EP4010283A1 - Hermetically sealed glass enclosure - Google Patents

Hermetically sealed glass enclosure

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Publication number
EP4010283A1
EP4010283A1 EP20753928.9A EP20753928A EP4010283A1 EP 4010283 A1 EP4010283 A1 EP 4010283A1 EP 20753928 A EP20753928 A EP 20753928A EP 4010283 A1 EP4010283 A1 EP 4010283A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
base substrate
housing
cap
hermetically sealed
functional area
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.)
Pending
Application number
EP20753928.9A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Thomas Zetterer
Robert Hettler
Antti Määttänen
Jens Ulrich Thomas
Yutaka ONEZAWA
Frank Gindele
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.)
Schott AG
Original Assignee
Schott AG
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 Schott AG filed Critical Schott AG
Publication of EP4010283A1 publication Critical patent/EP4010283A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48151Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
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    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/151Die mounting substrate
    • H01L2924/1517Multilayer substrate
    • H01L2924/15192Resurf arrangement of the internal vias

Definitions

  • the invention relates to a hermetically sealed glass casing and a method for providing a hermetically sealed glass casing.
  • Hermetically sealed enclosures can be used to protect sensitive electronics, circuits or, for example, sensors. Medical implants can be used, for example, in the heart area, in the retina or for bio-processors. Bio-processors are known which are made from titanium and used.
  • Sensors can be protected with an enclosure according to the invention for particularly adverse environmental conditions.
  • This area also includes, for example, MEMS (micro-electro-mechanical systems), barometers, blood gas sensors, glucose sensors, etc.
  • MEMS micro-electro-mechanical systems
  • barometers blood gas sensors
  • glucose sensors etc.
  • housings according to the invention can be found in a cover for a smartphone, in the area of virtual reality glasses and similar devices.
  • An enclosure according to the invention can also be used for the production of flow cells, for example in the context of electromobility.
  • housings according to the invention can also be used in aerospace, in high-temperature applications and in the field of micro-optics.
  • the sensitive electronics can be connected to the outside with electrical connections.
  • the electronics to be protected have larger dimensions, for example comprise an entire printed circuit board.
  • the protection of a larger area, such as a printed circuit board, is possible, but expensive and time-consuming.
  • the housing In order to enable the use of electronics that can not be expected to withstand these external influences, the housing must be protected from such adverse environmental influences.
  • This transparency allows communication processes, data or energy transmission, measurements from and with the electronics or sensors arranged in the cavity.
  • optical communication methods or optical data or energy transmission can be made possible.
  • EP 3 012 059 B1 shows a method for producing a transparent part for protecting an optical component. A new type of laser process is used.
  • the present invention is to be seen in the context that housings are to be improved and, in particular, built to be more resistant. This increases the robustness against environmental influences and also against mechanical loads.
  • the invention is based on the object of providing an improved housing for a cavity in order to withstand even more adverse environmental conditions and influences or to make the finished housings cheaper to produce. If necessary, the housing according to the invention allows the use of cheaper components due to the protective effect that it creates.
  • a further aspect of the present invention is therefore to provide the improvement of the housing in a particularly cost-effective, but also reliable and long-lasting manner, since the improved housing also has to assert itself in the competitive situation on the market.
  • Yet another aspect of the present invention is based on the fact that it has been recognized that in the case of a hermetically sealed housing solution, special precautions may have to be taken in order to dissipate any heat generated in the housing, such as in particular from power semiconductors.
  • Known highly thermally conductive components can prove to be difficult with regard to their connection in order to hermetically seal them or housings with them.
  • One aspect of the task is, in the case of heat generation from the interior of the hermetically sealed housing, which is generated in particular by power semiconductors in the housing, the dissipation or dissipation of the heat and thus constant operation of the possibly arranged in the housing Circuit too enable.
  • thermal aging processes should be reduced and avoided as far as possible.
  • a hermetically sealed housing therefore comprises a heat-dissipating base substrate for dissipating heat from the hermetically sealed housing.
  • the base substrate is in particular constructed or composed in such a way that heat dissipation from the housing is promoted, in particular due to the material of the base substrate and / or its construction or design.
  • the material of the base substrate it is taken into account that the task-related hermetic sealing of the functional area is promoted or can be implemented.
  • the hermetic seal can be achieved by coating the base substrate. It is preferred if the base substrate itself is constructed in such a way that a hermetic seal is achieved through the material of the heat-dissipating base substrate.
  • the hermetically sealed housing further comprises a cap, preferably made of a glass-like material, and at least one functional area, in particular a cavity, that is hermetically sealed by the housing.
  • the cap is arranged or placed on the base substrate so that it is located above at least part or the larger part of the base substrate. Together with the base substrate, the cap forms at least part of the housing.
  • the base substrate or cap are designed or prepared in such a way that they together form a housing and can enclose a functional area.
  • the housing further comprises at least one laser bond line for the hermetically sealed joining of the housing.
  • the laser bond line has a height HL perpendicular to its connection plane.
  • the laser bond line is arranged or constructed in such a way that it is able to bridge gaps in the hermetic seal of the housing by, for example, joining two components to one another by means of the laser bond line.
  • the contact area between base substrate and cap i.e. the point or area at which cap and base substrate adjoin one another, is bridged or connected by means of the laser bond line .
  • the housing forms as if it were formed in one piece, with the separation point between the components also being hermetically sealed by means of the laser bond line.
  • the cap preferably comprises a vitreous material.
  • the cap is thereby preferably transparent or permeable to at least one wavelength range, for example optically transparent.
  • the cap can also be advantageous if the cap is designed to be opaque, ie optically opaque. A reduced transparency or partial permeability can also be sufficient for the function.
  • the cap can comprise glass, glass ceramic, silicon, sapphire or a combination of the aforementioned materials.
  • the cap is a glass cap, for example made of hardened glass, special glass, high-temperature-resistant glass from the applicant's product portfolio.
  • the base substrate includes, in particular, a material with high thermal conductivity or is made up of this.
  • the thermal conductivity of the heat-dissipating base substrate is preferably in a range of 100 W / (m * K) or greater, preferably 150 W / (m * K) or greater, and more preferably 170 W / (m * K) or greater.
  • a material that is particularly suitable for the construction of the heat-dissipating base substrate is a metallic nitride, such as aluminum nitride ceramic or silicon nitride ceramic.
  • the at least one laser bond line preferably encircles the functional area at a distance DF.
  • the distance DF is constant around the functional area, so that the laser bond line is approximately the same distance around the functional area on all sides.
  • the distance DF can, however, also fluctuate depending on the application. This can be more favorable in terms of production technology if a plurality of housings are joined at the same time in one work step and, for example, straight joining lines or laser bond lines are made on the respective contact surfaces of the individual housings. This can also be the case if the functional area or the housing is, for example, round or has any shape and the laser bond line, which hermetically seals the functional area, is drawn in straight lines.
  • the functional area can be designed as a cavity and the cavity can in turn have optical properties, for example in the form of a lens, such as a collecting lens, and the laser bond line can be drawn around the cavity in a different pattern.
  • the cap is preferably joined to the base substrate by means of the laser bonding line.
  • the cap is placed on or in the base substrate without an intermediate layer and with the base substrate directly and directly with one or a plurality of common laser bond lines joined together.
  • the cap together with the base substrate together form the complete housing.
  • no additional or further part is required to form or close the housing, but rather the base substrate, the at least one laser bond line and the cap together completely and hermetically seal the functional area or the cavity.
  • the functional area is preferably prepared to accommodate at least one accommodation object, such as an electronic circuit, a sensor or MEMS.
  • the accommodation object is arranged on the base substrate in the area of an underside of the cavity and the cap is arranged above the accommodation object and placed on the underside of the cavity.
  • at least one accommodation object is arranged on the base substrate and within the housing.
  • the at least one accommodation object includes, for example, a power semiconductor chip, e.g. a GaN LED, a SiC, GaAs or GaN power transistor.
  • a power semiconductor chip e.g. a GaN LED, a SiC, GaAs or GaN power transistor.
  • Such power semiconductor chips give off a non-negligible amount of heat during operation.
  • sufficient heat dissipation from the housing must be ensured in order to ensure the permanent operation of the accommodation object or objects.
  • the cap is a cap that is permeable in the optical wavelength range, for example an optically transparent cap
  • energy can be supplied to the housing optically, for example by means of a photovoltaic cell arranged in the housing or another type of optical receptor for provision of electrical energy.
  • the housing can then be described as a self-sufficient housing.
  • the cap is more preferably joined to the base substrate at room temperature.
  • the joining process used can be carried out at room temperature. Only a negligible amount of heat penetrates into the functional area as a result of the joining process, or the amount of heat generated by the joining process can be kept away from the functional area by the heat-dissipating base substrate.
  • the laser bond line preferably extends into the material of the cap with the height HL.
  • the laser bond line extends into the material of the base substrate, the heat-dissipating base substrate and the cap being joined to one another in a melting manner.
  • an intermediate substrate is arranged between the heat-dissipating base substrate and the cap, wherein in this example the base substrate is joined to the intermediate substrate in a first connection plane by means of at least one first laser bond line and the cap with the intermediate substrate in a second connection plane with at least one second laser bond line is joined.
  • a marker can preferably be introduced into the cap, the base substrate and / or the intermediate substrate.
  • the cap forms an upper side and a laterally circumferential edge of the functional area, and the heat-dissipating base substrate forms an underside of the functional area, which together completely enclose the accommodation cavity.
  • the cap is designed in such a way that it extends laterally as far as the functional area, that is to say, for example, to the side of the at least one accommodation object.
  • the cap has lateral flanks on which an upper part of the cap rests, the flanks then being joined to the base substrate.
  • the cap can form the upper side of the functional area and the heat-dissipating base substrate the laterally circumferential edge and the underside of the functional area, so that the functional area or the accommodation cavity is also completely enclosed.
  • the base substrate extends next to the functional area or next to the at least one accommodation object. This can be implemented, for example, when the functional area is introduced into the base substrate, i.e. by, for example, abrasively hollowing out a recess from the base substrate and thus the functional area and / or the at least one accommodation object is surrounded by the material of the base substrate at the bottom and side.
  • This embodiment has the advantage that a comparatively larger proportion of the surface has the heat-dissipating material of the base substrate and thus the heat dissipation is improved.
  • the cap can form the top of the functional area or cavity
  • the intermediate substrate form the laterally circumferential edge
  • the heat-dissipating base substrate form the bottom of the functional area or cavity, which together completely enclose the accommodation cavity.
  • the housing formed at least from a laterally circumferential edge, bottom or top is preferably at least partially transparent for a wavelength range.
  • the heat-dissipating base substrate and / or the cap preferably have a thickness of less than 500 mhi, preferably less than 300 mhi, more preferably less than 120 mhi and even more preferably a thickness of less than 80 mhi.
  • the heat-dissipating base substrate can furthermore have at least a first and a second contact, the first contact being arranged, for example, on the underside of the functional area or the cavity.
  • the second contact can be arranged outside the underside of the functional area or the cavity and be electrically connected to the first contact.
  • the housing preferably has a size of 10mm x 10mm or less, preferably 5mm x 5mm or smaller, more preferably 3mm x 3mm or less, even more preferably 2mm x 2mm, more preferably 1mm x 1mm or also 0.2mm x 0.2 mm or smaller.
  • the housing is in no way limited to a square floor plan, but rather a housing can also have 10mm x 3mm or any other shape such as round or oval.
  • the cap preferably has a flea of 2 mm or less.
  • the flank of the cap preferably has a flank of 2 mm or less.
  • the transparent housing can also be made larger, depending on the area of application, several centimeters in length and more is possible.
  • a size limitation from practice which results from the preferred positioning method, but which should not be understood as a size limitation per se, consists simply in the size of the wafers to be cut.
  • the use of wafers for positioning is only to be understood as an example. It is entirely possible, for example, to use glass plates to position the transparent housing, which can also have larger dimensions than typical wafer sizes.
  • a method for providing a hermetically sealed housing is also presented, with a functional area of the housing, in particular a cavity that is enclosed.
  • the functional area or the cavity is enclosed by a laterally circumferential edge, an underside and an upper side of the housing.
  • An accommodation cavity is designed in the functional area to accommodate an accommodation object.
  • the method has the following steps: providing a heat-dissipating base substrate and at least one cap, the cap being transparent at least in some areas and at least for one wavelength range and therefore being a transparent cap; Arranging at least one accommodation object on the underside of the accommodation cavity; Arranging the cap on the heat-dissipating base substrate above the accommodation object, at least one contact surface being formed between the heat-dissipating base substrate and the cap, so that each housing has at least one contact surface; Hermetically sealed sealing of the cavities by forming a laser bond line on the at least one contact surface of each housing.
  • the respective housing is separated by means of a cutting or severing step.
  • the cap preferably has a flank and an upper part, so that the upper side of the upper part of the cap and at least part of the edge of the accommodation cavity is formed by the flank, and the flank or a contact surface is formed on the end face.
  • the further step is preferably carried out that the laser beam is guided around the functional area to form the laser bond line, so that the functional area is hermetically sealed all the way around the contact surface. If necessary, the laser beam can be guided around multiple times and / or a plurality of laser bond lines can be formed.
  • a plurality of undersides for a plurality of accommodation cavities to be formed can be formed on the heat-dissipating base substrate and a plurality of caps can be applied to the base substrate to form a plurality of housings on the base substrate.
  • the base substrate is larger, at least in its lateral extension, than the dimensions of an enclosure, so that a plurality of later enclosures share a common base substrate.
  • the individual enclosures are obtained by taking the additional step it is carried out that the (large) base substrate is cut or divided in such a way that each housing receives part of the base substrate.
  • each housing forms an underside on the base substrate, and the base substrate is cut in such a way that the respective underside remains with the respective housing.
  • a plurality of undersides for a plurality of accommodation cavities to be formed can also be formed on the base substrate, and a plurality of caps can be applied to the substrate in order to form a plurality of housings on the base substrate.
  • a single substrate such as a printed circuit board in particular, can have sensitive electronics at different points in such a way that a plurality of caps - which can also be constructed in different ways, for example in terms of shape, height and size - are applied to the same substrate around the sensitive Protect electronics while not covering too much area of the substrate.
  • material can be saved in an advantageous manner and a cost-effective method for producing a housing can be provided, with which sensitive electronics can be protected from external environmental influences.
  • it can also be designed so that the individual housings are not separated afterwards, but rather remain on the common base substrate.
  • a housing with a hermetically sealed accommodation cavity enclosed therein can be produced.
  • a housing produced in this way with a hermetically sealed accommodation cavity enclosed therein can be used in particular as a medical implant or as a sensor, for example as a barometer.
  • a method for providing a plurality of hermetically sealed housings is presented. Although the method could be changed in such a way that only a single housing is produced with the method, it makes sense for economic reasons to produce a plurality of housings in the same process sequence. This saves time, effort and / or raw material.
  • a first (base substrate) and at least one second substrate (cap) are provided to provide a housing in a first step, the at least one second substrate (the cap) comprising transparent material, i.e. at least in some areas or partially for at least one wavelength range is transparent.
  • the cap io is preferably arranged directly on the base substrate, that is to say, for example, the cavity to be sealed is covered by the cap, and the respective bottom side of the respective housing is formed by the base substrate.
  • At least one contact area is formed between the at least two substrates, so that each housing has at least one contact area.
  • the cavities are then hermetically sealed by joining the at least two substrates along the contact surface (s) of each housing, in particular on the contact surface along a line at the edge of each housing.
  • the housings can advantageously be manufactured jointly, for example from a common starting substrate, for example in the form of wafers of a wafer stack, or only the base substrate can be provided as a wafer. Then, in the process, the individual housing can also be separated by means of a cutting or severing step.
  • the underside or the upper side is a geometrical construct that can also be any other side with regard to the final position of the housing. If you consider the size of the housing and its possible areas of application, it is clear that the housing can assume any position in the room during operation.
  • the terms were used to enable easy access to the invention, and components are typically nowadays assembled by machine “from above”, for example by means of a gripper; This also leads to the description of the position of the sides of the housing, which is preferably arranged for its production in such a way that it correspondingly forms the underside to be equipped with accommodation objects and the upper side covering the accommodation objects.
  • the upper side can be described as a first side, the lower side as a second side opposite the first side and the edge as the intermediate area between the first and second side, the edge typically being essentially perpendicular to the first and / or second side stands.
  • the terms top side, bottom side and circumferential edge are used below - as explained.
  • the edge can also have a height of 0, so that the top side then rests directly on the bottom side, for example when the functional area only has a thin functional layer.
  • the top of the cavity can then be formed by a top layer, such as a substrate, wafer or plate.
  • the peripheral edge of the cavity can also be formed, for example, in that the upper layer protrudes downwards or the lower layer protrudes upwards, for example by the lower layer being abrasively hollowed out.
  • the underside of the cavity can finally be formed by a lower layer, a substrate, small discs or platelets and be arranged below the upper layer.
  • the cavities are designed in particular as accommodation cavities. This means that electronic circuits, sensors, MEMS or MOEMS, for example, can be used in the respective cavities. These aforementioned devices, such as in particular electronic circuits, sensors or MEMS, are therefore enclosed on all sides by the housing, since they are arranged within the accommodation cavity.
  • the at least two substrates or the base substrate and the cap are arranged or attached to one another in such a way that they come to lie flat against one another without other layers, plies or inclusions being present between the at least two substrates or between the base substrate and the cap.
  • the slightest gas inclusions between the layers in the area of the contact surfaces cannot be avoided, which also result from possible unevenness.
  • the pressure in particular by pressing, or by treating the surface of the substrate layers, in particular the contact surfaces, such as a grinding process
  • Prior evacuation is beneficial. Filling with a type of gas or a liquid can also be advantageous, depending on the process parameters and the materials to be used.
  • the substrate layers or the base substrate with the cap are stacked directly and in direct contact with one another, that is to say they are arranged on one another. Foreign materials between the substrate layers are preferably excluded as far as possible, so that the most cohesive and flat contact possible is produced from one substrate layer to the adjacent substrate layer.
  • the base substrate is arranged in direct contact with the cover substrate with respect to one another, in particular without other materials or a spacing between the base substrate and cover substrate being present.
  • the base substrate is arranged directly adjacent to the first or the first of the intermediate substrate layers, and the cover substrate is in turn arranged directly adjacent to the last or the last of the intermediate substrate layers.
  • the base substrate and cap are arranged next to one another in such a way that the End faces of the cap, the contact surface is arranged on which a direct, direct and as flat as possible contact between the end faces of the cap and the base substrate is created.
  • the substrates are joined together with the new laser joining process.
  • a flat substrate layer with the flat substrate layer or flat end face arranged immediately adjacent is joined directly to one another without foreign materials or non-flat materials or intermediate layers being provided or required for this.
  • the substrates are therefore each joined directly to one another.
  • the laser bond line created in the two-dimensional contact area between two substrate layers non-releasably connects the substrate layers that are directly adjacent to one another, i.e. directly adjacent to one another.
  • the fused area of the laser bond line is thus located in both substrates and merges seamlessly from the first substrate into the immediately adjacent second substrate, that is, for example, from the base substrate into the cap.
  • a direct, flat or even full-area transition is thus formed from one substrate layer to the next substrate layer, such as a substrate-substrate transition or a glass-glass transition.
  • a locally delimited volume is formed as a joining zone or laser bond line, in which there is a material transfer or mixing between the adjacent substrate layers, which are in particular flat.
  • material of the first substrate for example the cover substrate, penetrates the adjacent substrate, for example the intermediate substrate or the base substrate, and vice versa, so material from the adjacent substrate penetrates the first substrate, so that in the joining zone there is complete material intermixing of the substrates arranged next to one another.
  • the joining zone can therefore also be referred to as a convection zone.
  • the new laser joining technology for producing the non-releasable glass-glass transition or substrate-substrate transition is particularly advantageously free of intermediate layers, glass frits, foils or adhesives that had to be introduced between the substrates in earlier known processes. Rather, the non-releasable connection can be produced without corresponding interfering intermediate layers or additional materials. This saves the use of additional materials, increases the achievable hardness of the end product and enables reliable hermetic sealing of the functional area or the cavity / s.
  • the laser joining zone can be passed through in the finished end product, for example detect the specific local refractive index change of the material in the small fusion area.
  • a possibly occurring gap between the substrates or between the base substrate and the cap is less than or equal to 5 mhi thick, more preferably less than or equal to 1 mhi.
  • Such a gap is created, for example, by tolerances in the production of the substrate, by thermal influences or by inclusions of particles such as dust.
  • Even with such a tolerable spacing, which in the context of this invention is also to be regarded as immediately adjacent it is possible to join with the laser in such a way that the joining zone has a thickness between 10 to 50 mhi and thus a hermetic seal is ensured. In this case, too, the joining zone extends from the first substrate into the second substrate arranged adjacent to the first substrate.
