EP4673776A2

EP4673776A2 - Package und verfahren zur herstellung eines packages

Info

Publication number: EP4673776A2
Application number: EP24798467.7A
Authority: EP
Inventors: Johannes KOFLER
Original assignee: TDK Electronics AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2023-11-22
Filing date: 2024-10-25
Publication date: 2026-01-07
Also published as: WO2025108655A3; TW202538357A; WO2025108655A2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Package aufweisend ein Substrat (11) und einen MEMS Chip (1), wobei der MEMS Chip (1) auf dem Substrat (11) befestigt ist. Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Packages.

Description

Beschreibung

Package und Verfahren zur Herstellung eines Packages

Die vorliegende Anmeldung betri f ft ein Package sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Packages .

Als Package wird hier eine Gehäuse- und Schutzstruktur bezeichnet , die einen MEMS Chip aufweist und diesen umschließt . Das Package spielt eine entscheidende Rolle für die Funktionalität , die Zuverlässigkeit und die Langlebigkeit des MEMS Chips .

In einem Package sollte der MEMS Chip vor Beschädigungen während des Einbaus in eine Vorrichtung sowie vor Umwelteinflüssen geschützt sein .

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es , ein vorteilhaftes Package anzugeben, dass sich beispielsweise für ein optisches MEMS System eignet .

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst . Vorteilhafte Aus führungs formen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche .

Es wird ein Package vorgeschlagen, dass ein Substrat und einen MEMS Chip aufweist , der auf dem Substrat befestigt ist .

Der MEMS Chip kann zumindest ein elektrisches Bauteil aufweisen . Das elektrische Bauteil kann auf einer Seite des MEMS Chips angeordnet sein . Der MEMS Chip kann derart auf dem Substrat befestigt sein, dass die Seite des MEMS Chips , auf der das elektrische Bauteil angeordnet ist , dem Substrat zugewandt ist . Der MEMS Chip kann mehrere elektrische Bauteile aufweisen, die alle auf der dem Substrat zugewandten Seite des MEMS Chips angeordnet sind .

Der MEMS Chip kann zumindest ein elektrisches Bauteil aufweisen, das auf einer Seite des MEMS Chips angeordnet sein, die von dem Substrat weg weist . Der MEMS Chip kann mehrere elektrische Bauteile aufweisen, die alle auf der dem Substrat abgewandten Seite des MEMS Chips angeordnet sind .

Der MEMS Chip kann zumindest zwei elektrische Bauteil aufweisen, wobei ein elektrisches Bauteil auf einer Seite des MEMS Chips angeordnet ist , die von dem Substrat weg weist , und wobei ein elektrisches Bauteil auf einer Seite des MEMS Chips angeordnet ist , die zu dem Substrat weist .

Das oder die elektrische (n) Bauteil ( e ) können Antriebselemente sein, die dazu ausgestaltet sind, ein bewegliches Element des MEMS Chips zu bewegen . Die Antriebselemente können piezoelektrischen Aktuatoren aufweisen .

Die Anordnung des elektrischen Bauteils auf der dem Substrat zugewandten Seite des MEMS Chips kann beispielsweise durch eine Befestigung des MEMS Chips auf dem Substrat in Flip Chip Bauweise erreicht werden . Die Befestigung des MEMS Chips auf dem Substrat mittels Flip Chip Bauweise kann es ermöglichen, elektrische Kontakte des Substrats unmittelbar unter dem MEMS Chip anzuordnen, so dass ein Bereich des Substrat seitlich des MEMS Chips nicht für die Kontaktierung des Chips genutzt werden muss . Dadurch kann das Package insgesamt kleiner ausgestaltet werden . Ferner kann es die Flip Chip Befestigung ermöglichen, einen MEMS Chip zu verwenden, der aus einer einzigen Sili ziumschicht gefertigt ist . Auf eine zweite Sili ziumschicht , die beispielsweise als Abstandshalter zwischen einem beweglichen Element des MEMS Chips und dem Substrat dient , kann verzichtet werden . Dementsprechend kann eine Höhe des MEMS Chips reduziert werden und es kann auf die Verwendung eines Ätzprozesses , insbesondere eines DRIE- Ät zprozesses , bei der Herstellung des MEMS Chips verzichtet werden . Dadurch wird das Herstellungsverfahren vereinfacht und zudem kostengünstiger .

Bei dem Substrat kann es sich um ein keramisches Substrat handeln . Das Substrat kann Aluminiumoxid aufweisen oder aus Aluminiumoxid bestehende Schichten aufweisen . Das Substrat kann in einem additiven Fertigungsverfahren, beispielsweise einem 3D-Druckverf ahren, gefertigt sein . Ein keramisches Substrat kann eine höhere thermische Leitfähigkeit aufweisen als eine Leiterplatte , so dass durch das keramische Substrat Hitze schnell von dem MEMS Chip weggeleitet werden kann .

Der MEMS Chip kann ein MEMS Spiegel sein . Der MEMS Chip kann ein MEMS basiertes akustisches Bauelement , beispielsweise ein Mikrophon, Ultraschallsensor oder Lautsprecher, aufweisen oder sein . Der MEMS Chip kann ein MEMS basiertes Bauelement zur Messung physikalischer Parameter, beispielsweise ein Drucksensor, Temperatursensor, Lichtsensor, Strahlungssensor, Magnetfeldsensor, aufweisen oder sein . Der MEMS Chip kann ein Intertialsensor, beispielsweise ein Beschleunigungssensor, Vibrationssensor, Neigungssensor oder Gyroskop, aufweisen oder sein . Der MEMS Chip kann ein optisches Bauelement , beispielsweise ein Bildsensor, ein Spiegelelement , ein Scannerelement , ein Interferometer oder ein microsi zed laser communication terminal scanning system, aufweisen oder sein . Der MEMS Chip kann auch ein Bauelement zur Messung chemischer Parameter, beispielsweise ein Wasserstof f sensor, ein Gassensor, ein Biosensor, ein Glukosesensor oder ein Lab-on- Chip Sensor, aufweisen oder sein .

Der MEMS Chip kann ein bewegliches Element oder mehrere bewegliche Elemente aufweisen, wobei eines der beweglichen Elemente insbesondere ein bewegliches Spiegelelement sein kann . Der MEMS Chip kann zusätzlich elektrische Leitungen, eletrische Durchführungen ( TSV Trans silicon vias ) und aktive sowie passive Elemente beinhalten . Diese Elemente können direkt in den MEMS Chip integriert sein . Zum Beispiel können Überspannungschutz-Elemente direkt in den MEMS integriert werden . Dabei kann es sich beispielsweise um ein PN-Diode handeln .

Das elektrische Bauteil kann ein Antriebselement aufweisen, das ausgestaltet ist , das bewegliche Element des MEMS Chips zu bewegen . Das elektrische Bauteil kann als eine zusätzliche Schicht auf dem MEMS Chip aufgebracht sein . Das elektrische Bauteil kann einen piezoelektrischen Aktuator aufweisen . Die elektrischen Bauteile können auch ein NTCs , Kondensatoren oder Spulen beinhalten . Der MEMS Chip kann mehrere elektrische Bauteile aufweisen, wobei zumindest eines der elektrischen Bauteile auf der dem Substrat zugewandten Seite des MEMS Chips angeordnet sein kann . Es können mehrere der elektrischen Bauteile auf der dem Substrat zugewandten Seite angeordnet sein . Es können alle der elektrischen Bauteile des MEMS Chips auf der dem Substrat zugewandten Seite angeordnet sein . Der MEMS Chip kann auf der dem Substrat zugewandten Seite elektrische Kontakte aufweisen, die mit elektrischen Kontakten des Substrats verbunden sind . Die elektrischen Kontakte des MEMS Chips und des Substrats können j eweils Löt- Pads aufweisen, wobei die elektrischen Kontakte des MEMS Chips und des Substrats j eweils über eine Lötkugel miteinander verbunden sind .

Die elektrischen Kontakte des MEMS Chips können auf der dem Substrat zugewandten Unterseite des MEMS Chips und auf einer Seitenfläche des MEMS Chips angeordnet sein, die senkrecht zu dem Substrat ist . Dementsprechend können die elektrischen Kontakte des MEMS Chips in einem Querschnitt L- förmig sein . Durch die Anordnung der Kontakte auf der dem Substrat zugewandten Unterseite und der dazu senkrechten Seitenfläche kann der elektrische Kontakt besonders groß flächig ausgebildet werden und eine zuverlässige Kontaktierung sicher st eilen .

Die elektrischen Kontakte des MEMS Chips können über Lötkugeln mit den elektrischen Kontakten des Substrats verbunden sein . Der MEMS Chip kann ein bewegliches Element , insbesondere ein bewegliches Spiegelelement , aufweisen, wobei eine Höhe der Lötkugeln so gewählt ist , dass das bewegliche Element bei einer Bewegung nicht an das Substrat anschlägt . Selbst wenn das bewegliche Element um seine maximale Auslenkung aus seiner Ruhelage ausgelenkt wird, kann durch die zwischen dem Substrat und dem MEMS Chip angeordnete Lötkugel verhindert werden, dass das bewegliche Element mit dem Substrat in Kontakt kommt . Die Lötkugeln können somit die Funktion eines Abstandshalters übernehmen . Auf zusätzliche Abstandshalter oder eine zweite Sili ziumschicht , die einen Abstand zwischen dem beweglichen Element und dem Substrat gewährleistet , kann verzichtet werden . Durch die Verwendung ausreichend hoher Lötkugeln kann somit es ermöglicht werden, einen MEMS Chip zu verwenden, der eine einzige Sili ziumschicht aufweist . Die Lötkugeln können so ausgestaltet sein, dass zwischen dem beweglichen Element in seiner Ruhelage und eine unter dem beweglichen Element angeordneten Oberseite des Substrats ein Hohlraum ausgebildet ist , so dass ein Abstand dass zwischen dem beweglichen Element in seiner Ruhelage und der Oberseite des Substrats zumindest 300 pm beträgt . Der Hohlraum kann dabei eine Grundfläche von 1 mm² aufweisen . Die Grundfläche ist parallel zu dem Substrat .

Das Substrat kann eine Durchkontaktierung aufweisen, über die einer der elektrischen Kontakte des Substrats mit einem externen elektrischen Kontakt verbunden ist , der auf der Seite des Substrats angeordnet ist , die von dem MEMS Chip weg weist . Alternativ oder ergänzend kann das Substrat eine Leiterbahn aufweisen, über die einer der Kontakte des Substrats mit einem externen elektrischen Kontakt des Substrats kontaktiert ist , der auf einer dem MEMS Chip zugewandten Oberseite des Substrats oder auf einer Seitenfläche des Substrat , die senkrecht zur Oberseite ist , liegt .

Sowohl die Durchkontaktierung als auch die Leiterbahn können hermetisch oder quasi-hermetisch versiegelte elektrische Leitungen sein .

Die elektrischen Kontakte des MEMS Chips können teilweise von einem Schlitz in dem MEMS Chip umschlossen sein . Der Schlitz kann das Material des MEMS Chips vollständig durchdringen . Der Schlitz kann die elektrischen Kontakte beispielsweise an drei Seiten umschließen, wobei eine vierte Seite der elektrischen Kontakte nicht von dem Schlitz umschlossen ist .

Der Schlitz kann dafür sorgen, dass der MEMS Chip im Bereich der elektrischen Kontakte als gefederte Aufhängung ausgebildet ist . Dabei kann der MEMS Chip in dem Bereich, in dem die Schlitze die elektrischen Kontakte teilweise umschließen, eine höhere Verformbarkeit aufweisen als in einem aktiven Bereich, der das elektrische Bauteil aufweist . Wird nunmehr eine Vorspannung auf dem MEMS Chip ausgeübt , beispielsweise aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoef fi zienten des Substrats und des MEMS Chips , kann die durch die Schlitze gebildete gefederte Aufhängung dafür sorgen, dass der MEMS Chip nur in dem Bereich der elektrischen Kontakt verformt wird und der aktive Bereich, der das elektrische Bauteil aufweist und der beispielsweise auch das bewegliche Element aufweisen kann, gar nicht oder nur zu einem geringen Maße verformt wird .

Der MEMS Chip kann durch Bonddrähte mit dem Substrat elektrisch kontaktiert sein . Die Kontaktierung durch Bonddrähte stellt dabei eine Alternative zu der Kontaktierung mittels Flip Chip Bauweise dar .

Der MEMS Chip kann eine einzige Sili zium aufweisende Schicht aufweisen . Der MEMS Chip kann auch zumindest eine Glas- , Aluminiumoxid- , Diamant- , Stahl- , Sili ziumnitrid- , Sili zium Carbit- , Poly-Sili zium- , Aluminiumnitrid- oder Bornitridaufweisende Schicht aufweisen . Der MEMS Chip kann insbesondere aus einem Wafer gefertigt sein, der aus einer einzigen Sili ziumschicht besteht . Dementsprechend kann auf die Verwendung eines SOI Wafers verzichtet werden . Zwischen dem Substrat und dem MEMS Chip kann eine Stressabbauschicht angeordnet sein . Die Stressabbauschicht kann dazu ausgestaltet sein, mechanische Spannungen abzubauen, die aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoef fi zienten des Substrats und des MEMS Chips entstehen können . Die Stressabbauschicht kann entweder zwischen einer Oberseite des Substrats und einem auf dem Substrat ausgebildeten elektrischen Kontakt oder zwischen einer Unterseite des MEMS Chips und einem elektrischen Kontakt des MEMS Chips angeordnet sein . Ferner ist es möglich, dass eine erste Stressabbauschicht auf dem Substrat und eine zweite Stressabbauschicht auf dem MEMS Chip angeordnet ist .

