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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 100 58 593 ist bereits
ein verpacktes elektronisches Bauelement und ein Verfahren zur Verpackung
eines elektronischen Bauelements bekannt. Hierbei wird ein Gel zwischen
der Oberfläche
eines Sensorchips und einer Verpackungsmasse vorgesehen. Dabei wird
durch eine Kapillare eine dosierte Menge Gel auf die Kappenoberseite
aufgetragen. Durch das Fließverhalten
des Gels wird die Verteilung auf der Oberfläche sichergestellt. Hierbei
kann jedoch das Gel, ebenfalls aufgrund seiner Fließeigenschaften, über den
Rand der Oberfläche
hinaustreten und Schäden verursachen.
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Das erfindungsgemäße elektronische und/oder mikromechanische
Bauelement und das Verfahren mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche hat
demgegenüber
den Vorteil, dass ein Einzelchipverfahren durch ein Batchverfahren
ersetzt wird. Weiterhin weist die Schicht des erfindungsgemäßen Bauelements
eine bessere Homogenität
auf. Insbesondere ist kein Gelbuckel vorhanden und das Gel kann
auch nicht über
den Chiprand hinausfließen.
Weiterhin ist eine einfachere Prozesskontrolle, insbesondere durch
den Nachweis der Schicht und die Schichtdicke, möglich. Weiterhin ist keine
Einzelchipinspektion notwendig. Weiterhin gibt es keine Abhängigkeit
von den Fließeigenschaften.
Weiterhin ist es erfindungsgemäß vorteilhaft
möglich,
dass Bauelemente nicht mehr vergelt werden müssen, weil die Beschichtung
im Prozess noch auf dem Waferlevel stattfindet, d. h. im Gegensatz
zum Vergelen im Einzelchipverfahren wird die Beschichtung eines
gesamten Wafers in einem Schritt vorgenommen.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in den
nebengeordneten Ansprüchen
angegebenen Bauelements und des Verfahrens möglich. Besonders vorteilhaft
ist, dass die Schicht als Gel oder als Schutzlack vorgesehen ist.
Dadurch ist es mit besonders einfachen und bewährten Mitteln möglich, kostengünstig die
erfindungsgemäße Schicht
herzustellen. Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die Schicht wasserfest
und/oder temperaturstabil hinsichtlich einer Mold- und/oder Löttemperatur
und/oder elektrisch nicht leitend vorgesehen ist. Dadurch hält die Schicht
den nachfolgenden Prozessen stand, insbesondere Sägeprozessen
zur Vereinzelung der Chips, bei denen beispielsweise Wasser Verwendung
findet, Löt-
bzw. Moldvorgänge
zur Befestigung bzw. Verpackung von Chips. Weiterhin ist es dadurch
möglich,
dass die Beschichtung auch im Bereich von elektrischen Kontakten
vorgesehen sein kann, wenn die Schicht nicht leitend vorgesehen
ist. Weiterhin ist es von Vorteil, dass die Schicht lediglich auf
der Oberfläche
vorgesehen ist und seitlich kein Material der Schicht vorliegt.
Dadurch gibt es keine Probleme mit überfließendem Gel. Weiterhin ist es
von Vorteil, dass als Druckverfahren ein Siebdruck- oder ein Stempeldruckverfahren
verwendet wird. Dadurch ist es mit einfachen und beherrschten Techniken
kostengünstig
möglich,
die erfindungsgemäße Schicht
aufzubringen. Weiterhin ist es von Vorteil, dass die Schicht auf
Waferlevel aufgebracht wird. Dadurch kann die Schicht für sehr viele
Bauelemente auf einmal aufgetragen werden, was Produktionszeit und
Produktionskosten einspart.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es
zeigen
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1 ein
Bauelement gemäß dem Stand
der Technik,
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2 ein
erfindungsgemäßes Bauelement,
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3 eine
Darstellung eines möglichen
Beschichtungsverfahrens und
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4 die
Messung der Schichtdicke zur Qualitätskontrolle des Verfahrens.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist
ein Querschnitt durch ein herkömmliches
Bauelement gezeigt. Das herkömmliche Bauelement
weist einen Chip 14 auf, welcher mittels Bonddrähten 5 mit
Anschlussfahnen 4 zum Anschluss des Chips 14 an
die Außenwelt
verbunden ist. Der Chip 14 ist mittels einer Verpackung 3 verpackt.
Der Chip 14 weist beispielsweise eine mikromechanische
Struktur auf, welche durch eine Chipkappe 12 geschützt ist.
