layer. hung 6 and is connected to the mold 1 via the hooked layer.
  • the covers 7 are separated, that is to say that they are not connected directly to each other, but only via the mold 1.
  • this mold carries for each cover 7 the seal 9 described above.
  • the mold 1 comprises only two mold cavities 8 and can carry only two covers 7. It will be understood that this representation is intended only to simplify and lighten these figures, the mold 1 typically comprising several tens, hundreds, thousands or more of mold cavity 8 so that it is arranged to carry as many covers 7.
  • FIG. 3 is a schematic view of the device 10
  • FIGS. 4 to 6 are enlargements of a part of this device 10 illustrating the relative positions of the mold 1, the covers 7, and the carrier substrate 12 for different stages of an encapsulation process according to the invention.
  • the device 10 comprises the mold 1 already described with reference to FIGS. 1 and 2, which comprises the tie layer 6 made of polytetrafluoroethylene and which carries the covers 7 so that each cap is connected to the common mold via the diaper
  • the device 10 comprises: means 13 for holding a carrier substrate 12, for example by pinching or sucking the carrier substrate 12, said carrier substrate bearing structures 11,
  • a motorized stage 14 arranged to move along three orthogonal axes X, Y, Z the carrier substrate held by the holding means 13,
  • a motorized plate 16 arranged to move along the three orthogonal axes X, Y, Z the mold 1 maintained by the holding means 15.
  • the carrier substrate 12 is typically a glass or silicon wafer.
  • Each structure 11 is a microstructure, more precisely a microsystem such as an electromechanical microsystem or MEMS ("Micro Electro Mechanical Systems").
  • MEMS 11 comprise, for example, a sensor, an actuator, or a "freed” MEMS (that is to say comprising a movable, disconnected or vibrating part) such as a resonator.
  • the good alignment of the mold 1 and the carrier substrate 12 in a plane defined by the X and Y axes is controlled by an alignment control device which is preferably independent of the encapsulation device according to the invention, but which in certain variants may be part of it.
  • the mold 1 as the carrier substrate 12 comprise optical markers such as alignment crosses.
  • the alignment check is controlled by alignment cross recognition software, these software collaborating with means for moving the carrier substrate 12 relative to the covers 7 carried by the mold 1, or this control of the alignment is performed manually by a user.
  • the Z axis is substantially perpendicular to the mold 1 and the carrier substrate 12 and connects the mold 1 to the carrier substrate 12.
  • the plates 14 and 16 are arranged to approach the mold 1 in the direction of the carrier substrate 12 along the Z axis as illustrated in FIG. 4, until the caps 7 carried by the mold 1 are applied to the carrier substrate 12.
  • the covers 7 carried by the mold by maintaining a certain pressure of the mold 1 and covers 7 on the carrier substrate 12. This application is illustrated in Figure 5.
  • the plates 14, 16 are micrometric plates having accuracies of the order of one micron.
  • each cover 7 is applied on the carrier substrate 12 so that the concave face of each mold cavity 3 and each hood cavity 8 is oriented towards the carrier substrate 12 so as to cover, encapsulate and protect the least one of the structures 11.
  • each cover 7 is applied to the carrier substrate 12 so that each structure 11 is encapsulated and protected in a cavity 8.
  • the device 10 further comprises means for fixing the covers 7 on the carrier substrate when these covers 7 are applied to the carrier substrate.
  • the fixing means comprise a source of emission 18.
  • the covers 7 are thus fixed on the carrier substrate 12 by means of the seals 9 and the source. 18.
  • the attachment thus comprises a seam weld 9 made at low temperature and at low pressure, so as not to affect the performance of the microsystems 11.
  • the source 18 emits heat to melt the seals 9 so as to weld the covers 7 to the carrier substrate 12.
  • the advantages of the eutectic seals are a moderate welding temperature (typically around 300 °), a very good adhesion and the possibility of making cavities 8 encapsulant the structures 11 under vacuum.
  • the source 18 emits heat and / or ultraviolet radiation which transforms the seals 9 by passing them from a liquid or viscoelastic phase to a "solid" phase crosslinked or gelled by heating and / or exposure to UV radiation, so as to weld the covers 7 to the carrier substrate 12.
  • the polymer joints 9 have a very good tolerance to the topography of the carrier substrate 12 and a low welding temperature range ranging from room temperature up to about 250 0 C. Thus, a fixation via a polymer seal limits the risks of melting the layer of hanging 6.
  • the polymer joints do not allow to make cavities under empty, the polymers are generally not sufficiently hermetic.
  • the seals 9 have in some places structured parts, so that when the covers 7 are applied to the carrier substrate 12, these seals 9 are structured at the level of electrical connection passages connected to the structures 11 and carried by the carrier substrate. .
  • Each connection starts from a microstructure 11 to the outside of the cavity 8 encapsulating this microstructure 11.
  • the joints 9 Apart from the structured parts, the joints 9 have a smooth outer surface and a constant thickness.
  • the seals 9 At the structured portions, the seals 9 have the same thickness as at the unstructured portions but have a structured outer surface having, for example, a grid or embossing shape including grooves and depressions.
  • the device 10 comprises means for separating the mold 1 and the covers 7, after these covers 7 have been fixed on the carrier substrate 12.
  • the separation means are arranged to mechanically separate the mold and each cover, by tearing each mold 7 from the mold 1.
  • the mold 1 and the covers 7 are separated by tearing off the covers 7, the mold 1 means motorized plates 16, 14 which draw in opposite directions along the axis Z on the one hand the mold 1 and other the covers 7 fixed to the carrier substrate 12, until mechanical rupture between the hook layer 6 and the covers 7.
  • the polytetrafluoroethylene layer 6 remains on the mold substrate 2, and the covers 7 remain fixed on the carrier substrate 12 so as to form a substrate 12 carrying structures 11 encapsulated by covers 7.
  • the caps 7 are transferred from the mold 1 and to the carrier substrate 12, using a reusable mold 1.
  • the mold 1 is reusable because the hooking layer 6 limits the adhesion between the mold 1 and the covers 7, and the hook layer 6 remains attached to the mold substrate 2.
  • the mold 1 comprising several cavities 3 and carrying several covers 7, it is noted that the encapsulation just described is a collective encapsulation, that is to say a simultaneous encapsulation in parallel of several structures 11 by several cavities 8, which has the advantage of being much faster than a series of individual encapsulation succeeding in time.
  • the encapsulation just described is compatible with the release of the microsystems 11 before encapsulation, because the carrier substrate 12 is not manipulated during the making of the covers 7. It is called liberation of a microsystem the fact of to make mobile or free of movement the parts of this microsystem to be mobile or free of movement for its proper functioning.
  • the device 10 finally comprises a bath 19 of fuming nitric acid concentrated to 99%, in which the encapsulated substrate 12 can be immersed by means of the motorized stage 14.
  • the substrate 12 carrying the encapsulated structures 11 it is cleaned the covers of a few small residues of fluoropolymer that could remain accidentally on the hoods 7.
  • the fluoropolymer residues can also be cleaned by means of an oxygen plasma.
  • the separation means comprise the bath 99% fuming nitric acid concentrated to 99%. Indeed, after fixing the covers 7 to the substrate 12, the bath 19 is immersed in the bath and by means of the plates 14 and 16 an assembly comprising the mold 1, the covers 7 carried by the mold 1 and fixed to the carrier substrate 12, and the carrier substrate 12. Thus, the mold 1 and the covers are separated chemically, by dissolving the hook layer 6 in the bath 19.
  • seals 9 can be deposited on the carrier substrate 12 around each structure 11 instead of being deposited on the covers 7 around each hood cavity 8.
  • the hooking layer 6 is common to all the covers 7; alternatively, the mold 1 may comprise separate hooked layers deposited at each mold cavity 3.
  • the covers can be connected directly to each other and thus be grouped on the same plate forming several hood cavities 8.
  • the mold 1 can carry only one cover 7 and only one mold cavity 8, so as to encapsulate only one structure both individually and localized.
  • the step of tearing the covers can be implemented for example using a system of claw, lever arm , or pneumatic cylinder, or can be implemented manually by an operator using an equivalent instrument. It is further noted that, in a variant of the manufacturing process of the mold 1, the deposition of the hook layer 6 is carried out by spin coating ("spin coating") or by spray coating. a liquid phase of PTFE.
  • each cover 7 may comprise a polymer such as benzo-cyclo-butene (BCB) or an epoxy resin, in particular an SU8-type resin rather than a metal.
  • BCB benzo-cyclo-butene
  • Each cover 7 may also include glass or silicon.
  • the covers 7 can be fixed on the carrier substrate 12 by means of: a direct silicon weld comprising, for example, a heat emission by the source 18; this type of weld is applicable if for example each cover 7 and the carrier substrate 12 are made of silicon, or an anode solder comprising for example a heat emission by the source 18 and an application of an electrical voltage between each cover 7 and the carrier substrate 12; this type of weld is applicable if, for example, each cover 7 is made of glass and if the carrier substrate 12 is made of silicon, or of a heat-compression weld comprising, for example, a heat emission by the source 18 and the application of each cover 7 on the carrier substrate with high pressure; this type of weld is applicable if for example each cover 7 and the carrier substrate 12 both comprise copper metal joints arranged to be superposed during the application of each cover 7 on the carrier substrate.
  • a direct silicon weld comprising, for example, a heat emission by the source 18
  • this type of weld is applicable if for example each cover 7

