本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的方法。
背景技术：
由WO 2015/120939 A1已知这种方法。如果期望在微机械结构元件的空穴中有确定的内压，或者在空穴中应包含具有确定的化学组分的气体混合物，则通常在封装微机械结构元件时或者在衬底晶片与罩晶片之间的键合过程中设定内压或化学组分。在封装时例如将罩与衬底连接，由此罩与衬底共同包围空穴。通过设定在封装时在周围环境中存在的气体混合物的气氛或压力和/或化学组分，可以因此设定在空穴中的确定的内压和/或确定的化学组分。
通过由WO 2015/120939 A1已知的方法可以有针对性地设定在微机械结构元件的空穴中的内压。通过该方法尤其可能的是，制造具有第一空穴的微机械结构元件，其中，在第一空穴中可以设定第一压力和第一化学组分，该第一压力或第一化学组分不同于在封装时刻的第二压力和第二化学组分。
在根据WO 2015/120939 A1的用于有针对性地设定微机械结构元件的空穴中的内压的方法中，在罩中或者说在罩晶片中或在衬底中或者说在传感器晶片中产生到空穴的窄的进入通道。接着以所期望的气体和所期望的内压通过进入通道充满空穴。最后借助激光器局部地加热围绕进入通道的区域，衬底材料局部液化并且在固化时密封地封闭进入通道。
技术实现要素：
本发明的任务是，以相对于现有技术简单并且成本有利的方式提供一种用于制造相对于现有技术机械牢固的以及具有长使用寿命的微机械结构元件的方法。此外，本发明的任务是，提供一种相对于现有技术紧凑的、机械牢固的并且具有长使用寿命的微机械结构元件。根据本发明，这尤其适用于具有(第一)空穴的微机械结构元件。通过根据本发明的方法和根据本发明的微机械结构元件也还能够实现微机械结构元件，在该微机械结构元件中，在第一空穴中可以设定第一压力和第一化学组分，并且在第二空穴中可以设定第二压力和第二化学组分。例如设置这样的方法用于制造微机械结构元件，对于该微机械结构元件有利的是，在第一空穴中包含第一压力并且在第二空穴中包含第二压力，其中，第一压力应不同于第二压力。例如当用于转速测量的第一传感器单元和用于加速度测量的第二传感器单元要集成在一个微机械结构元件中时是这种情况。
该任务通过以下方式解决：
在时间上在第三步骤之前和/或在时间上在第三步骤期间实施的第四步骤中实施衬底或罩的热处理以减小在衬底或罩中的温度梯度。
由此以简单并且成本有利的方式提供一种用于制造微机械结构元件的方法，通过该方法借助于衬底或罩的热处理可以减小在衬底或罩中的温度梯度。由此能够有利地实现，可以将其他能量或其他热量已经在时间上在材料区域从固态聚集态到液态聚集态的第一过渡之前以及在时间上在材料区域从液态聚集态到固态聚集态的第二过渡之后有针对性地引入到衬底或罩中。因此，由于在衬底或罩中的热量传导能够实现，可以使衬底或罩的邻接于所述材料区域或者说邻接于衬底或罩的吸收部分的区域在时间上在第一过渡之前并且在时间上在第二过渡之后达到相比于现有技术提高的温度。因此，在衬底或罩中的、尤其在进入开口的区域中的温度梯度减小。由此能够实现，可以使在衬底或罩中的、尤其在进入开口区域中的相邻区域的在温度升高时的热膨胀和/或在温度降低时的热收缩相互补偿，并且因此可以相比于现有技术减小在封闭的进入开口的区域中出现的机械应力。
