用于制造硅中间承载体的方法

专利名称：用于制造硅中间承载体的方法
用于制造硅中间承载体的方法
背景技术：
本发明涉及一种用于制造硅中间承载体的方法以及硅中间承载体。

发明内容
微型化是当前在集成电路芯片(IC芯片，英语“integrated circuitchips")和 微电子机械系统芯片(MEMS芯片，英语“microelektromechanical system chips”)的制 造和连接技术中的趋势。被封装的器件在此应当在可能的情况下不比芯片本身大很多，这 也称为CSP (英语“chip size package (芯片尺寸封装)”或者“chip scale package (芯 片级封装)”)。将芯片(没有壳体地)直接构建在衬底上提供了对此的可能性，这也称为 裸片(英语“bare die”)或者裸片安装(C0B，英语“chip on board(板上芯片)”)。在用于娱乐电子装置和家用电子装置的微电子机械系统(MSMS)的情况下的裸 片安装由于如下原因而变得困难产品通常包含两个芯片，即一个微电子机械系统芯片 (MEMS芯片)和一个专用的电路芯片(ASIC芯片)。如果直接在衬底上构建两个芯片，则必 须将这些芯片单个地提供给客户，并且其事先不能被共同地校正或者测试。此外，微电子机 械系统芯片对于机械应力敏感。这种机械应力可以尤其是在温度波动的情况下由于用于建 造的材料例如芯片、焊剂、衬底的不同热膨胀系数而出现，并且会干扰系统的功能能力。出版物US 7，447，323B2描述了一种装置，其中转换元件尤其是麦克风和包括集 成电路的装置并排地设置在硅构成的硅中间承载体的第一侧上。硅中间承载体具有从硅中 间承载体的第一侧至硅中间承载体的第二侧的穿通接触部，以便将第一侧上的转换元件或 者电子装置通过穿通接触部与设置在硅中间承载体的第二侧上的衬底例如电路板电连接。 通过硅中间承载体，在此可以减少衬底对转换元件或者电子装置的热机械应力。出版物US 7，447，323B2提出了通过蚀刻、尤其是湿化学蚀刻或者等离子体 蚀刻以及随后的金属化来制造穿通接触部。然而特别是由于蚀刻方法，根据出版物US 7，447，323B2的方法与比较高的制造成本相关联。

发明内容
本发明的主题是一种用于制造硅中间承载体的方法，硅中间承载体用于在衬底 上、尤其是电路板上安装微电子机械装置和/或具有集成电路的电子装置，该方法包括以 下方法步骤a)借助激光方法、例如激光剥蚀方法来将至少一个凹部引入硅衬底中，其中凹部 从硅衬底的第一侧延伸到第二侧，b)至少在硅衬底的表面的部分区域上构造第一绝缘层，所述部分区域从硅衬底的 第一侧通过凹部延伸到第二侧，以及c)将导电材料施加到第一绝缘层上用于构造至少一个从硅衬底的第一侧通过凹 部至第二侧的穿通接触部。根据本发明的方法具有的优点是，其能够实现将硅中间承载体成本极其低廉地制造。由此，尤其是可以在考虑成本压力的情况下相对于塑料硅中间承载体实现硅的在热膨 胀系数基础上的材料优点。有利的是，根据本发明的用于制造硅中间承载体的方法无需光 刻方法和/或蚀刻方法。此外，为了实现不一定需要洁净室环境。
该激光方法可以有利地以非常高的速度来进行。已经表明的是，可能在激光方法 中出现的粗糙的表面或者残留物(在激光钻孔中的废弃物)可以有利地用于导电材料的附在方法步骤a)中可以尤其通过激光钻孔来引入至少一个凹部。相应地，凹部也可 以称为穿过硅衬底的孔。在该方法的一个实施形式的范围中，在方法步骤a)中此外尤其是借助激光方法 引入对准标记，例如用于以后分离硅衬底和/或用于以后定位所述装置。在该方法的另一实施形式的范围中，在方法步骤b)中通过硅衬底的表面的氧化 构造第一绝缘层。