Insgesamt besteht der Chip 14 aus einem Grundsubstrat 11 und
der Chipkappe 12. Der Chip 14 weist an seiner
Chipkappe 12 bzw. seinem Kappenchip 12 eine Oberfläche 120 auf,
welche mittels eines Gels 30 von der Verpackung 3 getrennt
ist. Hierdurch wird vermieden, dass mechanischer Stress von der
Verpackung 3 auf die Oberfläche 120 und damit
auf den Kappenchip 12 des Chips 14 übertragen
wird.
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In 2 ist
ein erfindungsgemäßes Bauelement
in einer Querschnittsdarstellung dargestellt. Erkennbar ist wiederum
der Chip 14, der aus dem Grundsubstrat 11 und
dem Kappenchip 12 besteht bzw. diese umfasst, wobei der
Kappenchip 12 auch als Kappenwafer 12 bezeichnet
wird. Der Chip 14 weist erfindungsgemäß insbesondere eine mikromechanische
Struktur 100 auf. Bonddrähte 5 verbinden den
Chip 14 mit Anschlussfahnen 4, welche das Bauelement 10 zum
Anschluss an die Außenwelt
benötigt.
Der Chip 14 ist erfindungsgemäß beispielsweise auf einem
Leadframe befestigt und mittels der Verpackung 3 verpackt.
Der Leadframe ist in 2 nicht dargestellt.
Das Bauelement umfasst außer
dem Chip 14 weiterhin eine Verpackung 3, welche
den Chip 14 hermetisch versiegelt. Hierzu ist insbesondere
eine Plastikmasse als Verpackung 3 vorgesehen, wofür erfindungsgemäß insbesondere
ein thermoplastischer Kunststoff verwendet wird, der durch Spritzguss
oder durch Spritzgießen
(Transfermolden) verarbeitet werden kann. Zwischen der Oberfläche 120 und
der Verpackung 3 ist bei dem erfindungsgemäßen Bauelement
eine Schicht 31 vorgesehen. Diese Schicht 31 bzw.
diese Beschichtung 31 des Kappenwafers 12 ersetzt
das Vergelen von Einzelchips beim Stand der Technik. Die Schicht 31 bewirkt ebenso
wie die Gelschicht eine mechanische Entkopplung zwischen der Plastikmasse 3 und
dem Chip 14. Weiterhin bewirkt die Schicht 31 auch,
dass der Molddruck auf dem Chip 14 reduziert wird.
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Bekannte mikromechanische Systeme,
wie beispielsweise mikroelektromechanische Systeme, müssen nicht
zuletzt wegen der kleinen Strukturen mit Dimensionen im Mikrometerbereich
vor Umwelteinflüssen
geschützt
werden. Insbesondere bei den weiterverarbeitenden Prozessen ist
ein Schutz der empfindlichen Strukturen gegen Partikel und Prozessmedien
erforderlich. Dieser Schutz kann z. B. durch die Kappe 12 realisiert
werden, die bei bekannten mikromechanischen Systemen häufig im
Waferverbund realisiert wird, d. h. auf den Wafer, der das Grundsubstrat 11 bildet,
wird ein weiterer Wafer, der aus Kappen 12 besteht, aufgebondet.
Dieser Kappenwafer 12 muss wiederum den nachfolgenden Prozessen
standhalten. Insbesondere beim Verpacken in Plastikgehäusen können hohe
Drücke
entstehen, wie z. B. beim Molden, d. h. dem Umspritzen der heißen Plastikmasse,
die das Gehäuse 3 bildet,
unter hohem Druck. Aufgrund der im Chip eingeschlossenen Kavität, die in 2 mit dem Bezugszeichen 50 versehen
ist, kann je nach Auslegung der Geometrien die Kappe 12 bersten
oder der Chip 14 undicht werden. Um das Prozessfenster
für den
Molddruck zu vergrößern, ist
es, wie in 1 beschrieben,
bekannt, den Chip mit einem Gel zu bedecken. Die Gelbedeckung der
Kappe 12 bewirkt gleichzeitig eine mechanische Entkopplung
des Chips 14 von der Plastikmasse 3. Besteht eine
feste Verbindung zwischen der Kappe 12 und der umgebenden
Plastikmasse 3, so wird bedingt durch die erhöhten Prozesstemperaturen
mechanischer Stress aufgebaut. Auch durch das fertige Gehäuse 3 kann
mechanischer Stress von außen
auf den Chip 14 übertragen werden.
Eine aus dem Stand der Technik bekannte Gelschicht 30 kann
diesen Effekt reduzieren. Eine solche Gelschicht wird in der Regel
im Einzelchipverfahren durch das Dispensen, d. h. das Aufbringen
eines Gels auf die Kappe 12, aufgebracht. Dabei wird durch
ein Kapillare eine dosierte Menge Gel auf die Kappenoberseite aufgetragen.
