WO2014202283A2 - Verfahren zum aufbringen einer strukturierten beschichtung auf ein bauelement - Google Patents

Verfahren zum aufbringen einer strukturierten beschichtung auf ein bauelement Download PDF

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Definitions

  • the application relates to a method for applying a structured coating on a surface, for example ⁇ an electrical component and in particular a method for encapsulating an assembly comprising a MEMS component.
  • MEMS components are mechanically sensitive electromechanical components whose micromechanical structures or moving parts are mechanically sensitive and, moreover, for trouble-free operation, as a rule, a free volume in the area of the micromechanical structures
  • MEMS components can be designed as actuators, sensors, actuators or as microphones.
  • MEMS microphones have a microstructured membrane and require a closed volume in front of and / or behind the membrane, which can be used as an acoustic back volume.
  • MEMS components which are applied together with at least one chip component, in particular an ASIC on a support and form with these an assembly or a module. About it is to
  • an encapsulant which may include a cap or an adjacent film cover.
  • a sound opening can be guided by the carrier.
  • measures are provided to seal the MEMS components on the one hand against the carrier and the To provide a closed return volume to others above the MEMS component in the encapsulation. It is also possible to seal the top of the MEMS component pointing away from the carrier above the membrane.
  • thermoformable film is applied over the assembly and sealed against the carrier.
  • the sound opening can then be generated through the encapsulation above the membrane, or be passed as a hole from below through the support below the membrane.
  • a structured coating can be applied to the surface of a component.
  • the surface has a coating area and an area not to be coated, wherein the
  • To define the coating area is in a
  • Step a) applied to the device initially a release film and within the not to be coated Area at least partially fixed. In the coating area, the release film is removed in a step b). As a result, a negative structure of the later structured coating consisting of the release film is virtually produced.
  • coating area is in a step e) the adhesion of the release film at least in the line of separation
  • Off-coating which is separated from the coating in the coating area, lifted off.
  • the desired structured coating remains in the coating area, while the area not to be coated is exposed again.
  • the process can be carried out so that the coating in the area not to be coated completely and
  • the method has the advantage that any coating structured and thereby independent of the
  • films can be used which are known in particular as UV release tape or as thermal release tape. Depending on the type of release film, their adhesion to surfaces can be reduced by exposure to UV light, laser or thermal exposure. At least in the area of the interface at which the
  • Release film adheres to a surface that permanently changes the chemical or physical properties of the release film.
  • chemical bonds can be broken or reactive groups, which are responsible in particular for the liability, are converted into less reactive or, in particular, less polar groups. It is also possible to change the physical consistency at the boundary layer and, for example, to melt a layer, to foam or to evaporate.
  • release films are already known for the temporary fixing of semiconductor wafers, which then after a processing step again from the
  • release films also films can be used, which are coated accordingly, so that their adhesion reduce or cancel it out by the means mentioned above. It is also possible to first apply a release layer on the non-coated surface and then a normal film. By exposure to light or heat, the release layer can be decomposed or detached.
  • Release film have multiple layers, wherein preferably the lowermost layer of the release film is the one whose adhesion or structural integrity can be reduced or reduced by said means.
  • a ratio of the adhesion before and after its reduction by the release step of at least 5: 1, preferably higher than 10: 1 is desired.
  • a typical layer thickness for a release film is in the range of 1 .mu.m to 200 .mu.m, but depending on the application and intended use, it can also be greater or less. If the release film is used to span a space between two components or a recess in a surface, its thickness should be selected to be high enough to maintain sufficient mechanical stability.
  • the device to which the patterned coating is applied is part of an assembly or module that includes one or more MEMS devices. Components and one or more chip components. These components are arranged on a support. The component to be coated may be one of these components or the entire assembly or the entire module.
  • the application of the coating according to the proposed method can be carried out so that the coating seals each of the components or the components as a whole as an assembly or module against the carrier.
  • the method then produces a structured coating which has media access to the assembly and in particular to the MEMS component in the area not to be coated.
  • the media access is for all such MEMS components
  • the media access therefore creates a free channel to the micromechanical structures of the MEMS component such as a membrane, which serves as a sound channel, for pressure equalization or for the access of
  • Environment media is suitable for determining a parameter of the medium.
  • the coating may be applied over the package or module to span spaces between the components.
  • the coating may also be applied so that, with sufficient spacing between the components, the film may be drawn around or around one or more subassemblies of the assembly to the surface of the carrier where it can be sealed to the surface of the carrier.
  • the coating may comprise multiple sublayers that may be applied together or sequentially.
  • a partial layer can also be metallic.
  • the release film can already be applied and patterned on the MEMS wafer on which a multiplicity of MEMS components are processed in parallel.
  • the adhesion of the release film to the surface can be reduced in the coating area and the release film can subsequently be reduced to exactly this area
  • the individual MEMS components are then separated on the MEMS wafer only after the structuring of the release film.
  • the individual MEMS components are, if necessary
  • This variant of the method has the advantage that the structuring step attributable to the release film can be carried out at MEMS wafer level in a time and cost-saving manner.
  • This process variant is particularly suitable for thermally stable release films whose adhesion can be reduced in other ways, in particular by UV exposure.
  • a method has to be selected which is at low temperature can be carried out. Then, a release film can be used, which can be thermally reduced in their liability.
  • Release film cuts into the release film along first parting lines around the non-coating
  • the release film is also to reduce the adhesion of the release film to the surface throughout the coating area and to facilitate removal of the release film in the entire coating ⁇ area.
  • the reduction of the adhesion of the release film on any substrates in selectively selected areas is preferably carried out by means of UV irradiation, with a UV release tape being used as the release film.
  • a location-selective or structuring exposure can take place by means of a mask. It is also possible to scan with a light or laser beam only over those areas of the UV release tape in which the adhesion of the
  • Dividing lines can be made congruent with the first dividing lines. However, it is also possible that the second dividing line is within that of the first dividing line
  • the second parting line may also be slightly outside the area enclosed by the first parting line.
  • distances to the first parting line up to 5 times the thickness of the coating or up to about 100 ⁇ m are possible. This can be achieved in many cases in the later step f) still a simple lifting of the coating.
  • the adhesion of the release film in the area not to be coated is reduced by using appropriate means.
  • This can be done in different ways and depends on how strong the release film in this area still adheres to the ground.
  • the adhesion of the release film to the substrate can be practically complete
  • the cut out ⁇ release film with the aid of a further provided with relatively low adhesion adhesive sheet can be peeled off. It is also possible to carry out the removal with other mechanical measures or by suction.
  • the method is used to encapsulate an assembly or module that includes a MEMS microphone as a MEMS component mounted within a package on the carrier.
  • the recess above the microphone diaphragm of the MEMS component constitutes the area not to be coated, which must remain free from mechanical stress and other contamination during and after the coating process.
  • a further cavity receiving the encapsulated assembly may be enclosed and sealed by means of a cover over the assembly.
  • a cover it is possible to provide either a flat support and thereon a mechanically stable cap, which after applying a cavity encloses itself as a cover to apply.
  • a trough-shaped carrier in whose trough the assembly is arranged. It can then be applied a flat cover and connected to the carrier so that it covers the tub.
  • Another possibility is to provide around the assembly on the support a frame at a height which is higher than the highest component of the assembly. A flat plate may then be placed ⁇ on the frame and are attached so that a tightly sealed cavity is formed as Ab ⁇ cover.
  • the cap can be fixed with adhesive. It may be metallic, comprise a sheet metal part, produced by electroforming or comprise a metallized plastic part. To improve an electromagnetic shielding
  • the cap on the carrier can be connected to a ground potential. Then it is advisable to solder the cap or fix it with electrically conductive adhesive.
  • At least one sound opening is provided in the cover or in the carrier. This may be done before the MEMS component is applied to the carrier before the cover is applied to the carrier or after the cap is applied to the carrier. Upon subsequent generation of the sound opening access to the cavity under the cover or the media access to the microphone membrane is made so that thereby no impurities are introduced into the cavity, which could interfere with the function of the microphone membrane.
  • the coating can seal a first volume between the membrane and the carrier against a second volume between the membrane or coating and the cover.
  • the first sealed volume still includes at least one gap between the MEMS and chip components. Further corresponding or
  • interconnected volumes may be formed by spaces between and under the components
  • the components are applied at a distance from the carrier, for example via bump connections which, as a kind of spacer, virtually maintain the volume between the carrier and at least one of the components.
  • thermoformable film is applied over the assembly as a coating.
  • a thermoformable film has, in particular at elevated temperature plastic self ⁇ properties on.
  • thermoformable film may comprise an elastic component which, at the application temperature, guarantees the desired mechanical properties, in particular sufficient plastic deformability.
  • the thermoformable film comprises another component that can be cured to a thermoset through hardened. It is also possible that the film comprises a polymer in the B state, which already has a low degree of crosslinking and after being laminated in a cured state with stable mechanical properties can be transferred. By curing, the formability of the coating is lost, so that a mechanically stable and firmly seated on the Trä ⁇ ger and the assembly coating is obtained.
  • a laminating film suitable for the coating may have a thickness of advantageously 10ym to 200ym.
  • the coating may soften during the application process to conform snugly to each component of the assembly, but at least to the side and top.
  • the release film can be used for the mechanically stabilizing covering of such intermediate spaces. This is the
  • the release film during structuring in those areas on the module in which they should exert a supporting function for the coating applied thereto, especially just in a bridge area over the space between two components.
  • the release film is not removed in the bridge area and preferably also not reduced in adhesion. Therefore, it can support the coating in the bridge area and prevent the coating from sinking into the gap during coating.
  • the release film used is a thermal release tape whose application takes place only after the release film
  • the Structuring the release film according to process steps b) can then be carried out thermally, wherein the thermal energy required to reduce the adhesion can be registered via a laser. After the application of the layering, the adhesion of the entire remaining release film can then be reduced by thermal action by placing the assembly on a hotplate, by IR irradiation or by exposure to a hot air blower. This thermal release may be prior to creating the second cuts
  • the coating can then be removed.
  • the coating can after application
  • a base metallization for example by sputtering, vapor deposition or treatment with a nucleating solution is generated.
  • the basic ⁇ metallization may be enhanced in an electroplating or electroless process from a solution. It is also possible, the reinforcement of the base metallization by
  • metal particles optionally with thermal treatment to effect.
  • the metal particles can be any metal particles.
  • the metallization may be produced to a thickness sufficient to provide sufficient mechanical stability of the coating over the package.
  • the coating resting directly on the carrier is removed except for an edge region adjacent to the assembly and completely enclosing it. In the entire edge region, the coating still closes tightly with the carrier. So you can also complete the optionally applied thereto metallization also with the carrier and it is a hermetic closure of the assembly
  • a cap is then placed on the liberated from the coating area of the carrier and preferably glued to the carrier.
  • a MEMS microphone is mounted on the carrier as a MEMS component by means of flip-chip technology. These are solder balls, gold Studbumps or alternatively also
  • the assembly is provided with a cap in which a sound opening is provided as a cover.
  • the sound opening is placed so that it is arranged over a gap between two components.