这可以有利地作用于可能在激光方法中出现的粗糙的表面或者残留物 (在激光钻孔中的废弃物)。在方法步骤b)中，第一绝缘层可以通过至少部分地以及通过 完全地氧化硅衬底的表面来构造。表面的完全的氧化在此可以借助较小的工艺技术开销来 实施。在该方法的另一实施形式的范围中，在方法步骤b)中通过将硅衬底的表面热氧 化来构造第一绝缘层。这例如可以在氧化气氛下的炉中进行，尤其是含有氧气的气氛中、例 如空气中进行。通过热氧化，可以将硅衬底全面地绝缘。在该方法的另一实施形式的范围中，在方法步骤b)和/或C)中尤其是同时地借 助所述至少一个穿通接触部也将至少一个第一电印制导线构造到硅衬底的第一侧和/或 第二侧上，其中在方法步骤b)中将第一绝缘层至少构造在硅衬底的表面的部分区域上，其 中在方法步骤c)中在这些部分区域上构造所述至少一个第一电印制导线。在该方法的另一实施形式的范围中，在方法步骤C)中通过印刷方法、尤其是丝网 印刷方法来施加导电材料。印刷工艺可以有利地成本非常低廉，并且在连续方法中实施。此 外，可以通过印刷方法有利地实现具有宽度为大于等于100 μ m的印制导线。方法步骤C)可以细分为方法步骤cl)将导电材料施加到硅衬底的第一侧上的第一绝缘层上，以及方法步骤c2)将导电材料施加到硅衬底的第二侧上的第一绝缘层上。在该方法的另一实施形式的范围中，该方法在方法步骤C)之后包括方法步骤d)将硅衬底(3)加热到导电材料(5)熔融的温度，并且随后将硅衬底(3)冷却到 导电材料(5)硬化的温度。通过这种方式，可以一方面保证将导电材料更好地连接到第一绝缘层上。另一方 面，可以使施加在硅衬底的第一侧和/或第二侧上的导电材料流入凹部中并且构造穿通接 触部。在该方法的另一实施形式的范围中，在真空中实施方法步骤d)。通过这种方式，可 以避免在导电材料中的夹杂物。在该方法的另一实施形式的范围中，方法步骤C)和d)被细分为以下的方法步骤 cl)禾口 c2)以及 dl)禾口 d2)cl)将导电材料施加到硅衬底的第一侧上的第一绝缘层上，
dl)将硅衬底第一加热到导电材料熔融的温度，并且随后将硅衬底冷却到导电材 料硬化的温度。c2)将导电材料施加到硅衬底的第二侧的第一绝缘层上，以及d2)将硅衬底第二加热到导电材料熔融的温度，并且随后将硅衬底冷却到导电材 料硬化的温度。在此，硅衬底可以在方法步骤dl)和方法步骤(^)之间例如围绕衬底平面中的轴 线旋转180°。在方法步骤dl)中，硅衬底优选设置为使得硅衬底的第一侧关于重力方向位 于上方。在方法步骤d2)中，硅衬底优选设置为使得硅衬底的第二侧关于重力方向位于上 方。通过这种方式，导电材料可以分别借助重力流入到凹部中。 该方法可以在方法步骤C)和/或d)之后还包括方法步骤el)施加至少一个第二绝缘层。第二绝缘层在此可以部分地施加到第一绝缘层、尤其是未被覆盖的区域上，例如 未以所述至少一个第一电印制导线覆盖的、第一绝缘层的区域和/或部分地施加到所述至 少一个穿通接触部上和/或部分地施加到所述至少一个电印制导线上。例如，第二绝缘层可以施加为使得所述至少一个第一电印制导线侧面地通过第二 绝缘层来形成边界。通过这种方式，可以防止所述至少一个第一电印制导线在方法步骤d) 中加热时偏移或者失去轮廓。对此可替选地或者附加地，第二绝缘层可以部分地施加到所述至少一个穿通接触 部或者所述至少一个第一电印制导线上，使得所述至少一个穿通接触部或者所述至少一个 第一电印制导线的一部分为了接触穿通接触部或者第一电印制导线而并不被第二绝缘层 覆盖。通过这种方式，穿通接触部或者第一电印制导线可以部分地向外绝缘并且仍然可以 部分地可以从外部接触。第二绝缘层的施加在此可以在一个步骤中或者在两个或更多个步骤中进行。