Das Substrat kann auf der zum MEMS Chip weisenden Seite einen Abstandshalter aufweisen, an dem der MEMS Chip anliegt . Uber den Abstandshalter kann ein Abstand zwischen einer Oberseite des Substrats und einer Unterseite des MEMS Chips eingestellt werden . Der Abstandshalter kann dabei so hoch sein, dass ein bewegliches Element , insbesondere ein bewegliches Spiegelelement , des MEMS Chip auch bei seiner maximalen Auslenkung aus seiner Ruhelage nicht an die Oberseite des Substrats anstößt . Durch die Verwendung des Abstandshalters kann ein Package konstruiert werden, bei dem auf eine Vertiefung in der Oberseite des Substrats oder eine sich durch das Substrat erstreckende Öf fnung verzichtet werden kann . Der Abstandshalter kann so ausgestaltet sein, dass zwischen dem beweglichen Element in seiner Ruhelage und eine unter dem beweglichen Element angeordneten Oberseite des Substrats ein Hohlraum ausgebildet ist , so dass ein Abstand dass zwischen dem beweglichen Element in seiner Ruhelage und der Oberseite des Substrats zumindest 300 pm beträgt . Der Hohlraum kann dabei eine Grundfläche von 1 mm² aufweisen . Das Substrat kann auf der zum MEMS Chip weisenden Seite eine Vertiefung aufweisen, über der ein bewegliches Element des MEMS Chips angeordnet ist . Alternativ kann das Substrat eine sich durch das Substrat erstreckende Öf fnung aufweisen, über der das bewegliche Element angeordnet ist . Die Vertiefung oder die Öf fnung können so ausgestaltet sein, dass das bewegliche Element auch bei seiner maximalen Auslenkung nicht an das Substrat anstößt .

Das Package kann ferner eine Verkapselung aufweisen, die zusammen mit dem Substrat einen Hohlraum verkapselt , in dem der MEMS Chip angeordnet ist . Die Verkapselung kann einen Rahmen, der den MEMS Chip umgibt , aufweisen . Die Verkapselung kann ein Fenster aufweisen, dass eine Öf fnung in dem Rahmen oder eine Öf fnung in dem Substrat verschließt .

Der Hohlraum kann durch die Verkapselung hermetisch abgeschlossen sein . Dementsprechend kann der MEMS Chip in dem Hohlraum vor Feuchtigkeit , beispielsweise Wasserdampf oder anderen Umweltgasen geschützt sein . Dementsprechend kann der MEMS Chip vor Korrosion, Oxidation und Alterungserscheinungen von optischen und elektroaktiven Komponenten geschützt sein . Die hermetische Verkapselung kann es zudem verhindern, dass in Folge von Temperaturschwankungen Feuchtigkeit durch Kondensation im Inneren des Hohlraums entsteht .

Der MEMS Chip kann empfindliche bewegliche Elemente , insbesondere bewegliche Spiegelelemente , aufweisen . Die Verkapselung kann einen mechanischen Schutz bieten, der die beweglichen Elemente während Einbau und Fertigung schützt . Die Verkapselung kann so ausgestaltet sein, dass der Hohlraum optisch zugänglich bleibt . Beispielsweise kann ein Teil der Verkapselung oder die gesamte Verkapselung für Lichtstrahlen im sichtbaren Spektrum durchlässig sein .

Die Verkapselung kann anwendungsspezi fisch ausgestaltet sein . Dabei kann die Verkapselung beispielsweise dazu ausgestaltet sein, verschiedene Medien standhalten zu können .

Die Verkapselung kann ein Fenster aufweisen, das optisch transparent ist . Das Fenster kann beispielsweise Glas aufweisen oder aus Glas bestehen . Alternativ kann das Fenster einen durchsichtigen Kunststof f aufweisen oder aus einem durchsichtigen Kunststof f bestehen . Das Fenster kann eine antiref lektierende Beschichtung aufweisen . Die antiref lektierende Beschichtung kann dafür sorgen, dass ein auf das Fenster auf tref f ender Laserstrahl nicht oder nur zu einem sehr geringen Anteil reflektiert wird .

Das Fenster kann mit einer Oberfläche eines beweglichen Elements des MEMS Chips im Ruhezustand des beweglichen Elements einen Winkel zwischen 5 ° und 20 ° einschließen . Durch das schräg zu dem beweglichen Element angeordnete Fenster kann sichergestellt werden, dass selbst ein reflektierter Laserstrahl den Signallaserstrahl nicht stört , da der Signallaserstrahl sich in eine andere Richtung ausbreitet als der am Fenster reflektierte Strahl .

Die Verkapselung kann zwei Fenster aufweisen, die optisch transparent sind . Die beiden Fenster können schräg zueinander angeordnet sein und beispielsweise miteinander einen Winkel zwischen und 10 ° und 170 ° einschließen . Alternativ können die beiden Fenster parallel zueinander sein und einander gegenüber liegen .

Ein Teil der Verkapselung oder die ganze Verkapselung kann in einem additiven Fertigungsverfahren, insbesondere einem 3D- Druckverf ahren, gefertigt sein . Das additive Fertigungsverfahren ermöglicht im Vergleich zum klassischen keramischen Fertigungsverfahren eine erhöhte Designflexibilität . Beispielsweise kann das Substrat mit einer Biegung konstruiert werden . In einem additiven Verfahren kann ein abgewinkelter Bereich des Substrats als Befestigungs fuß des Packages gefertigt werden .

Dementsprechend können die einzelnen Elemente des Packages in nahezu beliebigen Winkeln zueinander und zu einer Leiterplatte ausgerichtet werden . Das additive Fertigungsverfahren kann es zudem ermöglichen, das Substrat und die Verkapselung in einem einzigen Fertigungsschritt zu fertigen, so dass auf Klebeverbindungen zwischen den einzelnen Elementen verzichtet werden kann . Auch die elektrischen Strukturen des Substrats , insbesondere Leiterbahnen, Durchkontaktierungen und elektrische Kontakte des Substrats , könnten im additiven Fertigungsverfahren gefertigt werden .

Das elektrische Bauteil kann einen piezoelektrischen Aktuator aufweisen oder ein piezoelektrischer Aktuator sein . Der Aktuator kann dazu ausgestaltet sein, das bewegliche Element des MEMS Chips zu bewegen . Beispielsweise kann der Aktuator dazu ausgestaltet sein, ein bewegliches Spiegelelement in eine Schwingung zu versetzen .

Der MEMS Chip kann insbesondere einen MEMS Mikrospiegel mit einem beweglichen Spiegelelement aufweisen . Das bewegliche Spiegelelement kann eine reflektierende Schicht aufweisen, die auf der Seite des MEMS Chips angeordnet ist , die dem Substrat zugewandt ist . Alternativ oder ergänzend kann das bewegliche Spiegelelement eine reflektierende Schicht aufweisen, die auf der Seite des MEMS Chips angeordnet ist , die von dem Substrat weg weist .

Das bewegliche Spiegelelement kann auf einer von der reflektierenden Schicht weg weisenden Seite eine mechanische Verstärkungsstruktur aufweisen . Die Verstärkungsstruktur kann Balken aufweisen . Die mechanische Verstärkungsstruktur kann durch Verdickungen des beweglichen Spiegelelements gebildet sein . Die Verdickungen können dabei balkenförmig sein . Die Balken können gerade oder gebogen sein .

Durch die mechanische Verstärkungsstruktur kann das Spiegelelement so ausgestaltet sein, dass es auch bei Schwingungen mit einer hohen Schwingungsamplitude nur geringe oder gar keine Verformungen erfährt .

Der MEMS-Chip, insbesondere auch die beweglichen Elemente , können integrierte lichtsensitive oder schalldrucksensitive elektronische Bauteile beinhalten, die die Auslenkung des Spiegelelementes messen können . Es ist auch möglich, dass magnetische oder sich elektrostatisch aufladende Bauteile

( triboelektrischer Ef fekt ) auf den beweglichen Elementen dazu dienen, ein elektromagentisches Signal zu erzeugen, das mit Hil fe von Sensoren auf dem Substrat gemessen werden kann .

An dem Substrat können ein AS IC, ein Lasermodul und/oder eine Ansteuerelektronik zur Steuerung des Lasermoduls angeordnet sein . Diese Elemente können auf einer Oberseite , die dem MEMS Chip zugewandt ist oder auf einer Unterseite , die von dem MEMS Chip weg weist , angeordnet sein . Diese Elemente können entweder in einem verkapselten Hohlraum oder außerhalb des verkapselten Hohlraums angeordnet sein .

Des Weiteren können auf dem Substrat lichtsensitive oder schalldrucksensitive Komponenten angeordnet sein . Diese können die Auslenkung und Position der beweglichen Elemente des MEMS Chips messen . Auch ist es möglich, dass die Auslenkung der beweglichen Elemente des MEMS Chips durch induktive oder kapazitive Sensoren auf dem Substrat gemessen werden kann . Diese messen das elektromagnetische Feld, das durch magnetische oder sich elektrostatisch aufladende Elemente auf zumindest einem beweglichen Element des Spiegels erzeugt wird .

Das Lasermodul kann dazu ausgestaltet sein, einen Laserstrahl aus zusenden . Das Lasermodul kann eine oder mehrere Laserdioden aufweisen . Der AS IC kann dazu ausgestaltet sein, den MEMS Chip zu steuern . Dazu kann der AS IC Steuersignale an Antriebselemente des MEMS Chips senden .

An dem Substrat kann zumindest eine optische Komponente , wie beispielweise ein Spiegel oder eine Linse , angeordnet sein . Jede der optischen Komponenten kann auf der Oberseite oder der Unterseite des Substrats angeordnet sein . Die optischen Komponenten können innerhalb oder außerhalb des verkapselten Hohlraums angeordnet sein .

An dem Substrat kann zumindest ein Sensor angeordnet sein . Der Sensor kann in oder außerhalb des verkapselten Bereichs angeordnet sein . Es können mehrere Sensoren an dem Substrat angeordnet sein . In dem Substrat kann ein mikroskopischer Fluidkanal ausgebildet sein . Der mikroskopische Fluidkanal kann in einem additiven Herstellungsverfahren gefertigt worden sein . In einem additiven Herstellungsverfahren kann ein solcher Kanal ohne großen Aufwand ausgebildet werden .

Das Package kann dazu ausgestaltet sein, eine Flüssigkeit , beispielsweise Wasser oder Glykol , zur Temperatureinstellung des MEMS Chips und/oder anderer Bauteile des Packages durch den mikroskopischen Fluidkanal zu pumpen . Bei den anderen Bauteilen kann es sich beispielsweise um ein Lasermodul handeln . Der MEMS Chip und das Lasermodul können während seines Betriebs erhitzt werden, so dass die Kühlung durch den mikroskopischen Fluidkanal sinnvoll sein kann .

Das Substrat kann einen Befestigungs fuß aufweisen, der dazu ausgestaltet ist , das Substrat auf einer Leiterplatte zu befestigen, wobei der Befestigungs fuß schräg zu dem MEMS Chip angeordnet sein kann, so dass das Package derart auf der Leiterplatte befestigbar ist , dass der MEMS Chip schräg zu der Leiterplatte angeordnet ist . Der Befestigungs fuß kann insbesondere in einem additiven Fertigungsverfahren gefertigt werden, dass es ermöglichen kann, Elemente in nahezu beliebigen Winkeln zueinander anzuordnen . Die Ergänzung des Befestigungs fußes kann ermöglichen, den MEMS Chip und/oder ein Fenster schräg zu einer Lichtquelle , beispielsweise einem Lasermodul , anzuordnen .

Das Substrat kann eine Biegung aufweisen . Weist das Substrat eine Biegung auf , kann der MEMS Chip schräg zu der Lichtquelle angeordnet sein . Eine Biegung in dem Substrat kann insbesondere durch ein additives Fertigungsverfahren gebildet werden . In einem Aus führungsbeispiel kann das Package eine Vorrichtung zur Ausrichtung des Packages aufweisen, die dazu ausgestaltet ist , das Substrat zu relativ zu einer Halterung zu bewegen, beispielsweise zu verkippen . Die Vorrichtung kann eine flexible Membran, eine Mikrofluidik Pumpe und/oder einen piezoelektrischen Aktuator aufweisen .

Zumindest ein Aktuator, insbesondere ein piezoelektrischer Aktuator, kann auf dem Substrat angeordnet sein, der dazu ausgestaltet ist den MEMS Chip zu bewegen . Der auf dem Substrat angeordnete Aktuator kann ergänzend oder alternativ zu einem Antriebselement , beispielsweise einem piezoelektrischen Aktuator, auf dem MEMS Chip sein . Der Aktuator auf dem Substrat kann dazu ausgestaltet sein, dass bewegliche Element des MEMS Chips in eine Schwingungsbewegung zu versetzen, beispielsweise in eine Lissa j ous-Schwingung .

Der MEMS Chip kann ein bewegliches Element aufweisen . Das Package kann eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Auslenkung des beweglichen Elements aufweisen .

Die Vorrichtung zur Bestimmung einer Auslenkung des beweglichen Elements kann ein lichtsensitives Element aufweisen . Das Package kann derart ausgestaltet sein, dass eine auf das lichtsensitive Element tref fende Lichtmenge abhängig von der Auslenkung des beweglichen Elements ist und dass die Auslenkung des beweglichen Elements bestimmt wird, indem ein von dem lichtsensitiven Element auf genommenes Messsignal ausgewertet wird . Das lichtsensitive Element kann dazu ausgestaltet sein, in Folge eines auf das lichtsensitive Element tref fenden Lichtstrahls ein Sensorsignal zu erzeugen, wobei das lichtsensitive Element mit einer Auswerteeinheit verbunden ist , die dazu ausgestaltet ist , aus dem von dem lichtsensitiven Element gemessenen Sensorsignal eine Auslenkung des beweglichen Elements zu ermitteln . Die Vorrichtung kann auch mehrere der oben beschriebenen lichtsensitive Elemente aufweisen .

Das lichtsensitive Element kann am beweglichen Element angeordnet sein . Das lichtsensitive Element kann derart angeordnet sein, dass ein von dem beweglichen Element abgelenkter Lichtstrahl auf das lichtsensitive Element tri f ft . Das bewegliche Element kann für Licht eines Wellenlängenbereichs zumindest teilweise transparent sein, wobei das lichtsensitive Element derart auf dem Substrat angeordnet ist , dass ein durch das bewegliche Element hindurchtretender Lichtstrahl auf das lichtsensitive Element tri f ft .