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Encapsulation Of And Coatings For Semiconductor Or Solid State Devices (AREA)
  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un procédé pour encapsuler des structures (11) (typiquement des MEMS) portées par un substrat porteur (12) (typiquement en verre ou en silicium), comprenant : une application, sur le substrat porteur (12), d'au moins un capot (7) porté par un moule (1, 2, 6), le moule comprenant une couche d'accroché (6), chaque capot (7) étant en contact avec la couche d'accroché (6); puis une fixation de l'au moins un capot (7) sur le substrat porteur (12); puis une séparation du moule (1, 2, 6) et de l'au moins un capot (7). La couche d'accroché (6) comprend un polymère fluoré. De manière préférentielle, on sépare le moule (1, 2, 6) et l'au moins un capot (7) de façon mécanique, en arrachant de l'au moins un capot (7) le moule (1, 2, 6). Ainsi, le moule (1) est réutilisable, ce qui simplifie considérablement des encapsulations réalisées à échelle industrielle.

Description

«Procédé et dispositif d'encapsulation de microstructures»
Domaine technique
La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour encapsuler de manière individuelle ou collective des structures portées par un substrat. Elle concerne aussi un moule d'encapsulation pour un tel procédé ou dispositif, et un procédé de fabrication d'un tel moule.
Le domaine de l'invention est plus particulièrement mais de manière non limitative celui de l'encapsulation de microsystème sur un substrat de verre ou de silicium.
Etat de la technique antérieure
Dans tous les domaines, l'étape de conditionnement représente l'étape finale de fabrication d'un produit. Le conditionnement des microsystèmes électromécaniques (ou MEMS pour « Micro Electro Mechanical Systems ») est complexe car les MEMS comprennent des parties mécaniques généralement déformables ou mobiles très sensibles aux liquides et d'une manière générale à leur environnement.
Dans de nombreux cas, les microsystèmes doivent être protégés du milieu extérieur dans une cavité hermétique à l'humidité et au gaz de façon à limiter leur vieillissement et augmenter leur fiabilité.
La création de cette cavité permettant l'encapsulation du microsystème s'appelle également «Packaging ». Cette étape de packaging est devenue aujourd'hui aussi importante que le procédé de fabrication des microsystèmes.
Dans les années 1980, une nouvelle approche a été développée : l'encapsulation sur tranche (ou WLP pour « Wafer-Level Packaging ») permet une encapsulation collective et simultanée de l'ensemble des microsystèmes présents sur un substrat porteur.
Le but final de l'encapsulation de MEMS dans une cavité est de les protéger de l'environnement externe à la cavité et de garantir la stabilité et la fiabilité de leurs performances. Pour atteindre ce but l'encapsulation doit généralement assurer tout ou partie des fonctions suivantes :
• une protection mécanique des MEMS vis-à-vis des rayures, des chocs et des vibrations pouvant survenir lors de leur test, de leur manipulation, de leur transport ou de leur usage ;
• une protection chimique des MEMS contre la corrosion, la contamination et l'humidité grâce à la stabilité et l'inertie de l'environnement interne à la cavité ;
• un passage de connexions (en général de connexions électriques) entre les microsystèmes et l'environnement externe à la cavité ;
• une gestion thermique des dispositifs, c'est à dire notamment une protection à la chaleur).
Un inconvénient des procédés d'encapsulation déjà existant est qu'ils sont très complexes et lourds à mettre en œuvre. En particulier, chaque encapsulation nécessite généralement la fabrication d'un moule devant être complètement dissout au cours de l'encapsulation.
Le but de la présente invention est de proposer un procédé et un dispositif d'encapsulation plus simple et/ou plus efficace que ceux de l'état de l'art.
Exposé de l'invention
Cet objectif est atteint avec un procédé d'encapsulation d'au moins une structure portée par un substrat porteur, comprenant :
- une application, sur le substrat porteur, d'au moins un capot porté par un moule, le moule comprenant une couche d'accroché, chaque capot étant en contact avec la couche d'accroché, puis
- une fixation de l'au moins un capot sur le substrat porteur, puis
- une séparation du moule et de l'au moins un capot, caractérisé en ce que la couche d'accroché est réalisée à partir d'un polymère fluoré et comprend donc ce polymère fluoré.
Par polymère fluoré, on entend dans tout ce document un polymère comprenant des atomes de Fluor. Selon l'invention, le polymère fluoré comprend de préférence au moins une chaîne carbonée et le long de cette chaîne plusieurs liaisons de type C-F entre un atome de carbone C et un atome de fluor F, comme cela est le cas dans un polymère fluorocarboné. Le polymère fluoré comprend de préférence mais de manière non limitative du Téflon. Le polymère fluoré comprend de préférence un polymère fluorocarboné comme : - du Téflon de type PTFE, aussi appelé polytétrafluoroéthylène,
- du Téflon de type FEP, aussi appelé éthylène-propylène fluoré,
- du Téflon de type PFA, aussi appelé perfluoroalkoxy,
- du PVDF, aussi appelé polyfluorovinylidène,
- du ETFE, aussi appelé copolymère modifié d'éthylène et de tétrafluoroéthylène, et
- du ECTFE, aussi appelé éthylène/chlorotri-fluoroéthylène.
Dans un premier mode de réalisation du procédé d'encapsulation selon l'invention, on peut séparer le moule et l'au moins un capot de façon mécanique, en arrachant de l'au moins un capot le moule. Le moule comprend de préférence un substrat de moule en contact avec la couche d'accroché, et la force de rupture nécessaire pour séparer le substrat de moule et la couche d'accroché est de préférence plus grande que la force de rupture nécessaire pour séparer la couche d'accroché et l'au moins un capot.
Dans un deuxième mode de réalisation du procédé d'encapsulation selon l'invention, on peut séparer le moule de l'au moins un capot de façon chimique, en dissolvant la couche d'accroché. On peut par exemple dissoudre la couche d'accroché dans un bain d'acide ou dans un bain de solvant, par exemple dans un bain d'acide nitrique.
Dans le procédé d'encapsulation selon l'invention, on fixe de préférence l'au moins un capot sur le substrat porteur au moyen d'un joint de polymère ou d'un joint eutectique situé entre l'au moins un capot et le substrat porteur, ou au moyen d'une soudure par thermo compression. Lors de l'application de l'au moins un capot, le joint peut être structuré au niveau d'au moins un passage de connexion reliée à l'au moins une structure. En outre, l'au moins un capot peut être troué, et peut comprendre un ou plusieurs trous de tailles et de formes variées. Ces trous sont particulièrement utiles dans le cas où le capot encapsule une structure optique tel un détecteur de lumière ou une structure acoustique tel un microphone.
