WO2009092361A2 - Mems-bauelement, verfahren zur herstellung eines mems-bauelements und verfahren zur handhabung eines mems-bauelements - Google Patents

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cover film
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cavity
mems device
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Wolfgang Pahl
Gregor Feiertag
Anton Leidl
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Epcos Ag
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    • B81C1/00896—Temporary protection during separation into individual elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2201/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones covered by H04R1/00 but not provided for in any of its subgroups
    • H04R2201/003—Mems transducers or their use

Definitions

  • MEMS device method for manufacturing a MEMS device and method for handling a MEMS device
  • MEMS components micro-electro-mechanical system
  • microphones which have a relatively high design, with the consequence of restrictions for the device design, in particular of mobile communication devices.
  • microelectronic components such as individual semiconductors, memories, processors, SAW components (Surface Accoustic Wave), BAW components (BuIk Accoustic Wave), etc. are manufactured at the wafer level.
  • processes such as deposition, photolithography, printing and others are performed in parallel for a variety of devices.
  • a large number of chips of the same type is produced on a wafer.
  • For encapsulation of the components is often resorted to external housing.
  • WLP wafer level packaging
  • the wafer-level encapsulation is realized in a surface process.
  • the WLP concepts known for semiconductor devices are based in the majority on bump connections consisting of solder deposited, printed or electrodeposited on the wafer. On this Bumptheticen another wafer is placed as a cover. Due to the good thermomechani Service adaptation preferably the same material is used, such as another example Silicon wafers. It is also known to directly mount a second wafer and to make the electrical connection through the second wafer by via-contacting through the first or second wafer.
  • An object is therefore to provide a rational, miniaturized and cost-effective solution for MEMS components, which avoids the disadvantages mentioned.
  • a MEMS (micro-electro-mechanical system) component which has a substrate in which at least one cavity is present.
  • the substrate has an active and an inactive side.
  • the cavity is closed to the active side.
  • the cavity is closed by means of a membrane.
  • the active and inactive sides are on opposite sides of the substrate.
  • a cover film is applied, which covers the substrate and thus preferably closes the cavity to the outside.
  • the cover film is applied to the substrate by means of an adhesive.
  • an adhesive film is applied between the substrate and the covering film and fixes the covering film on the substrate.
  • the adhesive covers the covering film almost completely.
  • the adhesive is preferably arranged at the locations where the cover film is in contact with the substrate.
  • the areas of the cover, which cover a cavity, are thus as free of glue as possible.
  • the cover film is preferably made of a polymer film. However, it is also possible to use a metal foil.
  • the cover film is a polyimide film.
  • Polyimide films have the advantage that they are in the macroscopic scale are highly flexible and therefore easy to handle, but are sufficiently rigid on a microscopic scale to withstand the relevant pressure differences both in the manufacture and operation of the MEMS device without major deformations.
  • the cover sheet preferably spans the cavities in a flat horizontal shape.
  • a concave or even convex shape can be set by selecting suitable printing, temperature or time profiles, which is fixed after a subsequent hardening of the material.
  • further functional elements can be arranged on the covering film or in the area of the cavity.
  • the functional elements can be a simple cover or else active or passive components.
  • the MEMS component is designed as a pressure sensor.
  • the MEMS component can also be embodied as a microphone or have any other function.
  • a plurality of cavities are first produced on a substrate wafer.
  • the cavities are preferably closed to a first active side.
  • the cavities are preferably on the active side closed by a membrane.
  • the cavities preferably have an opening.
  • a cover film is applied to the inactive side of the substrate wafer, wherein the cover is adhesively bonded to the substrate wafer in the regions of the substrate wafer which do not form a cavity.
  • the cover film is applied over the whole area on the inactive side of the substrate wafer.
  • the cover is applied in the form of a polymer film.
  • the cover can also be applied as a metal foil.
  • the substrate wafer is preferably adhered with the active side to a provided carrier film.
  • the carrier film is used to the individual present after the separation of the substrate wafer
  • UV release tapes are so-called "UV release tapes.” These have a high bond strength and are easily removable after UV treatment.
  • the cover film is severed along the lines of a singulation pattern as far as the substrate wafer.
  • the transection can be done by means of laser ablation.
  • the separation of the separation can also be carried out by means of a sawing process.
  • a photolithographically processed film can be laminated by means of scanning exposure or Mask exposure and subsequent development is structured in a similar manner.
  • the substrate wafer is preferably divided into individual MEMS components by means of a sawing method in accordance with the singulation pattern.
  • the substrate wafer can also be singulated by means of laser cutting. Scoring of the substrate wafer with subsequent controlled breaking can be used as a further possibility for separating the components.
  • the substrate wafer by means of energy input into a focal plane below the substrate surface.
  • a suitable choice of laser wavelength, focus diameter, power, pulse rate and scan parameters an attack of the substrate can be avoided.
  • the exposure of the substrate surface in the region of the parting line by laser ablation or by a sawing process is advantageous.
  • the cover film can be pulled back in the region of the outer edges of the MEMS component.
  • the preparation of the substrate e s along the parting lines can be dispensed with.
  • the cavity with sensitive MEMS structures is optimally protected between the cover foil on the one hand and the carrier foil.
  • the MEMS structures allow it, they can also be sawn from the active side of the substrate.
  • To position a MEMS device on a mounting substrate the MEMS device is gripped and positioned on a mounting substrate.
  • vacuum tools are preferably used which could damage the sensitive MEMS structures in the case of a MEMS component without a cover film over the cavity, which is avoided with the cover film.
  • Positioning with the active side of the MEMS device in the direction of the mounting substrate is performed so that at least the area under the cavity is free of mechanical contact with the mounting substrate.
  • the method step of gripping and the positioning of the MEMS component preferably takes place by means of a vacuum gripper.
  • bumps are preferably used, which are arranged between mounting substrate and MEMS device.
  • the mounting substrate preferably has an opening in the region of the cavity of the substrate wafer.
  • the MEMS device is fixed by means of bonding between the mounting substrate and the inactive side of the MEMS device.
  • the inactive side of the MEMS component is fixed on the mounting substrate via an adhesive layer. Since there is a cover foil on the inactive side of the MEMS component, the cover foil prevents the adhesive material of the adhesive layer from getting into the interior of the cavity.
  • a cavity package can be used, for example ⁇ , which is preferably made of a ceramic material. Cavity packages can be done without big Finish with very small dimensions, wall thicknesses and dimensional tolerances.
  • the mounting substrate can external solder pads, which are particularly suitable for SMT mounting and internal skillsie- ments have, which are well known, and will not be discussed in detail here. Furthermore, the mounting substrate may have openings or windows for receiving external signals, such as light, sound, pressure, media or other.
  • further components may be arranged in a further embodiment.
  • these may be passive components and active components, such as amplifier VASICs, which may be interconnected with each other and with the MEMS chip.
  • the cavity can be hermetically sealed by providing the cover sheet with a metallic coating that overlaps it and can reach down to the MEMS substrate.
  • a plurality of microphone chips can be arranged to form an acoustic array in a common housing.
  • the return volumes of the individual chips are preferably acoustically decoupled from one another by the cover film.
  • an additional cover is applied to the active side of the MEMS component after positioning and fixing.
  • this process step can also be prior to positioning and Fixing of the MEMS device carried on the mounting substrate.
  • the MEMS component can be provided on the mounting substrate with a further housing.
  • the cover film applied to the MEMS component can serve as a support for further housing parts or covers in a further embodiment.
  • the further housing parts may be polymer layers which are applied to the MEMS component by means of molding, potting or lamination.
  • the other housing parts may also consist of metal in a further embodiment. These are preferably electroless metallizations or galvanic layers on PVD seed layers (physical vapor deposition). However, it is also possible that the other housing parts consist of a combination of polymer and metal layers.
  • the MEMS component has a metallic layer, which preferably serves for electromagnetic shielding.
  • the metallic layer is preferably connected to a ground potential or an external electrical connection.