  • the sound channel is also with the volume below the microphone diaphragm in
  • Bridge area seals The sealant is or will later provide an opening that is extended through the coating into the gap. This creates the said continuous sound channel through sound opening, sealant and coating in the interspace and
  • the sealant may be applied as a viscous mass after placing the cap through the sound opening and
  • the sealant may also be placed over the gap prior to placement on the coating.
  • a sealing means a sealing ring of an elastic material can be used, which is arranged on the coating over the gap or at the appropriate place in the cap / cover.
  • the sealing ring is dimensioned so that it is firmly between the coating and cover when placing the cap or the cover
  • FIGS. 9a to 9k show different process stages in the production of the coating by means of a UV
  • Figures 10 to 14 show various other embodiments of structured coated assemblies and provided with a structured coating components.
  • FIGS. 15a and 15b show components with a metallically reinforced structured coating.
  • FIGS. 16a to 16i show different process stages of a process for producing a coating by means of a thermal release tape.
  • FIG. 17 shows a further variant of an encapsulated one
  • FIG. 18 shows a component with a structured one
  • FIGS. 19a to 19d show different process stages in the production of a sound channel in an encapsulated component with a MEMS microphone.
  • FIG. 1 shows, in a schematic cross section, a component BE on whose surface a release film RT is applied. The release film adheres in the example shown on the entire surface of the device BE. In the release film RT, a coating area CA and an area UCA not to be coated are now defined.
  • the adhesion of the release film RT to the surface of the component BE is reduced.
  • this can be done by thermal effects or by light / UV exposure.
  • Release film has then in the area to be coated CA only little or no adhesion on the surface of the device BE, but still has a structural cohesion, see Figure 2A.
  • first incisions are made along a first separation line TL1
  • the first parting lines are guided so that they do not beschich ⁇ border area UCA in the form of a closed line
  • FIG. 2B shows the first parting lines TL1 around the region UCA which is not to be coated, without the adhesion of the release film RT
  • the release film in the coating ⁇ area CA is removed so that only in the non-area to be coated UCA remains on the surface of the construction elements BE ⁇ a part of the release film S RT. Removing the
  • FIG. 4 shows the arrangement on this process stage.
  • FIG. 5 shows the arrangement after the application of a coating LF, which is applied over the entire surface of the component and over the remaining structure RT S of the release film RT.
  • the coating is very ⁇ surface preferably resting and may include different materials.
  • the coating may comprise a thin-layer-applied layer or a layer sequence.
  • the coating may comprise organic layers, for example resin layers, foils, inorganic vapor-deposited, sputtered or CVD-deposited insulating layers. Metal layers can also be applied as a coating or as a partial layer of the coating.
  • the coating LF is now largely or completely removed along second dividing lines TL2, which are guided substantially parallel to the first dividing lines TL1 and are arranged in the edge region of the non-coating region UCA. The incisions are made so that in it the remaining
  • FIG. 6 shows the arrangement on this process stage. But it is also possible that along the second dividing lines TL2 also the Release film RT S is removed (not shown in the figure). The second parting line TL2 can also be led just outside the remainder of the release film RT S.
  • FIG. 8 shows the arrangement at this process stage, ie a component which has a coating LF in a coating area CA, which coating is removed in the area UCA which is not to be coated and there exposes the surface of the component BE.
  • the proposed structuring method is particularly suitable for those components which have a sensitive surface in the region which is not to be coated, for example sensitive component structures arranged there. With the presented method, coatings on such surfaces can be gently removed and thus structured.
  • the coating method is used on the surface of a component BE, which has recesses AN.
  • the component BE is a MEMS component which has MEMS structures on the bottom of the recess, in particular a membrane, as used in a MEMS microphones or pressure sensors.
  • FIG. 9a shows schematically and by way of example such, a Vi number of recesses AN having MEMS wafer as a component BE with recesses AN or cavities.
  • a release film RT on the top surface of the MEMS wafer ⁇ BE, comprising a plurality of MEMS devices is applied such that the release film RT spans the recesses.
  • the adhesion of the release film to the surface of the component BE or of the MEMS wafer can be enhanced by pressure and / or temperature, in particular by a lamination method.
  • FIG. 9b shows the arrangement on this process stage.
  • the adhesion of the release film RT in the region CA to be coated is reduced, which in the present example is preferably effected by the action of UV radiation (indicated by corresponding arrows in FIG. 9C).
  • the exposure can be structured via a mask MA
  • the exposure can be performed by scanning with a laser beam.
  • Exposure takes place in such a way that the release film RT is reduced in adhesion in a region around each recess, wherein an evasive wide edge region remains between the exposing region and the edge of the recess, in which the release film adheres well to the surface of the component BE.
  • an inverse principle can be applied, in which the adhesion of the release film by
  • Such regions may lie in the area of the dividing lines, in which a separation and thus a separation
  • the remaining release film structures RTS cover the recesses AN and close them.
  • the components BE can be singulated by making cuts between the individual component areas in and through the MEMS wafer, eg by sawing.
  • the MEMS structures are protected inside the recesses AN with respect to the separation processes by the remaining structure of the release film RTS.
  • the component BE contaminate.
  • Figure 9e shows so
  • FIG. 9f The isolated MEMS components BE protected with the release film structure RTS can now be further processed individually. For this they are placed on a support T: and connected electrically and mechanically with these.
  • carriers are organic or inorganic
  • Multi-layer laminates e.g., glass fiber / epoxy category FR4, HTCC, LTCC or other materials.
  • the carrier TR can be a composite substrate on which a plurality of modules or assemblies can be processed in parallel
  • FIG. 9f the MEMS component MK here
  • di is to example next to the device yet another chip component ⁇ CK provided in the module or the module, together forming an assembly.
  • the assembly may include other components ⁇ course itself.
  • FIG. 9g shows the arrangement with assembled components.
  • a coating LF is now applied over the assemblies and the exposed surface of the carrier TR so as to be flush with the surface of the carrier around the assemblies in an edge region.
  • the coating conforms to and encloses the surfaces of all components also on the side. Narrow gaps between assembled components of a module can also be covered by the coating.
  • a coating method for manufacturing such a conformal coating for example, a laminating method, wherein as a coating, a laminating film is ⁇ is set.
  • a Laminable film may be a thermoplas ⁇ diagram film, but preferably a thermally include formable adhesive sheet which cure in a later step can.
  • FIG. 9h shows the arrangement at this process stage.
  • the remaining release film structure RTS over the recesses serves to ensure that the
  • Coating LF can not penetrate into the recesses and come into contact with the arranged at the bottom of the recess MEMS structures or even damage them and in the
  • the adhesion of the remaining release film structure is reduced. In FIG. 91 this is indicated by the action of radiation. However, it is possible to reduce the adhesion by thermal action.
  • the coating LF is removed along second dividing lines TL2.
  • a direct structuring method is available, for example a laser structuring.
  • the second parting line TL2 is guided so that it strikes the edge of the MEMS component MK which delimits the recess and at the same time has sufficient clearance to the edge
  • the second separation line TL2 may be coverage ⁇ performed simultaneously with the first parting line TL1 and defines the region not to be coated UCA, in which the release film including the above coating applied RTS is removed. However, it is also to enable the second separation line ⁇ preferably inwardly towards the recess AN to against the first parting line, but remains always maintained a distance from the recess.
  • Figure 9J shows the arrangement at this stage of the process. However, the second dividing line TL2 can also be led slightly further outwards, as already explained above.
  • the adhesion-reduced part of the release film RTS in the area UCA to be coated is removed. Depending on the strength of the remaining liability different methods can be used. If the release tape has little or no adhesion to the MEMS component, it is in an extreme case loose and can be blown off, for example. Alternatively, it can be done with the help of a
  • FIG. 9k shows the arrangement when removing the release film RTS in the area not to be coated.
  • the recess AN is now freely accessible from above, while the coating rests firmly on the assembly in the remaining region and seals it against the carrier TR.
  • a volume is enclosed under the coating LF, which encloses all interspaces between chip component, MEMS component and carrier.
  • the microphone membrane which forms the bottom of the recess, closes off the trapped volume.
  • the arrangement can now additionally be further protected, as shown in FIG. 10, by placing a cap KA on the carrier above the assembly covered with the coating, which leaves a space above the assembly but closes tightly with the carrier TR. It concludes the
  • cap KA Interior under the cap KA another volume, which is bounded at the bottom by the coating LF and the membrane.
  • the cap KA may be secured to the carrier with a bonding agent, such as an adhesive.
  • a metallic cap can also be soldered on.
  • the MEMS component formed as a MEMS microphone MK the two define volumes separated from each other underneath the cap and below the coating ⁇ front volume and the back volume, the allocation can be made different.
  • Figure 10 shows such an arrangement.
  • cap KA is applied over the modules on the carrier TR, a separation of the modules can take place in the next step.
  • a separation of the modules can take place in the next step.
  • FIG. 11 shows an isolated one
  • FIG. 12 shows an assembly in which the coating LF is drawn between two components up to the surface of the carrier and terminates therewith.
  • the volume trapped between the coating and the carrier can be reduced by the spaces between the components. This is advantageous if this volume is used as the front volume and the sound opening is provided in the carrier as in FIGS. 11-13.
  • a housing trough can be employed, and MEMS chip component are fixed on the bottom so that the upper edges of the trough over the top of compo nents ⁇ survive.
  • the components are mounted inside and as previously with a
  • Coating that separates the assembly in a coating area and a non-coated area.
  • the coating can be pulled over the entire housing tray so that it covers their side edges.
  • a flat cover CR can then be applied to the edges of the housing trough so that the edges close all around with the flat cover and thus a volume is enclosed in the housing trough.
  • the drawn over the edges of the housing tray coating F can be used as a connecting means serve, in particular if the coating LF is thermally softenable or even sticky.
  • This device can be manufactured with a single housing tray. However, it is also possible to use a composite substrate on which a plurality of housing wells are already preformed. Then, the assembly of the components and the application of the flat cover CR as surface process or in multiple use is possible.
  • FIGS. 15a and 15b show a further variant in which the coating comprises at least two partial layers. As the first sub-layer of the coating a laminate film LF is placed ⁇ introduced. As a second sub-layer of the coating, a metal layer ML over the entire surface of the laminate film LF
  • the metal layer ML may consist of a thin titanium-comprising adhesive layer and a few micrometers thick reinforcing ⁇ layer of electroless or electrodeposited Cu or PVD deposited by a deposited Ni layer.
  • wet-chemical processes are also suitable for the separation and structuring of the metal layer, since the component is protected by the coating against solvent, acid or base attacks.
  • the components may be mounted on a flat support, but may be mounted internally on the bottom of a housing pan as shown in Figure 15a.
  • Both the first partial layer (laminate film LF) and the second partial layer (metal layer ML) can be pulled over the side walls of the housing trough. Also the taking off of a Metal coating ML comprehensive coating can like
  • separation takes place along second separating lines around the recess on the MEMS component.
  • FIGS. 16a to 16i show a further process variant in which the release film RT used is a thermal release film.
