JP7364781B2 - 可撓性受動電子部品およびその生産方法 - Google Patents
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Description
a) 電気的構造および少なくとも1つの追加の電気的構造の導体トラックは、異なる平面上で互いに上下に配設され、
b) 互いに上下に存在している隣接する導体トラックは、追加の絶縁層により互いに少なくとも部分的に分離されており、任意には、
c) 互いに上下に存在している隣接する導体トラックは、追加の絶縁層を通って形成された1つ以上の導電性ビアを介して互いに電気的に接続されている。
a) 上部側および下部側を有する無機ウエハを提供するステップと、
b) 無機ウエハの上部側上に絶縁層を適用するステップと、
c) 絶縁層上に電気的構造または多層電気的構造を適用し構造化するステップと、
d) 電気的構造上にカバー層を適用するステップと、
e) その下部側上で無機ウエハを、詳細には機械的除去および/またはエッチングプロセスによって、絶縁層および任意には無機ウエハを含む基板の多くとも50μm、好ましくは多くとも35μm、特に好ましくは多くとも20μmという厚みまで薄化するステップと、
を含む。
f) 電気的構造の側および/または基板の下部側上に保護層を適用するステップと、任意には、
g) 無機ウエハの薄化ステップの後に第1の保護層を除去するステップと、
をさらに含み得る。
a) 電気的構造4および少なくとも1つの追加の電気的構造の導体トラック4bは、異なる平面上で互いに上下に配設され、
b) 互いに上下に存在している隣接する導体トラック4bは、追加の絶縁層により互いに少なくとも部分的に分離されており、任意には、
c) 互いに上下に存在している隣接する導体トラック4bは、追加の絶縁層を通って形成された1つ以上の導電性ビアを介して互いに電気的に接続されている。
1×1mm2(長さ1mmおよび幅1mm)のセンサ面積では、基板の半分が接触パッド4aおよび導体トラック4bにより覆われ、これにより、接触パッド4aの面積は少なくとも2×0.15mm2となり、導体トラックは蛇行として形成される。白金の導体トラック(ライン)の幅は、1μmであり、隣接する金属ラインの間の離隔距離は1.5μmである。平行な金属ラインの数は、200で合計長さは20cmである。白金の電気抵抗(ρPt)は、1.06μOhm mである。導体トラックの電気抵抗RはR=ρPt×L/(B×H)によって得られる。
- 詳細には断面積1mm2未満×高さ100μmという低い質量による速い応答時間、
- 薄化された無機基板によるセンサの高い機械的可撓性、
- 100オーム~10000オームの導体トラックの電気抵抗の場合の低い自己発熱、
- 低い製造コスト(100mm×100mmの無機ウエハからおよそ10,000個のセンサを生産することができる)、
- 実証済みのリソグラフィプロセスを使用することができる。
実施例1:本発明に係る可撓性受動電子部品、詳細には可撓性センサの設計
本発明に係る可撓性センサのための無機ウエハとして、一方の側に酸化ケイ素層および1.2μmの層の厚みを有する200mmのシリコンウエハを使用する。酸化ケイ素層の上に金属層を被着させる。金属層は850nmの合計厚みを有し、Al99.5%およびCu0.5%のAl-Cu合金で構成されている。金属層を次に、任意には互いに絶縁された個別の電気的構造へとリソグラフィによって分割する。電気的構造は各々、導体トラックおよびこの導体トラックの2つの端部にある2つの接触パッドで構成されている。導体トラックの各ラインは、均一の幅を有し、2つの接触パッド間で蛇行形状に配設されている。ウエハ上に異なる形で設計されている電気的構造は、詳細には、以下のパラメータによって定義される:
a) 導体トラックの長さ(L)、
b) 導体トラックの幅(W)。
個別の構造を順次電気的に特徴付けする。電気的構造の2つの接触パッドを、ウエハテスタの2つの2重接点チップと接触させる。接点チップに電圧を印加することによって、R0すなわち0℃の温度における電気的構造の電気抵抗を決定する。第2の温度における抵抗Rを決定することによって、抵抗温度係数(TCR)を決定する。
設計例1からのシリコンウエハの裏面を、およそ10μmのウエハと絶縁体の厚みまで、化学機械的に薄化する。その後、薄化した裏面に対し、およそ13μmのポリイミド保護層を適用する。