例 如，第二绝缘层可以在一个步骤中(除了用于接触穿通接触部或者第一电印制导线的区域 之外)平面地施加到硅承载体的第一和/或第二侧上。然而，第二绝缘层也可以在第一步 骤中施加到第一绝缘层上，使得所述至少一个第一电印制导线在侧面通过第二绝缘层形成 边界，并且在第二步骤中部分地施加到所述至少一个第一电印制导线上(并且部分地施加 到在第一步骤中制造的第二绝缘层区域上)，使得所述至少一个第一电印制导线的一部分 为了接触所述第一电印制导线而并未以第二绝缘层覆盖。第二绝缘层的施加可以有利地通 过成本低廉的并且可在连续方法中实施的印刷方法来进行。在该方法的另一实施形式的范围中，该方法因此在方法步骤C)和/或d)之后此 外包括方法步骤el)通过印刷方法施加至少一个第二绝缘层。印刷方法在此可以例如是封接玻璃印刷方法(kalglasdruck-verfahren)或者 聚合物印刷方法。特别地，印刷方法可以是丝网印刷方法。该方法可以在方法步骤el)之后包括方法步骤e2)将至少一个第二电印制导线施加到所述至少一个第二绝缘层上。特别地，可以在方法步骤e2)中通过印刷方法将所述至少一个第二电印制导线施 加到所述至少一个第二绝缘层上。印刷方法在此同样可以是丝网印刷方法。
特别地，方法步骤el)和e2可以多次交替地相继进行。这样，也可以实现印制导 线的交错。然而，印制导线的交错也可以通过借助穿通接触部将印制导线引导至硅中间承载 体的另一侧上来保证。为了实现在两个印制导线之间的交错，印制导线之一可以通过穿通 接触部从硅衬底的一侧引导至硅衬底的另一侧。必要时，所述一个印制导线可以接着通过 第二穿通接触部又向回引导。例如，印制导线和穿通接触部可以构造为使得设置在第一侧 上的至少一个印制导线划分为多个印制导线区段，尤其是为了实现与设置在硅衬底的第一 侧上的另一印制导线交错，其中第一印制导线区段在硅衬底的第一侧上接触第一穿通接触 部，其中第一穿通接触部在硅衬底的第二侧上接触第二印制导线区段。第二印制导线区段 在此此外可以在硅衬底的第二侧上接触第二穿通接触部，其中第二穿通接触部在硅衬底的 第一侧上接触第三印制导线区段。该方法此外可以在方法步骤C)和/或d)和/或e)之后包括方法步骤f)将硅衬底分离、例如锯割、尤其是分割为两个或者更多个较小的硅衬底，尤其是 多个较小的硅衬底。通过在大的硅衬底上实施该方法以及随后的分离，可以有利地在短的时间内制造 大量硅中间承载体，并且进一步降低制造成本。在该方法的另一实施形式的范围中，硅衬底由多晶硅和/或低纯度(冶金学等级) 的硅和/或回收的硅来构造。通过这种方式，可以有利地进一步降低制造成本。硅衬底的第一侧和第二侧可以彼此对置。尤其是衬底的第一侧和第二侧可以基本 上彼此平行。硅中间承载体可以在第一侧上包括第一组接触元件，尤其是选自由印制导线和穿 通接触部构成的组的接触元件，用于接触微电子机械装置；以及包括第二组接触元件，尤 其是选自由印制导线和穿通接触部构成的组的接触元件，用于接触具有集成电路的电子装 置。在第二侧上，硅中间承载体可以包括另一组接触元件，尤其是选自由印制导线和穿通接 触部构成的组的接触元件，用于接触电路板，其中至少之一与所述第一组或者第二组的接 触元件电连接。微电子机械装置例如可以是压力传感器或者加速度传感器或者转速传感器 或者微电子机械执行器。电子装置例如可以具有专用电路(ASIC)作为集成电路。本发明的另一主题是一种硅中间承载体，尤其是通过根据本发明的方法来制造， 该硅中间承载体的特征在于，其至少包括-通过激光方法引入的凹部，和/或-通过激光方法引入的对准标记，和/或-通过印刷方法、尤其是丝网印刷方法施加的印制导线，-作为第一绝缘层的、将硅衬底尤其是完全包围的硅氧化层，和/或-通过印刷方法、尤其是丝网印刷方法施加的第二绝缘层。