EP4519201A1 - Verfahren zur herstellung eines verbund-kappenelements und verbund-kappenelement - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines verbund-kappenelements und verbund-kappenelement

Info

Publication number
EP4519201A1
EP4519201A1 EP23722293.0A EP23722293A EP4519201A1 EP 4519201 A1 EP4519201 A1 EP 4519201A1 EP 23722293 A EP23722293 A EP 23722293A EP 4519201 A1 EP4519201 A1 EP 4519201A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
substrate
base substrate
window
cover substrate
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
EP23722293.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jonas Dimroth
Jens Ulrich Thomas
Volker Seibert
Axel Ohlinger
Antti Määttänen
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
Schott Primoceler Oy
Original Assignee
Schott AG
Schott Primoceler Oy
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, Schott Primoceler Oy filed Critical Schott AG
Publication of EP4519201A1 publication Critical patent/EP4519201A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems ; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/0032—Packages or encapsulation
    • B81B7/0067—Packages or encapsulation for controlling the passage of optical signals through the package
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00436—Shaping materials, i.e. techniques for structuring the substrate or the layers on the substrate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2207/00—Microstructural systems or auxiliary parts thereof
    • B81B2207/09—Packages

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a composite cap element, in particular for the encapsulation of a MEMS component, for example a MEMS mirror, and a corresponding composite cap element.
  • a MEMS component for example a MEMS mirror
  • a corresponding composite cap element In the manufacture of microsystems, the manufacture of the housing plays an essential role, as it determines the structure of the system and its protection from mechanical, chemical and other influences during processing and operation. A frequently used method is so-called wafer-level packaging (WLP), in which certain process steps are carried out before the wafer is cut.
  • WLP wafer-level packaging
  • housings for microsystems with moving parts in particular micro-electro-mechanical systems (MEMS) or micro-opto-electro-mechanical systems (MOEMS), such as. B.
  • MEMS micro-electro-mechanical systems
  • MOEMS micro-opto-electro-mechanical systems
  • cap elements with defined cavities are often used.
  • cap elements with optically transparent elements are used.
  • hermetic encapsulation is desirable.
  • a high level of uniformity of the individual elements, particularly over the entire wafer surface may be desirable.
  • housing geometries are often sought that reduce parasitic reflections that would lead to imaging artifacts.
  • the present invention is based on the object of specifying a method for producing a composite cap element, in particular for the encapsulation of a MEMS component, for example a MEMS mirror, as well as a corresponding composite cap element, which enables high-precision production, in particular high-precision shaped, high-precision ones aligned and / or highly precisely connected transparent elements, in particular to achieve a high level of uniformity and optical quality, and also enables efficient and scalable production, which in particular allows the number of process steps, in particular post-processing steps, to be reduced.
  • the task is solved by the subjects of the independent claims.
  • Advantageous embodiments are defined in the subclaims.
  • the invention relates to a method for producing a composite cap element, in particular for encapsulating a MEMS component, for example a MEMS mirror.
  • the method includes providing a base substrate with at least one window formed by an opening within the base substrate and providing a transparent cover substrate for transparently covering the at least one window in the base substrate.
  • the base substrate and the cover substrate have different softening temperatures, with the softening temperature of the base substrate being lower than the softening temperature of the cover substrate.
  • the method further includes creating a, in particular hermetic, connection between the base substrate and the cover substrate in a connection area which is formed at least around the window in order to hermetically close the window.
  • the method further includes heating the interconnected substrates at least in an edge region of the window to a temperature at which the base substrate becomes deformable and the cover substrate remains dimensionally stable.
  • the method includes displacing the dimensionally stable cover substrate in the area of the window while simultaneously deforming the deformable base substrate in an area around the window in order to shape the composite cap element.
  • the base substrate and the cover substrate have different softening temperatures.
  • the softening temperature is understood to mean, in particular, a temperature from which the respective substrate becomes deformable. This is preferably understood to mean the temperature at which the respective substrate reaches a viscosity of 10 7.6 dPas (decipascal seconds).
  • the interconnected substrates are heated to a temperature at which the base substrate becomes deformable, but the cover substrate remains dimensionally stable.
  • the interconnected substrates can be heated to a temperature at which the base substrate reaches a viscosity of less than 10 13 Pas (pascal seconds), preferably to a temperature at which the base substrate reaches a viscosity of less than 10 12 Pas (pascal seconds), especially preferably to a temperature at which the base substrate reaches a viscosity of less than 10 11 Pas (pascal seconds), even more preferably to a temperature at which the base substrate reaches a viscosity of less than 10 9 Pas (pascal seconds), even more preferably to a temperature at which the base substrate reaches a viscosity of less than 10 8 Pas (Pascal seconds), and wherein the cover substrate maintains a higher viscosity, in particular a viscosity that is at least 10 1 Pas or even 10 2 Pas higher.
  • the interconnected substrates are heated to a temperature which is above Softening temperature of the base substrate and below the softening temperature of the cover substrate.
  • the chronological sequence of the above-mentioned procedural steps is not fixed.
  • the creation of the hermetic connection between the base substrate and the cover substrate takes place before the heating of the interconnected substrates takes place and / or before the displacement of the cover substrate in the area of the window with simultaneous deformation of the base substrate in an area around the window .
  • the hermetic connection that is established between the base substrate and the cover substrate can be established in various ways.
  • the hermetic connection between the base substrate and the cover substrate can take place by means of laser welding and/or in such a way that the connection area surrounding the window is linear.
  • the hermetic connection can also take place by means of anodic bonding and/or in such a way that the connection area surrounding the window is designed to be flat.
  • the window present in the base substrate is closed by the transparent cover substrate.
  • the cover substrate is placed on the base substrate, particularly in the area of the window, with an edge-side overlap with the base substrate. In this case, a particularly annular surface of the cover substrate comes into contact with a particularly annular surface of the base substrate.
  • the surfaces of the two substrates that come into contact with one another, or the substrates as a whole are flat or planar.
  • the base substrate is designed to be flat, in particular planar, at least in some areas and/or the transparent cover substrate is designed to be flat, in particular planar, at least in some areas.
  • the transparent cover substrate thus preferably comes into flat contact with the base substrate within a contact area around the at least one window.
  • This contact area can have a width, in particular surrounding the window, of at least 10 ⁇ m, preferably of at least 50 ⁇ m, particularly preferably of at least 800 ⁇ m.
  • a method step can optionally be provided to adjust the dimension of the cover substrate.
  • the method includes introducing a separation channel across the cover substrate and circumferentially around the at least one window in the base substrate.
  • the separation channel can in particular be introduced into the cover substrate after the hermetic connection between the base substrate and the cover substrate has been created.
  • the separation channel can preferably run circumferentially around the connection area, in particular run circumferentially around a linear connection area (eg in laser welding), or run within the connection area, in particular run within a flat connection area (eg in anodic bonding).
  • the separation channel can be introduced into the cover substrate, for example, by means of laser ablation.
  • an inclination of the cover substrate relative to the base substrate may be desirable in the final composite cap element.
  • the method can in particular be designed in such a way that the covering substrate is moved in the area of the window while the base substrate is simultaneously deformed in an area around the window in such a way that the cover substrate assumes an inclined position relative to the base substrate in the area of the window.
  • Such an inclination of the cover substrate in the area of the window can in particular have an angle between 1 degree and 45 degrees, preferably an angle between 10 degrees and 25 degrees.
  • a stamp can be used as a tool to carry out the displacement or deformation, which can act, for example, on the cover substrate or on the base substrate.
  • the displacement of the cover substrate in the area of the window can therefore be carried out by means of a stamp, which exerts pressure on the cover substrate in such a way that the base substrate is deformed in an area around the window.
  • a counter surface can be provided opposite the stamp, against which the base substrate is pressed, for example to increase the bond quality index and/or to strengthen the connection.
  • the displacement of the cover substrate in the area of the window can alternatively or additionally be carried out by means of a stamp, which exerts pressure on the base substrate in the area around the window, such that the base substrate is deformed in the area around the window.
  • a counter surface can be provided opposite the stamp, against which the cover substrate is pressed.
  • This counter surface can be formed, for example, by another stamp.
  • the stamp and/or the counter surface can each be designed as a circumferential collar, which acts on the respective substrate in particular in the area of the connection area and/or the contact area.
  • an optically relevant area of the covering substrate can remain unaffected by the pressure.
  • the stamp and/or the counter surface are heated, for example in order to increase the bond quality index and/or to strengthen the connection.
  • the cover substrate can be coated, for example by means of an anti-reflective coating and/or by means of certain filter layers, for example for RGB or NIR transmission, etc.
  • the base substrate and the cover substrate have different softening temperatures.
  • the softening temperatures of the base substrate and the cover substrate that differ from one another can, for example, differ from one another by at least 50K, preferably by at least 100K, particularly preferably by at least 150K.
  • the different softening temperatures of the base substrate and the cover substrate differ from one another in such a way that at the softening temperature of the base substrate and/or at the softening temperature of the cover substrate, the viscosity of the two substrates differs from one another by at least 10 0.5 Pas , preferably differs from each other by at least 10 1 Pas, particularly preferably differs from each other by at least 10 2 Pas.
  • the base substrate can in particular comprise or consist of one of the following materials: glass, in particular borosilicate glass, soda lime glass, alkali borosilicate glass, alkali borate glass, alkali phosphate glass, zinc borate glass, lead-containing glass, vanadate glass, zinc zinc phosphate glass.
  • the base substrate can comprise or consist of at least one of the materials mentioned below for the cover substrate.
  • the cover substrate can in particular comprise or consist of one of the following materials: glass, in particular aluminosilicate glass, aluminoborosilicate glass, Rare earth aluminosilicate glass, alkaline earth aluminosilicate glass, glass ceramic, quartz glass, sapphire, silicon, germanium.
  • the cover substrate may comprise or consist of at least one of the materials mentioned above for the base substrate. Some preferred embodiments will be mentioned below.
  • the bond strength, in particular the shear strength at room temperature, between the base substrate and the cover substrate is preferably at least 10 MPa.
  • the thermal expansion coefficient of the base substrate is between 2 x 10-6 K -1 and 10 x 10 -6 K -1 .
  • the thermal expansion coefficient of the cover substrate is between 2 x 10-6 K -1 and 10 x 10 -6 K -1 .
  • the absolute value of the difference in the thermal expansion coefficients of the base substrate and the cover substrate is less than 5 x 10 - 6 K -1 , preferably less than 2 x 10 -6 K -1 , particularly preferably less than 1 x 10 -6 K - 1 .
  • the base substrate has a thickness that is between 0.02mm and 5mm.
  • the cover substrate has a thickness that is between 0.02mm and 5mm.