供試体の表面温度を決定するために、設計例3からの電気的構造を供試体の表面に取付け、2つの接触パッドを、リード線を介して抵抗測定デバイスに接続する。電気的構造の電気抵抗を決定し較正曲線を使用することによって、試料の表面温度を演繹することができる。
一方の側の酸化ケイ素層が20μmの層厚みを有するという点が異なる、実施例3に係るセンサ。シリコンウエハの裏側を、何も残らなくなるまで化学機械的に薄化する。その後、薄化した裏面にたいしておよそ15μmのポリイミド保護層を適用する。
さらなる例において、接触パッドは両方共電気的構造の導体トラックの上方に持ち上げられる。この設計の利点は、センサとそのマウントの間の熱的接触面積を削減することにある。センサ構造は浮動しており、熱の漏出は削減される。温度センサの浮動式配設は、回路板の電線路に直接、持上った接触パッドを接続することによって実現される。
R0=9.285オームの実施例3に係るセンサを、25μmのポリイミドホイル上に接着させ、異なる直径を有するさまざまな円筒形の棒の周りに巻き付け、dR/R0を測定する。無機層厚みは合計20μmである(薄化したケイ素無機層:10μm、無機絶縁層および保護層の厚み:10μm)。結果は、Table4に概説されている。
上述の実施形態は下記のように記載され得るが、下記に限定されるものではない。
[構成1]
可撓性受動電子部品(1)、詳細にはセンサにおいて、
- 絶縁層(3)と、任意には上部側(2a)および下部側(2b)を伴う無機層(2)とを含み、それによって前記絶縁層(3)は前記任意の無機層(2)の前記上部側(2a)を少なくとも部分的に覆っている、基板(10)と、
- 前記絶縁層(3)を少なくとも部分的に覆っている電気的構造(4)と、
を含む可撓性受動電子部品であって、
前記基板(10)が、多くとも50μm、好ましくは多くとも35μm、特に好ましくは多くとも20μmである厚み(t10)を有すること、および
前記可撓性受動電子部品(1)が、多くとも150μm、好ましくは多くとも70μm、特に好ましくは多くとも40μmである高さ(h1)を有すること、
を特徴とする可撓性受動電子部品(1)。
[構成2]
少なくとも5mm、好ましくは少なくとも2mm、特に好ましくは少なくとも1mmの屈曲曲率半径で曲げることのできる可撓性を有し、かつ
曲げの前後の前記電気的構造(4)の抵抗率の相対的差異(dR/R0)が0.5%を超えることができない、
構成1に記載の可撓性受動電子部品(1)。
[構成3]
前記無機層(2)が無機結晶質材料、詳細にはケイ素、炭化ケイ素、ガリウムヒ素またはサファイアでできているか、または無機非晶質材料、詳細には石英ガラス、ホウケイ酸ガラスまたはガラスでできているか、または好ましくはシリコン-オン-インシュレータ(SOI)ウエハから作られている、構成1または2に記載の可撓性受動電子部品(1)。
[構成4]
前記可撓性受動電子部品(1)が、長さと幅の積が多くとも4mm 2 、好ましくは多くとも2mm 2 、特に好ましくは多くとも1mm 2 である、長さ、幅および高さ(h1)を有する、構成1から3のいずれか1項に記載の可撓性受動電子部品(1)。
[構成5]
前記電気的構造(4)が少なくとも1つの導体トラック(4b)および少なくとも2つの電気接触パッド(4a)を含み、前記少なくとも2つの電気接触パッド(4a)が前記少なくとも1つの導体トラック(4b)に電気的に接続されており、
好ましくは、前記少なくとも1つの導体トラック(4b)が均一な幅を有し、前記幅が5μm以下であり、前記幅の標準偏差が前記幅の5%以下である、
構成1から4のいずれか1項に記載の可撓性受動電子部品(1)。
[構成6]
前記導体トラック(4b)が、少なくとも3,000ppm/K、好ましくは少なくとも3,500ppm/K、特に好ましくは少なくとも3,800ppm/Kの電気抵抗温度係数を有する、構成5に記載の可撓性受動電子部品(1)。
[構成7]
各々少なくとも1つの導体トラックを含む少なくとも1つの追加の電気的構造をさらに含み、
前記電気的構造(4)および前記少なくとも1つの追加の電気的構造が、多層構造の形で配設され、こうして、
a) 前記電気的構造(4)および前記少なくとも1つの追加の電気的構造の前記導体トラック(4b)が、異なる平面上で互いに上下に配設され、
b) 互いに上下に存在している前記隣接する導体トラック(4b)が、追加の絶縁層により互いに少なくとも部分的に分離されており、
任意には、
c) 互いに上下に存在している前記隣接する導体トラック(4b)が、前記追加の絶縁層を通って形成された1つ以上の導電性ビアを介して互いに電気的に接続されている、
構成1から6のいずれか1項に記載の可撓性受動電子部品(1)。