通过根据本发明的方法尤其能够通过材料区域或者说围绕焊点的材料中的温度的有针对性的升高相比于现有技术减小在短时间固化的材料区域或焊点和围绕所述材料区域或所述焊点的材料之间的温度梯度。所述温度梯度尤其能够在焊点固化的时刻或在时间上在焊点固化后短时间内减小。因此，能够有利地实现，材料区域或焊点的热收缩基本上相应于围绕材料区域的材料的热收缩或者说所述两个热收缩可以相互补偿。因此能够有利地实现，可以使在封闭的进入开口的区域中的尤其在时间上在材料区域冷却之后出现的机械应力相比于现有技术减小。
根据本发明，温度梯度在材料区域处于液态聚集态或处于熔化状态的时刻是不太关键的，因为材料区域在该时刻基本上是无应力的。然而，根据本发明例如设置为，即使在材料区域处于液态聚集态的时刻温度梯度相比于现有技术也是减小的。根据本发明，尤其避免或减小，在时间上在材料区域固化之后通过以下方式建立应力，即短时间固化的材料区域较热并且由此在冷却过程中相比于围绕材料区域的较冷的材料经受更强烈的/不同的热延伸。根据本发明设置为，在材料中或在衬底中或在罩中的温度梯度在材料区域或焊点的固化期间保持得尽可能小，由此使在冷却之后残留在构件中的机械应力尽可能小。
根据本发明的方法的另一优点是，借助于将能量或热量有针对性地引入到衬底或罩中，在时间上在第一过渡之前和/或在时间上在第二过渡之后已经可以热激活位错运动。因此，能够有利地实现，通过热激活的位错运动或通过变容易的位错运动，衬底或罩可以至少部分地或至少部分局部地在进入开口的区域中尤其在时间上在第一过渡之前和/或在时间上在第二过渡之后塑性变形。因此，可以借助于有针对性地引入能量或热量通过塑性变形使局部出现的应力或应力峰值相比于现有技术减小或降低。
根据本发明的方法尤其有利于以下方法，在该方法中在第三方法步骤中应用激光点焊方法，因为通过根据本发明的方法可以使由于点焊而局部地在进入开口的区域中或在封闭的进入开口的区域中引入到材料中的应力有效地减小或者进一步分布到远离进入开口的区域中。局部出现的应力的降低或减小是尤其有利的，因为由此相比于现有技术提高了防止裂纹形成的阻力并且由此相比于现有技术降低了在封闭进入开口之后直接的、在微机械结构元件的再加工期间的或在产品使用寿命期间的构件失效的可能性。
在本发明上下文中，“衬底或罩的热处理”基本上理解为将其他能量或其他热量引入到衬底或罩中。根据本发明，其他能量或其他热量是除了在第三方法步骤中在封闭进入开口时借助于激光引入到衬底或罩的吸收部分中的能量或热量之外附加的能量或热量。在此例如设置为，所述其他能量或热量被引入到衬底或罩的另一吸收部分中。例如设置为，衬底或罩的所述吸收部分和衬底或罩的所述另一吸收部分在空间上至少部分地重叠。替代地，例如也设置为，衬底或罩的所述吸收部分和衬底或罩的所述另一吸收部分在空间上彼此分隔开。
在本发明上下文中，这样理解概念“微机械结构元件”：该概念不仅包括微机械结构元件而且包括微机电结构元件。
本发明优选设置用于制造具有一个空穴的微机械结构元件或者说用于具有一个空穴的微机械结构元件。但是本发明例如也设置用于具有两个空穴或者具有多于两个即三个、四个、五个、六个或多于六个空穴的微机械结构元件。
优选地，通过借助于激光将能量或热量引入到吸收该能量或热量的衬底或罩的部分中来封闭进入开口。在此优选将能量或热量在时间上相继地分别引入到多个微机械结构元件的衬底或罩的吸收部分中，这些微机械结构元件例如在一个晶片上共同制造。但是替代地也设置为，将能量或热量在时间上并行地引入到多个微机械结构元件的衬底或罩的各个吸收部分中，例如在使用多个激光束或者说激光装置的情况下。
在从属权利要求以及参照附图的描述中可给出本发明的有利构型和扩展方案。