  • a suitable release film is example ⁇ as REVALPHA TM by Nitto Denko. Because of the thermal sensitivity of the release film, this process variant differs in that chip and MEMS component CK, MK are first mounted on the carrier TR, before the release film is applied. As a result, premature release due to thermal processes during assembly of the
  • the carrier is preferably
  • Release film RT applied over the two components. If the components have different heights, as shown in FIG. 16, the release film RT can only be applied to the component projecting furthest above the carrier, which is usually the MEMS component MK. Above the chip component CK, the release film RT is not on.
  • the coating LF is then separated as shown in FIG. 16f along second parting lines TL2 in accordance with the structuring of the release film RT. After separation, the release film together with the deposited separated coating LF is not to be coated
  • Sections along the second parting lines TL2 reduce the adhesion of the release film over the entire surface, in which the entire assembly is exposed to an elevated temperature sufficient to reduce the adhesive forces of the release film on the MEMS component MK.
  • a suitable temperature / time profile is set, which can be carried out in an oven and / or on a hotplate and / or under an infrared radiator.
  • the release step can be combined in this way also with the curing of the coating used laminate film LF.
  • FIG. 16g The lifting of the release film RTS together with the coating LF above it is easier with the thermal release film, since its adhesive forces can be almost completely eliminated.
  • FIG. 16h As a finished component, chip and MEMS component remain on the carrier, which are covered with the coating LF against the carrier. The recess in the MEMS component above the membrane or the other
  • FIG. 16i shows such a finished component in which the sound opening SO is provided below the MEMS component MK in the carrier TR.
  • FIG. 17 shows a variant in which the sound opening SO is provided in the cap KA.
  • Figure 18 shows a variant in which instead of a cap, a flat cover CR on a housing as pan
  • FIGS. 19a to 19d show different process steps in a variant of the method which allows the function of the two enclosed volumes to be interchanged.
  • the starting point is a component in which a chip component CK and a MEMS component MK mounted on a support TR and covered by a coating LF against this and as it has already been shown and described in Figure 14 or Figure 17.
  • the cap KA which covers the components on the carrier, a sound opening SO on.
  • the sound opening is not centered over the recess of the MEMS component, but over a gap
  • the volume between the coating LF and the cap KA represents the front volume FV.
  • a sealant DM is introduced between cap KA and coating LF and, for example, applied as liquid sealant LD, as shown. This can be done by jetting, dispensing, needle transfer or similar procedures.
  • FIG. 19c shows the arrangement in this process stage, in which the sound opening is closed from the inside with a plug DM from the sealing means, which at the same time also seals off towards the coating LF. Through the sound opening SO and the plug, or the sealant DM through access to the previous back volume is now created. For this purpose, an opening through the sealant DM and the underlying
  • Coating LF produced therethrough For this purpose, a drilling method is used, in particular a laser drilling method. As a result, a sound channel SK is generated which, as shown in FIG. 19d
  • volume between MEMS component and chip component and between the components and the carrier TR opened. Since the sound channel is sealed against the volume RV between the coating and the cap, opens the sound channel access to the front volume FV, while the other volume than
  • the sealant can be applied in liquid form and
  • the cap KA is placed so that it presses with sufficient force against the sealant and so there is a good seal between the cap and coating over the gap. It is also possible to produce the arrangement shown in FIG. 19d in that an annular seal is placed or fastened in the region of the later sound channel before the cap is put on. Again, the cap preferably presses sufficiently firmly against the sealing means designed as a sealing ring, so that here the sound channel SK tight against the later
  • Coating is therefore not limited to these.
  • the process can rather coatings on any
  • Surfaces or components are generated and structured, in which either a recess in the component is spanned in the interim by a coating or in which a coating in the region of sensitive structures must be gently removed.
  • LF coating e.g., laminate film
  • SK sound channel (formed by SO, opening in DM and in LF, gap between components and between MK and TR)

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Abstract

Zur Herstellung einer strukturierten Beschichtung, beziehungsweise zum schonenden Abheben einer Beschichtung über einem empfindlichen Bereich wird vorgeschlagen, im nicht zu beschichtenden Bereich unter der Beschichtung eine Releasefolie aufzubringen und zu strukturieren. In einem Releaseschritt wird die Releasefolie im nicht zu beschichtenden Bereich in der Haftung reduziert und anschließend zusammen mit der darüber aufgebrachten Beschichtung abgehoben.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Aufbringen einer strukturierten Beschichtung auf ein Bauelement
Die Anmeldung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer strukturierten Beschichtung auf eine Oberfläche, beispiels¬ weise eines elektrischen Bauelements und insbesondere ein Verfahren zur Verkapselung einer Baugruppe, die eine MEMS- Komponente umfasst.
MEMS-Komponenten sind mechanisch empfindliche elektromechani- sche Bauelemente, deren mikromechanische Strukturen oder bewegliche Teile mechanisch empfindlich sind und die darüber hinaus zur störungsfreien Funktion in der Regel ein freies Volumen im Bereich der mikromechanischen Strukturen
erfordern. MEMS-Komponenten können als Aktoren, Sensoren, Stellglieder oder auch als Mikrofone ausgebildet sein. MEMS- Mikrofone weisen eine mikrostrukturierte Membran auf und benötigen ein abgeschlossenes Volumen vor und/oder hinter der Membran, welches als akustisches Rückvolumen genutzt werden kann .
Bekannt sind als Mikrofone ausgebildete MEMS-Komponenten, die zusammen mit zumindest einer Chipkomponente, insbesondere einem ASIC auf einem Träger aufgebracht sind und mit diesen eine Baugruppe bzw. ein Modul bilden. Darüber ist zum
mechanischen Schutz und zur Bereitstellung eines abgeschlossenen Volumens eine Verkapselung aufgebracht, die eine Kappe oder eine anliegende Filmabdeckung umfassen kann. Eine Schallöffnung kann dabei durch den Träger geführt sein. In diesem Fall sind Maßnahmen vorgesehen, um die MEMS- Komponenten zum Einen gegen den Träger abzudichten und zum Anderen über der MEMS-Komponente in der Verkapselung ein abgeschlossenes Rückvolumen vorzusehen. Möglich ist es auch, die vom Träger wegweisende Oberseite der MEMS-Komponente oberhalb der Membran abzudichten. In einem bekannten
Verfahren zur Herstellung einer solchen Verkapselung wird über der Baugruppe eine tiefziehbare Folie aufgebracht und gegen den Träger abgedichtet. Die Schallöffnung kann dann durch die Verkapselung hindurch oberhalb der Membran erzeugt werden, oder als Bohrung von unten durch den Träger hindurch unterhalb der Membran geführt werden.
In allen Fällen besteht jedoch das Problem, die Verkapselung der MEMS-Komponente oder einer eine MEMS-Komponente
enthaltenden Baugruppe so durchzuführen, dass die beweglichen Teile der MEMS-Komponente während des Verkapselungsverfahrens nicht beschädigt oder verschmutzt werden und ein
zuverlässiger Betrieb der MEMS-Komponente gewährleistet bleibt . Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach
Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Mit dem vorgeschlagenen Verfahren kann auf der Oberfläche eines Bauelements eine strukturierte Beschichtung aufgebracht werden. Die Oberfläche weist einen Beschichtungsbereich und einen nicht zu beschichtenden Bereich auf, wobei das
Verfahren im Ergebnis eine Beschichtung ausschließlich im Beschichtungsbereich erzeugt.
Zur Definition des Beschichtungsbereichs wird in einem
Schritt a) auf das Bauelement zunächst eine Releasefolie aufgebracht und innerhalb des nicht zu beschichtenden Bereichs zumindest teilweise fixiert. Im Beschichtungsbereich wird in einem Schritt b) die Releasefolie entfernt. Als Ergebnis wird quasi eine aus der Releasefolie bestehende Negativstruktur der späteren strukturierten Beschichtung erzeugt.
Über dieser Negativstruktur und die Oberfläche des Bauelements wird nun in einem Schritt c) ganzflächig eine
Beschichtung aufgebracht.
Zur Definition des Beschichtungsbereichs wird die
Beschichtung in einem Schritt d) entlang einer ersten
Trennlinie umlaufend um den nicht zu beschichtenden Bereich aufgetrennt .
Zur besseren Ablösung der Beschichtung im nicht zu
beschichtenden Bereich wird in einem Schritt e) die Haftung der Releasefolie zumindest im von der Trennlinie
umschlossenen Bereich, vorzugsweise aber vollständig
reduziert. Diese Reduzierung kann aber auch direkt nach der Aufbringung der Beschichtung durchgeführt werden.
Anschließend wird in einem Schritt f) die in ihrer Haftung reduzierte Releasefolie samt der darüber befindlichen
Beschichtung, die von der Beschichtung im Beschichtungsbereich getrennt ist, abgehoben. Es verbleibt die gewünschte strukturierte Beschichtung im Beschichtungsbereich, während der nicht zu beschichtende Bereich wieder frei liegt. Das Verfahren kann so geführt werden, dass die Beschichtung im nicht zu beschichtenden Bereich vollständig und
rückstandsfrei abgehoben wird. Das Verfahren hat den Vorteil, dass eine jegliche Beschichtung strukturiert und dabei unabhängig von der
Haftung auf der Oberfläche auch über empfindlichen
Oberflächen oder Strukturen einfach wieder entfernt werden kann, ohne dabei die empfindliche Oberfläche zu beschädigen. Diese sind während des Aufbringens und der Strukturierung der Beschichtung durch die Releasefolie geschützt. Das Abheben auch festhaftender Beschichtungen ist so problemlos möglich. Die im Verfahren eingesetzte Releasefolie kann auf die
Oberfläche aufgeklebt oder auflaminiert werden.
Als Releasefolien können Folien eingesetzt werden, die insbesondere als UV-Releasetape oder als Thermalreleasetape bekannt sind. Je nach Typ der Releasefolie kann deren Haftung auf Oberflächen durch Einwirken von UV-Licht, mittels Laser oder durch thermische Einwirkung reduziert werden. Dabei werden zumindest im Bereich der Grenzfläche, an der die
Releasefolie auf einer Oberfläche haftet, die chemischen oder physikalischen Eigenschaften der Releasefolie dauerhaft verändert. Durch die Einwirkung können chemische Bindungen aufgebrochen werden oder reaktive Gruppen, die insbesondere für die Haftung verantwortlich sind, in weniger reaktive oder insbesondere weniger polare Gruppen überführt werden. Möglich ist es auch, die physikalische Konsistenz an der Grenzschicht zu verändern und beispielsweise eine Schicht aufzuschmelzen, aufzuschäumen oder zu verdampfen. Solche Releasefolien sind bereits zum temporären Fixieren von Halbleiterwafern bekannt, die dann nach einem Bearbeitungsschritt wieder von der
Releasefolie abgehoben werden müssen.
Als Releasefolien können auch Folien verwendet werden, die entsprechend beschichtet sind, so dass sich ihre Haftung durch die genannten Mittel reduzieren oder ganz aufheben lässt. Möglich ist es auch, zunächst eine Trennschicht auf der nicht zu beschichtenden Oberfläche aufzubringen und darüber dann eine normale Folie. Durch Einwirken von Licht oder Wärme lässt sich die Trennschicht zersetzen oder ablösen .