  • the MEMS component in which the active side of the MEMS component points in the direction of the mounting substrate, the MEMS component is provided with a polymer and / or metal layer directly on the through the cover film and the MEMS component predetermined surface is built.
  • the cover film thus makes possible a layer construction with further encapsulation elements. In addition, this will result in undesired penetration of contaminants. gene prevented in the cavity of the MEMS device. Installation-related distances, air cushion, etc. are thus avoided. As a result, a miniaturized structure and a particularly rational production is possible.
  • the metallic layer on the MEMS device may comprise aluminum, copper, nickel, titanium, gold, silver or chromium or alloys or layers of these metals.
  • the thickness of the metallic layer is preferably 1 to 100 ⁇ m.
  • FIG. 1 shows a detail of a substrate wafer with a plurality of cavities.
  • FIG. 2 shows a section of a substrate wafer in which the cavities are covered by a cover.
  • FIG. 3 shows a section of a substrate wafer with the cover removed at certain points.
  • FIG. 4 shows a section of a substrate wafer in which the substrate wafer is divided into individual components by means of a sawing method.
  • FIG. 5 shows a section of a substrate wafer in which the substrate wafer is cut into individual components by means of laser cutting.
  • FIG. 6 shows a MEMS component which is arranged in a cavity package.
  • FIG. 7 shows a MEMS component, which in another
  • Cavity package is arranged.
  • FIG. 8 shows a MEMS component which is arranged in a cavity package, wherein a further cover is arranged on the active side of the MEMS component.
  • FIG. 9 shows a MEMS component which is arranged on a mounting substrate.
  • FIG. 10 shows a MEMS component which is arranged on a mounting substrate, wherein the MEMS component is provided with a further cover.
  • FIG. 1 shows a detail of a wafer serving as substrate 1, in which a plurality of cavities 2 are introduced.
  • the cavities 2 are closed to a first, the active side with a membrane 21.
  • the inactive side the cavities 2 are open.
  • the cavities are preferably produced in the substrate 1 by means of an etching process. However, it is also possible to produce the cavity 2 by any other suitable structuring method.
  • the cavities 2 are preferably closed to the active side of the substrate 1 with a membrane 21. In the production of the cavities, the material is preferably removed except for the membrane 21 in the cavity by a variety of methods.
  • the membrane 21 may be a residual layer thickness of the substrate wafer or may be an additional layer deposited on the active side of the MEMS device. In this case, it is possible to selectively stop the structuring step during the production of the cavity 2 on such a layer that is different from the substrate material.
  • the active side of the MEMS device is also characterized in that in the area of this surface or
  • Substrate side further functional elements of the MEMS device are arranged, preferably also the electrical pads (pads) for contacting the device.
  • FIG. 2 shows a wafer of a substrate 1, in which a cover film 3 is applied on the inactive side.
  • the cover film 3 is preferably applied to the substrate 1 by means of an adhesive layer 4, but it may also be inherently tacky.
  • the cover film 3 covers the wafer of the substrate 1 preferably over the entire surface.
  • the adhesive layer 4 between the substrate 1 and the cover film 3 may also be missing in the region of the cavities 2.
  • the adhesive layer 4 is arranged at least in the region of the contact surface of the substrate 1 and the covering film 3.
  • the cover film 3 is preferably a polymer film.
  • a metal foil may also be used.
  • polyimide films are used. These preferably have a thickness between 20 and 100 ⁇ m.
  • the adhesive layer 4 preferably has a thickness of between 10 and 25 ⁇ m.
  • the adhesive layer 4 preferably has an adhesive effect, which is only during the lamination of the cover 3 on the substrate 1 by, for example, pressure or heat is activated.
  • hot melt adhesives or so-called "B-stage" materials are suitable for this purpose.
  • the cover film 3 may also have a shape in an embodiment not shown, which deviates from the planar, flat overvoltage of the cavity 2.
  • the cover foil 3 can be concave in the region of the cavity 2, for example.
  • it is also possible to set a concave or convex shape by selecting suitable pressure, temperature or time profiles when laminating the film onto the wafer. This shape is fixed in a subsequent hardening of the cover.
  • FIG. 3 shows a substrate 1 with a plurality of cavities 2.
  • the substrate 1 is applied with the active side on a carrier film 7.
  • the carrier film 7 is preferably used to protect the active side of the substrate 1 or a simpler handling of the divided or to be divided
  • the carrier film 7 is preferably what are known as "UV-release tapes.” These "UV-release tapes" are characterized by a high adhesive power, with the carrier film 7 again being easily removed from the substrate after UV irradiation 1 detach.
  • the covering film 3 is provided with parting lines 5 along the lines of a predefined separation pattern.
  • the parting lines 5 are introduced by means of a laser beam 6 in the cover 3 and optionally in the adhesive layer 4, wherein the substrate 1 may remain intact.
  • a photolithographically treated cover film 3 can be laminated on the substrate 1, which can be patterned by means of scanning or mask exposure and subsequent development in a corresponding manner.
  • FIG. 4 shows a substrate 1 which is divided into individual MEMS components by means of a saw blade 8.
  • cutting edges 9 are formed.
  • the cut edges 9 preferably extend through the substrate 1.
  • the carrier film 7 remains largely undamaged, so that the individual MEMS components continue to adhere to the carrier film 7 together.
  • the previous step which is shown in FIG. 3, can be omitted.
  • the cavity 2 with the sensitive MEMS structures is optimally protected between the cover film 3 on the one hand and the carrier film 7 on the other hand. If the MEMS structures allow, it is also possible that it can also be sawn from the active side of the substrate 1. However, this is more suitable for a gentler separation process.
  • Substrate 1 in individual MEMS components is shown in FIG.
  • the substrate 1 is transformed from the active side into individual MEMS structures. elements cut up. As shown in FIG. 4, this produces cut edges 9 between the individual MEMS components.
  • the substrate 1 is applied to a carrier film 7 with the inactive side on which the cover film 3 is located.
  • the MEMS structures on the membrane are sufficiently protected by this gentler process. In the introduction of parting lines 5 before dividing the substrate 1 may be omitted in this process step under certain circumstances.
  • the substrate wafer 1 can also be divided into individual MEMS components by etching the surface of the substrate wafer 1 and subsequent controlled breaking or, in a particularly preferred embodiment, by introducing energy into a focal plane below the surface of the substrate 1. A combination of these two methods is possible.
  • FIG. 6 shows an embodiment variant of the MEMS component in a housing, wherein the MEMS component is fastened to the mounting substrate 10 by means of bumps 12.
  • the bumps 12 can also be used for the electrical contacting of the MEMS component.
  • the cavity package has a cover 11, through which a closed volume is formed. The closed back volume formed by the covering film 3 and the MEMS component prevents unintentionally rapid pressure equalization between the front and rear sides of the membrane 21, which otherwise could take place unhindered laterally between the bumps 12.
  • the membrane 21 closes the cavity 2 towards the active side of the substrate 1.
  • the assembly of the MEMS device is preferably carried out by means of vacuum suction tool, which at the with the Cover film 3 can attack closed inactive side.
  • the cover film 3 prevents the membrane 21 of the substrate 1 from being damaged.
  • the mounting substrate 10 forms a cavity package in the illustrated embodiment. This is preferably made of ceramic, which can be easily manufactured with very small dimensions, wall thicknesses to dimensional tolerances.
  • the cavity package has an opening 13 or window for media, radiation or pressure.
  • the opening 13 is preferably arranged below the MEMS component.
  • further components in particular passives and amplifiers / ASICs, can also be accommodated in the cavity package and interconnected with one another and with the MEMS sensor.
  • passives and amplifiers / ASICs can also be accommodated in the cavity package and interconnected with one another and with the MEMS sensor.
  • FIG. 7 shows a further embodiment of a positioning of a MEMS component on a mounting substrate 10 or, as shown in FIG. 7, in a cavity package.
  • the MEMS component is arranged in such a way that the cover film 3 applied to the substrate 1 by means of an adhesive layer 4 is directed in the direction of the mounting substrate 10.
