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  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    DieErfindung betrifft ein mikrostrukturiertes Bauelement, das mindestensaufweist:einen Chip (16, 34, 35) mit einem mikrostrukturiertenBereich (17) und einem Oberflächenbereich(1, 21, 22, 9, 33), auf dem eine nanostrukturierte, selbstorganisierteBeschichtung (13, 23, 24, 30, 32) aufgebracht ist.Die nanostrukturierte,selbstorganisierte Beschichtung kann als Antihaftbeschichtung zumAbweisen von Feuchtigkeit oder eines umgebenden Moldmaterials dienen.Weiterhin kann bei Flip-Chip- und Stack-Chip-Technologien eine Haftwirkungerzielt werden, so dass zusätzlicheVerbindungsbereiche kleiner dimensioniert werden können.
    公开号:DE102004020173A1
    申请号:DE200410020173
    申请日:2004-04-24
    公开日:2005-11-17
    发明作者:Markus Keim
    申请人:Robert Bosch GmbH；
    IPC主号:B81B1-00
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft ein mikrostrukturiertes Bauelement und ein Verfahrenzum Herstellen eines derartigen mikrostrukturierten Bauelementes.
    [0002] Dasmikrostrukturierte Bauelement kann hierbei insbesondere ein mikroelektronischesoder mikromechanisches Bauelement sein.
    [0003] MikromechanischeSensoren zeichnen sich durch bewegliche Strukturen aus, die aufgrund äußerer Einflüsse, wieBeschleunigung, Drehraten oder Druck bewegt werden, wobei dieseBewegungen in Spannungs- oder Kapazitätssignale umgesetzt und anschließend ausgewertetwerden.
    [0004] Dementsprechendsind derartige Bauelemente auch anfällig für mechanische Störungen,die durch die Verpackung auf das Bauelement einwirken. Diese Sensitivität gegenüber mechanischemStress macht es insbesondere in der Automobiltechnik mit den dortauftretenden weiten Temperaturbereichen und hohen klimatischen Beanspruchungenoft schwierig, geeignete Module mit günstigen Herstellungsverfahren,wie z.B. Bondtechniken auf Waferebene usw., zu nutzen, da nebenden elektronischen Eigenschaften des Bauelementes auch die mechanischenEigenschaften übereinen weiten Temperaturbereich und unter Einfluss von Feuchtigkeit über langeZeiträumestabil zu halten sind.
    [0005] ZumTeil werden Drehratensensoren auf ihrer Ober- und Unterseite miteinem Gel bedeckt, um eine definierte Grenzfläche zwischen Chip und Verpackungeinzustellen und mechanischen Stress abzufangen. Bei optischen Anwendungen,insbesondere Infrarot-Anwendungen zur Gasdetektion, kann ein Eindringenvon Gel in die optischen Strukturen die Funktionsfähigkeitwesentlich beeinträchtigen.
    [0006] Daserfindungsgemäße mikrostrukturierte Bauelementund das Verfahren zu seiner Herstellung weisen demgegenüber insbesondereden Vorteil auf, dass eine gute Anpassung der Eigenschaften desmikrostrukturierten Bauelementes an die jeweiligen Erfordernissemöglichist. Hierbei könneninsbesondere Beschichtungen mit wasserabweisender oder schmutzabweisenderWirkung aufgebracht werden. Der Erfindung liegt hierbei die überraschendeErkenntnis zugrunde, dass selbstorganisierende, nanostrukturierteBeschichtungen auch im Bereich der mikrostrukturierten Bauelemente,d.h. insbesondere der Mikroelektronik und Mikromechanik, zur Ausbildungvorteilhafter Wirkungen eingesetzt werden können. So können gegenüber einer Verwendung von Metallbeschichtungenoder Lacken vorteilhafte Eigenschaften erreicht werden.