Das Package kann eine Lichtquelle zur Aussendung eines Mess- Laserstrahls aufweisen, die derart angeordnet ist , dass der Mess-Laserstrahl auf das bewegliche Element tri f ft , wobei eine Auslenkung des beweglichen Elements bestimmt wird, in dem Ablenkung des Mess-Laserstrahls durch das bewegliche Element gemessen wird . Der Mess-Laserstrahl kann unter einem anderen Winkel als der optische Strahlengang einfallen . Die Auslenkung des Mess-Laserstrahls kann über ein lichtsensitives Element gemessen werden .

Das lichtsensitive Elemente kann in den Bereichen des Package angeordnet sein, in die das bewegliche Element bei seinen verschiedenen Auslenkungen den Mess-Laserstrahl reflektiert .

Der Mess-Laserstrahl kann entweder von einer Oberseite oder einer Unterseite in das Package eintreten . Die Vorrichtung zur Bestimmung der Auslenkung des beweglichen Elements kann einen Schalldruck-sensitiven Sensor aufweisen, der sich entweder auf dem MEMS Chip oder auf dem Substrat befindet .

Das bewegliche Element kann ein elektronisches Bauteil aufweisen, das sich durch die Bewegung in Luft auflädt , wobei die Vorrichtung zur Bestimmung der Auslenkung des beweglichen Elements einen induktiven oder kapazitiven Sensor aufweist , der dazu ausgestaltet ist , ein elektrisches Feld zu messen, das von dem elektronischen Bauteil erzeugt wird, das sich durch die Bewegung in Luft auf lädt . Der induktive oder kapazitive Sensor kann auf dem Substrat oder auf dem MEMS Chip angeordnet sein oder in den MEMS Chip integriert sein .

Ein weiterer Aspekt betri f ft ein Verfahren zur Herstellung einer Viel zahl von Packages . Bei diesen Packages kann es sich um die oben beschriebenen Packages handeln . Jedes im Zusammenhang mit dem Package of fenbarte strukturelle oder funktionale Merkmal kann dementsprechend auch für die mit dem Verfahren hergestellten Packages verwirklicht sein .

Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf :

- Befestigen einer Viel zahl von MEMS Chips auf einem Wafer, wobei j eder MEMS Chip ein elektrisches Bauteil auf einer Seite aufweist und wobei die MEMS Chips derart auf dem Wafer befestigt werden, dass die Seite , auf der das elektrische Bauteil angeordnet ist , zum Wafer weist ,

- Vereinzeln des Wafers , und

- Verkapseln der Packages durch eine Verkapselung, die zusammen mit dem Substrat einen Hohlraum verkapselt , in dem der MEMS Chip angeordnet ist , wobei dieser Schritt nach dem Vereinzeln des Wafers erfolgt .

Es ist dementsprechend vorgesehen, die MEMS Chips erst nach der Vereinzelung des Wafers zu einem Package zu verkapseln . Dieses Vorgehen wird auch als Die-Level Packaging bezeichnet . Ein Verkapseln der MEMS Chips vor der Vereinzelung des Wafers wird als Wafer-Level Packaging bezeichnet .

Wafer-Level Packaging weist bei der Verwendung von großen optischen MEMS Chips die folgenden Nachteile auf . Beim Wafer- Level Packaging werden auch defekte MEMS Chips verkapselt und erst nach der Vereinzelung aussortiert . Insbesondere bei großen, aufwendigen MEMS Chips kann es dadurch zu nicht unerheblichen Kosten für den Ausschuss kommen, die durch eine Verkapselung nach der Vereinzelung vermieden werden können .

Der Wafer kann beim Wafer-Level Packaging eine Verzerrung ( „Warpage" ) erfahren, durch die die Qualität der gefertigten Packages reduziert wird . Wird die Verkapselung auf Die-Level vorgenommen, kann die Verzerrung vermieden werden .

Einbau und Handhabung sind bei einem Wafer-Level Packaging aufwendiger als bei einem Die-Level Packaging .

Bei Die-Level Packaging können die MEMS Chips auf dem Wafer vor der Vereinzelung näher aneinander angeordnet werden, da kein zusätzlicher Platz für eine Gehäusestruktur reserviert werden muss .

Im Folgenden werden bevorzugte Aus führungs formen anhand der Figuren beschrieben . Die Figuren 1 bis 32 zeigen schematische Darstellungen des

Packages oder von Teilen des Packages .

Die Figuren 33 bis 38 zeigen Fotos , die das Package in verschiedenen Stadien seiner Herstellung beziehungsbeweise nach dem Einbau in einer Leiterplatte zeigen .

Figur 39 zeigt schematisch ein Verfahren zur Herstellung des Packages .

Die Figuren 40 bis 49 zeigen verschiedene Aus führungsbeispiele des Packages .

Figur 1 zeigt ein erstes Aus führungsbeispiel eines MEMS Chips 1 . Bei dem MEMS Chip handelt es sich um einen mikroelektromechanische Spiegel . Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Unterseite des MEMS Chips .

Der MEMS Chip 1 umfasst ein Spiegelelement 2 , das über zwei erste Federelemente 4 mit einem Antriebselement 3 verbunden ist . Das Antriebselement 3 ist über zwei zweite Federelemente 6 mit einem starren Bereich 5 des MEMS Chips 1 verbunden . Der starre Bereich 5 , das Antriebselement 3 , das Spiegelelement 2 und die Federelemente 4 , 6 sind dabei einstückig aus einem gemeinsamen Substrat , beispielsweise aus Sili zium, ausgebildet , insbesondere durch Ätzen des gemeinsamen Substrats . Des Weiteren sind auf dem starren 5 elektrische Kontakt des MEMS Chips angeordnet .

Auf dem Spiegelelement 2 ist eine reflektierende Schicht 21 , beispielsweise aus einem Metall , aufgebracht , die zur zumindest teilweisen Reflexion von Licht im sichtbaren Spektralbereich eingerichtet ist . Das Spiegelelement 2 weist eine Spiegelaufhängung 22 auf , die direkt mit den ersten Federelementen 4 verbunden ist . Die Spiegelaufhängung 22 ist insbesondere dazu eingerichtet , eine Deformation der Oberfläche des Spiegelelements 2 während des Betriebs des mikroelektromechanischen Spiegels 1 zu reduzieren .

Das Antriebselement 3 hat eine langestreckte , elliptische Ringform mit einer kurzen Achse SA und einer dazu senkrechten langen Achse LA. Das Antriebselement 3 umgibt das Spiegelelement 2 in dessen Haupterstreckungsebene in Ruhelage vollständig . Die ersten Federelemente 4 sind auf gegenüberliegenden Seiten des Spiegelelements 2 entlang der langen Achse LA angeordnet , während die zweiten Federelemente 6 auf gegenüberliegenden Seiten des Antriebselements 3 entlang der kurzen Achse SA angeordnet sind . Die ersten Federelemente 4 und die zweiten Federelemente 6 sind als Torsions federelemente ausgebildet .

Auf dem Substrat des Antriebselements 3 ist eine piezoelektrische Schicht aufgebracht . Die piezoelektrische Schicht ist beispielsweise aus PZT , AIN oder BFO-BT , und ist zwischen zwei metallischen Elektrodenschichten angeordnet . Zumindest eine der Elektrodenschichten ist segmentiert und weist voneinander elektrisch isolierte erste Ansteuerbereiche 31a, 31b und zweite Ansteuerbereiche 32a, 32b auf .

Durch Anlegen einer Wechselspannung an die ersten Ansteuerbereiche 31a, 31b während des Betriebs des MEMS Chips 1 wird in der piezoelektrischen Schicht eine zeitlich periodische mechanische Verspannung erzeugt , die eine erste Schwingungsmode des Spiegelelements 2 resonant anregt . Die erste Schwingungsmode weist dabei eine Drehschwingung des Spiegelelements 2 um eine erste Drehachse auf , die der langen Achse LA entspricht .

Durch Anlegen einer Wechselspannung an die zweiten Ansteuerbereiche 32a, 32b während des Betriebs des mikroelektromechanischen Spiegels 1 wird in der piezoelektrischen Schicht eine zeitlich periodische mechanische Verspannung erzeugt , die eine zweite Schwingungsmode des Spiegelelements 2 resonant anregt . Die zweite Schwingungsmode weist dabei eine Drehschwingung des Spiegelelements 2 um eine zweite Drehachse auf , die der kurzen Achse SA entspricht .

Die Os zillations frequenzen der Drehschwingungen des Spiegelelements 2 um die kurze Achse SA und um die lange Achse LA entsprechen dabei den Resonanz frequenzen der beiden Schwingungsmoden und sind voneinander verschieden . Ein vom Spiegelelement 2 im Betrieb reflektierter Laserstrahl erzeugt somit beispielsweise eine Lissa j ous-Figur auf einer Proj ektions fläche . Dabei ist das Frequenzverhältnis zwischen den beiden Os zillations frequenzen bevorzugt ein rationales Verhältnis .

Der MEMS Chip kann eine Breite und eine Länge aufweisen, die j eweils größer als 5 mm sind .

Die Figuren 2 und 3 zeigen schematisch die Herstellung des

MEMS Chips 1 aus einem SOI Wafer ( SOI = Silicon-on- Insulator ) .

Der SOI Wafer weist eine erste Sili ziumschicht 7 auf , aus der die beweglichen Strukturen des MEMS Chips gefertigt werden . Ferner weist der SOI Wafer eine zweite Sili ziumschicht 8 auf , die von der ersten Sili ziumschicht 7 durch eine Ätzstoppschicht 9 getrennt ist . Die zweite Sili ziumschicht 8 kann unter anderem zur Handhabung des MEMS Chips 1 während der Fertigung genutzt werden . Die zweite Sili ziumschicht 8 weist eine größere Dicke als die erste Sili ziumschicht 7 auf . Bei der Ätzstoppschicht 9 kann es sich um eine Sili ziumoxidschicht handeln .

Auf der Seite der ersten Sili ziumschicht 7 , die von der zweiten Sili ziumschicht 8 weg weist , sind elektrische Kontakte 10 des MEMS Chips 1 angeordnet . Bei den elektrischen Kontakten 10 kann es sich um Löt-Pads handeln . Über die elektrischen Kontakte 10 kann der fertige MEMS Chip 1 mit einem Substrat 11 kontaktiert werden . Die Seite des MEMS Chip 1 , auf der die elektrischen Kontakte 10 angeordnet sind, wird im Folgenden als Unterseite bezeichnet . Auf der Unterseite können ferner die Antriebselemente 3 und eine reflektierende Schicht des MEMS Chips 1 angeordnet sein .

Der MEMS Chip 1 wird durch ein Ätzverfahren hergestellt , bei dem Teile der zweiten Sili ziumschicht 8 , der Ätzstoppschicht 9 und der ersten Sili ziumschicht 7 entfernt werden, so dass freistehende bewegliche Strukturen aus der ersten Sili ziumschicht 7 ausgebildet werden . Auf diese Weise können beispielsweise das bewegliche Spiegelelement 2 , die Federelemente 4 , 6 und Bereiche ausgebildet werden, auf denen die Antriebselemente 3 auf der ersten Sili ziumschicht 7 angeordnet werden . Figur 2 zeigt den MEMS Chip 1 vor dem Ätzverfahren und Figur 3 zeigt den MEMS Chip 1 nach der Durchführung des Ätzverfahrens .

Die Antriebselemente 3 , bei denen es sich um piezoelektrische

Aktuatoren handeln kann, als eine weitere Schicht auf dem MEMS Chip 1 aufgebracht . Die Antriebselemente 3 werden auf dem beweglichen Element 2 aufgebracht .

Die Antriebselemente 3 können auf der Seite des beweglichen Elements 2 aufgebracht werden, die von den elektrischen Kontakten 10 weg weist , wenn der MEMS Chip zur Kontaktierung mittels Bonddrähten vorgesehen ist ( Figur 4 ) . Die Antriebselemente 3 können auf der Seite des beweglichen Elements 2 aufgebracht werden, auf der auch die elektrischen Kontakte 10 angeordnet sind, wenn der MEMS Chip zur Kontaktierung mittels Flip Chip Bonding vorgesehen ist ( Figur 5 ) .

Figur 4 zeigt die Befestigung des in Figur 3 gezeigten MEMS Chips 1 auf dem Substrat 11 . Der MEMS Chip 1 ist dabei auf dem Substrat 11 mittels einer Klebeschicht 12 befestigt . Die Klebeschicht 12 verbindet eine Seite der zweiten Sili ziumschicht 8 mit dem Substrat , die von der ersten Sili ziumschicht 7 weg weist . Die elektrischen Kontakte 10 des MEMS Chips 1 sind auf einer Seite des MEMS Chips 1 angeordnet , die von dem Substrat 11 weg weist . Die Antriebselemente sind auf der Seite des MEMS Chips 1 angeordnet , die zu dem Substrat 11 hin weist .

Das Substrate 11 weist innere und externe elektrische Kontakte 13 , 14 auf . Als innere elektrische Kontakte 13 werden die elektrischen Kontakte des Substrats 11 bezeichnet , die elektrisch mit den Kontakten 10 des MEMS Chips 1 verbunden sind . Die inneren elektrischen Kontakte 13 des Substrats 11 können zusammen mit dem MEMS Chip 1 in einem Hohlraum verkapselt sein . Die inneren elektrischen Kontakte 13 des Substrats 11 sind auf einer Oberseite des Substrats 11 angeordnet , die zum MEMS Chip 1 weist . Die inneren elektrischen Kontakte 13 des Substrats 11 können Löt-Pads aufweisen .

Die externen elektrischen Kontakte 14 des Substrats 11 sind zur Kontaktierung mit einer Leiterplatte oder einer externen Spannungsversorgung ausgestaltet . Die externen Kontakte 14 können mit den inneren Kontakten 13 über Leiterbahnen und/oder Durchkontaktierungen verbunden sein . Die externen elektrischen Kontakte 14 des Substrats 11 können Löt-Pads aufweisen .

In dem in Figur 4 gezeigten Aus führungsbeispiel sind die inneren elektrischen Kontakte 13 seitlich des MEMS Chips 1 angeordnet sind . Die elektrischen Kontakte 10 des MEMS Chips 1 sind mit den inneren elektrischen Kontakten 13 des Substrats 11 über Bonddrähte 15 verbunden .