Möglich ist es jedoch auch, als Releaseschicht eine
Zwischenschicht auf die Oberfläche aufzubringen, die sich beim Aufschmelzen, Aufschäumen oder Verdampfen von der nicht benetzbaren Oberfläche trennt, beispielsweise eine
aufgedampfte Zinnschicht. In allen Fällen kann die
Releasefolie mehrere Schichten aufweisen, wobei vorzugsweise die unterste Schicht der Releasefolie diejenige ist, deren Haftung oder strukturelle Integrität durch die genannten Mittel reduziert oder abgebaut werden kann.
Allgemein wird ein Verhältnis der Haftung vor und nach deren Verminderung durch den Releaseschritt von zumindest 5:1, vorzugsweise höher als 10:1 angestrebt.
Eine typische Schichtdicke für eine Releasefolie liegt im Bereich von 1 ym bis 200 ym, die aber je nach Anwendungsfall und Anwendungszweck auch größer oder niedriger sein kann. Wird die Releasefolie dazu genutzt, einen Freiraum zwischen zwei Komponenten oder eine Ausnehmung in einer Oberfläche zu überspannen, sollte ihre Dicke zum Aufrechterhalten einer ausreichenden mechanischen Stabilität entsprechend hoch gewählt werden.
In einer Ausführungsform ist das Bauelement, auf dem die strukturierte Beschichtung aufgebracht wird, Teil einer Baugruppe oder eines Moduls, das eine oder mehrere MEMS- Komponenten und eine oder mehrere Chipkomponenten aufweist. Diese Komponenten sind auf einem Träger angeordnet. Das zu beschichtende Bauelement kann eine dieser Komponenten oder die gesamte Baugruppe bzw. das gesamte Modul sein.
Das Aufbringen der Beschichtung gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren kann so erfolgen, dass die Beschichtung jede einzelne der Komponenten oder die Komponenten insgesamt als Baugruppe oder Modul gegen den Träger abdichtet. Mit dem Verfahren wird dann eine strukturierte Beschichtung erzeugt, die im nicht zu beschichtenden Bereich einen Medienzugang zu der Baugruppe und insbesondere zur MEMS-Komponente aufweist.
Der Medienzugang ist für alle solche MEMS-Komponenten
erforderlich, die zu ihrer Funktion in direkten Kontakt mit der Umgebung treten müssen. Der Medienzugang schafft daher einen freien Kanal hin zu den mikromechanischen Strukturen der MEMS-Komponente wie zum Beispiel einer Membran, der als Schallkanal, zum Druckausgleich oder zum Zutritt von
Umgebungsmedien zum Bestimmen eines Parameters des Mediums geeignet ist.
Als Beschichtung sind Folien geeignet. Die Beschichtung kann über der Baugruppe oder dem Modul so aufgebracht werden, dass sie Zwischenräume zwischen den Komponenten überspannt. Die Beschichtung kann auch so aufgebracht werden, dass die Folie bei ausreichendem Abstand zwischen den Komponenten rund um einzelne oder rund um eine oder mehrere Untergruppen der Baugruppe bis zur Oberfläche des Trägers gezogen und dort mit der Oberfläche des Trägers abgedichtet werden kann. Die Beschichtung kann mehrere Teilschichten umfassen, die gemeinsam oder sequentiell aufgebracht werden können. Eine Teilschicht kann auch metallisch sein. Die Releasefolie kann in einer Ausführungsform bereits auf dem MEMS-Wafer, auf dem eine Vielzahl von MEMS-Komponenten parallel prozessiert werden, aufgebracht und strukturiert werden. Insbesondere kann dabei im Beschichtungsbereich die Haftung der Releasefolie zur Oberfläche reduziert werden und die Releasefolie anschließend in genau diesem Bereich
entfernt werden. Die einzelnen MEMS-Komponenten werden dann erst nach der Strukturierung der Releasefolie auf dem MEMS- Wafer vereinzelt. Die einzelnen MEMS-Komponenten werden, gegebenenfalls
zusammen mit einer Chipkomponente, auf einem Träger montiert, so dass auf dem Träger jede Baugruppe mit diesen Komponenten bestückt ist. Erst anschließend erfolgen die weiteren
Verfahrensschritte, umfassend die Aufbringung der
Beschichtung, die Reduzierung der Haftung im nicht zu
beschichtenden Bereich und das Abheben der Releasefolie samt darüber aufgebrachter Beschichtung im nicht zu beschichtenden Bereich . Diese Verfahrensvariante hat den Vorteil, dass der auf die Releasefolie entfallende Strukturierungsschritt zeit- und kostensparend auf MEMS-Waferlevel durchgeführt werden kann. Diese Verfahrensvariante ist insbesondere für thermisch stabile Releasefolien geeignet, deren Haftung auf andere Art und Weise, insbesondere durch UV-Einwirkung reduziert werden kann. Anderenfalls muss bei der Bestückung des Trägers mit den Komponenten und insbesondere mit der MEMS-Komponente ein Verfahren gewählt werden, welches bei niedriger Temperatur durchgeführt werden kann. Dann kann auch eine Releasefolie eingesetzt werden, die thermisch in ihrer Haftung reduziert werden kann. In einer Ausführungsform werden zur Strukturierung der
Releasefolie Einschnitte in die Releasefolie entlang von ersten Trennlinien rund um den nicht zu beschichtenden
Bereich erzeugt. Anschließend wird die Releasefolie im
Beschichtungsbereich, welcher außerhalb des von der Trenn- linie umschlossenen Bereichs liegt, entfernt. Bei diesem
Vorgehen ist es möglich, die Releasefolie im Beschichtungs¬ bereich ohne vorherige Reduzierung der Haftung in einem Stück abzuziehen. Dies ist immer dann möglich, wenn die Releasefolie im Beschichtungsbereich nicht auf empfindlichen Ober- flächen haftet, die beim Abziehen der Releasefolie beschädigt werden könnten. Das Abziehen kann auch dadurch erleichtert werden, dass die Releasefolie nur im kritischen Bereich rund um den nicht zu beschichtenden Bereich umlaufend auf der Oberfläche fixiert wird. Dies ist insbesondere dann in ein- facher Weise möglich, wenn der nicht zu beschichtende Bereich auf der Oberfläche der MEMS-Komponente vorgesehen ist und die MEMS-Komponente innerhalb der Baugruppe diejenige Komponente ist, die die größte Höhe über dem Träger aufweist. Auf diese Weise ist es möglich, die Releasefolie im Verfahrensschritt a) so aufzubringen, dass sie überwiegend oder ausschließlich auf der Oberfläche der MEMS-Komponente anhaftet.
Möglich ist es jedoch auch, die Haftung der Releasefolie zur Oberfläche im gesamten Beschichtungsbereich zu reduzieren und so das Entfernen der Releasefolie im gesamten Beschichtungs¬ bereich zu erleichtern. Die Reduktion der Haftung der Releasefolie auf beliebigen Untergründen in selektiv ausgewählten Bereichen erfolgt vorzugsweise mittels UV-Bestrahlung, wobei als Releasefolie ein UV-Releasetape eingesetzt wird.
Eine ortselektive bzw. strukturierende Belichtung kann mittels einer Maske erfolgen. Möglich ist es auch, mit einem Licht- oder Laserstrahl nur über diejenigen Bereiche des UV- Releasetapes zu scannen, in denen die Haftfähigkeit der
Releasefolie reduziert werden soll.
Nach dem Aufbringen der Beschichtung werden im Verfahrensschritt d) entlang einer zweiten Trennlinie zweite
Einschnitte in der Beschichtung erzeugt. Diese zweiten
Trennlinien können deckungsgleich mit den ersten Trennlinien geführt werden. Möglich ist es jedoch auch, dass die zweite Trennlinie innerhalb der von der ersten Trennlinie
umschlossenen Fläche und vorzugsweise parallel zur ersten Trennlinie geführt wird.
Die zweite Trennlinie kann jedoch auch geringfügig außerhalb der von der ersten Trennlinie umschlossenen Fläche liegen. Es sind zum Beispiel Abstände zur ersten Trennlinie bis zum 5- Fachen der der Dicke der Beschichtung bzw. bis zu ca. lOOym möglich. Damit kann in vielen Fällen im späteren Schritt f) noch ein einfaches Abheben der Beschichtung erreicht werden.
Im nächsten Schritt e) wird die Haftung der Releasefolie im nicht zu beschichtenden Bereich durch Einsatz entsprechender Mittel reduziert.
Anschließend wird die Releasefolie im Schritt f) samt darüber angeordnetem Teilbereich der Beschichtung, d.h. innerhalb der zweiten Trennlinie (n) im nicht zu beschichtenden Bereich, in dem sie weder Haftung zum Untergrund noch eine Verbindung zum fest haftenden Bereich der Beschichtung im Beschichtungs- bereich aufweist, entfernt. Dies kann auf unterschiedliche Weise erfolgen und ist davon abhängig, wie stark die Releasefolie in diesem Bereich noch auf dem Untergrund haftet.
Insbesondere mit einem thermal Releasetape kann die Haftung der Releasefolie zum Untergrund praktisch vollständig
aufgehoben werden. In diesem Fall ist sogar ein Abblasen des entlang der zweiten Trennlinien ausgeschnittenen Bereichs der Releasefolie samt der Beschichtung darüber möglich. Besteht noch eine Resthaftung zum Untergrund, so kann die ausge¬ schnittene Releasefolie mit Hilfe einer weiteren mit relativ geringer Haftwirkung versehenen Klebefolie abgezogen werden. Möglich ist es auch, die Entfernung mit anderen mechanischen Maßnahmen oder durch Absaugen vorzunehmen.
In einer Ausführungsform wird das Verfahren zur Verkapselung einer Baugruppe bzw. eines Moduls eingesetzt, die ein MEMS- Mikrofon als MEMS-Komponente umfasst, welches innerhalb einer Baugruppe auf dem Träger montiert ist. In dieser Ausführung stellt die Ausnehmung über der Mikrofonmembran der MEMS-Komponente den nicht zu beschichtenden Bereich dar, der während des und nach dem Beschichtungsverfahren frei von mechanischer Belastung und sonstiger Verunreinigung bleiben muss.
Wenn die Beschichtung am Rand der Baugruppe mit dem Träger abschließt, kann mit Hilfe einer Abdeckung über der Baugruppe ein weiterer, die verkapselte Baugruppe aufnehmender Hohlraum eingeschlossen und abgedichtet werden. Dazu ist es möglich, entweder einen flachen Träger vorzusehen und darauf eine mechanisch stabile Kappe, die nach Aufbringen einen Hohlraum unter sich einschließt, als Abdeckung aufzubringen. Alternativ ist es möglich, einen wannenförmigen Träger vorzusehen, in dessen Wanne die Baugruppe angeordnet ist. Darüber kann dann eine flache Abdeckung aufgebracht und so mit dem Träger verbunden werden, dass er die Wanne abdeckt.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, rund um die Baugruppe auf dem Träger einen Rahmen in einer Höhe vorzusehen, die höher als die höchste Komponente der Baugruppe ist. Als Ab¬ deckung kann dann eine flache Platte auf den Rahmen aufge¬ setzt und so befestigt werden, dass ein dicht abgeschlossener Hohlraum entsteht.