    [0007] Erfindungsgemäß kann insbesondereeine Antihaftbeschichtung aufgebracht werden, die beim nachfolgendenUmspritzen des Bauelementes in ein Moldgehäuse eine Grenzschicht ausbildet,wodurch eine gezielte Delamination des Chips oder der Chips desBauelementes von dem Moldmaterial herbeigeführt werden kann.
    [0008] Weiterhinkann das Aufeinandersetzen von Chips durch eine Verbesserung derHaftung erleichtert werden, z.B. durch eine mechanische Verzahnungder beschichteten Bereiche der Chips. Hierdurch können Bondtechnikender Flip-Chip-Technologie, bei denen eine direkte Verbindung undKontaktierung zweier Chips mit ihren strukturierten Oberflächen ausgebildetwird, und chip-stack-Technologien, bei denen Chipstapel ausgebildetwerden, verbessert werden, so dass zusätzliche Verbindungsbereiche durchHaftpolymere oder Sealglas-Verbindungen kleiner ausgebildet werdenkönnen.
    [0009] DieAufbringung der Beschichtungen kann z.B. durch Sol-Gel-Verfahren oderandere Verfahren erreicht werden.
    [0010] DieErfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungenan einigen Ausführungsformenerläutert.Es zeigen:
    [0011] 1a bisd den Prozess der Beschichtung eines Oberflächenbereichs eines Bauelementesmit einer selbstorganisierenden Nanostruktur;
    [0012] 2 a)einen Sensorwafer in Draufsicht und Seitenansicht, b) das Wachstumder Antihaftbeschichtung auf dem Sensorwafer, c) den Sensorwafermit Antihaftbeschichtung;
    [0013] 3 Seitenansichteneines Sensormoduls mit a) Antihaftbeschichtung und b) Antihaftbeschichtungund gemoldetem Gehäuse;
    [0014] 4 einenFlip-Chip-Prozess zur Herstellung eines Sensormoduls: a) einen Sensor-Wafer und ASIC-Wafer in Draufsicht, b) den Sensor-Wafer und ASIC-Wafer nach Beschichtung in Seitenansicht, c) die beschichtete Seite eines Sensor- oder ASIC-Chips d) die Chipanordnung vor dem Verbinden.
    [0015] Die 1a bisd beschreiben einen Sol-Gel-Prozess zur Herstellung selbstorganisierenderNanostrukturen. Er basiert auf der Vernetzung von organischen und/oderanorganischen Molekülen zunanoskaligen Pulver bzw. vernetzten Partikel durch Zugabe von Energie.
    [0016] Aufeinem Oberflächenbereich 1 einesChips wird gemäß 1a eineStartlösung 2 mitz.B. Polymeren aufgebracht, der Reaktionsbeschleuniger 3 zugeführt werden.In der Startlösung 2 bildensich hierdurch gemäß 1a Partikel 4 aus,die gemäß 1b inihrer Anzahl und Größe zunehmenund bis zu einer kritischen Größe wachsen.Gemäß 1c wirddas Wachstum der Partikel 4 durch eine Modifikation derOberflächegestoppt.
    [0017] DieseBegrenzung der Größe des Partikelwachstumskann zum einen durch ein Stabilitätskriterium erfolgen, das einWachstum oberhalb eines kritischen Wertes begrenzt. Ein derartigesStabilitätskriteriumkann z.B. das Verhältnisder im Partikel gespeicherten Energie zu der Oberflächenspannung sein.Weiterhin kann das Partikelwachstum durch einen Wachstumshemmerblockiert werden, der die Energiebilanz im System ändert. Dieskann z.B. durch eine Änderungder Oberflächenspannungerreicht werden, wodurch die Benetzung der Oberfläche mitWasser oder einer wässrigenLösunggeändertwird, wie es z.B. durch Zugabe von Spülmittel oder anderen die Oberflächenspannungsenkenden Mitteln erreicht werden kann.