  • the joining zone is therefore introduced in the contact area between the first and second substrate and fuses the substrates directly with one another to form an inseparable bond.
  • material of both substrates that lies in the joining zone is melted directly, and the material of the first substrate mixes with the material of the second substrate to form an inseparable one-piece composite.
  • the housing produced in this way thus has a one-piece, that is to say monolithic bond between the substrates in the joining zone.
  • a contact surface does not have to be optically transparent. It is also advantageous if the transparent substrate or the transparent cap is opaque in the visible wavelength range. Only the substrate through which the laser passes in order to reach the contact surface has at least one spectral “window” so that at least the wavelength of the laser used can pass through the substrate at least partially or at least in areas.
  • the contact surface is designed so that the laser can perform an energy deposition on it. For example, the surfaces of the two substrates lying against one another can be sprinkled and more preferably have a roughness in the nm range. The laser is at least partially absorbed on this surface, so that energy can be introduced there.
  • a contact surface in the sense of this application is to be understood as a surface on which the incident laser beam can deposit energy and thus a joining process can be carried out along the contact surface.
  • a simple case of such an interface is the contact area between the cap and the base substrate.
  • the Substrates are glued or joined to one another to form a common housing and to hermetically seal the cavities.
  • the step of hermetically sealing the housing is carried out by joining along the at least one contact surface of each housing by means of a laser joining process.
  • energy can be deposited by means of a laser in the area of the contact surface, specifically so locally that it is referred to as a cold joining process.
  • the thermal energy provided for joining is therefore concentrated on the course of the laser bond line and diffuses only comparatively slowly into the rest of the material of the housing, so that in particular no significant temperature rise occurs in the cavity. This protects the electronics arranged in the cavity from overheating.
  • material of the two substrates or caps to be joined is melted locally in the area of the respective housing along the laser bonding line, so that the at least two substrates are connected locally.
  • the person skilled in the art can refer, for example, to EP 3 012 059 B1 of the applicant, which is hereby incorporated by reference.
  • the substrate or substrates can also have a coating.
  • AR coatings, protective coatings, bioactive films, optical filters, conductive layers, e.g. made of ITO or gold, can be used, for example, as long as it is ensured that there is transparency or at least partial transparency for the laser wavelength used in the radiation area.
  • the at least one transparent substrate is preferably made of glass, glass ceramic, silicon or sapphire or a combination of the aforementioned materials, that is to say, for example, of glass-silicon, glass / silicon / sapphire combination or silicon / sapphire combination.
  • the further substrate or substrates can also comprise or consist of Al 2 O 3, sapphire, Si 3 N 4 or AlN.
  • Coatings can also be used, for example piezoresistive Si layers, in particular for pressure sensors, or thicker layers for micromechanical applications, such as pulse measurement via a MEMS.
  • At least one of the laterally circumferential edge, underside or upper side are here at least partially transparent for a wavelength range.
  • At least one sub-element of the housing is transparent at least in a sub-area of the sub-element for a preferred wavelength range, the wavelength range being known in advance and the material being able to be adjusted accordingly to the wavelength of the laser to be used, if desired is.
  • the housing is joined to the hermetically sealed housing using a laser joining process.
  • the edge, bottom and top side of the housing initially consist of more than one part, for example two or three parts or even more, and the parts are laser-joined to one another to complete the housing.
  • the housing can be chemically hardened at least partially and / or in areas.
  • one surface of the housing i.e. for example the top
  • the top and edge can also be chemically hardened.
  • Both the upper side and the edge as well as the underside are particularly preferably chemically hardened, so that both the respective surface of the upper side or underside is chemically hardened and the respective edge, that is to say the edge.
  • the substrates Before the step of producing the laser bond line for joining along the contact surfaces of each housing, the substrates can be connected to one another at least temporarily by means of wringing.
  • Fig. 1 a is a plan view of the opened accommodation cavity
  • 1 b shows a 3D view of a closed housing
  • Fig. 1c shows an alternative open housing
  • FIG. 2 shows a plan view of a housing on a base substrate, 3-13 sections along the lines A-> B and C-> D of embodiments of a housing shown in FIG. 2, FIG. 14 steps of a method for producing a housing.
  • the functional area 13 is designed as a recess in the base substrate 3, for example by means of an abrasive method such as a sandblasting method.
  • the base substrate 3 has a recess 13 into which the accommodation object 2 is inserted.
  • the base substrate 3 thus has the partial area 3 a, which forms the underside 22 of the housing 1.
  • the housing 1 is formed with a part of the substrate 3 as the underside 22 (cf. FIG. 6), the housing 1 being firmly connected, in particular joined, to the substrate 3.
  • a cap 5 is shown, with which the accommodation object 2 is to be covered.
  • the cap 5 can, for example, be a glass plate which is placed on the recess 13 in the base substrate 3.
  • the elements 3 and 5 thus together form the housing 1 around the accommodation object 2, which is arranged in the functional area 13, here a cavity 12 (cf. FIG. 1c), when the housing 1 is closed.
  • a closed accommodation cavity 12 is formed, which will have to be hermetically sealed in a subsequent step.
  • the housing has the cap 5 stacked one on top of the other on the base substrate 3, a contact surface 25 being formed between the cap 5 and the substrate 3, along which a laser bond line 8 is introduced.
  • Fig. 1c shows a further embodiment of the housing 1, the cap 5 having the upper part 5b and a circumferential flank 5a.
  • the cap 5 is placed with the contact surface on the end face of the circumferential flank 5a on the substrate 3, specifically in the area of the underside 3a of the housing 1, which later forms the underside 22 (cf. FIG. 6) of the cavity 12 when the Housing 1 is composed.
  • 1d shows a detail of the joining area, the interface zone, ie the contact surface 25, and the laser joining zone 8 clearly emerging.
  • the laser joining zone 8 is arranged in the area of the contact surface 25.
  • FIGS. 3 to 12 show a plan view of a housing 1 according to the invention, the circumferential laser joining zone 8 surrounding the functional area 13.
  • the functional area 13 can be constructed in different ways. Examples of the design of the functional area 13, as well as other options for an enclosure, can be found in FIGS. 3 to 12. The various designs of the functional area 13 can be graphically combined in FIG are. Sections are sketched on the lines A-B and C-> D, which are reproduced accordingly in FIGS. 3 to 12.
  • the functional area can realize various tasks, for example this can be an optical receptor or a technical, electromechanical and / or electronic component which is arranged in the functional area 13. Several of these tasks can also be implemented in functional area 13.
  • the housing 1 is covered on the top by the upper substrate 5 or the cap 5.
  • the laser joining zone 8 extends into this upper substrate 5.
  • FIG. 3 a first sectional view of a first embodiment of a housing 1 is shown, which has a base substrate 3 and a flat cap 5 in the form of a cover substrate 5.
  • the housing 1 is constructed or composed of two layers, namely the base layer 3 and the cover layer 5.
  • Fig. 3 also shows the structure of the laser joining line 8 from a series of a plurality of laser pulse hit areas 16, which are placed so close to one another that the material of the base substrate 3 and the cover substrate 5 melts together seamlessly and thus the functional area 13 or the cavity 12 hermetically seals.
  • FIG. 4 shows a sectional view of an embodiment of a housing 1 along the line C-> D, as shown in FIG. 2.
  • FIG. 4 also shows a section through the functional area 13, 13 a, which extends, for example, as a continuous cavity or cavity in the housing 1.
  • the cavity extends from the base substrate 3 into the cover substrate 5 and is, for example, in the form of a recess made from the base substrate 3 and / or the cap 5.
  • the functional area 13a can also include an active layer, for example an electrically conductive layer, and the functional area 13 includes the cavity.
  • the laser joining zone 8 runs around the functional area 13, 13a arranged, by means of which the functional area 13, 13a is closed all around on the sides.
  • FIG. 5 a further embodiment is shown, in which the laser joining zone 8 is created along the contact surface 25 by means of the laser pulse hits 16, at which the cover substrate 5 is welded or joined to the base substrate 3.
  • This embodiment has the further special feature that the surfaces of the first substrate 3 and of the second substrate 5 are hardened all around, that is to say have the hardened layers 27, 28 and 29.
  • the top of the cap 5 can be immersed in a hardening bath before a connection to the base substrate 3 or also after the connection to the base substrate 3, so that the finished housing 1 is chemically hardened, i.e. has at least one hardened surface 27 and / or has at least one hardened layer.
  • the finished housing 1 is at least partially or at least partially hardened, in particular chemically hardened.
  • compressive stress is formed on the cover substrate 5.
  • the housing 1 is hardened on all outer sides, ie both the two opposite long sides have hardened layers 27 and 29, and the circumferential edge 14 of the housing has the hardened layer 28, with the circumferential edge 14 extends around the housing 1.
  • the edge 14 can also be understood or referred to as the edge 21 of the housing, which extends around the cavity 12.
  • a housing 1 as shown in FIG. 5 can be obtained, for example, by dipping the assembled housing, which comprises the cap 5 and the base substrate 3, in a hardening solution and, in particular, is chemically hardened there.
  • the hardened layers 27, 28, 29 are thus arranged directly on the outer sides of the housing 1. Inside the hardened layers 27, 28, 29 thus remains an area for the joining line 8, which is possibly introduced at a distance from the hardened layers 27, 28, 29.
  • FIG. 6 shows an embodiment of the housing 1 with a cap 5 with flanks 5 a placed on the base substrate 3.
  • the illustration in FIG. 6 can correspond to a section along the line C-> D shown in FIG. 2.
  • the functional area 12, 13, 13a is arranged such that it is arranged on the base substrate 3 and extends into the cap 5.
  • the joining line 8 is arranged around the cavity 12, so that the cavity 12 is hermetically sealed on all sides.
  • the cap 5 can be round or square and can basically have a free shape.
  • the accommodation object 2 for example a sensor or actuator, is arranged on the underside 22 of the cavity 12, for example glued there.
  • Metal pads 32, 32a for making electrical contact with the accommodation object 2 are arranged on both sides of the accommodation object.
  • the accommodation object 2 is electrically contacted with the contact points 32, 32a by means of contact lines 36, 36a, such as bond wires, for example.
  • the contact points 32, 32a can be metal contact surfaces.
  • the electrical contact to second contacts 34, 34a arranged outside the cavity 12 is established via connectors 35, 35a, so that contact can be made with the accommodation object on the base substrate 3, such as a printed circuit board 3, from outside.
  • the second contacts 34, 34a are arranged on the underside of the base substrate 3, as a result of which the size of the individual housing 1 can be kept small. It must be ensured that the contact lines 36, 36a are hermetically sealed, for example by the second contacts 34, 34a being applied directly to the connectors 34, 34a.
  • the cap 5 is joined directly to the base substrate 3 by means of laser bonding lines 8.
  • two closed circumferential laser joining zones 8 were formed by guiding the laser 9 twice around the cavity along the contact surface 25 or along the outer edges of the cap 5, but not on an exactly identical path. Rather, the laser 9 was guided on a laterally offset path with each revolution around the cavity 12, so that two laser joining zones 8 lying next to one another are created.
  • the microbonding zones 8 in this example have a dimension of, for example, 5mhi x 10mhi or 10mhi x 50mhi.
  • AF45 can be used as the material for the cap 5.
  • the base substrate 3 can have an AlN ceramic in a single-layer design. This is advantageous when inexpensive production is desired, for example for power semiconductors (HL) or for LED.
  • the characteristic value of the coefficient of thermal expansion (CTE) of the two, in particular, different materials of the cap 5 and the base substrate 3 can be selected so that it is matched to one another between the layers.
  • the CTEs can be similar or even the same, so that there is little or no thermal stress in the housing 1.
  • the CTE of AF45 and AIN fits surprisingly well for the desired application; hardly any thermal stress on the housing 1 could be determined.
  • Si3N4 can also be used as the material for the base substrate.
  • a special feature of the housing 1 according to the invention is that the substrate 3 is a highly thermally conductive material, in the embodiments of FIGS. 6-9 and 13 as a single-layer ceramic, in the embodiments of FIGS. 10-12 as a multilayer ceramic.
  • the accommodation object 2 for example a high-power LED, has an upper and a lower contact area.
  • the accommodation object 2 is therefore arranged on the contact 32a and there is direct electrical contact; a second electrical contact to the contact 32 is established via the contact line 36 to the top of the accommodation object 2.
  • the cap 5 is fused to the base substrate 3 by means of the bond lines 8 and is hermetically sealed.
  • the same reference numerals show the same features in the figures in all embodiments.
  • the joint along the joint line 8 was preferably made in relaxed material of the cap 5 as well as of the base substrate 3.
  • the base substrate 3 is joined directly and immediately to the cap 5, so that no further layer or no further substrate is arranged between the base substrate 3 and the cap 5.
  • the functional area 13 is designed as a cavity 12.
  • the base substrate 3 can be a single or multi-layer AlN ceramic.
  • the contact bushings 35, 35a are filled, that is, in particular, are hermetically sealed.
  • a further embodiment of the housing 1 is shown, a plurality of contacts 32, 32a, 32b, 32c being provided in the cavity and, by means of the feedthroughs 35, 35a, 35b, 35c, to the second contacts 34, 34a, 34b, 34c are guided outside the housing 1.
  • the second contacts 34, 34a, 34b, 34c are arranged on the underside of the base substrate 3 in this example.
  • the accommodation object for example a microprocessor or a power transistor, can be on the underside and on the top Have contacts.
  • the microprocessor has three contacts on the bottom, the microprocessor 2 being arranged directly on the three contacts 32a, 32b, 32c, and the contact on the top being connected to the contact 32 by means of the contact line 36.
  • Cap 5 and base substrate 3 are hermetically joined to one another with two laser bonding lines 8.
  • FIG. 9 shows an embodiment of the housing 1, the accommodation object 2 only having contacts on the underside.
  • the accommodation object 2 can then be arranged in a simple manner directly above the contacts 32, 32a, the connecting lines 36, 36a being omitted.
  • the housing 10 shows an embodiment of the housing 1, the second contacts 34, 34a being arranged on the top of the base substrate 3 and to the side of the housing 1.
  • the area of the base substrate 3 to be used per housing 1 is larger in this embodiment, the advantages result that on the one hand the contacting of the second contacts 34, 34a can be carried out from above, which may be simpler.
  • the base substrate 3 is not drilled through, so that the hermetic seal may be easier to implement if the base substrate as such is to ensure a hermetic seal.
  • This embodiment can be advantageous, for example, when a plurality of housings 1 are arranged on a common base substrate 3 (see FIG. 12) or when the contacts are later to be further contacted from above.
  • AIN can be used as the material of the base substrate, single-layer or multi-layer, and Si3N4 can be used.
  • 11 shows a further embodiment with second contacts 34, 34a arranged on the top, the accommodation object 2 being arranged on the contact 32a and being contacted with the contact 32 by means of the connecting line 36.
  • a common base substrate 3 is shown, on which two undersides 22 of two housings 1 are formed.
  • one accommodation object 2 is arranged in each housing 1, which objects are through-contacted to the outside by means of the respective second contacts 34 and 34a.
  • a common base substrate 3 can also have a multiplicity of housings 1 which, if necessary, also perform common tasks, that is to say can also be in contact with one another.
  • FIG. 13 shows an embodiment of the housing 1, a cavity 12 being introduced into the base substrate 3.
  • the cavity 12 can be introduced into the base substrate 3 by means of a sandblasting method, that is to say hollowed out of the base substrate 3, generally using an abrasive method. Chemical etching is also possible in order to introduce the cavity 12 into the base substrate 3.
  • the cap 5 can be made, for example, as a simple glass plate, which is connected to the basic substrate 3 by means of microbonding and laser bonding lines 8.
  • AIN or HTCC can again be used as the material of the base substrate 3.
  • the machining of the cavity 12 has proven to be particularly easy to implement if these cavities 12 have already been produced in the green state, for example by a stamping process.
  • FIG. 14 an embodiment of the method for producing a multiplicity of housings 1 on the substrate 3 is shown. It is clear to the person skilled in the art that only a single housing or a single cap 5 can be attached to a substrate, depending on the process requirements. This method for attaching an individual cap 5 to a substrate 3 is ultimately a simplification of the method shown here with FIG. 14 with regard to the process sequences.
  • a plurality of accommodation objects 2 are arranged on the base substrate 3, for example soldered to provided contacts 32, 32a (cf. FIG. 3). Provision is made for a cap 5 to be attached to each accommodation object 2, i.e. a separate cavity 12 to be created for each accommodation object 2. However, several accommodation objects 2 can also be accommodated in a common cavity 12 by a common cap 5.
  • step B the glass caps 5 are placed on the base substrate 3 and the cavities 12 are thus completely formed.
  • Step C shows the laser joining of the respective accommodation cavities 12, i.e. the closing of the cavities 12 on all sides along the contact surfaces 25 and the introduction of the at least one laser bond line 8 per housing 1.
  • a laser unit 15 is guided from above the caps 5 over the surface of the substrate 3 and a focused laser beam 9 pointed at the zones to be joined, that is to say on the contact surfaces 25.
  • all cavities 12 are hermetic closed. It is possible to separate the individual housings 1 after step C by means of a cutting process, and thus to obtain individual separate housings.
  • step D the components are separated from one another along separating or cutting lines 10.
  • the same laser can optionally be used as for the laser joining in step C.
  • a conventional cutting method can also be used if this is advantageous.

Abstract

The invention relates to a hermetically sealed enclosure which preferably comprises a vitreous material. The enclosure comprises: a heat-dissipating base substrate for dissipating heat from the hermetically sealed enclosure; and a cap. The enclosure also comprises at least one functional area, in particular a cavity, which is hermetically sealed by the enclosure. The cap is positioned on the base substrate, wherein the cap together with the base substrate form at least one portion of the enclosure. The enclosure also comprises at least one laser bonding line for hermetically sealing the enclosure, wherein the laser bonding line has a height HL perpendicular to its connection plane.

Description

Hermetisch verschlossene Glasumhäusung Hermetically sealed glass casing
Beschreibung Gebiet der Erfindung Description Field of the Invention
Die Erfindung betrifft eine hermetisch verschlossene Glasumhäusung sowie ein Verfahren zum Bereitstellen einer hermetisch dichten Glasumhäusung. The invention relates to a hermetically sealed glass casing and a method for providing a hermetically sealed glass casing.
Hintergrund und allgemeine Beschreibung der Erfindung Background and general description of the invention
Hermetisch verschlossene Umhäusungen können dafür eingesetzt werden, sensible Elektronik, Schaltkreise oder beispielsweise Sensoren zu schützen. So können medizinische Implantate, beispielsweise im Bereich des Herzens, in der Retina oder für Bio-Prozessoren eingesetzt werden. Es sind Bio-Prozessoren bekannt, welche aus Titan angefertigt und eingesetzt werden. Hermetically sealed enclosures can be used to protect sensitive electronics, circuits or, for example, sensors. Medical implants can be used, for example, in the heart area, in the retina or for bio-processors. Bio-processors are known which are made from titanium and used.
Sensoren können mit einer erfindungsgemäßen Umhäusung für besonders widrige Umweltbedingungen geschützt werden. In diesen Bereich fallen beispielsweise auch MEMS (Mikro-Elektro-Mechanische-Systeme), Barometer, Blutgassensor, Glukosesensor, usw. Sensors can be protected with an enclosure according to the invention for particularly adverse environmental conditions. This area also includes, for example, MEMS (micro-electro-mechanical systems), barometers, blood gas sensors, glucose sensors, etc.
Ein weiteres Feld für den Einsatz einer erfindungsgemäßen Umhäusung lässt sich in einer Hülle für ein Smartphone, im Bereich von Virtual Reality-Brillen und ähnliches Gerät finden. Eine erfindungsgemäße Umhäusung kann auch für die Herstellung von Flusszellen bspw. im Rahmen der Elektromobilität zum Einsatz kommen. Aber auch in der Luft- und Raumfahrt, in Hochtemperaturanwendungen und im Bereich der Mikrooptik sind erfindungsgemäße Umhäusungen einsetzbar. Another field for the use of a housing according to the invention can be found in a cover for a smartphone, in the area of virtual reality glasses and similar devices. An enclosure according to the invention can also be used for the production of flow cells, for example in the context of electromobility. However, housings according to the invention can also be used in aerospace, in high-temperature applications and in the field of micro-optics.
Problematisch kann es sein, wenn die sensible Elektronik mit elektrischen Verbindungen nach außen konnektiert werden soll. Oder wenn die zu schützende Elektronik größere Abmessungen aufweist, beispielsweise eine ganze Leiterplatine umfasst. Der Schutz einer größeren Fläche, wie einer Leiterplatine, ist zwar möglich, aber kostenintensiv und aufwändig. It can be problematic if the sensitive electronics are to be connected to the outside with electrical connections. Or if the electronics to be protected have larger dimensions, for example comprise an entire printed circuit board. The protection of a larger area, such as a printed circuit board, is possible, but expensive and time-consuming.