[構成8]
前記絶縁層(3)が、金属酸化物および/または金属窒化物、詳細には二酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ハフニウムまたは窒化ハフニウムでできている、
構成1から7のいずれか1項に記載の可撓性受動電子部品(1)。
[構成9]
前記電気的構造(4)が、白金、ニッケル、アルミニウムあるいは白金、ニッケルおよび/またはアルミニウムを含有する合金でできている、
構成1から8のいずれか1項に記載の可撓性受動電子部品(1)。
[構成10]
前記電気的構造(4)を少なくとも部分的に覆うカバー層(5)をさらに含み、前記カバー層(5)が無機層から形成されている、構成1から9のいずれか1項に記載の可撓性受動電子部品(1)。
[構成11]
前記電気的構造(4)がセンサ素子および/またはヒータ素子として設計されている、
構成1から10のいずれか1項に記載の可撓性受動電子部品(1)。
[構成12]
前記センサ素子としての前記電気的構造(4)が少なくとも100オーム、好ましくは少なくとも1000オーム、好ましくは少なくとも10000オームの電気抵抗を有し、
前記ヒータ素子としての前記電気的構造(4)が多くとも5オーム、好ましくは多くとも2オーム、好ましくは多くとも1オームの電気抵抗を有する、
構成11に記載の可撓性受動電子部品(1)。
[構成13]
構成1から12のいずれか1項に記載の少なくとも1つの可撓性受動電子部品(1)および少なくとも1つの電気的制御機構を含み、前記電気的制御機構が、前記電気的構造(4)に電気的に接続され、前記可撓性受動電子部品(1)を制御するように構成されている、可撓性受動電子部品システム。
[構成14]
可撓性受動電子部品(1)、詳細には構成1から12のいずれか1項に記載の可撓性受動電子部品(1)を生産するための方法において、以下のプロセスステップ、すなわち、
a) 上部側(2a’)および下部側(2b’)を有する無機ウエハ(2’)を提供するステップと、
b) 前記無機ウエハ(2’)の上部側(2a’)上に絶縁層(3’)を適用するステップと、
c) 前記絶縁層(3’)上に電気的構造(4’)または多層電気的構造を適用し構造化するステップと、
d) 前記電気的構造(4’)上にカバー層(5’)を適用するステップと、
e) 前記下部側(2b’)上で前記無機ウエハ(2’)を、前記絶縁層(3)および任意には前記無機ウエハ(2’)を含む基板(10)が多くとも50μm、好ましくは多くとも35μm、特に好ましくは多くとも20μmという厚み(t10)を有するまで薄化するステップと、
を含む方法。
[構成15]
可撓性受動電子部品を生産するための方法において、
f) 前記電気的構造(4’)の側および/または前記基板(10)の前記下部側(2b)上に第1の保護層(7)を適用するステップと、任意には、
g) 前記無機ウエハ(2’)の前記薄化ステップの後に前記第1の保護層(7)を除去するステップと、
をさらに含む方法。
2 無機層
2’ 無機ウエハ
2a 上部側
2b 下部側
2a’ ウエハの上部側
2b’ ウエハの下部側
3、3’ 絶縁層
4、4’ 電気的構造
4a 電気接触パッド
4b 導体トラック
5、5’ カバー層
6、6’ 第2の保護層
7、7’ 第1の保護層
10 基板
S 搭載ボード
t2 無機層の厚み
t3 絶縁層の厚み
t10 基板の厚み
t4a 電気接触パッドの厚み
t4b 導体トラックの厚み
Claims (15)
- 可撓性受動電子部品(1)において、
- 絶縁層(3)と、上部側(2a)および下部側(2b)を伴う無機層(2)とを含み、それによって前記絶縁層(3)は前記無機層(2)の前記上部側(2a)を少なくとも部分的に覆っている、基板(10)と、
- 前記絶縁層(3)を少なくとも部分的に覆っている電気的構造(4)と、
を含む可撓性受動電子部品であって、
前記絶縁層(3)が、金属酸化物および/または金属窒化物でできており、前記無機層(2)が、無機結晶質材料または無機非晶質材料でできているか、またはシリコン-オン-インシュレータ(SOI)ウエハから作られており、
前記基板(10)が、多くとも50μmである厚み(t10)を有すること、および
前記可撓性受動電子部品(1)が、多くとも150μmである高さ(h1)を有すること、
を特徴とする可撓性受動電子部品(1)。 - 少なくとも5mmの屈曲曲率半径で曲げることのできる可撓性を有し、かつ
曲げの前後の前記電気的構造(4)の抵抗率の相対的差異(dR/R0)が0.5%を超えることができない、