Auf dem Substrat ist ferner ein Rahmen angeordnet , der Teil einer Verkapselung ist , die den MEMS Chip verkapselt . Da ein Bereich seitlich des MEMS Chips für die elektrischen Kontakte des Substrats freigehalten werden muss , kann der Rahmen nicht unmittelbar neben dem MEMS Chip platziert werden .

In dem in Figur 4 gezeigten Aus führungsbeispiel wird durch die zweite Sili ziumschicht 8 ein Hohlraum unter dem beweglichen Element 2 des MEMS Chips 1 erzeugt . Der Hohlraum sorgt dafür, dass das beweglichen Element 2 sich uneingeschränkt bewegen kann und insbesondere nicht an das Substrat 11 anstoßen .

Figur 5 zeigt eine Alternative zur Befestigung des in Figur 3 gezeigten MEMS Chips 1 auf dem Substrat 11 . Der MEMS Chip 1 ist in Figur 5 in Flip Chip Bauweise auf dem Substrat 11 befestigt . Dementsprechend ist der MEMS Chip 1 derart auf dem Substrat 11 befestigt , dass die Unterseite des MEMS Chips 1 , auf der die elektrischen Kontakte 10 und die Antriebselemente 3 angeordnet sind, zum Substrat 11 weist .

Die inneren elektrischen Kontakte 13 des Substrats 11 sind in dem in Figur 5 gezeigten Aus führungsbeispiel auf der zum MEMS Chip 1 weisenden Oberseite des Substrats 11 direkt unter den elektrischen Kontakten 10 des MEMS Chips 1 angeordnet .

Die elektrischen Kontakte 10 des MEMS Chips 1 und die inneren elektrischen Kontakte 13 des Substrats 11 sind über Lötkugeln 16 verbunden . Die Lötkugeln 16 können Zinn aufweisen oder aus Zinn bestehen .

Der Bereich seitlich des MEMS Chips 1 wird nicht für die inneren elektrischen Kontakte 13 des Substrats 11 benötigt . Dementsprechend kann ein Rahmen 17 unmittelbar neben dem MEMS Chip angeordnet werden, wie in Figur 6 gezeigt .

Das in Figur 5 gezeigte Substrat 11 weist ferner eine Öf fnung 18 auf , die sich durch das Substrat 11 hindurch erstreckt . Der MEMS Chip 1 ist auf dem Substrat 11 derart angeordnet , dass das bewegliche Element 2 sich oberhalb der Öf fnung 18 befindet . Das in Figur 6 gezeigte Substrat 11 weist eine Vertiefung 19 in seiner Oberseite auf , die unterhalb des beweglichen Elements 2 des MEMS Chips 1 angeordnet ist . Die Vertiefung 19 erstreckt sich nicht durch das gesamte Dicke des Substrats 11 .

Sowohl die Öf fnung 18 im Substrat 11 als auch die Vertiefung

19 in der Oberseite des Substrats 11 sorgt dafür, dass für eine Bewegung des beweglichen Elements 2 ausreichend Platz zur Verfügung gestellt ist . Es wird verhindert , dass das bewegliche Element 2 mit dem Substrat 11 in mechanischen Kontakt kommt . Wird der MEMS Chip 1 in Flip Chip Bauweise auf dem Substrat 11 befestigt , kann die vorher von der zweiten Sili ziumschicht 8 übernommene Funktion, den Hohlraum unter dem beweglichen Element 2 zu erzeugen, durch die Öf fnung 18 oder die Vertiefung 19 in dem Substrat 11 realisiert werden .

In weiteren Aus führungsbeispielen kann diese Funktion durch einen zwischen dem Substrat 11 und dem MEMS Chip 1 angeordneten Abstandshalter 20 oder durch hohe Lötkugeln 16 übernommen werden (vergleichen Figuren 15 und 16 ) .

Die in den Figuren 5 und 6 gezeigte Befestigung dem MEMS Chips 1 in Flip Chip Bauweise auf dem Substrat 11 weist gegenüber der in Figur 4 gezeigten Befestigung mittels Bonddrähten 15 zusätzlich zu den genannten Vorteilen des reduzierten Platzbedarfs neben dem MEMS Chip 1 und der Möglichkeit die zweite Sili ziumschicht 8 wegzulassen auch die folgenden Vorteile auf :

Durch die Flip Chip Bauweise kann eine Länge der elektrischen Pfade gegenüber einer Kontaktierung mit Bonddrähten 15 reduziert werden, so dass Verzögerungen bei der Signalübertragung reduziert werden können . Damit kann die Performance des MEMS Chips in Bezug auf die Geschwindigkeit und die Signalintegrität verbessert werden .

Durch die Flip Chip Bauweise kann Hitze im Vergleich zu einer Kontaktierung mit Bonddrähten 15 ef fektiver von dem MEMS Chip 1 auf das Substrat 11 abgeleitet werden . Das thermische Management des Packages wird so verbessert und eine Überhitzung kann vermieden werden . Die Flip Chip Bauweise ermöglicht es elektrische Kontakte 13 des Substrats 11 enger aneinander anzuordnen als dieses für eine Kontaktierung mittels Bonddrähten 15 möglich ist . Dadurch kann eine I /O Kapazität erhöht werden .

Figur 7 zeigt einen auf einem Substrat 11 befestigten MEMS Chip 1 gemäß einem weiteren Aus führungsbeispiel . Der in Figur 7 gezeigte MEMS Chip 1 ist ebenfalls in Flip Chip Technik auf dem Substrat 11 befestigt .

Der MEMS Chip 1 gemäß dem weiteren Aus führungsbeispiel ist aus einer einzigen Sili ziumschicht 7 gefertigt . Der MEMS Chip 1 weist daher keine Ätzstoppschicht 9 und keine zweite Sili ziumschicht 8 auf . Dementsprechend weist der MEMS Chip 1 gegenüber dem in Figur 5 gezeigten MEMS Chip 1 eine deutlich geringere Höhe auf .

Da die zweite Sili ziumschicht 8 bei der Flip Chip Befestigung nicht dafür benötigt wird, einen Hohlraum unter dem beweglichen Element 2 zu erzeugen, kann sie entfallen . Somit kann auf die Herstellung des MEMS Chips 1 aus einem SOI Wafer verzichtet werden . Stattdessen kann der MEMS Chip aus einem Wafer gefertigt werden, der eine einzige Sili ziumschicht 7 aufweist . Dementsprechend kann die Höhe des Bauteils reduziert werden . Zudem können Kosten eingespart werden, da der Wafer bestehend aus einer einzigen Sili ziumschicht günstiger ist als ein SOI Wafer .

Darüber hinaus kann das Herstellungsverfahren vereinfacht werden, da auf den Ätzprozess der zweiten Sili ziumschicht 8 verzichtet werden kann . Da die zweite Sili ziumschicht 8 üblicherweise dick ist , handelt es sich bei dem Ätzprozess der zweiten Sili ziumschicht 8 um einen DRIE Prozess ( DRIE = Deep Reactive Ion Etching) . Ein DRIE Prozess ist sehr aufwendig und teuer, da hierfür spezielle Werkzeuge erforderlich sind, z . B . induktiv gekoppelte Plasmaätzer . Zudem ist ein DRIE Prozess langsam und führt so zu einer langen Prozessdauer . Ein DRIE Prozess ist ferner anfällig für Fehler und führt so zu einer nicht unerheblichen Menge an Ausschuss . Insgesamt kann somit durch das Wegfällen des DRIE Prozesses das Herstellungsverfahren erheblich verbessert werden .

Bei dem in Figur 7 gezeigten Aus führungsbeispiel ist unter dem beweglichen Element 2 des MEMS Chips 1 die Öf fnung 18 angeordnet , die sich durch das Substrat 11 erstreckt . Alternativ könnte eine Vertiefung 19 in der Oberseite des Substrats 11 ausgebildet sein .

Figur 8 zeigt einen Detailansicht des auf dem Substrat 11 befestigten MEMS Chips 1 , wie in Figur 6 dargestellt . Das Substrat 11 ist ein keramisches Substrat . Es kann Aluminiumoxid aufweisen oder aus Aluminiumoxid bestehen . Das Substrat 11 kann einen Mehrlagenaufbau aufweisen, bei dem Leiterbahnen in das Substrat 11 integriert sind . Das Substrat 11 kann in einem additiven Fertigungsverfahren gefertigt werden .

Auf der zu dem MEMS Chip 1 weisenden Oberseite des Substrats 11 ist der innere elektrische Kontakt 13 des Substrats 11 in Form eines Löt-Pads ausgebildet . Auf einer zu dem MEMS Chip 1 weisenden Oberseite des Kontakts 13 ist eine Metallisierung 23 angeordnet , die auch als „Under Bump Metallisierung" bezeichnet wird . Der innere elektrische Kontakt 13 des Substrats 11 ist über eine Durchkontaktierung 24 , die sich durch das Substrat 11 hindurch erstreckt , mit dem externen elektrischen Kontakt 14 auf der Unterseite des Substrats 11 verbunden . Der externe elektrische Kontakt 14 auf der Unterseite des Substrats 11 ist dazu ausgestaltet , das Substrat 11 mit einer Leiterplatte oder einer externen Spannungsversorgung zu verbinden .

Zwischen dem inneren elektrischen Kontakt 13 des Substrats 11 und der Oberseite des Substrats ist eine Stressabbauschicht 25 angeordnet . Die Stressabbauschicht weist ein Polymer oder ein anderes dielektrisches Material , beispielsweise Sili ziumnitrid, auf . Die Stressabbauschicht 25 ist dazu ausgestaltet , mechanische Verspannungen zwischen dem Substrat 11 und dem MEMS Chip 1 , der über die Lötverbindung verbunden sind, abzubauen .

Auf der zu dem Substrat 11 weisenden Unterseite des MEMS Chips 1 ist der elektrischer Kontakt 10 des MEMS Chips 1 in Form eines Löt-Pads ausgebildet . Auf einer zu dem Substrat 11 weisenden Seite des Kontakts 10 ist eine Metallisierung 23 angeordnet , die auch als „Under Bump Metallisierung" bezeichnet wird . Der elektrische Kontakt erstreckt sich zudem seitlich über das Löt-Pad hinaus und verläuft an der Unterseite des MEMS Chips 1 .

Eine weitere Stressabbauschicht 25 ist zwischen dem MEMS Chip 1 und dem als Löt-Pad ausgebildeten elektrischen Kontakt 10 des MEMS Chips 1 angeordnet . Die weitere Stressabbauschicht 25 ist dazu ausgestaltet , mechanische Verspannungen zwischen dem MEMS Chip 1 und dem Substrat 11 abzubauen . In einer alternativen Aus führungs form kann eine Stressabbauschicht 25 entweder nur auf dem Substrat 11 oder nur auf der Unterseite des MEMS Chips 1 angeordnet sein .

Zwischen dem als Löt-Pad ausgebildeten Teil des elektrischen Kontakts 10 des MEMS Chips 1 und dem als Löt-Pad ausgebildeten Teil des inneren elektrischen Kontakts 13 des Substrats 11 ist eine Lötkugel 16 angeordnet . Uber die Lötkugel 16 sind das Substrat 11 und der MEMS Chip 1 mechanisch miteinander verbunden und elektrisch miteinander kontaktiert .

Die elektrischen Kontakte 10 , 13 und die Stressabbauschichten 25 auf dem MEMS Chip 1 und auf dem Substrat 11 sind j eweils von einer Lötstoppschicht 26 umgeben .

Figur 9 zeigt ein weiteres Aus führungsbeispiel , wobei eine Detaildarstellung eines auf einem Substrat 11 angeordneten MEMS Chips 1 gezeigt ist . Im Gegensatz zu der in Figur 8 gezeigten Aus führungs form erstreckt sich hier die Metallisierung 23 nicht nur entlang der Unterseite des MEMS Chips 1 , sondern verläuft auch auf einer Seitenfläche der ersten Sili ziumschicht 7 , die senkrecht zu der Unterseite ist . Dementsprechend ergibt sich eine im Querschnitt L- förmige Under Bump Metallisation .

Der in Figur 9 gezeigte MEMS Chip 1 weist keine Stessabbauschicht 25 auf .

Die Figuren 10 bis 12 zeigen eine weitere Aus führungs form eines auf dem Substrat 11 befestigten MEMS Chips 1 . Die als Löt-Pads ausgebildeten elektrischen Kontakte 10 des MEMS Chips 1 sind teilweise von einem Schlitz 27 durch den MEMS Chip 1 umgeben . Der Schlitz 27 umgibt dabei den j eweiligen elektrischen Kontakt 10 an drei Seiten . Dadurch ist der MEMS Chip 1 im Bereich der elektrischen Kontakte 10 als gefederte Aufhängungen ausgebildet .

Der MEMS Chip 1 ist derart konstruiert , dass mechanische Verspannungen insbesondere in den Bereichen abgebaut werden, in denen die von den Schlitzen 27 umgebenen elektrischen Kontakte 10 angeordnet sind . Die Bereiche des MEMS Chips 1 , in denen keine elektrischen Kontakte 10 angeordnet sind und in denen stattdessen das bewegliche Element 2 des MEMS Chips 1 und die Antriebselemente 3 ausgebildet sind, erfahren dagegen keine oder nur eine geringe mechanische Verspannung .

Die Figuren 11 und 12 zeigen einen Querschnitt des auf dem Substrat 11 befestigten MEMS Chips 1 . In Figur 11 besteht zwischen dem Substrat 11 und dem MEMS Chip 1 keine mechanische Verspannung . Der MEMS Chip 1 ist dementsprechend im Wesentlichen eben .