Den vorgenannten Einsatzzwecken ist gemein, dass an die Elektronik hohe Anforderungen hinsichtlich ihrer Robustheit gestellt werden. Um auch den Einsatz von solcher Elektronik zu ermöglichen, die erwartbar diesen äußeren Einflüssen nicht standhält, ist die Umhäusung vor solchen widrigen Umwelteinflüssen zu schützen. Darüber hinaus ist ggf. die Anforderung gestellt, dass ein Austausch mit dem Innenbereich der Umhäusung, also der von der Umhäusung gebildeten Kavität, also beispielsweise mit elektromagnetischer Strahlung insbesondere im sichtbaren Bereich und/oder im Bereich der Mikrowellenstrahlung, gewährleistet ist, also die Umhäusung zumindest teilweise - d.h. zumindest bereichsweise und/oder zumindest für einen Wellenlängenbereich - transparent ist. Diese Transparenz erlaubt Kommunikationsverfahren, Daten- oder Energieübertragung, Messungen von und mit der in der Kavität angeordneten Elektronik bzw. Sensor. Es können insbesondere optische Kommunikationsverfahren bzw. optische Daten- oder Energieübertragung ermöglicht sein. The aforementioned uses have in common that high demands are made on the electronics with regard to their robustness. In order to enable the use of electronics that can not be expected to withstand these external influences, the housing must be protected from such adverse environmental influences. In addition, there may be a requirement that an exchange with the inner area of the housing, that is to say the cavity formed by the housing, for example with electromagnetic radiation in particular in the visible range and / or in the range of microwave radiation, is guaranteed, that is, the housing is at least partially - that is, at least in some areas and / or at least for a wavelength range - transparent. This transparency allows communication processes, data or energy transmission, measurements from and with the electronics or sensors arranged in the cavity. In particular, optical communication methods or optical data or energy transmission can be made possible.
Es ist grundsätzlich bekannt, mehrere Teile zusammenzufügen und diese Teile so anzuordnen, dass in einem Zwischenraum ein Aufnahmebereich entsteht, in welchem Komponenten beherbergt werden können. Beispielsweise zeigt EP 3 012 059 B1 ein Verfahren zur Herstellung eines transparenten Teils zum Schützen eines optischen Bauteils. Es wird dabei ein neuartiges Laser-Verfahren eingesetzt. It is basically known to join several parts together and to arrange these parts in such a way that a receiving area is created in an intermediate space in which components can be accommodated. For example, EP 3 012 059 B1 shows a method for producing a transparent part for protecting an optical component. A new type of laser process is used.
Die vorliegende Erfindung ist in dem Rahmen zu sehen, dass Umhäusungen verbessert und insbesondere widerstandsfähiger aufgebaut werden sollen. Dadurch lässt sich die Robustheit gegenüber Umwelteinflüssen und auch gegenüber mechanischen Belastungen erhöhen. The present invention is to be seen in the context that housings are to be improved and, in particular, built to be more resistant. This increases the robustness against environmental influences and also against mechanical loads.
Mit anderen Worten liegt der Erfindung also die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Umhäusung für eine Kavität bereitzustellen, um noch widrigeren Umweltbedingungen und Einflüssen standzuhalten bzw. um die fertiggestellten Umhäusungen günstiger in der Produktion werden zu lassen. Gegebenenfalls erlaubt die erfindungsgemäße Umhäusung durch die Schutzwirkung, die sie erzeugt, den Einsatz von günstigeren Bauteilen. In other words, the invention is based on the object of providing an improved housing for a cavity in order to withstand even more adverse environmental conditions and influences or to make the finished housings cheaper to produce. If necessary, the housing according to the invention allows the use of cheaper components due to the protective effect that it creates.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Verbesserung der Umhäusung besonders kostengünstig, aber auch zuverlässig und langlebig bereitzustellen, da sich auch die verbesserte Umhäusung in der Konkurrenzsituation des Marktes behaupten muss. A further aspect of the present invention is therefore to provide the improvement of the housing in a particularly cost-effective, but also reliable and long-lasting manner, since the improved housing also has to assert itself in the competitive situation on the market.
Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung baut darauf auf, dass erkannt wurde, dass im Falle einer hermetisch verschlossenen Gehäuselösung unter Umständen besondere Vorkehrungen zu treffen sind, um ggf. in der Umhäusung anfallende Wärme, wie insbesondere von Leistungshalbleitern, abzuführen. Bekannte hochwärmeleitfähige Bauteile können sich dabei als schwierig erweisen hinsichtlich deren Verbindung, um diese bzw. Umhäusungen mit diesen hermetisch zu verschließen. Yet another aspect of the present invention is based on the fact that it has been recognized that in the case of a hermetically sealed housing solution, special precautions may have to be taken in order to dissipate any heat generated in the housing, such as in particular from power semiconductors. Known highly thermally conductive components can prove to be difficult with regard to their connection in order to hermetically seal them or housings with them.
Ein Aspekt der Aufgabe liegt also auch darin, im Falle einer Wärmeerzeugung aus dem Innenraum der hermetisch verschlossenen Umhäusung, die insbesondere durch Leistungshalbleiter in der Umhäusung erzeugt wird, die Abfuhr bzw. Ableitung der Wärme und damit einen konstanten Betrieb der ggf. in der Umhäusung angeordneten Schaltung zu ermöglichen. Weiter sollen thermische Alterungsprozesse reduziert und weitestgehend vermieden werden. One aspect of the task is, in the case of heat generation from the interior of the hermetically sealed housing, which is generated in particular by power semiconductors in the housing, the dissipation or dissipation of the heat and thus constant operation of the possibly arranged in the housing Circuit too enable. In addition, thermal aging processes should be reduced and avoided as far as possible.
Eine hermetisch verschlossene Umhäusung gemäß der Erfindung umfasst daher ein wärmeabführendes Basissubstrat zur Abfuhr von Wärme aus der hermetisch verschlossenen Umhäusung. Das Basissubstrat ist insbesondere so aufgebaut oder zusammengesetzt, dass eine Wärmeabfuhr aus der Umhäusung gefördert wird, insbesondere aufgrund des Materials des Basissubstrats und/oder dessen Aufbau bzw. Gestaltung. Bei dem Material des Basissubstrats wird dabei berücksichtigt, dass die aufgabengemäße hermetische Abdichtung des Funktionsbereichs gefördert wird bzw. realisiert werden kann. Gegebenenfalls kann die hermetische Abdichtung durch eine Beschichtung des Basissubstrats erzielt werden. Bevorzugt ist, wenn das Basissubstrat selbst so aufgebaut ist, dass ein hermetischer Verschluss durch das Material des wärmeabführenden Basissubstrats erwirkt wird. A hermetically sealed housing according to the invention therefore comprises a heat-dissipating base substrate for dissipating heat from the hermetically sealed housing. The base substrate is in particular constructed or composed in such a way that heat dissipation from the housing is promoted, in particular due to the material of the base substrate and / or its construction or design. In the case of the material of the base substrate, it is taken into account that the task-related hermetic sealing of the functional area is promoted or can be implemented. If necessary, the hermetic seal can be achieved by coating the base substrate. It is preferred if the base substrate itself is constructed in such a way that a hermetic seal is achieved through the material of the heat-dissipating base substrate.
Die hermetisch verschlossene Umhäusung umfasst ferner eine Kappe, bevorzugt aus einem glasartigen Material, sowie zumindest einen von der Umhäusung hermetisch verschlossenen Funktionsbereich, insbesondere eine Kavität. Die Kappe ist auf dem Basissubstrat angeordnet oder aufgesetzt, so dass sie sich oberhalb von zumindest einem Teil oder dem größeren Teil des Basissubstrats befindet. Die Kappe bildet mit dem Basissubstrat zusammen zumindest einen Teil der Umhäusung. Mit anderen Worten sind Basissubstrat bzw. Kappe derart gestaltet oder hergerichtet, dass sie gemeinsam eine Umhäusung bilden und einen Funktionsbereich umschließen können. The hermetically sealed housing further comprises a cap, preferably made of a glass-like material, and at least one functional area, in particular a cavity, that is hermetically sealed by the housing. The cap is arranged or placed on the base substrate so that it is located above at least part or the larger part of the base substrate. Together with the base substrate, the cap forms at least part of the housing. In other words, the base substrate or cap are designed or prepared in such a way that they together form a housing and can enclose a functional area.
Die Umhäusung umfasst ferner zumindest eine Laserbondlinie zum hermetisch dichten Fügen der Umhäusung. Die Laserbondlinie weist eine Höhe HL senkrecht zu seiner Verbindungsebene auf. Die Laserbondlinie ist mit anderen Worten so angeordnet bzw. aufgebaut, dass sie Lücken in dem hermetischen Verschluss der Umhäusung zu überbrücken vermag, indem beispielsweise zwei Bauteile mittels der Laserbondlinie schmelzend miteinander gefügt werden. In dem Fall, dass die Umhäusung lediglich Basissubstrat und Kappe aufweist, um den Funktionsbereich vollständig zu umschließen, wird der Kontaktbereich zwischen Basissubstrat und Kappe, also die Stelle bzw. der Bereich, an welcher Kappe und Basissubstrat aneinandergrenzen, mittels der Laserbondlinie überbrückt bzw. verbunden. Im Ergebnis bildet sich die Umhäusung aus, als wäre sie einstückig geformt, wobei auch die Trennstelle zwischen den Bauteilen mittels der Laserbondlinie hermetisch verschlossen ist. Die Kappe umfasst bevorzugt ein glasartiges Material. Die Kappe ist dadurch bevorzugt transparent bzw. durchlässig für zumindest einen Wellenlängenbereich, beispielsweise optisch transparent. Je nach Anwendungsfall kann es auch vorteilhaft sein, wenn die Kappe opak ausgebildet ist, d.h. optisch intransparent. Auch eine reduzierte Transparenz bzw. Teildurchlässigkeit kann für die Funktion ausreichen. Beispielsweise kann die Kappe Glas, Glaskeramik, Silizium, Saphir oder einer Kombination der vorgenannten Materialien umfassen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kappe eine Glaskappe, beispielsweise aus gehärtetem Glas, Spezialglas, hochtemperaturfestes Glas aus dem Produktportfolio der Anmelderin. The housing further comprises at least one laser bond line for the hermetically sealed joining of the housing. The laser bond line has a height HL perpendicular to its connection plane. In other words, the laser bond line is arranged or constructed in such a way that it is able to bridge gaps in the hermetic seal of the housing by, for example, joining two components to one another by means of the laser bond line. In the event that the housing only has the base substrate and cap in order to completely enclose the functional area, the contact area between base substrate and cap, i.e. the point or area at which cap and base substrate adjoin one another, is bridged or connected by means of the laser bond line . As a result, the housing forms as if it were formed in one piece, with the separation point between the components also being hermetically sealed by means of the laser bond line. The cap preferably comprises a vitreous material. The cap is thereby preferably transparent or permeable to at least one wavelength range, for example optically transparent. Depending on the application, it can also be advantageous if the cap is designed to be opaque, ie optically opaque. A reduced transparency or partial permeability can also be sufficient for the function. For example, the cap can comprise glass, glass ceramic, silicon, sapphire or a combination of the aforementioned materials. In a preferred embodiment, the cap is a glass cap, for example made of hardened glass, special glass, high-temperature-resistant glass from the applicant's product portfolio.
Das Basissubstrat umfasst insbesondere ein Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit oder ist aus diesem aufgebaut. Die Wärmeleitfähigkeit des wärmeabführenden Basissubstrats liegt dabei bevorzugt in einem Bereich von 100 W/(m*K) oder größer, bevorzugt 150 W/(m*K) oder größer, und weiter bevorzugt 170 W/(m*K) oder größer. Ein Material, das besonders geeignet ist für den Aufbau des wärmeabführenden Basissubstrats ist ein metallisches Nitrid, wie Aluminiumnitrid-Keramik oder Siliziumnitrid-Keramik. The base substrate includes, in particular, a material with high thermal conductivity or is made up of this. The thermal conductivity of the heat-dissipating base substrate is preferably in a range of 100 W / (m * K) or greater, preferably 150 W / (m * K) or greater, and more preferably 170 W / (m * K) or greater. A material that is particularly suitable for the construction of the heat-dissipating base substrate is a metallic nitride, such as aluminum nitride ceramic or silicon nitride ceramic.
Bevorzugt umschließt die zumindest eine Laserbondlinie den Funktionsbereich in einem Abstand DF umlaufend. In einem Beispiel ist der Abstand DF umlaufend um den Funktionsbereich konstant, so dass die Laserbondlinie allseits im ungefähr gleichen Abstand um den Funktionsbereich herum liegt. Der Abstand DF kann je nach Anwendungsfall aber auch schwanken. Dies kann produktionstechnisch günstiger sein, wenn eine Mehrzahl von Umhäusungen zugleich in einem Arbeitsschritt gefügt werden, und beispielsweise gerade Fügelinien bzw. Laserbondlinien an den jeweiligen Kontaktflächen der einzelnen Umhäusungen geführt werden. Dies kann auch der Fall sein, wenn der Funktionsbereich bzw. die Umhäusung beispielsweise rund ist oder eine beliebige Form aufweist und die Laserbondlinie, die den Funktionsbereich hermetisch verschließt, in geraden Linien gezogen wird. In einem besonderen Beispiel kann der Funktionsbereich als Kavität ausgestaltet sein und die Kavität wiederum optische Eigenschaften aufweisen, beispielsweise in Form einer Linse, wie einer Sammellinse, ausgeformt sein, und die Laserbondlinie in einem davon unterschiedlichen Muster um die Kavität herum gezogen sein. The at least one laser bond line preferably encircles the functional area at a distance DF. In one example, the distance DF is constant around the functional area, so that the laser bond line is approximately the same distance around the functional area on all sides. The distance DF can, however, also fluctuate depending on the application. This can be more favorable in terms of production technology if a plurality of housings are joined at the same time in one work step and, for example, straight joining lines or laser bond lines are made on the respective contact surfaces of the individual housings. This can also be the case if the functional area or the housing is, for example, round or has any shape and the laser bond line, which hermetically seals the functional area, is drawn in straight lines. In a particular example, the functional area can be designed as a cavity and the cavity can in turn have optical properties, for example in the form of a lens, such as a collecting lens, and the laser bond line can be drawn around the cavity in a different pattern.
Bevorzugt wird die Kappe mit dem Basissubstrat mittels der Laserbondlinie miteinander gefügt. Mit anderen Worten wird die Kappe ohne Zwischenschicht auf oder in das Basissubstrat gesetzt und mit dem Basissubstrat unmittelbar und direkt mit einer oder einer Mehrzahl von gemeinsamen Laserbondlinien miteinander gefügt. In diesem Fall bilden die Kappe zusammen mit dem Basissubstrat gemeinsam die vollständige Umhäusung. Mit anderen Worten ist kein zusätzliches oder weiteres Teil benötigt, um die Umhäusung zu bilden bzw. zu schließen, sondern das Basissubstrat, die zumindest eine Laserbondlinie und die Kappe verschließen gemeinsam den Funktionsbereich bzw. die Kavität vollständig und hermetisch dicht. The cap is preferably joined to the base substrate by means of the laser bonding line. In other words, the cap is placed on or in the base substrate without an intermediate layer and with the base substrate directly and directly with one or a plurality of common laser bond lines joined together. In this case the cap together with the base substrate together form the complete housing. In other words, no additional or further part is required to form or close the housing, but rather the base substrate, the at least one laser bond line and the cap together completely and hermetically seal the functional area or the cavity.
Der Funktionsbereich ist bevorzugt hergerichtet zur Aufnahme zumindest eines Beherbergungs-Objekts, wie beispielsweise ein elektronischer Schaltkreis, ein Sensor oder MEMS. Beispielsweise wird das Beherbergungs-Objekt auf dem Basissubstrat im Bereich einer Unterseite der Kavität angeordnet und die Kappe oberhalb des Beherbergungs-Objekts angeordnet und auf die Unterseite der Kavität aufgesetzt. In diesem Fall ist auf dem Basissubstrat und innerhalb der Umhäusung zumindest ein Beherbergungs-Objekt angeordnet. The functional area is preferably prepared to accommodate at least one accommodation object, such as an electronic circuit, a sensor or MEMS. For example, the accommodation object is arranged on the base substrate in the area of an underside of the cavity and the cap is arranged above the accommodation object and placed on the underside of the cavity. In this case, at least one accommodation object is arranged on the base substrate and within the housing.
Das zumindest eine Beherbergungs-Objekt umfasst beispielsweise einen Leistungshalbleiter-Chip, z.B. eine GaN-LED, einen SiC-, GaAs- oder GaN-Leistungstransistor. Solche Leistungshalbleiter-Chips geben im Betrieb eine nicht vernachlässigbare Menge von Wärme ab. Besonders dann, wenn eines der vorgenannten Beherbergungs-Objekte in der Kavität angeordnet ist, ist eine ausreichende Wärmeabfuhr aus der Umhäusung zu gewährleisten, um den dauerhaften Betrieb des oder der Beherbergungs-Objekte sicherzustellen. The at least one accommodation object includes, for example, a power semiconductor chip, e.g. a GaN LED, a SiC, GaAs or GaN power transistor. Such power semiconductor chips give off a non-negligible amount of heat during operation. Particularly when one of the aforementioned accommodation objects is arranged in the cavity, sufficient heat dissipation from the housing must be ensured in order to ensure the permanent operation of the accommodation object or objects.
Handelt es sich bei der Kappe um eine im optischen Wellenlängenbereich durchlässige Kappe, also beispielsweise eine optisch transparente Kappe, kann eine Energiezufuhr in die Umhäusung auf optischem Weg realisiert werden, beispielsweise mittels einer in der Umhäusung angeordneten Photovoltaik-Zelle oder einem andersartigen optischen Rezeptor zur Bereitstellung von elektrischer Energie. Die Umhäusung kann dann als autarke Umhäusung beschrieben werden. If the cap is a cap that is permeable in the optical wavelength range, for example an optically transparent cap, energy can be supplied to the housing optically, for example by means of a photovoltaic cell arranged in the housing or another type of optical receptor for provision of electrical energy. The housing can then be described as a self-sufficient housing.
Weiter bevorzugt ist die Kappe mit dem Basissubstrat bei Raumtemperatur gefügt. Beispielsweise ist das angewendete Fügeverfahren bei Raumtemperatur durchführbar. In den Funktionsbereich dringt dabei durch den Fügevorgang nur eine vernachlässigbare Wärmemenge ein, beziehungsweise kann dabei die durch den Fügevorgang entstehende Wärmemenge durch das wärmeabführende Basissubstrat von dem Funktionsbereich abgehalten werden. The cap is more preferably joined to the base substrate at room temperature. For example, the joining process used can be carried out at room temperature. Only a negligible amount of heat penetrates into the functional area as a result of the joining process, or the amount of heat generated by the joining process can be kept away from the functional area by the heat-dissipating base substrate.
In bevorzugter Weise reicht die Laserbondlinie mit der Höhe HL in das Material der Kappe hinein. Gegenüberliegend reicht die Laserbondlinie in das Material des Basissubstrats hinein, wobei das wärmeabführende Basissubstrat mit der Kappe schmelzend miteinander gefügt ist. Mit anderen Worten vermischt sich bei dem Fügeschritt beziehungsweise in der Laserbondlinie schmelzend Material des Basissubstrats mit Material der Kappe zur Herstellung des festen und nicht lösbaren hermetischen Verbunds zwischen Basissubstrat und Kappe.The laser bond line preferably extends into the material of the cap with the height HL. On the opposite side, the laser bond line extends into the material of the base substrate, the heat-dissipating base substrate and the cap being joined to one another in a melting manner. In other words, mixes in the joining step or in the Melting laser bond line Material of the base substrate with the material of the cap to produce the fixed and non-detachable hermetic bond between the base substrate and cap.
In einem anderen Beispiel ist zwischen dem wärmeabführenden Basissubstrat und der Kappe ein Zwischensubstrat angeordnet, wobei in diesem Beispiel das Basissubstrat mit dem Zwischensubstrat in einer ersten Verbindungsebene mittels mindestens einer ersten Laserbondlinie gefügt ist und wobei die Kappe mit dem Zwischensubstrat in einer zweiten Verbindungsebene mit mindestens einer zweiten Laserbondlinie gefügt ist. In another example, an intermediate substrate is arranged between the heat-dissipating base substrate and the cap, wherein in this example the base substrate is joined to the intermediate substrate in a first connection plane by means of at least one first laser bond line and the cap with the intermediate substrate in a second connection plane with at least one second laser bond line is joined.
Bevorzugt kann in die Kappe, das Basissubstrat und/oder das Zwischensubstrat ein Marker eingebracht sein. A marker can preferably be introduced into the cap, the base substrate and / or the intermediate substrate.