  • the cover film 3 thus ensures that the adhesive 14, by means of which the MEMS Component is fixed on the mounting substrate 10, does not penetrate into the cavity 2 of the substrate 1.
  • the MEMS device is electrically contacted with wires 15. These are preferably so-called wire bonds.
  • the housing which is formed by the mounting substrate 10 or on this, has a cover 11, which has an opening in the illustrated embodiment, which can serve for example for sound entry.
  • FIG. 8 shows a further embodiment in which a MEMS component is arranged on a mounting substrate 10 with the inactive side of the substrate 1.
  • a further cover 16 is arranged in the region above the cavity 2.
  • the mounting substrate 10 forms in this illustrated embodiment, a cavity package, wherein the cavity package is closed with a cover 11.
  • the MEMS device is contacted with bonding wires 15.
  • the MEMS component with the inactive side on which a covering film 3 is applied by means of an adhesive layer 4, is fixed on the mounting substrate 10 with the aid of a further adhesive layer 14.
  • the cover film 3 prevents the adhesive 14 from penetrating into the cavity 2 of the substrate 1.
  • the cavity package can also have openings or windows for media, radiation or pressure, which are not shown here.
  • FIG. 9 shows an embodiment in which the MEMS component is mounted on a mounting substrate 10 by means of flip-chip technology.
  • a further cover 16 is arranged in the region of the cavity 2.
  • a cover film 3 is applied by means of an adhesive layer 4.
  • the MEMS Component is mounted by flip-chip mounting on metal bumps 12.
  • a MEMS component is applied to a mounting substrate 10 by means of bumps 12 over the active side of the substrate 1.
  • the mounting substrate 10 preferably has an opening in the region of the cavity 2 of the substrate 1.
  • the inactive side of the substrate 1 is covered with a cover 3.
  • the cover film 3 is preferably fixed with an adhesive layer 4 on the substrate 1. But it can also be melted or laminated.
  • the cover 3 is used in this embodiment as a support for this and other encapsulation elements.
  • the cover film 3 spans the cavities in the illustrated embodiment in a flat horizontal shape.
  • the cover film 3 it is also possible, due to different flexibility of the lamination tool used, for example a rolling or pressure plate, for the cover film 3 to be concave or convexly deformed in the region of the cavity 2 with respect to the surface of the substrate 1. Also, by lamination or aftertreatment in an autoclave, a concave or convex shape can be set by selecting suitable pressure / temperature / time profiles, which is fixed after a subsequent hardening of the material. By a convex or concave shape of the cover 3, the volume in the cavity 2 can be expanded or reduced.
  • the MEMS component is provided with a laminate 17 which completely spans the MEMS component, wherein the laminate 17 preferably also seals the MEMS component to the mounting substrate 10 in the edge region.
  • a metal layer 18 is applied in the illustrated embodiment. Under a metal layer, a film can also be be stood.
  • the metal layer 18 may comprise aluminum, copper, nickel, titanium, gold, silver or chromium or alloys or layer sequences of these metals.
  • the metal layer 18 is advantageously produced by vapor deposition or sputtering, as well as by wet chemical or galvanic deposition, or by a combination of these methods.
  • the metal layer 18 preferably has a thickness of 1 to 100 ⁇ m.
  • the laminate 17 and the metal layer 18 prevent unwanted ingress of moisture or particles into the cavity formed by the MEMS device and the mounting substrate 10.
  • a shield against electromagnetic interference is formed. Installation-related distances, air gaps, etc., which are present in an external housing, can thus be avoided. As a result, a miniaturized structure and a particularly rational production is possible.
  • the metal layer 18 can be brought into contact with the substrate 1.
  • the cover has a concave or convex shape.

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Abstract

Es wird ein MEMS-Bauelement angegeben, das ein Substrat (1) aufweist, in dem wenigstens eine Kavität (2) vorhanden ist. Zu einer aktiven Seite des Substrats (1) hin ist die Kavität (2) verschlossen. Eine inaktive Seite ist gegenüber der aktiven Seite des Substrats (1) angeordnet, und das Substrat (1) ist auf der inaktiven Seite mit einer Abdeckfolie (3) bedeckt. Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung eines MEMS-Bauelements angegeben, das die folgenden Schritte aufweist. Im ersten Schritt werden Kavitäten (2) auf einem Substrat-Wafer (1) hergestellt, wobei die Kavitäten (2) zu einer aktiven Seite hin verschlossen sind und zu einer inaktiven Seite hin eine Öffnung aufweisen. In einem zweiten Schritt wird eine Abdeckfolie (3) auf die inaktive Seite des Substrat-Wafers (1) aufgebracht, wobei die Abdeckfolie (3) wenigstens im Bereich des Substrat-Wafers (1) zwischen den Kavitäten (2) mit dem Substrat-Wafer (1) verklebt ist.

Description

MEMS-Bauelement , Verfahren zur Herstellung eines MEMS-Bauele- ments und Verfahren zur Handhabung eines MEMS-Bauelements
Von Mobilkommunikationsgeräten geht ein enormer Miniaturisie- rungsdruck auf die elektronischen Komponenten aus. In besonderer Weise betrifft dies MEMS-Bauelemente (Micro-Elektro-Me- chanical System) wie zum Beispiel Mikrophone, die eine relativ hohe Bauform aufweisen, mit der Folge von Einschränkungen für das Gerätedesign insbesondere von mobilen Kommunikations- geräten.
Verschiedenste mikroelektronische Bauelemente wie Einzelhalbleiter, Speicher, Prozessoren, SAW Bauelemente (Surface accoustic wave) , BAW Bauelemente (BuIk accoustic wave) , usw. werden auf Waferebene gefertigt. Dabei werden Prozesse, wie Schichtabscheidung, Fotolithographieverfahren, Druckverfahren und andere für eine Vielzahl von Bauelementen parallel durchgeführt. Auf einem Wafer entsteht dabei eine Vielzahl von Chips gleichartigen Typs. Zur Verkapselung der Bauelemente wird häufig auf externe Gehäuse zurückgegriffen. Speziell für Halbleiterbauelemente, meistens auf der Basis von Siliziumwa- fern, wurden bereits zahlreiche Konzepte für ein so genanntes WLP (wafer level packaging) entwickelt. Bei diesem Verfahren wird die Verkapselung auf Waferebene in einem Flächenprozess realisiert. Die für Halbleiterbauelemente bekannten WLP Konzepte basieren in der Mehrzahl auf Bumpverbindungen, die aus auf dem Wafer aufgedampftem, gedrucktem oder galvanisch abgeschiedenem Lot bestehen. Auf diese Bumpverbindungen wird ein weiterer Wafer als Abdeckung aufgesetzt. Auf Grund der guten thermomechanisehen Anpassung wird dazu vorzugsweise das gleiche Material verwendet, wie z.B. ein weiterer Siliziumwafer . Es ist auch bekannt, einen zweiten Wafer direkt aufzusetzen und die elektrische Verbindung durch den zweiten Wafer mittels Durchkontaktieren durch den ersten oder zweiten Wafer herzustellen.
Ein weiterer Wafer aus Silizium ist jedoch kostspielig und die erforderlichen Justier- und Verbindungsverfahren sind ebenfalls aufwendig und teuer. Außerdem muss beim Vereinzeln eine größere Materialdicke durchtrennt werden und je nach Verbindungsverfahren auch noch ein zusätzliches Material wie Kleber, Lot, Glasfritte usw., was die Bearbeitung erschwert. Des Weiteren weist das Bauteil eine deutlich höhere Bauform auf .
Da in vielen Fällen zusätzlich zu dieser primären Verkapse- lung ohnehin noch eine weitere Häusung erfolgt, stellt ein solches WLP oft einen übertriebenen Aufwand zum Erreichen der Ziele dar.
Eine Aufgabe ist es daher, eine rationelle, miniaturisierte und kostengünstige Lösung für MEMS-Bauelemente anzugeben, welche die genannten Nachteile vermeidet.