In Figur 12 kommt es aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoef fi zienten zu einer mechanischen Verspannung zwischen dem MEMS Chip 1 und dem Substrat 11 . Es ist erkennbar, dass die Bereiche , in denen die elektrischen Kontakte 10 ausgebildet sind, eine deutliche Verformung erfahren, während ein mittlerer Bereich, in dem das bewegliche Element 2 ausgebildet ist , keine Verformung erfährt . Durch die Ausbildung des MEMS Chips 1 mit einer gefederten Aufhängung in seinen Randbereichen kann ein optisch relevanter Mittelbereich des MEMS Chips 1 vor unerwünschten Verformungen, zu denen es beispielsweise durch unterschiedliche thermische Ausdehnungskoef fi zienten des MEMS Chips 1 und des Substrats 11 kommen kann, geschützt werden . Die Ausbildung des MEMS Chips 1 mit einer gefederten

Aufhängung kann somit als Alternative zu den in den Figuren 8 und 9 gezeigten Stressabbauschichten 25 genutzt werden . Alternativ kann die gefederte Aufhängung mit einer Stressabbauschicht 25 auf dem MEMS Chip 1 und/oder auf dem Substrat 11 kombiniert werden .

Figur 13 zeigt einen Rahmen 17 , der mit dem Substrat 11 über eine Klebeverbindung 28 verbunden ist .

Das Substrat 11 weist den externen elektrischen Kontakt 14 zur weiteren Kontaktierung auf , beispielsweise mit einer Leiterplatte oder einer externen Spannungsversorgung . Der externen elektrischen Kontakt 14 liegt außerhalb eines verkapselten Bereichs , in dem der MEMS Chip 1 von dem Substrat 11 und dem Rahmen 17 eingeschlossen ist .

Der mit dem MEMS Chip 1 verbundene innere elektrische Kontakt 13 des Substrats 11 und der externe Kontakt 14 sind über eine Leiterbahn 29 miteinander verbunden . Im Bereich des inneren elektrischen Kontakts 13 des Substrats 11 innerhalb des Rahmens 17 ist die Leiterbahn 29 von einer Lötstoppschicht 26 bedeckt . Die Leiterbahn 29 verläuft nicht entlang der Klebeverbindung 28 . Stattdessen verläuft die Leiterbahn 29 im Bereich der Klebeverbindung 28 in einer inneren Lage des Substrats 11 .

Figur 14 zeigt ein Substrat 11 und einen Rahmen 17 , die in einem gemeinsamen additiven Fertigungsverfahren, beispielsweise einem 3D-Druckverf ahren, gefertigt wurden . In dem additiven Fertigungsverfahren werden gleichzeitig auch die in oder auf dem Substrat 11 ausgebildeten Leiterbahnen 29 und die elektrischen Kontakte 13 , 14 des Substrats 11 gefertigt .

Auf eine Klebeverbindung 28 zwischen Rahmen 17 und Substrat 11 kann verzichtet werden . Die Leiterbahn 29 verläuft nahe der Oberfläche des Substrats 11 und ist von einer dünnen keramischen Schicht 30 bedeckt , die in dem additiven Fertigungsverfahren auf der Leiterbahn 29 erzeugt wird . Die Leiterbahn 29 ist mit dem externen Kontakt 14 verbunden, der frei liegt und nicht von der dünnen keramischen Schicht 30 bedeckt ist . Auf eine zusätzliche Lötstoppschicht 26 , die die Leiterbahn 29 bedeckt , kann verzichtet werden, da die additiv gefertigte dünne keramische Schicht 30 diese Funktion übernimmt . Durch die Herstellung mittels eines additiven Fertigungsverfahrens kann somit auf die Verlegung der Leiterbahn 29 in die innere Lage im Bereich der Klebeverbindung 28 und auf die Verwendung der Lötstoppschicht 26 auf der Leiterbahn 29 im Bereich des externen elektrischen Kontakts 14 des Substrats 11 verzichtet werden .

Figur 15 zeigt ein Package , das den auf dem Substrat 11 angeordneten MEMS Chip 1 aufweist . Das Package weist ferner eine Verkapselung auf , die zusammen mit dem Substrat einen hermetisch abgeschlossenen Hohlraum ausbildet , in dem der MEMS Chip 1 angeordnet ist .

Die Verkapselung weist den Rahmen 17 sowie ein Fenster 33 auf . Der Rahmen 17 kann ein keramisches Material oder ein Glas aufweisen oder aus einem keramischen Material oder aus Glas bestehen . Der Rahmen 17 kann dasselbe Material wie das Substrat 11 oder wie das Fenster 33 aufweisen oder aus diesem Material bestehen . Das Material des Rahmens 17 weist einen thermischen Ausdehnungskoef fi zienten auf , der ähnlich zu dem thermischen Ausdehnungskoef fi zienten des Substrats 11 ist , sodass das Entstehen von mechanischen Spannungen reduziert oder vollständig vermieden werden kann .

Das Fenster 33 ist für Lichtstrahlen, insbesondere Laserstrahlen, im sichtbaren Spektrum transparent . Das Fenster 33 ist schräg zu einer Oberfläche des Substrats 11 angeordnet . Das Fenster 33 weist ein Glas oder ein keramisches Material auf . Alternativ kann das Fenster 33 aus einem Glas oder einem keramischen Material bestehen . Das Substrat 11 , der Rahmen 17 und das Fenster 33 können dasselbe Material aufweisen . Der thermische Ausdehnungskoef fi zient des Fensters 33 ist sehr ähnlich zu dem thermischen Ausdehnungskoef fi zienten des Substrats 11 und des Rahmens 17 .

Das Fenster 33 kann an seiner zu dem Hohlraum weisenden Innenseite und/oder an seiner von dem Hohlraum wegweisenden Außenseite eine anti-ref lektierende Beschichtung aufweisen . Das Fenster kann aus einem keramischen Material bestehen .

Das Fenster 33 ist zu der Oberseite des Substrats 11 geneigt . Das Fenster 33 ist zu dem beweglichen Element 2 des MEMS Chips 1 geneigt , wenn das bewegliche Element 2 sich in seiner Ruhelage befindet . Das Fenster 33 kann mit der Oberseite des Substrats 11 und mit dem beweglichen Element 2 des MEMS Chips 1 in Ruhelage einen Winkel einschließen, der zwischen 5 ° und 20 ° liegt . Durch die Neigung des Fensters 33 zu dem beweglichen Element 2 des MEMS Chips 1 in seiner Ruhelage kann sichergestellt werden, dass ein Laserstrahl , der durch eine unerwünschte Reflexion an dem Fenster 33 entsteht , sich nicht in die gleiche Richtung ausbreitet , wie ein Signallaserstrahl . Die Verkapselung kann unter Vakuum oder unter einer

Edelgasatmosphäre versiegelt werden . Dementsprechend kann in dem Hohlraum ein Vakuum oder eine Edelgasatmosphäre vorliegen .

Die Verkapselung kann den in dem Hohlraum angeordneten MEMS Chip 1 vor Wasser, Luftfeuchtigkeit und anderen Umwelteinflüssen schützen und auf diese Weise eine Korrosion, eine Oxidation oder eine durch andere Ef fekte verursachte Alterung des MEMS Chips 1 vermeiden . Durch eine hermetische Verkapselung kann zudem eine Kondensierung von Luftfeuchtigkeit in dem Hohlraum vermieden werden .

Das Package weist ferner Abstandshalter 20 auf , die zwischen dem Substrat 11 und dem als Löt-Pad ausgebildeten Teil der inneren elektrischen Kontakte 13 des Substrats 11 angeordnet sind . Die inneren elektrischen Kontakte 13 des Substrats 11 sind dabei auf den Abstandshaltern 20 angeordnet . Durch die Abstandshalter 20 wird ein Abstand des MEMS Chips 1 von dem Substrat 11 erhöht . Dadurch kann sichergestellt werden, dass ein Abstand zwischen dem beweglichen Element 2 des MEMS Chips 1 und dem Substrat 11 ausreichend groß ist , sodass eine Bewegung des beweglichen Elements 2 des MEMS Chips 1 nicht durch das Substrat 11 beeinträchtigt wird .

In dem Substrat 11 ist eine Vertiefung 19 unter dem beweglichen Element 2 des MEMS Chips 1 ausgebildet , die einen mechanischen Kontakt des beweglichen Elements 2 mit dem Substrat 11 verhindert . Auf eine sich durch das gesamte Substrat 11 erstreckende Öf fnung 18 kann verzichtet werden . Die Abstandshalter 20 könnten alternativ so hoch ausgebildet sein, dass auch auf die Vertiefung des Substrats 11 in dem Bereich, in dem das bewegliche Element 2 des MEMS Chips 1 angeordnet ist , verzichtet werden kann .

Figur 16 zeigt ein weiteres Aus führungsbeispiel . Hier ist der MEMS Chip 1 mit dem Substrat 11 über hohe Lötkugeln 16 verbunden . Diese wirken genauso wie die auf der Oberfläche des Substrats 11 angeordneten Abstandshalter 20 , die in Figur 15 gezeigt sind . Die Höhe der Lötkugeln 16 ist dabei so gewählt , dass das bewegliche Element 2 des MEMS Chips 1 auch bei seiner maximalen Auslenkung nicht mit der Oberfläche des Substrats 11 in Kontakt kommt . Auf eine Vertiefung 19 in dem Substrat 11 kann daher verzichtet werden .

Die Figuren 17 und 18 zeigen Aus führungsbeispiele des Packages , bei denen in dem Substrat 11 eine sich durch das Substrat 11 vollständig erstreckende Öf fnung 18 angeordnet ist , die j eweils unter dem beweglichen Element 2 des MEMS Chips 1 ausgebildet ist . Auf der von dem MEMS Chip 1 wegweisenden Unterseite des Substrats 11 sind ein Rahmen 17 und ein Fenster 33 angeordnet .

Bei dem in Figur 17 gezeigten Aus führungsbeispiel ist auf der Oberseite des Substrats 11 , auf der auch der MEMS Chip 1 befestigt ist , ein weiterer Rahmen 17 befestigt , an dem ein weiteres Substrat 34 befestigt ist . Die Verkapselung des Hohlraums , in dem der MEMS Chip 1 angeordnet ist , erfolgt durch das Substrat 11 , den auf der Unterseite des Substrat angeordneten Rahmen 17 , das mit diesem Rahmen verbundene Fenster 33 , den auf der Oberseite des Substrat angeordneten Rahmen 17 und das mit diesem Rahmen verbundene weitere Substrat 34 . Ein Laserstrahl kann beispielsweise durch das auf der Unterseite des Rahmens 17 angeordnete Fenster 33 eintreten, von dem beweglichen Element 2 des MEMS Chips 1 reflektiert werden und aus dem Fenster 33 wieder austreten . Dazu weist das bewegliche Element 2 auf seiner Unterseite eine reflektierende Beschichtung auf . Das Fenster 33 ist relativ zu dem beweglichen Element 2 geneigt , wenn sich das bewegliche Element 2 in seiner Ruhelage befindet . Das Fenster 33 schließt mit dem beweglichen Element 2 in dessen Ruhelage beispielsweise einen Winkel zwischen 5 und 20 ° ein .

Bei dem in Figur 17 gezeigten Aus führungsbeispiel ist der innere elektrische Kontakt 13 auf der Oberseite des Substrats 11 über Leiterbahnen 29 in dem Substrat 11 , in dem Rahmen 17 und in dem weiteren an dem Rahmen 17 befestigten Substrat 35 mit einem externen elektrischen Kontakt 14 verbunden, der auf einer Oberseite des weiteren Substrats 34 ausgebildet ist .

Auf der von dem Substrat 11 wegweisenden Seite des MEMS Chips 1 ist eine mechanische Verstärkungsstruktur 35 des beweglichen Elements 2 ausgebildet . Dabei kann es sich beispielsweise um eine Balkenstruktur handeln, die Verzerrungen des beweglichen Elements 2 bei seiner Auslenkung verhindert . Der MEMS Chip 1 ist aus einem SOI Wafer gefertigt , wobei die zweite Sili ziumschicht 8 zu der Verstärkungsstruktur 35 strukturiert ist .

In dem in Figur 18 gezeigten Aus führungsbeispiel ist auf einer Oberseite des Substrats 11 ebenfalls ein Rahmen 17 angeordnet . Statt eines weiteren Substrats 34 ist der Rahmen 17 auf der Oberseite durch ein zweites Fenster 33 verschlossen . Eine Verkapselung des Hohlraums , in dem der MEMS Chip 1 angeordnet ist , wird durch das Substrat 11 , die beiden Rahmen 17 und die beiden Fenster 33 gebildet . Die beiden Fenster 33 sind so angeordnet , dass ein erster Laserstrahl von einer Unterseite des Packages auf das bewegliche Element 2 des MEMS Chips 1 gerichtet werden kann . Ferner kann durch das auf der Oberseite des Substrats 11 angeordnete Fenster 33 ein zweiter Laserstrahl von einer Oberseite des Packages auf das bewegliche Element 2 des MEMS Chips 1 gerichtet werden . Einer der beiden Laserstrahlen kann der Signallaserstrahl sein, der zur Erzeugung eines Bildes von dem beweglichen Element 2 abgelenkt wird . Der andere der beiden Laserstrahlen kann dazu verwendet werden, eine Auslenkung des beweglichen Elements 2 zu überwachen .

Das bewegliche Element 2 weist sowohl auf seiner zu dem Substrat 11 weisenden Unterseite als auch auf seiner von dem Substrat 11 wegweisenden Oberseite eine reflektierende Beschichtung auf . Bei dem in Figur 18 gezeigten Aus führungsbeispiel weist der MEMS Chip 1 eine einzige Sili ziumschicht 7 auf .

Die Figuren 19 bis 21 zeigen verschiedene Möglichkeiten, um einen inneren elektrischen Kontakt 13 des Substrates 11 , der mit dem MEMS Chip 1 verbunden ist , mit einem externen Kontakt 14 des Substrates 11 zu verbinden, über den das Substrat 11 mit einer externen Spannungsversorgung oder einer Leiterplatte verbunden werden kann .

Figur 19 zeigt Durchkontaktierungen 24 , die von einer Oberseite des Substrates 11 , an der der innere elektrische Kontakt 13 angeordnet ist , der mit dem MEMS Chip 1 verbunden ist , zu einer Unterseite des Substrats 11 verlaufen, an der der externe Kontakt 14 angeordnet ist , der dazu ausgestaltet ist , mit einer externen Spannungsversorgung oder einer Leiterplatte verbunden zu werden .