In der Umhäusung bildet gemäß einer Ausführungsform die Kappe eine Oberseite und einen seitlich umlaufenden Rand des Funktionsbereichs und das wärmeabführende Basissubstrat eine Unterseite des Funktionsbereichs aus, welche gemeinsam die Beherbergungskavität vollständig umschließen. In diesem Beispiel ist die Kappe so ausgestaltet, dass sie seitlich bis neben den Funktionsbereich reicht, also beispielsweise bis seitlich neben das zumindest eine Beherbergungs-Objekt. Beispielsweise weist die Kappe in diesem Fall seitliche Flanken auf, auf die sich ein Oberteil der Kappe aufstützt, wobei dann die Flanken mit dem Basissubstrat gefügt sind. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass ein größerer Anteil der Oberfläche der Umhäusung das bevorzugt transparente Material der Kappe aufweist und somit ein größerer Anteil der Umhäusung für jegliche Art der Kommunikation oder Austausch mit der Umgebung zur Verfügung steht. In the housing, according to one embodiment, the cap forms an upper side and a laterally circumferential edge of the functional area, and the heat-dissipating base substrate forms an underside of the functional area, which together completely enclose the accommodation cavity. In this example, the cap is designed in such a way that it extends laterally as far as the functional area, that is to say, for example, to the side of the at least one accommodation object. For example, in this case the cap has lateral flanks on which an upper part of the cap rests, the flanks then being joined to the base substrate. This embodiment has the advantage that a larger proportion of the surface of the housing has the preferably transparent material of the cap and thus a larger proportion of the housing is available for any type of communication or exchange with the environment.
Andererseits kann die Kappe in einem weiteren Beispiel die Oberseite des Funktionsbereichs ausbilden und das wärmeabführende Basissubstrat den seitlich umlaufenden Rand und die Unterseite des Funktionsbereichs, so dass ebenfalls gemeinsam der Funktionsbereich bzw. die Beherbergungskavität vollständig umschlossen ist. In diesem Beispiel reicht das Basissubstrat bis neben den Funktionsbereich bzw. bis neben das zumindest eine Beherbergungs-Objekt. Dies kann zum Beispiel realisiert sein, wenn der Funktionsbereich in das Basissubstrat eingebracht ist, also indem beispielsweise aus dem Basissubstrat eine Vertiefung beispielsweise abrasiv ausgehöhlt ist und somit der Funktionsbereich und/oder das zumindest eine Beherbergungsobjekt unten und seitlich von dem Material des Basissubstrats umgeben ist. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass vergleichsweise ein größerer Anteil der Oberfläche das wärmeabführende Material des Basissubstrats aufweist und somit die Wärmeabfuhr verbessert ist. In einem weiteren Beispiel kann die Kappe die Oberseite des Funktionsbereichs bzw. der Kavität ausbilden, das Zwischensubstrat den seitlich umlaufenden Rand und das wärmeabführende Basissubstrat die Unterseite des Funktionsbereichs bzw. der Kavität ausbilden, welche gemeinsam die Beherbergungskavität vollständig umschließen. On the other hand, in a further example, the cap can form the upper side of the functional area and the heat-dissipating base substrate the laterally circumferential edge and the underside of the functional area, so that the functional area or the accommodation cavity is also completely enclosed. In this example, the base substrate extends next to the functional area or next to the at least one accommodation object. This can be implemented, for example, when the functional area is introduced into the base substrate, i.e. by, for example, abrasively hollowing out a recess from the base substrate and thus the functional area and / or the at least one accommodation object is surrounded by the material of the base substrate at the bottom and side. This embodiment has the advantage that a comparatively larger proportion of the surface has the heat-dissipating material of the base substrate and thus the heat dissipation is improved. In a further example, the cap can form the top of the functional area or cavity, the intermediate substrate form the laterally circumferential edge and the heat-dissipating base substrate form the bottom of the functional area or cavity, which together completely enclose the accommodation cavity.
Die zumindest aus einem seitlich umlaufenden Rand, Unterseite oder Oberseite gebildete Umhäusung ist bevorzugt zumindest bereichsweise für einen Wellenlängenbereich transparent. The housing formed at least from a laterally circumferential edge, bottom or top is preferably at least partially transparent for a wavelength range.
Das wärmeabführende Basissubstrat und/oder die Kappe weisen bevorzugt eine Dicke von unter 500 mhi, bevorzugt unter 300 mhi, weiter bevorzugt unter 120 mhi und noch weiter bevorzugt eine Dicke von unter 80 mhi auf. The heat-dissipating base substrate and / or the cap preferably have a thickness of less than 500 mhi, preferably less than 300 mhi, more preferably less than 120 mhi and even more preferably a thickness of less than 80 mhi.
Das wärmeabführende Basissubstrat kann des Weiteren zumindest einen ersten und einen zweiten Kontakt aufweisen, wobei der erste Kontakt beispielsweise an der Unterseite des Funktionsbereichs bzw. der Kavität angeordnet ist. Der zweite Kontakt kann außerhalb der Unterseite des Funktionsbereichs bzw. der Kavität angeordnet sein und elektrisch mit dem ersten Kontakt verbunden sein. The heat-dissipating base substrate can furthermore have at least a first and a second contact, the first contact being arranged, for example, on the underside of the functional area or the cavity. The second contact can be arranged outside the underside of the functional area or the cavity and be electrically connected to the first contact.
Die Umhäusung weist bevorzugt eine Größe von 10mm x 10mm oder weniger auf, bevorzugt 5mm x 5mm oder kleiner, weiter bevorzugt 3mm x 3mm oder weniger, noch weiter bevorzugt 2mm x 2mm, weiter bevorzugt 1mm x 1mm oder auch 0,2mm x 0,2 mm oder kleiner. Die Umhäusung ist dabei keineswegs auf quadratische Grundrisse beschränkt, sondern vielmehr kann eine Umhäusung auch 10mm x 3mm oder beliebige andere Formen wie rund oder oval aufweisen. Die Kappe weist bevorzugt eine Flöhe von 2 mm oder weniger auf. Die Flanke der Kappe weist bevorzugt eine Flöhe von 2 mm oder weniger auf. Andererseits kann die transparente Umhäusung je nach Einsatzgebiet aber durchaus auch größer hergestellt werden, mehrere Zentimeter Länge und mehr ist möglich. Eine Größenbegrenzung aus der Praxis, die sich durch das bevorzugte Fierstellungsverfahren bedingt, die jedoch nicht per se als Größenbeschränkung verstanden werden darf, besteht einfach in der Größe der zu schneidenden Wafer. Der Einsatz von Wafern zur Fierstellung ist jedoch nur als Beispiel zu verstehen. Es ist durchaus möglich, beispielsweise Glasplatten zur Fierstellung der transparenten Umhäusung einzusetzen, die auch größere Abmessungen als typische Wafergrößen aufweisen kann. The housing preferably has a size of 10mm x 10mm or less, preferably 5mm x 5mm or smaller, more preferably 3mm x 3mm or less, even more preferably 2mm x 2mm, more preferably 1mm x 1mm or also 0.2mm x 0.2 mm or smaller. The housing is in no way limited to a square floor plan, but rather a housing can also have 10mm x 3mm or any other shape such as round or oval. The cap preferably has a flea of 2 mm or less. The flank of the cap preferably has a flank of 2 mm or less. On the other hand, the transparent housing can also be made larger, depending on the area of application, several centimeters in length and more is possible. A size limitation from practice, which results from the preferred positioning method, but which should not be understood as a size limitation per se, consists simply in the size of the wafers to be cut. However, the use of wafers for positioning is only to be understood as an example. It is entirely possible, for example, to use glass plates to position the transparent housing, which can also have larger dimensions than typical wafer sizes.
Im Rahmen der Erfindung wird auch ein Verfahren zum Bereitstellen einer hermetisch dichten Umhäusung vorgestellt, wobei von der Umhäusung ein Funktionsbereich, insbesondere eine Kavität, umschlossen wird. Der Funktionsbereich bzw. die Kavität wird von einem seitlich umlaufenden Rand, einer Unterseite und einer Oberseite der Umhäusung umschlossen. In dem Funktionsbereich ist eine Beherbergungs-Kavität ausgebildet zur Aufnahme eines Beherbergungs-Objekts. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Bereitstellen von einem wärmeabführenden Basissubstrat und zumindest einer Kappe, wobei die Kappe zumindest bereichsweise und zumindest für einen Wellenlängenbereich transparent ist und daher eine transparente Kappe ist; Anordnen von zumindest einem Beherbergungs-Objekt auf der Unterseite der Beherbergungs-Kavität; Anordnen der Kappe auf dem wärmeabführenden Basissubstrat oberhalb des Beherbergungs-Objekts, wobei sich zwischen dem wärmeabführenden Basissubstrat und der Kappe zumindest eine Kontaktfläche ausbildet, so dass jede Umhäusung zumindest eine Kontaktfläche aufweist; Hermetisch dichtes Verschließen der Kavitäten durch Ausbilden einer Laserbondlinie auf der zumindest einen Kontaktfläche jeder Umhäusung. In the context of the invention, a method for providing a hermetically sealed housing is also presented, with a functional area of the housing, in particular a cavity that is enclosed. The functional area or the cavity is enclosed by a laterally circumferential edge, an underside and an upper side of the housing. An accommodation cavity is designed in the functional area to accommodate an accommodation object. The method has the following steps: providing a heat-dissipating base substrate and at least one cap, the cap being transparent at least in some areas and at least for one wavelength range and therefore being a transparent cap; Arranging at least one accommodation object on the underside of the accommodation cavity; Arranging the cap on the heat-dissipating base substrate above the accommodation object, at least one contact surface being formed between the heat-dissipating base substrate and the cap, so that each housing has at least one contact surface; Hermetically sealed sealing of the cavities by forming a laser bond line on the at least one contact surface of each housing.
In dem Fall, dass eine Mehrzahl von Umhäusungen gemeinsam in einem Arbeitsschritt effizient hergestellt werden, wird die jeweilige Umhäusung mittels eines Schneid- oder Abtrenn- Schritts vereinzelt. In the event that a plurality of housings are efficiently produced together in one work step, the respective housing is separated by means of a cutting or severing step.
Die Kappe weist bevorzugt eine Flanke und ein Oberteil auf, so dass von dem Oberteil der Kappe die Oberseite und von der Flanke zumindest ein Teil des Rands der Beherbergungs- Kavität ausgebildet wird, und wobei an der Stirnseite die Flanke oder eine Kontaktfläche gebildet ist. The cap preferably has a flank and an upper part, so that the upper side of the upper part of the cap and at least part of the edge of the accommodation cavity is formed by the flank, and the flank or a contact surface is formed on the end face.
Bevorzugt wird der weitere Schritt ausgeführt, dass der Laserstrahl umlaufend um den Funktionsbereich herumgeführt wird zur Bildung der Laserbondlinie, so dass der Funktionsbereich entlang der Kontaktfläche umlaufend hermetisch verschlossen wird. Gegebenenfalls kann der Laserstrahl dabei mehrfach umlaufend herumgeführt werden und/oder gegebenenfalls eine Mehrzahl von Laserbondlinien ausgebildet werden. The further step is preferably carried out that the laser beam is guided around the functional area to form the laser bond line, so that the functional area is hermetically sealed all the way around the contact surface. If necessary, the laser beam can be guided around multiple times and / or a plurality of laser bond lines can be formed.
Auf dem wärmeabführenden Basissubstrat kann eine Mehrzahl von Unterseiten für eine Mehrzahl von zu bildenden Beherbergungs-Kavitäten gebildet sein und eine Mehrzahl von Kappen auf dem Basissubstrat aufgebracht werden zur Bildung einer Mehrzahl von Umhäusungen auf dem Basissubstrat. Mit anderen Worten ist in diesem Fall das Basissubstrat zumindest in seiner lateralen Erstreckung größer als die Abmessungen einer Umhäusung, so dass sich eine Mehrzahl von späteren Umhäusungen ein gemeinsames Basissubstrat teilt. In diesem Fall werden die einzelnen Umhäusungen erhalten, indem der zusätzliche Schritt ausgeführt wird, dass das (große) Basissubstrat geschnitten bzw. geteilt wird und zwar so, dass jede Umhäusung einen Teil des Basissubstrats erhält. Hierfür bildet jede Umhäusung auf dem Basissubstrat eine Unterseite aus, und das Basissubstrat wird so geschnitten, dass die jeweilige Unterseite zu der jeweiligen Umhäusung verbleibt. A plurality of undersides for a plurality of accommodation cavities to be formed can be formed on the heat-dissipating base substrate and a plurality of caps can be applied to the base substrate to form a plurality of housings on the base substrate. In other words, in this case the base substrate is larger, at least in its lateral extension, than the dimensions of an enclosure, so that a plurality of later enclosures share a common base substrate. In this case the individual enclosures are obtained by taking the additional step it is carried out that the (large) base substrate is cut or divided in such a way that each housing receives part of the base substrate. For this purpose, each housing forms an underside on the base substrate, and the base substrate is cut in such a way that the respective underside remains with the respective housing.
Auf dem Basissubstrat kann auch eine Mehrzahl von Unterseiten für eine Mehrzahl von zu bildenden Beherbergungs-Kavitäten ausgebildet sein, und es kann eine Mehrzahl von Kappen auf dem Substrat aufgebracht werden zur Bildung einer Mehrzahl von Umhäusungen auf dem Basissubstrat. Mit anderen Worten kann ein einzelnes Substrat, wie insbesondere eine Leiterplatine, an verschiedenen Stellen derart sensible Elektronik aufweisen, dass eine Mehrzahl von Kappen - die auch verschiedenartig aufgebaut sein können beispielsweise hinsichtlich Form, Höhe und Größe - auf demselben Substrat aufgebracht werden, um die sensible Elektronik zu schützen und dabei aber nicht übermäßig viel Bereich des Substrats abzudecken. Hierdurch lässt sich in vorteilhafter Weise Material einsparen und ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung einer Umhäusung bereitstellen, mit welchem sensible Elektronik vor äußeren Umwelteinflüssen geschützt werden kann. In diesem Fall ist es auch gestaltbar, dass die einzelnen Umhäusungen hernach nicht vereinzelt werden, sondern vielmehr auf dem gemeinsamen Basissubstrat verbleiben. A plurality of undersides for a plurality of accommodation cavities to be formed can also be formed on the base substrate, and a plurality of caps can be applied to the substrate in order to form a plurality of housings on the base substrate. In other words, a single substrate, such as a printed circuit board in particular, can have sensitive electronics at different points in such a way that a plurality of caps - which can also be constructed in different ways, for example in terms of shape, height and size - are applied to the same substrate around the sensitive Protect electronics while not covering too much area of the substrate. In this way, material can be saved in an advantageous manner and a cost-effective method for producing a housing can be provided, with which sensitive electronics can be protected from external environmental influences. In this case it can also be designed so that the individual housings are not separated afterwards, but rather remain on the common base substrate.
Mit zumindest einem vorstehend aufgezählten Merkmale lässt sich eine Umhäusung mit darin eingeschlossener hermetisch verschlossener Beherbergungs-Kavität hersteilen. Eine derart hergestellte Umhäusung mit darin eingeschlossener hermetisch verschlossener Beherbergungs-Kavität lässt sich verwenden insbesondere als medizinisches Implantat oder als Sensor, beispielsweise als Barometer. With at least one of the features listed above, a housing with a hermetically sealed accommodation cavity enclosed therein can be produced. A housing produced in this way with a hermetically sealed accommodation cavity enclosed therein can be used in particular as a medical implant or as a sensor, for example as a barometer.
Im Rahmen der Erfindung wird unter Anderem ein Verfahren zum Bereitstellen einer Mehrzahl von hermetisch dichten Umhäusungen vorgestellt. Obwohl das Verfahren so geändert werden könnte, dass lediglich eine einzelne Umhäusung mit dem Verfahren hergestellt wird, ist es unter wirtschaftlichen Erwägungen sinnvoll, im gleichen Prozessablauf eine Mehrzahl von Umhäusungen herzustellen. Hierdurch ließen sich Zeit, Aufwand und/oder Rohstoffmaterial einsparen. In the context of the invention, among other things, a method for providing a plurality of hermetically sealed housings is presented. Although the method could be changed in such a way that only a single housing is produced with the method, it makes sense for economic reasons to produce a plurality of housings in the same process sequence. This saves time, effort and / or raw material.
Mit anderen Worten werden zum Bereitstellen einer Umhäusung in einem ersten Schritt ein erstes (Basissubstrat) und zumindest ein zweites Substrat (Kappe) bereitgestellt, wobei das zumindest eine zweite Substrat (die Kappe) transparentes Material umfasst, also zumindest bereichsweise oder teilweise für zumindest einen Wellenlängenbereich transparent ist. Die Kappe io wird bevorzugt direkt auf dem Basissubstrat angeordnet, von der Kappe wird also beispielsweise die zu dichtende Kavität abgedeckt, und von dem Basissubstrat die jeweilige Unterseite der jeweiligen Umhäusung gebildet. Zwischen den zumindest zwei Substraten wird zumindest eine Kontaktfläche gebildet, so dass jede Umhäusung zumindest eine Kontaktfläche aufweist. Die Kavitäten werden sodann hermetisch dicht verschlossen durch Fügen der zumindest zwei Substrate entlang der Kontaktfläche(n) jeder Umhäusung, insbesondere an der Kontaktfläche entlang einer Linie am Rand jeder Umhäusung. Die Umhäusungen können vorteilhaft gemeinsam beispielsweise aus einem gemeinsamen Ausgangssubstrat gefertigt werden, beispielsweise in Form von Wafern eines Waferstapels, oder nur das Basissubstrat als Wafer bereitgestellt werden. Dann kann im Verfahren noch die Vereinzelung der jeweiligen Umhäusung mittels eines Schneid- oder Abtrenn-Schritts folgen. In other words, a first (base substrate) and at least one second substrate (cap) are provided to provide a housing in a first step, the at least one second substrate (the cap) comprising transparent material, i.e. at least in some areas or partially for at least one wavelength range is transparent. The cap io is preferably arranged directly on the base substrate, that is to say, for example, the cavity to be sealed is covered by the cap, and the respective bottom side of the respective housing is formed by the base substrate. At least one contact area is formed between the at least two substrates, so that each housing has at least one contact area. The cavities are then hermetically sealed by joining the at least two substrates along the contact surface (s) of each housing, in particular on the contact surface along a line at the edge of each housing. The housings can advantageously be manufactured jointly, for example from a common starting substrate, for example in the form of wafers of a wafer stack, or only the base substrate can be provided as a wafer. Then, in the process, the individual housing can also be separated by means of a cutting or severing step.
Im Sinne dieser Anmeldung ist Unterseite bzw. Oberseite ein geometrisches Konstrukt, das im Hinblick auf die endgültige Lage der Umhäusung auch jede andere Seite sein kann. Bedenkt man die Größe der Umhäusung und deren mögliche Einsatzbereiche ist klar, dass die Umhäusung im Betrieb jede Lage im Raum einnehmen kann. Die Begriffe wurden so verwendet, um einen einfachen Zugang zu der Erfindung zu ermöglichen, und typischerweise wird eine Bestückung von Bauteilen heutzutage maschinell „von oben“ beispielsweise mittels eines Greifers durchgeführt; Dies führt auch zu der Lagebeschreibung der Seiten der Umhäusung, die zu deren Herstellung bevorzugt so angeordnet wird, dass sie entsprechend die mit Beherbergungs-Objekten zu bestückende Unterseite und die Beherbergungs-Objekte abdeckende Oberseite ausbildet. For the purposes of this application, the underside or the upper side is a geometrical construct that can also be any other side with regard to the final position of the housing. If you consider the size of the housing and its possible areas of application, it is clear that the housing can assume any position in the room during operation. The terms were used to enable easy access to the invention, and components are typically nowadays assembled by machine “from above”, for example by means of a gripper; This also leads to the description of the position of the sides of the housing, which is preferably arranged for its production in such a way that it correspondingly forms the underside to be equipped with accommodation objects and the upper side covering the accommodation objects.
Es kann alternativ die Oberseite als eine erste Seite beschrieben werden, die Unterseite als eine zweite, der ersten Seite gegenüberliegende Seite und der Rand als der Zwischenbereich zwischen erster und zweiter Seite, wobei der Rand typischerweise im Wesentlichen senkrecht auf die erste und/oder zweite Seite steht. Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern und die Erfindung an eine typische Beschreibung anzunähern, werden im Weiteren - wie erläutert - die Begriffe Oberseite, Unterseite und umlaufender Rand verwendet. Es kann außerdem der Rand eine Höhe von 0 aufweisen, so dass dann die Oberseite direkt auf der Unterseite aufliegt, zum Beispiel dann, wenn der Funktionsbereich lediglich eine dünne Funktionsschicht aufweist. Alternatively, the upper side can be described as a first side, the lower side as a second side opposite the first side and the edge as the intermediate area between the first and second side, the edge typically being essentially perpendicular to the first and / or second side stands. In order to facilitate the understanding of the invention and to approximate the invention to a typical description, the terms top side, bottom side and circumferential edge are used below - as explained. The edge can also have a height of 0, so that the top side then rests directly on the bottom side, for example when the functional area only has a thin functional layer.