Die Kappe kann mit Klebstoff befestigt werden. Sie kann metallisch sein, ein Blechformteil umfassen, galvanoplastisch gefertigt oder ein metallisiertes Kunststoffteil umfassen. Zur Verbesserung einer elektromagnetisch abschirmender
Wirkung kann die Kappe auf dem Träger mit einem Massepotential verbunden werden. Dann bietet sich an, die Kappe zu verlöten oder mit elektrisch leitfähigem Kleber zu befestigen.
Bei einem Mikrofon oder einem eine solche MEMS Komponente umfassenden Bauelement wird zumindest eine Schallöffnung in der Abdeckung oder im Träger vorgesehen. Dies kann erfolgen, bevor die MEMS Komponente auf dem Träger aufgebracht wird, bevor die Abdeckung auf dem Träger aufgebracht wird oder nachdem die Abdeckung bzw. Kappe auf dem Träger aufgebracht wird. Bei nachträglicher Erzeugung der Schallöffnung wird der Zutritt zum Hohlraum unter der Abdeckung beziehungsweise der Medienzutritt zur Mikrofonmembran so hergestellt, dass dadurch keine Verunreinigungen in den Hohlraum eingetragen werden, die die Funktion der Mikrofonmembran stören könnten. Durch Vorsehen einer Abdeckung kann mit der Beschichtung ein erstes Volumen zwischen Membran und Träger gegen ein zweites Volumen zwischen der Membran bzw. der Beschichtung und der Abdeckung abgedichtet werden.
Vorzugsweise umfasst das erste abgedichtete Volumen noch zumindest einen Zwischenraum zwischen MEMS- und Chipkomponente. Weitere korrespondierende beziehungsweise
miteinander verbundene Volumina können durch Zwischenräume zwischen und unter den Komponenten gebildet sein,
insbesondere wenn die Komponenten im Abstand zum Träger aufgebracht sind, beispielsweise über Bumpverbindungen, die quasi als Abstandshalter das Volumen zwischen dem Träger und zumindest einer der Komponenten aufrecht halten.
In einer Ausführungsform wird als Beschichtung eine tiefzieh- bare Folie über der Baugruppe aufgebracht. Eine solche Folie weist insbesondere bei erhöhter Temperatur plastische Eigen¬ schaften auf. Durch kombinierten Einsatz von Druck und
Temperatur, z.B. in einem Autoklaven, gelingt es, eine solche tiefziehbare Folie über Baugruppe und Träger aufzulaminieren und dabei einen innigen Kontakt der Folie zu der Oberfläche der die Baugruppe bildenden Komponenten herzustellen. Die tiefziehbare Folie kann eine elastische Komponente umfassen, die bei der Aufbringtemperatur die gewünschten mechanischen Eigenschaften insbesondere eine ausreichende plastische Verformbarkeit garantiert. Vorzugsweise umfasst die tiefziehbare Folie eine weitere Komponente, die sich zu einem durchgehärteten Duroplasten aushärten lässt. Möglich ist es auch, dass die Folie ein Polymer im B-Zustand umfasst, das bereits einen geringen Grad an Vernetzung aufweist und nach dem Auflaminieren in einen gehärteten Zustand mit stabilen mechanischen Eigenschaften überführt werden kann. Durch Aushärten geht der Beschichtung die Verformbarkeit verloren, so dass eine mechanisch stabile und fest auf dem Trä¬ ger und der Baugruppe aufsitzende Beschichtung erhalten wird.
Eine für die Beschichtung geeignete Laminierfolie kann eine Dicke von vorteilhaft 10ym bis 200ym aufweisen.
Die Beschichtung kann während des Aufbringverfahrens so er- weichen, dass sie sich dicht an jede einzelne Komponente der Baugruppe anschmiegt, zumindest aber an der Seite und von oben. Um zu gewährleisten, dass das durch Zwischenräume zwischen Komponenten der Baugruppe gebildete Volumen durch Eindringen der als Beschichtung verwendeten Folie unkontrol- lierbar reduziert wird, kann in einer Ausführungsform die Releasefolie zur mechanisch stabilisierenden Abdeckung solcher Zwischenräume eingesetzt werden. Dazu wird die
Releasefolie während ihrer Strukturierung auch in denjenigen Bereichen auf der Baugruppe belassen, in denen sie eine ab- stützende Funktion für die darauf aufgebrachte Beschichtung ausüben soll, insbesondere eben in einem Brückenbereich über dem Zwischenraum zwischen zwei Komponenten. Die Releasefolie wird im Brückenbereich nicht entfernt und vorzugsweise auch nicht in der Haftung reduziert. Daher kann sie die Beschich- tung im Brückenbereich abstützen und währende des Beschichtens ein Einsacken der Beschichtung in den Zwischenraum vermeiden .
In einer Ausführung wird als Releasefolie ein Thermal- releasetape verwendet, dessen Aufbringung erst nach der
Montage der Komponenten auf den Träger erfolgt. Dadurch wird vermieden, dass die Releasefolie bereits bei einem Auflöten von Komponenten in der Haftung reduziert wird. Die Strukturierung der Releasefolie gemäß Verfahrensschritten b) kann dann thermisch erfolgen, wobei die zur Verminderung der Haftung erforderliche thermische Energie über einen Laser eingetragen werden kann. Nach dem Aufbringen der Schichtung kann dann die Haftung der gesamten verbleibenden Releasefolie durch thermische Einwirkung mittels Aufsetzens der Baugruppe auf eine Hotplate, durch IR Bestrahlung oder durch Einwirkung mit einem Heißluftgebläse reduziert werden. Dieser thermische Release kann vor dem Erzeugen der zweiten Einschnitte
erfolgen. Im nicht zu beschichtenden Bereich kann dann das Abziehen der Beschichtung erfolgen.
Zur Erhöhung der mechanischen Stabilität, zur Verbesserung der Hermetizität und zur Verbesserung der elektromagnetischen Schirmung kann die Beschichtung nach dem Aufbringen
ganzflächig oder teilweise durch eine Metallisierung
verstärkt werden, die über der Beschichtung aufgebracht wird. Eine solche Verstärkung kann zweistufig vorgenommen werden, wobei in einem ersten Schritt eine Grundmetallisierung, beispielsweise durch Aufsputtern, Aufdampfen oder Behandeln mit einer keimbildenden Lösung erzeugt wird. Die Grund¬ metallisierung kann in einem galvanischen oder stromlosen Verfahren aus einer Lösung verstärkt werden. Möglich ist es auch, die Verstärkung der Grundmetallisierung durch
Aufbringen von Metallpartikeln gegebenenfalls mit thermischer Nachbehandlung zu bewirken. Die Metallpartikel können
aufgestäubt oder insbesondere mit einem Jetdruckverfahren aufgebracht werden. Möglich ist es auch, die Metallisierung durch Aufschmelzen einer Metallfolie zu verstärken, wobei eine niedrig schmelzende Metallfolie eingesetzt wird. Die Metallisierung kann bis zu einer Dicke erzeugt werden, die ausreichend ist, eine ausreichende mechanische Stabilität der Beschichtung über der Baugruppe zu erzeugen. In einer Ausführung wird die direkt auf dem Träger aufliegende Beschichtung bis auf einen der Baugruppe benachbarten und diese vollständig umschließenden Randbereich entfernt. Im gesamten Randbereich schließt die Beschichtung noch dicht mit dem Träger ab. So kann man die optional darauf aufgebrachte Metallisierung ebenfalls mit dem Träger abschließen lassen und es wird ein hermetischer Verschluss der Baugruppe
erhalten. Ebenfalls optional wird eine Kappe anschließend auf den von der Beschichtung befreiten Bereich des Trägers aufgesetzt und vorzugsweise mit dem Träger verklebt.
In einer Ausführung wird als MEMS-Komponente ein MEMS- Mikrofon mittels Flip-Chip-Technik auf dem Träger montiert. Dazu sind Lotkugeln, Goldstudbumps oder alternativ auch
Tropfen eines elektrisch leitfähigen Klebers geeignet.
In einer Ausführung wird nach der Beschichtung die Baugruppe mit einer Kappe, in der eine Schallöffnung vorgesehen ist, als Abdeckung versehen. Die Schallöffnung wird dabei so platziert, dass sie über einem Zwischenraum zwischen zwei Komponenten angeordnet ist. Mittels einer Abdichtung, die zwischen Schallöffnung und der Beschichtung im Bereich über dem Brückenbereich vorgesehen wird, kann durch die
Schallöffnung eine als Schallkanal dienende Verbindung zum ersten Volumen unter der Beschichtung im Bereich des
Zwischenraums vorgesehen werden. Damit steht der Schallkanal auch mit dem Volumen unterhalb der Mikrofonmembran in
Kommunikation . Als Abdichtung wird zwischen der Kappe und der über der
Baugruppe aufgebrachten Beschichtung ein Dichtmittel
vorgesehen, das von innen mit der Kappe zumindest im Bereich rund um die Schallöffnung sowie mit der Beschichtung im
Brückenbereich abdichtet. Im Dichtmittel ist oder wird später eine Öffnung vorgesehen, die durch die Beschichtung hindurch in den Zwischenraum hinein verlängert wird. Dabei entsteht der genannte durchgehende Schallkanal durch Schallöffnung, Dichtmittel und Beschichtung in den Zwischenraum und
schließlich bis unter die MEMS-Komponente beziehungsweise unter die Mikrofonmembran.
Das Dichtmittel kann als viskose Masse nach dem Aufsetzen der Kappe durch die Schallöffnung hindurch appliziert und
anschließend ausgehärtet werden. Das Dichtmittel kann auch vor dem Aufsetzen auf der Beschichtung über dem Zwischenraum angeordnet werden. Als Dichtmittel kann auch ein Dichtring aus einem elastischen Material verwendet werden, der auf der Beschichtung über dem Zwischenraum oder an entsprechender Stelle in der Kappe/Abdeckung angeordnet wird. Der Dichtring ist so bemessen, dass er beim Aufsetzen der Kappe oder der Abdeckung fest zwischen Beschichtung und Abdeckung
eingespannt ist und so seine Dichtwirkung entfalten kann. Bei allen Strukturierungsschritten ist es vorteilhaft, die Geometriedaten von Wafer und bestücktem oder unbestücktem Träger zu erfassen und zu speichern, damit die Strukturierung unter Verwendung dieser Daten passgenau erfolgen kann. Damit können Lage- und Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei¬ spielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren sind nur schematisch und nicht maßstabsgetreu ausgeführt, so dass ihnen weder absolute noch relative
Maßangaben entnommen werden können. Einzelne Teile können vergrößert dargestellt sein. Die Figuren 1 bis 8 zeigen in einem einfachen Ausführungsbeispiel unterschiedliche Verfahrensstufen bei der
Herstellung einer strukturierten Beschichtung.
Figuren 9a bis 9k zeigen verschiedene Verfahrensstufen bei der Herstellung der Beschichtung mittels eines UV
Releasetapes .
Figuren 10 bis 14 zeigen verschiedene weitere Ausgestaltungen von strukturiert beschichteten Baugruppen und mit einer strukturierten Beschichtung versehenen Bauelementen.