Es wird ein MEMS-Bauelement (Micro-Elektro-Mechanical System) angegeben, das ein Substrat aufweist, in dem wenigstens eine Kavität vorhanden ist. Das Substrat weist eine aktive und eine inaktive Seite auf. Die Kavität ist zu der aktiven Seite hin verschlossen. Bevorzugt ist die Kavität mittels einer Membran verschlossen. Die aktive und inaktive Seite befinden sich auf gegenüber liegenden Seiten des Substrats. Auf der inaktiven Seite des Substrats ist eine Abdeckfolie aufgebracht, die das Substrat bedeckt und die Kavität somit vorzugsweise nach außen hin verschließt. Dadurch sind die MEMS-Bauelemente während der Prozessierung und insbesondere beim Sägen vor Beschädigungen oder Zerstörung geschützt. Des Weiteren ermöglicht ein derartiges MEMS- Bauelement die Verwendung bestimmter Häusungsprozesse, die andernfalls zu einer Beschädigung des Bauelements oder zu einer Beeinträchtigung der Bauelementfunktion führen würden. Durch die Abdeckfolie können auch Teilvolumina abgegrenzt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Abdeckfolie mittels eines Klebers auf dem Substrat aufgebracht.
Zwischen dem Substrat und der Abdeckfolie ist in einer Ausführungsform ein Klebefilm aufgebracht der die Abdeckfolie auf dem Substrat fixiert. In einer bevorzugten Ausführungsform bedeckt der Kleber die Abdeckfolie nahezu vollflächig.
Es ist jedoch auch möglich, dass der Kleber bevorzugt an den Stellen angeordnet ist, an denen die Abdeckfolie in Kontakt mit dem Substrat ist. Die Bereiche der Abdeckfolie, die eine Kavität bedecken, sind somit möglichst frei von Kleber.
Es ist vorteilhaft, die Verklebung mit einem Kleber durchzuführen, dessen Klebewirkung erst beim Aufbringen bzw. Aufla- minieren aktiviert wird. Dies kann beispielsweise durch Druck und/oder Hitze erfolgen. Besonders eignen sich dafür Schmelzkleber oder so genannte „B-stage" Materialien.
Die Abdeckfolie besteht vorzugsweise aus einer Polymerfolie. Es ist jedoch auch möglich, eine Metallfolie zu verwenden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Abdeckfolie eine Polyimidfolie . Polyimidfolien haben den Vorteil, dass sie im makroskopischen Maßstab hoch flexibel und daher einfach zu verarbeiten sind, im mikroskopischen Maßstab jedoch ausreichend starr sind, um den relevanten Druckdifferenzen sowohl bei der Herstellung als auch im Betrieb des MEMS-Bauelements ohne größere Verformungen zu widerstehen.
Die Abdeckfolie überspannt die Kavitäten vorzugsweise in einer flachen horizontalen Form. Es ist jedoch auch möglich, durch unterschiedliche Nachgiebigkeit des verwendeten Lami- nierwerkzeuges, wie zum Beispiel einer Walz- oder Andruck- platte, die Abdeckung im Bereich der Kavität gegenüber der Oberfläche des Substrates konkav oder konvex zu verformen. Auch durch Laminieren oder Nachbehandeln in einem Autoklaven kann durch Wahl geeigneter Druck-, Temperatur-, oder Zeitpro- file eine konkave oder auch konvexe Form eingestellt werden, die nach einem anschließenden Durchhärten des Materials fixiert ist.
In einer weiteren Ausführungsform können auf der Abdeckfolie bzw. im Bereich der Kavität weitere Funktionselemente angeordnet sein. Bei den Funktionselementen kann es sich um eine einfache Abdeckung oder aber auch um aktive oder passive Baue1emente hande1n .
Bevorzugt ist das MEMS-Bauelement als Drucksensor ausgebildet. In einer weiteren Ausführungsform kann das MEMS-Bauele- ment jedoch auch aus als Mikrophon ausgebildet sein oder eine beliebige weitere Funktion aufweisen.
Zur Herstellung des MEMS-Bauelements werden auf einem Substrat-Wafer zuerst mehrere Kavitäten erzeugt. Die Kavitäten sind bevorzugt zu einer ersten aktiven Seite hin verschlossen. Die Kavitäten sind auf der aktiven Seite vorzugsweise mittels einer Membran verschlossen. Zu einer inaktiven Seite hin weisen die Kavitäten bevorzugt eine Öffnung auf. In einem zweiten Schritt wird auf die inaktive Seite des Substrat-Wa- fers eine Abdeckfolie aufgebracht, wobei die Abdeckung in den Bereichen des Substrat-Wafers, die keine Kavität bilden, mit dem Substrat-Wafer verklebt ist.
In einem bevorzugten Verfahrensschritt wird die Abdeckfolie vollflächig auf der inaktiven Seite des Substrat-Wafers aufgebracht.
In einem bevorzugten Verfahrensschritt wird die Abdeckung in Form einer Polymerfolie aufgebracht. In einem alternativen Verfahrensschritt kann die Abdeckung auch als Metallfolie aufgebracht werden.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird der Substrat-Wafer bevorzugt mit der aktiven Seite auf eine bereitgestellte Trägerfolie aufgeklebt. Die Trägerfolie dient dazu, die nach dem Vereinzeln des Substrat-Wafers vorhandenen einzelnen
Bauelemente auf der Trägerfolie temporär zu fixieren. Besonders geeignet sind dazu so genannte „UV-release-Tapes" . Diese weisen eine hohe Klebkraft auf und sind nach einer UV-Behandlung leicht ablösbar.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird die Abdeckfolie entlang der Linien eines Vereinzelungsmusters bis zum Substrat-Wafer hin durchtrennt. Die Durchtrennung kann mittels Laserabiation erfolgen. Die Durchtrennung der Abtren- nung kann jedoch auch mittels Sägeverfahrens erfolgen.
Alternativ kann eine fotolithographisch bearbeitete Folie auflaminiert werden, die mittels scannender Belichtung oder Masken-Belichtung und nachfolgender Entwicklung in entsprechender Weise strukturiert wird.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird der Substrat-Wafer vorzugsweise mittels eines Sägeverfahrens entsprechend dem Vereinzelungsmuster in einzelne MEMS-Bauelemente zerteilt.
Alternativ kann der Substrat-Wafer auch mittels Laserschneidens vereinzelt werden. Ein Anritzen des Substrat-Wafers mit anschließenden kontrollierten Brechen kann als weitere Möglichkeit zum Vereinzeln der Bauelemente verwendet werden.
Es ist jedoch auch möglich, den Substrat-Wafer mittels Energieeintrags in eine Fokusebene unterhalb der Substratoberflä- che zu vereinzeln. Durch geeignete Wahl von Laserwellenlänge, Fokusdurchmesser, Leistung, Pulsfrequenz und Scanparametern kann ein Angriff des Substrats vermieden werden. Besonders bei der Verwendung eines Lasers zur Vereinzelung des Substrat-Wafers ist die Freilegung der Substratoberfläche im Bereich der Trennlinie durch Laserablation oder durch ein Sägeverfahren vorteilhaft. Dadurch kann die Abdeckfolie im Bereich der Außenkanten des MEMS-Bauelements zurückgezogen sein.
Beim Zerteilen des Substrat-Wafers mittels eines Sägeverfahrens kann die Vorbereitung des Substrates entlang der Trennlinien entfallen. Die Kavität mit sensiblen MEMS-Struk- turen ist optimal zwischen der Abdeckfolie einerseits und der Trägerfolie geschützt. Sofern es die MEMS-Strukturen zulas- sen, kann jedoch auch von der aktiven Seite des Substrats her gesägt werden. Zur Positionierung eines MEMS-Bauelements auf einem Montagesubstrat wird das MEMS-Bauelement gegriffen und auf einem Montagesubstrat positioniert. Hierbei werden vorzugsweise Vakuumwerkzeuge verwendet, die bei einem MEMS-Bauelement ohne Abdeckfolie über der Kavität die sensiblen MEMS-Strukturen beschädigen könnten, was mit der Abdeckfolie vermieden wird. Die Positionierung mit der aktiven Seite des MEMS-Bauelements in Richtung Montagesubstrat wird so vorgenommen, dass wenigstens der Bereich unter der Kavität frei von mechanischem Kon- takt mit dem Montagesubstrat ist.