    [0018] Nachfolgendwird durch Energiezufuhr eine Vernetzung der Partikel 4 bewirkt,wodurch eine vernetzte Oberflächenstruktur 6 aufdem Oberflächenbereich 1 ausgebildetwird.
    [0019] 2 beschreibtdie Ausbildung selbstorganisierender Nanostrukturen als Antihaftbeschichtung, dieinsbesondere auf Druck- und Massenflusssensoren verwendet werdenkann.
    [0020] Aufeiner Sensorwaferoberfläche 9 eines Sensorwafers 10 wirdeine Mischung 12 von organischen und anorganischen Komponentenmit einer Dicke von wenigen Nanometern, z.B. kleinerlgleich 10 nmaufgetragen. Durch ein selbstorganisiertes Wachstum der Mischung 12 bildetsich auf der Sensorwaferoberfläche 9 einein 2 c gezeigte Antihaftbeschichtung 13 alsnanostrukturierter Oberflächenbereich.
    [0021] 3 zeigteine Anwendung der in 2d gezeigten Beschichtung beieinem Sensormodul 15. Das Sensormodul 15 weisteinen Sensorchip 16 mit einem mikrostrukturierten Bereich 17 zurMessung einer Beschleunigung, von Drehmomenten, Drehraten oder auchz.B. Infrarot-Strahlung zur Anwendung in einem Gasdetektor auf.Auf dem Sensorchip 16 ist mittels einer vakuumdichten Verbindung 18,z.B. Seal-Glas (niedrig schmelzendem bleihaltigem Glas) ein Kappenchip 19 befestigt,in dem eine den mikrostrukturierten Bereich umgebende Kaverne 25 ausgebildetoder epitaktisch abgeschieden ist. Der Sensorchip 16 weistnicht von dem Kappenchip 19 abgedeckte Bondpads 20 zurKontaktierung des Sensormoduls 15 auf.
    [0022] Erfindungsgemäß werdenauf einer äußeren Oberfläche 21 desKappenchips 19 und einer Unterseite 22 des Sensorchips 16 gemäß dem inden 2a bis 2d beschriebenenProzess Nano-Antihaftbeschichtungen 23, 24 aufgebracht,wie in 3a gezeigt ist.
    [0023] Nachfolgendwird gemäß 3b nachdem Kontaktieren der Bondpads 20 das gesamte Sensormodul 15 inein Moldgehäuse 27 auseinem Plastikmaterial oder Moldcompound-Material eingespritzt bzw.eingemoldet. Hierbei entsteht zwischen den Antihaftbeschichtungen 23, 24 unddem Moldmaterial des Moldgehäuses 27 einedefinierte Grenzschicht mit einer Delamination der Oberflächen unddes Moldcompounds, wodurch ein etwaiger Verpackungsstress z.B. durchTemperaturänderungen nichtmehr auf die aktive Sensorstruktur in dem Sensormodul 15 eingekoppeltwird.
    [0024] In 4 isteine Verwendung selbstorganisierender Nanostrukturen zur Vorbereitungvon Grenzflächenfür nachfolgendeAufbau- und Verbindungstechniken beschrieben. Hierbei können gezielt geeigneteTopographien dargestellt werden, die eine robuste Verbindung inFlip-Chip- oder stacked-Chip-Prozessenermöglichen,bei denen zwei Chips mit ihrer strukturierten Oberseite aufeinander gesetztwerden und hierdurch ein Flip-Chip-Modul 37 mit geeignetenKontaktierungen gebildet wird.