Le moule comprend de préférence des atomes de silicium. Ainsi, le moule peut adhérer avec le polymère fluoré grâce à sa teneur en atomes de silicium, notamment via des liaisons Si-C entre des atomes de silicium du moule et des atomes de carbone du polymère fluorocarboné.
Chaque capot peut comprendre une couche métallique en contact avec le polymère fluoré.
L'invention concerne en outre une structure encapsulée obtenue par le procédé d'encapsulation selon l'invention.
Suivant encore un autre aspect de l'invention, il est proposé un dispositif d'encapsulation d'au moins une structure portée par un substrat porteur, mettant en œuvre un procédé selon l'invention, et comprenant : un moule comprenant une couche d'accroché et portant au moins un capot de sorte que chaque capot soit en contact avec la couche d'accroché,
- des moyens pour appliquer, sur le substrat porteur, l'au moins un capot porté par le moule,
- des moyens pour fixer sur le substrat porteur l'au moins un capot appliqué sur le substrat porteur, des moyens pour séparer le moule et l'au moins un capot fixé sur le substrat porteur, caractérisé en ce que la couche d'accroché comprend un polymère fluoré.
Le polymère fluoré comprend de préférence un polymère fluorocarboné, et plus précisément de préférence du polytetrafluoroethylène.
Dans un premier mode de réalisation de dispositif selon l'invention, les moyens de séparation peuvent comprendre des moyens pour séparer mécaniquement le moule et l'au moins un capot, agencés pour arracher de l'au moins un capot le moule. Le moule peut alors comprendre un substrat de moule en contact avec la couche d'accroché, et la force de rupture nécessaire pour séparer le substrat de moule et la couche d'accroché est de préférence plus grande que la force de rupture nécessaire pour séparer la couche d'accroché et l'au moins un capot.
Dans un deuxième mode de réalisation de dispositif selon l'invention, les moyens de séparation peuvent comprendre des moyens pour séparer chimiquement le moule et l'au moins un capot, agencés pour dissoudre la couche d'accroché. Les moyens de séparation chimique peuvent par exemple comprendre un bain d'acide ou un bain de solvant, notamment un bain d'acide nitrique.
Les moyens de fixation peuvent comprendre des moyens pour souder un joint de polymère ou un joint eutectique situé entre l'au moins un capot et le substrat porteur, ou des moyens de soudure par thermo compression. Le joint peut comprendre au moins une partie structurée pour au moins un passage d'une connexion reliée à l'au moins une structure.
En outre, l'au moins un capot peut être troué comme cela a été décrit précédemment.
Le moule peut comprendre des atomes de silicium.
Chaque capot peut comprendre une couche métallique en contact avec le polymère fluoré.
L'invention concerne aussi un moule d'encapsulation pour un dispositif d'encapsulation selon l'invention et pour un procédé d'encapsulation selon l'invention, ledit moule comprenant : un substrat de moule comprenant au moins une cavité de moule, - une couche d'accroché déposée sur une face du substrat de moule portant l'au moins une cavité de moule, caractérisé en ce que la couche d'accroché comprend un polymère fluoré.
Le polymère fluoré comprend de préférence un polymère fluorocarboné, et plus précisément de préférence du polytetrafluoroethylène.
Le substrat de moule peut comprendre des atomes de silicium.
Le moule selon l'invention peut porter, au niveau de chaque cavité de moule, un capot sur la couche d'accroché. Chaque capot comprend de préférence une couche métallique en contact avec le polymère fluoré. La force de rupture nécessaire pour séparer le substrat de moule et la couche d'accroché est de préférence plus grande que la force de rupture nécessaire pour séparer la couche d'accroché et l'au moins un capot. Au moins un des capots peut être troué comme cela a été décrit précédemment. De manière générale, l'invention concerne un moule obtenu par un procédé de fabrication d'un moule selon l'invention.
En effet, l'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'un moule d'encapsulation selon l'invention, comprenant : une gravure dans un substrat de moule, pour former au moins une cavité de moule, - un dépôt d'une couche d'accroché sur une face du substrat de moule portant l'au moins une cavité de moule, caractérisé en ce que la couche d'accroché comprend un polymère fluoré.
Le polymère fluoré comprend de préférence un polymère fluorocarboné, et plus précisément de préférence du polytetrafluoroethylène.
Après le dépôt de la couche d'accroché, le substrat de moule peut comprendre des atomes de silicium.
Le procédé de fabrication de moule selon l'invention peut comprendre en outre un dépôt, sur la couche d'accroché, d'un capot au niveau de chaque cavité de moule. Chaque capot peut comprendre une couche métallique en contact avec le polymère fluoré. La force de rupture nécessaire pour séparer le substrat de moule et la couche d'accroché est de préférence plus grande que la force de rupture nécessaire pour séparer la couche d'accroché et l'au moins un capot. Au moins un des capots peut être troué comme cela a été décrit précédemment.
Le dépôt de la couche d'accroché comprend de préférence une exposition du substrat de moule à un plasma de C4F8 (ce composé comprenant quatre atomes de carbone pour huit atomes de Fluor) tel de l'octafluorobutène, du perfluorobutène, de l'octafluorocyclobutane ou autre.
Description des figures et modes de réalisation
D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en œuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants : - la figure 1 est une vue de profil en coupe d'un moule selon l'invention pour un dispositif d'encapsulation selon l'invention, - la figure 2 est une vue de trois quart du moule de la figure 1,
- la figure 3 est une vue schématique d'un premier mode de réalisation préférentiel de dispositif d'encapsulation selon l'invention, comprenant le moule des figures 1 et 2,
- les figures 4 à 6 illustrent un moule, des capots, et un substrat porteur du dispositif de la figure 3 pour différentes étapes d'un procédé d'encapsulation selon l'invention.
On va tout d'abord décrire, en référence aux figures 1 et 2, un moule 1 selon l'invention pour un dispositif et procédé d'encapsulation selon l'invention, et un procédé de fabrication selon l'invention pour fabriquer un tel moule 1.
Ce procédé de fabrication comprend une gravure chimique d'un substrat de moule 2 ayant initialement une forme de plaque à faces parallèles 4, 5. On grave ce substrat de moule 2 pour former au moins une cavité de moule 3 sur une de ces faces parallèles 5. Le substrat de moule 2 est typiquement une plaquette en verre ou en silicium
Cette gravure est réalisée par un procédé de gravure typique dans le domaine de la lithographie, et comprend par exemple un dessin d'un motif sur la face 5 du substrat de moule 2 à l'aide d'un masque. Ainsi, la gravure du moule s'effectue :
- par voie humide (par exemple en utilisant une solution de gravure de KOH, EDP, TMAH...), et dans ce cas les zones non protégées par le masque de Si3N4 ou de SiO2 sont gravées, ou
