专利名称：用于无基板模塑封装的去应力构造技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制造构件的方法，所述构件包括微/纳结构的(mikro-oder nanostrukturiert)元件。该方法包含封装微/纳结构的元件的步骤。本发明还涉及一种按 该方法得到的构件及其应用。
背景技术：
传感器通常被封装在基于冲压栅条或基板的包封外壳(模塑外壳)中。在基于 铜-塑料外壳(铜引线框架)的基板上，它们可以被作为实施例，包括带引脚(有引线的 外壳)或没有引脚的外壳(无引线的外壳)。在此，各传感器或ASIC (专用集成电路) 或并排或上下重叠地封装到基板上，接下来在基板上进行灌封。但新型无基板的外壳也 被研发得越来越多。芯片封装的一个变型被称为eWLP(内埋晶圆级封装)。在温度影响下，通过材料的不同热膨胀系数在模塑外壳中产生热失配(错配)， 因此造成了整个装置(封装)的变形(弯曲)、应力感应以及因而对传感器信号的消极影 响。首先，材料复合物的分界面如下被作为机械应力的起始点。此外，还试图通过复合 面之间的去应力的软胶来克服这种热机械失配。过去，特别是在应力敏感的惯性传感器 中，正是这种应力特性导致了无应力但最为昂贵的所谓的预塑外壳的使用。预塑外壳涉 及具有封闭盖的喷铸预制外壳，并且在硅树脂和包封料之间不存在直接接触。因此，另一种机械式去应力的可能方案在于，不存在与模塑外壳的机械连接。 然而迄今尚未公知的是，这如何能够构造出构件的自由空间。DE 10 2005 041 539 Al公开了一种粘结膜，用于在将半导体芯片置入支架上的 塑料材料时，为支架配备半导体芯片。为此，膜具有芯膜和至少在膜的配备侧上的带有 胶粘剂的覆层。覆层在其顶面具有压力敏感的和/或温度敏感的材料，所述材料在压力 作用和/或热作用下被分解，并且分离出气态的分解产物。不过这在使用压力敏感和/或温度敏感的材料时涉及基板复合的解决方案。灌 封料中的空腔不能得以构造。因此值得期待的是另一种用于制造包括微/纳结构的元件 的构件的方法，在该方法中，可以获得灌封料中的这些空腔。
发明内容
按照本发明，建议一种用于制造包括微/纳结构元件的构件的方法，该方法包 括下列步骤-提供基板；-将至少一个微/纳结构的元件覆设到基板上；-用能被热分解的聚合物包封已覆设的微/纳结构的元件；-用包封料至少部分地包封用能被热分解的聚合物包封的微/纳结构的元件；-将获得的装置加热到这样 的温度上，S卩，对于该温度而言，所述能被热分解的 聚合物在该方法中被热分解并且少部分地转化成气态成分，此外还这样选择所述温度，以致于所述获得的装置的其它材料不被转化成气态成分。按本发明方法的第一步包含基板的提供。基板的材料可以例如从陶瓷、金属或 高熔塑料组中选取。金属在此例如从1.4034和/或1.4310的不锈钢组中选取。可以将胶膜或胶层覆设到基板上。层厚在此可以位于劝.2 μ m至<200 μ m的范 围内，优选在Μμιη至^lOOym的范围内，特别优选在》μ m至<10 μ m的范围内。这 种胶层或胶膜可以将待覆设的微/纳结构的元件固定到基板上以及使基板在模塑后从模 接部(Moldverbund)中脱出。在下一步中，将至少一个微/纳结构的元件覆设到基板上。微/纳结构的元件 按照本发明尤其是内部结构尺寸在Mnm至SlOO μ m范围内的元件。内部结构尺寸在此 指的是元件内的结构的尺寸，例如沟槽、接片或导轨。这些元件应用在微系统技术或微 机电系统中。微/纳结构的元件可以包括这样的区域，该区域设置用于与另外的微/纳结构的 元件电接触。这个区域也可以被称为连接片(Anschlusspad)或连接触头。此外，微/纳 结构的元件可以包括集成电路、传感器元件、无源元件(passive Bauelemente)、陶瓷电容 器、电阻或执行器。