    [0025] Gemäß 4a wirdauf der Oberfläche 9 einesder 2d entsprechenden Sensorwafers 10 einenanostrukturierte Oberfläche 30 gemäß dem Prozessder 1a bis d ausgebildet. Weiterhin wird auf einerOberflächeeinem ASIC-Wafer 31 eine nanostrukturierte Beschichtung 32 ausgebildet.Aus den Wafern 10 und 31 werden nach dem Bonden durchVereinzeln Sensor-Chips 34 und ASIC-Chips 25 ausgebildet.Auf den Chips 34, 35 oder zumindest dem Sensorchip 34 sindgemäß 4c Bondpads 36 ausgebildet. DieBondpads 36 könnenhierbei vorteilhafterweise von den Beschichtungen 30, 32 durch vorherigesAuftragen eines Lackes ausgespart werden.
    [0026] Erfindungsgemäß kann eineBondtechnik bzw. Verbindungstechnik bereits auf Waferebene vorgenommenwerden, d.h. der Sensor-Wafer 10 wird auf den ASIC-Wafer 31 gesetztund befestigt, woraufhin aus dem so gebildeten Wafer-Stapel nachfolgenddie einzelnen Sensormodule durch Sägen vereinzelt werden können. Hierbeiwird eine Haftkraft zwischen den nanostrukturierten Beschichtungen 30 und 32 desSensorchips 34 und ASIC-Chip 35 erreicht,z.B. durch Verzahnungswirkung der Oberflächenstrukturen. Diese Haftkraftverringert die in den zusätzlichenVerbindungsbereichen aufzubringende Haftkraft, so dass die z.B.als Seal-Glas-Verbindungen oder auch z.B. Polymer-Verbindungen ausgebildetenVerbindungsbereiche kleiner dimensioniert werden können; eskönnenz.B. lediglich zwei oder drei Verbindungspunkte zusätzlich zuder Haftwirkung der Beschichtungen 30, 32 vorgesehensein.
    [0027] DieBondpads 36 selbst könnenauch beschichtet sein, ohne ihre elektrische Leitfähigkeitzu beeinträchtigen,z.B. durch elektrisch leitfähigenanostrukturierte Beschichtungen 40 aus SiC (Siliziumcarbid)-Nanokristallitenfür einerobuste Verbindung.
    权利要求:
    Claims (16)
    [1] Mikrostrukturiertes Bauelement, das mindestensaufweist: einen Chip (16, 34, 35)mit einem mikrostrukturierten Bereich (17) und einemOberflächenbereich(1, 21, 22, 9, 33),auf dem eine nanostrukturierte, selbstorganisierte Beschichtung(13, 23, 24, 30, 32)aufgebracht ist.
    [2] Mikrostrukturiertes Bauelement nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, dass die nanostrukturierte, selbstorganisierte Beschichtung(13, 23, 24, 30, 32)feuchtigkeitsabweisend ist.
    [3] Mikrostrukturiertes Bauelement nach Anspruch 1 oder2, dadurch gekennzeichnet, dass die nanostrukturierte, selbstorganisierteBeschichtung (13, 23, 24, 30, 32)schmutzabweisend ausgebildet ist.
    [4] Mikrostrukturiertes Bauelement nach einem der vorherigenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die nanostrukturierte, selbstorganisierteBeschichtung (13, 23, 24, 30, 32)Keramik-Nanokristalle aufweist.
    [5] Mikrostrukturiertes Bauelement nach einem der vorherigenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die nanostrukturierte, selbstorganisierteBeschichtung (13, 23, 24, 30, 32)organische Verbindungen aufweist.
    [6] Mikrostrukturiertes Bauelement nach einem der vorherigenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des nanostrukturierten Oberflächenbereiches(6, 30, 32) kleiner/gleich 20 nm, z.B.kleiner/gleich 10 nm beträgt.
    [7] Mikrostrukturiertes Bauelement nach einem der vorherigenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die nanostrukturierte, selbstorganisierteBeschichtung (13, 23, 24, 30, 32)durch ein Sol-Gel-Verfahrenvernetzte Partikel (4) aufweist.
    [8] Mikrostrukturiertes Bauelement nach einem der vorherigenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass es Bondpads (20, 36)aufweist, die mit einer elektrisch leitenden, mikrostrukturiertenOberflächenbeschichtung(40) versehen sind.
