专利名称：加盖的微机械构件的制造方法、相应的微机械构件以及用于微机械构件的盖板的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种加盖的微机械构件的制造方法、相应的微机械构件以及微机械构件的盖板。
背景技术：
尽管可应用于任意的微机械构件，但在硅技术中的微机械构件方面阐述本发明和其所基于的背景。必须保护MEMS 构件(MEMS = Micro Electro Mechanical System 微机电系统) 以免损害性的外部环境影响——例如潮湿、侵蚀性介质等。同样需要保护以免机械接触/ 损毁以及能够通过锯切由晶片复合结构分割成芯片。过去，MEMS构件的封装借助由硅、玻璃或者由二者构成的复合结构制成的盖晶片实现，所述盖晶片具有空腔和通孔。为此，相对于具有MEMS结构的晶片来调整盖晶片并且使所述盖晶片与具有MEMS结构的晶片接合。不仅可以通过阳极键合(玻璃与硅之间的无接合剂的连接)、通过共晶接合层而且可以通过玻璃焊料或粘合剂来实现所述接合。MEMS 构件位于盖晶片的空腔下方。用于将部件与薄的引线电连接的电键合盘是可通过盖晶片中的通孔到达的。对于光学MEMS(MOEMS)，例如对于微镜，不仅需要以上描述的保护、用于电连接的通孔而且需要空腔上方的相应光学窗，所述光学窗具有高品质并且在必要时也具有专门的光学涂层。迄今的应用——例如用于测量加速度、转速和压力的微机械传感器对封装的密封性提出高要求。出于这一原因，主要实现借助玻璃和/或硅晶片通过阳极键合、玻璃焊料键合或者共晶键合的昂贵密封封装方法。对于要求保护以免机械接触/损毁以及能够实现通过锯切的分割但对封装的密封性没有提出高要求的较新应用而言，已经开发了用于保护盖板的其他成本有利的材料或者其他接合方法。近年来，尤其开发了一种新的加盖方法——薄层加盖，其省去盖晶片并且取代盖晶片在需暴露的微机械结构与借助常用的沉积工艺产生的、作为盖层的硅层之间形成空腔或者空洞。在DE 10 2006 049 259 Al中公开了一种用于制造具盖层的微机械构件的方法， 其中，在填充层上沉积一个盖层并且随后在所述盖层中产生微孔。随后，通过借助引导穿过微孔的ClF3进行的气相蚀刻去除所述填充层，其中，如此调节蚀刻混合物的选择性和填充层的组分，使得相对于盖层的选择性足够大，以便不侵蚀所述盖层。在去除填充层之后通过沉积封闭层来密封微孔。DE 10 2007 022 509 Al公开了一种用于具有薄层加盖的微机械部件的制造方
法，其中，在空洞中封闭了具有基于聚合物分解的非大气组分的气体。
发明内容
根据权利要求1所述的用于加盖的微机械构件的根据本发明的制造方法以及根据权利要求12所述的相应微机械构件的特征在于低制造成本。光学窗或电敷镀通孔和印制导线可集成到盖衬底中。本发明的核心在于，在中间衬底(例如，塑料膜和两个可选的附着层)中在后来的空腔的位置上例如通过冲制设有穿孔。随后将中间衬底层压到未冲制的盖衬底(例如另一塑料膜)上。随后，可以在可能期望的通孔的位置上冲制出复合结构中的两个衬底(即盖衬底和中间衬底)的材料。结果是得到的具有空腔和通孔的层压板。最后，将得到的层压板层压到MEMS功能晶片上。例如双轴定向的聚酯膜(boPET)——例如Mylar 、Melinex 、Teonex 适于
作为用于层压板或盖衬底和中间衬底的塑料膜，所述双轴定向的聚酯膜即使在更高温度下也具有高的形状稳定性。为了以所期望的程度减小湿气和气体的渗透率，可以在层压板上或层压板中设置金属层。所述金属层在不透明的和透明的实施方式中厚度为大约50 μ m至 1400 μ Hio在中间衬底或盖衬底中，也可以在一侧或者在两侧施加附着层或保护膜。可以毫无问题地一起在中间衬底中的附着层或保护膜中冲压空腔。由于已施加到相应膜上的附着层，不需要用于施加接合层的附加处理。如果设置附加的保护膜，则可以实现简化的处理。因为在用于柔性印刷电路板的电子装置中使用这样的一些层，所以这些层也可在具有不同涂层(漆、墨、光敏乳剂或用于电印制导线和敷镀通孔的铜层)的可焊接实施方式中获得。衬底膜材料不限于以上提到的材料。当然也可以使用其他的、例如适于印刷电路板的材料。除了已提到的优点以外，本发明还提供了如下优点能够以非常小的厚度来实现盖衬底或中间衬底。同样可以实现简单、快速且成本有利的锯切或其他分割。同样可以毫无问题地实现塑料膜与硅或玻璃或其他晶片材料的层压板。在从属权利要求中提到的特征涉及本发明相关主题的有利扩展方案和改进方案。
