包装电子部件的玻璃晶片的制造方法及其制造的电子部件与流程

本发明一般涉及封装的电子构件的生产，尤其是封装的光电子构件的生产。尤其地，本发明提出一种用于光电子部件的密封壳体的基于晶片的生产构思。
背景技术：
：光电子部件的加工包括其封装在现有技术中本身是已知的。对于构件的高效生产过程，作为每个壳体的单个生产过程的替代方案在晶片中进行生产是优选的。由此，安装和连接步骤可以并行地并且成本低廉地进行。us10347806b2描述了一种方法，其中将uv-led组件装入具有杯形凹部的结构化的载体中。载体通过阳极键合与具有集成透镜的石英玻璃晶片连接。uv-led组件因此封装到放置于其上的石英玻璃晶片的杯形凹部的中空空间中。然后，封装的uv-led可以被分开。然而，在这种方法中，led组件必须被装入到小的杯状凹部中并且被焊接在其中。wo2015/082477a1描述了一种用于晶片级制造封装的辐射发射器件的方法。根据该方法，使用模制衬底以获得由玻璃制成的结构化的盖体衬底。为此，对盖体基板和模制衬底退火，使得盖体基板的玻璃材料变形或者成型或流动到模制衬底的岛状区域之间的凹部中。然后去除盖体基板以获得结构化的盖体衬底。因此，借助于玻璃流动法，使用模制衬底来成型盖体衬底。以这种方式，窗口器件可以集成到盖体衬底中，由此可以接着气密密封地封装敏感的辐射源。通过机械分离、选择性地蚀刻或蚀刻掉模制衬底的半导体材料来进行去除。在这两种方法中，如果模制衬底丢失，则对于每个盖体衬底，其必须被重新制造。技术实现要素：因此，本发明的目的在于，在晶片级上简化光电子部件的制造。为此，提供一种用于制造结构化玻璃晶片的方法，在该方法中，玻璃板置于模具的两个半模之间并加热，直至玻璃板软化，其中半模相对于彼此挤压，其中根据玻璃板和半模的类型和构造，起作用的重力也能够足够使得玻璃板成型或变形并且形成结构化的玻璃晶片，其中第一半模具有至少一个突起部、优选排列的突起部，并且第二半模具有至少一个凹部、优选排列的凹部，其中模具的半模为了使玻璃板重塑被布置和成型成，使得凹部和突起部对置，并且其中突起部在重塑期间将空腔置入玻璃板中，并且其中玻璃板的与空腔对置的玻璃在重塑期间流到第二半模的凹部中，其中凹部如此之深，使得玻璃至少部分地保持非接触并且在凹部中分别构造成凸状地成形的玻璃面。重塑尤其地通过挤压半模实现。然而，在此压紧力也可以仅通过位于上方的半模和玻璃板的重力来施加。由于玻璃保持与半模不接触，凸状的玻璃面被自由地成形。在此，表面走向主要通过加入的材料的表面张力和环境条件来确定。如此制造的晶片尤其可以用于包装晶片复合体中的电子构件。如果构件突出或形成突起部，则压入到晶片中的空腔也可以容纳布置在对应的载体晶片上的电子的、尤其是光电子的构件。本公开还涉及用结构化的玻璃晶片封装的电子部件、优选光电子部件的制造。为此，提出一种用于制造封装的电子部件、尤其是光电子部件的方法，其中为一个载体晶片装配多个电子构件。将装配有电子构件的载体晶片与结构化的玻璃晶片的、具有空腔的侧面接合，使得电子构件被气密地密封在空腔中。如此制造的晶片复合体例如借助于锯割、激光或划割-折断工艺被分割，从而获得单个电子部件，该单个电子部件具有从载体晶片中分离的、具有电子构件的载体和、从结构化的玻璃晶片中分离且将构件气密密封在空腔中的玻璃盖体。附图说明下面借助附图详细解释本发明。图1至图6示出了用于制造封装的电子部件、尤其是光电子部件的方法步骤。图7至图9示出了根据用于制造双凸透镜的方法的变型方案的方法步骤。