- par voir sèche (par exemple de type « DRIE »), et dans ce cas le masque peut être une résine photosensible, un masque de SiO2, ou une couche d'aluminium.
Après cette gravure, on dépose une couche d'accroché 6 sur la face 5 du substrat de moule 2 portant l'au moins une cavité de moule 3. La couche d'accroché 6 est réalisée à partir d'un polymère fluoré et comprend donc ce polymère fluoré. Par polymère fluoré, on entend un polymère comprenant des atomes de Fluor. Ce polymère fluoré comprend ici une chaîne carbonée et le long de cette chaîne plusieurs liaisons de type C-F entre un atome de carbone C et un atome de fluor F. Cette couche d'accroché est représentée en traits pointillés sur les vues de coupe des figures 1 et 3 à 6, et est représentée en une couche remplie de petits points sur la figure 2. Le polymère fluoré comprend un polymère fluorocarboné, et comprend plus précisément du polytetrafluoroethylène (ou « PTFE ») de formule chimique générale :
où :
- n est un nombre entier, typiquement compris entre 1 et un nombre quasi infini égal à plusieurs milliers, plusieurs millions ou plus, et
- les groupes Ri et R2 comprennent par exemple des atomes de carbone C, d'oxygène O, de fluor F et/ou autre et comprennent donc par exemple des groupes CF, CH3, CF3, ou autre.
Le dépôt de la couche d'accroché comprend une exposition du substrat de moule 2 à un plasma de C4F8 dans un bâti de gravure ionique réactive « RIE » (« Reactive Ion Etching ») ou dans un bâti de gravure ionique réactive profonde « DRIE » (« Deep Reactive Ion Etching »).
L'épaisseur de cette couche d'accroché est comprise entre quelques nanomètres et quelques micromètres. L'angle de contact entre une goutte d'eau déionisée et cette couche d'accroché 6 a une valeur comprise entre 100° et 115°.
Ensuite, une lithographie en résine épaisse 17 est effectuée sur le moule 1, plus précisément sur la couche d'accroché 6. La résine 17 n'est représentée que sur la figure 1, et pas sur la figure 2.
Ensuite, on dépose plusieurs capots 7 sur le moule 1, plus précisément sur la couche d'accroché 6, un capot 7 étant déposé au niveau de chaque cavité de moule 3, de sorte que chaque capot 7 épouse la forme d'une cavité de moule 3 et possède ainsi une forme de cavité de capot 8. Chaque capot 7 a la forme d'une plaque d'épaisseur sensiblement constante formant une cavité de capot 8. Le dépôt des capots 7 comprend un empilement de films. Ces films sont des films métalliques tels des films de nickel, de cuivre, et/ou de titane. Concrètement, on dépose sur le substrat de moule 2 successivement et les uns sur les autres un film mince de titane à l'aide d'un évaporateur ou un pulvérisateur, puis un film mince de cuivre à l'aide d'un évaporateur ou un pulvérisateur, puis un film épais de nickel par bain électrochimique. Le film épais de nickel est donc orienté vers l'intérieur (c'est-à-dire du côté concave) de chaque cavité de capot 8 par rapport aux autres films, et constitue la masse de chaque capot c'est-à-dire la majorité de la matière de chaque capot.
Le motif de la résine 17 déposée lors de la lithographie en résine épaisse permet de définir la forme et la dimension de chaque capot 7, et de séparer les capots 7 entre eux. Le motif de la résine 17 n'est pas nécessairement continu : en particulier, le motif de la résine 17 peut comprendre des parties isolées 27 localisées dans au moins une des cavités de moule 3.
La couche d'accroché 6 est une couche anti-adhérente vis-à-vis des capots. Autrement dit, l'adhésion entre le substrat de moule 2 et la couche d'accroché 6 est plus grande que l'adhésion entre la couche d'accroché 6 et les capots 7. Le substrat de moule 2 en verre ou en silicium comprend des atomes de silicium qui sont en contact direct avec principalement les atomes de carbone du polymère fluorocarboné 6. Ainsi, le moule peut adhérer avec le polymère fluoré grâce à sa teneur en atomes de silicium, notamment via des liaisons Si-C entre des atomes de silicium du moule et des atomes de carbone du polymère fluorocarboné. Chaque capot 7 comprend une couche métallique en titane qui est en contact direct avec principalement des atomes de fluor du polymère fluorocarbonné. La force de rupture nécessaire pour séparer le substrat de moule 2 et la couche d'accroché 6 est plus grande que la force de rupture nécessaire pour séparer la couche d'accroché 6 et chaque capot 7. Ce phénomène est encore plus accentué du fait de l'utilisation du plasma de C4F8 pour fabriquer la couche d'accroché 6.
Ensuite, on enlève la résine 17 par exemple en la dissolvant. La figure 2 illustre le moule 1 après dissolution de la résine 17. Après dissolution des parties isolées 27, on obtient au moins un moule muni de trous 37 à travers lesquels la couche d'accroché 6 est apparente.
Enfin, on dépose, pour chaque capot 7, un joint 9 : - qui est situé sur le capot 7 considéré, du côté opposé de ce capot 7 par rapport à la couche d'accroché 6, et
- qui entoure la cavité 8 du capot considéré 7.
Dans une variante, les joints 9 sont des joints eutectiques, comprenant un alliage dont le point de fusion est inférieur à celui de chacun des éléments le constituant. Cet alliage consiste par exemple en un alliage d'or et de silicium.
Dans une autre variante, les joints 9 comprennent un joint de polymère comprenant par exemple du benzo-cyclo-butène (BCB) ou une résine époxy en particulier une résine de type SU8.
Le moule d'encapsulation 1 résultant de ce procédé de fabrication est illustré sur les figures 1 et 2, et comprend :
- le substrat de moule 2 en verre ou en silicium, comprenant plusieurs cavités de moule 3,
- la couche d'accroché 6 déposée sur la face 5 du substrat de moule 2 portant les cavités de moule, cette couche d'accroché comprenant un polymère fluoré comprenant du polytetrafluoroethylène.
Ce moule 1 est commun à plusieurs capots 7. En effet, le moule 1 porte un capot 7 sur la couche d'accroché 6 au niveau de chaque cavité de moule 3, de sorte que chaque capot 7 soit en contact direct avec la couche d'accroché 6 et soit relié au moule 1 par l'intermédiaire de la couche d'accroché. Les capots 7 sont séparés, c'est-à-dire qu'ils ne sont pas reliés directement entre eux, mais uniquement par l'intermédiaire du moule 1.
Enfin, ce moule porte pour chaque capot 7 le joint 9 décrit ci dessus.
On remarque que sur les figures 1 à 6, le moule 1 ne comprend que deux cavités de moule 8 et ne peut porter que deux capots 7. On comprendra que cette représentation n'a pour but que de simplifier et alléger ces figures, le moule 1 comprenant typiquement plusieurs dizaines, centaines, milliers ou plus de cavité de moule 8 de sorte qu'il soit agencé pour porter autant de capots 7.
On va maintenant décrire, en référence aux figures 3 à 6, un premier mode de réalisation préférentiel de dispositif d'encapsulation 10 selon l'invention mettant en œuvre un premier mode de réalisation préférentiel de procédé d'encapsulation selon l'invention. La figure 3 est une vue schématique du dispositif 10, et les figures 4 à 6 sont des agrandissements d'une partie de ce dispositif 10 illustrant les positions relatives du moule 1, des capots 7, et du substrat porteur 12 pour différentes étapes d'un procédé d'encapsulation selon l'invention.