Figur 20 zeigt eine Leiterbahn 29 , die entlang der Oberseite des Substrats 11 angeordnet ist . Die Leiterbahn 29 verläuft dabei von dem inneren Kontakt 13 des Substrats 11 , der mit dem MEMS Chip 1 verbunden ist und der innerhalb des verkapselten Hohlraums angeordnet ist , unter dem Rahmen 17 hindurch in einen Bereich außerhalb des Hohlraums . Hier kann das Substrat 11 über den externen elektrischen Kontakt 14 kontaktiert werden und beispielsweise mit einer externen Spannungsversorgung verbunden werden . Details zur Ausgestaltung der Leiterbahn 29 wurden in Zusammenhang mit den Figuren 13 und 14 erläutert .

Figur 21 zeigt ebenfalls die Kontaktierung über eine Leiterbahn 29 , die entlang der Oberseite des Substrats 11 aus dem Hohlraum hinaus verläuft . Die Leiterbahn 29 erstreckt sich zusätzlich über eine Seitenfläche des Substrats 11 , die senkrecht zu der Oberseite ist . Die Leiterbahn 29 erstreckt sich teilweise über eine Unterseite des Substrats 11 , die von dem MEMS Chip 1 weg weist . An der Unterseite des Substrats 11 ist der externe elektrische Kontakt 14 ausgebildet , der zur externen Kontaktierung vorgesehen ist .

Figur 22 zeigt ein weiteres Aus führungsbeispiel des Packages . Das Package weist das Substrat 11 , den auf dem Substrat 11 in Flip Chip Bauweise befestigten MEMS Chip 1 , ein Lasermodul 36 , eine Ansteuerelektronik 37 zur Steuerung des Lasermoduls 36 , einen AS IC 38 , der dazu ausgestaltet ist , den MEMS Chip 1 zu steuern, und optische Komponenten, wie einen Spiegel 39 und eine reflektierende Beschichtung 40 , auf . Das Substrat 11 weist eine neben dem MEMS Chip 1 angeordnete Öf fnung 18 auf , die durch ein Fenster 33 verschlossen ist . Das Substrat 11 , der Rahmen 17 , das Fenster 33 , das den Rahmen 17 verschließt , und das Fenster 33 , das die Öf fnung 18 in dem Substrat 11 verschließt , schließen einen Hohlraum ein, in dem der MEMS Chip 1 verkapselt ist . An einer zu dem Hohlraum weisenden Unterseite des Fensters 33 , das den Rahmen 17 verschließt , ist die reflektierende Beschichtung 40 aufgebracht .

Das Lasermodul 36 ist an einer Unterseite des Substrats 11 angeordnet . Die Ansteuerelektronik 37 des Lasermoduls 36 ist an einer Oberseite des Substrats 11 angeordnet . Die Ansteuerelektronik 37 ist mit dem Lasermodul 36 über Durchkontaktierungen 24 durch das Substrat 11 verbunden . Das Lasermodul 36 ist dazu ausgestaltet , einen Laserstrahl aus zusenden . Das Lasermodul 36 weist eine oder mehrere Laserdioden auf .

An der Unterseite des Substrats 11 ist ein Spiegel 39 angeordnet . Das Lasermodul 36 , der Spiegel 39 und das Fenster 33 sind so angeordnet , dass ein von dem Lasermodul 36 ausgesendeter Laserstrahl von dem Spiegel 39 reflektiert wird und durch das Fenster 33 hindurch in den verkapselten Hohlraum eintritt . Die reflektierende Beschichtung 40 ist in dem Hohlraum so angeordnet , dass sie den eintretenden Laserstrahl in Richtung des beweglichen Elements 2 reflektiert . Der von der reflektierenden Beschichtung 40 reflektierte Laserstrahl tri f ft auf das bewegliche Element 2 des MEMS Chips 1 und wird von diesem erneut reflektiert . Der von dem beweglichen Element 2 reflektierte Laserstrahl verlässt dann den verkapselten Hohlraum durch das Fenster 33 . Der AS IC 38 ist an der Unterseite des Substrats 11 angeordnet und mit den inneren elektrischen Kontakten 13 des Substrats 11 , die mit dem MEMS Chip 1 verbunden sind, über Durchkontaktierungen 24 verbunden, die durch das Substrat 11 hindurch verlaufen .

Figur 23 zeigt ein weiteres Aus führungsbeispiel . Im Vergleich zu dem in Figur 22 gezeigten Aus führungsbeispiel ist nunmehr das Lasermodul 36 auf der Oberseite des Substrats 11 angeordnet und die Ansteuerelektronik 37 ist auf der Unterseite des Substrats 11 angeordnet . Ferner entfallen die Öf fnung 18 des Substrats 11 neben dem MEMS Chip 1 und das auf der Unterseite des Substrats 1 angeordnete Fenster 33 . Der Spiegel 39 , der die erste Ablenkung des Laserstrahls bewirkt , ist hier innerhalb des verkapselten Hohlraums angeordnet .

Figur 24 zeigt ein weiteres Aus führungsbeispiel des Packages . In dem in Figur 24 gezeigten Aus führungsbeispiel sind sowohl auf der Oberseite des Substrats 11 als auch auf der Unterseite des Substrats 11 Rahmen 17 angeordnet , die j eweils durch ein Fenster 33 verschlossen sind . Die Rahmen 17 und die Fenster 33 sind für einen Laserstrahl durchlässig . An den Innenseiten der beiden Fenster 33 ist j eweils eine reflektierende Beschichtung 40 angeordnet . Das Substrat 11 weist eine Öf fnung 18 auf , die unterhalb des beweglichen Elements 2 ausgebildet ist und die sich vollständig durch das Substrat 11 erstreckt .

Das Package weist zwei Lasermodule 36 auf , die j eweils dazu ausgestaltet sind, einen Laserstrahl aus zusenden . Innerhalb des verkapselten Hohlraums sind zwei stationäre , schräg angeordnete Spiegel 39 angeordnet , die die beiden Laserstrahle j eweils ablenken . Der von dem Lasermodul 36 auf der Oberseite des Substrats 11 ausgesendete Laserstrahl , wird von dem Spiegel 39 auf der Oberseite abgelenkt , tri f ft auf die reflektierende Beschichtung 40 des Fensters 33 auf der Oberseite und tri f ft dann auf die Oberseite des beweglichen Elements 2 des MEMS Chips 1 , die eine reflektierende Schicht aufweist . Der von dem Lasermodul 36 auf der Unterseite des Substrats 11 ausgesendete Laserstrahl , wird von dem Spiegel 39 auf der Unterseite abgelenkt , tri f ft auf die reflektierende Beschichtung 40 des Fensters 33 auf der Unterseite , verläuft durch die Öf fnung 18 in dem Substrat 11 und tri f ft dann auf die Unterseite des beweglichen Elements 2 des MEMS Chips 1 , die eine reflektierende Schicht aufweist .

Einer der beiden Laserstrahl kann als Signallaserstrahl zur Erzeugung eines Bildes verwendet werden . Der j eweils andere der beiden Laserstrahle kann als Sensorlaserstrahl zur Überwachung der Position und Auslenkung des beweglichen Elementes genutzt werden .

Es ist ferner möglich, auch das Lasermodul 36 innerhalb des verkapselten Hohlraums anzuordnen . Ein solches Aus führungsbeispiel ist in Figur 25 gezeigt . Bei dem in Figur 25 gezeigten Aus führungsbeispiel sind der MEMS Chip 1 , das Lasermodul 36 sowie optische Komponenten, insbesondere Linsen 41 und Spiegel 39 , innerhalb des verkapselten Hohlraums angeordnet . Auf der Unterseite des Substrats 11 und damit außerhalb des verkapselten Hohlraums sind die Ansteuerelektronik 37 für das Lasermodul 36 und der AS IC 38 angeordnet .

Die Ansteuerelektronik 37 für das Lasermodul 36 ist über Durchkontaktierungen 24 durch das Substrat 11 mit dem Lasermodul 36 verbunden . Ein von dem Lasermodul 36 emittierter Laserstrahl tritt zunächst durch zwei Linsen 41 und wird dann von zwei stationären Spiegeln 39 derart abgelenkt , dass er auf das bewegliche Element 2 des MEMS Chips 1 tri f ft . Von dem beweglichen Element 2 wird der Laserstrahl so abgelenkt , dass der Laserstrahl durch das Fenster 33 aus dem verkapselten Hohlraum austritt .

Figur 26 zeigt ein weiteres Aus führungsbeispiel , bei dem die Verkapselung zwei parallel zueinander angeordnete Fenster 33 aufweist . Dabei kann ein erstes Fenster 33 für einen Lichteintritt , über den ein Laserstrahl in den verkapselten Hohlraum eintritt , genutzt werden und das zweite Fenster 33 kann als Lichtaustritt genutzt werden, über das der Laserstrahl aus dem verkapselten Hohlraum austritt .

Figur 27 zeigt ein weiteres Aus führungsbeispiel des Packages mit einem schräg zu dem MEMS Chip 1 angeordneten Fenster 33 .

Bei den in Figur 26 und Figur 27 gezeigten Aus führungsbeispielen kann die auf dem Substrat 11 angeordnete Verkapselung aus Glas bestehen .

Die Figuren 28 und 29 zeigen Aus führungs formen, bei denen die Verkapselung zwei schräg zueinander angeordnete Fenster 33 aufweist . Bei dem in Figur 28 gezeigten Aus führungsbeispiel ist auf einer Innenseite eines der Fenster 33 eine reflektierende Beschichtung 40 angeordnet . In diesem Fall wird das andere Fenster 33 sowohl für den Eintritt als auch den Austritt des Laserstrahls genutzt . Bei dem in Figur 29 gezeigten Aus führungsbeispiel weisen die Fenster 33 keine reflektierende Beschichtung 40 auf . Der Laserstrahl tritt über ein erstes Fenster 33 in den verkapselten Hohlraum ein, wird von dem beweglichen Element 2 des MEMS Chips 1 reflektiert und verlässt den verkapselten Hohlraum über das zweite Fenster 33 .

Figur 30 zeigt ein weiteres Aus führungsbeispiel des Packages . Das Substrat 11 und der Rahmen 17 sind hier in einem additiven Fertigungsverfahren gefertigt worden .

In dem additiven Fertigungsverfahren wird zusätzlich ein Befestigungs fuß 42 des Substrats 11 ausgebildet , der es ermöglicht , auf einer Leiterplatte befestigt zu werden . Dabei kann der Befestigungs fuß 42 schräg zu den weiteren Elementen des Packages angeordnet sein . Der Befestigungs fuß 42 ist schräg zu dem beweglichen Element 2 des MEMS Chips 1 in seiner Ruhelage und schräg zu dem Fenster 33 . Wird nunmehr der Befestigungs fuß 42 auf der Leiterplatte befestigt , sind das Substrat 11 und der MEMS Chip 1 schräg zu der Leiterplatte angeordnet , das heißt das Substrat 11 und der MEMS Chip 1 sind weder parallel noch senkrecht zu dem Substrat .

Durch die Ergänzung des Befestigungs fußes 42 und die Wahl eines entsprechenden Winkels zwischen dem Befestigungs fuß 42 und dem Substrat 11 des Packages kann ein beliebiger Winkel zwischen dem Substrat 11 und einer Leiterplatte ausgewählt werden . Auf diese Weise kann das Substrat 11 und der MEMS Chip 1 schräg zu einer Laserquelle angeordnet werden, sodass sichergestellt werden kann, dass Reflexionen eines Laserstrahls sich nicht in die gleiche Richtung ausbreiten wie ein Signallaserstrahl .

Figur 31 zeigt ein weiteres Aus führungsbeispiel . Das Substrat

11 ist hier in einem additiven Fertigungsverfahren zusammen mit dem Befestigungsfuß 42 gefertigt worden. Das Substrat 11 ist schräg zu dem Befestigungsfuß 42 angeordnet. Auf dem Befestigungsfuß 42 sind weitere Elemente des Packages, beispielsweise der ASIC 38, angeordnet. Durch die Kombination mit dem Befestigungsfuß 42 kann das Substrat 11 in einem beliebigen Winkel zu einer Leiterplatte angeordnet werden.

Figur 32 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem das Substrat 11 mittels eines additiven Fertigungsverfahrens gefertigt ist und eine Biegung 43 aufweist. Ein Teil des Substrates 11, in dem der MEMS Chip 1 angeordnet ist, ist relativ zu einem weiteren Teil des Substrates 11, in dem das Lasermodul 36 angeordnet ist, schräg ausgebildet.

Die Biegung 43 übernimmt in diesem Ausführungsbeispiel die Funktionalität des Befestigungsfußes 42. Durch die Biegung 43 kann das Substrat 11 so auf einer Leiterplatte befestigt werden, dass der MEMS Chip 1 und das Fenster 33, aus dem der abgelenkte Laserstrahl austritt, schräg zu der Leiterplatte angeordnet sind.

Die Verkapselung weist einen zweiteiligen Deckel 44 auf, um die Form des Substrats 11 nachzubilden. Wie bei dem in Figur 25 gezeigten Ausführungsbeispiel sind in dem verkapselten Hohlraum das Lasermodul 36 sowie optische Komponenten angeordnet .

Figur 33 zeigt das Package in einer perspektivischen Ansicht. In Figur 33 ist der MEMS Chip 1, das Substrat 11, der Rahmen 17 und das Fenster 33 gezeigt. Das Substrat 11 weist eine rechteckige Grundfläche auf. Der Rahmen 17 ist ringförmig, wobei eine Oberseite des Rahmens 17, die vom Substrat 11 weg weist, schräg ist. Das auf dem Rahmen 17 befestigte Fenster 33 ist schräg zu dem Substrat 11 angeordnet . Der Rahmen 17 ist mittels metallischem Bonden auf dem Substrat 11 befestigt . Die Antriebselemente 3 sind auf der zu dem Substrat 11 weisenden Seite des MEMS Chips 1 angeordnet . Auf der vom Substrat 11 wegweisenden Seite des MEMS Chips ist eine reflektierende Schicht 21 aufgebracht . Der MEMS Chip 1 ist in Flip Chip Bauweise auf dem Substrat 11 befestigt . Dabei sind die elektrischen Kontakte 10 des MEMS Chips 1 mit inneren elektrischen Kontakten 10 auf der Oberseite des Substrats 11 verlötet .