图10和图11示出了按照根据图7至图9的变型方案的改型方案的方法步骤。图12示出结构化的玻璃晶片的拍摄照片。图13示出了玻璃盖体的剖面图。图14示出了在图13中所示的玻璃盖体的空腔和凸状的玻璃面的轮廓走向的示图。具体实施方式借助图1至图3阐述用于制造结构化的玻璃晶片的方法步骤。图4至图6示出使用玻璃晶片的进一步处理，直至获得封装的电子部件。用于制造结构化的玻璃晶片10的方法基于如在图1中示出的那样提供玻璃板9并且将玻璃板置入模具6的两个半模7、8之间。利用该模具，玻璃通过挤压获得所期望的形状。玻璃板与半模7、8一起被加热，直至玻璃板9软化。在此，半模7、8相对于彼此挤压，使得软化的玻璃在施加的压力下开始流动。如图所示，第一半模7具有至少一个突起部5、尤其是排列的突起部5，并且第二半模8具有至少一个凹部4、优选排列的凹部4。如在所示的示例中那样，一个或多个突起部5的侧沿52可以是倾斜的，以便于成形的玻璃晶片后续的移除。优选地，玻璃的变形过程或脱模过程不使用脱模剂，以便不会例如由于脱模剂残余物的污染、浑浊或所产生的粗糙度而不利地影响结构化的晶片的尤其是随后光学有效的表面。由此可以有利地舍弃机械的或化学的再加工或再处理。因此，凸状的玻璃面14、51的表面优选对应于玻璃板的初始粗糙度或者甚至通过热机械成型工艺得到改善，使得可以说是火焰抛光的表面。凹部4通常也能够如在所示出的示例中那样是贯通开口。与所示出的不同，凹部的壁部不必专门垂直于玻璃板9的表面或模具半部8的模具面延伸。相反，凹部4也可以逐渐变细或者变宽。必要时，以这种方式可以影响由此成形的玻璃晶片的透镜几何形状。半模8的凹部4和半模7的突起部5彼此对置。在起作用的压力的影响下，玻璃开始在突起部5处变形(ausweichen)。玻璃在此也至少部分地流到分别相对置的凹部4中。因此，玻璃在表面张力的影响下形成凸状的玻璃面14。凹部如此之深，使得玻璃在凸状的玻璃面14的顶点处不与半模8接触。同时，通过半模7的突起部5在玻璃板9的与凸状的玻璃面14相对置的侧面上产生空腔15。在图2中示出了具有完成重塑的玻璃板9的模具。玻璃板9通过压紧过程重塑为结构化的玻璃晶片10，其在图3中示出。根据一种不限于特定实施例的实施方式，晶片的直径为四到六英寸(zoll)，尤其地大于10cm。晶片不必是圆的。在非圆形晶片的情况下，诸如正方形或一般多边形的晶片，上述尺寸适应于最大横向尺寸，即例如在正方形晶片的情况下是对角线长度。凹部4以及升高部5不限于圆形形状。同样可以考虑多边形、四边形、尤其正方形或非圆形的形状。在此，根据玻璃板的待实现的结构也可以存在凹部4以及升高部5的不同形状，这些结构也可以混合地存在于晶片上。凸状的玻璃面14展示为透镜19，利用该透镜可以将从空腔中射出的或进入到空腔15的光进行聚焦。这样获得的结构化的玻璃晶片现在可以用于晶片级封装电子构件。为此，载体晶片16装配有多个电子构件3，或者说提供这样装配的载体晶片16。该载体晶片应此时欲接合到结构化的玻璃晶片10的、具有空腔15的侧面101。图4示出了玻璃晶片10以及待连接的载体晶片16。用于载体晶片16的材料尤其可以考虑硅或其他半导体和陶瓷。用于晶片的陶瓷材料可以特别是氧化物、例如al2o3，或也可以是氮化物。氮化物陶瓷晶片，在此尤其是氮化铝晶片或至少包含氮化铝的陶瓷晶片是特别优选的。碳或石墨、因钢(invar)、科伐合金(kovar)、铬镍钢和贵金属适合作为用于半模、或至少其玻璃接触面的材料。玻璃接触面也可以被涂覆。合适的涂层包括例如氮化硼或石墨，以易于玻璃的脱模。