硅中间承载体可以在第一侧上包括第一组接触元件，尤其是选自由印制导线和穿 通接触部构成的组的接触元件，用于接触微电子机械装置；以及包括第二组接触元件，尤 其是选自由印制导线和穿通接触部构成的组的接触元件，用于接触具有集成电路的电子装 置。在第二侧上，硅中间承载体可以包括另一组接触元件，尤其是选自由印制导线和穿通接 触部构成的组的接触元件，用于接触电路板，其中至少之一与所述第一组或者第二组的接触元件电连接。微电子机械装置例如可以是压力传感器或者加速度传感器。电子装置例如 可以具有专用电路(ASIC)作为集成电路。


根据本发明的主题的其他优点和有利的扩展方案通过附图来表示并且在下面的 描述中阐述。在此要注意的是，附图仅仅具有描述性的特点，并且并非旨在以任何形式限制 本发明。其中图1示出了根据本发明的硅中间承载体的一个实施例的示意性横截面。
具体实施例方式图1示出了硅中间承载体1具有硅衬底3，该硅衬底3带有第一侧I和与第一侧I 平行对置的第二侧II。借助激光方法将凹部2引入该硅衬底3中，该凹部从硅衬底3的第 一侧I延伸至第二侧II。接着，通过在硅衬底的表面上的氧化来构造完全包围硅衬底3的 硅氧化物层4，其用作第一绝缘层。 随后，将导电材料5为了构造穿通部6和电印制导线7而首先施加到了硅衬底3的 第一侧I上的第一绝缘层4上。同时或者随后，将第二绝缘层8的区域通过印刷方法施加 到硅衬底3的第一侧I上的第一绝缘层4上，使得电印制导线7在侧面通过第二绝缘层区 域8形成边界。随后，硅衬底3第一次加热到导电材料5熔融的温度，并且又冷却到导电材 料5硬化的温度。在此，硅衬底3设置为使得硅衬底3的第一侧I关于重力方向位于上方。 通过这种方式，施加在硅衬底3的第一侧I上的导电材料5可以流入凹部2中并且构造穿 通接触部6的第一部分。随后，将硅衬底3围绕衬底平面中的轴线转动180°，使得硅衬底 3设置为使得硅衬底3的第二侧II关于重力方向位于上方。随后，将导电材料5为了构造 穿通接触部6和电印制导线7而施加到硅衬底3的第二侧II上的第一绝缘层4上。同时 或者随后，将第二绝缘层8的区域通过印刷方法施加到硅衬底3的第二侧II上的第一绝缘 层4上，使得电印制导线7在侧面通过第二绝缘层区域8形成边界。随后，硅衬底3第二次 加热到导电材料5熔融的温度，并且接着冷却到导电材料5硬化的温度。通过这种方式，施 加在硅衬底3的第二侧II上的导电材料5流入凹部2中并且构造穿通接触部6的第二部 分。 随后，通过印刷方法在硅中间承载体1的两侧I、II上分别施加第二绝缘层8的另 外的区域，其中第二绝缘层8的另外的区域部分地施加在印制导线7上并且部分地施加在 事先制造的第二绝缘层区域8上，使得印制导线7的一部分为了以后的接触而分别不被第
二绝缘层8覆盖。
权利要求
1.一种用于制造硅中间承载体(1)的方法，该方法用于在衬底上安装微电子机械装置 和/或具有集成电路的电子装置，该方法包括以下方法步骤a)借助激光方法将至少一个凹部O)引入硅衬底(3)中，其中凹部( 从硅衬底(3) 的第一侧(I)延伸到第二侧(II)，b)至少在硅衬底(3)的表面的部分区域上构造第一绝缘层G)，所述部分区域从硅衬 底(3)的第一侧⑴通过凹部(2)延伸到第二侧(II)，以及c)将导电材料(5)施加到第一绝缘层(4)上用于构造至少一个从硅衬底(3)的第一侧 (I)通过凹部( 至第二侧(II)的穿通接触部。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在方法步骤a)中此外引入对准标记。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在方法步骤b)中通过硅衬底(3)的 表面的氧化构造第一绝缘层G)。