所述元件然后产生一个系统，所述系统在分切后具有独立的封装。覆设时，微/纳结构的元件的至少部分区域与基板的顶面或处于基板上的其它 层或膜的顶面接触。微/纳结构的元件彼此间的间距符合待制造的构件的要求。可以用 自动装配器实施微/纳结构的元件的覆设。在此，用来将微/纳结构的元件覆设到基板上 的待覆设的力，取决于最上层的厚度和装配温度、持续时间以及待装配元件的类型。此 夕卜，微/纳结构的元件的覆设也可以通过加热基板得到简化。作为下一步，用能被热分解的聚合物包封已覆设的微/纳结构的元件。在此， 能被热分解的聚合物的层厚可以处于MOOnm至<200 μ m的范围内，优选在>500nm至 动Oym的范围内，特别优选在沖OOnm至<10 μ m的范围内。所述层可以借助成本低廉 的工艺，如浸渍、点胶、压印、离心涂覆、强喷(Jetten)或喷覆(Spriihbelacken)进行覆 设。紧接着是有利的是回火工序，其中例如在100°C的温度下加热10至30分钟。可以使用丝网印刷或模板印刷作为印刷工艺。同样，能被热分解的聚合物可以 作为固定抗蚀剂覆设。在此，按所述方法覆设的层可以或结构化地被覆设，或在覆设后 被结构化。结构化在此可以光刻实现。所使用的能被热分解的聚合物在温度达到140°C前，可以具有不会分解的温度稳 定性。在温度超过200°C时，聚合物可以例如至少部分无残余物地分解成C02、CO和H2。之后，将被能热分解的聚合物包封的微/纳结构的元件至少局部地用包封料包 封起来。其它用于包封料的名称也可以是灌封料、塑封料、浇铸料、压力注塑料、压力 注塑包封料、模塑料和/或模压料。此外，包封料还可以具有填料。这些填料用于与材 料特性相匹配。在此，包封料可以一方面包封用能被热分解的聚合物包封起来的微/纳 结构的元件。包封料还可以直接包封微/纳结构的元件。包封料可以例如从环氧树脂、 聚丙烯酸酯、聚甲醛和/或硅树脂组中选取。
有利地，所使用的包封料具有低爬电特性、高均一性、低折射率、低收缩性和/ 或低导热系数。此外，所使用的包封料还具有这样的热膨胀系数，它可以与硅树脂的热膨胀系数的值区分至因数10，所使用的包封料同样可以特别具有高弹性模量和高玻变温度。在本发明的框架内，概念“包封”在此包括塑料注塑包封、压力注塑包封、 灌封以及使用英语的专业术语的molding(模塑法)、tnmsfermolding(传递模塑法)和 injection molding (喷身寸模塑法)、liquid molding (液体模塑法)、compression molding (压
缩模塑法)和(片状模塑法)的工艺。
用包封料包封之后，接着对获得的装置进行加热。在此，获得的装置指的是从 之前的方法步骤中获得的已包封的元件。这一步骤也被称为后固化(PMC)步骤。在本 发明内使用模塑料所需的PMC步骤，以便分解所覆设的能被热分解的聚合物。持续时间 和温度在此取决于所覆设的聚合物的层厚。因此在加热期间实现了模塑料的硬化和最终 交联，此外还实现了分界面之间的脱联。加热到一个使能被热分解的聚合物在所述方法中被热分解并且至少部分转化成 气态成分的温度，以及其中还将所述温度选择为，使获得的装置的其它材料不会转化成 气态成分。在这个温度下，至少局部出现聚合物无残余的分解，而其它材料不会受损。其 它材料在此位于构件的组件内，所述组件不是由能被热分解的聚合物组成或包括能被热 分解的聚合物。在此，其它的组件在分解温度下例如不会变形。在所选择的温度下，优 选也发生了包封料的硬化和最终交联。若存在一种构件，它具有带多个包含微/纳结构元件的系统，那么这些系统可 以借助锯切被分开。通过按本发明的方法，微/纳结构的元件可以与包围它们的包封料分离，并且 在另一个步骤中从支架脱落。若元件在它们的底面上布线，那么它们能够减震地支承在 弹性的新布线上。此外，可以实现产生电压的机械边界面的缩小。