在附图中示出并且在以下的描述中详细阐述本发明的实施例。附图示出图la-h 用于阐述根据本发明的第一实施方式的用于加盖的微机械构件的制造方法的示意性横截面图；以及图加-e 用于阐述根据本发明的第二实施方式的用于加盖的微机械构件的制造方法的示意性横截面图。
具体实施例方式在附图中，相同的附图标记表示相同的或功能相同的元件。图la-h示出用于阐述根据本发明的第一实施方式的加盖的微机械构件的制造方法的示意性横截面示图。在图Ia中附图标记1表示中间衬底，所述中间衬底具有如下组件例如由 Mylar 、Melinex 或T^eonex 构成塑料膜KS ；溅镀到所述塑料膜KS上的、由铝构成的金属层Ml ；设置在金属层Ml上的、由塑料粘合材料构成的第一附着层Hl ；设置在塑料膜KS 下方的、由塑料粘合材料构成的第二附着层H2 ；第一附着层Hl上的第一保护膜Sl和第二附着层H2上的第二保护膜S2。在此，中间衬底1的核心组成部分是塑料膜KS，其中，其余的层是可选的。如图Ib中示出的，随后进行微冲制步骤，以在以后待加盖的微机械构件的空腔所在的位置上产生穿孔K。继续参照图lc，去除中间衬底1的前侧的衬底膜Sl并且在所述侧面上将盖衬底 KD层压到暴露的、前侧的第一附着层Hl上，所述盖衬底由另一塑料膜或者晶片材料构成， 所述另一塑料膜例如由Mylar 、Melinex 或ΓΓeonex 构成。盖衬底KD可选地在上侧同样承载保护膜，所述保护膜标有附图标记S3。通过所述层压，盖衬底KD在从第一保护膜 Sl露出的中间衬底1’的前侧VS上封闭穿孔K。如在图Id示出的，随后在中间衬底1’和具有保护膜S3的、层压上的盖衬底KD中设置通孔D，所述通孔相对于穿孔K在侧向上错开。通孔D随后应使MEMS功能晶片3的接触区域KP可到达(参见图Ie)。如在图Ie中示出的，在随后的步骤中，使由从第二保护膜S2露出的中间衬底1” 和盖衬底KD组成的层压板关于具有多个构件的待加盖的MEMS功能晶片3定向，更确切地说，如此定向，使得穿孔K (在图1中仅仅示出其中一个穿孔)形成MEMS功能晶片3的相应功能区域FB的上方的相应空腔。同样，使通孔D (在图1中仅仅示出了其中一个通孔)如此定向，使得其设置在MEMS功能晶片3的相应接触区域KP的上方。附加地，在当前实施例中，由玻璃制成的基座衬底SS相对于MEMS功能晶片的背侧定向，以便从那里封闭分别具有一个膜片区域ME的、被掏空的功能区域FB，其中，所述基座衬底可选地涂覆由铝制成的金属层M2和位于所述金属层M2上方的、由塑料粘合剂制成的附着层H3。这种功能区域FB例如可以具有微镜的结构。在根据图Ie的完全定向之后，如图If中示出的，在压力下并且在必要时在更高的温度下将基座衬底ss、MEMS功能晶片3和与盖衬底KD连接的中间衬底1”接合在一起，以便形成在图If中示出的复合结构。随后通过剥除将保护膜S3从盖衬底KD的上侧去除。继续参照图lg，随后通过锯切进行构件的分割，其中，在图Ig中示意性地表示锯切线 SL1、SL2。在锯切之后得到在图Ih中示出的加盖的芯片C，其在当前示例中是微镜芯片。图加-e示出用于阐述根据本发明的第二实施方式的加盖的微机械构件的制造方法的示意性横截面图。图加中示出的第二实施例的处理状态相应于在图Ic中示出的第一实施例的处理状态。与第一实施例不同地，第二实施例的中间衬底2在其前侧VS’上不具有金属层，而是附着层ΗΓ施加在塑料膜KS’上。同样在塑料膜KS’上施加背侧的附着层H2’，所述背侧的附着层具有位于其上方的保护膜S2’。层压到中间衬底2上的盖衬底KD’承载前侧的保