Die Oberseite der Kavität kann dann von einer Oberschicht, wie einem Substrat, Scheibchen oder Plättchen, gebildet werden. Der umlaufende Rand der Kavität kann ferner beispielsweise gebildet werden, indem die Oberschicht nach unten auskragt oder aber die Unterschicht nach oben ausstülpt, beispielsweise indem die Unterschicht abrasiv ausgehöhlt ist. Die Unterseite der Kavität kann schließlich von einer Unterschicht, einem Substrat, Scheibchen oder Plättchen gebildet sein und unterhalb der Oberschicht angeordnet sein. The top of the cavity can then be formed by a top layer, such as a substrate, wafer or plate. The peripheral edge of the cavity can also be formed, for example, in that the upper layer protrudes downwards or the lower layer protrudes upwards, for example by the lower layer being abrasively hollowed out. The underside of the cavity can finally be formed by a lower layer, a substrate, small discs or platelets and be arranged below the upper layer.
Die Kavitäten sind insbesondere als Beherbergungskavitäten ausgebildet. Das bedeutet, dass in den jeweiligen Kavitäten beispielsweise elektronische Schaltkreise, Sensoren, MEMS oder MOEMS eingesetzt werden können. Diese vorgenannten Geräte, wie insbesondere elektronische Schaltkreise, Sensoren oder MEMS, sind daher von der Umhäusung allseits umschlossen, da sie innerhalb der Beherbergungskavität angeordnet sind. The cavities are designed in particular as accommodation cavities. This means that electronic circuits, sensors, MEMS or MOEMS, for example, can be used in the respective cavities. These aforementioned devices, such as in particular electronic circuits, sensors or MEMS, are therefore enclosed on all sides by the housing, since they are arranged within the accommodation cavity.
Die zumindest zwei Substrate bzw. das Basissubstrat und die Kappe werden so aneinander angeordnet bzw. angebracht, dass sie flächig aneinander zu liegen kommen, ohne dass andere Schichten, Lagen oder Einschlüsse zwischen den zumindest zwei Substraten bzw. zwischen Basissubstrat und Kappe vorhanden sind. Möglicherweise sind aus technischen Gründen geringste Gaseinschlüsse zwischen den Schichten im Bereich der Kontaktflächen nicht zu vermeiden, die sich auch aus eventuellen Unebenheiten ergeben. Beispielsweise kann durch eine Druckerhöhung, wie insbesondere durch ein Pressen, oder eine Oberflächenbehandlung der Substratschichten, insbesondere der Kontaktflächen, wie einem Schleifprozess, die Menge des im Bereich der flächig aufliegenden Kontaktfläche eingeschlossenen Gases weiter reduziert werden. Das vorherige Evakuieren ist vorteilhaft. Auch eine Befüllung mit einer Gasart oder auch einer Flüssigkeit kann je nach Prozessparametern und einzusetzenden Materialien vorteilhaft sein. The at least two substrates or the base substrate and the cap are arranged or attached to one another in such a way that they come to lie flat against one another without other layers, plies or inclusions being present between the at least two substrates or between the base substrate and the cap. For technical reasons, it is possible that the slightest gas inclusions between the layers in the area of the contact surfaces cannot be avoided, which also result from possible unevenness. For example, by increasing the pressure, in particular by pressing, or by treating the surface of the substrate layers, in particular the contact surfaces, such as a grinding process, the amount of gas enclosed in the area of the flat contact surface can be further reduced. Prior evacuation is beneficial. Filling with a type of gas or a liquid can also be advantageous, depending on the process parameters and the materials to be used.
Mit anderen Worten werden die Substratschichten bzw. das Basissubstrat mit der Kappe unmittelbar und in direktem Kontakt zueinander gestapelt, also aneinander angeordnet. Zwischen den Substratschichten sind Fremdmaterialien bevorzugt möglichst ausgeschlossen, so dass ein möglichst schlüssiger und flächiger Kontakt von einer Substratschicht zur benachbarten Substratschicht entsteht. Im Falle von zwei Substraten wird also beispielsweise das Basissubstrat im direkten Kontakt mit dem Abdecksubstrat zueinander angeordnet, insbesondere ohne dass andere Materialien oder ein Abstand zwischen Basissubstrat und Abdecksubstrat vorhanden wäre. Im Beispiel von mehr als zwei Substraten wird das Basissubstrat unmittelbar benachbart zu dem oder der ersten der Zwischensubstratschichten angeordnet, das Abdecksubstrat wiederum unmittelbar benachbart zu dem oder der letzten der Zwischensubstratschichten angeordnet. Im Beispiel von Basissubstrat und Kappe werden diese so aneinander angeordnet, dass an den Stirnseiten der Kappe die Kontaktfläche angeordnet ist, an welcher ein unmittelbarer, direkter und möglichst flächiger Kontakt zwischen Stirnseiten der Kappe und Basissubstrat entsteht. In other words, the substrate layers or the base substrate with the cap are stacked directly and in direct contact with one another, that is to say they are arranged on one another. Foreign materials between the substrate layers are preferably excluded as far as possible, so that the most cohesive and flat contact possible is produced from one substrate layer to the adjacent substrate layer. In the case of two substrates, for example, the base substrate is arranged in direct contact with the cover substrate with respect to one another, in particular without other materials or a spacing between the base substrate and cover substrate being present. In the example of more than two substrates, the base substrate is arranged directly adjacent to the first or the first of the intermediate substrate layers, and the cover substrate is in turn arranged directly adjacent to the last or the last of the intermediate substrate layers. In the example of the base substrate and cap, these are arranged next to one another in such a way that the End faces of the cap, the contact surface is arranged on which a direct, direct and as flat as possible contact between the end faces of the cap and the base substrate is created.
Dann werden die Substrate miteinander mit dem neuen Laserfügeverfahren gefügt. Dabei wird eine flächige Substratschicht mit der unmittelbar benachbart angeordneten flächigen Substratschicht bzw. flächigen Stirnseite direkt miteinander gefügt, ohne dass hierfür Fremdmaterialien oder nichtflächige Materialien bzw. Zwischenschichten vorgesehen oder benötigt sind. Die Substrate werden also jeweils direkt miteinander gefügt. Die in den flächigen Kontaktbereich zwischen zwei Substratschichten eingebrachte erzeugte Laserbondlinie verbindet nicht-lösbar die direkt aneinander, d.h. unmittelbar benachbart angeordneten Substratschichten miteinander. Der Aufschmelzbereich der Laserbondlinie befindet sich also in beiden Substraten, und geht nahtlos von dem ersten Substrat in das unmittelbar benachbart angeordnete zweite Substrat über, also beispielsweise von dem Basissubstrat in die Kappe. Then the substrates are joined together with the new laser joining process. In this case, a flat substrate layer with the flat substrate layer or flat end face arranged immediately adjacent is joined directly to one another without foreign materials or non-flat materials or intermediate layers being provided or required for this. The substrates are therefore each joined directly to one another. The laser bond line created in the two-dimensional contact area between two substrate layers non-releasably connects the substrate layers that are directly adjacent to one another, i.e. directly adjacent to one another. The fused area of the laser bond line is thus located in both substrates and merges seamlessly from the first substrate into the immediately adjacent second substrate, that is, for example, from the base substrate into the cap.
Es bildet sich somit von einer Substratschicht zur nächsten Substratschicht ein unmittelbarer, flächiger oder sogar vollflächiger Übergang heraus, wie beispielsweise ein Substrat-Substrat-Übergang oder ein Glas-Glas-Übergang. Es bildet sich ein lokal begrenztes Volumen als Fügezone bzw. Laserbondlinie, in welchem ein Materialtransfer bzw. -Vermischung zwischen den benachbarten Substratschichten, welche insbesondere flächig ausgebildet sind, vorliegt. Mit anderen Worten dringt Material des ersten Substrats, beispielsweise des Abdecksubstrats, in das benachbart angeordnete Substrat, beispielsweise das Zwischensubstrat oder das Basissubstrat, ein und umgekehrt, es dringt also Material von dem benachbart angeordneten Substrat in das erste Substrat ein, so dass in der Fügezone eine vollständige Materialdurchmischung der benachbart angeordneten Substrate untereinander vorliegt. Die Fügezone kann daher auch als Konvektionszone bezeichnet werden. A direct, flat or even full-area transition is thus formed from one substrate layer to the next substrate layer, such as a substrate-substrate transition or a glass-glass transition. A locally delimited volume is formed as a joining zone or laser bond line, in which there is a material transfer or mixing between the adjacent substrate layers, which are in particular flat. In other words, material of the first substrate, for example the cover substrate, penetrates the adjacent substrate, for example the intermediate substrate or the base substrate, and vice versa, so material from the adjacent substrate penetrates the first substrate, so that in the joining zone there is complete material intermixing of the substrates arranged next to one another. The joining zone can therefore also be referred to as a convection zone.
Die neue Laserfügetechnik zur Erzeugung des nicht-lösbaren Glas-Glas-Übergangs bzw. Substrat-Substrat-Übergangs ist dabei in besonders vorteilhafter Weise frei von Zwischenschichten, Glasfritten, Folien oder Kleber, die in früheren bekannten Verfahren zwischen die Substrate eingebracht werden mussten. Vielmehr lässt sich die nicht-lösbare Verbindung ohne entsprechende störende Zwischenschichten bzw. Zusatzmaterialien erzeugen. Dies spart den Einsatz von zusätzlichen Materialien, steigert die erzielbare Härte des Endprodukts und ermöglicht eine sichere hermetische Versiegelung des Funktionsbereichs bzw. der Kavität/en. Die Laserfügezone lässt sich im fertigen Endprodukt dabei beispielsweise durch die spezifische lokale Brechungsindexänderung des Materials in dem kleinen Verschmelzungsbereich nachweisen. The new laser joining technology for producing the non-releasable glass-glass transition or substrate-substrate transition is particularly advantageously free of intermediate layers, glass frits, foils or adhesives that had to be introduced between the substrates in earlier known processes. Rather, the non-releasable connection can be produced without corresponding interfering intermediate layers or additional materials. This saves the use of additional materials, increases the achievable hardness of the end product and enables reliable hermetic sealing of the functional area or the cavity / s. The laser joining zone can be passed through in the finished end product, for example detect the specific local refractive index change of the material in the small fusion area.
Es ist besonders bevorzugt, wenn ein möglicherweise auftretender Spalt zwischen den Substraten bzw. zwischen Basissubstrat und Kappe kleiner oder gleich 5 mhi dick ist, weiter bevorzugt kleiner oder gleich 1 mhi. Ein solcher Spalt entsteht beispielsweise durch Toleranzen bei der Substratherstellung, durch thermische Beeinflussung oder durch Einschlüsse von Partikeln wie Staub. Auch bei einer solchen tolerierbaren Beabstandung, die im Rahmen dieser Erfindung auch als unmittelbar benachbart angesehen werden soll ist es möglich, mit dem Laser derart zu fügen, dass die Fügezone eine Dicke zwischen 10 bis 50 mhi aufweist und somit eine hermetische Versiegelung sichergestellt ist. Auch in diesem Fall reicht die Fügezone vom ersten Substrat bis in das benachbart zum ersten Substrat angeordnete zweite Substrat. Die Fügezone wird also im Kontaktbereich zwischen ersten und zweiten Substrat eingebracht und verschmelzt die Substrate direkt miteinander zu einem untrennbaren Verbund. Mit anderen Worten wird mit dem Fügen der benachbart angeordneten Substrate in der Fügezone direkt Material beider Substrate angeschmolzen, welches in der Fügezone liegt, und es vermischt sich das Material des ersten Susbtrats mit dem Material des zweiten Substrats zu einem untrennbaren einstückigen Verbund. Die solchermaßen hergestellte Umhäusung weist somit jedenfalls in der Fügezone einen einstückigen, das heißt monolithischen Verbund zwischen den Substraten auf. It is particularly preferred if a possibly occurring gap between the substrates or between the base substrate and the cap is less than or equal to 5 mhi thick, more preferably less than or equal to 1 mhi. Such a gap is created, for example, by tolerances in the production of the substrate, by thermal influences or by inclusions of particles such as dust. Even with such a tolerable spacing, which in the context of this invention is also to be regarded as immediately adjacent, it is possible to join with the laser in such a way that the joining zone has a thickness between 10 to 50 mhi and thus a hermetic seal is ensured. In this case, too, the joining zone extends from the first substrate into the second substrate arranged adjacent to the first substrate. The joining zone is therefore introduced in the contact area between the first and second substrate and fuses the substrates directly with one another to form an inseparable bond. In other words, when the adjacent substrates are joined in the joining zone, material of both substrates that lies in the joining zone is melted directly, and the material of the first substrate mixes with the material of the second substrate to form an inseparable one-piece composite. The housing produced in this way thus has a one-piece, that is to say monolithic bond between the substrates in the joining zone.
Eine Kontaktfläche muss nicht optisch transparent sein. Weiter ist es vorteilhaft, wenn das transparente Substrat bzw. die transparente Kappe im sichtbaren Wellenlängenbereich opak ausgebildet ist. Lediglich das Substrat, durch welches der Laser durchtritt, um zu der Kontaktfläche zu gelangen, weist zumindest ein spektrales „Fenster“ auf, so dass zumindest die Wellenlänge des eingesetzten Lasers durch das Substrat zumindest teilweise oder zumindest bereichsweise hindurchtreten kann. Die Kontaktfläche ist so beschaffen, dass der Laser an dieser eine Energiedeposition vollziehen kann. Beispielsweise können die Oberflächen der beiden aneinander liegenden Substrate angesprengt sein und weiter vorzugsweise eine Rauheit im nm- Bereich aufweisen. An dieser Fläche wird der Laser zumindest teilweise absorbiert, so dass dort Energie eingebracht werden kann. Generell ist eine Kontaktfläche im Sinne dieser Anmeldung als eine Fläche zu verstehen, an welcher der eintreffende Laserstrahl Energie deponieren kann und so ein Fügeprozess entlang der Kontaktfläche durchgeführt werden kann. Ein einfacher Fall einer solchen Grenzfläche ist die Kontaktfläche zwischen der Kappe und dem Basissubstrat. Die Substrate werden aneinander geklebt oder gefügt, um eine gemeinsame Umhäusung zu bilden und um die Kavitäten hermetisch dicht zu verschließen. A contact surface does not have to be optically transparent. It is also advantageous if the transparent substrate or the transparent cap is opaque in the visible wavelength range. Only the substrate through which the laser passes in order to reach the contact surface has at least one spectral “window” so that at least the wavelength of the laser used can pass through the substrate at least partially or at least in areas. The contact surface is designed so that the laser can perform an energy deposition on it. For example, the surfaces of the two substrates lying against one another can be sprinkled and more preferably have a roughness in the nm range. The laser is at least partially absorbed on this surface, so that energy can be introduced there. In general, a contact surface in the sense of this application is to be understood as a surface on which the incident laser beam can deposit energy and thus a joining process can be carried out along the contact surface. A simple case of such an interface is the contact area between the cap and the base substrate. The Substrates are glued or joined to one another to form a common housing and to hermetically seal the cavities.
Der Schritt hermetisch dichtes Verschließen der Umhäusung erfolgt durch Fügen entlang der zumindest einen Kontaktfläche jeder Umhäusung mittels eines Laser- Fügeverfahrens. Mit anderen Worten kann hierbei mittels eines Lasers im Bereich der Kontaktfläche Energie deponiert werden, und zwar derart lokal, dass von einem Kalt- Fügeverfahren gesprochen wird. Die zum Fügen bereitgestellte Wärmeenergie wird also konzentriert auf den Verlauf der Laserbondlinie gerichtet und diffundiert nur vergleichsweise langsam in das übrige Material der Umhäusung, so dass insbesondere kein signifikanter Temperaturanstieg in der Kavität auftritt. Dies schützt die in der Kavität angeordnete Elektronik vor einer Überhitzung. The step of hermetically sealing the housing is carried out by joining along the at least one contact surface of each housing by means of a laser joining process. In other words, energy can be deposited by means of a laser in the area of the contact surface, specifically so locally that it is referred to as a cold joining process. The thermal energy provided for joining is therefore concentrated on the course of the laser bond line and diffuses only comparatively slowly into the rest of the material of the housing, so that in particular no significant temperature rise occurs in the cavity. This protects the electronics arranged in the cavity from overheating.
Vermittels des Lasers wird dabei lokal im Bereich der jeweiligen Umhäusung entlang der Laserbondlinie Material der beiden zu fügenden Substrate bzw. Kappe angeschmolzen, so dass sich die zumindest zwei Substrate lokal verbinden. Der Fachmann kann hierfür beispielsweise auf die EP 3 012 059 B1 der Anmelderin zurückgreifen, die hiermit durch Referenz inkorporiert wird. By means of the laser, material of the two substrates or caps to be joined is melted locally in the area of the respective housing along the laser bonding line, so that the at least two substrates are connected locally. For this purpose, the person skilled in the art can refer, for example, to EP 3 012 059 B1 of the applicant, which is hereby incorporated by reference.
Bei einer transparenten Umhäusung aus Glas oder überwiegend aus Glas, insbesondere aus Borosilikatglas, ist es besonders vorteilhaft, dass dies chemisch inert ist. In the case of a transparent housing made of glass or predominantly made of glass, in particular made of borosilicate glass, it is particularly advantageous that this is chemically inert.
Das oder die Substrate können auch eine Beschichtung aufweisen. AR-Coatings, Schutzbeschichtungen, bioaktive Filme, optische Filter, leitfähige Schichten, z.B. aus ITO oder Gold, ist beispielsweise einsetzbar, solange sichergestellt ist, dass im Bereich der Einstrahlung für den Laser eine Transparenz bzw. zumindest teilweise Transparenz für die eingesetzte Laserwellenlänge vorliegt. The substrate or substrates can also have a coating. AR coatings, protective coatings, bioactive films, optical filters, conductive layers, e.g. made of ITO or gold, can be used, for example, as long as it is ensured that there is transparency or at least partial transparency for the laser wavelength used in the radiation area.
Das zumindest eine transparente Substrat besteht bevorzugt aus Glas, Glaskeramik, Silizium oder Saphir oder einer Kombination der vorgenannten Materialien, also beispielsweise aus Glas-Silizium, Glas/Silizium/Saphir-Kombination oder Silizium/Saphir-Kombination. Das oder die weiteren Substrate können auch AI203, Saphir, Si3N4 oder AIN umfassen bzw. daraus bestehen. Durch die Kombination eines transparenten Substrats mit einem verschiedenartigen Substrat können beispielsweise Halbleitereigenschaften realisiert werden. Auch Beschichtungen können eingesetzt werden, beispielsweise piezoresistive Si-Schichten, insbesondere für die Drucksensorik, oder dickere Schichten für mikromechanische Anwendungen, wie Pulsmessung über ein MEMS. Zumindest eines aus seitlich umlaufendem Rand, Unterseite oder Oberseite sind hierbei zumindest bereichsweise für einen Wellenlängenbereich transparent. Mit anderen Worten ist es ausreichend, wenn zumindest ein Teilelement der Umhäusung zumindest an einem Teilbereich des Teilelements für einen bevorzugten Wellenlängenbereich transparent ist, wobei der Wellenlängenbereich im Vorhinein bekannt ist und das Material entsprechend auf die einzusetzende Wellenlänge des Lasers eingestellt werden kann, wenn dies gewünscht ist. The at least one transparent substrate is preferably made of glass, glass ceramic, silicon or sapphire or a combination of the aforementioned materials, that is to say, for example, of glass-silicon, glass / silicon / sapphire combination or silicon / sapphire combination. The further substrate or substrates can also comprise or consist of Al 2 O 3, sapphire, Si 3 N 4 or AlN. By combining a transparent substrate with a substrate of different types, for example, semiconductor properties can be realized. Coatings can also be used, for example piezoresistive Si layers, in particular for pressure sensors, or thicker layers for micromechanical applications, such as pulse measurement via a MEMS. At least one of the laterally circumferential edge, underside or upper side are here at least partially transparent for a wavelength range. In other words, it is sufficient if at least one sub-element of the housing is transparent at least in a sub-area of the sub-element for a preferred wavelength range, the wavelength range being known in advance and the material being able to be adjusted accordingly to the wavelength of the laser to be used, if desired is.