Der Verfahrensschritt des Greifens und die Positionierung des MEMS-Bauelements erfolgt vorzugsweise mittels eines Vakuumgreifers .
Zur Fixierung und Kontaktierung des MEMS-Bauelements auf dem Montagesubstrat werden bevorzugt so genannte Bumps verwendet, die zwischen Montagesubstrat und MEMS-Bauelement angeordnet sind. Das Montagesubstrat weist bevorzugt im Bereich der Kavität des Substrat -Wafers eine Öffnung auf.
Es ist jedoch auch möglich, dass das MEMS -Bauelement mittels Verklebung zwischen dem Montagesubstrat und der inaktiven Seite des MEMS-Bauelements fixiert wird. Dabei wird die inak- tive Seite des MEMS-Bauelements über eine Klebeschicht auf dem Montagesubstrat fixiert. Da sich auf der inaktiven Seite des MEMS-Bauelements eine Abdeckfolie befindet, wird durch die Abdeckfolie verhindert, dass das Klebematerial der Klebeschicht in den Innenraum der Kavität gelangen kann.
Als Montagesubstrat kann beispielsweise^ ein Cavity-Package verwendet werden, das vorzugsweise aus einem keramischen Material besteht. Cavity-Packages lassen sich ohne großen Aufwand mit sehr kleinen Abmessungen, Wandstärken und Maßtoleranzen fertigen.
Das Montagesubstrat kann externe Lötflächen, die insbesondere für die SMT-Montage geeignet sind und interne Durchkontaktie- rungen aufweisen, die allgemein bekannt sind, und auf die an dieser Stelle nicht näher eingegangen wird. Des Weiteren kann das Montagesubstrat Öffnungen oder Fenster zum Empfang externer Signale, wie Licht, Schall, Druck, Medien oder Anderes aufweisen.
In dem Cavity-Package können in einer weiteren Ausführungsform noch weitere Komponenten angeordnet sein. Dabei kann es sich insbesondere um passive Bauelemente und aktive Bauele- mente wie VerstärkerVASICs handeln, die untereinander und mit dem MEMS-Chip verschaltet sein können.
In einer weiteren Ausführungsform, vorzugsweise bei Drucksensoren, kann die Kavität hermetisch verschlossen werden, indem die Abdeckfolie mit einem metallischen Überzug versehen wird, der sie überlappt und bis auf das MEMS-Substrat reichen kann.
In einer weiteren Ausführungsform können beispielsweise mehrere Mikrofonchips zu einem akustischen Array in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Die Rückvolumina der einzelnen Chips sind vorzugsweise durch die Abdeckfolie voneinander akustisch entkoppelt.
In einem weiteren möglichen Verfahrensschritt wird auf der aktiven Seite des MEMS-Bauelements nach der Positionierung und Fixierung eine zusätzliche Abdeckung aufgebracht . Dieser Verfahrensschritt kann jedoch auch vor der Positionierung und Fixierung des MEMS-Bauelements auf dem Montagesubstrat erfolgen.
Anschließend kann das MEMS-Bauelement auf dem Montagesubstrat mit einem weiteren Gehäuse versehen werden.
Die auf dem MEMS-Bauelement aufgebrachte Abdeckfolie kann in einer weiteren Ausführungsform als Auflage für weitere Gehäuseteile oder Abdeckungen dienen. Bei den weiteren Gehäusetei- len kann es sich um Polymerschichten handeln, die mittels Molding, Verguss oder Laminierung auf das MEMS-Bauelement aufgebracht werden. Die weiteren Gehäuseteile können in einer weiteren Ausführungsform auch aus Metall bestehen. Dabei handelt es sich bevorzugt um außenstromlose Metallisierungen oder galvanische Schichten auf PVD-Seedlayer (physical vapor deposition) . Es ist jedoch auch möglich, dass die weiteren Gehäuseteile aus einer Kombination von Polymer- und Metall- schichten bestehen.
In einer weiteren Ausführungsform weist das MEMS-Bauelement eine metallische Schicht auf, die vorzugsweise zur elektromagnetischen Abschirmung dient. Dabei ist die metallische Schicht vorzugsweise mit einem Massepotential oder einem externen elektrischen Anschluss verbunden.
Bei einer weiteren Ausführungsform des MEMS-Bauelement , bei dem die aktive Seite des MEMS-Bauelements in Richtung Montagesubstrat zeigt, ist das MEMS-Bauelement mit einer Polymer- und/oder Metallschicht versehen, die direkt auf der durch die Abdeckfolie und dem MEMS-Bauelement vorgegebenen Oberfläche aufgebaut wird. Durch die Abdeckfolie ist somit ein Schicht- aufbau mit weiteren Verkapselungselementen möglich. Außerdem wird dadurch ein unerwünschtes Eindringen von Verunreinigun- gen in die Kavität des MEMS-Bauelements verhindert. Montagebedingte Abstände, Luftpolster usw. werden somit vermieden. Dadurch ist ein miniaturisierter Aufbau und eine besonders rationale Herstellung möglich.
Die metallische Schicht auf dem MEMS-Bauelement kann Aluminium, Kupfer, Nickel, Titan, Gold, Silber oder Chrom oder Legierungen bzw. Schichtfolgen aus diesen Metallen aufweisen. Die Dicke der metallischen Schicht beträgt dabei vorzugsweise 1 - 100 μm.
Die oben beschriebenen Gegenstände werden anhand der folgenden Figuren und Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Die nachfolgend beschriebenen Zeichnungen sind nicht als maßstabsgetreu aufzufassen. Vielmehr können zur besseren Darstellung einzelne Dimensionen vergrößert, verkleinert oder auch verzerrt dargestellt sein. Elemente die einander gleichen oder die die gleiche Funktion übernehmen sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Figur 1 zeigt einen Ausschnitt eines Substrat-Wafers mit mehreren Kavitäten.
Figur 2 zeigt einen Ausschnitt eines Substrat-Wafers, bei dem die Kavitäten mit einer Abdeckung bedeckt sind.
Figur 3 zeigt einen Ausschnitt eines Substrat-Wafers, bei dem die Abdeckung an bestimmten Stellen entfernt ist.
Figur 4 zeigt einen Ausschnitt eines Substrat-Wafers, bei dem der Substrat-Wafer mittels eines Sägeverfahrens in einzelne Bauelemente zerteilt wird. Figur 5 zeigt einen Ausschnitt eines Substrat-Wafers , bei dem der Substrat-Wafer mittels Laserschneidens in einzelne Bauelemente zerteilt wird.
Figur 6 zeigt ein MEMS-Bauelement , das in einem Cavity- Package angeordnet ist.
Figur 7 zeigt ein MEMS-Bauelement , das in einem weiteren
Cavity-Package angeordnet ist.
Figur 8 zeigt ein MEMS-Bauelement , das in einem Cavity- Package angeordnet ist, wobei auf der aktiven Seite des MEMS-Bauelements eine weitere Abdeckung angeordnet ist.
Figur 9 zeigt ein MEMS-Bauelement , das auf einem Montagesubstrat angeordnet ist.
Figur 10 zeigt ein MEMS-Baue1ement , das auf einem Montagesub- strat angeordnet ist, wobei das MEMS-Bauelement mit einer weiteren Abdeckung versehen ist.