根据优选的扩展方案设置为，罩与衬底包围第二空穴，其中，在第二空穴中存在第二压力并且包含具有第二化学组分的第二气体混合物。
根据本发明，尤其设置为，第四方法步骤在时间上在第三方法步骤之前和/或在时间上在第三方法步骤期间实施。由此能够有利地实现，在时间上在封闭进入开口之前和/或在时间上在封闭进入开口期间可以减小在衬底中或在罩中的温度梯度。然而，替代地或附加地也设置为，第四方法步骤在时间上在第三方法步骤之后实施。由此能够有利地实现，在时间上在封闭进入开口之后可以减小在衬底中或在罩中的温度梯度。
根据优选的扩展方案设置为，衬底温度和/或罩温度在时间上在激光封闭之前或在第三方法步骤之前整体地或局部地围绕进入开口升高，使得在材料区域的再固化期间存在的温度梯度减小。
根据优选的扩展方案设置为，在第四方法步骤中，
-使衬底和罩达到提高的温度，或者，
-使衬底或罩的背离第一空穴的表面上的横向区域达到提高的温度。由此能够有利地实现，通过根据本发明的方法既可以实施在整个衬底或整个罩的热处理的意义上的整体热处理，也可以实施在衬底或罩的部分区域的热处理的意义上的局部热处理。在此尤其在整体热处理的情况下有利的是，可以使基本上在整个衬底中或在整个罩中的位错运动变容易并且由此可以使进入开口的区域中的应力特别有利地降低或再分配到整个衬底上。在局部热处理的情况下尤其有利的是，仅需要小的能量量值或热量量值以激活位错运动，并且构件的可能存在的温度敏感的部件保持不受升高的温度的影响或在围绕通风孔或进入开口的材料中的可能的温度升高不通过在构件中的其他部位上可能存在的温度敏感的部件限制。
根据优选的扩展方案设置为，热处理在加热板上和/或借助于均匀的辐射实施。由此能够有利地实现，可以特别简单并且成本有利地实施整体热处理。
根据优选的扩展方案设置为，热处理借助于在空间上受限界的热源实施。由此能够有利地实现，可以有针对性地将小的能量量值或热量量值引入到衬底或罩中以激活位错运动，并且构件的可能存在的温度敏感的部件保持不受升高的温度的影响或在围绕通风孔或进入开口的材料中的可能的温度升高不通过在构件中的其他部位上可能存在的温度敏感的部件限制。
根据优选的扩展方案设置为，热处理借助于另外的激光器和/或借助于发光二极管(LED)和/或借助于激光二极管和/或借助于闪光灯实施。由此能够有利地实现，可以特别简单并且成本有利地实施局部热处理。
根据优选的扩展方案设置为，第一方法步骤在时间上在键合过程之前实施。由此能够有利地实现，键合过程可以在进入开口敞开的情况下实施。根据优选的扩展方案设置为，第一方法步骤在时间上在键合过程之后实施。由此能够有利地实现，在使进入开口敞开时衬底和罩已经相互连接。
本发明的另一主题是具有衬底和与衬底连接并且与衬底包围第一空穴的罩的微机械结构元件，其中，在第一空穴中存在第一压力并且包含具有第一化学组分的第一气体混合物，其中，衬底或罩包括封闭的进入开口，其中，衬底或罩包括围绕封闭的进入开口的、由于所实施的衬底或罩的热处理而具有低应力的区域。由此以有利的方式提供紧凑的、机械牢固的并且成本有利的具有设定的第一压力的微机械结构元件。根据本发明的方法的所述优点相应地也适用于根据本发明的微机械结构元件。
根据优选的扩展方案设置为，衬底和/或罩包括硅。由此能够有利地实现，微机械结构元件可以通过由现有技术已知的层技术的制造方法制造。
根据优选的扩展方案设置为，罩与衬底包围第二空穴，其中，在第二空穴中存在第二压力并且包含具有第二化学组分的第二气体混合物。由此以有利的方式提供紧凑的、机械牢固的并且成本有利的具有设定的第一压力和第二压力的微机械结构元件。