通常，半模的玻璃接触面优选构造为使得实现在光学有效区域上期望的表面光洁度。根据一种优选的实施方式，电子构件是发光二极管33。在此，尤其考虑发射蓝色或紫外光的发光二极管(uv-leds)。根据一种优选的实施方式，载体晶片16借助焊料21接合或焊接到结构化的玻璃晶片10。焊料可以是玻璃焊料或金属焊料。金-锡-焊料尤其适合作为金属焊料。为了便于焊接以制造气密接合，根据又一种实施方式规定，两个晶片10、16中的至少一个设有结构化的金属涂层23作为用于焊料21的黏附层。在所示的示例中，不仅载体晶片16而且结构化的玻璃晶片10都用金属涂层23涂覆。在玻璃以及在载体晶片16的陶瓷材料上具有良好的黏附性的金属尤其是钨和铬。金属涂层23也可以是多层的。以这种方式，通过不同金属的组合一方面能够实现金属涂层与相应的衬底、即玻璃晶片10和载体晶片16之间的良好黏附，另外也能够实现焊料21的良好黏附。晶片10、16之间的气密密封接合可以以下述方式进行并且利用以下步骤来进行：a)接合可以通过利用金属焊料进行的焊接工艺来产生。如在所示出的实力中，载体晶片16和/或盖体或玻璃晶片10已经设有晶片级的可焊接的表面或焊料涂层。替代地或附加地，焊料预成型件能够置于玻璃晶片10和载体晶片16之间并且在温度作用下焊接。替代于或除了加热两个晶片10、16构成的整个堆叠之外，可以通过激光工艺局部地加热金属焊料。根据一种特别的实施方式，这种激光工艺可以包括借助超短脉冲激光进行焊接。b)该接合可以通过使用玻璃焊料的焊接工艺产生。类似于金属焊料，玻璃焊料作为预成型件被放置到两个晶片之间。玻璃焊料的熔化通过加热工艺或同样通过用激光局部加热来实现。如在使用金属焊料的实施方式，此两种加热方法也可以相结合。可选地，用低熔点的玻璃、即又用焊料涂层预涂覆载体晶片或玻璃晶片并且然后使其熔化。在借助于局部加热、例如在使用激光的情况下进行结合、尤其是直接结合晶片时，也能够考虑的是，在没有位于其间的焊料层的情况下将载体晶片16和结构化的玻璃晶片10彼此接合。这可以在具有结构化的金属涂层23的情况下通用该金属涂层或在其处熔化和/或在没有这种涂层的情况下通过局部地熔化一个或两个晶片10、16的材料来实现。为此，特别适合的是利用超短脉冲激光进行的熔化。在这种无焊料接合、即没有附加的焊料的参与的情况下，其中该接合借助于载体晶片16和/或结构化的玻璃晶片10本身的熔融状态(phase)产生或者能够通过其产生，以环形或环绕方式实现玻璃晶片与载体晶片的直接局部熔接。术语“环形”在此通常可理解并且通常表示围绕内部区域延伸的结构，该结构除了圆形形状之外也能够具有任意的、例如多边形的形状。在该实施方式中，在环形封闭的熔接尤其是在不使用焊料或诸如金属层的附加层的情况下，实现了对熔接部所包围的区域的气密密封。为了实现这种使用激光进行的熔接，可以将激光聚焦在两个晶片的彼此邻接的面上，以便在那里熔融一个或两个晶片的材料。与阳极键合相比，使用焊料或中间层的方法以及上述的晶片的直接局部熔接的优点在于，待连接的面不必是抛光的或平坦的，而是可以呈现残余粗糙度或起伏。图5示出具有载体晶片16和与该载体晶片接合的结构化的玻璃晶片10的晶片复合体17。载体晶片16和玻璃晶片10上的两个焊料层通过焊接彼此熔接并且在载体晶片16和玻璃晶片10的具有空腔15的侧面101之间形成牢固接合。一旦两个晶片10、16已经布置并接合，待封装的构件3、例如尤其是发光二极管33则布置在由空腔15限定的、气密封闭的中空空间30中。