Le dispositif 10 comprend le moule 1 déjà décrit en référence aux figures 1 et 2, qui comprend la couche d'accroché 6 en polytetrafluoroethylène et qui porte les capots 7 de sorte que chaque capot soit relié au moule commun par l'intermédiaire de la couche d'accroché 6. En outre, le dispositif 10 comprend : des moyens 13 pour maintenir un substrat porteur 12, par exemple par pincement ou par succion du substrat porteur 12, ledit substrat porteur portant des structures 11,
- une platine motorisée 14 agencée pour déplacer selon trois axes orthogonaux X, Y, Z le substrat porteur maintenu par les moyens de maintient 13,
- des moyens 15 pour maintenir le moule 1, par exemple par pincement ou par succion du moule 1, et
- une platine motorisée 16 agencée pour déplacer selon les trois axes orthogonaux X, Y, Z le moule 1 maintenu par les moyens de maintient 15.
Le substrat porteur 12 est typiquement une plaquette en verre ou en silicium. Chaque structure 11 est une microstructure, plus précisément un microsystème tel un microsystème électro mécanique ou MEMS (« Micro Electro Mechanical Systems »). Les MEMS 11 comprennent par exemple un capteur, un actionneur, ou un MEMS « libéré » (c'est-à-dire comprenant une partie mobile, désolidarisée ou vibrante) tel un résonateur.
Avant d'appliquer sur le substrat porteur 12 les capots 7 portés par le moule 1, le bon alignement du moule 1 et du substrat porteur 12 dans un plan défini par les axes X et Y est contrôlé grâce à un dispositif de contrôle d'alignement qui est de préférence indépendant du dispositif d'encapsulation selon l'invention, mais qui dans certaines variantes peut en faire partie. Le moule 1 comme le substrat porteur 12 comprennent des repères optiques tels des croix d'alignement. Le contrôle de l'alignement est contrôlé par des logiciels de reconnaissance des croix d'alignement, ces logiciels collaborant avec des moyens pour déplacer le substrat porteur 12 par rapport aux capots 7 portés par le moule 1, ou bien ce contrôle de l'alignement est réalisé manuellement par un utilisateur.
On considère par la suite que l'axe Z est sensiblement perpendiculaire au moule 1 et au substrat porteur 12 et relie le moule 1 au substrat porteur 12. Dans le dispositif selon l'invention, les platines 14 et 16 sont agencées pour approcher le moule 1 en direction du substrat porteur 12 selon l'axe Z comme illustré sur la figure 4, jusqu'à appliquer sur le substrat porteur 12 les capots 7 portés par le moule 1. Ainsi, grâce à ces platines 14, 16, on applique sur le substrat porteur 12 les capots 7 portés par le moule en maintenant une certaine pression du moule 1 et des capots 7 sur le substrat porteur 12. Cette application est illustrée sur la figure 5. Les platines 14, 16 sont des platines micrométriques ayant des précisions de l'ordre du micron. Grâce à ces platines, les capots 7 sont appliqués sur le substrat porteur 12 de sorte que la face concave de chaque cavité 3 de moule et de chaque cavité 8 de capot soit orientée vers le substrat porteur 12 de manière à recouvrir, encapsuler et protéger au moins une des structures 11. Autrement dit, chaque capot 7 est appliqué sur le substrat porteur 12 de sorte que chaque structure 11 soit encapsulée et protégée dans une cavité 8.
Le dispositif 10 comprend en outre des moyens pour fixer les capots 7 sur le substrat porteur lorsque ces capots 7 sont appliqués sur le substrat porteur. Les moyens de fixation comprennent une source d'émission 18. Pendant l'application des capots 7 sur le substrat porteur 12 illustrée sur la figure 5, on fixe ainsi les capots 7 sur le substrat porteur 12 au moyen des joints 9 et de la source 18. La fixation comprend ainsi une soudure par joints 9 effectuée à basse température et à basse pression, de manière à ne pas altérer les performances des microsystèmes 11.
Dans la variante où les joints sont des joints eutectiques, la source 18 émet de la chaleur pour faire fondre les joints 9 de manière à souder les capots 7 au substrat porteur 12. Les avantages des joints eutectiques sont une température de soudure modérée (typiquement autour de 300°), une très bonne adhérence et la possibilité de réaliser des cavités 8 encapsulant les structures 11 sous vide.
Dans la variante préférentielle où les joints sont des joints de polymère, la source 18 émet de la chaleur et/ou un rayonnement Ultra-violet qui transforme les joints 9 en les faisant passer d'une phase liquide ou viscoélastique à une phase « solide » réticulée ou gélifiée par chauffage et/ou exposition au rayonnement UV, de manière à souder les capots 7 au substrat porteur 12. Les joints de polymère 9 ont une très bonne tolérance à la topographie du substrat porteur 12 et une gamme de température de soudure faible allant de la température ambiante jusqu'à environ 2500C. Ainsi, une fixation via un joint de polymère limite les risques de faire fondre la couche d'accroché 6. Par contre, les joints de polymère ne permettent pas de réaliser de cavités sous vide, les polymères n'étant généralement pas suffisamment hermétiques.
Les joints 9 ont à certains endroits des parties structurées, de sorte que lors de l'application des capots 7 sur le substrat porteur 12, ces joints 9 soient structurés au niveau de passages de connexions électriques reliées aux structures 11 et portées par le substrat porteur. Chaque connexion part d'une microstructure 11 pour aller jusqu'à l'extérieur de la cavité 8 encapsulant cette microstructure 11. En dehors des parties structurées, les joints 9 ont une surface extérieure lisse et une épaisseur constante. Au niveau des parties structurées, les joints 9 ont la même épaisseur qu'au niveau des parties non structurées, mais ont une surface extérieure structurée ayant par exemple une forme de grille ou de gaufrage comprenant des rainures et des creux. Lorsque les joints 9 fondent lors de la fixation des capots 7 au substrat porteur 12, le manque de matière au niveau des creux du gaufrage compense la surépaisseur due aux connexions électriques.
Enfin, le dispositif 10 comprend des moyens pour séparer le moule 1 et les capots 7, après que ces capots 7 ait été fixés sur le substrat porteur 12.
Les moyens de séparation sont agencés pour séparer mécaniquement le moule et chaque capot, en arrachant de chaque capot 7 le moule 1. Comme illustré sur la figure 6, on sépare le moule 1 et les capots 7 en arrachant des capots 7 le moule 1 au moyen des platines motorisées 16, 14 qui tractent en sens contraires selon l'axe Z d'une part le moule 1 et d'autre part les capots 7 fixés au substrat porteur 12, jusqu'à rupture mécanique entre la couche d'accroché 6 et les capots 7. Après la rupture mécanique, la couche de polytetrafluoroethylène 6 reste sur le substrat de moule 2, et les capots 7 restent fixés sur le substrat porteur 12 de manière à former un substrat 12 porteur de structures 11 encapsulées par des capots 7.