按照优选的扩展方案设置为，第一压力小于第二压力，其中，在第一空穴中布置用于测量转速的第一传感器单元，并且在第二空穴中布置用于测量加速度的第二传感器单元。由此以有利的方式提供机械牢固的用于测量转速和测量加速度的微机械结构元件，该微机械结构元件不仅对于第一传感器单元而且对于第二传感器单元具有优化的运行条件。
附图说明
图1以示意性视图示出根据本发明的示例实施方式的具有敞开的进入开口的微机械结构元件。
图2以示意性视图示出根据图1的具有封闭的进入开口的微机械结构元件。
图3以示意性视图示出根据本发明的示例实施方式的用于制造微机械结构元件的方法。
具体实施方式
在不同的附图中相同的部件总是设置有相同的参考标记，并因此通常也分别只说到或提及一次。
在图1和图2中示出根据本发明的示例实施方式的微机械结构元件1的示意性视图，该微机械结构元件在图1中具有敞开的进入开口11并且在图2中具有封闭的进入开口11。在此微机械结构元件1包括衬底3和罩7。衬底3和罩7相互间优选密封地连接并且共同包围第一空穴5。微机械结构元件1例如如此构造，使得衬底3和罩7附加地共同包围第二空穴。然而，第二空穴在图1中和在图2中未示出。
例如在第一空穴5中，尤其在如图2中所示的进入开口11封闭的情况下，存在第一压力。此外，在第一空穴5中包含具有第一化学组分的第一气体混合物。此外，例如在第二空穴中存在第二压力，并且在第二空穴中包含具有第二化学组分的第二气体混合物。优选地，进入开口11布置在衬底3中或罩7中。在这里的本实施例中，进入开口11示例性地布置在罩7中。然而，根据本发明替代地也可以设置为，进入开口11布置在衬底3中。
例如设置为，第一空穴5中的第一压力小于第二空穴中的第二压力。例如也设置为，在第一空穴5中布置有在图1中和图2中未示出的用于转速测量的第一微机械传感器单元，而在第二空穴中布置有在图1和图2中未示出的用于加速度测量的第二微机械传感器单元。
在图3中以示意性视图示出根据本发明的示例实施方式的用于制造微机械结构元件1的方法。在此，
-在第一方法步骤101中，在衬底3中或在罩7中构造连接第一空穴5与微机械结构元件1的周围环境9的、尤其是狭长的进入开口11。图1示例性地示出在第一方法步骤101之后的微机械结构元件1。此外，
-在第二方法步骤102中，设定第一空穴5中的第一压力和/或第一化学组分或者说使第一空穴5通过进入通道以所期望的气体和所期望的内压力充注。此外例如，
-在第三方法步骤103中，通过借助于激光将能量或热量引入到衬底3的或罩7的吸收部分21中来封闭进入开口11。例如替代地也设置为，
-在第三方法步骤103中，仅优选通过激光局部加热围绕进入通道的区域并且密封地封闭进入通道。因此有利地可能的是，根据本发明的方法也设置其他不同于激光器的能量源来封闭进入开口11。图2示例性地示出第三方法步骤103之后的微机械结构元件1。
在时间上在第三方法步骤103之后，在图2中示例性示出的横向区域15中在罩7的背离空穴5的表面上以及在垂直于横向区域15到微机械结构元件1的表面上的投影、即沿着进入开口11并且朝着第一空穴5的方向的深度中产生机械应力。该机械应力、尤其是局部的机械应力尤其存在于罩7的在第三加工步骤103中过渡到液态聚集态并且在第三方法步骤103后过渡到固态聚集态并且封闭进入开口11的材料区域13与罩7的在第三方法步骤103中保持固态聚集态的剩余区域之间的界面上和所述界面附近。在此罩7的在图2中封闭进入开口11的材料区域13尤其关于它的横向的、尤其平行于表面延伸的延伸尺度或造型而言并且尤其关于它的垂直于横向延伸尺度、尤其垂直于表面延伸的大小或结构而言仅视为示意性的或者说示意性地示出。