Figuren 15a und 15b zeigen Bauelemente mit einer metallisch verstärkten strukturierten Beschichtung. Figuren 16a bis 16i zeigen verschiedene Verfahrensstufen eines Verfahrens zur Herstellung einer Beschichtung mittels eines thermal Releasetapes.
Figur 17 zeigt eine weitere Variante eines verkapselten
Bauelements mit einer kappenförmigen Abdeckung.
Figur 18 zeigt ein Bauelement mit einer strukturierten
Beschichtung und einer flachen Abdeckung über einem
wannenförmigen Träger. Figuren 19a bis 19d zeigen verschiedene Verfahrensstufen bei der Herstellung eines Schallkanals in einem verkapselten Bauelement mit einem MEMS Mikrofon. Figur 1 zeigt im schematischen Querschnitt ein Bauelement BE, auf dessen Oberfläche eine Releasefolie RT aufgebracht ist. Die Releasefolie haftet im dargestellten Beispiel auf der gesamten Oberfläche des Bauelements BE . In der Releasefolie RT werden nun ein Beschichtungsbereich CA und ein nicht zu beschichtender Bereich UCA definiert.
Optional kann im Beschichtungsbereich CA die Haftung der Releasefolie RT zur Oberfläche des Bauelements BE reduziert wird. Je nach Art der Releasefolie kann dies durch thermische Einwirkungen oder durch Licht/UV-Einwirkung erfolgen. Die
Releasefolie weist dann im zu beschichtenden Bereich CA nur noch geringe oder gar keine Haftung mehr auf der Oberfläche des Bauelements BE auf, hat aber noch einen strukturellen Zusammenhalt, siehe Figur 2A.
Alternativ zu oder anschließend an diesen Schritt werden erste Einschnitte entlang einer ersten Trennlinie TLl
erzeugt, in denen die Releasefolie RT weitgehend oder
vollständig durchtrennt und/oder entfernt wird. Die ersten Trennlinien sind so geführt, dass sie den nicht zu beschich¬ tenden Bereich UCA in Form einer geschlossenen Linie
umschließen. Figur 2B zeigt die ersten Trennlinien TLl rund um den nicht zu beschichtenden Bereich UCA, ohne dass im Beschichtungsbereich die Haftung der Releasefolie RT
reduziert ist.
Möglich ist es auch, erst die ersten Einschnitte zur
Definition des Beschichtungsbereichs zu erzeugen (siehe Figur 2B) und dann erst die Haftung im Beschichtungsbereich CA zu reduzieren. Figur 3 zeigt die Anordnung auf dieser
Verfahrensstufe . Im nächsten Schritt wird die Releasefolie im Beschichtungs¬ bereich CA entfernt, so dass auf der Oberfläche des Bau¬ elements BE nur im nicht zu beschichtenden Bereich UCA ein Teil der Releasefolie RTS verbleibt. Das Entfernen der
Releasefolie kann durch Abziehen erfolgen. Figur 4 zeigt die Anordnung auf dieser Verfahrensstufe.
Figur 5 zeigt die Anordnung nach dem Aufbringen einer Be- schichtung LF, die über der gesamten Oberfläche des Bauelements und über der verbliebenen Struktur RTS der Releasefolie RT aufgebracht ist. Die Beschichtung ist vorzugsweise ganz¬ flächig aufliegend und kann unterschiedlichste Materialien umfassen. Die Beschichtung kann eine im Dünnschichtverfahren aufgebrachte Schicht oder eine Schichtenfolge umfassen. Die Beschichtung kann organische Schichten, beispielsweise Harz- schichten, Folien, anorganische aufgedampfte, aufgesputterte oder mittels CVD-Verfahren abgeschiedene Isolationsschichten umfassen. Auch Metallschichten können als Beschichtung oder als Teilschicht der Beschichtung aufgebracht werden. Zur Strukturierung der Beschichtung LF wird nun entlang zweiter Trennlinien TL2, die im Wesentlichen parallel zu den ersten Trennlinien TL1 geführt werden und im Randbereich der des nicht zu beschichtenden Bereichs UCA angeordnet sind, die Beschichtung LF weitgehend oder vollständig entfernt. Die Einschnitte werden so geführt, dass darin die verbleibende
Releasefolienstruktur RTS freigelegt wird. Figur 6 zeigt die Anordnung auf dieser Verfahrensstufe. Möglich ist es aber auch, dass entlang der zweiten Trennlinien TL2 auch noch die Releasefolie RTS entfernt wird (in der Figur nicht dargestellt) . Die zweite Trennlinie TL2 kann auch knapp außerhalb des Restes der Releasefolie RTS geführt werden.
Damit kann eine Wulstbildung am Strukturierungsrand er
Beschichtung vermieden werden.
Im nächsten Schritt wird die verbleibende Struktur RTS der Releasefolie vollständig in ihrer Haftung reduziert, was entsprechend dem vorher ausgeführten Schritt wieder
thermisch, mittels Licht oder UV erfolgen kann. In Figur 7 ist durch eine Schraffierung die in der Haftung reduzierte verbleibende Releasefolienstruktur RTS angedeutet.
Möglich ist es auch, die beiden letzten Schritte zu ver- tauschen und zunächst die Haftung der Releasefolienstruktur RTS zu reduzieren und anschließend die Auftrennung entlang der zweiten Trennlinien TL2 vorzunehmen.
Im nächsten Schritt wird die in der Haftung verminderte
Releasefolienstruktur RTS samt dem darüber aufgebrachten
Bereich der Beschichtung LFS abgehoben. Je nach verwendeter Releasefolie und je nach Verfahren zur Verminderung der
Haftung der Releasefolie sind dazu unterschiedlich starke Kräfte erforderlich. Bei vollständiger Aufhebung der Haftung kann ein Abblasen oder Absaugen ausreichend sein. Möglich ist es jedoch auch, Beschichtung und Releasefolienstruktur mittels einer Klebefolie, die eine stärkere Haftung als die verbleibende Haftung der Releasefolie auf der Oberfläche des Bauelements aufweist, abzuziehen. Figur 8 zeigt die Anordnung auf dieser Verfahrensstufe, mithin ein Bauelement, welches in einem Beschichtungsbereich CA eine Beschichtung LF aufweist, die im nicht zu beschichtenden Bereich UCA entfernt ist und dort die Oberfläche des Bauelements BE freilegt. Das vorgestellte Strukturierungsverfahren ist besonders für solche Bauelemente geeignet, die im nicht zu beschichtenden Bereich eine empfindliche Oberfläche aufweisen, z.B. dort angeordnete empfindliche Bauelementstrukturen. Mit dem vorgestellten Verfahren können Beschichtungen auf solchen Oberflächen schonend entfernt und somit strukturiert werden.
In einer speziellen Anwendung wird das Beschichtungsverfahren auf der Oberfläche eines Bauelements BE eingesetzt, welches Ausnehmungen AN aufweist. Auf dem Boden der Ausnehmungen können empfindliche Strukturen angeordnet sein. Insbesondere ist das Bauelement BE ein MEMS Bauelement, welches am Boden der Ausnehmung MEMS-Strukturen aufweist, insbesondere eine Membran, wie sie in einem MEMS Mikrofonen oder Drucksensoren eingesetzt wird.
Das Beschichtungsverfahren wird dann vorteilhaft auf Wafe level durchgeführt. Auf einem MEMS-Wafer wird dabei eine Vielzahl von Bauelementen parallel prozessiert. Figur 9a zeigt schematisch und beispielhaft einen solchen, eine Vi zahl von Ausnehmungen AN aufweisenden MEMS-Wafer als Bauelement BE mit Ausnehmungen AN oder Kavitäten.
Im nächsten Schritt wird eine Releasefolie RT auf der Ober¬ fläche des MEMS-Wafers BE, welcher eine Vielzahl von MEMS- Bauelementen umfasst, so aufgebracht, dass die Releasefolie RT die Ausnehmungen überspannt. Die Haftung der Releasefolie zur Oberfläche des Bauelements BE beziehungsweise des MEMS- Wafers kann durch Druck und/oder Temperatur, insbesondere durch ein Laminierverfahren verstärkt werden. Figur 9b zeigt die Anordnung auf dieser Verfahrensstufe. Im nächsten Schritt wird die Haftung der Releasefolie RT im zu beschichtenden Bereich CA reduziert, was in vorliegendem Beispiel vorzugsweise durch Einwirkung von UV-Strahlung (in der Figur 9C durch entsprechende Pfeile angedeutet) erfolgt. Die Belichtung kann strukturierend über eine Maske MA
durchgeführt werden, die nur an den zu belichtenden Bereichen lichtdurchlässig ist. Alternativ kann die Belichtung mit einem Laserstrahl scannend durchgeführt werden. Die
Belichtung erfolgt so, dass die Releasefolie RT in einem Bereich rund um jede Ausnehmung in der Haftung reduziert wird, wobei zwischen belichtendem Bereich und Rand der Ausnehmung ein ausweichend breiter Randbereich verbleibt, in dem die Releasefolie gut auf der Oberfläche des Bauelements BE haftet. Alternativ kann auch ein inverses Prinzip angewendet werden, bei dem die Haftung der Releasefolie durch
Bestrahlung erhöht wird. Dann sind die Regionen zu
bestrahlen, die in denen eine Haftung der Releasefolie zumindest über Strecken des gesamten Verfahrens erhalten bleiben soll. Solche Regionen können im Bereich der Trenn- linien liegen, in denen eine Auftrennung und damit eine
Ablösung von der Oberfläche erfolgt.
In einem nicht dargestellten Schritt wird die Releasefolie RT zwischen dem Beschichtungsbereich und dem nicht zu
beschichtenden Bereich aufgetrennt. Anschließend wird die
Releasefolie RT in dem Bereich entfernt, in dem deren Haftung reduziert ist. Figur 9D zeigt die Anordnung auf dieser
Verfahrensstufe. Die verbleibenden Releasefolienstrukturen RTS decken die Ausnehmungen AN ab und verschließen diese.
Im nächsten Schritt können die Bauelemente BE vereinzelt werden, indem zwischen den einzelnen Bauelementbereichen Schnitte in und durch den MEMS-Wafer geführt werden, z.B. durch Sägen. Die MEMS-Strukturen sind im Inneren der Ausnehmungen AN gegenüber den Auftrennungsprozessen durch den die verbleibende Struktur der Releasefolie RTS geschützt. So können weder Feuchtigkeit, Sägestaub noch sonstige Flüssig¬ keiten oder Partikel, die bei der Auftrennung entstehen, das Bauelement BE verunreinigen. Figur 9e zeigt dermaßen
vereinzelte MEMS-Bauelemente BE .