6护膜S3’。此外，第二实施方式与第一实施方式的不同在于没有设置通孔D，而是在中间衬底2中和在盖衬底KD’中设有重新布线装置DK1、DK2，其从附着层HS’的背侧一直延伸到盖衬底KD’的前侧。在剥除背侧的保护膜S2’之后，如在图2b中示出的，在由中间衬底2’和盖衬底 KD’构成的层压板的背侧上在敷镀通孔DK1、DK2的暴露区域上施加导电粘合剂LK。这例如可以通过丝网印刷来实现。在图2c中示出由从保护膜S2’露出的具有层压上的盖衬底KD’的中间衬底2’相对于MEMS功能晶片3’的定向，所述MEMS功能晶片具有功能区域FB’，所述功能区域FB’具有膜片区域ME’。在本实施方式中，在功能区域FB’旁，在MEMS功能晶片3’的上侧上设有接触区域KPl或KP2。所述布置类似于以上第一实施例穿孔K’形成具有MEMS功能晶片3’的膜片区域 ME’的相应功能区域FB’上方的相应空腔，并且重新布线装置DKl、DK2设置在MEMS功能晶片3’的相应接触区域KP1、KP2的上方。在完全定向之后，在压力下并且在必要时在更高的温度下进行层压，这导致根据图Id的处理状态。在本实施例中不提供通过基座衬底的背侧盖板，但可选同样是可能的。根据图lg，在图2d中设有锯切线SL1’和SL2’，沿着所述锯切线进行晶片的锯切以分割成各个芯片C’，如在图2e中示出的。尽管以上借助优选的实施例描述了本发明，但本发明不限于此，而是可以通过多种方式进行修改。尤其是，材料仅仅是示例性的并且可由其他具有所要求的机械和/或光学特性的材料替代。尽管在以上描述的第一实施例中中间衬底上的金属层是溅镀的铝层，但也可以设置例如光学有效的其他涂层，例如使用滤光涂层、抗反射涂层、偏振涂层等等。尽管在以上描述的实施方式中提到塑料膜一例如Mylar 、Melinex 或 Teonex 作为中间衬底和盖衬底的示例或者用于基座衬底的玻璃，但也可以使用其他材料用于这些衬底。衬底KS、KD或SS原则上也可以都由金属膜、玻璃、硅或其他合适的塑料构成。
权利要求
1.用于微机械构件的制造方法，所述制造方法具有如下步骤 形成具有多个穿孔(K;r )的中间衬底(1，1’，1”;2，2’ )；将盖衬底(KD ；KD')层压到所述中间衬底(1，1’，1”;2，2’ )的前侧(VS ；VS')上，所述盖衬底在所述前侧(VS ；VS')上封闭所述穿孔(K ；K’ )；将MEMS功能晶片(3 ；3’ )层压到所述中间衬底(1，1’，1”;2，2’ )的背侧(RS，RS')上；其中，使所述MEMS功能晶片(3 ;3’)相对于所述中间衬底(1，1’，1”;2，2’)如此定向， 使得所述穿孔(K ；K’ )形成所述MEMS功能晶片(3 ；3’ )的相应功能区域(FB，FB’ )上方的相应空腔。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述中间衬底(1，1’，1”;2，2’)和/或所述盖衬底(KD ；KD')具有塑料膜(KS ；KS')。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述中间衬底(1，1，，1”;2，2，)具有施加在所述中间衬底上的、前侧的和背侧的附着层(Hl，H2 ；Hl，，H2，)。
4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，所述中间衬底(1，1’，1”;2，2’)在所述前侧(W)上具有金属层(Ml)。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述中间衬底(1，1’，1”;2，2’)具有前侧的和背侧的保护膜(Si，S2 ；S2’)，在形成所述穿孔(K，K’ )之后去除所述保护膜以层压所述盖衬底(KD ；KD')和所述MEMS功能晶片(3 ；3，)。
6.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，在层压所述盖衬底(KD)之后并且在层压所述MEMS功能晶片(3)之前，相对于所述穿孔(K)在侧向上错开地形成穿过所述中间衬底(1，1’，1”)和层压上的盖衬底(KD)的通孔(D)，其中，在层压时使所述MEMS功能晶片 (3)相对于所述中间衬底(1，1’，1”)如此定向，使得所述通孔⑶设置在所述MEMS功能晶片⑶的相应接触区域(KP)的上方。