热失配被减少，因而 随之而来的是相关传感器的信号漂移。按本发明方法的一个额外的优点在于，该方法与即将面世的用于无基板模塑封 装的eWLP工艺一致，它无需改变整个工艺就能使用。在按本发明方法的一种实施形式中，加热时的温度位于M40°C至《280°C的范围 内，优选在2180°C至《250°C的范围内以及特别优选在』00°C至《240°C的范围内。所述 的温度范围业已证明特别有利，因为这同时可以导致包封料足够快的加固以及导致能被 热分解聚合物足够快的分解。在按本发明方法的另一种实施形式中，在将微/纳结构的元件覆设到基板的顶 面之前，将包含导电区域的膜敷设到基板的为所述覆设所设的侧面上。在可能的结构化 之后，这种膜可以用它们的导电区域作为重新布线的基础。通过激光钻孔工序和金属化 工序可以建立起接触。此外，可以借助激光钻孔工序建立起穿过包含导电区域的膜到微/纳结构的元 件的通接点(Durchkontakt)。例如，在与临时的支架分离之后，涂树脂铜膜(RCC膜)可 以将微/纳结构的元件相互连接起来。这种连接仍可以被电镀地加强。按照本发明，膜 在此由不同的材料制成，在这些材料中，其中一种组分被置入另一种组分内。在此，至 少一种组分包含一种导电材料。
在完成重新布线后，微/纳结构的元件可以被无基板地支承。由此可以达到系 统减震的效果。包含导电区域的膜优选是涂树脂铜膜(RCC膜)。重新布线为此可以与减震和弹 性的特性相适应，并且元件可以就所需的振动料而言得到优化。一个优点在于，系统振 动可以与构件的安装位置脱耦，并且因此导致传感器电容区域的固定。在按本发明方法的另一种实施形式中，能被热分解的聚合物是一种热塑性塑 料。使用热塑性塑料的优点在于，在另一个方法步骤中，应当可以将热塑性塑料再次软 化。在此，热塑性的聚合物可以从多环烯烃、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚酰胺、 聚乳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯、聚 丙烯、聚苯乙烯、聚醚酮和/或聚氯乙烯树脂(PVC)中选择。此外还可以使能被热分解的聚合物也能被化学分解。在按本发明方法的另一种实施形式中，至少一个微/纳结构的元件在用能被热 分解的聚合物包封之前，先用掩罩遮盖。通过这种遮盖，在微/纳结构的元件和接下来 用能被热分解的聚合物包封的包封之间不存在微/纳结构的元件的接触和能被热分解的 聚合物。在此使用的掩罩可以包含一种用于包括丝网印刷和/或仿形印刷的掩罩的刮 网。这种实施形式的优点在于，不需要用能被热分解的聚合物包封的元件可以留出凹 处，因而可以节省材料。在按本发明方法的另一种实施形式中，微/纳结构的元件从微机电系统 (MEMS)、特定用途集成电路(ASIC)和/或传感器元件组中选取。在按本发明的方法 中，所述的元件尤其从包封料的脱耦(Entkopplung)中受益，因为在机械应力的影响下， 它们特别易受它们功能的变动，例如它们的传感器信号的变动的影响。在此，传感器元 件可以是加速传感器、旋转率传感器(Drehratensensoren)、压力传感器、磁传感器、霍尔 传感器、质量流传感器、气体传感器、光学传感器和/或多芯片模组的组成部分。在按本发明方法的另一种实施形式中，微/纳结构的元件是半导体元件。在 此，所述半导体元件可以从MEMS、ASIC、主动式像素传感器、电荷耦合器件图像 (CCD)传感器、接触式图像传感器、Diac(双向触发二极管)、数字图像传感器、电 子倍增CCD、光控晶闸管、门阵列、门极可关断晶闸管、半导体继电器、半导体存储 器、集成度(Integrationsgrad)、微处理器、神经形态芯片、光电耦合器、位置敏感器 件、太阳能电池、电流反馈运算放大器、晶闸管、晶闸管调节器、四极晶闸管、晶闸管 塔(Thyristorturm)、激光距离传感器、压力传感器、加速传感器、温度传感器、旋转率 传感器、质量流传感器、磁传感器、气体传感器、霍尔传感器、湿度传感器、沟槽技术 (Trench-Technik)和/或视频随机存储器中选择。