Figur 9f : Die vereinzelten und mit der Releasefolienstruktur RTS geschützten MEMS-Bauelemente BE können nun einzeln weiterverarbeitet werden. Dazu werden sie auf einem Träger T: aufgesetzt und elektrisch und mechanisch mit diesen verbunden. Als Träger sind organische oder anorganische
Mehrschichtlaminate (z.B. Glasfaser/Epoxy der Kategorie FR4, HTCC, LTCC oder andere Materialien) geeignet. Auf dem Träger können weitere Bauelemente angeordnet werden, die für eine gewünschte Baugruppe erforderlich sind. Auch der Träger TR kann einen Verbundsubstrat darstellen, auf dem eine Vielzahl von Modulen oder Baugruppen parallel prozessiert werden kann
In der Figur 9f ist dazu beispielhaft neben dem Bauelement (hier die MEMS-Komponente MK) noch eine weitere Chip¬ komponente CK in der Baugruppe bzw. dem Modul vorgesehen, di zusammen eine Baugruppe bilden. Die Baugruppe kann selbst¬ verständlich noch weitere Komponenten umfassen. Figur 9g zeigt die Anordnung mit montierten Komponenten.
Im nächsten Schritt wird nun eine Beschichtung LF über den Baugruppen und der dazwischen freiliegenden Oberfläche des Trägers TR so aufgebracht, dass sie um die Baugruppen herum in einem Randbereich bündig mit der Oberfläche des Trägers abschließt. Vorzugsweise schmiegt sich die Beschichtung den Oberflächen sämtlicher Komponenten an und umschließt diese auch seitlich. Schmale Zwischenräume zwischen montierten Komponenten einer Baugruppe können von der Beschichtung auch überspannt werden. Ein Beschichtungsverfahren zur Herstellung einer solchen anschmiegenden Beschichtung ist beispielsweise ein Laminier- verfahren, wobei als Beschichtung eine Laminierfolie einge¬ setzt wird. Eine laminierfähige Folie kann eine thermoplas¬ tische Folie sein, vorzugsweise jedoch eine thermisch ver- formbare Klebefolie, die sich in einem späteren Schritt aushärten lässt. Figur 9h zeigt die Anordnung auf dieser Verfahrensstufe .
In dieser Verfahrensvariante dient die verbleibende Release- folienstruktur RTS über den Ausnehmungen dazu, dass die
Beschichtung LF nicht in die Ausnehmungen eindringen kann und mit den am Boden der Ausnehmung angeordneten MEMS-Strukturen in Kontakt treten oder sie gar beschädigen und in der
Funktion behindern kann. Dies wird durch eine Releasefolie erreicht, die unter den Bedingungen des Beschichtungsver- fahrens eine höhere mechanische Stabilität als die
Beschichtung LF aufweist.
Zur Funktion der MEMS-Komponente MK ist es hier erforderlich, über der Ausnehmung AN die Releasefolie RT samt dem der darüber angeordneten Beschichtung LF zu entfernen, um freien Zugang zu den MEMS-Strukturen am Boden der Ausnehmung zu erzeugen. Dazu wird in einem ersten Schritt die Haftung der verbleibenden Releasefolienstruktur reduziert. In Figur 91 ist dies durch Einwirkung von Strahlung angedeutet. Möglich ist es jedoch, die Haftung auch durch thermische Einwirkung zu reduzieren. Im nächsten Schritt wird die Beschichtung LF entlang zweiter Trennlinien TL2 entfernt. Dazu bietet sich ein Direkt- strukturierungsverfahren an, beispielsweise eine Laser- strukturierung. Die zweite Trennlinie TL2 ist so geführt, dass sie auf den die Ausnehmung begrenzenden Rand der MEMS- Komponente MK trifft und dabei ausreichend Abstand zum
Außenrand der MEMS-Komponente und zum Außenrand der Aus¬ nehmung AN belässt. Die zweite Trennlinie TL2 kann deckungs¬ gleich mit der ersten Trennlinie TL1 geführt werden und definiert den nicht zu beschichtenden Bereich UCA, in dem die Releasefolie samt der darüber aufgebrachten Beschichtung RTS entfernt wird. Möglich ist es jedoch auch, die zweite Trenn¬ linie vorzugsweise nach innen zur Ausnehmung AN zu gegen die erste Trennlinie zu versetzen, wobei jedoch stets Abstand zur Ausnehmung gewahrt bleibt. Figur 9J zeigt die Anordnung auf dieser Verfahrensstufe. Die zweite Trennlinie TL2 kann aber auch geringfügig weiter außen geführt werden, wie weiter oben bereits erläutert. Im nächsten Schritt wird der in der Haftung reduzierte Teil der Releasefolie RTS im nicht zu beschichtenden Bereich UCA entfernt. Je nach Stärke der verbleibenden Haftung sind dazu unterschiedliche Verfahren einsetzbar. Weist das Releasetape wenig bis gar keine Haftung mehr zur MEMS-Komponente auf, so liegt es im Extremfall lose auf und kann beispielsweise weggeblasen werden. Alternativ kann es mit Hilfe einer
Klebefolie abgezogen werden. Figur 9k zeigt die Anordnung beim Entfernen der Releasefolie RTS im nicht zu beschichtenden Bereich. Die Ausnehmung AN ist nun von oben frei zu- gänglich, während die Beschichtung im übrigen Bereich fest auf der Baugruppe aufliegt und diese gegen den Träger TR abdichtet. Dabei wird unter der Beschichtung LF ein Volumen eingeschlossen, welches alle Zwischenräume zwischen Chip- komponente, MEMS-Komponente und Träger umfasst. Im Bereich der Ausnehmung schließt die Mikrofonmembran, die den Boden der Ausnehmung bildet, das eingeschlossene Volumen ab. Die Anordnung kann nun wie in Figur 10 gezeigt zusätzlich weiter geschützt werden, indem über der mit der Beschichtung abgedeckten Baugruppe eine Kappe KA auf den Träger aufgesetzt wird, die einen Zwischenraum über der Baugruppe belässt, mit dem Träger TR aber dicht abschließt. Dabei schließt der
Innenraum unter der Kappe KA ein weiteres Volumen ein, das nach unten hin durch die Beschichtung LF und die Membran begrenzt ist. Die Kappe KA kann mit einem Verbindungsmittel, beispielsweise einem Klebstoff mit dem Träger befestigt sein. Eine metallische Kappe kann auch aufgelötet sein.
Ist die MEMS-Komponente MK als MEMS-Mikrofon ausgebildet, so definieren nun die beiden voneinander getrennten Volumina unterhalb der Kappe und unterhalb der Beschichtung Front¬ volumen und Rückvolumen, wobei die Zuordnung unterschiedlich vorgenommen werden kann.
Wird die Schallöffnung SO im Träger vorgesehen, so bildet das Volumen unter der Kappe das Rückvolumen. Figur 10 zeigt eine solche Anordnung.
Möglich ist es jedoch auch, die Schallöffnung in der Kappe KA vorzusehen, so dass dann das von der Beschichtung LF gegen den Träger TR eingeschlossene Volumen das Rückvolumen bildet. Figur 14 zeigt eine solche Anordnung.
Wird die Kappe KA über den Baugruppen auf dem Träger TR aufgebracht, so kann im nächsten Schritt eine Vereinzelung der Baugruppen erfolgen. Zum Durchtrennen des Trägers zwischen den einzelnen Kappen beziehungsweise zwischen den von den Kappen überdeckten Baugruppen sind mechanische
Verfahren wie beispielsweise Sägen geeignet. In Abhängigkeit vom Material des Trägers können jedoch auch andere Verfahren zum Einsatz kommen. Figuren 11 zeigt eine vereinzelte
Baugruppe .
Figur 12 zeigt eine Baugruppe, bei der die Beschichtung LF zwischen zwei Komponenten bis auf die Oberfläche des Trägers gezogen ist und dort mit diesem abschließt. Dadurch kann das zwischen Beschichtung und Träger eingeschlossene Volumen um die Zwischenräume zwischen den Komponenten reduziert werden. Dies ist von Vorteil, wenn dieses Volumen als Frontvolumen genutzt wird und die Schallöffnung wie in Figuren 11-13 im Träger vorgesehen wird.
Figur 13: In einer Verfahrensvariante kann als Träger TR für die Baugruppe eine Gehäusewanne eingesetzt werden, auf deren Boden dann MEMS- und Chipkomponente so befestigt werden, dass die oberen Ränder der Wanne über die Oberkante der Kompo¬ nenten überstehen. Auf den Boden der Gehäusewanne werden innen die Komponenten montiert und wie bisher mit einer
Beschichtung versehen, die die Baugruppe in einen Beschich- tungsbereich und einen nicht beschichteten Bereich trennt. Die Beschichtung kann dabei über die gesamte Gehäusewanne gezogen werden, so dass sie deren Seitenränder bedeckt.
Im nächsten Schritt kann dann anstelle einer Kappe eine flache Abdeckung CR so auf die Ränder der Gehäusewanne aufgebracht werden, dass die Ränder rundum mit der flachen Abdeckung abschließen und in der Gehäusewanne so ein Volumen eingeschlossen wird. Die über die Ränder der Gehäusewanne gezogene Beschichtung F kann dabei als Verbindungsmittel dienen, insbesondere wenn die Beschichtung LF thermisch erweichbar oder gar klebrig wird. Dieses Bauelement kann mit einer einzelnen Gehäusewanne gefertigt sein. Möglich ist es jedoch auch, ein Verbundsubstrat zu verwenden, auf dem eine Vielzahl von Gehäusewannen bereits vorgebildet sind. Dann ist die Montage der Komponenten und das Aufbringen der flachen Abdeckung CR als Flächenprozess oder im Mehrfachnutzen möglich . Figuren 15a und 15b zeigen eine weitere Variante, bei der die Beschichtung zumindest zwei Teilschichten umfasst. Als erste Teilschicht der Beschichtung ist eine Laminatfolie LF aufge¬ bracht. Als zweite Teilschicht der Beschichtung ist eine Metallschicht ML ganzflächig über der Laminatfolie LF
abgeschieden.
Die Metallschicht ML kann aus einer dünnen Titan umfassenden Haftschicht und einer einige Mikrometer dicken Verstärkungs¬ schicht aus stromlos oder galvanisch abgeschiedenem Cu oder aus einer mittels PVD abgeschiedener Ni Schicht bestehen.
Zur Auftrennung und Strukturierung der Metallschicht bieten sich neben der Laserablation auch nasschemische Prozesse an, da dabei das Bauelement durch die Beschichtung gegen Lösungs- mittel-, Säure- oder Basenangriffe geschützt ist.
Die Komponenten können auf einem flachen Träger montiert sein, können jedoch wie in Figur 15a dargestellt innen auf dem Boden einer Gehäusewanne montiert sein.
Sowohl erste Teilschicht (Laminatfolie LF) als auch zweite Teilschicht (Metallschicht ML) können über die Seitenwände der Gehäusewanne gezogen sein. Auch das Abheben einer eine Metallschicht ML umfassenden Beschichtung kann wie
beispielsweise anhand der Figur 9k gezeigt durch Auftrennung entlang zweiter Trennlinien rund um die Ausnehmung auf der MEMS-Komponente erfolgen.