    [9] Mikrostrukturiertes Bauelement nach einem der vorherigenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass es ein gemoldetes Gehäuse (27)aus einem Plastikmaterial oder Moldcompound aufweist, wobei dienanostrukturierte, selbstorganisierte Beschichtung (23, 24)als Antihaftbeschichtung mit dem Plastikmaterial oder Moldcompoundeine Grenzschicht ohne Stoffschluss ausbildet.
    [10] Mikrostrukturiertes Bauelement nach Anspruch 9,dadurch gekennzeichnet, dass es ein Sensormodul (15) ist,das einen Sensorchip (16) mit einem mikrostrukturiertenBereich (17), einen den mikrostrukturierten Bereich (17)des Sensorchips (16) abdeckenden Kappen-Chip (19) und ein die Chips (16, 19)umgebendes gemoldetes Gehäuse(27) aufweist, und auf der Oberseite (21) desKappenchips (19) und der Unterseite (22) des Sensorchips(16) die nanostrukturierten Antihaftbeschichtungen (22, 23) aufgebrachtsind.
    [11] Mikrostrukturiertes Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis9, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Flip-Chip-Modul (37)mit zwei aneinander mit ihren strukturierten Seiten befestigtenund kontaktierten Chips (34, 35) ist, wobei dieChips (34, 35) über nanostrukturierte, selbstorganisierteBeschichtung (30, 32) unter Ausbildung einer Haftwirkunganeinander gesetzt sind.
    [12] Mikrostrukturiertes Bauelement nach einem der vorherigenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass Bondpads (20, 36)mit einer leitfähigennanokristallinen Beschichtung (40), z.B. Siliziumcarbid-Nanokristalliten,beschichtet sind.
    [13] Verfahren zum Herstellen eines mikrostrukturiertenBauelementes, mit mindestens folgenden Schritten: Herstellungmindestens eines Chips, Aufbringen einer selbstorganisierenden,nanostrukturierten Beschichtung (13, 23, 24, 30, 32)auf einem Oberflächenbereich(1, 21, 22, 9, 33)des Chips.
    [14] Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,dass auf dem Oberflächenbereich(1, 21, 22, 9, 33)eine Startlösung(2) aufgebracht wird, Reaktionsbeschleuniger (3)zugeführtwerden, nach Ausbildung von Partikeln (4) ein Partikelwachstumbeendet wird, und Energie zugeführt wird, so dass die Partikelzu der selbstorganisierenden, nanostrukturierten Beschichtung (7)vernetzen.
    [15] Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dassdie selbstorganisierende nanostrukturierte Beschichtung auf Kontaktflächen (30, 40)zweier Chips (34, 35) oder zweier Wafer (10, 31)aufgebracht wird, und die Chips oder Wafer nachfolgend mitden Beschichtungen unter Ausbildung einer Haftkraft aufeinander gelegtwerden.
    [16] Verfahren nach einem der 15 bis 16, dadurch gekennzeichnet,dass die selbstorganisierenden, nanostrukturierten Beschichtung(13, 23, 24, 30, 32)auf Außenflächen (21, 22)des Bauelementes (15) aufgebracht werden und nachfolgendein Gehäuse(27) aus einem Plastikmaterial oder Moldcompound um dasBauelement gespritzt wird
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004020173B4|2014-02-20|
    US20050250237A1|2005-11-10|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2011-04-07| 8110| Request for examination paragraph 44|
    2011-07-08| R016| Response to examination communication|
    2011-07-25| R016| Response to examination communication|
    2011-08-01| R018| Grant decision by examination section/examining division|
    2014-11-21| R020| Patent grant now final|
    2015-02-12| R020| Patent grant now final|Effective date: 20141121 |
    2018-02-07| R084| Declaration of willingness to licence|
    2019-11-01| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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