特别是在由氮化物陶瓷制成的载体晶片16中、尤其是在氮化铝晶片中，存在与其他材料的黏附性差的问题。如果使用氮化铝晶片，对此是特别有利的是在待焊接的区域处预先用敷金属或金属层涂覆该氮化铝晶片。这种结构化的金属涂层23可以利用真空沉积方法、尤其是溅射或气相沉积来沉积。对于其他晶片材料，这种敷金属也能够是有利的，以便简化与金属焊料的焊接并且同样也简化与玻璃焊料的焊接。在一种实施方式中，在多层金属涂层23的情况下，第一层使用真空沉积工艺沉积。然后，另一层同样可以利用真空沉积方法来涂覆。但是尤其也可能的是，这种另一层可通过电镀而生长在第一层上。以这种方式，可以以简单的方式实现更大的总层厚度。用于电镀沉积层的良好合适的材料例如是镍。因此，根据一个示例，结构化的金属涂层23可以包括涂覆第一层上的例如由镍制成的电镀层，其中第一层例如由铬或钨或者具有铬或钨的合金构成制成。根据另一种替代的或附加的实施方式，结构化的金属涂层23多作为包括具有最后的金层的多层涂层来实施。例如，上述包括钨层或铬层以及其上通过电镀生长的镍层的实施方式可以通过最后的金层来补充。金对于呈金锡焊料形式的焊料21能够实现非常好的附着。这种金层的层厚度可以保持得非常薄并且优选小于1μm、例如为0.1μm。一般地，不限于本文所描述的具体示例或实施方式，根据一个方面，结构化的金属涂层23的总层厚度处于0.1微米至20微米的范围内。晶片复合体17可以在接合之后分割，以获得如图6中所示的单个电子部件1，该单个电子部件具有从载体晶片16中分离的、具有电子构件3的载体160和将构件3气密地包围在空腔15中的、从结构化的玻璃晶片10中分离的玻璃盖体102。根据一种特别优选的实施方式，使用陶瓷载体晶片16。通常优选的是，载体晶片16的导热率为至少20w/(m·k)、优选至少50w/(m·k)、尤其至少75w/(m·k)、特别优选至少100w/(m·k)。尤其地，载体晶片16可以是氮化物陶瓷晶片。对此特别优选的材料是氮化铝晶片。氮化物陶瓷以及特别是氮化铝的特征在于其高导热率。纯氮化铝具有180w/(m·k)的导热率。实际上，aln陶瓷的导热率可能较低。在一种实施方式中，不管载体晶片由何种材料制成，载体晶片的导热率为至少150w/(m·k)，尤其为至少170w/(m·k)。当构件3应该被冷却或在运行期间本身产生大量热时，特别有利的是构件3使用高导热率的载体。特别是在载体晶片16装备有绿光发光二极管以及特别是装备有uv光发光二极管以及以此方式生产的相应封装的发光二极管作为光电子部件的情况下是这种情况。根据本公开的具有光学透明窗特别是在uva/b和c-区域的用于光电器件的壳体可以使用陶瓷和石英玻璃的材料组合而良好实施。在此，石英玻璃的的特征在于其高uv透明度。在此，陶瓷、如al2o3或aln能够用作基板或子基底材料并且石英玻璃能够用作为光学透明的窗或透镜。除了石英玻璃外，通常也考虑硅酸盐玻璃。这两个部件、衬底材料和光学窗必须通过接合工艺与彼此接合。为此，对于气密密封的接合，主要考虑使用金属焊料的焊接工艺。石英玻璃具有5.5·10-7k-1的线性热膨胀系数(cte)。氮化铝的膨胀系数为大约4.5·10-6k-1，其大了几乎一个数量级。al2o3甚至具有大约8·10-6k-1的线性热膨胀系数。在运行中或在生产中在整个壳体的热负荷的情况下，这引起热机械应力并且可能引起壳体或部件之间接合的断裂。在晶片复合体中，这个问题在生产时尤其显著。如上所述，结构化的玻璃晶片10优选具有大于10cm的直径、例如在4至6英寸范围内的直径。晶片复合体17于是相应地优选具有相同的尺寸。