Die Umhäusung ist mit einem Laser-Fügeverfahren zu der hermetisch geschlossenen Umhäusung gefügt. Mit anderen Worten bestehen Rand, Unterseite und Oberseite der Umhäusung zunächst aus mehr als einem Teil, beispielsweise aus zwei oder drei Teilen oder auch mehr, und die Teile sind miteinander Lasergefügt zur Fertigstellung der Umhäusung. The housing is joined to the hermetically sealed housing using a laser joining process. In other words, the edge, bottom and top side of the housing initially consist of more than one part, for example two or three parts or even more, and the parts are laser-joined to one another to complete the housing.
Die Umhäusung kann in einer weiteren Ausführungsform zumindest teilweise und/oder bereichsweise chemisch gehärtet sein. Beispielsweise ist eine Oberfläche der Umhäusung, d.h. beispielsweise die Oberseite, chemisch gehärtet. Es können auch Oberseite und Rand chemisch gehärtet sein. Besonders bevorzugt sind sowohl Oberseite, als auch Rand, als auch Unterseite chemisch gehärtet, so dass sowohl die jeweilige Oberfläche von Oberseite bzw. Unterseite chemisch gehärtet ist, als auch die jeweilige Kante, das heißt der Rand. In a further embodiment, the housing can be chemically hardened at least partially and / or in areas. For example, one surface of the housing, i.e. for example the top, is chemically hardened. The top and edge can also be chemically hardened. Both the upper side and the edge as well as the underside are particularly preferably chemically hardened, so that both the respective surface of the upper side or underside is chemically hardened and the respective edge, that is to say the edge.
Die Substrate können vor dem Schritt Herstellung der Laserbondlinie zum Fügen entlang der Kontaktflächen jeder Umhäusung mittels Ansprengens zumindest temporär miteinander verbunden werden. Before the step of producing the laser bond line for joining along the contact surfaces of each housing, the substrates can be connected to one another at least temporarily by means of wringing.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, wobei gleiche und ähnliche Elemente teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können. The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments and with reference to the figures, with identical and similar elements in some cases being provided with the same reference symbols and the features of the various exemplary embodiments being able to be combined with one another.
Kurzbeschreibunq der Figuren Brief description of the figures
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 a eine Draufsicht auf die geöffnete Beherbergungskavität, Fig. 1 a is a plan view of the opened accommodation cavity,
Fig. 1 b eine 3D-Ansicht einer geschlossenen Umhäusung, 1 b shows a 3D view of a closed housing,
Fig. 1c eine alternative geöffnete Umhäusung, Fig. 1c shows an alternative open housing,
Fig. 1d einen Schnitt durch die Fügezone, 1d shows a section through the joining zone,
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Umhäusung auf einem Basissubstrat, Fig. 3 - 13 Schnitte entlang der Linien A->B bzw. C->D von Ausführungsformen einer in Fig. 2 gezeigten Umhäusung, Fig. 14 Schritte eines Verfahrens zur Herstellung einer Umhäusung. 2 shows a plan view of a housing on a base substrate, 3-13 sections along the lines A-> B and C-> D of embodiments of a housing shown in FIG. 2, FIG. 14 steps of a method for producing a housing.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung Detailed description of the invention
Fig. 1a zeigt das zu schützende Beherbergungsobjekt 2 eingesetzt in ein Basissubstrat 3, beispielsweise in einen Wafer oder eine Leiterplatine, insbesondere aus Aluminiumnitrid. Der Funktionsbereich 13 ist als Ausnehmung in dem Basissubstrat 3 ausgebildet, beispielsweise mittels eines abrasiven Verfahrens wie einem Sandstrahlverfahren. Mit anderen Worten weist das Basissubstrat 3 eine Vertiefung 13 auf, in die das Beherbergungsobjekt 2 eingesetzt ist. Das Basissubstrat 3 weist also den Teilbereich 3a auf, der die Unterseite 22 der Umhäusung 1 ausbildet. Mit anderen Worten wird die Umhäusung 1 mit einem Teil des Substrats 3 als Unterseite 22 (vgl. Fig. 6) gebildet, wobei die Umhäusung 1 fest mit dem Substrat 3 verbunden, insbesondere gefügt, ist. Eine Kappe 5 ist dargestellt, mit welcher das Beherbergungsobjekt 2 abzudecken ist. Die Kappe 5 kann beispielsweise eine Glasplatte sein, die auf die Vertiefung 13 in dem Basissubstrat 3 aufgesetzt wird. Die Elemente 3 und 5 bilden somit gemeinsam die Umhäusung 1 um das Beherbergungsobjekt 2, welches in dem Funktionsbereich 13, hier einer Kavität 12 (vgl. Fig. 1c), angeordnet ist, wenn die Umhäusung 1 geschlossen ist. Mit anderen Worten, beim Auflegen der Kappe 5 auf das Basissubstrat 3 im Beispiel der Fig. 1a wird eine geschlossene Beherbungskavität 12 gebildet, welche in einem nachfolgenden Schritt hermetisch zu verschließen sein wird. 1a shows the accommodation object 2 to be protected inserted in a base substrate 3, for example in a wafer or a printed circuit board, in particular made of aluminum nitride. The functional area 13 is designed as a recess in the base substrate 3, for example by means of an abrasive method such as a sandblasting method. In other words, the base substrate 3 has a recess 13 into which the accommodation object 2 is inserted. The base substrate 3 thus has the partial area 3 a, which forms the underside 22 of the housing 1. In other words, the housing 1 is formed with a part of the substrate 3 as the underside 22 (cf. FIG. 6), the housing 1 being firmly connected, in particular joined, to the substrate 3. A cap 5 is shown, with which the accommodation object 2 is to be covered. The cap 5 can, for example, be a glass plate which is placed on the recess 13 in the base substrate 3. The elements 3 and 5 thus together form the housing 1 around the accommodation object 2, which is arranged in the functional area 13, here a cavity 12 (cf. FIG. 1c), when the housing 1 is closed. In other words, when the cap 5 is placed on the base substrate 3 in the example in FIG. 1a, a closed accommodation cavity 12 is formed, which will have to be hermetically sealed in a subsequent step.
Fig. 1 b zeigt die gebildete hermetisch geschlossene Umhäusung 1, welche mittels Laser-Fügeverfahren gefügt wurde. Die Umhäusung weist die Kappe 5 auf dem Basissubstrat 3 übereinander gestapelt auf, wobei zwischen der Kappe 5 und dem Substrat 3 eine Kontaktfläche 25 gebildet ist, entlang welcher eine Laserbondlinie 8 eingebracht ist. 1 b shows the hermetically sealed housing 1 formed, which was joined by means of a laser joining process. The housing has the cap 5 stacked one on top of the other on the base substrate 3, a contact surface 25 being formed between the cap 5 and the substrate 3, along which a laser bond line 8 is introduced.
Fig. 1c zeigt eine weitere Ausführungsform der Umhäusung 1, wobei die Kappe 5 das Oberteil 5b und eine umlaufende Flanke 5a aufweist. Die Kappe 5 wird mit der Kontaktfläche an der Stirnseite der umlaufenden Flanke 5a auf das Substrat 3 gesetzt, und zwar im Bereich der Unterseite 3a der Umhäusung 1, die später die Unterseite 22 (vgl. Fig. 6) der Kavität 12 bildet, wenn die Umhäusung 1 zusammengesetzt ist. Fig. 1d zeigt einen Detailausschnitt auf den Fügebereich, wobei die Interface-Zone, d.h. die Kontaktfläche 25, und die Laser-Fügezone 8 deutlich hervortreten. Die Laser-Fügezone 8 ist im Bereich der Kontaktfläche 25 angeordnet. Fig. 1c shows a further embodiment of the housing 1, the cap 5 having the upper part 5b and a circumferential flank 5a. The cap 5 is placed with the contact surface on the end face of the circumferential flank 5a on the substrate 3, specifically in the area of the underside 3a of the housing 1, which later forms the underside 22 (cf. FIG. 6) of the cavity 12 when the Housing 1 is composed. 1d shows a detail of the joining area, the interface zone, ie the contact surface 25, and the laser joining zone 8 clearly emerging. The laser joining zone 8 is arranged in the area of the contact surface 25.
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf eine Umhäusung 1 gemäß der Erfindung, wobei die umlaufende Laser-Fügezone 8 den Funktionsbereich 13 umgibt. Der Funktionsbereich 13 kann verschieden aufgebaut sein. Beispiele für die Gestaltung des Funktionsbereichs 13, wie auch für andere Optionen einer Umhäusung, finden sich in den Fig. 3 bis 12. Die verschiedenen Gestaltungen des Funktionsbereichs 13 lassen sich dabei graphisch in der Fig.3 so zusammenfügen, da alle Aufsichten schematisch gleich darstellbar sind. An den Linien A-B bzw. C->D sind Schnitte skizziert, die entsprechend in den Fig. 3 bis 12 wiedergegeben werden.2 shows a plan view of a housing 1 according to the invention, the circumferential laser joining zone 8 surrounding the functional area 13. The functional area 13 can be constructed in different ways. Examples of the design of the functional area 13, as well as other options for an enclosure, can be found in FIGS. 3 to 12. The various designs of the functional area 13 can be graphically combined in FIG are. Sections are sketched on the lines A-B and C-> D, which are reproduced accordingly in FIGS. 3 to 12.
Der Funktionsbereich kann verschiedene Aufgaben realisieren, beispielsweise kann dies ein optischer Rezeptor sein, oder ein technisches, elektromechanisches und/oder elektronisches Bauteil, welches im Funktionsbereich 13 angeordnet ist. Es können auch mehrere dieser Aufgaben im Funktionsbereich 13 realisiert werden. Die Umhäusung 1 wird oberseits von dem oberen Substrat 5 oder der Kappe 5 abgedeckt. Die Laser-Fügezone 8 reicht in dieses obere Substrat 5 hinein. The functional area can realize various tasks, for example this can be an optical receptor or a technical, electromechanical and / or electronic component which is arranged in the functional area 13. Several of these tasks can also be implemented in functional area 13. The housing 1 is covered on the top by the upper substrate 5 or the cap 5. The laser joining zone 8 extends into this upper substrate 5.
Bezugnehmend auf Fig. 3 ist eine erste Schnittansicht einer ersten Ausführungsform einer Umhäusung 1 gezeigt, welche ein Basissubstrat 3 und eine flache Kappe 5 in der Form eines Abdecksubstrats 5 aufweist. Mit anderen Worten ist die Umhäusung 1 aus zwei Schichten nämlich der Basisschicht 3 und der Abdeckschicht 5 aufgebaut oder zusammengesetzt. Fig. 3 zeigt überdies den Aufbau der Laser-Fügelinie 8 aus einer Aneinanderreihung von einer Mehrzahl von Laser-Pulstrefferbereichen 16, welche so dicht aneinander gesetzt sind, dass das Material des Basissubstrats 3 und des Abdecksubstrats 5 miteinander lückenlos verschmilzt und somit den Funktionsbereich 13 bzw. die Kavität 12 hermetisch verschließt. Referring to FIG. 3, a first sectional view of a first embodiment of a housing 1 is shown, which has a base substrate 3 and a flat cap 5 in the form of a cover substrate 5. In other words, the housing 1 is constructed or composed of two layers, namely the base layer 3 and the cover layer 5. Fig. 3 also shows the structure of the laser joining line 8 from a series of a plurality of laser pulse hit areas 16, which are placed so close to one another that the material of the base substrate 3 and the cover substrate 5 melts together seamlessly and thus the functional area 13 or the cavity 12 hermetically seals.
Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer Umhäusung 1 entlang der Linie C->D, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Fig. 4 zeigt ferner einen Schnitt durch den Funktionsbereich 13, 13a, der sich beispielsweise als durchgehender Hohlraum oder Kavität in der Umhäusung 1 erstreckt. Mit anderen Worten erstreckt sich die Kavität von dem Basissubstrat 3 bis in das Abdecksubstrat 5, und liegt beispielsweise in Form einer Ausnehmung aus Basissubstrat 3 und/oder der Kappe 5 vor. Beispielsweise kann der Funktionsbereich 13a auch eine aktive Schicht umfassen, z.B. eine elektrisch leitfähige Schicht, und der Funktionsbereich 13 umfasst die Kavität. Umlaufend um den Funktionsbereich 13, 13a ist die Laser-Fügezone 8 angeordnet, mittels welcher der Funktionsbereich 13, 13a an den Seiten rundherum verschlossen ist. Es ist denkbar, in der Laser-Fügezone 8 offene Bereiche zu belassen, so dass der Funktionsbereich 13, 13a nicht rundherum verschlossen ist, beispielsweise um einen Kommunikationskanal oder Platz für eine elektrische Verbindung offenzulassen, mit welchem beispielsweise aber auch eine Fluidkommunikation mit der Umgebung aufbaubar ist. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, vorgeplante Stellen bzw. Positionen nicht mit dem fokussierten Laserstrahl 9 zu verschließen, sondern dort den hermetischen Verschluss mit anderen Mitteln wie mit einem Kleber einzurichten. Bevorzugt ist, den Funktionsbereich 13, 13a allseits und lückenlos zu verschließen. FIG. 4 shows a sectional view of an embodiment of a housing 1 along the line C-> D, as shown in FIG. 2. FIG. 4 also shows a section through the functional area 13, 13 a, which extends, for example, as a continuous cavity or cavity in the housing 1. In other words, the cavity extends from the base substrate 3 into the cover substrate 5 and is, for example, in the form of a recess made from the base substrate 3 and / or the cap 5. For example, the functional area 13a can also include an active layer, for example an electrically conductive layer, and the functional area 13 includes the cavity. The laser joining zone 8 runs around the functional area 13, 13a arranged, by means of which the functional area 13, 13a is closed all around on the sides. It is conceivable to leave open areas in the laser joining zone 8 so that the functional area 13, 13a is not closed all around, for example to leave open a communication channel or space for an electrical connection, with which, for example, fluid communication with the environment can also be established is. In other words, it can be provided that pre-planned locations or positions are not closed with the focused laser beam 9, but that the hermetic seal is set up there by other means such as an adhesive. It is preferred to close the functional area 13, 13a on all sides and without gaps.
Bezugnehmend auf Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform gezeigt, bei welcher entlang der Kontaktfläche 25 mittels der Laser-Pulstreffer 16 die Laser-Fügezone 8 geschaffen wird, an welcher das Abdecksubstrat 5 mit dem Basissubstrat 3 verschweißt bzw. gefügt ist.Referring to FIG. 5, a further embodiment is shown, in which the laser joining zone 8 is created along the contact surface 25 by means of the laser pulse hits 16, at which the cover substrate 5 is welded or joined to the base substrate 3.
Diese Ausführungsform weist die weitere Besonderheit auf, dass die Oberflächen des ersten Substrats 3 und des zweiten Substrats 5 ringsherum gehärtet sind, also die gehärteten Schichten 27, 28 und 29 aufweisen. Beispielsweise kann die Kappe 5 vor einer Verbindung mit dem Basissubstrat 3 oder auch nach der Verbindung mit dem Basissubstrat 3 mit seiner Oberseite in ein Härtebad getaucht werden, so dass die fertige Umhäusung 1 chemisch gehärtet ist, also zumindest eine gehärtete Oberfläche 27 aufweist und/oder zumindest eine gehärtete Schicht aufweist. Mit anderen Worten ist die fertige Umhäusung 1 zumindest bereichsweise bzw. zumindest teilweise gehärtet, insbesondere chemisch gehärtet. Bei der chemischen Härtung bildet sich eine Druckspannung auf das Abdecksubstrat 5. This embodiment has the further special feature that the surfaces of the first substrate 3 and of the second substrate 5 are hardened all around, that is to say have the hardened layers 27, 28 and 29. For example, the top of the cap 5 can be immersed in a hardening bath before a connection to the base substrate 3 or also after the connection to the base substrate 3, so that the finished housing 1 is chemically hardened, i.e. has at least one hardened surface 27 and / or has at least one hardened layer. In other words, the finished housing 1 is at least partially or at least partially hardened, in particular chemically hardened. During the chemical hardening, compressive stress is formed on the cover substrate 5.
In der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform ist die Umhäusung 1 an allen Außenseiten gehärtet, d.h. sowohl die beiden gegenüberliegenden Langseiten weisen gehärtete Schichten 27 und 29 auf, als auch die umlaufende Kante 14 der Umhäusung die gehärtete Schicht 28, wobei sich die umlaufende Kante 14 rings um die Umhäusung 1 erstreckt. Mit anderen Worten sind im Falle einer quaderförmigen Umhäusung alle vier Schmalseiten, die ein Quader aufweist, zu der Kante 14 zusammengefasst. Die Kante 14 kann auch als Rand 21 der Umhäusung aufgefasst bzw. bezeichnet werden, welche sich um die Kavität 12 herum erstreckt. Eine wie in Fig. 5 gezeigte Umhäusung 1 lässt sich beispielsweise erhalten, indem die fertig gefügte Umhäusung, welche die Kappe 5 und das Basissubstrat 3 umfasst, in eine Härtelösung getaucht wird und dort insbesondere chemisch gehärtet wird. Die gehärteten Schichten 27, 28, 29 sind somit unmittelbar an den Außenseiten der Umhäusung 1 angeordnet. Innenseits der gehärteten Schichten 27, 28, 29 verbleibt somit ein Bereich für die Fügelinie 8, welche ggf. mit einem Abstand zu den gehärteten Schichten 27, 28, 29 eingebracht wird. In the embodiment shown in FIG. 5, the housing 1 is hardened on all outer sides, ie both the two opposite long sides have hardened layers 27 and 29, and the circumferential edge 14 of the housing has the hardened layer 28, with the circumferential edge 14 extends around the housing 1. In other words, in the case of a cuboid housing, all four narrow sides, which a cuboid has, are combined to form the edge 14. The edge 14 can also be understood or referred to as the edge 21 of the housing, which extends around the cavity 12. A housing 1 as shown in FIG. 5 can be obtained, for example, by dipping the assembled housing, which comprises the cap 5 and the base substrate 3, in a hardening solution and, in particular, is chemically hardened there. The hardened layers 27, 28, 29 are thus arranged directly on the outer sides of the housing 1. Inside the hardened layers 27, 28, 29 thus remains an area for the joining line 8, which is possibly introduced at a distance from the hardened layers 27, 28, 29.
Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform der Umhäusung 1 mit einer auf das Basissubstrat 3 aufgesetzten Kappe 5 mit Flanken 5a. Die Darstellung der Fig. 6 kann einem Schnitt entlang der in Fig. 2 gezeigten Linie C->D entsprechen. Der Funktionsbereich 12, 13, 13a ist in dieser Ausführungsform so angeordnet, dass er auf dem Basissubstrat 3 angeordnet ist und sich in die Kappe 5 hinein erstreckt. Rund um die Kavität 12 herum ist die Fügelinie 8 angeordnet, so dass die Kavität 12 allseits hermetisch verschlossen ist. Die Kappe 5 kann rund oder eckig ausgebildet sein und kann grundsätzlich eine freie Form aufweisen. FIG. 6 shows an embodiment of the housing 1 with a cap 5 with flanks 5 a placed on the base substrate 3. The illustration in FIG. 6 can correspond to a section along the line C-> D shown in FIG. 2. In this embodiment, the functional area 12, 13, 13a is arranged such that it is arranged on the base substrate 3 and extends into the cap 5. The joining line 8 is arranged around the cavity 12, so that the cavity 12 is hermetically sealed on all sides. The cap 5 can be round or square and can basically have a free shape.
Das Beherbergungs-Objekt 2, beispielsweise ein Sensor oder Aktor, ist auf der Unterseite 22 der Kavität 12 angeordnet, beispielsweise dort aufgeklebt. Beidseits des Beherbergungs-Objekts sind Metall-Pads 32, 32a zur elektrischen Kontaktierung des Beherbergungs-Objekts 2 angeordnet. Mittels Kontaktleitungen 36, 36a, wie beispielsweise Bond-Drähten, ist das Beherbergungs-Objekt 2 mit den Kontaktpunkten 32, 32a elektrisch kontaktiert. Bei den Kontaktpunkten 32, 32a kann es sich um Metall-Kontaktflächen handeln.The accommodation object 2, for example a sensor or actuator, is arranged on the underside 22 of the cavity 12, for example glued there. Metal pads 32, 32a for making electrical contact with the accommodation object 2 are arranged on both sides of the accommodation object. The accommodation object 2 is electrically contacted with the contact points 32, 32a by means of contact lines 36, 36a, such as bond wires, for example. The contact points 32, 32a can be metal contact surfaces.