Ainsi, on réalise un transfert des capots 7 à partir du moule 1 et vers le substrat porteur 12, à l'aide d'un moule 1 réutilisable. Le moule 1 est réutilisable car la couche d'accroché 6 limite l'adhésion entre le moule 1 et les capots 7, et la couche d'accroché 6 reste donc fixée au substrat de moule 2. Pour réutiliser le moule 1, il suffit de déposer de nouveaux capots 7 au niveau de chaque cavité de moule 3, ce qui simplifie considérablement des encapsulations réalisées à échelle industrielle.
En outre, le moule 1 comprenant plusieurs cavités 3 et portant plusieurs capots 7, on remarque que l'encapsulation venant d'être décrite est une encapsulation collective, c'est-à-dire une encapsulation simultanée en parallèle de plusieurs structures 11 par plusieurs cavités 8, ce qui a pour avantage d'être beaucoup plus rapide qu'une série d'encapsulation individuelles se succédant dans le temps.
Enfin, l'encapsulation venant d'être décrite est compatible à la libération des microsystèmes 11 avant leur encapsulation, car le substrat porteur 12 n'est pas manipulé lors de la confection des capots 7. On appelle libération d'un microsystème le fait de rendre mobile ou libre de mouvement les parties de ce microsystème devant être mobile ou libre de mouvement pour son bon fonctionnement.
Le dispositif 10 comprend enfin un bain 19 d'acide nitrique fumant concentré à 99%, dans lequel le substrat encapsulé 12 peut être plongé au moyen de la platine motorisée 14. Ainsi, en plongeant le substrat 12 porteur des structures 11 encapsulées, on nettoie les capots de quelques rares petits résidus de polymère fluoré qui pourraient rester accidentellement sur les capots 7. On peut aussi nettoyer les résidus de polymère fluoré grâce à un plasma d'oxygène.
On va maintenant décrire un deuxième mode de réalisation de dispositif d'encapsulation selon l'invention mettant en œuvre un deuxième mode de réalisation de procédé d'encapsulation selon l'invention, uniquement pour leurs différence par rapport aux premiers modes de réalisation de dispositif et de procédé selon l'invention décrits précédemment. En particulier, les références 1 à 19 ne seront pas de nouveau décrites.
Dans ce deuxième mode de réalisation, les moyens de séparation comprennent le bain 19 d'acide nitrique fumant concentré à 99%. En effet, après la fixation des capots 7 au substrat 12, on plonge dans le bain 19 et au moyen des platines 14 et 16 un ensemble comprenant le moule 1, les capots 7 portés par le moule 1 et fixés au substrat porteur 12, et le substrat porteur 12. Ainsi, on sépare le moule 1 et les capots de façon chimique, en dissolvant la couche d'accroché 6 dans le bain 19.
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.
En particulier, les joints 9 peuvent être déposés sur le substrat porteur 12 autour de chaque structure 11 au lieu d'être déposée sur les capots 7 autour de chaque cavité de capot 8.
En outre, dans la description des figures, la couche d'accroché 6 est commune à l'ensemble des capots 7 ; dans une variante, le moule 1 peut comprendre des couches d'accroché séparées déposées au niveau de chaque cavité de moule 3.
De même, au lieu d'utiliser des capots 7 séparés les un des autres, les capots peuvent être reliés directement les uns aux autres et ainsi être regroupés sur une même plaque formant plusieurs cavités de capot 8.
En outre, le moule 1 peut porter qu'un seul capot 7 et qu'une seule cavité de moule 8, de manière à encapsuler uniquement une structure à la fois de manière individuelle et localisée.
De plus, dans le premier mode de réalisation au lieu d'utiliser les moteurs 14 et 16, l'étape d'arrachage des capots peut être mise en œuvre par exemple à l'aide d'un système de griffe, de bras de levier, ou de vérin pneumatique, ou peut être mise en œuvre manuellement par un opérateur à l'aide d'un instrument équivalent. On note de plus que, dans une variante du procédé de fabrication du moule 1, le dépôt de la couche d'accroché 6 est réalisé par enrobage par rotation (« spin coating ») ou par enrobage par pulvérisation (« spray coating ») d'une phase liquide de PTFE.
De plus, chaque capot 7 peut comprendre un polymère tel du benzo- cyclo-butène (BCB) ou une résine époxy en particulier une résine de type SU8 plutôt que du métal. Chaque capot 7 peut aussi comprendre du verre ou du silicium.
Finalement, au lieu d'une soudure par joint eutectique ou polymère, on peut fixer les capots 7 sur le substrat porteur 12 au moyen : d'une soudure directe de silicium comprenant par exemple une émission de chaleur par la source 18 ; ce type de soudure est applicable si par exemple chaque capot 7 et le substrat porteur 12 sont en silicium, ou d'une soudure anodique comprenant par exemple une émission de chaleur par la source 18 et une application d'une tension électrique entre chaque capot 7 et le substrat porteur 12 ; ce type de soudure est applicable si par exemple chaque capot 7 est en verre et si le substrat porteur 12 est en silicium, ou d'une soudure par thermo compression comprenant par exemple une émission de chaleur par la source 18 et l'application de chaque capot 7 sur le substrat porteur avec une forte pression; ce type de soudure est applicable si par exemple chaque capot 7 et le substrat porteur 12 comprennent tous les deux des joints métalliques en cuivre agencés pour se superposer lors de l'application de chaque capot 7 sur le substrat porteur.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'encapsulation d'au moins une structure (11) portée par un substrat porteur (12), comprenant :
- une application, sur le substrat porteur (12), d'au moins un capot (7) porté par un moule (1, 2, 6), le moule comprenant une couche d'accroché (6), chaque capot (7) étant en contact avec la couche d'accroché (6), puis
- une fixation de l'au moins un capot (7) sur le substrat porteur (12), puis
- une séparation du moule (1, 2, 6) et de l'au moins un capot (7), caractérisé en ce que la couche d'accroché (6) est réalisée à partir d'un polymère fluoré.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le polymère fluoré comprend un polymère fluorocarboné, et comprend de préférence du polytetrafluoroethylène.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on sépare le moule (1, 2, 6) et l'au moins un capot (7) de façon mécanique, en arrachant de l'au moins un capot (7) le moule (1, 2, 6).
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moule (1, 2, 6) comprend un substrat de moule (2) en contact avec la couche d'accroché (6), et en ce que la force de rupture nécessaire pour séparer le substrat de moule (2) et la couche d'accroché (6) est plus grande que la force de rupture nécessaire pour séparer la couche d'accroché (6) et l'au moins un capot (7).
5. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on sépare le moule (1, 2, 6) de l'au moins un capot (7) de façon chimique, en dissolvant la couche d'accroché (6).
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on dissout la couche d'accroché (6) dans un bain d'acide ou dans un bain de solvant (19).