Auf dem Substrat 11 sind Leiterbahnen 29 und elektrische Kontakte 13 , 14 angeordnet . Dabei weist das Substrate 11 innere elektrische Kontakte 13 , die in dem verkapselten Hohlraum angeordnet sind, und externe elektrische Kontakte 14 , die außerhalb des verkapselten Hohlraums angeordnet sind, auf . Die Leiterbahnen (nicht gezeigt ) verbinden j e einen inneren elektrischen Kontakt 13 mit einem externen elektrischen Kontakt 14 . Über die inneren elektrischen Kontakte 13 wird ein mechanischer und elektrischer Kontakt zwischen dem Substrat 11 und dem MEMS Chip 1 hergestellt .

Auf dem Substrat 11 ist der ringförmige Rahmen ausgebildet . Dieser weist eine abgeschrägte Fläche auf , die verkippt zum MEMS Chip 1 und zum Substrat 11 orientiert ist . Diese verkippte Fläche kann mit einem additiven Fertigungsverfahren leicht realisiert werden . Derartige Formen sind mit klassischen Fertigungstechniken kaum zu realisieren . Zumindest nicht ohne mechanische Nachbearbeitung bzw . in einem einzigen homogenen Bauteil , welches frei von inneren Fügestellen ist . Figur 34 zeigt eine zweites Aus führungsbeispiel eines Packages . Dieses weist grundsätzlich die gleichen Komponenten wie das in Figur 33 gezeigte Packages auf . Das Substrat 11 hat in diesem Aus führungsbeispiel eine runde äußere Form .

Zudem sind erste und zweite innere Kontakte 13a, 13b des Substrats 11 realisiert , von denen nur eine Beispielhaft mit einem Bezugs zeichen versehen ist . Die ersten und zweiten inneren Kontakte 13a, 13b des Substrats 11 sind dem verkapselten Hohlraum angeordnet . Die ersten und zweiten inneren Kontakte 13a, 13b ermöglich oder erleichtert die elektrische und die mechanische Anschlussherstellung zu trennen . So kann z . B . über den ersten inneren Kontakt 13a hauptsächlich oder ausschließlich elektrischer Kontakt mit dem einzubauenden MEMS Chip 1 hergestellt werden . Die mechanische Befestigung kann dann hauptsächlich oder vollständig durch den zweiten inneren Kontakt 13b ausgebildet werden .

Weiterhin weist das Substrat einen Positionsmarker 45 auf . Der Positionsmarker 45 ist dazu ausgestaltet , ein Setzten ( sogenanntes „pick and place" ) der einzubauenden Komponente zu erleichtern .

Die folgenden Figuren zeigen die Herstellung des Packages .

Figur 35 zeigt links das Package , nachdem Lotkugeln 16 auf den ersten inneren Kontakten 13a des Substrats 11 aufgebracht wurden . Rechts ist das Package in einem Zustand gezeigt , in dem der MEMS Chip 1 auf den Lotkugeln 16 befestigt ist . Dabei kann der MEMS Chip 1 durch einen Reflow Lötprozess fixiert werden, wobei der MEMS Chip 1 unter Berücksichtigung des Positionsmarkers 45 ausgerichtet wird . Figur 36 zeigt das Package , nachdem das Fenster 33 auf dem Rahmen 17 befestigt wurde . Das Fenster 33 ist mittels Metall fügemittel an dem Rahmen 17 befestigt . Ferner sind auf dem Substrat 11 außerhalb des Rahmens 17 Treiberbauelemente aufgebracht worden . Bei den Treiberbauelementen handelt es sich um den AS IC 38 und die Ansteuerelektronik 37 für das Lasermodul .

Ein Sensor 46 ist außerhalb des verkapselten Bereichs auf dem Substrat 11 befestigt . Der Sensor 46 kann beispielsweise zur Messung einer Beschleunigung und/oder einer Temperatur und/oder einer Feuchte und/oder einer Helligkeit ausgestaltet sein .

Figur 37 zeigt ein weiteres Aus führungsbeispiel des Packages . Hier ist zusätzlich ein Bonddraht 15 angebracht worden, der den MEMS Chip 1 mit inneren elektrischen Kontakten 13 des Substrats 11 innerhalb des Hohlraums kontaktiert . Zusätzlich ist ein Schutzbauelement 47 in dem Hohlraum angeordnet und elektrisch mit dem MEMS Chip 1 verbunden . Bei dem Schutzbauelement 47 kann es sich um einen Varistor oder eine TVS-Diode handeln .

Ein Treiberbauelement , beispielsweise der AS IC 38 , ist ebenfalls in dem Hohlraum angeordnet und mit Bonddrähten 15 zur Kontaktierung verbunden . Zusätzlich ist ein Sensor 46 in dem Hohlraum angeordnet und mit Bonddrähten 15 kontaktiert . Der Sensor 46 kann zur Messung von Druck, Temperatur und/oder Beschleunigung ausgestaltet sein .

Figur 38 zeigt das auf einer Leiterplatte montierte Package .

Die Leiterplatte weist Schaltungselemente zur Steuerung des MEMS Chips 1 und des Lasermoduls auf . Das Package ist über zwei Bonddrähte 15 mit Kontakten der Leiterplatte verbunden .

Figur 39 zeigt schematisch ein Verfahren zur Herstellung der oben gezeigten Packages . In einem ersten Schritt S 1 wird eine Viel zahl von MEMS Chips 1 auf einem Wafer befestigt , wobei j eder MEMS Chip 1 elektrische Bauteile auf einer Seite aufweist und wobei die MEMS Chips 1 auf dem Wafer befestigt werden, sodass die Seite , auf der die elektrischen Bauteile angeordnet sind, zum Wafer weist . In einem nachfolgenden Schritt S2 wird der Wafer vereinzelt . In einem dann folgenden Schritt S3 werden die Packages verkapselt , in dem die Verkapselung aufgebracht wird . Die Packages werden somit auf Die-Level verkapselt .

Figur 40 zeigt eine Vorrichtung 48 zur Ausrichtung des Packages . Die Vorrichtung 48 ist dazu ausgestaltet , das Substrat 11 und den damit verbundenen MEMS Chip 1 relativ zu einer Halterung 49 zu bewegen, insbesondere zu verkippen . Dazu kann Vorrichtung 48 das Substrat 11 mittels einer flexiblen Membran, mittels einer Mikrofluidik Pumpe oder mittels eines oder mehreren piezoelektrischen Aktuatoren bewegen . Die Halterung 49 kann beispielsweise auf einer Leiterplatte befestigt werden . Die Vorrichtung 48 zur Ausrichtung des Packages kann es ermöglichen, das Substrat 11 und den MEMS Chip 1 relativ zu der Leiterplatte zu verkippen .

Figur 41 zeigt ein Aus führungsbeispiel , bei dem die Antriebselemente 3 zur Bewegung des beweglichen Elements 2 des MEMS Chips 1 , nicht auf dem MEMS Chip 1 , sondern auf dem Substrat 11 angeordnet sind . Der MEMS Chip 1 ist unmittelbar auf den Antriebselementen 3 angeordnet und mit diesen beispielsweise verklebt . Eine von den Antriebselementen 3 erzeugte Bewegung wird über eine Klebeschicht 50 auf den MEMS Chip 1 übertragen .

Figur 42 und Figur 43 zeigen ein Package , das dazu ausgestaltet ist , eine Auslenkung des beweglichen Elements 2 zu bestimmen . Das bewegliche Element 2 ist zumindest für einige Wellenlängen teilweise durchlässig . In einem Bereich des Substrats 11 , der unter dem beweglichen Element 2 liegt , ist ein lichtsensitives Element 51 angeordnet .

Ein auf das bewegliche Element 2 tref fender Lichtstrahl wird von dem beweglichen Element 2 teilweise reflektiert . Teilweise tritt der auf das bewegliche Element 2 tref fende Lichtstrahl durch das bewegliche Element 2 hindurch und wird dabei an zwei Grenz flächen gebrochen .

Figur 42 zeigt das bewegliche Element 2 in seiner Ruhelage . Der Laserstrahl tri f ft senkrecht auf das bewegliche Element 2 . Der Teil des Laserstrahls , der durch das bewegliche Element 2 hindurch tritt , wird vom beweglichen Element 2 nicht abgelenkt und tri f ft mittig auf das lichtsensitive Element 51 .

Figur 43 zeigt das bewegliche Element 2 in einer ausgelenkten Position . Der auf das bewegliche Element 2 tref fende Laserstrahl tritt teilweise durch das bewegliche Element 2 hindurch und wird dabei zweimal gebrochen . Dadurch ist der aus dem beweglichen Element 2 austretende Laserstrahl in seiner Ausbreitungsrichtung gegenüber dem auf das bewegliche Element 2 tref fenden Laserstrahl seitlich versetzt . Der Laserstrahl tri f ft auf das lichtsensitive Element 51 in einer seitlich versetzten Position . Das lichtsensitive Element 51 kann erkennen, an welcher Position es von dem Laserstrahl getrof fen wird . Aus dieser Information kann die Auslenkung des beweglichen Elements 2 bestimmt werden .

Figur 44 und Figur 45 zeigen ein Package , bei dem die Auslenkung des beweglichen Elements 2 ebenfalls über ein lichtsensitives Element 51 bestimmt wird . Das lichtsensitive Element 51 ist auf der dem Lichteintritts fenster 33 zugewandten Seite des beweglichen Elements 2 angeordnet . Alternativ könnte das lichtsensitive Element 51 in das bewegliche Element 2 integriert sein oder auf der dem Lichteintritts fenster 33 abgewandten Seite des beweglichen Elements 2 angeordnet sein . Abhängig von dem Winkel zwischen dem beweglichen Element 2 und dem eintref fenden Laserstrahl , wird eine größere Fläche des lichtsensitiven Elements 51 von dem Laserstrahl getrof fen . Dieses wird vom lichtsensitiven Element 51 gemessen . Aus dieser Information kann die Auslenkung des beweglichen Elements 2 bestimmt werden . Die Figuren 44 und 45 zeigen das bewegliche Element 2 in unterschiedlichen Winkeln zu dem einfallenden Laserstrahl .

Figur 46 und Figur 47 zeigen ein Package , bei dem die Auslenkung des beweglichen Elements 2 ebenfalls über lichtsensitive Elemente 51 bestimmt wird . Die lichtsensitiven Elemente 51 sind in einem Bereich des Fensters 33 angeordnet , über den ein von dem beweglichen Element 2 abgelenkter Strahl das Package verlässt . Abhängig von der Auslenkung des beweglichen Elements 2 wird ein anderes lichtsensitives Element 51 oder kein lichtsensitives Element 51 von dem abgelenkten Laserstrahl getrof fen . Es kann ermittelt werden, zu welchem Zeitpunkt welches der lichtsensitiven Elemente 51 von dem Laserstrahl getrof fen wurde . Aus dieser Information kann die Auslenkung des beweglichen Elements 2 bestimmt werden .

Figur 46 zeigt das bewegliche Element 2 in seiner Ruhelage , wobei der abgelenkte Laserstrahl keines der lichtsensitiven Elemente 51 tri f ft . Figur 47 zeigt das bewegliche Element 2 in einer ausgelenkten Position, wobei der abgelenkte Laserstrahl auf eines der lichtsensitiven Elemente 51 tri f ft .

Figur 48 zeigt ebenfalls ein Package , bei dem lichtsensitive Element 51 auf der Innenseite des Fensters 33 angeordnet sind . Zusätzlich zu dem Signallaserstrahl 52 tritt ein Mess- Laserstrahl 53 in das Package ein, wobei beide Laserstrahle auf das bewegliche Element 2 gerichtet sind und wobei beide Laserstrahle unter einem anderen Winkel auf das bewegliche Element 2 tref fen . Der Mess-Laserstrahl 53 wird vom beweglichen Element 2 reflektiert und tri f ft , abhängig von der Auslenkung des beweglichen Elements 2 , auf eines der lichtsensitiven Elemente 51 . Basierend auf den von den lichtsensitiven Elementen 51 gemessenen Messwerten kann dann die Auslenkung des beweglichen Elements 2 bestimmt werden .

Bei den in den Figuren 42 bis 48 gezeigten Aus führungsbeispielen sind die Antriebselemente 3 j eweils auf dem Substrat angeordnet . Bei den Antriebselementen 3 kann es sich um Aktuatoren, insbesondere piezoelektrische Aktuatoren, handeln .

Figur 49 zeigt ebenfalls ein Package , bei dem ein Mess- Laserstrahl 53 zur Bestimmung der Auslenkung des beweglichen Elements 2 genutzt wird . Der Mess-Laserstrahl 53 tritt über ein auf der Unterseite des Substrats 11 angeordnetes Fenster 33 ein . Der Signallaserstrahl 52 tritt über ein anderes Fenster 33 ein . Der Signallaserstrahl 52 tritt über ein

Fenster 33 ein, das an dem Rahmen 17 über dem MEMS Chip 1 angeordnet ist . Das Package weist ferner ein lichtsensitives Element 51 auf , auf das der Mess-Laserstrahl 53 abhängig von der Auslenkung des beweglichen Elements 2 reflektiert wird .

Basierend auf den von den lichtsensitiven Elementen 51 gemessenen Messwerten kann dann die Auslenkung des beweglichen Elements 2 bestimmt werden .