Über Verbinder 35, 35a wird der elektrische Kontakt zu außerhalb der Kavität 12 angeordneten zweiten Kontakten 34, 34a hergestellt, so dass das Beherbergungs-Objekt auf dem Basissubstrat 3, wie einer Leiterplatine 3, von außerhalb kontaktiert werden kann. In diesem Beispiel sind die zweiten Kontakte 34, 34a unterseits des Basissubstrats 3 angeordnet, wodurch die Größe der einzelnen Umhäusung 1 klein gehalten werden kann. Es ist darauf zu achten, dass die Kontaktleitungen 36, 36a hermetisch verschlossen sind, beispielsweise indem die zweiten Kontakte 34, 34a unmittelbar auf den Verbindern 34, 34a aufgebracht sind. Die Kappe 5 ist mit dem Basissubstrat 3 unmittelbar mittels Laserbondlinien 8 gefügt. In diesem Fall wurden zwei geschlossen umlaufende Laser-Fügezonen 8 gebildet, indem der Laser 9 zweimal um die Kavität herum entlang der Kontaktfläche 25 bzw. entlang der Außenkanten der Kappe 5 geführt wurde, jedoch nicht auf exakt identischem Pfad. Vielmehr wurde der Laser 9 bei jedem Umlauf um die Kavität 12 auf einem lateral versetzten Pfad geführt, so dass zwei nebeneinanderliegende Laser- Fügezonen 8 entstehen. Die Microbonding-Zonen 8 in diesem Beispiel weisen eine Abmessung von beispielsweise 5mhi x 10mhi oder 10mhi x 50mhi auf. The electrical contact to second contacts 34, 34a arranged outside the cavity 12 is established via connectors 35, 35a, so that contact can be made with the accommodation object on the base substrate 3, such as a printed circuit board 3, from outside. In this example, the second contacts 34, 34a are arranged on the underside of the base substrate 3, as a result of which the size of the individual housing 1 can be kept small. It must be ensured that the contact lines 36, 36a are hermetically sealed, for example by the second contacts 34, 34a being applied directly to the connectors 34, 34a. The cap 5 is joined directly to the base substrate 3 by means of laser bonding lines 8. In this case, two closed circumferential laser joining zones 8 were formed by guiding the laser 9 twice around the cavity along the contact surface 25 or along the outer edges of the cap 5, but not on an exactly identical path. Rather, the laser 9 was guided on a laterally offset path with each revolution around the cavity 12, so that two laser joining zones 8 lying next to one another are created. The microbonding zones 8 in this example have a dimension of, for example, 5mhi x 10mhi or 10mhi x 50mhi.
Bei der Kappe 5 kann beispielsweise AF45 als Material verwendet werden. Das Basissubstrat 3 kann eine AIN-Keramik in einlagiger Ausführung aufweisen. Dies ist vorteilhaft, wenn eine günstige Herstellung gewünscht ist, beispielsweise für Leistungshalbleiter (HL) bzw. für LED. Der Kennwert des thermischen Ausdehnungskoeffizienten (CTE) der beiden insbesondere unterschiedlichen Materialien der Kappe 5 und des Basissubstrats 3 kann dabei so gewählt werden, dass dieser zwischen den Schichten aufeinander abgestimmt ist. Beispielsweise können die CTEs ähnlich oder sogar gleich sein, so dass nur ein geringer oder gar kein thermischer Stress in der Umhäusung 1 vorliegt. Der CTE von AF45 und AIN passt für die gewünschte Anwendung dabei überraschend gut, es konnte kaum thermische Belastung der Umhäusung 1 festgestellt werden. Für das Basissubstrat kann als Material auch Si3N4 herangezogen werden. Eine Besonderheit der erfindungsgemäßen Umhäusung 1 ist, dass das Substrat 3 ein hoch wärmeleitendes Material ist, bei den Ausführungsformen der Fig. 6-9 und 13 als einlagige Keramik, bei den Ausführungsformen der Fig. 10-12 als Multilagen-Keramik. For example, AF45 can be used as the material for the cap 5. The base substrate 3 can have an AlN ceramic in a single-layer design. This is advantageous when inexpensive production is desired, for example for power semiconductors (HL) or for LED. The characteristic value of the coefficient of thermal expansion (CTE) of the two, in particular, different materials of the cap 5 and the base substrate 3 can be selected so that it is matched to one another between the layers. For example, the CTEs can be similar or even the same, so that there is little or no thermal stress in the housing 1. The CTE of AF45 and AIN fits surprisingly well for the desired application; hardly any thermal stress on the housing 1 could be determined. Si3N4 can also be used as the material for the base substrate. A special feature of the housing 1 according to the invention is that the substrate 3 is a highly thermally conductive material, in the embodiments of FIGS. 6-9 and 13 as a single-layer ceramic, in the embodiments of FIGS. 10-12 as a multilayer ceramic.
Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Umhäusung 1 entlang der Schnittlinie C->D, wobei auch in diesem Beispiel der Funktionsbereich 13 bzw. die Kavität 12 in der Kappe 5 angeordnet ist. Das Beherbergungs-Objekt 2, beispielsweise eine Hochleistungs-LED, weist in diesem Beispiel einen oberseitigen und einen unterseitigen Kontaktbereich auf. Das Beherbergungs-Objekt 2 ist daher auf dem Kontakt 32a angeordnet und dort direkt elektrisch kontaktiert, ein zweiter elektrischer Kontakt zu dem Kontakt 32 wird über die Kontaktleitung 36 zu der Oberseite des Beherbergungs-Objekts 2 hergestellt. Die Kappe 5 ist mittels der Bondlinien 8 mit dem Basissubstrat 3 verschmolzen und hermetisch verschlossen. Gleiche Bezugszeichen zeigen bei allen Ausführungsformen gleiche Merkmale in den Figuren. 7 shows a further embodiment of a housing 1 along the section line C-> D, with the functional area 13 or the cavity 12 also being arranged in the cap 5 in this example. In this example, the accommodation object 2, for example a high-power LED, has an upper and a lower contact area. The accommodation object 2 is therefore arranged on the contact 32a and there is direct electrical contact; a second electrical contact to the contact 32 is established via the contact line 36 to the top of the accommodation object 2. The cap 5 is fused to the base substrate 3 by means of the bond lines 8 and is hermetically sealed. The same reference numerals show the same features in the figures in all embodiments.
Die Fügung entlang der Fügelinie 8 wurde bevorzugt in entspanntem Material der Kappe 5 wie auch des Basissubstrats 3 eingebracht. Das Basissubstrat 3 ist direkt und unmittelbar mit der Kappe 5 gefügt, so dass also keine weitere Schicht bzw. kein weiteres Substrat zwischen Basissubstrat 3 und Kappe 5 angeordnet ist. Der Funktionsbereich 13 ist als Kavität 12 ausgeführt. Für die Kappe 5 kann beispielsweise AF45 oder 8337b als Material herangezogen werden, das Basissubstrat 3 kann eine ein- oder mehrlagige AIN-Keramik sein.The joint along the joint line 8 was preferably made in relaxed material of the cap 5 as well as of the base substrate 3. The base substrate 3 is joined directly and immediately to the cap 5, so that no further layer or no further substrate is arranged between the base substrate 3 and the cap 5. The functional area 13 is designed as a cavity 12. For the cap 5, for example, AF45 or 8337b can be used as the material, the base substrate 3 can be a single or multi-layer AlN ceramic.
Die Kontaktdurchführungen 35, 35a sind gefüllt, also insbesondere hermetisch verschlossen. The contact bushings 35, 35a are filled, that is, in particular, are hermetically sealed.
Bezugnehmend auf Fig. 8 ist eine weitere Ausführungsform der Umhäusung 1 dargestellt, wobei eine Mehrzahl von Kontakten 32, 32a, 32b, 32c in der Kavität vorgesehen sind und mittels der Durchführungen 35, 35a, 35b, 35c zu den zweiten Kontakten 34, 34a, 34b, 34c außenseits der Umhäusung 1 geführt werden. Die zweiten Kontakte 34, 34a, 34b, 34c sind in diesem Beispiel auf der Unterseite des Basissubstrats 3 angeordnet. Das Beherbergungs-Objekt, beispielsweise ein Mikroprozessor oder ein Leistungstransistor, kann unterseitige und oberseitige Kontakte aufweisen. In diesem Beispiel weist der Mikroprozessor drei unterseitige Kontakte auf, wobei der Mikroprozessor 2 unmittelbar auf den drei Kontakten 32a, 32b, 32c angeordnet ist, und wobei der oberseitige Kontakt mittels der Kontaktleitung 36 mit dem Kontakt 32 verbunden ist. Kappe 5 und Basissubstrat 3 sind miteinander mit zwei Laserbondlinien 8 hermetisch gefügt. Referring to FIG. 8, a further embodiment of the housing 1 is shown, a plurality of contacts 32, 32a, 32b, 32c being provided in the cavity and, by means of the feedthroughs 35, 35a, 35b, 35c, to the second contacts 34, 34a, 34b, 34c are guided outside the housing 1. The second contacts 34, 34a, 34b, 34c are arranged on the underside of the base substrate 3 in this example. The accommodation object, for example a microprocessor or a power transistor, can be on the underside and on the top Have contacts. In this example, the microprocessor has three contacts on the bottom, the microprocessor 2 being arranged directly on the three contacts 32a, 32b, 32c, and the contact on the top being connected to the contact 32 by means of the contact line 36. Cap 5 and base substrate 3 are hermetically joined to one another with two laser bonding lines 8.
Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform der Umhäusung 1, wobei das Beherbergungs-Objekt 2 nur unterseitige Kontakte aufweist. Das Beherbergungs-Objekt 2 kann dann in einfacher Weise direkt oberhalb der Kontakte 32, 32a angeordnet werden, die Verbindungsleitungen 36, 36a entfallen. FIG. 9 shows an embodiment of the housing 1, the accommodation object 2 only having contacts on the underside. The accommodation object 2 can then be arranged in a simple manner directly above the contacts 32, 32a, the connecting lines 36, 36a being omitted.
Fig. 10 zeigt eine Ausführungsform der Umhäusung 1, wobei die zweiten Kontakte 34, 34a oberseits des Basissubstrats 3 und seitlich der Umhäusung 1 angeordnet sind. Zwar ist in dieser Ausführungsform die Fläche des einzusetzenden Basissubstrats 3 pro Umhäusung 1 größer, aber es ergeben sich die Vorteile, dass einerseits die Kontaktierung der zweiten Kontakte 34, 34a von oberseits ausgeführt werden kann, was ggf. einfacher ist. Zudem wird das Basissubstrat 3 nicht durchbohrt, so dass die hermetische Versiegelung ggf. einfacher zu realisieren ist, wenn das Basissubstrat als solches einen hermetischen Verschluss gewährleisten soll. Diese Ausführungsform kann beispielsweise dann von Vorteil sein, wenn mehrere Umhäusungen 1 auf einem gemeinsamen Basissubstrat 3 angeordnet werden (siehe Fig. 12) oder wenn die Kontakte später von oberseits weiter kontaktiert werden sollen. Es ist klar, dass auch mehr als 4 Kontakte und diese auch nur unterseits des Beherbergungs-Objekts 2 oder verteilt unterseits und oberseits angeordnet sein können, wie auch dass diese unterseits und/oder oberseits des Basissubstrats 3 angeordnet sein können. Als Material des Basissubstrats kann AIN eingesetzt sein, einlagig oder mehrlagig, und es kann Si3N4 eingesetzt sein. Fig. 11 zeigt eine weitere Ausführungsform mit oberseits angeordneten zweiten Kontakten 34, 34a, wobei das Beherbergungs-Objekt 2 auf dem Kontakt 32a angeordnet ist und mittels der Verbindungsleitung 36 mit dem Kontakt 32 kontaktiert ist. 10 shows an embodiment of the housing 1, the second contacts 34, 34a being arranged on the top of the base substrate 3 and to the side of the housing 1. Although the area of the base substrate 3 to be used per housing 1 is larger in this embodiment, the advantages result that on the one hand the contacting of the second contacts 34, 34a can be carried out from above, which may be simpler. In addition, the base substrate 3 is not drilled through, so that the hermetic seal may be easier to implement if the base substrate as such is to ensure a hermetic seal. This embodiment can be advantageous, for example, when a plurality of housings 1 are arranged on a common base substrate 3 (see FIG. 12) or when the contacts are later to be further contacted from above. It is clear that more than 4 contacts and these can also be arranged only below the accommodation object 2 or distributed below and above, as well as that these can be arranged below and / or above the base substrate 3. AIN can be used as the material of the base substrate, single-layer or multi-layer, and Si3N4 can be used. 11 shows a further embodiment with second contacts 34, 34a arranged on the top, the accommodation object 2 being arranged on the contact 32a and being contacted with the contact 32 by means of the connecting line 36.
Bezugnehmend auf Fig. 12 ist ein gemeinsames Basissubstrat 3 gezeigt, auf welchem zwei Unterseiten 22 zweier Umhäusungen 1 gebildet sind. Auf dem Basissubstrat 3 sind in jeder Umhäusung 1 je ein Beherbergungs-Objekt 2 angeordnet, welche nach außen durchkontaktiert sind mittels der jeweiligen zweiten Kontakten 34 und 34a. In Art der Ausführungsform der Fig. 12 wird verständlich, dass ein gemeinsames Basissubstrat 3 auch eine Vielzahl an Umhäusungen 1 aufweisen kann, welche ggf. auch gemeinsame Aufgaben wahrnehmen, also auch miteinander kontaktiert sein können. Fig. 13 zeigt eine Ausführungsform der Umhäusung 1 , wobei eine Kavität 12 in das Basissubstrat 3 eingebracht ist. Beispielsweise kann die Kavität 12 mittels Sandstrahlverfahren in das Basissubstrat 3 eingebracht werden, also aus dem Basissubstrat 3 ausgehöhlt werden, allgemein mit einem abrasiven Verfahren. Auch ein chemisches Ätzen ist möglich, um die Kavität 12 in das Basissubstrat 3 einzubringen. Dieser Ausführung ist vorteilhaft, dass die Kappe 5 beispielsweise als einfache Glasplatte ausgeführt werden kann, welche mittels Microbonding und Laserbondlinien 8 mit dem Basissusbtrat 3 verbunden ist. Als Material des Basissubstrats 3 kann abermals AIN oder auch HTCC eingesetzt sein. Im Falle einer Multilagen-Keramik hat sich die Herausarbeitung der Kavität 12 als besonders leicht realisierbar herausgestellt, wenn diese Kavitäten 12 schon im Grünzustand beispielsweise durch einen Stanzprozess erzeugt worden sind. Referring to FIG. 12, a common base substrate 3 is shown, on which two undersides 22 of two housings 1 are formed. On the base substrate 3, one accommodation object 2 is arranged in each housing 1, which objects are through-contacted to the outside by means of the respective second contacts 34 and 34a. In the manner of the embodiment of FIG. 12, it is understandable that a common base substrate 3 can also have a multiplicity of housings 1 which, if necessary, also perform common tasks, that is to say can also be in contact with one another. FIG. 13 shows an embodiment of the housing 1, a cavity 12 being introduced into the base substrate 3. For example, the cavity 12 can be introduced into the base substrate 3 by means of a sandblasting method, that is to say hollowed out of the base substrate 3, generally using an abrasive method. Chemical etching is also possible in order to introduce the cavity 12 into the base substrate 3. This embodiment is advantageous that the cap 5 can be made, for example, as a simple glass plate, which is connected to the basic substrate 3 by means of microbonding and laser bonding lines 8. AIN or HTCC can again be used as the material of the base substrate 3. In the case of a multilayer ceramic, the machining of the cavity 12 has proven to be particularly easy to implement if these cavities 12 have already been produced in the green state, for example by a stamping process.
Bezugnehmend auf Fig. 14 ist eine Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer Vielzahl von Umhäusungen 1 auf dem Substrat 3 gezeigt. Es ist dem Fachmann klar, dass auch nur eine einzelne Umhäusung bzw. eine einzelne Kappe 5 auf einem Substrat angebracht werden kann, je nach Prozess-Erfordernissen. Dieses Verfahren zur Anbringung einer einzelnen Kappe 5 auf einem Substrat 3 ist im Hinblick auf die Prozessabläufe letztlich eine Vereinfachung des hier mit Fig. 14 gezeigten Verfahrens. Referring to FIG. 14, an embodiment of the method for producing a multiplicity of housings 1 on the substrate 3 is shown. It is clear to the person skilled in the art that only a single housing or a single cap 5 can be attached to a substrate, depending on the process requirements. This method for attaching an individual cap 5 to a substrate 3 is ultimately a simplification of the method shown here with FIG. 14 with regard to the process sequences.
In einem Schritt A werden auf dem Basissubstrat 3 eine Mehrzahl von Beherbergungs- Objekten 2 angeordnet, beispielsweise an vorgesehenen Kontakten 32, 32a (vgl. Fig. 3) angelötet. Es ist vorgesehen, auf jedes Beherbergungs-Objekt 2 eine Kappe 5 anzubringen, d.h. zu jedem Beherbergungs-Objekt 2 eine eigene Kavität 12 zu erzeugen. Es können aber auch mehrere Beherbergungs-Objekte 2 in einer gemeinsamen Kavität 12 von einer gemeinsamen Kappe 5 beherbergt werden. In a step A, a plurality of accommodation objects 2 are arranged on the base substrate 3, for example soldered to provided contacts 32, 32a (cf. FIG. 3). Provision is made for a cap 5 to be attached to each accommodation object 2, i.e. a separate cavity 12 to be created for each accommodation object 2. However, several accommodation objects 2 can also be accommodated in a common cavity 12 by a common cap 5.
Mit Schritt B werden die Glaskappen 5 auf dem Basissubstrat 3 aufgesetzt und somit die Kavitäten 12 vollständig gebildet. With step B, the glass caps 5 are placed on the base substrate 3 and the cavities 12 are thus completely formed.
Schritt C zeigt das Laserfügen der jeweiligen Beherbergungskavitäten 12, also das Verschließen der Kavitäten 12 allseits entlang der Kontaktflächen 25 und das Einbringen der zumindest einen Laserbondlinie 8 pro Umhäusung 1. Hierfür wird eine Lasereinheit 15 von oberhalb der Kappen 5 über die Oberfläche des Substrats 3 geführt und dabei punktuell ein fokussierter Laserstrahl 9 auf die zu fügenden Zonen gerichtet, also auf die Kontaktflächen 25. Nach Abschluss des Schritts C des Herstellungsverfahrens sind alle Kavitäten 12 hermetisch geschlossen. Es ist möglich, die einzelnen Umhäusungen 1 nach Schritt C mittels Schneidverfahren zu vereinzeln, und somit einzelne getrennte Umhäusungen zu erhalten. Step C shows the laser joining of the respective accommodation cavities 12, i.e. the closing of the cavities 12 on all sides along the contact surfaces 25 and the introduction of the at least one laser bond line 8 per housing 1. For this purpose, a laser unit 15 is guided from above the caps 5 over the surface of the substrate 3 and a focused laser beam 9 pointed at the zones to be joined, that is to say on the contact surfaces 25. After completion of step C of the manufacturing process, all cavities 12 are hermetic closed. It is possible to separate the individual housings 1 after step C by means of a cutting process, and thus to obtain individual separate housings.
In Schritt D werden die Bauteile entlang von Trenn- bzw. Schneidlinien 10 voneinander getrennt. Hierfür kann ggf. derselbe Laser eingesetzt werden wie auch für das Laser-Fügen in Schritt C. Es kann aber auch ein herkömmliches Schneidverfahren eingesetzt werden, wenn dies vorteilhaft ist. In step D, the components are separated from one another along separating or cutting lines 10. For this purpose, the same laser can optionally be used as for the laser joining in step C. However, a conventional cutting method can also be used if this is advantageous.
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft zu verstehen sind und die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne den Schutzbereich der Ansprüche zu verlassen. Ferner ist ersichtlich, dass die Merkmale unabhängig davon, ob sie in derIt is evident to the person skilled in the art that the embodiments described above are to be understood as examples and that the invention is not restricted to these, but can be varied in many ways without departing from the scope of protection of the claims. It can also be seen that the features, regardless of whether they are in the
Beschreibung, den Ansprüchen, den Figuren oder anderweitig offenbart sind, auch einzeln wesentliche Bestandteile der Erfindung definieren, selbst wenn sie zusammen mit anderen Merkmalen gemeinsam beschrieben sind. In allen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale, so dass Beschreibungen von Merkmalen, die ggf. nur in einer oder jedenfalls nicht hinsichtlich aller Figuren erwähnt sind, auch auf diese Figuren übertragen werden können, hinsichtlich welchen das Merkmal in der Beschreibung nicht explizit beschrieben ist. The description, the claims, the figures or otherwise disclosed also individually define essential components of the invention, even if they are described together with other features. In all figures, the same reference symbols denote the same features, so that descriptions of features that are possibly only mentioned in one or at least not with regard to all figures can also be transferred to these figures, with regard to which the feature is not explicitly described in the description.