Figur 1 zeigt einen Ausschnitt eines als Substrat 1 dienenden Wafers, in dem mehrere Kavitäten 2 eingebracht sind. Die Kavitäten 2 sind zu einer ersten, der aktiven Seite hin mit einer Membran 21 verschlossen. Zu einer zweiten, der inaktiven Seite hin sind die Kavitäten 2 offen. Die Kavitäten werden vorzugsweise mittels eines Ätzverfahrens in dem Substrat 1 erzeugt. Es ist jedoch auch möglich, die Kavität 2 mittels jedes anderen geeigneten Strukturierungsverfahrens herzustellen. Die Kavitäten 2 sind vorzugsweise zur aktiven Seite des Substrats 1 hin mit einer Membran 21 verschlossen. Bei der Herstellung der Kavitäten wird vorzugsweise das Material bis auf die Membran 21 in der Kavität mittels verschiedenster Verfahren entfernt. Die Membran 21 kann eine Restschichtdicke des Substratwafers darstellen oder eine auf der aktiven Seite des MEMS Bauelements aufgebrachte zusätzliche Schicht sein. Dabei ist es möglich, den Strukturierungs- schritt bei der Herstellung der Kavität 2 selektiv an einer solchen vom Substratmaterial unterschiedlichen Schicht zu stoppen. Die aktive Seite des MEMS Bauelements zeichnet sich auch dadurch aus, dass im Bereich dieser Oberfläche oder
Substratseite weitere funktionelle Elemente des MEMS Bauelements angeordnet sind, vorzugsweise auch die elektrischen Anschlussflächen (Pads) zur Kontaktierung des Bauelements.
Die Figur 2 zeigt einen Wafer eines Substrats 1, bei dem auf der inaktiven Seite eine Abdeckfolie 3 aufgebracht ist. Die Abdeckfolie 3 ist vorzugsweise mittels einer Klebeschicht 4 auf dem Substrat 1 aufgebracht, sie kann jedoch auch inhärent klebrig sein. Die Abdeckfolie 3 bedeckt den Wafer des Substrats 1 vorzugsweise vollflächig. Die Klebeschicht 4 zwischen dem Substrat 1 und der Abdeckfolie 3 kann auch im Bereich der Kavitäten 2 fehlen. Vorzugsweise ist die Klebeschicht 4 wenigstens im Bereich der Kontaktfläche des Substrats 1 und der Abdeckfolie 3 angeordnet. Bei der Abdeck- folie 3 handelt es sich vorzugsweise um eine Polymerfolie. In einer weiteren Ausführungsform kann auch eine Metallfolie verwendet werden. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform werden Polyimidfolien verwendet. Diese weisen vorzugsweise eine Stärke zwischen 20 und 100 um auf. Die Klebeschicht 4 weist vorzugsweise eine Stärke zwischen 10 und 25 um auf. Die Klebeschicht 4 weist vorzugsweise eine Klebewirkung auf, die erst beim Auflaminieren der Abdeckfolie 3 auf dem Substrat 1 durch beispielsweise Druck oder Hitze aktiviert wird. Hierzu eigenen sich insbesondere Schmelzkleber oder so genannte „B-stage"-Materialien.
Die Abdeckfolie 3 kann in einer nicht dargestellten Ausfüh- rungsvariante auch eine Form aufweisen, die von der planen, flachen Überspannung der Kavität 2 abweicht. Durch unterschiedliche Nachgiebigkeit des Laminierwerkzeuges , hierbei handelt es sich beispielsweise um eine Walze oder Andruck- platte, kann die Abdeckfolie 3 im Bereich der Kavität 2 beispielsweise konkav gestaltet werden. Des Weiteren ist es auch möglich, durch die Wahl geeigneter Druck-, Temperaturoder Zeitprofile beim Auflaminieren der Folie auf den Wafer eine konkave oder konvexe Form einzustellen. Diese Form wird bei einem anschließenden Durchhärten der Abdeckfolie fixiert.
Die Figur 3 zeigt ein Substrat 1 mit mehreren Kavitäten 2. Das Substrat 1 ist mit der aktiven Seite auf einer Trägerfolie 7 aufgebracht. Die Trägerfolie 7 dient vorzugsweise dazu, die aktive Seite des Substrats 1 zu schützen bzw. eine einfa- chere Handhabung des zerteilten oder zu zerteilenden
Substrats 1 zu erreichen. Bei der Trägerfolie 7 handelt es sich vorzugsweise um so genannte „UV-release-Tapes". Diese „UV-release-Tapes" zeichnen sich durch eine hohe Klebekraft aus, wobei sich die Trägerfolie 7 nach einer UV-Bestrahlung wieder leicht von dem Substrat 1 ablösen lässt. Zur Vereinzelung des Substrats 1 in einzelne MEMS-Bauelemente wird die Abdeckfolie 3 entlang den Linien eines vordefinierten Vereinzelungsmusters mit Trennfugen 5 versehen. Die Trennfugen 5 werden mittels eines Laserstrahls 6 in die Abdeckfolie 3 und gegebenenfalls in die Klebeschicht 4 eingebracht, wobei das Substrat 1 unversehrt bleiben kann. Durch geeignete Wahl von Laserwellenlänge, Fokusdurchmesser, Leistung, Pulsfrequenz und Scanparametern kann ein Angriff des Substrats 1 vermieden werden.
In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsvariante kann eine fotolithographisch bearbeitete Abdeckfolie 3 auf dem Substrat 1 auflaminiert werden, die mittels scannender- oder Masken-Belichtung und nachfolgender Entwicklung in entsprechender Weise strukturiert werden kann.
Es ist auch möglich, die Trennfugen 5 in die Abdeckfolie 3 mittels eines Sägeverfahrens einzubringen.
In der Figur 4 ist ein Substrat 1 dargestellt, das mittels eines Sägeblattes 8 in einzelne MEMS-Bauelemente zerteilt wird. Beim Zerteilen des Substrats 1 mittels eines Sägeblattes 8 entstehen Schnittkanten 9. Die Schnittkanten 9 reichen vorzugsweise durch das Substrat 1 hindurch. Die Trägerfolie 7 bleibt jedoch größtenteils unbeschädigt, so dass die einzelnen MEMS-Bauelemente weiter auf der Trägerfolie 7 zusammen haften bleiben. Für den Fall, dass das Zersägen des Substrats 1 von der inaktiven Seite her erfolgt, kann der vorherige Schritt, der in Figur 3 dargestellt ist, entfallen. Die Kavi- tät 2 mit den sensiblen MEMS-Strukturen ist optimal zwischen der Abdeckfolie 3 einerseits und der Trägerfolie 7 anderer- seits geschützt. Sofern es die MEMS-Strukturen zulassen, ist es auch möglich, dass auch von der aktiven Seite des Substrats 1 her gesägt werden kann. Hierfür eignet sich allerdings eher ein schonenderes Trennverfahren.
Ein solches schonenderes Trennverfahren zum zerteilen des
Substrats 1 in einzelne MEMS-Bauelemente ist in Figur 5 dargestellt. Hierbei wird mittels eines Laserstrahls 6 das Substrat 1 von der aktiven Seite her in einzelne MEMS-Bau- elemente zerschnitten. Dabei entstehen wie in Figur 4 dargestellt Schnittkanten 9 zwischen den einzelnen MEMS-Bauele- menten. Das Substrat 1 ist in dieser Ausführungsvariante mit der inaktiven Seite, auf der sich die Abdeckfolie 3 befindet auf eine Trägerfolie 7 aufgebracht. Die MEMS-Strukturen auf der Membran sind durch dieses schonendere Verfahren ausreichend geschützt. Auf das Einbringen von Trennfugen 5 vor dem Zerteilen des Substrats 1 kann in diesem Verfahrensschritt unter Umständen verzichtet werden.
Alternativ kann der Substrat-Wafer 1 auch durch Anritzen der Oberfläche des Substrat-Wafers 1 und nachfolgendes kontrolliertes Brechen oder, in einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante, durch Energieeintrag in eine Fokusebene unter- halb der Oberfläche des Substrats 1 in einzelne MEMS-Bauelemente zerteilt werden. Auch eine Kombination dieser beiden Verfahren ist möglich.