Erfindungsgemäß wird das
Vergelen von Einzelchips durch eine flächige Beschichtung des Kappenwafers 12 mit
der Schicht 31 ersetzt. Hierbei bewirkt die Schicht 31 ebenso
wie die Gelschicht 30 eine mechanische Entkopplung zwischen
der Plastikmasse 3 und dem Chip 14. Diese kann
auch den Molddruck auf den Chip 14 reduzieren.
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Erfindungsgemäß erfolgt die Beschichtung der
Kappe 12 mit der Schicht 31 insbesondere im Herstellungsprozess,
d.h. noch auf dem sogenannten Waferlevel. Dies bedeutet, dass eine
Beschichtung für
die Kappen 12 des gesamten Wafers vorgenommen wird. Dies
steht im Gegensatz zum Vergelen des Kappenchips 12 beim
Stand der Technik, welches im Einzelchipverfahren vorgenommen wird.
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In 3 ist
ein Beispiel für
ein Herstellungsverfahren zum Aufbringen der Schicht 31 auf
die Oberfläche 120 der
Kappe 12 dargestellt. Dieses Aufbringen der Schicht 31 findet
erfindungsgemäß insbesondere
im Anschluss an die Waferprozesse zur Herstellung des aus dem Grundsubstrat 11 und
dem Kappenchip 12 zusammengesetzten Chips 14 statt. Hierbei
wird die gesamte Waferoberfläche,
die durch die Oberfläche 120 gebildet
wird, mit der Schicht 31 belegt. Die Schicht 31 besteht
insbesondere aus einem Schutzlack oder dergleichen, wobei die Schicht 31 den
nachfolgenden Prozessen standhalten muss. Als nachfolgende Prozesse
kommen insbesondere das Sägen,
d. h. das Vereinzeln der Chips 14 vom Waferverbund zu Einzelchips
in Frage. Weiterhin kommen Löt-
und Moldprozesse in Frage. Falls der Sägeprozess mittels Wasser stattfindet,
ist es erfindungsgemäß vorteilhaft
vorgesehen, dass die Schicht 31 wasserfest ist. Falls im
Anschluss an die Beschichtung der Oberfläche 120 mit der Schicht 31 ein
Löt- oder
ein Moldprozessschritt durchgeführt wird,
ist es erfindungsgemäß vorgesehen,
dass die Schicht 31 den Löttemperaturen bzw. den Moldtemperaturen
standhält.
Weiterhin ist es möglich,
dass die Schicht 31 im Bereich von elektrischen Kontakten abgeschieden
wird. Wenn dies der Fall ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen,
dass die Schicht 31 elektrisch nicht leitend vorgesehen
ist, sodass solche elektrischen Kontakte ebenfalls mit der Schicht 31 beschichtet
werden können.
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Die Schicht 31 kann erfindungsgemäß. insbesondere
durch ein Druckverfahren oder mittels einer Rolle aufgetragen werden.
Eine solche Rolle 60 ist in 3 dargestellt.
Die Rolle 60 dreht sich bei dem Aufbringen der Schicht 31 über die
Oberfläche 120,
d. h. über
den Waferverbund der Chips 14. Die Rolle 60 nimmt
dabei von einer Versorgungseinrichtung, die in 3 mit dem Bezugszeichen 70 versehen
ist, das Material der Schicht 31 auf und überträgt das Material
auf die Oberfläche 120 der
Chips 14. Hierdurch kann eine definierte, homogene Schichtdicke
der Schicht 31 auf der Oberfläche 120 der Kappe 12 des
Chips 14 hergestellt werden. Dies ist in 4 dargestellt, wo mittels durch die Bezugszeichen 80 bezeichneter
Pfeile eine Kontrolle der Schichtdicke 31 und deren Gleichmäßigkeit
vorgenommen werden kann. Auch in 4 ist
wiederum das Grundsubstrat 11, der Chip 14 und
die Kappe 12 dargestellt. In 3 ist
jedoch nur eine Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens
dargestellt. Erfindungsgemäß kann es
ebenso vorgesehen sein, dass die Schicht 31 mittels eines
Druckverfahrens, insbesondere mittels Siebdruck oder Stempeldruck
oder dergleichen, auf die Oberfläche 120 aufgebracht
wird. Dadurch kann der Bereich, in dem die Beschichtung 31 aufgebracht
wird, gezielt festgelegt werden. So kann z. B. der Bereich der elektrischen Zuleitungen
von der Beschichtung mittels der Schicht 31 ausgenommen
werden. Unmittelbar nach der Beschichtung kann die Qualität der Schicht 31,
insbesondere ihre Homogenität,
ihre Schichtdicke und dergleichen, gemessen werden. Dies ist in 4 dargestellt. Die nachfolgenden
Prozesse zur Fertigstellung des erfindungsgemäßen Bauelements können dann unverändert fortgeführt werden.