  • the at least one window in the base substrate has an area that is between 0.5 mm x 0.5 mm and 50 mm x 50 mm.
  • the cover substrate has a surface which has an average roughness value R a which is less than or equal to 15 nm, preferably less than or equal to 10 nm, particularly preferably less than or equal to 5 nm.
  • the cover substrate in particular an optically relevant part of the window, has a flatness that is less than 20 ⁇ m.
  • the cover substrate has a thickness variation that is less than 5%, in particular, of the average thickness over the area of the window.
  • the cover substrate has a transmission of at least 90% for a wavelength between 300 nm and 2500 nm.
  • the method includes providing a base substrate with at least one window.
  • the base substrate can have a plurality of windows, each of which is formed by an opening within the base substrate, wherein the plurality of windows are preferably arranged in a regular grid.
  • the transparent cover substrate can be provided for simultaneously covering the plurality of windows and/or a plurality of transparent cover substrates can be provided, each of which is intended for covering one or more windows.
  • a hermetic connection is created between the base substrate and the cover substrate all around each of the windows, in particular by creating a linear connection area around each window, in particular by laser welding, and/or by creating a flat, for example full-surface, connection area, in particular by anodic bonding.
  • the interconnected substrates are also preferably heated at least in the area of each window, for example successively in the area of a respective window or particularly preferably simultaneously overall.
  • the cover substrates are preferably displaced in the area of each window with simultaneous deformation of the base substrate, for example successively in the area of a respective window or particularly preferably all at the same time, for which purpose, for example, a large number of stamps can be used, which in particular ensure a uniform inclination for the large number of Define displacements or deformations.
  • the invention further relates to a method for producing an encapsulated MEMS component, comprising providing a carrier substrate with a MEMS component, for example a MEMS mirror, and further comprising applying and, in particular hermetically, connecting a composite cap element, in particular a composite cap element.
  • Cap element which is produced as described above, on the carrier substrate, such that the MEMS component is enclosed, in particular hermetically, between the carrier substrate and the composite cap element.
  • the invention further relates to a composite cap element for encapsulating a MEMS component, for example a MEMS mirror, manufactured or producible according to the method as described above.
  • the invention further relates to a composite cap element for encapsulating a MEMS component, for example a MEMS mirror.
  • the composite cap member includes a base substrate having at least one window formed by an opening within the base substrate and a transparent cover substrate transparently covering the at least one window in the base substrate.
  • the composite cap element also includes a, in particular hermetic, connection between the base substrate and the cover substrate in a connection area which is formed at least around the window, such that the window is closed, in particular hermetically.
  • the base substrate has a deformation in an area around the window such that the cover substrate is positioned offset from the base substrate.
  • the base substrate and the cover substrate have different softening temperatures, with the softening temperature of the base substrate being lower than the softening temperature of the cover substrate.
  • the hermetic connection between the base substrate and the cover substrate can be linear, in particular as a laser weld seam.
  • the hermetic connection between the base substrate and the cover substrate can be flat, in particular as an anodic bond.
  • the base substrate is flat, in particular planar, at least in some areas.
  • the transparent cover substrate is designed to be flat, in particular planar, at least in some areas.
  • the transparent cover substrate is preferably in flat contact with the base substrate within a contact area around the at least one window in order to transparently cover the at least one window in the base substrate.
  • the contact area can have a width, in particular surrounding the window, of at least 10 ⁇ m, preferably of at least 50 ⁇ m, particularly preferably of at least 800 ⁇ m.
  • the composite cap element can further comprise a separation channel which runs transversely through the cover substrate and circumferentially around the at least one window.
  • the separation channel preferably runs circumferentially around the connection area, in particular circumferentially around the linear connection area, or within the connection area, in particular within the flat connection area.
  • the deformation of the base substrate is preferably designed such that the cover substrate in the area of the window has an inclination relative to the base substrate, the inclination of the cover substrate in the area of the window in particular having an angle between 1 degree and 45 degrees, preferably an angle between 10 degrees and 25 degrees.
  • the different softening temperatures of the base substrate and the cover substrate can be different from each other deviate by at least 50K, preferably deviate by at least 100K, particularly preferably deviate by at least 150K.
  • the base substrate can in particular comprise or consist of one of the following materials: glass, in particular borosilicate glass, soda lime glass, alkali borosilicate glass, alkali borate glass, alkali phosphate glass, zinc borate glass, lead-containing glass, vanadate glass, zinc zinc phosphate glass.
  • the cover substrate can in particular comprise or consist of one of the following materials: glass, in particular aluminosilicate glass, aluminoborosilicate glass, rare earth aluminosilicate glass, alkaline earth aluminosilicate glass, glass ceramic, quartz glass, sapphire, silicon, germanium.
  • the connection strength, in particular the shear strength at room temperature, between the base substrate and the cover substrate can be at least 10 MPa.
  • the thermal expansion coefficient of the base substrate can be between 2 x 10 -6 K -1 and 10 x 10 -6 K -1 .
  • the thermal expansion coefficient of the cover substrate can be between 2 x 10 -6 K -1 and 10 x 10 -6 K -1 .
  • the absolute value of the difference in the thermal expansion coefficients of the base substrate and the cover substrate can be less than 5 x 10 -6 K -1 , preferably less than 2 x 10 -6 K -1 , particularly preferably less than 1 x 10 -6 K -1 .
  • the base substrate can have a thickness that is between 0.02mm and 5mm.
  • the cover substrate can have a thickness that is between 0.02mm and 5mm.
  • the at least one window in the base substrate can have an area that is between 0.5 mm x 0.5 mm and 50 mm x 50 mm.
  • the cover substrate can have a surface which has an average roughness value R a which is less than or equal to 15 nm, preferably less than or equal to 10 nm, particularly preferably less than or equal to 5 nm.
  • the cover substrate, in particular an optically relevant part of the window can have a flatness that is less than 20 ⁇ m.
  • the cover substrate can have a thickness variation that is less than 5%, in particular of the average thickness over the area of the window.
  • the cover substrate can have a transmission of at least 90% for a wavelength between 300 nm and 2500 nm.
  • the base substrate may have a plurality of windows, each of which is formed by an opening within the base substrate and the plurality of windows are preferably arranged in a regular grid.
  • the transparent cover substrate may cover the plurality of windows simultaneously and/or a plurality of transparent cover substrates may be included, each covering one or more windows.
  • a hermetic connection between the base substrate and the cover substrate is included all around each of the windows.
  • the base substrate preferably has a deformation in an area around each of the windows such that the cover substrates are positioned offset from the base substrate.
  • the invention further relates to an encapsulated MEMS component comprising a carrier substrate with a MEMS component, for example a MEMS mirror, and a composite cap element, in particular according to the above description, which is applied to the carrier substrate and, in particular hermetically, connected in such a way that the MEMS component is enclosed, in particular hermetically, between the carrier substrate and the composite cap element.
  • a MEMS component for example a MEMS mirror
  • a composite cap element in particular according to the above description, which is applied to the carrier substrate and, in particular hermetically, connected in such a way that the MEMS component is enclosed, in particular hermetically, between the carrier substrate and the composite cap element.
  • FIG. 14-17 schematically in sectional view a fourth exemplary sequence of process steps for producing a composite cap element
  • Fig. 18, 19 schematically in sectional view alternative process steps of deformation with a stamp and a counter surface
  • Fig. 20, 21 schematically in plan view a base substrate with a plurality of windows and one or several covering substrates to cover the windows.
  • 1, 2 each show a base substrate 100 with a window 110 and a cover substrate 200, which the base substrate is placed on.
  • the cover substrate 200 is already adapted to the geometry of the window 110.
  • the cover substrate 200 is slightly larger than the window 110 located in the base substrate 110, so that the window 110 is completely covered and an overlap of the two substrates surrounding the window 110 is created, within which the substrates can be connected in a next step.
  • the cover substrate 200 has a geometry like the base substrate 100 and thus covers its entire surface.
  • 3-5 show a first exemplary sequence of process steps for producing a composite cap element.
  • a connection 310 is produced between the base substrate 100 and the cover substrate 200 brought into contact with it, for example according to FIG. 1, in this case, for example, by laser welding.
  • the connection 310 is formed circumferentially around the window 110, such that the window 110 is hermetically sealed by the cover substrate 200.
  • the interconnected substrates are or are heated, a temperature being achieved at which the base substrate 100 becomes deformable, but the cover substrate 200 remains dimensionally stable.
  • Hot forming is carried out with a stamp 500, which has a stamp surface that is inclined relative to the base substrate 100.
  • pressure is exerted on the deformable base substrate 100 in an area surrounding the window 110, which includes the connection 310, in order to deform the edge area of the base substrate 110 surrounding the window 110 and at the same time the cover substrate 200 attached there relative to the base substrate 100 to move and tilt.
  • Fig. 5 shows the composite cap element thus obtained with a contact area 400 surrounding the window 110, comprising the line-shaped connection 310, within which the two substrates are in contact with one another and preferably have a bond quality index Q which is greater than or equal to is 0.8.
  • FIG. 6-9 show a second exemplary sequence of process steps for producing a composite cap member, this sequence being similar in some aspects to the first sequence and different in other aspects.
  • a hermetic connection 310 running around the window 110 between the substrates is produced between a base substrate 100 and a cover substrate 200 placed over the entire surface, for example according to FIG. 2, in this example again by means of laser welding.
  • a separation channel 250 is inserted across the cover substrate 200 and all the way around the window 110, for example by means of laser ablation.
  • the separation channel 250 runs all the way around the linear connection 310.
  • the interconnected substrates are or are again heated in order to carry out hot forming using the stamp 500.
  • pressure is exerted by the stamp 500 on the dimensionally stable cover substrate 200 in order to move and tilt the cover substrate 200 and thereby pull out an edge region of the deformable base substrate 100 surrounding the window 110 and thereby the composite cap element shown in FIG to shape.
  • 10-13 show a third exemplary sequence of process steps for producing a composite cap member, which sequence is similar in some aspects to the first and second sequences, respectively, and differs in other aspects.
  • a first hermetic connection 310 which runs around the window 110, is produced between the two substrates between a base substrate 100 and a cover substrate 200 placed over the entire surface, for example according to FIG. 2. Furthermore, in this example, a second circumferential hermetic connection 310 is made between the substrates, with both connections 310 being made as line-shaped connections using laser welding. The second connection runs all the way around the first connection.
  • a separation channel 250 is inserted transversely through the cover substrate 200 and circumferentially around the window 110, the separation channel being introduced between the first and the second circumferential connection 310.
  • this defines the geometry of the cover substrate 200 for the window 110 to be pulled out and at the same time connects an outer part of the cover substrate 200 to the base substrate.