In Figur 6 ist eine Ausführungsvariante des MEMS-Bauelements in einem Gehäuse gezeigt, wobei das MEMS-Bauelement auf dem Montagesubstrat 10 mittels Bumps 12 befestigt ist. Über die Bumps 12 kann auch die elektrische Kontaktierung des MEMS- Bauelements erfolgen. Das Cavity-Package weist eine Abdeckung 11 auf, durch die ein abgeschlossenes Volumen gebildet wird. Das durch die Abdeckfolie 3 und das MEMS-Bauelement gebildete abgeschlossene Rückvolumen verhindert einen ungewollt schnellen Druckausgleich zwischen der Vorder- und Rückseite der Membran 21, der sonst seitlich zwischen den Bumps 12 hindurch ungehindert erfolgen könnte .
Die Membran 21 verschließt die Kavität 2 zur aktiven Seite des Substrats 1 hin. Die Montage des MEMS-Bauelements erfolgt vorzugsweise mittels Vakuum-Saugwerkzeug, das an der mit der Abdeckfolie 3 verschlossenen inaktiven Seite angreifen kann. Durch die Abdeckfolie 3 wird verhindert, dass die Membran 21 des Substrats 1 beschädigt wird. Das Montagesubstrat 10 bildet in der dargestellten Ausführungsform ein Cavity- Package. Diese ist vorzugsweise aus Keramik hergestellt, das sich problemlos mit sehr kleinen Abmessungen, Wandstärken um Maßtoleranzen herstellen lässt. Das Cavity-Package weist eine Öffnung 13 oder Fenster für Medien, Strahlung oder Druck auf. Die Öffnung 13 ist vorzugsweise unter dem MEMS-Bauelement angeordnet.
In dem Cavity-Package können neben dem MEMS-Bauelement auch noch weitere, nicht dargestellte, Komponenten, insbesondere Passive und Verstärker/ASICs untergebracht und untereinander sowie mit dem MEMS-Sensor verschaltet sein. Insbesondere ist es auch möglich, beispielsweise mehrere Mikrophonchips als akustisches Array in einem wie oben beschriebenen gemeinsamen Gehäuse (Cavity-Package) unterzubringen, wobei die Rückvolumina der einzelnen Mikrophonchips durch die Abdeckfolien 3 voneinander entkoppelt sind. Des Weiteren können Kontaktierungen, externe Lötflächen insbesondere für die SMT-Montage und erforderliche Durchkontaktierungen vorgesehen sein, die allgemein bekannt sind und deshalb hier nicht dargestellt werden.
Die Figur 7 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Positionierung eines MEMS-Bauelements auf einem Montagesubstrat 10, bzw. wie in der Figur 7 dargestellt in einem Cavity-Package. Das MEMS-Bauelement ist in dieser Ausführungsvariante derart angeordnet, dass die auf dem Substrat 1 mittels einer Klebeschicht 4 aufgebrachte Abdeckfolie 3 in Richtung Montagesubstrat 10 gerichtet ist. Durch die Abdeckfolie 3 ist somit gewährleistet, dass der Kleber 14, mittels dem das MEMS- Bauelement auf dem Montagesubstrat 10 fixiert ist, nicht in die Kavität 2 des Substrats 1 dringt. Das MEMS-Bauelement ist mit Drähten 15 elektrisch kontaktiert. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um so genannte Drahtbondverbindungen. Das Gehäuse, das durch das Montagesubstrat 10 oder auf diesem gebildet wird, weist eine Abdeckung 11 auf, die in der dargestellten Ausführungsform eine Öffnung aufweist, die z.B. zum Schalleintritt dienen kann.
In der Figur 8 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei der ein MEMS-Bauelement auf einem Montagesubstrat 10 mit der inaktiven Seite des Substrats 1 angeordnet ist. Auf der aktiven Seite des Substrats 1 ist im Bereich über der Kavität 2 eine weitere Abdeckung 16 angeordnet. Das Montagesubstrat 10 bildet in dieser dargestellten Ausführungsform ein Cavity- Package, wobei das Cavity-Package mit einer Abdeckung 11 verschlossen ist. Das MEMS-Bauelement ist mit Bonddrähten 15 kontaktiert. Zur Befestigung des MEMS-Bauelements auf dem Montagesubstrat 10 ist das MEMS-Bauelement mit der inaktiven Seite, auf der eine Abdeckfolie 3 mittels einer Klebeschicht 4 aufgebracht ist, mit Hilfe einer weiteren Klebeschicht 14 auf dem Montagesubstrat 10 fixiert. Die Abdeckfolie 3 verhindert, dass der Kleber 14 in die Kavität 2 des Substrats 1 eindringen kann. Das Cavity-Package kann auch Öffnungen oder Fenster für Medien, Strahlung oder Druck aufweisen, die hier nicht dargestellt sind.
Die Figur 9 zeigt eine Ausführungsform, bei dem das MEMS- Bauelement mittels Flipchip Technik auf einem Montagesubstrat 10 montiert wird. Unter der aktiven Seite des Substrats 1 ist im Bereich der Kavität 2 eine weitere Abdeckung 16 angeordnet. Auf der inaktiven Seite des Substrats 1 ist eine Abdeckfolie 3 mittels einer Klebeschicht 4 aufgebracht. Das MEMS- Bauelement ist mittels Flipchip-Montage auf metallischen Bumps 12 montiert .
In der Figur 10 ist ein MEMS-Bauelement mittels Bumps 12 über die aktive Seite des Substrats 1 auf einem Montagesubstrat 10 aufgebracht. Das Montagesubstrat 10 weist vorzugsweise im Bereich der Kavität 2 des Substrats 1 eine Öffnung auf. Die inaktive Seite des Substrats 1 ist mit einer Abdeckfolie 3 abgedeckt. Die Abdeckfolie 3 ist vorzugsweise mit einer Klebeschicht 4 auf dem Substrat 1 fixiert. Sie kann aber auch aufgeschmolzen bzw. auflaminiert sein. Die Abdeckfolie 3 dient in dieser Ausführungsform als Auflage für dieses und weitere Verkapselungselemente . Die Abdeckfolie 3 überspannt die Kavitäten in der dargestellten Ausführungsform in einer flachen horizontalen Form. Es ist jedoch auch möglich, durch unterschiedliche Nachgiebigkeit des verwendeten Laminierwerk- zeuges, wie zum Beispiel einer Walz- oder Andruckplatte, dass die Abdeckfolie 3 im Bereich der Kavität 2 gegenüber der Oberfläche des Substrates 1 konkav oder konvex verformt ist. Auch durch Laminieren oder Nachbehandeln in einem Autoklaven kann durch Wahl geeigneter Druck-/Temperatur- /Zeitprofile eine konkave oder auch konvexe Form eingestellt werden, die nach einem anschließenden Durchhärten des Materials fixiert wird. Durch eine konvexe oder konkave Form der Abdeckfolie 3 kann das Volumen in der Kavität 2 erweitert oder verringert werden .
Das MEMS-Bauelement ist mit einem Laminat 17 versehen, das das MEMS-Bauelement vollständig überspannt, wobei das Laminat 17 das MEMS-Bauelement vorzugsweise auch im Randbereich mit dem Montagesubstrat 10 abdichtet. Auf dem Laminat 17 ist in der dargestellten Ausführungsform eine Metallschicht 18 aufgebracht. Unter einer Metallschicht kann auch eine Folie ver- standen werden. Die Metallschicht 18 kann Aluminium, Kupfer, Nickel, Titan, Gold, Silber oder Chrom oder Legierungen bzw. Schichtfolgen dieser Metalle aufweisen. Die Metallschicht 18 wird vorteilhaft mittels Aufdampfen oder Aufsputtern, sowie auch durch nasschemische oder galvanische Abscheidung erzeugt, oder durch eine Kombination dieser Verfahren. Die Metallschicht 18 weist dabei vorzugsweise eine Stärke von 1 - 100 μm auf. Das Laminat 17 und die Metallschicht 18 verhindern ein unerwünschtes Eindringen von Feuchtigkeit oder Partikeln in den Hohlraum, der durch das MEMS-Bauelement und das Montagesubstrat 10 gebildet wird. Außerdem wird so eine Schirmung gegenüber elektromagnetischen Störungen gebildet. Montagebedingte Abstände, Luftspalte usw., die bei einem externen Gehäuse vorhanden sind, können somit vermieden werden. Dadurch ist ein miniaturisierter Aufbau und eine besonders rationelle Herstellung möglich.