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on fixe l'au moins un capot (7) sur le substrat porteur (12) au moyen d'un joint de polymère (9) ou d'un joint eutectique (9) ou d'une soudure par thermo compression.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que lors de l'application, le joint est structuré au niveau d'au moins un passage de connexion reliée à l'au moins une structure.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'au moins un capot est troué.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moule (1, 2, 6) comprend des atomes de silicium.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque capot (7) comprend une couche métallique en contact avec le polymère fluoré (6).
12. Dispositif d'encapsulation (10) d'au moins une structure (11) portée par un substrat porteur (12), comprenant :
- un moule (1, 2, 6) comprenant une couche d'accroché (6) et portant au moins un capot (7) de sorte que chaque capot (7) soit en contact avec la couche d'accroché (6),
- des moyens (13, 14, 15, 16) pour appliquer, sur le substrat porteur (12), l'au moins un capot (7) porté par le moule (1, 2, 6),
- des moyens (9, 18) pour fixer sur le substrat porteur (12) l'au moins un capot (7) appliqué sur le substrat porteur (12), - des moyens (13, 14, 15, 16, 19) pour séparer le moule (1, 2, 6) et l'au moins un capot (7) fixé sur le substrat porteur (12), caractérisé en ce que la couche d'accroché (6) comprend un polymère fluoré.
13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le polymère fluoré comprend un polymère fluorocarboné, et comprend de préférence du polytetrafluoroethylène.
14. Dispositif selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que les moyens de séparation comprennent des moyens (13, 14, 15, 16) pour séparer mécaniquement le moule (1, 2, 6) et l'au moins un capot (7), agencés pour arracher de l'au moins un capot le moule.
15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que le moule (1, 2, 6) comprend un substrat de moule (2) en contact avec la couche d'accroché (6), et en ce que la force de rupture nécessaire pour séparer le substrat de moule (2) et la couche d'accroché (6) est plus grande que la force de rupture nécessaire pour séparer la couche d'accroché (6) et l'au moins un capot (7).
16. Dispositif selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que les moyens de séparation comprennent des moyens (19) pour séparer chimiquement le moule et l'au moins un capot, agencés pour dissoudre la couche d'accroché.
17. Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce que les moyens de séparation chimique comprennent un bain d'acide ou un bain de solvant.
18. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 12 à 17, caractérisé en ce que les moyens de fixation comprennent des moyens (18) pour souder un joint de polymère (9) ou un joint eutectique (9) ou des moyens de soudure par thermo compression.
19. Dispositif selon la revendication 18, caractérisé en ce que le joint comprend au moins une partie structurée pour au moins un passage d'une connexion reliée à l'au moins une structure.
20. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 12 à 19, caractérisé en ce que l'au moins un capot est troué.
21. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 12 à 20, caractérisé en ce que le moule (1, 2, 6) comprend des atomes de silicium.
22. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 12 à 21, caractérisé en ce que chaque capot (7) comprend une couche métallique en contact avec le polymère fluoré.
23. Moule d'encapsulation (1, 2, 6) pour un dispositif d'encapsulation selon l'une quelconque des revendications 12 à 22, comprenant : un substrat de moule (2) comprenant au moins une cavité de moule
(3), - une couche d'accroché (6) déposée sur une face (5) du substrat de moule (2) portant l'au moins une cavité de moule (3), la couche d'accroché (6) comprenant un polymère fluoré, caractérisé en ce que le moule porte, au niveau de chaque cavité de moule (3), un capot (7) sur la couche d'accroché (6).
24. Moule selon la revendication 23, caractérisé en ce que le polymère fluoré comprend un polymère fluorocarboné, et comprend de préférence du polytetrafluoroethylène.
25. Moule selon la revendication 23 ou 24, caractérisé en ce que le substrat de moule (2) comprend des atomes de silicium.
26. Moule selon l'une quelconque des revendications 23 à 25, caractérisé en ce que chaque capot (7) comprend une couche métallique en contact avec le polymère fluoré.
27. Moule selon l'une quelconque des revendications 23 à 26, caractérisé en ce que la force de rupture nécessaire pour séparer le substrat de moule (2) et la couche d'accroché (6) est plus grande que la force de rupture nécessaire pour séparer la couche d'accroché (6) et l'au moins un capot (7).
28. Moule selon l'une quelconque des revendications 23 à 27, caractérisé en ce qu'au moins un des capots est troué.
29. Procédé de fabrication d'un moule selon l'une quelconque des revendications 23 à 28, comprenant :
- une gravure dans un substrat de moule (2), pour former au moins une cavité de moule (3),
- un dépôt d'une couche d'accroché (6) sur une face (5) du substrat de moule (2) portant l'au moins une cavité de moule (3), la couche d'accroché comprenant un polymère fluoré, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dépôt, sur la couche d'accroché, d'un capot (7) au niveau de chaque cavité de moule (3).
30. Procédé selon la revendication 29, caractérisé en ce que le polymère fluoré comprend un polymère fluorocarboné, et comprend de préférence du polytetrafluoroethylène.
31. Procédé selon la revendication 29 ou 30, caractérisé en ce qu'après le dépôt de la couche d'accroché (6), le substrat de moule (2) comprend des atomes de silicium.
32. Procédé selon l'une quelconque des revendications 29 à 31, caractérisé en ce que chaque capot (7) comprend une couche métallique en contact avec le polymère fluoré.
33. Procédé selon l'une quelconque des revendications 29 à 32, caractérisé en ce que la force de rupture nécessaire pour séparer le substrat de moule (2) et la couche d'accroché (6) est plus grande que la force de rupture nécessaire pour séparer la couche d'accroché (6) et l'au moins un capot (7).
34. Procédé selon l'une quelconque des revendications 29 à 33, caractérisé en ce qu'au moins un des capots est troué.
35. Procédé selon l'une quelconque des revendications 29 à 34, caractérisé en ce que le dépôt de la couche d'accroché (6) comprend une exposition du substrat de moule à un plasma de C4F8.
36. Structure encapsulée obtenue par le procédé d'encapsulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 11.
EP09740426A 2008-08-01 2009-07-31 Procede et dispositif d'encapsulation de microstructures Withdrawn EP2321216A2 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0855357A FR2934580B1 (fr) 2008-08-01 2008-08-01 Procede et dispositif d'encapsulation de microstructures
PCT/FR2009/051544 WO2010012966A2 (fr) 2008-08-01 2009-07-31 Procede et dispositif d'encapsulation de microstructures