在此也适用的是，元件功能的稳定性通 过热去耦得到改善。此外还可能的是，用包封料完成包封后，借助钻孔工序或专门的模制工具，例 如印模，产生凹腔。在此，所述凹腔可以一直延伸至能被热分解的聚合物，所述聚合物 包封微/纳结构的元件。此外还可能的是，在能被热分解的聚合物分解之后才能产生凹 腔。在此，凹腔钻孔穿过包封料直至通到包围微/纳结构的元件的间隙内。本发明的另一个技术主题涉及一种构件，其由按本发明的方法获得，包括被硬 化的包封料包围的微/纳结构的元件，其中，在微/纳结构的元件和硬化的包封料之间至少局部形成间隙。优点，尤其是热去耦，业已在按本发明的方法中加以说明。因此为避 免重复加以引用。业已提到的是，实现分界面连接的微/纳结构的元件与包封料的局部去耦。按 照本发明，包封料尤其可以是灌封料和/或模压料。因此，微/纳结构的元件可以减振 支承地与减震的、弹性的新布线连接，从而使破坏的系统振动能够在构件的安装位置上 得到补偿。元件与硬化的包封料之间的间距，亦即间隙的宽度，可以处于OOnm至 《200 μ m的范围内，优选在2500nm至《50μιη的范围内，特别优选在2900nm至<10 μ m
的范围内。在一种实施形式中，按本发明的构件还包括从外部至间隙内的凹腔。凹腔优选 通过包封料直至到达间隙。可选的是，凹腔额外通过包括导电区域的膜延伸。由此可以 获得用于无应力封装的元件，如传感器的介质通道。在此，传感器可以是压力传感器、 流体传感器和/或化学传感器。有利地，由此可以进行间隙与外部介质之间的联通，其 中这优选可以通过流体联通实现。本发明还涉及按本发明的构件的用途，其被用于压力传感器、加速传感器、温 度传感器、旋转率传感器、质量流传感器、磁传感器、气体传感器、霍尔传感器和/或 湿度传感器。
借助所述方法的特定实施例并参考下列附图详细说明本发明，但不限于此。附 图中图1示出了带有涂树脂铜膜的基板的提供；图2示出了能被热分解的聚合物的覆设；图3示出了覆设能被热分解的聚合物之后的情况；图4示出了利用包封料进行的包封；图5示出了在能被热分解的聚合物分解之后的情况；图6示出了已制好的构件；图7示出了按本发明的构件的一种实施形式。
具体实施例方式图1示出了带有粘结膜2的基板1，粘结膜2上涂有涂树脂铜膜3。如放大图所 示，涂树脂铜膜3在此包括环氧化物层3a和铜层3b。包含在涂树脂铜膜3中的环氧化物 层3a位于铜层3b之上，并且在这种情况下形成为元件的覆设所设的侧面。图2示出了覆设能被热分解的聚合物7的步骤。在带有涂树脂铜膜3的基板1 上，将微/纳结构的元件4、4'覆设到涂树脂铜膜3的环氧化物层3a上。元件4、4' 具有配属于它们的接触部位5、5'，这些接触部位位于环氧化物层3a内部。在这个实 施例中，元件4是MEMS芯片，元件4'是ASIC芯片。ASIC芯片4'被掩罩6遮盖。 能被热分解的聚合物7借助刮刀8覆设到元件装置上。在此，聚合物7被覆设到MEMS 芯片4和掩罩6上以及覆设在MEMS芯片4和掩罩6之间的间隙内。掩罩6防止聚合物7包封ASIC芯片4'，因而仅实现了暴露的MEMS芯片4的包封。移除掩罩6后，装置如图3所示。在此可以看到，能被热分解的聚合物7的层围绕MEMS芯片4均勻分布。反之，ASIC芯片4'没有被聚合物7包封。在下一步中灌封图3所示的装置。图4示出了包封料9如何直接接触ASIC芯 片4'，反之，在MEMS芯片4和包封料9之间有一层能被热分解的聚合物7。紧接着 可以加热到聚合物7会被热分解的温度上。图5示出了加热后的状态。加热的一个后果就是包封料9的加固或硬化。此 外，通过能被热分解的聚合物的分解产生间隙10，因此在MEMS芯片4和已硬化的包封 料9之间不存在接触。作为最后一步，进行重新布线。在此，图6中示出了重新布线后的一个构件。 为进行重新布线，首先必须将基板1和属于基板的粘结膜2移除，从而使遮盖元件4、4' 底面的涂树脂铜膜3暴露出来。紧接着实施穿过涂树脂铜膜3的环氧化物层3a和铜层3b 的激光钻孔工序。在此，获得与连接触点5、5'的通接点(Durchkontakt)。紧接着对通