  • FIG. 14-17 show a fourth exemplary sequence of process steps for producing a composite cap member, which sequence is similar in some aspects to the first, second and third sequences, respectively, and differs in other aspects.
  • a flat connection 310 is produced between a base substrate 100 and a cover substrate 200 placed over the entire surface, for example as shown in FIG. 2, in this example by means of anodic bonding.
  • the connection 310 is made over the entire surface, thus in particular also in a contact area 400 of the two substrates surrounding the window 110.
  • a separation channel 250 is inserted across the cover substrate 200 and all around the window 110, wherein the separation channel runs through the flat connection 310.
  • the separation channel 250 in particular also extends transversely to the substrate plane through the area of the flat connection 310. This defines, on the one hand, an inner part of the cover substrate 200 that covers the window 110 and an outer part separated from it by the dividing line 250, which, as well the inner part, through the connection 310, is connected to the base substrate.
  • the substrates are or are heated again and the inner part of the dimensionally stable cover substrate 200 is displaced by means of the stamp 500 in order to produce the composite cap element shown in FIG. 17.
  • the stamp 500 is designed, for example, as a circumferential collar, which is designed to exert the desired pressure on the circumferential contact area 400 between the substrates. This can, for example, improve the bond quality index.
  • an inner, in particular optically relevant, part of the cover substrate 200 can be displaced without contact with the stamp 500.
  • a counter surface 550 can be provided opposite the stamp 500, against which the contact area 400 between the two substrates is pressed.
  • the counter surface 550 is also designed as a circumferential collar. However, this is only to be understood as an example.
  • stamp 500 and/or the counter surface 550 are shaped differently.
  • 20 and 21 each show, similarly to FIGS. 1 and 2, a base substrate 100, but with a plurality of windows 110, and one or more cover substrates 200 for covering the windows.
  • the process sequences described above can also be carried out using such substrates with a large number of windows, in particular simultaneously.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbund-Kappenelements insbesondere für die Verkapselung eines MEMS-Bauteils, umfassend: (a) Bereitstellen eines Basissubstrats mit zumindest einem Fenster welches durch eine Öffnung innerhalb des Basissubstrats gebildet ist, (b) Bereitstellen eines transparenten Abdecksubstrats zur transparenten Abdeckung des zumindest einen Fensters in dem Basissubstrat, (c) wobei das Basissubstrat und das Abdecksubstrat verschiedene Erweichungstemperaturen aufweisen und die Erweichungstemperatur des Basissubstrats niedriger ist als die Erweichungstemperatur des Abdecksubstrats, (d) Erzeugen einer hermetischen Verbindung zwischen dem Basissubstrat und dem Abdecksubstrat in einem Verbindungsbereich, welcher zumindest um das Fenster umlaufend ausgebildet ist (e) Erwärmen der miteinander verbundenen Substrate zumindest in einem Randbereich des Fensters auf eine Temperatur, bei welcher das Basissubstrat verformbar wird und das Abdecksubstrat formstabil bleibt, (f) Verschieben des formstabilen Abdecksubstrats im Bereich des Fensters bei gleichzeitiger Verformung des verformbaren Basissubstrats in einem Bereich um das Fenster, sowie ein entsprechendes Verbund-Kappenelement.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Verbund-Kappenelements und Verbund-Kappenelement Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbund-Kappenelements insbesondere für die Verkapselung eines MEMS-Bauteils, z.B. eines MEMS-Spiegels, und ein entsprechendes Verbund-Kappenelement. Bei der Herstellung von Mikrosystemen spielt die Herstellung des Gehäuses eine wesentliche Rolle, da es den Aufbau des Systems und dessen Schutz vor mechanischen, chemischen und anderen Einflüssen während der Verarbeitung und des Betriebs bestimmt. Eine häufig angewandte Methode ist das sog. Wafer-Level- Packaging (WLP) bei welchem bestimmte Verfahrensschritte bereits vor dem Zerschneiden des Wafers durchgeführt werden. Bei der Herstellung von Gehäusen für Mikrosysteme mit beweglichen Teilen, insbesondere von mikro- elektromechanischen Systemen (MEMS) oder mikro-opto- elektromechanischen Systemen (MOEMS), wie z. B. Beschleunigungsmesser, Gyroskope oder Mikrospiegel, kommen häufig Kappenelemente mit definierten Hohlräumen zum Einsatz. Bei der Verkapselung optoelektronischer Mikrosysteme kommen Kappenelemente mit optisch transparenten Elementen zum Einsatz. Hierbei bestehen mitunter hohe Anforderungen an die Oberfläche und die geometrischen Eigenschaften und in vielen Fällen ist eine hermetische Verkapselung wünschenswert. Darüber hinaus kann bei Herstellung einer Vielzahl von Kappenelementen eine hohe Gleichmäßigkeit der einzelnen Elemente, insbesondere über die gesamte Waferfläche erstrebenswert sein. Im Fall von hocheffizienten MEMS-Spiegeln für Scanning- Anwendungen, wie z.B. Lichtprojektion oder LiDAR- oder XR- Geräte, werden ferner häufig Gehäusegeometrien angestrebt, welche parasitäre Reflexionen reduzieren, die zu Abbildungsartefakten führen würden. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Verbund-Kappenelements insbesondere für die Verkapselung eines MEMS-Bauteils, z.B. eines MEMS-Spiegels, sowie ein entsprechendes Verbund- Kappenelement anzugeben, welches eine hochpräzise Fertigung ermöglicht, insbesondere hochpräzise geformte, hochpräzise ausgerichtete und/oder hochpräzise verbundene transparente Elemente ermöglicht, insbesondere um eine hohe Uniformität und optische Qualität zu erzielen, sowie ferner eine effiziente und skalierbare Herstellung ermöglicht, welche es insbesondere erlaubt, die Anzahl der Verfahrensschritte, insbesondere der Nachbearbeitungsschritte, zu vermindern. Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen definiert. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbund-Kappenelements insbesondere für die Verkapselung eines MEMS-Bauteils, z.B. eines MEMS-Spiegels. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Basissubstrats mit zumindest einem Fenster, welches durch eine Öffnung innerhalb des Basissubstrats gebildet ist und das Bereitstellen eines transparenten Abdecksubstrats zur transparenten Abdeckung des zumindest einen Fensters in dem Basissubstrat. Das Basissubstrat und das Abdecksubstrat weisen dabei verschiedene Erweichungstemperaturen auf, wobei die Erweichungstemperatur des Basissubstrats niedriger ist als die Erweichungstemperatur des Abdecksubstrats. Das Verfahren umfasst weiterhin das Erzeugen einer, insbesondere hermetischen, Verbindung zwischen dem Basissubstrat und dem Abdecksubstrat in einem Verbindungsbereich, welcher zumindest um das Fenster umlaufend ausgebildet ist, um das Fenster hermetisch zu verschließen. Das Verfahren umfasst ferner das Erwärmen der miteinander verbundenen Substrate zumindest in einem Randbereich des Fensters auf eine Temperatur, bei welcher das Basissubstrat verformbar wird und das Abdecksubstrat formstabil bleibt. Zudem umfasst das Verfahren das Verschieben des formstabilen Abdecksubstrats im Bereich des Fensters bei gleichzeitiger Verformung des verformbaren Basissubstrats in einem Bereich um das Fenster, um das Verbund- Kappenelement zu formen. Wie beschrieben weisen das Basissubstrat und das Abdecksubstrat verschiedene Erweichungstemperaturen auf. Unter der Erweichungstemperatur ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere eine Temperatur zu verstehen ab welcher das jeweilige Substrat verformbar wird. Bevorzugt ist hierunter diejenige Temperatur zu verstehen bei welcher das jeweilige Substrat eine Viskosität von 107,6 dPas (Dezipascalsekunden) erreicht. Wie beschrieben werden im Rahmen des beschriebenen Verfahrens die miteinander verbundenen Substrate auf eine Temperatur erwärmt, bei welcher das Basissubstrat verformbar wird, das Abdecksubstrat jedoch formstabil bleibt. Insbesondere können die miteinander verbundenen Substrate auf eine Temperatur erwärmt werden, bei welcher das Basissubstrat eine Viskosität von unter 1013 Pas (Pascalsekunden) erreicht, vorzugsweise auf eine Temperatur, bei welcher das Basissubstrat eine Viskosität von unter 1012 Pas (Pascalsekunden) erreicht, besonders bevorzugt auf eine Temperatur, bei welcher das Basissubstrat eine Viskosität von unter 1011 Pas (Pascalsekunden) erreicht, nochmals bevorzugter auf eine Temperatur, bei welcher das Basissubstrat eine Viskosität von unter 109 Pas (Pascalsekunden) erreicht, nochmals bevorzugter auf eine Temperatur, bei welcher das Basissubstrat eine Viskosität von unter 108 Pas (Pascalsekunden) erreicht, und wobei das Abdecksubstrat eine höhere Viskosität beibehält, insbesondere eine um zumindest 101 Pas oder auch 102 Pas höhere Viskosität. Insbesondere werden die miteinander verbundenen Substrate auf eine Temperatur erwärmt, welche oberhalb der Erweichungstemperatur des Basissubstrats und unterhalb der Erweichungstemperatur des Abdecksubstrats liegt. Grundsätzlich ist die zeitliche Abfolge der vorstehend genannten Verfahrensschritte nicht festgelegt. Vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, dass das Erzeugen der hermetischen Verbindung zwischen dem Basissubstrat und dem Abdecksubstrat erfolgt bevor das Erwärmen der miteinander verbundenen Substrate erfolgt und/oder bevor das Verschieben des Abdecksubstrats im Bereich des Fensters bei gleichzeitiger Verformung des Basissubstrats in einem Bereich um das Fenster erfolgt. Die hermetische Verbindung, welche zwischen dem Basissubstrat und dem Abdecksubstrat hergestellt wird, kann auf verschiedene Weisen hergestellt werden. Beispielsweise kann die hermetische Verbindung zwischen dem Basissubstrat und dem Abdecksubstrat mittels Laserschweißen erfolgen und/oder derart, dass der um das Fenster umlaufende Verbindungsbereich linienförmig ausgebildet ist. Die hermetische Verbindung kann jedoch auch mittels anodischem Bonden erfolgen und/oder derart, dass der um das Fenster umlaufende Verbindungsbereich flächenförmig ausgebildet ist. Wie beschrieben wird bei dem Verfahren das in dem Basissubstrat vorhandene Fenster durch das transparente Abdecksubstrat verschlossen. Dabei wird das Abdecksubstrat insbesondere im Bereich des Fensters mit einer randseitigen Überlappung mit dem Basissubstrat auf das Basissubstrat aufgelegt. Dabei kommt somit eine, insbesondere ringförmige, Fläche des Abdecksubstrats mit einer, insbesondere ringförmigen, Fläche des Basissubstrats in Kontakt. Vorzugsweise sind zumindest die miteinander in Kontakt kommenden Flächen der beiden Substrate, oder auch die Substrate im Ganzen, eben bzw. planar ausgebildet. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Basissubstrat zumindest bereichsweise flächig, insbesondere planar, ausgebildet ist und/oder wobei das transparente Abdecksubstrat zumindest bereichsweise flächig, insbesondere planar, ausgebildet ist. Indem das Fenster in dem Basissubstrat durch das Abdecksubstrat abgedeckt wird, kommt das transparente Abdecksubstrat somit vorzugsweise innerhalb eines Kontaktbereichs um das zumindest eine Fenster in flächigen Kontakt mit dem Basissubstrat. Dieser Kontaktbereich kann eine, insbesondere um das Fenster umlaufende, Breite von zumindest 10 µm aufweisen, vorzugsweise von zumindest 50 µm aufweisen, besonders bevorzugt von zumindest 800 µm aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass zwischen dem Basissubstrat und dem Abdecksubstrat ein Bond- Quality-Index Q besteht, welcher größer oder gleich 0,8 ist, bevorzugt größer oder gleich 0,9 ist, nochmals bevorzugter größer oder gleich 0,95 ist. Der Bond-Quality-Index Q ist dabei Q = 1–(A–G)/A, wobei A die Fläche des Kontaktbereichs zwischen dem Basissubstrat und dem Abdecksubstrat bezeichnet und G eine Gutfläche bezeichnet, innerhalb welcher der Abstand zwischen den Substraten kleiner ist als 5 µm, bevorzugt kleiner ist als 2 µm, nochmals bevorzugter kleiner ist als 1 µm, nochmals bevorzugter kleiner ist als 0,3 µm. Je nachdem ob das Abdecksubstrat bereits bei Auflegen auf das Basissubstrat eine gewünschte Dimension aufweist oder eine gewünschte Dimension erst nach dem Auflegen erzeugt wird, kann optional ein Verfahrensschritt vorgesehen sein, um die Dimension des Abdecksubstrats anzupassen. Insbesondere umfasst das Verfahren in manchen Verfahrens- Varianten das Einbringen eines Trennkanals quer durch das Abdecksubstrat und umlaufend um das zumindest eine Fenster in dem Basissubstrat. Der Trennkanal kann dabei insbesondere in das Abdecksubstrat eingebracht werden, nachdem die hermetische Verbindung zwischen dem Basissubstrat und dem Abdecksubstrat erzeugt wurde. Der Trennkanal kann vorzugsweise umlaufend um den Verbindungsbereich verlaufen, insbesondere umlaufend um einen linienförmigen Verbindungsbereich verlaufen (z.B. bei Laserschweißen), oder innerhalb des Verbindungsbereichs verlaufen, insbesondere innerhalb eines flächenförmigen Verbindungsbereichs verlaufen (z.B. bei anodischem Bonden). Der Trennkanal kann beispielsweise mittels Laserablation in das Abdecksubstrat eingebracht werden. Insbesondere im Hinblick auf MEMS-Spiegel, aber grundsätzlich auch davon unabhängig, kann in dem finalen Verbund-Kappenelement eine Schrägstellung des Abdecksubstrats gegenüber dem Basissubstrat wünschenswert sein. Vor diesem Hintergrund kann das Verfahren insbesondere derart ausgebildet sein, dass das Verschieben des Abdecksubstrats im Bereich des Fensters bei gleichzeitiger Verformung des Basissubstrats in einem Bereich um das Fenster, derart erfolgt, dass das Abdecksubstrat im Bereich des Fensters eine Schrägstellung gegenüber dem Basissubstrat einnimmt. Eine solche Schrägstellung des Abdecksubstrats im Bereich des Fensters kann insbesondere einen Winkel zwischen 1 Grad und 45 Grad aufweisen, vorzugsweise einen Winkel zwischen 10 Grad und 25 Grad aufweisen. Als Werkzeug, um die Verschiebung bzw. Verformung auszuführen kann ein Stempel zum Einsatz kommen, welcher z.B. auf das Abdecksubstrat oder auf das Basissubstrat einwirken kann. Das Verschieben des Abdecksubstrats im Bereich des Fensters kann somit mittels eines Stempels erfolgen, welcher auf das Abdecksubstrat einen Druck ausübt, derart, dass das Basissubstrats in einem Bereich um das Fenster verformt wird. Optional kann hierbei dem Stempel gegenüberliegend eine Gegenfläche vorgesehen sein, gegen welche das Basissubstrat gedrückt wird, z.B. um den Bond-Quality-Index zu erhöhen und/oder die Verbindung zu stärken. Das Verschieben des Abdecksubstrats im Bereich des Fensters kann alternativ oder zusätzlich mittels eines Stempels erfolgen, welcher auf das Basissubstrat im Bereich um das Fenster einen Druck ausübt, derart, dass das Basissubstrat in dem Bereich um das Fenster verformt wird. Optional kann wiederum dem Stempel gegenüberliegend eine Gegenfläche vorgesehen sein, gegen welche das Abdecksubstrat gedrückt wird. Diese Gegenfläche kann z.B. durch einen weiteren Stempel gebildet sein. Der Stempel und/oder die Gegenfläche kann jeweils als umlaufender Kragen ausgebildet sein, welcher insbesondere im Bereich des Verbindungsbereichs und/oder des Kontaktbereichs auf das jeweilige Substrat einwirkt. Hierdurch kann z.B. ein optisch relevanter Bereich des Abdecksubstrats von dem Druck unbeeinflusst bleiben. Ferner kann vorgesehen sein, dass der Stempel und/oder die Gegenfläche beheizt sind, z.B. um den Bond-Quality-Index zu erhöhen und/oder die Verbindung zu stärken. In einer Weiterbildung der Erfindung kann das Abdecksubstrat beschichtet sein, z.B. mittels einer Antireflexbeschichtung und/oder mittels bestimmter Filterschichten, z.B. für RGB- oder NIR-Transmission etc. Auch im Falle solcher Beschichtungen kann ein Stempel als umlaufender Kragen vorteilhaft sein, um solche Schichten nicht zu verletzen. Wie oben beschrieben, weisen das Basissubstrat und das Abdecksubstrat unterschiedliche Erweichungstemperaturen auf. Die voneinander abweichenden Erweichungstemperaturen des Basissubstrats und des Abdecksubstrats können z.B. voneinander um mindestens 50K abweichen, vorzugsweise um mindestens 100K abweichen, besonders bevorzugt um mindestens 150K abweichen. Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass die voneinander abweichenden Erweichungstemperaturen des Basissubstrats und des Abdecksubstrats derart voneinander abweichen, dass bei der Erweichungstemperatur des Basissubstrats und/oder bei der Erweichungstemperatur des Abdecksubstrats die Viskosität der beiden Substrate um mindestens 100,5 Pas voneinander abweicht, vorzugsweise um mindestens 101 Pas voneinander abweicht, besonders bevorzugt um mindestens 102 Pas voneinander abweicht. Im Hinblick auf die Materialien kann das Basissubstrat insbesondere eines der folgenden Materialien umfassen oder daraus bestehen: Glas, insbesondere Borosilikatglas, Kalknatronglas, Alkaliborosilikatglas, Alkaliboratglas, Alkaliphosphatglas, Zinkboratglas, bleihaltiges Glas, Vanadatglas, Zinzinkphosphatglas. Es ist jedoch auch möglich, dass das Basissubstrat zumindest eines der Materialien umfasst oder daraus besteht, welches nachfolgend für das Abdecksubstrat genannt sind. Das Abdecksubstrat kann insbesondere eines der folgenden Materialien umfassen oder daraus bestehen: Glas, insbesondere Alumosilikatglas, Alumoborosilikatglas, Seltenerdalumosilikatglas, Erdalkalialumosilikatglas, Glaskeramik, Quarzglas, Saphir, Silizium, Germanium. Es ist jedoch auch möglich, dass das Abdecksubstrat zumindest eines der Materialien umfasst oder daraus besteht, welche vorstehend für das Basissubstrat genannt sind. Nachfolgend sollen einige bevorzugte Ausführungsformen genannt werden. In einigen Ausführungsformen beträgt die Verbindungsstärke, insbesondere die Scherstärke bei Raumtemperatur, zwischen dem Basissubstrat und dem Abdecksubstrat vorzugsweise zumindest 10 MPa. In einigen Ausführungsformen liegt der thermische Ausdehnungskoeffizient des Basissubstrats zwischen 2 x 10- 6K-1 und 10 x 10-6K-1. In einigen Ausführungsformen liegt der thermische Ausdehnungskoeffizient des Abdecksubstrats zwischen 2 x 10- 6K-1 und 10 x 10-6K-1. In einigen Ausführungsformen ist der Absolutwert der Differenz der thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Basissubstrats und des Abdecksubstrats geringer als 5 x 10- 6K-1, vorzugsweise geringer als 2 x 10-6K-1, besonders bevorzugt geringer als 1 x 10-6K-1. In einigen Ausführungsformen weist das Basissubstrat eine Dicke auf, welche zwischen 0,02mm und 5mm liegt. In einigen Ausführungsformen weist das Abdecksubstrat eine Dicke auf, welche zwischen 0,02mm und 5mm liegt. In einigen Ausführungsformen weist das zumindest eine Fenster in dem Basissubstrat eine Fläche auf, welche zwischen 0,5 mm x 0,5 mm und 50 mm x 50mmm liegt. In einigen Ausführungsformen weist das Abdecksubstrat eine Oberfläche auf, welche einen Mittenrauwert Ra aufweist, welcher kleiner gleich 15nm ist, vorzugsweise kleiner gleich 10nm ist, besonders bevorzugt kleiner gleich 5nm ist. In einigen Ausführungsformen weist das Abdecksubstrat, insbesondere ein optisch relevanter Teil des Fensters, eine Ebenheit auf, welche kleiner ist als 20 µm. In einigen Ausführungsformen weist das Abdecksubstrat eine Dickenvariation auf, welche geringer ist als 5 %, insbesondere der mittleren Dicke über die Fläche des Fensters. In einigen Ausführungsformen weist das Abdecksubstrats für eine Wellenlänge zwischen 300 nm und 2500 nm eine Transmission auf, welche zumindest 90 % beträgt. Wie beschrieben umfasst das Verfahren das Bereitstellen eines Basissubstrats mit zumindest einem Fenster. In einer Weiterbildung können jedoch auch mehrere Fenster in dem Basissubstrat vorgesehen sein. Demnach kann das Basissubstrat in einer Weiterbildung eine Vielzahl von Fenstern aufweisen, welche jeweils durch eine Öffnung innerhalb des Basissubstrats gebildet sind, wobei die Vielzahl von Fenstern vorzugsweise in einem regelmäßigen Raster angeordnet sind. In diesem Fall kann das transparente Abdecksubstrat zur gleichzeitigen Abdeckung der Vielzahl von Fenstern vorgesehen sein und/oder es kann eine Vielzahl von transparenten Abdecksubstraten bereitgestellt werden, welche jeweils zur Abdeckung eines oder mehrerer Fenster vorgesehen sind. Vorzugsweise wird umlaufend um jedes der Fenster eine hermetische Verbindung zwischen dem Basissubstrat und dem Abdecksubstrat erzeugt, indem insbesondere um jedes Fenster ein linienförmiger Verbindungsbereich, insbesondere durch Laserschweißen, erzeugt wird und/oder indem ein flächenförmiger, z.B. vollflächiger, Verbindungsbereich, insbesondere durch anodisches Bonden, zwischen den Substraten erzeugt wird. Die miteinander verbundenen Substrate werden zudem vorzugsweise zumindest im Bereich jedes Fensters erwärmt, z.B. sukzessive im Bereich eines jeweiligen Fensters oder besonders bevorzugt gleichzeitig insgesamt. Zudem werden die Abdecksubstrate vorzugweise im Bereich jedes Fensters verschoben bei gleichzeitiger Verformung des Basissubstrats, z.B. sukzessive im Bereich eines jeweiligen Fensters oder besonders bevorzugt allesamt gleichzeitig, wobei hierzu beispielsweise eine Vielzahl von Stempeln zum Einsatz kommen kann, welche insbesondere eine einheitliche Schrägstellung für die Vielzahl von Verschiebungen bzw. Verformungen definieren. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines verkapselten MEMS-Bauteils umfassend das Bereitstellen eines Trägersubstrats mit einem MEMS-Bauteil, z.B. eines MEMS-Spiegels, und ferner umfassend das Aufbringen und, insbesondere hermetische, Verbinden eines Verbund-Kappenelements, insbesondere eines Verbund- Kappenelements, welches wie vorstehend beschrieben hergestellt ist, auf dem Trägersubstrat, derart, dass das MEMS-Bauteil zwischen dem Trägersubstrat und dem Verbund- Kappenelement, insbesondere hermetisch, eingeschlossen ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verbund-Kappenelement für die Verkapselung eines MEMS-Bauteils, z.B. eines MEMS- Spiegels, hergestellt oder herstellbar gemäß dem Verfahren wie vorstehend beschrieben. Die Erfindung betrifft ferner ein Verbund-Kappenelement für die Verkapselung eines MEMS-Bauteils, z.B. eines MEMS- Spiegels. Das Verbund-Kappenelement umfasst ein Basissubstrat mit zumindest einem Fenster, welches durch eine Öffnung innerhalb des Basissubstrats gebildet ist und ein transparentes Abdecksubstrat, welches das zumindest eine Fenster in dem Basissubstrat transparent abdeckt. Das Verbund-Kappenelement umfasst zudem eine, insbesondere hermetische, Verbindung zwischen dem Basissubstrat und dem Abdecksubstrat in einem Verbindungsbereich, welcher zumindest um das Fenster umlaufend ausgebildet ist, derart, dass das Fenster, insbesondere hermetisch, verschlossen ist. Das Basissubstrat weist in einem Bereich um das Fenster eine Verformung auf, derart, dass das Abdecksubstrat gegenüber dem Basissubstrat verschoben positioniert ist. Ferner weisen das Basissubstrat und das Abdecksubstrat verschiedene Erweichungstemperaturen auf, wobei die Erweichungstemperatur des Basissubstrats niedriger ist als die Erweichungstemperatur des Abdecksubstrats. Die hermetische Verbindung zwischen dem Basissubstrat und dem Abdecksubstrat kann linienförmig, insbesondere als Laserschweißnaht ausgebildet sein. Die hermetische Verbindung zwischen dem Basissubstrat und dem Abdecksubstrat kann flächenförmig, insbesondere als anodischer Bond ausgebildet sein. Das Basissubstrat ist zumindest bereichsweise flächig, insbesondere planar, ausgebildet. Ferner ist das transparente Abdecksubstrat zumindest bereichsweise flächig, insbesondere planar, ausgebildet. Das transparente Abdecksubstrat steht vorzugsweise innerhalb eines Kontaktbereichs um das zumindest eine Fenster in flächigem Kontakt mit dem Basissubstrat, um das zumindest eine Fenster in dem Basissubstrat transparent abzudecken. Der Kontaktbereich kann eine, insbesondere um das Fenster umlaufende, Breite von zumindest 10 µm aufweisen, vorzugsweise von zumindest 50 µm aufweisen, besonders bevorzugt von zumindest 800 µm aufweisen. Zwischen dem Basissubstrat und dem Abdecksubstrat besteht insbesondere ein Bond-Quality-Index Q, welcher größer oder gleich 0,8 ist, bevorzugt größer oder gleich 0,9 ist, nochmals bevorzugter größer oder gleich 0,95 ist. Der Bond-Quality-Index Q ist dabei Q = 1–(A–G)/A, wobei A die Fläche des Kontaktbereichs zwischen dem Basissubstrat und dem Abdecksubstrat bezeichnet und G eine Gutfläche bezeichnet, innerhalb welcher der Abstand zwischen den Substraten kleiner ist als 5 µm, bevorzugt kleiner ist als 2 µm, nochmals bevorzugter kleiner ist als 1 µm, nochmals bevorzugter kleiner ist als 0,3 µm. Das Verbund-Kappenelement kann ferner einen Trennkanal umfassen, welcher quer durch das Abdecksubstrat und umlaufend um das zumindest eine Fenster verläuft. Der Trennkanal verläuft vorzugsweise umlaufend um den Verbindungsbereich, insbesondere umlaufend um den linienförmigen Verbindungsbereich, oder innerhalb des Verbindungsbereichs, insbesondere innerhalb des flächenförmigen Verbindungsbereichs. Die Verformung des Basissubstrats ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass das Abdecksubstrat im Bereich des Fensters eine Schrägstellung gegenüber dem Basissubstrat aufweist, wobei die Schrägstellung des Abdecksubstrats im Bereich des Fensters insbesondere einen Winkel zwischen 1 Grad und 45 Grad aufweist, vorzugsweise einen Winkel zwischen 10 Grad und 25 Grad aufweist. Die voneinander abweichenden Erweichungstemperaturen des Basissubstrats und des Abdecksubstrats können voneinander um mindestens 50K abweichen, vorzugsweise um mindestens 100K abweichen, besonders bevorzugt um mindestens 150K abweichen. Das Basissubstrat kann insbesondere eines der folgenden Materialien umfassen oder daraus bestehen: Glas, insbesondere Borosilikatglas, Kalknatronglas, Alkaliborosilikatglas, Alkaliboratglas, Alkaliphosphatglas, Zinkboratglas, bleihaltiges Glas, Vanadatglas, Zinzinkphosphatglas. Das Abdecksubstrat kann insbesondere eines der folgenden Materialien umfassen oder daraus bestehen: Glas, insbesondere Alumosilikatglas, Alumoborosilikatglas, Seltenerdalumosilikatglas, Erdalkalialumosilikatglas, Glaskeramik, Quarzglas, Saphir, Silizium, Germanium. Die Verbindungsstärke, insbesondere die Scherstärke bei Raumtemperatur, zwischen dem Basissubstrat und dem Abdecksubstrat kann zumindest 10 MPa betragen. Der thermische Ausdehnungskoeffizient des Basissubstrats kann zwischen 2 x 10-6K-1 und 10 x 10-6K-1 liegen. Der thermische Ausdehnungskoeffizient des Abdecksubstrats kann zwischen 2 x 10-6K-1 und 10 x 10-6K-1 liegen. Der Absolutwert der Differenz der thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Basissubstrats und des Abdecksubstrats kann geringer als 5 x 10-6K-1, vorzugsweise geringer als 2 x 10-6K-1, besonders bevorzugt geringer als 1 x 10-6K-1 sein. Das Basissubstrat kann eine Dicke aufweisen, welche zwischen 0,02mm und 5mm liegt. Das Abdecksubstrat kann eine Dicke aufweisen, welche zwischen 0,02mm und 5mm liegt. Das zumindest eine Fenster in dem Basissubstrat kann eine Fläche aufweisen, welche zwischen 0,5 mm x 0,5 mm und 50 mm x 50mmm liegt. Das Abdecksubstrat kann eine Oberfläche aufweisen, welche einen Mittenrauwert Ra aufweist, welcher kleiner gleich 15nm ist, vorzugsweise kleiner gleich 10nm ist, besonders bevorzugt kleiner gleich 5nm ist. Das Abdecksubstrat, insbesondere ein optisch relevanter Teil des Fensters, kann eine Ebenheit aufweisen, welche kleiner ist als 20 µm. Das Abdecksubstrat kann eine Dickenvariation aufweisen, welche geringer ist als 5 %, insbesondere der mittleren Dicke über die Fläche des Fensters. Das Abdecksubstrats kann für eine Wellenlänge zwischen 300 nm und 2500 nm eine Transmission aufweisen, welche zumindest 90 % beträgt. Das Basissubstrat kann eine Vielzahl von Fenstern aufweisen, welche jeweils durch eine Öffnung innerhalb des Basissubstrats gebildet sind und wobei die Vielzahl von Fenstern vorzugsweise in einem regelmäßigen Raster angeordnet sind. Das transparente Abdecksubstrat kann die Vielzahl von Fenstern gleichzeitig abdecken und/oder eine Vielzahl von transparenten Abdecksubstraten kann umfasst sein, welche jeweils eines oder mehrere Fenster abdecken. Vorzugsweise ist eine hermetische Verbindung zwischen dem Basissubstrat und dem Abdecksubstrat umlaufend um jedes der Fenster umfasst. Das Basissubstrat weist vorzugsweise in einem Bereich um jedes der Fenster eine Verformung auf, derart, dass die Abdecksubstrate gegenüber dem Basissubstrat verschoben positioniert sind. Die Erfindung betrifft ferner ein verkapseltes MEMS-Bauteil umfassend ein Trägersubstrat mit einem MEMS-Bauteil, z.B. eines MEMS-Spiegel, und einem Verbund-Kappenelement, insbesondere gemäß der vorstehenden Beschreibung, welches auf dem Trägersubstrat aufgebracht und, insbesondere hermetisch, verbunden ist, derart, dass das MEMS-Bauteil zwischen dem Trägersubstrat und dem Verbund-Kappenelement, insbesondere hermetisch, eingeschlossen ist. Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand von Figuren erläutert. Dabei zeigen: Fig. 1, 2 schematisch in Aufsicht ein Basissubstrat mit einem Fenster und ein Abdecksubstrat, Fig. 3-5 schematisch in Schnittansicht eine erste beispielhafte Abfolge von Verfahrensschritten zur Herstellung eines Verbund-Kappenelements, Fig. 6-9 schematisch in Schnittansicht eine zweite beispielhafte Abfolge von Verfahrensschritten zur Herstellung eines Verbund-Kappenelements, Fig. 10-13 schematisch in Schnittansicht eine dritte beispielhafte Abfolge von Verfahrensschritten zur Herstellung eines Verbund-Kappenelements, Fig. 14-17 schematisch in Schnittansicht eine vierte beispielhafte Abfolge von Verfahrensschritten zur Herstellung eines Verbund-Kappenelements, Fig. 18,19 schematisch in Schnittansicht alternative Verfahrensschritte der Verformung mit einem Stempel und einer Gegenfläche, Fig. 20, 21 schematisch in Aufsicht ein Basissubstrat mit einer Vielzahl von Fenstern und einem oder mehreren Abdecksubstraten zur Abdeckung der Fenster. Fig. 1, 2 zeigen jeweils ein Basissubstrats 100 mit einem Fenster 110 und ein Abdecksubstrat 200, welches auf das das Basissubstrat aufgelegt wird. In Fig. 1 ist das Abdecksubstrat 200 bereits an die Geometrie des Fensters 110 angepasst. Das Abdecksubstrat 200 ist allerdings etwas größer als das in dem Basissubstrat 110 befindliche Fenster 110, so dass das Fenster 110 vollständig abgedeckt wird und eine um das Fenster 110 umlaufende Überlappung der beiden Substrate entsteht innerhalb welcher die Substrate in einem nächsten Schritt verbunden werden können. In Fig. 2 weist das Abdecksubstrat 200 eine Geometrie wie das Basissubstrat 100 auf und deckt dieses somit vollflächig ab. Die Fig. 3-5 zeigen eine erste beispielhafte Abfolge von Verfahrensschritten zur Herstellung eines Verbund- Kappenelements. In dem in Fig. 3 dargestellten Verfahrensschritt wird zwischen dem Basissubstrat 100 und dem z.B. gemäß Fig. 1 damit in Kontakt gebrachten Abdecksubstrat 200 eine Verbindung 310 hergestellt, in diesem Fall z.B. durch Laserschweißen. Die Verbindung 310 ist um das Fenster 110 umlaufend ausgebildet, derart, dass das Fenster 110 durch das Abdecksubstrat 200 hermetisch verschlossen ist. In dem in Fig. 4 dargestellten Verfahrensschritt sind oder werden die miteinander verbundenen Substrate erwärmt, wobei eine Temperatur erzielt wird, bei welcher das Basissubstrat 100 verformbar wird, aber das Abdecksubstrat 200 formstabil bleibt. Mit einem Stempel 500, welcher eine gegenüber dem Basissubstrat 100 schräggestellte Stempelfläche aufweist, wird eine Heißformung durchgeführt. Dabei wird auf das verformbare Basissubstrat 100 in einem Bereich umlaufend um das Fenster 110, welcher die Verbindung 310 umfasst, ein Druck ausgeübt, um den um das Fenster 110 umlaufenden Randbereich des Basissubstrats 110 zu verformen und dabei zugleich das dort befestigte Abdecksubstrat 200 gegenüber dem Basissubstrat 100 zu verschieben und schrägzustellen. Fig. 5 zeigt das so erhaltene Verbund-Kappenelement mit einem um das Fenster 110 umlaufenden Kontaktbereich 400, umfassend die linienförmige Verbindung 310, innerhalb dessen die beiden Substrate miteinander in Kontakt stehen und vorzugsweise einen Bond-Quality-Index Q aufweisen, welcher größer oder gleich 0,8 ist. Die Fig. 6-9 zeigen eine zweite beispielhafte Abfolge von Verfahrensschritten zur Herstellung eines Verbund- Kappenelements, wobei diese Abfolge in einigen Aspekten ähnlich zu der ersten Abfolge ist und in anderen Aspekten davon abweicht. In dem in Fig. 6 dargestellten Verfahrensschritt wird zwischen einem Basissubstrat 100 und einem z.B. gemäß Fig. 2 vollflächig aufgelegten Abdecksubstrat 200 eine um das Fenster 110 umlaufende hermetische Verbindung 310 zwischen den Substraten hergestellt, in diesem Beispiel wiederum mittels Laserschweißen. In dem in Fig. 7 dargestellten Verfahrensschritt wird quer durch das Abdecksubstrat 200 und umlaufend um das Fenster 110 ein Trennkanal 250 eingefügt, beispielsweise mittels Laserablation. Der Trennkanal 250 verläuft dabei umlaufend um die linienförmige Verbindung 310. Hierdurch wird die Geometrie des Abdecksubstrats 200 an die Geometrie des Fensters 110 angepasst und ein überschüssiger äußerer Teil des Abdecksubstrats 200 kann verworfen werden. In dem in Fig. 8 dargestellten Verfahrensschritt sind oder werden die miteinander verbundenen Substrate wiederum erwärmt, um mittels des Stempels 500 eine Heißformung zu vollziehen. In diesem Beispiel wird von dem Stempel 500 auf das formstabile Abdecksubstrat 200 ein Druck ausgeübt, um das Abdecksubstrat 200 zu verschieben und schrägzustellen und dabei einen um das Fenster 110 umlaufenden Randbereich des verformbaren Basissubstrats 100 auszuziehen und dadurch das in Fig. 9 gezeigte Verbund-Kappenelement zu formen. Die Fig. 10-13 zeigen eine dritte beispielhafte Abfolge von Verfahrensschritten zur Herstellung eines Verbund- Kappenelements, wobei diese Abfolge in einigen Aspekten ähnlich zu der ersten bzw. zweiten Abfolge ist und in anderen Aspekten davon abweicht. In dem in Fig. 10 dargestellten Verfahrensschritt wird zwischen einem Basissubstrat 100 und einem z.B. gemäß Fig. 2 vollflächig aufgelegten Abdecksubstrat 200 eine um das Fenster 110 umlaufende erste hermetische Verbindung 310 zwischen den beiden Substraten hergestellt. Darüber hinaus wird in diesem Beispiel eine zweite umlaufende hermetische Verbindung 310 zwischen den Substraten hergestellt, wobei beide Verbindungen 310 als linienförmige Verbindungen mittels Laserschweißen hergestellt werden. Die zweite Verbindung verläuft umlaufend um die erste Verbindung. In dem in Fig. 11 dargestellten Verfahrensschritt wird quer durch das Abdecksubstrat 200 und umlaufend um das Fenster 110 ein Trennkanal 250 eingefügt, wobei der Trennkanal zwischen der ersten und der zweiten umlaufenden Verbindung 310 eingebracht wird. Hierdurch wird einerseits die Geometrie des Abdecksubstrats 200 für das auszuziehende Fenster 110 definiert und zugleich ein äußerer Teil des Abdecksubstrats 200 mit dem Basissubstrat verbunden. In dem in Fig. 12 dargestellten Verfahrensschritt sind oder werden die Substrate wiederum erwärmt und der innere Teil des formstabilen Abdecksubstrats 200, welcher durch die Trennlinie 250 von dem äußeren Teil isoliert ist, wird mittels des Stempels 500 verschoben, um das in Fig. 13 gezeigte Verbund-Kappenelement herzustellen. Die Fig. 14-17 zeigen eine vierte beispielhafte Abfolge von Verfahrensschritten zur Herstellung eines Verbund- Kappenelements, wobei diese Abfolge in einigen Aspekten ähnlich zu der ersten, zweiten bzw. dritten Abfolge ist und in anderen Aspekten davon abweicht. In dem in Fig. 14 dargestellten Verfahrensschritt wird zwischen einem Basissubstrat 100 und einem z.B. gemäß Fig. 2 vollflächig aufgelegten Abdecksubstrat 200 eine flächenförmige Verbindung 310 hergestellt, in diesem Beispiel mittels anodischem Bonden. Die Verbindung 310 wird in diesem Beispiel vollflächig hergestellt, somit insbesondere auch in einem um das Fenster 110 umlaufenden Kontaktbereich 400 der beiden Substrate In dem in Fig. 15 dargestellten Verfahrensschritt wird quer durch das Abdecksubstrat 200 und umlaufend um das Fenster 110 ein Trennkanal 250 eingefügt, wobei der Trennkanal durch die flächenförmige Verbindung 310 verläuft. Der Trennkanal 250 erstreckt sich insbesondere auch quer zur Substratebene durch den Bereich der flächenförmigen Verbindung 310. Hierdurch wird einerseits ein innerer, das Fenster 110 abdeckender Teil, des Abdecksubstrats 200 definiert und ein davon durch die Trennlinie 250 abgetrennter, äußerer Teil, welcher, ebenso wie der innere Teil, durch die Verbindung 310 mit dem Basissubstrat verbunden ist. In dem in Fig. 16 dargestellten Verfahrensschritt sind oder werden die Substrate wiederum erwärmt und der innere Teil des formstabilen Abdecksubstrats 200 wird mittels des Stempels 500 verschoben, um das in Fig. 17 gezeigte Verbund-Kappenelement herzustellen. Die Fig. 18 und 19 zeigen eine Weiterbildung, insbesondere hinsichtlich des Verschiebungs- und Verformungsschritts. Der Stempel 500 ist hierbei beispielsweise als umlaufender Kragen ausgebildet, welcher dazu ausgebildet ist, auf den umlaufenden Kontaktbereich 400 zwischen den Substraten den gewünschten Druck auszuüben. Hierdurch kann z.B. der Bond-Quality-Index verbessert werden. Zudem kann, insbesondere im Fall, dass der Druck auf das Abdecksubstrat 200 ausgeübt wird, wie es in Fig. 19 gezeigt ist, ein innerer, insbesondere optisch relevanter, Teil des Abdecksubstrats 200 verschoben werden, ohne dass ein Kontakt zu dem Stempel 500 erfolgt. Wie ebenfalls zu sehen ist, kann in Gegenüberstellung zu dem Stempel 500 eine Gegenfläche 550 vorgesehen sein, an welche der Kontaktbereich 400 zwischen den beiden Substraten angedrückt wird. Die Gegenfläche 550 ist in diesem Beispiel ebenfalls als umlaufender Kragen ausgebildet. Dies ist jedoch lediglich beispielhaft zu verstehen. Es ist selbstverständlich möglich, dass der Stempel 500 und/oder die Gegenfläche 550 anders geformt sind. Die Fig. 20 und 21 zeigen ähnlich zu den Fig. 1 und 2 jeweils ein Basissubstrats 100, jedoch mit einer Vielzahl von Fenstern 110, und eines oder mehrere Abdecksubstrate 200 zur Abdeckung der Fenster. Die vorstehend beschriebenen Verfahrensabläufe können ausgehend von derartigen Substraten jeweils auch mit einer Vielzahl von Fenstern, insbesondere gleichzeitig, durchgeführt werden.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung eines Verbund-Kappenelements insbesondere für die Verkapselung eines MEMS-Bauteils, z.B. eines MEMS-Spiegels, umfassend: Bereitstellen eines Basissubstrats (100) mit zumindest einem Fenster (110) welches durch eine Öffnung innerhalb des Basissubstrats gebildet ist, Bereitstellen eines transparenten Abdecksubstrats (200) zur transparenten Abdeckung des zumindest einen Fensters (110) in dem Basissubstrat (100), wobei das Basissubstrat und das Abdecksubstrat verschiedene Erweichungstemperaturen aufweisen und die Erweichungstemperatur des Basissubstrats niedriger ist als die Erweichungstemperatur des Abdecksubstrats, Erzeugen einer, insbesondere hermetischen, Verbindung (310) zwischen dem Basissubstrat (100) und dem Abdecksubstrat (200) in einem Verbindungsbereich (300), welcher zumindest um das Fenster (110) umlaufend ausgebildet ist, um das Fenster hermetisch zu verschließen, Erwärmen der miteinander verbundenen Substrate zumindest in einem Randbereich des Fensters auf eine Temperatur, bei welcher das Basissubstrat verformbar wird und das Abdecksubstrat formstabil bleibt, insbesondere auf eine Temperatur, welche oberhalb der Erweichungstemperatur des Basissubstrats und unterhalb der Erweichungstemperatur des Abdecksubstrats liegt, Verschieben des formstabilen Abdecksubstrats im Bereich des Fensters bei gleichzeitiger Verformung des verformbaren Basissubstrats in einem Bereich um das Fenster, um das Verbund-Kappenelement zu formen.