在涉及超过120℃、也可能超过200℃或者甚至超过260℃的典型的制造工艺中，对于该尺寸，热膨胀已经大到使得在晶片上产生裂纹和缺陷并且危害气密接合。此外，这也可能发生在各个壳体模块或封装的电子或光电子部件1中在后期的运行期间。特别是在环境温度高于50℃或高于80℃的情况下运行壳体时，线性热膨胀系数的失配可能导致气密接合的断裂。因此，期望这样的壳体，其包括由高导热的陶瓷制成的载体，该壳体可以是严密的和/或可高压处理的，并且可以在晶片级上进行安装或组装。同样地，寻求一种能够在高温下运行的壳体。根据本公开的一个方面，为此，提供一种材料组合和一种适合的接合技术，其中该材料具有线性热膨胀系数的尽可能好的匹配，并且部件是光学透明的、尤其是在uva/b和c区域中。石英玻璃和陶瓷、尤其是氮化物陶瓷或al2o3的热失配的问题能够借助于具有高硼酸含量的硼硅酸盐玻璃来解决。通常，为此，在本发明的一种实施方式中规定，载体晶片16或载体160与玻璃晶片10或玻璃盖体102之间的线性热膨胀系数之差的绝对值小于5·10-7k-1。为了同时还实现高的uv透射率，附加地有利的是高的氧化硅含量。在此，在本发明的一种实施方式中通常规定，结构化的玻璃晶片10由硼硅酸盐玻璃制造，该硼硅酸盐玻璃具有b2o3和sio2的总含量，该总含量为至少79重量百分比、优选至少83重量百分比。此外，对于高uv透射率，有利的是以重量百分比计的sio2含量以2.5至5、优选2.8至4.5的范围内的系数高于以重量百分比计的b2o3含量。根据一个实施例，以这种方式，可获得具有4.1·10-6k-1的线性热膨胀系数的玻璃。因此，在一种特别的实施方式中，不限于特定的实施例，提供一种封装的电子、尤其是光电子的部件1，该部件包括：由氮化物陶瓷、优选由氮化铝陶瓷制成的载体160；布置于载体上的电子构件、尤其是uv-led33；玻璃盖体160，其焊接到载体160上，该玻璃盖体具有空腔15，以限定中空空间30，在该中空空间中布置有器件3，并且其中玻璃盖体102具有向外指向的凸状的玻璃面14，该玻璃面形成透镜19，其中凸状的玻璃面形成自由地或无接触地成形的面，并且其中实现下述特征中的至少一个：-玻璃盖体102和载体160的线性热膨胀系数之差的绝对值小于5·10-7k-1，-玻璃盖体102的玻璃是硼硅酸盐玻璃，该硼硅酸盐玻璃具有b2o3和sio2的总含量，该总含量为至少79重量百分比、优选至少83重量百分比；-以重量百分比计的sio2的含量以2.5至5、优选2.8至4.5范围内的系数高于以重量百分比计的b2o3的含量。因为玻璃面以无接触的方式成形，玻璃面与之相应地具有火焰抛光的表面。然而，根据载体160的材料，代替硼硅酸盐玻璃，还能够使用其他的硅酸盐玻璃或者也尤其对于微小膨胀的载体材料而言使用石英玻璃。图7至图9示出了方法的变型方案，该方法能够生产具有双凸透镜的结构化的玻璃晶片。该方法通常基于如下事实，第一半模7中的突起部5具有中心凹部50，使得突起部具有环形构造。在重塑期间、尤其是在压紧期间，流入到凹部50的玻璃同样保持至少部分地不接触，并且在凹部中形成凸状玻璃面51，其与在第二半模8的凹部4中形成凸状的玻璃面14一起产生双凸透镜。与所示出的不同，在此凹部50的壁部也不必专门垂直于玻璃板9的表面或者半模7的成形面延伸。相反，凹部4也可以逐渐变细或者变宽。为此，图7示出根据该实施方式的具有两个半模7、8的模具6以及布置在其之间的玻璃板9。图8示出在具有通过压紧由玻璃板9制造的结构化的玻璃晶片的压紧过程结束之后的半模7、8。