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，在所述中间衬底0，2’)中和在所述盖衬底(KD’ )中设置重新布线装置(DK1，DK2)，其中，在层压时使所述MEMS功能晶片 (3’ )相对于所述中间衬底(2，2’ )如此定向，使得所述重新布线装置(DK1，DK2)设置在所述MEMS功能晶片(3，)的相应接触区域(KP1,KP2)的上方。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，在层压之前，在所述重新布线装置(DK1，DK2)和所述MEMS功能晶片(3’ )的相应接触区域(KP1，KP2)之间设置导电粘合剂(LK)。
9.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述盖衬底(KD；KD')上设置上侧的保护膜(S3 ；S3’)，所述保护膜在层压所述MEMS功能晶片(3)之后被去除。
10.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，将基座衬底(SQ层压到所述MEMS 功能晶片(3 ；3’ )的与所述盖衬底(KD ；KD')相对置的侧面上。
11.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，所述功能区域(FB；FB')具有相应的膜片区域(ME ；ME，)。
12.微机械构件，其具有具有多个穿孔(K;K’ )的中间衬底(1，1’，1”;2，2’ )；盖衬底(KD ;KD，)，所述盖衬底被层压到所述中间衬底(1，1，，1”；2，2，)的前侧(VS ； VS')上，所述盖衬底在所述前侧(VS ；VS')上封闭所述穿孔(K ；K，)；MEMS功能晶片(3 ;3’)，所述MEMS功能晶片被层压到所述中间衬底(1，1’，1”；2，2’) 的背侧(RS ；RS')上；其中，所述MEMS功能晶片(3 ;3’)相对于所述中间衬底(1，1’，1”;2，2’)如此定向，使得所述穿孔(K ；K，)形成所述MEMS功能晶片(3 ;3，)的相应功能区域(FB ；FB')上方的相应空腔。
13.根据权利要求12所述的微机械构件，其中，形成有穿过所述中间衬底(1，1’，1”)和层压上的盖衬底(KD)的穿孔(D)，其中，所述MEMS功能晶片(3)相对于所述中间衬底(1， 1’，1”)如此定向，使得所述通孔⑶设置在所述MEMS功能晶片(3)的相应接触区域(KP) 的上方。
14.根据权利要求10所述的微机械构件，其中，在所述中间衬底0，2’)中和在所述盖衬底(KD’ )中设有重新布线装置(DK1，DK2)，其中，所述MEMS功能晶片(3’ )相对于所述中间衬底(2，2’ )如此定向，使得所述重新布线装置(DK1，DK2)设置在所述MEMS功能晶片 (3，)的相应接触区域(KP1,KP2)的上方。
15.用于微机械构件的盖板，所述盖板具有 具有多个穿孔(K;K’ )的中间衬底(1，1’，1”;2，2’ )；盖衬底(KD ；KD，)，其被层压到所述中间衬底(1，1，，1”；2，2，)的前侧(VS ；VS')上， 所述盖衬底在所述前侧(VS ；VS')上封闭所述穿孔(K ；K’ )。
全文摘要
本发明提出用于加盖的微机械构件的制造方法，相应的微机械构件和用于微机械构件的盖板。所述方法具有如下步骤形成具有多个穿孔(K；K’)的中间衬底(1，1’，1”；2，2’)；将盖衬底(KD；KD’)层压到所述中间衬底(1，1’，1”；2，2’)的前侧(VS；VS’)上，所述盖衬底在所述前侧(VS；VS’)上封闭所述穿孔(K；K’)；将MEMS功能晶片(3；3’)层压到所述中间衬底(1，1’，1”；2，2’)的背侧(RS，RS’)上；其中，使所述MEMS功能晶片(3；3’)相对于所述中间衬底(1，1’，1”；2，2’)如此定向，使得所述穿孔(K；K’)形成所述MEMS功能晶片(3；3’)的相应功能区域(FB，FB’)上方的相应空腔。
文档编号B81C1/00GK102482074SQ201080039064
公开日2012年5月30日 申请日期2010年8月2日 优先权日2009年9月3日
发明者S·平特 申请人:罗伯特·博世有限公司