4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，在方法步骤b)中通过将硅衬底 (3)的表面热氧化来构造第一绝缘层(4)。
5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，在方法步骤b)和c)中借助至 少一个穿通接触部(6)也将至少一个第一电印制导线(7)构造到硅衬底(3)的第一侧(I) 和/或第二侧(II)上，其中在方法步骤b)中将第一绝缘层(4)至少构造在硅衬底(3)的 表面的部分区域上，其中在这些部分区域上在方法步骤c)中构造所述至少一个第一电印 制导线(7)。
6.根据权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，在方法步骤c)中通过印刷方法 来施加导电材料(5)。
7.根据权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，在方法步骤c)之后包括方法步骤d)将硅衬底(3)加热到导电材料(5)熔融的温度，并且随后将硅衬底(3)冷却到导电 材料(5)硬化的温度。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在真空中实施方法步骤d)。
9.根据权利要求1至8之一所述的方法，其特征在于，方法步骤c)和d)被细分为以下 的方法步骤cl)和c2)以及dl)和d2)cl)将导电材料(5)施加到硅衬底(3)的第一侧⑴上的第一绝缘层⑷上，dl)将硅衬底(3)第一加热到导电材料(5)熔融的温度，并且随后将硅衬底(3)冷却到 导电材料( 硬化的温度，c2)将导电材料(5)施加到硅衬底(3)的第二侧(II)的第一绝缘层⑷上，以及d2)将硅衬底(3)第二加热到导电材料(5)熔融的温度，并且随后将硅衬底(3)冷却到 导电材料(5)硬化的温度。
10.根据权利要求1至9之一所述的方法，其特征在于，在方法步骤C)和/或d)之后 还包括方法步骤el)通过印刷方法施加至少一个第二绝缘层(8)。
11.根据权利要求1至10之一所述的方法，其特征在于，所述硅衬底(3)由多晶硅和/ 或低纯度的硅和/或回收的硅来构造。
12.—种硅中间承载体(1)，其特征在于，该硅中间承载体至少包括-通过激光方法引入的凹部0)，和/或-通过激光方法引入的对准标记，和/或-通过印刷方法施加的印制导线(7)，和/或-作为第一绝缘层的、包围硅衬底(3)的硅氧化层0)，和/或-通过印刷方法施加的第二绝缘层(8)。
全文摘要
本发明涉及用于制造硅中间承载体的方法。本发明涉及一种用于制造硅中间承载体(1)的方法，用于在衬底上、尤其是电路板上安装微电子机械装置和/或具有集成电路的电子装置，该方法包括以下方法步骤a)借助激光方法将至少一个凹部(2)引入硅衬底(3)中，其中凹部(2)从硅衬底(3)的第一侧(I)延伸到第二侧(II)，b)至少在硅衬底(3)的表面的部分区域上构造第一绝缘层(4)，所述部分区域从硅衬底(3)的第一侧(I)通过凹部(2)延伸到第二侧(II)，以及c)将导电材料(5)施加到第一绝缘层(4)上用于构造至少一个从硅衬底(3)的第一侧(I)通过凹部(2)至第二侧(II)的穿通接触部。
文档编号B81C1/00GK102086020SQ20101058122
公开日2011年6月8日 申请日期2010年12月6日 优先权日2009年12月7日
发明者A·法伊, S·克尼斯 申请人:罗伯特.博世有限公司