接点提供金属化。在此，实现铜层3b的电方面的增强(galvanische Verstarkung )。
此外，铜层3b可以配设有阻焊层11，其中，该阻焊层还可以额外地被结构化。在重新布 线后，可以通过锯切来对构件进行划片，所述锯切在附图中用虚线示出。图7示出了按本发明的构件的另一种实施形式。在此，存在一个穿过包封料9 的凹腔12。凹腔12在此到达间隙10，所述间隙包围MEMS芯片4。
权利要求
1. 一种用于制造包括微/纳结构的元件(4，4')的构件的方法，包括下列步骤 -提供基板⑴；-将至少一个微/纳结构的元件(4，4')覆设到所述基板⑴上； -用能被热分解的聚合物(7)包封已覆设的微/纳结构的元件(4，4')； -用包封料(9)至少部分地包封用能被热分解的聚合物包封的微/纳结构的元件(4， 4')；-将获得的装置加热到这样的温度上，即，对于该温度而言，所述能被热分解的聚 合物(7)在该方法中被热分解并且至少部分地转化成气态成分，此外还这样选择所述温 度，以致于所述获得的装置的其它材料不被转化成气态成分。
2.按权利要求1所述的方法，其中，加热时温度处于M40°C至《280°C的范围内。
3.按权利要求1所述的方法，其中，在将所述微/纳结构的元件(4，4')覆设到所 述基板(1)的顶面上之前将包含导电区域(3b)的膜(3)敷设到所述基板(1)的为所述覆 设所设的侧面上。
4.按权利要求1所述的方法，其中，所述能被热分解的聚合物(7)是热塑性塑料。
5.按权利要求1所述的方法，其中，至少一个微/纳结构的元件(4，4')在用所述 能被热分解的聚合物(7)包封之前用掩罩(6)遮盖。
6.按权利要求1所述的方法，其中，所述微/纳结构的元件(4，4')从微机电系 统、特定用途集成电路和/或传感器元件组中选取。
7.按权利要求1所述的方法，其中，所述微/纳结构的元件(4，4')是半导体元件。
8.—种通过按权利要求1所述的方法获得的构件，包括被已硬化的包封料(9)包围的 微/纳结构的元件(4，4')，其中，在所述微/纳结构的元件(4，4')和所述已硬化的 包封料(9)之间至少局部形成间隙(10)。
9.按权利要求8所述的构件，还包括从外部伸入至所述间隙(10)内的凹腔(12)。
10.按权利要求8所述的构件的用途，其用于压力传感器、加速传感器、温度传感 器、旋转率传感器、质量流传感器、磁传感器、气体传感器、霍尔传感器和/或湿度传 感器。
全文摘要
本发明涉及用于无基板模塑封装的去应力构造技术。用于制造包括微/纳结构的元件的构件的方法包括下列步骤提供基板(1)；将至少一个微/纳结构的元件(4，4′)覆设到基板(1)上；用能被热分解的聚合物(7)包封已覆设的微/纳结构的元件(4，4′)；用包封料(9)至少部分地包封用能被热分解的聚合物包封的微/纳结构的元件(4，4′)；将已获得的装置加热到这样的温度上，即，对于该温度而言，被热分解的聚合物(7)在该方法中被热分解并且至少部分地转化成气态成分，此外还这样选择所述温度，以致于获得的装置的其它材料不被转化成气态成分。
文档编号B81C1/00GK102009944SQ201010273939
公开日2011年4月13日 申请日期2010年9月3日 优先权日2009年9月4日
发明者F·哈格, R·埃伦普福特 申请人:罗伯特·博世有限公司