Bezugs zeichenliste

1 MEMS Chip

2 (bewegliches ) Element / Spiegelelement

3 Antriebselement

4 erstes Federelement

5 starrer Bereich

6 zweites Federelement

7 erste Sili ziumschicht

8 zweite Sili ziumschicht

9 Ätzstoppschicht

10 elektrischer Kontakt des MEMS Chips

11 Substrat

12 Klebeschicht

13 innerer Kontakte des Substrats

13a, 13b innerer Kontakte des Substrats

14 externer Kontakte des Substrats

15 Bonddraht

16 Lötkugel

17 Rahmen

18 Öf fnung

19 Vertiefung

20 Abstandshalter

21 reflektierende Schicht

22 Spiegelaufhängung

23 Metallisierung

24 Durchkontaktierung

25 Stressabbauschicht

26 Lötstoppschicht

27 Schlitz

28 Klebeverbindung

29 Leiterbahn

30 dünne keramische Schicht 31a, 31b erster Ansteuerbereich

32a, 32b zweiter Ansteuerbereich

33 Fenster

34 weiteres Substrat

35 mechanische Verstärkungsstruktur

36 Lasermodul

37 Ansteuerelektronik

38 AS IC

39 Spiegel

40 reflektierende Beschichtung

41 Linse

42 Bef estigungs fuß

43 Biegung des Substrats

44 Deckel

45 Positionsmarker

46 Sensor

47 Schutzbauelement

48 Vorrichtung zur Ausrichtung

49 Halterung

50 Klebeschicht51 lichtsensitives Element

52 Signal laser strahl

53 Mess-Laserstrahl

SA kurze Achse

LA lange Achse

Claims

Patentansprüche

1. Package aufweisend ein Substrat (11) und einen MEMS Chip (1) , wobei der MEMS Chip (1) auf dem Substrat (11) befestigt ist .

2. Package gemäß Anspruch 1, wobei der MEMS Chip (1) mindestens ein elektrisches Bauteil (3) aufweist.

3. Package gemäß Anspruch 2, wobei das mindestens eine elektrische Bauteil (3) auf der dem Substrat zugewandten Seite des MEMS Chips (1) angeordnet ist, oder wobei das mindestens eine elektrische Bauteil (3) auf der vom dem Substrat abgewandten Seite des MEMS Chips (1) angeordnet ist.

4. Package gemäß einem der vorherigen Ansprüche, aufweisend zumindest ein elektrisches Bauteil (3) , das auf der dem Substrat zugewandten Seite des MEMS Chips (1) angeordnet ist, und zumindest ein elektrisches Bauteil (3) , das auf der von dem Substrat abgewandten Seite des MEMS Chips (1) angeordnet ist.

5. Package gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der MEMS Chip ein bewegliches Element aufweist.

6. Package gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der MEMS Chip (1) in Flip Chip Bauweise auf dem Substrat (11) befestigt ist.

7. Package gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der MEMS Chip (1) auf der dem Substrat (11) zugewandten Seite elektrische Kontakte (10) aufweist, die mit elektrischen Kontakten (13) des Substrats (11) verbunden sind.

8. Package gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei die elektrischen Kontakte (10) des MEMS Chips (1) zusätzlich auf einer Seitenfläche des MEMS Chips (1) angeordnet sind, die senkrecht zu dem Substrat (11) ist.

9. Package gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die elektrischen Kontakte (10) des MEMS Chips über Lötkugeln (16) mit den elektrischen Kontakten (13) des Substrats (11) verbunden sind.

10. Package gemäß dem Anspruch 5 und Anspruch 9, wobei eine Höhe der Lötkugeln (16) so gewählt ist, dass das bewegliche Element (2) bei einer Bewegung nicht an dem Substrat (11) anschlägt.

11. Package gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei das Substrat (11) eine Durchkontaktierung (24) aufweist, über die einer der elektrischen Kontakte (13) des Substrats (11) mit einem externen elektrischen Kontakt (14) verbunden ist, der auf der Seite des Substrats (11) angeordnet ist, die von dem MEMS Chip (1) weg weist, und/ oder wobei das Substrat (11) eine Leiterbahn (29) aufweist, über die einer der Kontakte des Substrats (11) mit einem externen elektrischen Kontakt (14) des Substrats (11) kontaktiert ist, der auf einer dem MEMS Chip (1) zugewandten Oberseite des Substrats (11) oder auf einer Seitenfläche des Substrats (11) , die senkrecht zur Oberseite ist, liegt.

12. Package gemäß einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei die elektrischen Kontakte (10) des MEMS Chips (1) teilweise von einem Schlitz (27) in dem MEMS Chip (1) umschlossen sind.

13. Package gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei der MEMS Chip (1) in einem Bereich, in dem die Schlitze (27) die elektrischen Kontakte (10) teilweise umschließen, eine höhere Verformbarkeit aufweist als in einem aktiven Bereich, der das elektrische Bauteil (3) aufweist .

14. Package gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der MEMS Chip (1) durch Bonddrähte (15) mit dem Substrat (11) elektrisch kontaktiert ist.

15. Package gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der MEMS Chip (1) eine einzige Silizium aufweisende Schicht (7) aufweist.

16. Package gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Stressabbauschicht (25) zwischen dem Substrat

(11) und dem MEMS Chip (1) angeordnet ist.

17. Package gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Substrat (11) auf der zum MEMS Chip (1) weisenden Seite einen Abstandshalter (20) aufweist, an dem der MEMS Chip (1) anliegt.

18. Package gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Substrat (11) auf der zum MEMS Chip (1) weisenden Seite eine Vertiefung (19) aufweist, über der ein bewegliches Element (2) des MEMS Chips (1) angeordnet ist.

19. Package gemäß dem vorherigen Anspruch, ferner aufweisend eine Verkapselung, die zusammen mit dem Substrat (11) einen Hohlraum verkapselt, in dem der MEMS Chip (1) angeordnet ist.

20. Package gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Verkapselung ein Fenster (33) aufweist.

21. Package gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei das Fenster (33) eine anti-ref lektierende Beschichtung aufweist.

22. Package gemäß Anspruch 20 oder Anspruch 21, wobei das Fenster (33) mit einer Oberfläche eines beweglichen Elements (2) des MEMS Chips (1) im Ruhezustand des beweglichen Elements (2) einen Winkel zwischen 5° und 20° einschließt.

23. Package gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Verkapselung zwei Fenster (33) aufweist.

24. Package gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei die Fenster (33) miteinander einen Winkel zwischen

10° und 170° einschließen.

25. Package gemäß Anspruch 24, wobei die zwei Fenster (33) einander gegenüberliegen.

26. Package gemäß einem der Ansprüche 19 bis 25, wobei zumindest ein Teil der Verkapselung in einem additiven Fertigungsverfahren gefertigt ist.

27. Package gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Substrat (11) in einem additiven Fertigungsverfahren gefertigt ist.

28. Package gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das elektrische Bauteil (3) einen piezoelektrischen Aktuator aufweist.

29. Package gemäß Anspruch 5 und einem der vorherigen Ansprüche, wobei der MEMS Chip (1) einen MEMS Mikrospiegel aufweist, wobei das bewegliche Element (2) ein bewegliches Spiegelelement (2) ist.

30. Package gemäß Anspruch 29, wobei das bewegliche Spiegelelement (2) eine reflektierende Schicht aufweist, die auf der Seite des MEMS Chips (1) angeordnet ist, die dem Substrat (11) zugewandt ist.

31. Package gemäß einem der Ansprüche 29 bis 30, wobei das bewegliche Spiegelelement (2) eine reflektierende Schicht aufweist, die auf der Seite des MEMS Chips (1) angeordnet ist, die von dem Substrat (11) weg weist.

32. Package gemäß einem der Ansprüche 29 bis 31, wobei das bewegliche Spiegelelement (2) auf einer von der reflektierenden Schicht wegweisenden Seite eine mechanische Verstärkungsstruktur (35) aufweist.

33. Package gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei an dem Substrat (11) ein ASIC (38) , ein Lasermodul (36) und/oder eine Ansteuerelektronik (37) zur Steuerung des Lasermoduls (36) angeordnet sind.

34. Package gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei an dem Substrat (11) zumindest eine optische Komponente, beispielsweise ein Spiegel (39) oder eine Linse (41) , angeordnet ist.

35. Package gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei an dem Substrat (11) zumindest ein Sensor (46) angeordnet ist.

36. Package gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei in dem Substrat (11) ein mikroskopischer Fluidkanal ausgebildet ist.

37. Package gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei das Package dazu ausgestaltet ist, eine Flüssigkeit, beispielsweise Wasser oder Glycol, zur Temperatureinstellung des MEMS Chips (1) und/oder anderer Bauteile des Packages durch den mikroskopischen Fluidkanal zu pumpen.

38. Package gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Substrat (11) einen Befestigungsfuß (42) zur Befestigung auf einer Leiterplatte aufweist, der schräg zu dem MEMS Chip (1) angeordnet ist, so dass das Package derart auf der Leiterplatte befestigbar ist, dass der MEMS Chip (1) schräg zu der Leiterplatte angeordnet ist.

39. Package gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Substrat (11) eine Biegung (43) aufweist.

40. Package gemäß einem der vorherigen Ansprüche, aufweisend eine Vorrichtung (48) zur Ausrichtung des Packages, die dazu ausgestaltet ist, das Substrat (11) zu relativ zu einer Halterung (49) zu bewegen, beispielsweise zu verkippen.

41. Package gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei die Vorrichtung (48) eine flexible Membran, eine Mikrofluidik Pumpe und/oder einen piezoelektrischen Aktuator aufweist.

42. Package gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei zumindest ein Aktuator (3) auf dem Substrat (11) angeordnet ist, der dazu ausgestaltet ist den MEMS Chip (1) zu bewegen.

43. Package gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei der zumindest eine Aktuator (3) ein piezoelektrischer Aktuator ist.

44. Package gemäß Anspruch 5 und einem der Ansprüche 42 oder 43, wobei der Aktuator (3) dazu ausgestaltet ist, das bewegliche Element (2) des MEMS Chips (1) zu bewegen.

45. Package gemäß Anspruch 5 und einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Package eine Vorrichtung (48) zur Bestimmung einer Auslenkung des beweglichen Elements (2) aufweist.

46. Package gemäß Anspruch 45, wobei die Vorrichtung (48) zur Bestimmung einer Auslenkung des beweglichen Elements (2) ein lichtsensitives Element (51) aufweist.

47. Package gemäß Anspruch 46, wobei die Auslenkung des beweglichen Elements (2) bestimmt wird, indem ein von dem lichtsensitiven Element (51) auf genommenes Messsignal ausgewertet wird.

48. Package gemäß einem der Ansprüche 46 oder 47, wobei das lichtsensitive Element (51) am beweglichen Element (2) angeordnet ist.

49. Package gemäß einem der Ansprüche 46 oder 47, wobei das lichtsensitive Element (51) derart angeordnet ist, dass ein von dem beweglichen Element (2) abgelenkter Lichtstrahl auf das lichtsensitive Element (51) trifft.

50. Package gemäß einem der Ansprüche 46 oder 47, wobei das bewegliche Element (2) für Licht eines Wellenlängenbereichs zumindest teilweise transparent ist, wobei das lichtsensitive Element (51) derart auf dem Substrat (11) angeordnet ist, dass ein durch das bewegliche Element (2) hindurchtretender Lichtstrahl auf das lichtsensitive Element (51) trifft.

51. Package gemäß Anspruch 45, aufweisend eine Lichtquelle zur Aussendung eines Mess- Laserstrahls (53) , die derart angeordnet ist, dass der Mess-Laserstrahl (53) auf das bewegliche Element (2) trifft, wobei eine Auslenkung des beweglichen Elements (2) bestimmt wird, indem die Ablenkung des Mess-Laserstrahls (53) durch das bewegliche Element (2) gemessen wird.

52. Package gemäß Anspruch 51, wobei lichtsensitive Elemente (51) in den Bereichen des Packages angeordnet sind, in die das bewegliche Element (2) bei seinen verschiedenen Auslenkungen den Mess- Laserstrahl (53) reflektiert.

53. Package gemäß Anspruch 51 oder 52, wobei der Mess-Laserstrahl (53) entweder von einer Oberseite oder einer Unterseite in das Package eintritt.

54. Package gemäß Anspruch 45, wobei die Vorrichtung (48) zur Bestimmung der Auslenkung des beweglichen Elements (2) einen Schalldrucksensitiven Sensor aufweist, der sich entweder auf dem MEMS Chip (1) oder auf dem Substrat (11) befindet.

55. Package gemäß Anspruch 45, wobei das bewegliche Element (2) ein elektronisches

Bauteil aufweist, das sich durch die Bewegung in Luft auf lädt , wobei die Vorrichtung (48) zur Bestimmung der Auslenkung des beweglichen Elements (2) einen induktiven oder kapazitiven Sensor aufweist, der dazu ausgestaltet ist, ein elektrisches Feld zu messen, das von dem elektronischen Bauteil erzeugt wird, das sich durch die Bewegung in Luft auf lädt.

56. Package gemäß Anspruch 55, wobei der induktive oder kapazitive Sensor auf dem Substrat (11) oder auf dem MEMS Chip (1) angeordnet ist oder in den MEMS Chip (1) integriert ist.

57. Package gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der MEMS Chip ein MEMS basiertes akustisches Bauelement aufweist, beispielsweise ein Mikrophon, Ultraschallsensor oder Lautsprecher.

58. Package gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der MEMS Chip ein MEMS basiertes Bauelement zur Messung physikalischer Parameter aufweist, beispielsweise ein Drucksensor, ein Temperatursensor, ein Lichtsensor, ein Strahlungssensor oder ein Magnetfeldsensor .

59. Package gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der MEMS Chip ein Intertialsensor, beispielsweise ein Beschleunigungssensor, ein Vibrationssensor, ein Neigungssensor oder ein Gyroskop aufweist.

60. Package gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der MEMS Chip ein optisches Bauelement aufweist, beispielsweise ein Bildsensor, ein Spiegelelement, ein Scannerelement, ein Interferometer oder ein Laser Scanning Kommuniktions Terminal.

61. Package gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der MEMS Chip ein Bauelement zur Messung chemischer Parameter aufweist, beispielsweise einen Wasserstoff sensor, einen Gassensor, einen Biosensor, einen Glukosesensor oder einen Lab-on-Chip Sensor.

62. Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von Packages, aufweisend die Schritte:

- Befestigen einer Vielzahl von MEMS Chips (1) auf einem Wafer,

- Vereinzeln des Wafers, und

- Verkapseln der Packages durch eine Verkapselung, die zusammen mit dem Substrat (11) einen Hohlraum verkapselt, in dem der MEMS Chip (1) angeordnet ist, wobei dieser Schritt nach dem Vereinzeln des Wafers erfolgt .