在半模7、8的凹部4和50中，通过流入玻璃而分别形成凸状玻璃面14和51。图9示出在移除半模7、8之后的结构化的玻璃晶片10。如在先前描述的实施例中那样，突起部5在玻璃晶片10中引入空腔15。由此，在该实施方式中，此时凸状的玻璃面51伸入到空腔15中。然而，玻璃面51的顶点优选地充分远离空腔的边缘，以便能够容纳电子构件3。两个凸状的玻璃面14、51共同形成双凸透镜19，该透镜具有相应高的折射能力，以用于聚焦发射的或射入到空腔15中的光。图10和图11示出根据图7至图9的方法的改型方案。一般而言，不限于图7至图9的实施例，该方法的改型方案体现于结构化的玻璃晶片10在多步骤压印工艺中成型。在此，玻璃板9在凸状的玻璃面14和空腔15的最终成形之前进行预压。预压例如在具有半模的模具6中进行，该半模构造成不同于用于最终的模制工艺的半模7、8。为此，图10示出了具有半模7和80的模具。在此，半模7如在图1的示例中那样具有突起部5。而另一半模80则平坦的。该模具可以用于在玻璃板9中生产呈空腔形式的预压部18。然而，这些空腔优选地不如在随后的模制过程中形成到结构化的玻璃晶片10中的空腔15那么深。为此，图11示出了使用根据图10的模具预压并且布置在模具6中的玻璃板，模具6用于在玻璃晶片10中生产如图7的示例中的双凸透镜19。图12示出结构化的玻璃晶片10的拍摄照片。如从照片中可见，玻璃晶片10可以被构造用于在晶片复合体中并行制造大量光电子部件。所示示例具有多于850个凸状的玻璃面14或透镜19。图13示出了玻璃盖体102的剖面图，该玻璃盖体通过锯切从结构化的玻璃晶片10中分离出来。尽管玻璃面14在半模8的凹部自由成形，即没有接触的模具表面，但是令人惊奇地，凸状的玻璃面14是几乎完美的球形。空腔的侧壁部150与半模7的突起部5的倾斜成型的侧沿52相应地倾斜延伸。空腔15通过与凸状的玻璃面14相对置的光透射面151限定(abgeschlossen)。该光透射面151能够如在所示出的示例中那样平坦地构造。因此，玻璃盖体具有平-凸透镜的光学效果。面150和151可呈现由模制工具引起的波纹度和/或粗糙度和/或蚀刻工艺的痕迹。这些特征通常不存在于自由、即在没有模具的情况下形成的凸状的玻璃面14上。由剖面图和其中可见的轮廓可以计算出空腔15和透镜19的体积。根据一种实施方式，在此透镜19的体积小于或等于相对置的空腔15的体积。如果在压入半模7的突起部5时玻璃只能变形到半模8的对置的凹部中，那么由于这里所述的方法，他们的体积非常类似或甚至相同。因此，根据另一种替代的或附加的实施方式，透镜和空腔的体积相差小于10％、优选地小于5％。图14为此示出了玻璃元件102的两侧的轮廓的走向，其具有形成透镜19的凸状的透镜面14和空腔。如果通过积分从两条曲线中计算体积，其中从具有透镜面14的曲线中减去30的偏移量，以便获得对于两个曲线的相同的零线，则得到透镜体积v(透镜)与空腔的体积v(空腔)的比值为：v(透镜)/v(空腔)＝0.96。因此，体积的偏差小于5％，其中空腔的体积略大于透镜的体积。附图标记列表1光电子部件3电子构件4凹部57上的突起部6模具7、8半模9玻璃板10结构化的玻璃晶片14、51凸状的玻璃面1510中的空腔16载体晶片17晶片复合体18预压部19透镜21焊料23敷金属30中空空间33led505中的凹部525的侧沿80平的半模100、10110的侧面102玻璃盖体15015的侧壁15115的光透射面160用于构件3的载体当前第1页12