2. Verfahren gemäß dem vorstehenden Anspruch, wobei das Erzeugen der hermetischen Verbindung (310) zwischen dem Basissubstrat (100) und dem Abdecksubstrat (200) erfolgt bevor das Erwärmen der miteinander verbundenen Substrate erfolgt und/oder bevor das Verschieben des Abdecksubstrats (200) im Bereich des Fensters (110) bei gleichzeitiger Verformung des Basissubstrats (100) in einem Bereich um das Fenster erfolgt.
3. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die hermetische Verbindung (310) zwischen dem Basissubstrat und dem Abdecksubstrat mittels Laserschweißen erfolgt, insbesondere derart, dass der um das Fenster umlaufende Verbindungsbereich linienförmig ausgebildet ist, und/oder wobei die hermetische Verbindung (310) zwischen dem Basissubstrat und dem Abdecksubstrat mittels anodischem Bonden erfolgt, insbesondere derart, dass der um das Fenster umlaufende Verbindungsbereich flächenförmig ausgebildet ist.
4. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Basissubstrat zumindest bereichsweise flächig, insbesondere planar, ausgebildet ist und/oder wobei das transparente Abdecksubstrat zumindest bereichsweise flächig, insbesondere planar, ausgebildet ist, und/oder wobei das transparente Abdecksubstrat innerhalb eines Kontaktbereichs (400) um das zumindest eine Fenster in flächigen Kontakt mit dem Basissubstrat gebracht wird, um das zumindest eine Fenster in dem Basissubstrat transparent abzudecken, und wobei der Kontaktbereich (400) eine, insbesondere um das Fenster umlaufende, Breite von zumindest 10 µm aufweist, vorzugsweise von zumindest 50 µm aufweist, besonders bevorzugt von zumindest 800 µm aufweist, und wobei die Verbindung zwischen dem Basissubstrat und dem Abdecksubstrat insbesondere einen Bond- Quality-Index Q aufweist, welcher größer oder gleich 0,8 ist, bevorzugt größer oder gleich 0,9 ist, nochmals bevorzugter größer oder gleich 0,95 ist, wobei der Bond-Quality-Index Q definiert ist als Q = 1–(A–G)/A, wobei A die Fläche des Kontaktbereichs zwischen dem Basissubstrat und dem Abdecksubstrat bezeichnet und G eine Gutfläche bezeichnet, innerhalb welcher der Abstand zwischen den Substraten kleiner ist als 5 µm, bevorzugt kleiner ist als 2 µm, nochmals bevorzugter kleiner ist als 1 µm, nochmals bevorzugter kleiner ist als 0,3 µm.
5. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend: Einbringen eines Trennkanals (250) quer durch das Abdecksubstrat (200) und umlaufend um das zumindest eine Fenster, wobei der Trennkanal (250) insbesondere in das Abdecksubstrat eingebracht wird nachdem die hermetische Verbindung zwischen dem Basissubstrat und dem Abdecksubstrat erzeugt wurde, und wobei der Trennkanal (250) vorzugsweise umlaufend um den Verbindungsbereich verläuft, insbesondere umlaufend um den linienförmigen Verbindungsbereich verläuft, oder innerhalb des Verbindungsbereichs verläuft, insbesondere innerhalb des flächenförmigen Verbindungsbereichs verläuft, und wobei der Trennkanal (250) vorzugsweise mittels Laserablation in das Abdecksubstrat eingebracht wird.
6. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verschieben des Abdecksubstrats im Bereich des Fensters bei gleichzeitiger Verformung des Basissubstrats in einem Bereich um das Fenster, derart erfolgt, dass das Abdecksubstrat im Bereich des Fensters eine Schrägstellung gegenüber dem Basissubstrat einnimmt, und wobei die Schrägstellung des Abdecksubstrats im Bereich des Fensters insbesondere einen Winkel zwischen 1 Grad und 45 Grad aufweist, vorzugsweise einen Winkel zwischen 10 Grad und 25 Grad aufweist.
7. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verschieben des Abdecksubstrats im Bereich des Fensters mittels eines Stempels (500) erfolgt, welcher auf das Abdecksubstrat einen Druck ausübt, derart, dass das Basissubstrats in einem Bereich um das Fenster verformt wird, wobei optional dem Stempel (500) gegenüberliegend eine Gegenfläche (550) vorgesehen ist, gegen welche das Basissubstrat (100) gedrückt wird, und/oder wobei das Verschieben des Abdecksubstrats im Bereich des Fensters mittels eines Stempels (500) erfolgt, welcher auf das Basissubstrat im Bereich um das Fenster einen Druck ausübt, derart, dass das Basissubstrats in dem Bereich um das Fenster verformt wird, wobei optional dem Stempel (500) gegenüberliegend eine Gegenfläche (550) vorgesehen ist, gegen welche das Abdecksubstrat (200) gedrückt wird, und/oder wobei der Stempel (500) und/oder die Gegenfläche (550) als umlaufender Kragen ausgebildet ist, welcher im Bereich des Verbindungsbereichs (300) und/oder des Kontaktbereichs (400) auf das jeweilige Substrat einwirkt, und/oder wobei der Stempel (500) und/oder die Gegenfläche (550) beheizt werden.
8. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die voneinander abweichenden Erweichungstemperaturen des Basissubstrats und des Abdecksubstrats voneinander um mindestens 50K abweichen, vorzugsweise um mindestens 100K abweichen, besonders bevorzugt um mindestens 150K abweichen, und/oder wobei die voneinander abweichenden Erweichungstemperaturen des Basissubstrats und des Abdecksubstrats derart voneinander abweichen, dass bei der Erweichungstemperatur des Basissubstrats und/oder bei der Erweichungstemperatur des Abdecksubstrats die Viskosität der beiden Substrate um mindestens 100,5 Pas voneinander abweicht, vorzugsweise um mindestens 101 Pas voneinander abweicht, besonders bevorzugt um mindestens 102 Pas voneinander abweicht, wobei das Basissubstrat insbesondere eines der folgenden Materialien umfasst oder daraus besteht: Glas, insbesondere Borosilikatglas, Kalknatronglas, Alkaliborosilikatglas, Alkaliboratglas, Alkaliphosphatglas, Zinkboratglas, bleihaltiges Glas, Vanadatglas, Zinzinkphosphatglas, wobei das Abdecksubstrat insbesondere eines der folgenden Materialien umfasst oder daraus besteht: Glas, insbesondere Alumosilikatglas, Alumoborosilikatglas, Seltenerdalumosilikatglas, Erdalkalialumosilikatglas, Glaskeramik, Quarzglas, Saphir, Silizium, Germanium.
9. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Verbindungsstärke, insbesondere die Scherstärke bei Raumtemperatur, zwischen dem Basissubstrat und dem Abdecksubstrat zumindest 10 MPa beträgt, wobei der thermische Ausdehnungskoeffizient des Basissubstrats zwischen 2 x 10-6K-1 und 10 x 10-6K-1 liegt, und/oder wobei der thermische Ausdehnungskoeffizient des Abdecksubstrats zwischen 2 x 10-6K-1 und 10 x 10-6K-1 liegt, und/oder wobei der Absolutwert der Differenz der thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Basissubstrats und des Abdecksubstrats geringer ist als 5 x 10-6K-1, vorzugsweise geringer ist als 2 x 10- 6K-1, besonders bevorzugt geringer ist als 1 x 10-6K-1, und/oder wobei das Basissubstrat eine Dicke aufweist welche zwischen 0,02mm und 5mm liegt, und/oder wobei das Abdecksubstrat eine Dicke aufweist welche zwischen 0,02mm und 5mm liegt und/oder wobei das zumindest eine Fenster in dem Basissubstrat eine Fläche aufweist, welche zwischen 0,5 mm x 0,5 mm und 50 mm x 50mmm liegt.
10. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Abdecksubstrat eine Oberfläche aufweist, welche einen Mittenrauwert Ra aufweist, welcher kleiner gleich 15nm ist, vorzugsweise kleiner gleich 10nm ist, besonders bevorzugt kleiner gleich 5nm ist, und/oder wobei das Abdecksubstrat, insbesondere ein optisch relevanter Teil des Fensters, eine Ebenheit aufweist, welche kleiner ist als 20 µm, und/oder wobei das Abdecksubstrat eine Dickenvariation aufweist, welche geringer ist als 5 %, insbesondere der mittleren Dicke über die Fläche des Fensters, und/oder wobei das Abdecksubstrats für eine Wellenlänge zwischen 300 nm und 2500 nm eine Transmission aufweist, welche zumindest 90 % beträgt.
11. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Basissubstrat eine Vielzahl von Fenstern aufweist, welche jeweils durch eine Öffnung innerhalb des Basissubstrats gebildet sind und wobei die Vielzahl von Fenstern vorzugsweise in einem regelmäßigen Raster angeordnet sind, und wobei das transparente Abdecksubstrat zur gleichzeitigen Abdeckung der Vielzahl von Fenstern vorgesehen ist oder wobei eine Vielzahl von transparenten Abdecksubstraten bereitgestellt wird, welche jeweils zur Abdeckung eines oder mehrerer Fenster vorgesehen sind, und wobei vorzugsweise umlaufend um jedes der Fenster umlaufend eine hermetische Verbindung zwischen dem Basissubstrat und dem Abdecksubstrat erzeugt wird, indem insbesondere um jedes Fenster ein linienförmiger Verbindungsbereich, insbesondere durch Laserschweißen, erzeugt wird und/oder indem ein flächenförmiger, z.B. vollflächiger, Verbindungsbereich, insbesondere durch anodisches Bonden, zwischen den Substraten erzeugt wird, und wobei die miteinander verbundenen Substrate vorzugsweise zumindest im Bereich jedes Fensters erwärmt werden, z.B. sukzessive im Bereich eines jeweiligen Fensters oder gleichzeitig insgesamt, und wobei die Abdecksubstrate vorzugweise im Bereich jedes Fensters verschoben werden bei gleichzeitiger Verformung Basissubstrats, z.B. sukzessive im Bereich eines jeweiligen Fensters oder allesamt gleichzeitig.
12. Verfahren zur Herstellung eines verkapselten MEMS- Bauteils, umfassend: Bereitstellen eines Trägersubstrats mit einem MEMS-Bauteil, z.B. eines MEMS-Spiegel und Aufbringen und hermetisches Verbinden eines Verbund-Kappenelements, herstellbar oder hergestellt gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, auf dem Trägersubstrat, derart, dass das MEMS-Bauteil zwischen dem Trägersubstrat und dem Verbund-Kappenelement hermetisch eingeschlossen ist.
13. Verbund-Kappenelement für die Verkapselung eines MEMS- Bauteils, z.B. eines MEMS-Spiegels, hergestellt oder herstellbar nach einem der vorstehenden Ansprüche.
14. Verbund-Kappenelement für die Verkapselung eines MEMS- Bauteils, z.B. eines MEMS-Spiegels, umfassend: ein Basissubstrat (100) mit zumindest einem Fenster (110) welches durch eine Öffnung innerhalb des Basissubstrats (100) gebildet ist, ein transparentes Abdecksubstrat (200) welches das zumindest eine Fenster (110) in dem Basissubstrat (100) transparent abdeckt, eine hermetische Verbindung (310) zwischen dem Basissubstrat (100) und dem Abdecksubstrat (200) in einem Verbindungsbereich (300), welcher zumindest um das Fenster umlaufend ausgebildet ist, derart, dass das Fenster hermetisch verschlossen ist, wobei das Basissubstrat in einem Bereich um das Fenster eine Verformung (150) aufweist, derart, dass das Abdecksubstrat gegenüber dem Basissubstrat verschoben positioniert ist, und wobei das Basissubstrat und das Abdecksubstrat verschiedene Erweichungstemperaturen aufweisen, wobei die Erweichungstemperatur des Basissubstrats niedriger ist als die Erweichungstemperatur des Abdecksubstrats.
15. Verbund-Kappenelement gemäß dem vorstehenden Anspruch, wobei die hermetische Verbindung (310) zwischen dem Basissubstrat und dem Abdecksubstrat linienförmig, insbesondere als Laserschweißnaht ausgebildet ist, und/oder wobei die hermetische Verbindung (310) zwischen dem Basissubstrat und dem Abdecksubstrat flächenförmig, insbesondere als anodischer Bond ausgebildet ist.
16. Verbund-Kappenelement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Basissubstrat zumindest bereichsweise flächig, insbesondere planar, ausgebildet ist und/oder wobei das transparente Abdecksubstrat zumindest bereichsweise flächig, insbesondere planar, ausgebildet ist, und/oder wobei das transparente Abdecksubstrat innerhalb eines Kontaktbereichs (400) um das zumindest eine Fenster in flächigem Kontakt mit dem Basissubstrat steht, um das zumindest eine Fenster in dem Basissubstrat transparent abzudecken, und wobei der Kontaktbereich (400) eine, insbesondere um das Fenster umlaufende, Breite von zumindest 10 µm aufweist, vorzugsweise von zumindest 50 µm aufweist, besonders bevorzugt von zumindest 800 µm aufweist, und wobei die Verbindung zwischen dem Basissubstrat und dem Abdecksubstrat insbesondere einen Bond- Quality-Index Q aufweist, welcher größer oder gleich 0,8 ist, bevorzugt größer oder gleich 0,9 ist, nochmals bevorzugter größer oder gleich 0,95 ist, wobei der Bond-Quality-Index Q definiert ist als Q = 1–(A–G)/A, wobei A die Fläche des Kontaktbereichs zwischen dem Basissubstrat und dem Abdecksubstrat bezeichnet und G eine Gutfläche bezeichnet, innerhalb welcher der Abstand zwischen den Substraten kleiner ist als 5 µm, bevorzugt kleiner ist als 2 µm, nochmals bevorzugter kleiner ist als 1 µm, nochmals bevorzugter kleiner ist als 0,3 µm.
17. Verbund-Kappenelement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend: Einen Trennkanals (250) quer durch das Abdecksubstrat (200) und umlaufend um das zumindest eine Fenster, wobei der Trennkanal (250) vorzugsweise umlaufend um den Verbindungsbereich verläuft, insbesondere umlaufend um den linienförmigen Verbindungsbereich verläuft, oder innerhalb des Verbindungsbereichs verläuft, insbesondere innerhalb des flächenförmigen Verbindungsbereichs verläuft.
18. Verbund-Kappenelement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Verformung (150) des Basissubstrats derart ausgebildet ist, dass das Abdecksubstrat im Bereich des Fensters eine Schrägstellung gegenüber dem Basissubstrat aufweist, und wobei die Schrägstellung des Abdecksubstrats im Bereich des Fensters insbesondere einen Winkel zwischen 1 Grad und 45 Grad aufweist, vorzugsweise einen Winkel zwischen 10 Grad und 25 Grad aufweist.
19. Verbund-Kappenelement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die voneinander abweichenden Erweichungstemperaturen des Basissubstrats und des Abdecksubstrats voneinander um mindestens 50K abweichen, vorzugsweise um mindestens 100K abweichen, besonders bevorzugt um mindestens 150K abweichen, wobei das Basissubstrat insbesondere eines der folgenden Materialien umfasst oder daraus besteht: Glas, insbesondere Borosilikatglas, Kalknatronglas, Alkaliborosilikatglas, Alkaliboratglas, Alkaliphosphatglas, Zinkboratglas, bleihaltiges Glas, Vanadatglas, Zinzinkphosphatglas, wobei das Abdecksubstrat insbesondere eines der folgenden Materialien umfasst oder daraus besteht: Glas, insbesondere Alumosilikatglas, Alumoborosilikatglas, Seltenerdalumosilikatglas, Erdalkalialumosilikatglas, Glaskeramik, Quarzglas, Saphir, Silizium, Germanium.
20. Verbund-Kappenelement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Verbindungsstärke, insbesondere die Scherstärke bei Raumtemperatur, zwischen dem Basissubstrat und dem Abdecksubstrat zumindest 10 MPa beträgt, wobei der thermische Ausdehnungskoeffizient des Basissubstrats zwischen 2 x 10-6K-1 und 10 x 10-6K-1 liegt, und/oder wobei der thermische Ausdehnungskoeffizient des Abdecksubstrats zwischen 2 x 10-6K-1 und 10 x 10-6K-1 liegt, und/oder wobei der Absolutwert der Differenz der thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Basissubstrats und des Abdecksubstrats geringer ist als 5 x 10-6K-1, vorzugsweise geringer ist als 2 x 10- 6K-1, besonders bevorzugt geringer ist als 1 x 10-6K-1, und/oder wobei das Basissubstrat eine Dicke aufweist welche zwischen 0,02mm und 5mm liegt, und/oder wobei das Abdecksubstrat eine Dicke aufweist welche zwischen 0,02mm und 5mm liegt und/oder wobei das zumindest eine Fenster in dem Basissubstrat eine Fläche aufweist, welche zwischen 0,5 mm x 0,5 mm und 50 mm x 50mmm liegt.
21. Verbund-Kappenelement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Abdecksubstrat eine Oberfläche aufweist, welche einen Mittenrauwert Ra aufweist, welcher kleiner gleich 15nm ist, vorzugsweise kleiner gleich 10nm ist, besonders bevorzugt kleiner gleich 5nm ist, und/oder wobei das Abdecksubstrat, insbesondere ein optisch relevanter Teil des Fensters, eine Ebenheit aufweist, welche kleiner ist als 20 µm, und/oder wobei das Abdecksubstrat eine Dickenvariation aufweist, welche geringer ist als 5 %, insbesondere der mittleren Dicke über die Fläche des Fensters, und/oder wobei das Abdecksubstrats für eine Wellenlänge zwischen 300 nm und 2500 nm eine Transmission aufweist, welche zumindest 90 % beträgt.
22. Verbund-Kappenelement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Basissubstrat eine Vielzahl von Fenstern aufweist, welche jeweils durch eine Öffnung innerhalb des Basissubstrats gebildet sind und wobei die Vielzahl von Fenstern vorzugsweise in einem regelmäßigen Raster angeordnet sind, und wobei das transparente Abdecksubstrat die Vielzahl von Fenstern gleichzeitig abdeckt oder wobei eine Vielzahl von transparenten Abdecksubstraten umfasst ist, welche jeweils eines oder mehrere Fenster abdecken, und wobei vorzugsweise eine hermetische Verbindung zwischen dem Basissubstrat und dem Abdecksubstrat umlaufend um jedes der Fenster umfasst ist, und wobei das Basissubstrat vorzugsweise in einem Bereich um jedes Fenster eine Verformung (150) aufweist, derart, dass die Abdecksubstrate gegenüber dem Basissubstrat verschoben positioniert sind.
23. Verkapseltes MEMS-Bauteil umfassend: ein Trägersubstrat mit einem MEMS-Bauteil, z.B. eines MEMS-Spiegel, und ein Verbund-Kappenelement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, welches auf dem Trägersubstrat aufgebracht und hermetisch verbunden ist, derart, dass das MEMS-Bauteil zwischen dem Trägersubstrat und dem Verbund-Kappenelement hermetisch eingeschlossen ist.
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