在图3中示例性地示出第四方法步骤104，其中，在第四方法步骤104中实施衬底3或罩7的热处理以减小在衬底3或罩7中的温度梯度。在此例如设置为，第四方法步骤104在时间上在第三方法步骤103之前和/或在时间上在第三方法步骤期间和/或在时间上在第三方法步骤之后实施。根据本发明，优选设置为，第四方法步骤104在时间上在第三方法步骤103之前和/或在时间上在第三方法步骤期间实施。然而，替代地或附加地也设置为，第四方法步骤104在时间上在第三方法步骤103之后实施。
例如设置为，热处理借助于热源实施。根据本发明，概念“热源”包括例如所有能够实现将其他能量或其他热量引入到衬底或罩中的装置。
此外，例如设置为，在第四方法步骤104中，
-使衬底3和罩7达到提高的温度，或者，
-使衬底3或罩7的背离第一空穴5的表面上的横向区域15或焊点的周围环境或者说焊点周围环境达到提高的温度。
例如也设置为，在第四方法步骤104中使一个晶片的多个衬底3或罩7或微机械结构元件1达到提高的温度。例如也设置为，在第四方法步骤104中使一个晶片堆叠或一个晶片堆垛的多个晶片达到提高的温度。
对于使衬底3和罩7达到提高的温度的情况，例如设置为，在加热板上和/或借助于均匀的辐射实施热处理。
对于使一个晶片的多个衬底3或罩7或微机械结构元件1或者使一个晶片堆叠或一个晶片堆垛的多个晶片达到提高的温度的情况，例如设置为，在被加热的晶片支承部上和/或借助于均匀的辐射例如在第三方法步骤103期间实施热处理。
对于使横向区域15达到提高的温度的情况，例如设置为，借助于在空间上受限界的热源或在空间上局部受限界的热源实施热处理。换言之，例如设置为，衬底3或罩7的所述另一吸收部分在空间上局部地、例如在空间上局部围绕进入开口11地构造。在此例如设置为，借助于另外的激光器和/或借助于发光二极管(LED)和/或借助于激光二极管和/或借助于闪光灯实施热处理。由此能够以有利的方式实现限于局部的温度升高。在此例如设置为，在第三方法步骤103中借助于激光的一个激光脉冲或者借助于多个激光脉冲或借助于激光的焊接脉冲引入能量或热量。在此例如设置为，在时间上在焊接脉冲之前、期间和/或之后实施热处理，并且因此引起焊点周围环境的三维受限界的加热或者说引起衬底3或罩7的三维受限界的另一吸收部分。替代地或附加地例如设置为，例如借助于衬底3或罩的大面积的和脉冲的照明通过例如一个闪光灯或多个闪光灯实现三维受限界的直接的热量输入。在本发明的上下文中，一维受限界的热量输入例如意味着，热量输入限于向衬底或罩的深处，即从衬底或罩的背离第一空穴的表面的意义上并且朝着第一空穴的方向。换言之，一维受限界的热量输入例如意味着，晶片或衬底或罩在表面上或者说在衬底或罩的背离第一空穴的表面上被加热。在此例如设置为，所述表面整面地被加热。
因此，通过本发明提供衬底和/或罩的整体的和/或局部的温度管理，其中，通过温度管理能够相比于现有技术减小余留在构件中的应力。
例如设置为，温度管理包括减小衬底和/或罩中的温度梯度。在此例如设置为，衬底和/或罩中的温度梯度的减小通过衬底温度的整体升高和/或通过焊点的周围环境中的温度的局部升高直接在第三温度步骤之前、在第三温度步骤期间和/或直接在温度步骤之后实现。因此，通过根据本发明的方法提供特别简单并且成本有利的方法，通过该方法可以避免由于裂纹引起的构件失效或可以使由于裂纹引起的构件失效的可能性最小化。