Durch selektives Entfernen des Laminats 17 am Rande des Bauelements vor Aufbringen der Metallschicht 18, kann die Me- tallschicht 18 in Kontakt mit dem Substrat 1 gebracht werden.
Dadurch ist beispielsweise ein Anbinden der Metallschicht 18 an die Gehäusemasse möglich.
Obwohl in den Ausführungsbeispielen nur eine beschränkte Anzahl möglicher Weiterbildung der Erfindung beschrieben werden konnte, ist die Erfindung nicht auf diese beschränkt. Es ist prinzipiell möglich, dass die Abdeckfolie eine konkave oder konvexe Form aufweist.
Die Erfindung ist nicht auf die Anzahl der dargestellten Elemente beschränkt. Die Beschreibung der hier angegebenen Gegenstände ist nicht auf die einzelnen speziellen Ausführungsformen beschränkt vielmehr können die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen soweit technisch sinnvoll beliebig miteinander kombiniert werden.
Bezugszeichenliste
1 Substrat
2 Kavität
21 Membran
3 Abdeckfolie
4 Kleber
5 Einschnitt
6 Laserstrahl
7 Trägerfolie
8 Sägeblatt
9 Bruch- oder Schnittkante
10 Montagesubstrat
11 Abdeckung
12 Bump
13 Öffnung
14 Klebeschicht
15 Elektroden
16 weitere Abdeckung
17 Laminat
18 Metallschicht

Claims

Patentansprüche
1. MEMS-Bauelement aufweisend, ein Substrat (1), in dem wenigstens eine Kavität (2) vorhanden ist, eine aktive Seite des Substrats (1) , auf der die Kavität (2) verschlossen ist, eine inaktive Seite, die gegenüber der aktiven Seite des Substrats (1) angeordnet ist, und - eine Abdeckfolie (3) , die das Substrat (1) auf der inaktiven Seite des Substrats (1) bedeckt.
2. MEMS-Bauelement nach Anspruch 1, wobei die Kavität (2) auf der aktiven Seite des Substrats (1) mittels einer Membran (21) verschlossen ist.
3. MEMS-Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Abdeckfolie (3) mittels eines Klebers (4) auf dem Substrat (1) aufgebracht ist.
4. MEMS-Bauelement nach Anspruch 3, wobei der Kleber (4) die Abdeckfolie (3) nahezu vollflächig bedeckt.
5. MEMS-Bauelement nach Anspruch 3, wobei der Kleber (4) ausschließlich im Bereich der Kontaktfläche zwischen
Abdeckfolie (3) und Substrat (1) angeordnet ist.
6. MEMS-Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Abdeckfolie (3) eine Polymerfolie ist.
7. MEMS-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Abdeckfolie (3) eine Metallfolie ist.
8. MEMS -Bauelement nach Anspruch 6, wobei die Abdeckfolie
(3) eine Polyimidfolie ist.
9. MEMS-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Abdeckfolie (3) im Bereich der Kavität (2) gegenüber der Oberfläche des Substrats (1) konkav verformt ist.
10. MEMS -Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Abdeckfolie (3) im Bereich der Kavität (2) gegenüber der Oberfläche des Substrats (1) konvex verformt ist.
11. MEMS-Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Abdeckfolie (3) im Bereich der Außenkanten des MEMS-Bauelements entfernt ist.
12. MEMS-Bauelement nach Anspruch 11, bei dem auf der Abdeckfolie (3) eine Metallisierung aufgebracht ist, die sich bis auf den frei von der Abdeckfolie gebliebenen Bereich des Substrat (1) an den Außenkanten erstreckt.
13. MEMS-Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei auf der Abdeckfolie (3) weitere Bauelemente (16) angeordnet sind.
14. MEMS-Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, das als ein Drucksensor ausgebildet ist .
15. MEMS-Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, das als ein Mikrofon ausgebildet ist.
16. MEMS-Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, das als ein Bridge Type FBAR ausgebildet ist.
17. Verfahren zur Herstellung eines MEMS-Bauelements, aufweisend die Schritte:
- Herstellung von Kavitäten (2) auf einem Substrat-Wafer
(1) , wobei die Kavitäten (2) zu einer aktiven Seite hin verschlossen sind und zu einer inaktiven Seite hin eine Öffnung aufweisen,
- Aufbringen einer Abdeckfolie (3) auf die inaktive Seite des Substrat -Wafers (1) , wobei die Abdeckfolie (3) wenigstens im Bereich des Substrat-Wafers (1) , der keine Kavität (2) bildet, mit dem Substrat-Wafer (1) verklebt ist.
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Abdeckfolie (3) ganzflächig auf der inaktive Seite des Substrat-Wafers (1) aufgebracht wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 18, so dass eine Membran (21) verbleibt, die die aktive Seite der Kavität (2) verschließt.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, bei dem als Abdeckfolie (3) eine Polymerfolie aufgebracht wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, bei dem als Abdeckfolie (3) eine Metallfolie aufgebracht wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 21, bei dem der Substrat-Wafer (1) , mit der aktiven Seite auf eine Trägerfolie (7) aufgeklebt wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, bei dem die Abdeckfolie (3) entlang von Linien eines Vereinze- lungsmusters bis zum Substrat-Wafer (1) durchtrennt wird.
24. Verfahren nach Anspruch 23, bei dem die Durchtrennung der Abdeckfolie (3) mittels Laserablation erfolgt.
25. Verfahren nach Anspruch 23, bei dem die Durchtrennung der Abdeckfolie (3) mittels eines Sägeverfahrens erfolgt .
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 oder 25, bei dem nach dem Durchtrennen der Abdeckfolie (3) eine Metallschicht (18) aufgebracht wird, welche die Abdeckfolie (3) bedeckt und bis zum Substrat (1) reicht.
27. Verfahren nach Anspruch 23, bei dem die Durchtrennung der Abdeckfolie (3) mittels Fotolithographie erfolgt.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 27, bei dem der Substrat-Wafer (1) mittels eines Sägeverfahrens in einzelne Bauelemente vereinzelt wird.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 27, bei dem der Substrat-Wafer (1) mittels Laserschneiden vereinzelt wird.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 27, bei dem der Substrat-Wafer (1) mittels kontrollierten Brechens durch Anritzen vereinzelt wird.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 27, bei dem der Substrat-Wafer (1) mittels Energieeintrag in eine Fokusebene unterhalb der Substratoberfläche vereinzelt wird.
32. Verfahren zur Handhabung eines MEMS-Bauelements nach Anspruch 1 auf einem Montagesubstrat, wobei das MEMS-Bauelement gegriffen und auf dem Montage- Substrat (10) positioniert wird, wobei die aktive Seite des MEMS-Bauelements wenigstens im Bereich dessen Kavität (2) nicht in mechanischem Kon- takt mit dem Montagesubstrat (10) ist.
33. Verfahren nach Anspruch 32, wobei das Greifen des MEMS- Bauelements und die Positionierung auf dem Montagesubstrat (10) mittels Ansaugen erfolgt.
34. Verfahren nach Anspruch 33, wobei eine Fixierung des MEMS-Bauelements zwischen dessen aktiven Seite und dem Montagesubstrat (10) über einer Öffnung im Montagesubstrat (10) mittels Bumps (12) erfolgt.
35. Verfahren nach Anspruch 34, wobei das MEMS-Bauelement mittels Verklebung zwischen dem Montagesubstrat (10) und der inaktiven Seite des MEMS-Bauelements fixiert wird.
36. Verfahren nach einem der Ansprüche 33 oder 34, bei dem auf der aktiven Seite des MEMS-Bauelements vor dem Positionieren und Fixieren eine zusätzliche Abdeckung (16) aufgebracht wird.
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