Bezuqszeichenliste: Reference list:
1 Hermetisch geschlossene, chemisch gehärtete Umhäusung 2 Beherbergungs-Objekt 1 Hermetically sealed, chemically hardened housing 2 Accommodation object
3 Unteres Substrat, Schicht oder Wafer, Basissubstrat bzw. untere Abdeckung, gut wärmeleitend 3 Lower substrate, layer or wafer, base substrate or lower cover, good thermal conductivity
5 Oberes Substrat, Schicht oder Wafer, Abdecksubstrat bzw. obere Abdeckung, optisch transparent für Laserbonding 8 Laser-Fügezone 5 Upper substrate, layer or wafer, cover substrate or upper cover, optically transparent for laser bonding 8 Laser joining zone
9 fokussierter Laserstrahl 9 focused laser beam
10 Trenn- bzw. Schneidlinien 12 Beherbergungs-Kavität 10 dividing or cutting lines 12 accommodation cavity
13 Funktionsbereich 13a zweiter Funktionsbereich 13 functional area 13a second functional area
14 Kante 14 edge
15 Lasereinheit zum Fügen und/oder Schneiden 15 Laser unit for joining and / or cutting
16 Laser-Pulstrefferbereich 21 Rand der Kavität 22 Unterseite der Kavität 16 Laser pulse hit area 21 Edge of the cavity 22 Bottom of the cavity
23 Oberseite der Kavität 25 Kontaktfläche 23 top of cavity 25 contact surface
27 Härtezone bzw. erste gehärtete Schicht 27 hardening zone or first hardened layer
28 Härtezone bzw. zweite gehärtete Schicht 29 Härtezone bzw. dritte gehärtete Schicht 28 hardening zone or second hardened layer 29 hardening zone or third hardened layer

Claims

Patentansprüche: Patent claims:
1. Hermetisch verschlossene Umhäusung (1) umfassend: ein wärmeabführendes Basissubstrat (3) zur Abfuhr von Wärme aus der hermetisch verschlossenen Umhäusung (1), eine Kappe (5), welche bevorzugt ein glasartiges Material umfasst, zumindest einen von der Umhäusung (1) hermetisch verschlossenen Funktionsbereich (12, 13, 13a), insbesondere eine Kavität, wobei die Kappe (5) auf dem Basissubstrat (3) angeordnet ist, wobei die Kappe (5) mit dem Basissubstrat (3) zusammen zumindest einen Teil der Umhäusung (1) bildet, ferner umfassend zumindest eine Laserbondlinie (8) zum hermetisch dichten Fügen der Umhäusung (1), wobei die Laserbondlinie eine Höhe (HL) senkrecht zu seiner Verbindungsebene aufweist. 1. Hermetically sealed housing (1) comprising: a heat-dissipating base substrate (3) for dissipating heat from the hermetically sealed housing (1), a cap (5), which preferably comprises a glass-like material, at least one of the housing (1) Hermetically sealed functional area (12, 13, 13a), in particular a cavity, the cap (5) being arranged on the base substrate (3), the cap (5) with the base substrate (3) together at least part of the housing (1 ), further comprising at least one laser bond line (8) for hermetically sealed joining of the housing (1), the laser bond line having a height (HL) perpendicular to its connection plane.
2. Hermetisch verschlossene Umhäusung (1) nach dem vorstehenden Anspruch, wobei das wärmeabführende Basissubstrat (3) aus einem Material hoher2. Hermetically sealed housing (1) according to the preceding claim, wherein the heat-dissipating base substrate (3) made of a material higher
Wärmeleitfähigkeit besteht, und/oder wobei die Wärmeleitfähigkeit des wärmeabführenden Basissubstrats (3) 100 W/(m*K) oder größer, bevorzugt 150 W/(m*K) oder größer, und weiter bevorzugt 170 W/(m*K) oder besser beträgt. There is thermal conductivity, and / or where the thermal conductivity of the heat-dissipating base substrate (3) 100 W / (m * K) or greater, preferably 150 W / (m * K) or greater, and more preferably 170 W / (m * K) or is better.
3. Hermetisch verschlossene Umhäusung (1) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kappe (5) ein glasartiges Material umfasst, beispielsweise Glas, Glaskeramik, Silizium, Saphir oder einer Kombination der vorgenannten Materialien, und/oder wobei das Basissubstrat (3) insbesondere ein metallisches Nitrid wie Aluminiumnitrid- Keramik umfasst. 3. Hermetically sealed housing (1) according to at least one of the preceding claims, wherein the cap (5) comprises a glass-like material, for example glass, glass ceramic, silicon, sapphire or a combination of the aforementioned materials, and / or wherein the base substrate (3) in particular comprises a metallic nitride such as aluminum nitride ceramic.
4. Hermetisch verschlossene Umhäusung (1) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Laserbondlinie (8) den Funktionsbereich (12, 13, 13a) in einem Abstand (DF) umlaufend umschließt. 4. Hermetically sealed housing (1) according to at least one of the preceding claims, wherein the at least one laser bond line (8) surrounds the functional area (12, 13, 13a) at a distance (DF) circumferentially.
5. Hermetisch verschlossene Umhäusung (1) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kappe (5) mit dem Basissubstrat (3) mittels der Laserbondlinie (8) miteinander gefügt ist und/oder wobei die Kappe (5) mit dem Basissubstrat (3) gemeinsam die vollständige Umhäusung (1) bilden. 5. Hermetically sealed housing (1) according to at least one of the preceding claims, wherein the cap (5) is joined to the base substrate (3) by means of the laser bond line (8) and / or wherein the cap (5) is connected to the base substrate (3 ) together form the complete housing (1).
6. Hermetisch verschlossene Umhäusung (1) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Funktionsbereich (12, 13, 13a) hergerichtet ist zur Aufnahme zumindest eines Beherbergungs-Objekts (2), wie beispielsweise ein elektronischer Schaltkreis, ein Sensor oder MEMS, und/oder wobei auf dem Basissubstrat (3) und innerhalb der Umhäusung (1) zumindest ein Beherbergungs-Objekt (2) angeordnet ist. 6. Hermetically sealed housing (1) according to at least one of the preceding claims, wherein the functional area (12, 13, 13a) is prepared to accommodate at least one accommodation object (2), such as an electronic circuit, a sensor or MEMS, and / or wherein at least one accommodation object (2) is arranged on the base substrate (3) and within the housing (1).
7. Hermetisch verschlossene Umhäusung (1) nach dem vorstehenden Anspruch, wobei das zumindest eine Beherbergungs-Objekt (2) einen Leistungshalbleiter-Chip, z.B. eine GaN-LED, einen SiC-, GaAs- oder GaN-Leistungstransistor umfasst, wobei insbesondere eines der vorgenannten in der Kavität angeordnet ist. 7. Hermetically sealed housing (1) according to the preceding claim, wherein the at least one accommodation object (2) comprises a power semiconductor chip, for example a GaN LED, a SiC, GaAs or GaN power transistor, in particular one of the aforementioned is arranged in the cavity.
8. Hermetisch verschlossene Umhäusung (1) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kappe (5) mit dem Basissubstrat (3) bei Raumtemperatur gefügt ist, und wobei in den Funktionsbereich (12, 13, 13a) durch den Fügevorgang nur eine vernachlässigbare Wärmemenge eintritt, und/oder wobei die durch den Fügevorgang entstehende Wärmemenge durch das wärmeabführende Basissubstrat (3) von dem Funktionsbereich (12, 13, 13a) abgehalten wird. 8. Hermetically sealed housing (1) according to at least one of the preceding claims, wherein the cap (5) is joined to the base substrate (3) at room temperature, and only a negligible amount in the functional area (12, 13, 13a) due to the joining process Amount of heat enters, and / or the amount of heat generated by the joining process being kept away from the functional area (12, 13, 13a) by the heat-dissipating base substrate (3).
9. Hermetisch verschlossene Umhäusung (1) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Laserbondlinie (8) mit der Höhe (HL) in das Material der Kappe (5) hineinreicht und gegenüberliegend in das Material des Basissubstrats (3) hineinreicht, und wobei das wärmeabführende Basissubstrat (3) mit der Kappe (5) schmelzend miteinander gefügt ist. 9. Hermetically sealed housing (1) according to at least one of the preceding claims, wherein the height (HL) of the laser bond line (8) extends into the material of the cap (5) and, on the opposite side, extends into the material of the base substrate (3), and the heat-dissipating base substrate (3) with the cap (5) being joined to one another by melting is.
10. Hermetisch verschlossene Umhäusung (1 ) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zwischen dem wärmeabführenden Basissubstrat (3) und der Kappe (5) ein Zwischensubstrat (4) angeordnet ist, wobei das Basissubstrat (3) mit dem Zwischensubstrat in einer ersten Verbindungsebene gefügt ist, und wobei die Kappe (5) mit dem Zwischensubstrat in einer zweiten Verbindungsebene gefügt ist. 10. Hermetically sealed housing (1) according to at least one of the preceding claims, wherein an intermediate substrate (4) is arranged between the heat-dissipating base substrate (3) and the cap (5), the base substrate (3) and the intermediate substrate in a first connecting plane is joined, and wherein the cap (5) is joined to the intermediate substrate in a second connection plane.
11. Hermetisch verschlossene Umhäusung (1 ) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in zumindest einem der Substrate (3, 4, 5) ein Marker eingebracht ist. 11. Hermetically sealed housing (1) according to at least one of the preceding claims, wherein a marker is introduced into at least one of the substrates (3, 4, 5).
12. Hermetisch verschlossene Umhäusung (1) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kappe (5) eine Oberseite (23) und einen seitlich umlaufenden Rand (21) des Funktionsbereichs (12, 13, 13a) ausbildet und das wärmeabführende Basissubstrat (3) eine Unterseite (22) des Funktionsbereichs ausbildet, welche gemeinsam die Beherbergungskavität vollständig umschließen, und/oder wobei die Kappe (5) eine Oberseite (23) des Funktionsbereichs (12, 13, 13a) ausbildet und das wärmeabführende Basissubstrat (3) einen seitlich umlaufenden Rand (21) und eine Unterseite (22) des Funktionsbereichs ausbildet, welche gemeinsam die Beherbergungskavität vollständig umschließen, und/oder wobei die Kappe (5) eine Oberseite (23) des Funktionsbereichs (12, 13, 13a) ausbildet, das Zwischensubstrat (4) einen seitlich umlaufenden Rand (21) des Funktionsbereichs ausbildet und das wärmeabführende Basissubstrat (3) eine Unterseite (22) des Funktionsbereichs ausbildet, welche gemeinsam die Beherbergungskavität vollständig umschließen. 12. Hermetically sealed housing (1) according to at least one of the preceding claims, wherein the cap (5) forms an upper side (23) and a laterally circumferential edge (21) of the functional area (12, 13, 13a) and the heat-dissipating base substrate (3 ) forms an underside (22) of the functional area, which together completely enclose the accommodation cavity, and / or wherein the cap (5) forms an upper side (23) of the functional area (12, 13, 13a) and the heat-dissipating base substrate (3) forms a side the peripheral edge (21) and an underside (22) of the functional area, which together completely enclose the accommodation cavity, and / or wherein the cap (5) forms an upper side (23) of the functional area (12, 13, 13a), the intermediate substrate ( 4) forms a laterally circumferential edge (21) of the functional area and the heat-dissipating base substrate (3) forms an underside (22) of the functional area, which together provide the accommodation Completely enclose the cavity.
13. Hermetisch verschlossene Umhäusung (1 ) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zumindest aus einem seitlich umlaufendem Rand, Unterseite oder Oberseite gebildete Umhäusung (1) zumindest bereichsweise für einen Wellenlängenbereich transparent ist. 13. Hermetically sealed housing (1) according to at least one of the preceding claims, wherein the at least from a laterally circumferential edge, or bottom Housing (1) formed on the top side is at least partially transparent for a wavelength range.
14. Hermetisch verschlossene Umhäusung (1) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das wärmeabführende Basissubstrat (3) und/oder die Kappe (5) eine Dicke von unter 500 mhi, bevorzugt unter 300 mhi, weiter bevorzugt unter 120 mhi und noch weiter bevorzugt eine Dicke von unter 80 mhi aufweist. 14. Hermetically sealed housing (1) according to at least one of the preceding claims, wherein the heat-dissipating base substrate (3) and / or the cap (5) has a thickness of less than 500 mhi, preferably less than 300 mhi, more preferably less than 120 mhi and even more preferably has a thickness of less than 80 mhi.
15. Hermetisch verschlossene Umhäusung (1 ) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das wärmeabführende Basissubstrat (3) zumindest einen ersten (32, 32a) und einen zweiten Kontakt (34, 34a) aufweist, und wobei der erste Kontakt an der Unterseite (22) des Funktionsbereichs (13, 13a) bzw. der Kavität (12) angeordnet ist. 15. Hermetically sealed housing (1) according to at least one of the preceding claims, wherein the heat-dissipating base substrate (3) has at least a first (32, 32a) and a second contact (34, 34a), and wherein the first contact is on the underside ( 22) of the functional area (13, 13a) or the cavity (12) is arranged.
16. Hermetisch verschlossene Umhäusung (1) nach dem vorstehenden Anspruch, wobei der zweite Kontakt (34, 34a) außerhalb der Unterseite (22) des Funktionsbereichs (13, 13a) bzw. der Kavität (12) angeordnet ist und elektrisch mit dem ersten Kontakt (32, 32a) verbunden ist. 16. Hermetically sealed housing (1) according to the preceding claim, wherein the second contact (34, 34a) is arranged outside the underside (22) of the functional area (13, 13a) or the cavity (12) and is electrically connected to the first contact (32, 32a) is connected.
17. Hermetisch verschlossene Umhäusung (1) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Umhäusung (1) eine Größe von 10mm x 10mm oder weniger aufweist, bevorzugt 5mm x 5mm oder weniger, weiter bevorzugt 2mm x 2mm oder kleiner oder auch 0,2mm x 0,2mm oder kleiner, und/oder wobei die Kappe (5) eine Höhe von 2mm oder weniger aufweist, und/oder wobei die Flanke (5a) der Kappe (5) eine Höhe von 2mm oder weniger aufweist. 17. Hermetically sealed housing (1) according to at least one of the preceding claims, wherein the housing (1) has a size of 10mm x 10mm or less, preferably 5mm x 5mm or less, more preferably 2mm x 2mm or smaller or 0.2mm x 0.2mm or smaller, and / or wherein the cap (5) has a height of 2mm or less, and / or wherein the flank (5a) of the cap (5) has a height of 2mm or less.
18. Verfahren zum Bereitstellen einer hermetisch dichten Umhäusung (1), wobei von der Umhäusung (1) ein Funktionsbereich (12, 13, 13a), insbesondere eine Kavität, umschlossen wird, welcher von einem seitlich umlaufenden Rand (21), einer Unterseite (22) und einer Oberseite (23) der Umhäusung (1) umschlossen ist, und wobei eine Beherbergungs-Kavität ausgebildet ist zur Aufnahme eines Beherbergungs-Objekts (2), mit den Schritten: 18. A method for providing a hermetically sealed housing (1), the housing (1) enclosing a functional area (12, 13, 13a), in particular a cavity, which is surrounded by a laterally circumferential edge (21), an underside ( 22) and an upper side (23) of the housing (1) is enclosed, and wherein an accommodation cavity is designed to accommodate an accommodation object (2), with the steps:
- Bereitstellen eines wärmeabführenden Basissubstrats (3) und zumindest einer Kappe (5), wobei die Kappe (5) zumindest bereichsweise und zumindest für einen Wellenlängenbereich transparent ist und daher eine transparente Kappe (5) ist, - Provision of a heat-dissipating base substrate (3) and at least one cap (5), wherein the cap (5) is transparent at least in some areas and at least for one wavelength range and is therefore a transparent cap (5),
- Anordnen von zumindest einem Beherbergungs-Objekt (2) auf der Unterseite der Beherbergungs-Kavität, - Arranging at least one accommodation object (2) on the underside of the accommodation cavity,
- Anordnen der Kappe (5) auf dem wärmeabführenden Basissubstrat (3) oberhalb des Beherbergungs-Objekts (2), wobei sich zwischen dem wärmeabführenden Basissubstrat (3) und der Kappe (5) zumindest eine Kontaktfläche (25) ausbildet, so dass jede Umhäusung (1) zumindest eine Kontaktfläche aufweist, - Arranging the cap (5) on the heat-dissipating base substrate (3) above the accommodation object (2), with at least one contact surface (25) being formed between the heat-dissipating base substrate (3) and the cap (5) so that each housing (1) has at least one contact surface,
- hermetisch dichtes Verschließen der Kavitäten durch Ausbilden einer Laserbondlinie (8) auf der zumindest einen Kontaktfläche jeder Umhäusung (1). - Hermetically sealed sealing of the cavities by forming a laser bond line (8) on the at least one contact surface of each housing (1).
19. Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, wobei die Kappe (5) eine Flanke (5a) und ein Oberteil (5b) umfasst, so dass von dem Oberteil der Kappe (5) die Oberseite und von der Flanke zumindest ein Teil des Rands der Beherbergungs-Kavität ausgebildet wird, und wobei an der Stirnseite der Flanke diese oder eine Kontaktfläche (25) gebildet ist. 19. The method according to the preceding claim, wherein the cap (5) comprises a flank (5a) and an upper part (5b), so that of the upper part of the cap (5) the top and of the flank at least part of the edge of the accommodation -Cavity is formed, and this or a contact surface (25) is formed on the end face of the flank.
20. Verfahren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Laserstrahl (9) umlaufend um den Funktionsbereich (12, 13, 13a) herumgeführt wird zur Bildung der Laserbondlinie (8), so dass der Funktionsbereich entlang der Kontaktfläche (25) umlaufend hermetisch verschlossen wird, gegebenenfalls kann der Laserstrahl mehrfach umlaufend herumgeführt werden und/oder gegebenenfalls eine Mehrzahl von Laserbondlinien (8) ausgebildet werden. 20. The method according to at least one of the preceding claims, wherein the laser beam (9) is guided around the functional area (12, 13, 13a) to form the laser bond line (8), so that the functional area is hermetically sealed along the contact surface (25) If necessary, the laser beam can be circulated several times and / or a plurality of laser bond lines (8) can be formed.
21. Verfahren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei auf dem wärmeabführenden Basissubstrat (3) eine Mehrzahl von Unterseiten (22) für eine Mehrzahl von zu bildenden Beherbergungs-Kavitäten (12) gebildet sind und eine Mehrzahl von Kappen (5) auf dem Basissubstrat (3) aufgebracht werden zur Bildung einer Mehrzahl von Umhäusungen (1) auf dem Basissubstrat (3). 21. The method according to at least one of the preceding claims, wherein a plurality of undersides (22) for a plurality of accommodation cavities (12) to be formed are formed on the heat-dissipating base substrate (3) and a plurality of caps (5) are formed on the base substrate (3) are applied to form a plurality of housings (1) on the base substrate (3).
22. Umhäusung (1) mit darin eingeschlossener hermetisch verschlossener Beherbergungs- Kavität (12) hergestellt nach einem der vorstehenden Verfahren. 22. Housing (1) with hermetically sealed accommodation cavity (12) enclosed therein, produced according to one of the above processes.
23. Verwendung einer nach dem vorstehenden Verfahren hergestellten Umhäusung (1) mit darin eingeschlossener hermetisch verschlossener Beherbergungs-Kavität (12) als medizinisches Implantat oder als Sensor, insbesondere als Barometer. 23. Use of a housing (1) produced according to the above method with a hermetically sealed accommodation cavity (12) enclosed therein as a medical implant or as a sensor, in particular as a barometer.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102019115147B4 (en) * 2019-06-05 2021-01-14 Schott Ag Biocompatible composite element and method for producing a biocompatible composite element
EP4166497A1 (en) * 2021-10-15 2023-04-19 Schott Ag Enclosure with information pattern

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10149140A1 (en) * 2001-10-05 2003-04-17 Bosch Gmbh Robert Process for connecting a silicon plate to a further plate comprises directing a laser beam onto the further plate through the silicon plate
DE10235372A1 (en) * 2002-08-02 2004-02-19 Robert Bosch Gmbh Electrical component, especially micromechanical silicon chip, has layer transparency enabling welding with laser beam with power density in joining plane increased to melt layers by absorption
US8471289B2 (en) * 2009-12-28 2013-06-25 Sanyo Electric Co., Ltd. Semiconductor laser device, optical pickup device and semiconductor device
TWI680026B (en) * 2014-04-21 2019-12-21 美商康寧公司 Method for welding first and second substrates,and method for producing glass and/or glass-ceramic packaging
FI125935B (en) 2014-09-26 2016-04-15 Primoceler Oy A method of manufacturing a transparent body for protection of an optical component
DE102015200123A1 (en) * 2015-01-08 2016-07-14 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Carrier system for micro-optical and / or other functional elements of microtechnology
TWI686968B (en) * 2015-02-26 2020-03-01 日商日本電氣硝子股份有限公司 Airtight package and its manufacturing method
DE102017223372A1 (en) * 2017-12-20 2019-06-27 Robert Bosch Gmbh Laser bonding process and micromechanical device with laser bond connection

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