請求項1に記載の可撓性受動電子部品(1)。 - 前記無機層(2)が、ケイ素、炭化ケイ素、ガリウムヒ素またはサファイアでできているか、または石英ガラス、ホウケイ酸ガラスまたはガラスでできている、請求項1または2に記載の可撓性受動電子部品(1)。
- 前記可撓性受動電子部品(1)が、長さと幅の積が多くとも4mm2 である、長さ、幅および高さ(h1)を有する、請求項1から3のいずれか1項に記載の可撓性受動電子部品(1)。
- 前記電気的構造(4)が少なくとも1つの導体トラック(4b)および少なくとも2つの電気接触パッド(4a)を含み、前記少なくとも2つの電気接触パッド(4a)が前記少なくとも1つの導体トラック(4b)に電気的に接続されており、
前記少なくとも1つの導体トラック(4b)が均一な幅を有し、前記幅が5μm以下であり、前記幅の標準偏差が前記幅の5%以下である、
請求項1から4のいずれか1項に記載の可撓性受動電子部品(1)。 - 前記導体トラック(4b)が、少なくとも3,000ppm/Kの電気抵抗温度係数を有する、請求項5に記載の可撓性受動電子部品(1)。
- 各々少なくとも1つの導体トラックを含む少なくとも1つの追加の電気的構造をさらに含み、
前記電気的構造(4)および前記少なくとも1つの追加の電気的構造が、多層構造の形で配設され、こうして、
a) 前記電気的構造(4)および前記少なくとも1つの追加の電気的構造の前記導体トラック(4b)が、異なる平面上で互いに上下に配設され、
b) 互いに上下に存在している前記隣接する導体トラック(4b)が、追加の絶縁層により互いに少なくとも部分的に分離されており、
c) 互いに上下に存在している前記隣接する導体トラック(4b)が、前記追加の絶縁層を通って形成された1つ以上の導電性ビアを介して互いに電気的に接続されている、
請求項1から6のいずれか1項に記載の可撓性受動電子部品(1)。 - 前記絶縁層(3)が、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ハフニウムまたは窒化ハフニウムでできている、
請求項1から7のいずれか1項に記載の可撓性受動電子部品(1)。 - 前記電気的構造(4)が、白金、ニッケル、アルミニウムあるいは白金、ニッケルおよび/またはアルミニウムを含有する合金でできている、
請求項1から8のいずれか1項に記載の可撓性受動電子部品(1)。 - 前記電気的構造(4)を少なくとも部分的に覆うカバー層(5)をさらに含み、前記カバー層(5)が無機層から形成されている、請求項1から9のいずれか1項に記載の可撓性受動電子部品(1)。
- 前記電気的構造(4)がセンサ素子および/またはヒータ素子として設計されている、
請求項1から10のいずれか1項に記載の可撓性受動電子部品(1)。 - 前記センサ素子としての前記電気的構造(4)が少なくとも100オームの電気抵抗を有し、
前記ヒータ素子としての前記電気的構造(4)が多くとも5オームの電気抵抗を有する、
請求項11に記載の可撓性受動電子部品(1)。 - 請求項1から12のいずれか1項に記載の少なくとも1つの可撓性受動電子部品(1)および少なくとも1つの電気的制御機構を含み、前記電気的制御機構が、前記電気的構造(4)に電気的に接続され、前記可撓性受動電子部品(1)を制御するように構成されている、可撓性受動電子部品システム。
- 請求項1から12のいずれか1項に記載の可撓性受動電子部品(1)を生産するための方法において、以下のプロセスステップ、すなわち、
a) 上部側(2a’)および下部側(2b’)を有する無機ウエハ(2’)を提供するステップと、
b) 前記無機ウエハ(2’)の上部側(2a’)上に絶縁層(3’)を適用するステップと、
c) 前記絶縁層(3’)上に電気的構造(4’)または多層電気的構造を適用し構造化するステップと、
d) 前記電気的構造(4’)上にカバー層(5’)を適用するステップと、
e) 前記下部側(2b’)上で前記無機ウエハ(2’)を、前記絶縁層(3)および前記無機ウエハ(2’)を含む基板(10)が多くとも50μmの厚み(t10)を有するまで薄化するステップと、
を含む方法。 - 請求項14に記載の可撓性受動電子部品を生産するための方法において、
f) 前記電気的構造(4’)の側および/または前記基板(10)の前記下部側(2b)上に第1の保護層(7)を適用するステップと、
g) 前記無機ウエハ(2’)の前記薄化ステップの後に前記第1の保護層(7)を除去するステップと、
をさらに含む方法。
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