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2321216A2 true EP2321216A2 (fr) 2011-05-18

Family

ID=40482048

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP09740426A Withdrawn EP2321216A2 (fr) 2008-08-01 2009-07-31 Procede et dispositif d'encapsulation de microstructures

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8617413B2 (fr)
EP (1) EP2321216A2 (fr)
JP (1) JP2011529798A (fr)
FR (1) FR2934580B1 (fr)
WO (1) WO2010012966A2 (fr)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2934709B1 (fr) * 2008-08-01 2010-09-10 Commissariat Energie Atomique Structure d'echange thermique et dispositif de refroidissement comportant une telle structure.
FR2968647A1 (fr) 2010-12-08 2012-06-15 Kfm Technology Circuit comportant un composant recouvert d'un capot, procede pour realiser un tel circuit et dispositif pour la mise en oeuvre dudit procede
US8790946B2 (en) 2012-02-02 2014-07-29 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Methods of bonding caps for MEMS devices
US9513346B2 (en) * 2014-01-07 2016-12-06 Invensense, Inc. Magnetic sensors with permanent magnets magnetized in different directions
FR3008965B1 (fr) 2013-07-26 2017-03-03 Commissariat Energie Atomique Structure d'encapsulation comprenant un capot renforce mecaniquement et a effet getter
DE102014202220B3 (de) * 2013-12-03 2015-05-13 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Herstellung eines Deckelsubstrats und gehäustes strahlungsemittierendes Bauelement
EP3450391A1 (fr) 2017-08-28 2019-03-06 Indigo Diabetes N.V. Encapsulation de dispositif de détection
KR102074456B1 (ko) * 2017-10-16 2020-02-06 전성욱 반도체 패키지의 제조방법
EP3578293A1 (fr) * 2018-06-08 2019-12-11 Nitto Belgium NV Procédé permettant de fixer un élément sur une pièce à l'aide d'un outil d'application et outil d'application à utiliser dans le procédé

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3286312A (en) * 1965-03-29 1966-11-22 Little Inc A Refractory coated casting mold
US7682860B2 (en) * 2006-03-21 2010-03-23 Dalsa Semiconductor Inc. Protection capsule for MEMS devices
KR100790741B1 (ko) * 2006-09-07 2008-01-02 삼성전기주식회사 엘이디 패키지용 렌즈의 제작 방법

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None *
See also references of WO2010012966A2 *

Also Published As

Publication number Publication date
FR2934580B1 (fr) 2015-01-16
FR2934580A1 (fr) 2010-02-05
US8617413B2 (en) 2013-12-31
WO2010012966A3 (fr) 2010-03-25
US20110165365A1 (en) 2011-07-07
JP2011529798A (ja) 2011-12-15
WO2010012966A2 (fr) 2010-02-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2010012966A2 (fr) Procede et dispositif d'encapsulation de microstructures
EP2141117B1 (fr) Procédé d'encapsulation d'un dispositif microélectronique par un materiau getter
EP2609993B1 (fr) Dispositif nano et micro fluidique pour la séparation et concentration de particules présentes dans un fluide
EP1878693B1 (fr) Microcomposant encapsule equipe d'au moins un getter
EP1672394B1 (fr) Procédé de réalisation d'un dispositif à membrane en matière plastique et dispositif ainsi obtenu
EP2628708B1 (fr) Substrat microélectronique comprenant une couche de matériau organique enterrée
EP2537797B1 (fr) Structure à matériau getter protégée hermétiquement lors de sa réalisation
KR100837987B1 (ko) 용해 수지를 이용하는 마이크로 전기기계 시스템 장치의재코팅 방법
FR2883099A1 (fr) Protection d'un getter en couche mince
FR2955999A1 (fr) Procede d'encapsulation d'un microcomposant par un capot renforce mecaniquement
GB2403345A (en) MEMS device passivation
EP2616235B1 (fr) Procédé de fabrication d'une structure optique segmentée
EP2050713B1 (fr) Procédé de réalisation d'une cavité ayant un cordon de scellement
EP1947482A1 (fr) Realisation de cavités remplies par un matériau fluidique dans un composé microtechnologique optique
EP2273548B1 (fr) Procédé de réalisation d'une plaquette poignée presentant des fenêtres de visualisation
EP2861338B1 (fr) Procede pour l'obtention d'une structure de capsule nanometrique
EP2537796B1 (fr) Structure getter comportant un matériau perméable aux gaz
WO2012168889A1 (fr) Soudure anodique pour dispositif de type mems
EP3034460B1 (fr) Structure getter multi-niveaux et structure d'encapsulation comportant une telle structure getter multi-niveaux
WO2013098529A1 (fr) Procede de fabrication d'une structure multicouche sur un support
EP3035378A1 (fr) Procédé de transformation d'un dispositif électronique utilisable dans un procédé de collage temporaire d'une plaque sur une poignée
FR2953329A1 (fr) Procede et dispositif de fabrication d'une microstructure par transfert.
EP2292553B1 (fr) Dispositif et procédé d'encapsulation, microcapsule incorporant ce procédé

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20110301

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL BA RS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20130104

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: GRANT OF PATENT IS INTENDED

INTG Intention to grant announced

Effective date: 20170801

RIN1 Information on inventor provided before grant (corrected)

Inventor name: BRAULT, SEBASTIEN

Inventor name: DESGEORGES, MARTIAL

Inventor name: DUFOUR-GERGAM, ELISABETH

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20171212