Figur 15b zeigt die Anordnung, nachdem die Gehäusewanne mit einer flachen Abdeckung CR abgedeckt und durch ein Bondverfahren wie z.B. Kleben fest verbunden ist. Figuren 16a bis 16i zeigen eine weitere Verfahrensvariante, bei der als Releasefolie RT eine thermische Releasefolie eingesetzt ist. Eine geeignete Releasefolie ist beispiels¬ weise REVALPHA ™ von Nitto Denko. Wegen der thermischen Empfindlichkeit der Releasefolie unterscheidet sich diese Verfahrensvariante dadurch, dass Chip und MEMS-Komponente CK,MK zuerst auf dem Träger TR montiert werden, bevor die Releasefolie aufgebracht wird. Dadurch wird ein vorzeitiger Release durch thermische Prozesse beim Montieren der
Komponenten vermieden. Der Träger ist vorzugsweise
großflächig und erlaubt die Montage zahlreicher Komponenten und damit die parallele Prozessierung mehrerer Bauelemente gleichzeitig. Nach der Montage wird die thermische
Releasefolie RT über den beiden Komponenten aufgebracht. Weisen die Komponenten wie in der Figur 16 dargestellt unterschiedliche Höhen auf, so kann die Releasefolie RT lediglich auf der am weitesten über dem Träger überstehenden Komponente aufgebracht werden, welches üblicherweise die MEMS-Komponente MK ist. Oberhalb der Chipkomponente CK liegt die Releasefolie RT nicht auf.
Wie in Figur 16c gezeigt wird die Releasefolie nun entlang erster Trennlinien TL1 aufgetrennt und jenseits der Trennlinien im zu beschichtenden Bereich als zusammenhängende Folie abgezogen. Figur 16d zeigt die Anordnung während dieses Schrittes .
Im nächsten Schritt wird wie bisher (siehe dazu auch Figur 9a und Folgende) eine Beschichtung LF über Chip und MEMS-
Komponenten ganzflächig so aufgebracht, dass sie umlaufend um die Baugruppe mit dem Träger TR abdichtet, wie es in Figur 16e dargestellt ist. Die Beschichtung LF wird anschließend wie in Figur 16f gezeigt entlang zweiter Trennlinien TL2 entsprechend der Strukturierung der Releasefolie RT aufgetrennt. Nach der Auftrennung wird die Releasefolie samt darüber aufgebrachter separierter Beschichtung LF im nicht zu beschichtenden
Bereich entfernt, wie es in Figur 16g dargestellt ist. Um das Abziehen der Releasefolie im nicht zu beschichtenden Bereich zu erleichtern, wird vorzugsweise nach Erzeugung der
Einschnitte entlang der zweiten Trennlinien TL2 die Haftung der Releasefolie ganzflächig reduziert, in dem die gesamte Anordnung einer erhöhten Temperatur ausgesetzt wird, die ausreichend ist, die Haftungskräfte der Releasefolie auf der MEMS-Komponente MK zu reduzieren. Dazu wird ein geeignetes Temperatur/Zeitprofil eingestellt, welches in einem Ofen und/oder auf einer Hotplate und/oder unter einem Infrarot Strahler durchgeführt werden kann. Der Releaseschritt kann auf diese Weise auch mit der Aushärtung der Beschichtung eingesetzten Laminatfolie LF kombiniert werden.
Figur 16g: Das Abheben der Releasefolie RTS samt darüber befindlicher Beschichtung LF gelingt mit der thermischen Releasefolie einfacher, da sich deren Haftungskräfte fast vollständig aufheben lassen. Figur 16h: Als fertiges Bauelement verbleiben Chip und MEMS- Komponente auf dem Träger, die mit der Beschichtung LF gegen den Träger abgedeckt sind. Die Ausnehmung in der MEMS- Komponente oberhalb der Membran oder der sonstigen
funktionellen Schicht am Boden der MEMS-Komponente ist durch Entfernen von Releasefolie und Beschichtung in diesem nicht zu beschichtenden Bereich freigelegt und damit der Zugang zur funktionellen Schicht beziehungsweise zur Membran der MEMS- Komponente MK frei geöffnet.
Anschließend wird eine Kappe KA so über Chip- und MEMS- Komponente aufgesetzt und mit dem Träger TR verbunden, dass darunter ein Volumen eingeschlossen ist. Figur 16i zeigt ein solches fertiges Bauelement, bei dem die Schallöffnung SO unterhalb der MEMS-Komponente MK im Träger TR vorgesehen ist.
Figur 17 zeigt eine Variante, bei der die Schallöffnung SO in der Kappe KA vorgesehen ist. Figur 18 zeigt eine Variante, bei der anstelle einer Kappe eine flache Abdeckung CR auf einem als Gehäusewanne
ausgeformten Träger TR aufgesetzt wird und die Gehäusewanne so verschlossen wird. Die Figuren 19a bis 19d zeigen verschiedene Verfahrensstufen bei einer Verfahrensvariante, die es erlaubt, die Funktion der beiden eingeschlossenen Volumina zu vertauschen. Ausgangspunkt ist ein Bauelement, bei dem eine Chipkomponente CK und eine MEMS-Komponente MK auf einem Träger TR montiert und mittels einer Beschichtung LF gegen diesen abgedeckt sind und wie es etwa in Figur 14 oder Figur 17 bereits dargestellt und beschrieben wurde. In dieser Variante weist die Kappe KA, die die Komponenten auf dem Träger überdeckt, eine Schallöffnung SO auf. Im Unterschied zu den vorigen Varianten wird die Schallöffnung jedoch nicht über der Ausnehmung der MEMS- Komponente zentriert, sondern über einem Zwischenraum
zwischen zwei Komponenten, beispielsweise über dem Zwischen- räum zwischen Chipkomponente und MEMS-Komponente .
In der Figur 19a stellt das Volumen zwischen der Beschichtung LF und der Kappe KA das Frontvolumen FV dar. Zur Umwandlung des Frontvolumens in ein Rückvolumen muss die Schallöffnung gegen das bisherige Frontvolumen abgedichtet werden. Dazu wird wie in Figur 19b dargestellt ein Dichtmittel DM zwischen Kappe KA und Beschichtung LF eingebracht und beispielsweise wie dargestellt als flüssiges Dichtmittel LD appliziert. Dies kann mittels Jetten, Dispensen, Nadeltransfer oder ähnlichen Verfahren erfolgen. Figur 19c zeigt die Anordnung in dieser Verfahrensstufe, bei der die Schallöffnung von innen mit einem Pfropf DM aus dem Dichtmittel verschlossen ist, der gleichzeitig auch zur Beschichtung LF hin abdichtet. Durch die Schallöffnung SO und dem Pfropf, beziehungsweise das Dichtmittel DM hindurch wird nun ein Zugang zu dem bisherigen Rückvolumen geschaffen. Dazu wird eine Öffnung durch das Dichtmittel DM und die darunter liegende
Beschichtung LF hindurch erzeugt. Dazu wird ein Bohrverfahren verwendet, insbesondere eine Laserbohrverfahren. Im Ergebnis wird ein Schallkanal SK erzeugt, der wie in Figur 19d
dargestellt durch die Schallöffnung SO einen Zugang zum
Volumen zwischen MEMS-Komponente und Chipkomponente und zwischen den Komponenten und dem Träger TR eröffnet. Da der Schallkanal gegen das Volumen RV zwischen Beschichtung und Kappe abgedichtet ist, eröffnet der Schallkanal den Zugang zum Frontvolumen FV, während das andere Volumen als
Rückvolumen dient. Das Dichtmittel kann in flüssiger Form appliziert und
anschließend gehärtet werden. Dabei ist es möglich, auf der Oberfläche der Beschichtung LF vor dem Aufsetzen der Kappe die Haftung und/oder den Verlauf des flüssigen Dichtmittels zu beeinflussen. Dies kann durch Veränderung der Oberflächeneigenschaften, durch Erhöhen der Rauigkeit oder durch Aufbringen eines Rillenmusters speziell in diesem Bereich erfol¬ gen. Möglich ist es auch, eine Fließsperre rund um den vorge¬ sehenen Pfropfen zu erzeugen, der ein weiteres Verfließen des Dichtmittels vor dem Härten verhindert. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass das flüssige Dichtmittel nur im gewünschten Umfang verfließt und ein zu starkes Verfließen vermieden wird. Alternativ kann die in Figur 19c dargestellte Anordnung auch erzeugt werden, indem vor dem Aufsetzen der Kappe das
Dichtmittel auf die Beschichtung über dem Zwischenraum zwischen Chips und MEMS-Komponente flüssig oder als
gummielastisches Dichtmittel (Ring oder Pfropfen) aufgebracht wird. Auch ein kompressibler Schaumstoff kann verwendet werden. Anschließend wird die Kappe KA so aufgesetzt, dass sie mit ausreichender Kraft gegen das Dichtmittel drückt und so eine gute Abdichtung zwischen Kappe und Beschichtung über dem Zwischenraum erfolgt. Möglich ist es auch, die in Figur 19d dargestellte Anordnung dadurch zu erzeugen, dass eine ringförmige Dichtung vor dem Aufsetzen der Kappe im Bereich des späteren Schallkanals aufgesetzt oder befestigt wird. Auch hier drückt die Kappe vorzugsweise ausreichend fest gegen das als Dichtring ausgebildete Dichtmittel, so dass auch hier der Schallkanal SK dicht gegen das spätere
Rückvolumen RV abgedichtet ist. Bei den beiden letztgenannten Verfahrensvarianten, bei denen das Dichtmittel vor der Kappe aufgebracht wird, kann die Schallöffnung in der Kappe KA auch nach dem Aufsetzen der Kappe erzeugt werden. Bevorzugt ist jedoch das Verfahren, bei dem das Dichtmittel durch die vorhandene Schallöffnung appliziert wird, da dieses selbstj ustierend ist.
Auch bei dieser Verfahrensvariante ist es möglich, einen wannenförmigen Träger zu verwenden und das Dichtmittel dann zwischen der Beschichtung und der flachen Abdeckung
anzuordnen .
Das anhand weniger Ausführungsbeispiele beschriebene
Verfahren zur Herstellung und Strukturierung einer
Beschichtung ist daher nicht auf diese begrenzt. Mit dem Verfahren können vielmehr Beschichtungen auf beliebigen
Oberflächen oder Bauelementen erzeugt und strukturiert werden, bei denen entweder eine Ausnehmung im Bauelement zwischenzeitlich von einer Beschichtung überspannt wird oder bei dem eine Beschichtung im Bereich empfindlicher Strukturen schonend entfernt werden muss.
Bezugs zeichenliste
BE Bauelement
CA Beschichtungsbereich
UCA nicht zu beschichtender Bereich
RT Releasefolie
LF Beschichtung (z.B. Laminatfolie)
TL erste und zweite Trennlinie (rund um CA)
TR Träger
MK, CK MEMS- oder Chip-Komponenten
MW MEMS Wafer
MM Mikrofonmembran (in MK)
AN Ausnehmung (über der Mikrofonmembran)
KA Kappe über Baugruppe auf Träger
CR Abdeckung
SO Schallöffnung (in Abdeckung oder Träger)
ZR Zwischenraum ( zwischen zwei Komponenten)
MA Maske
ML Metallschicht/Metallisierung
DM Dichtmittel
FV Frontvolumen
RV Rückvolumen
DR viskose Masse, die sich zu elastischem Material härten lässt
SK Schallkanal (gebildet durch SO, Öffnung im DM und in LF, Zwischenraum zw. Komponenten und zwischen MK und TR)

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Aufbringen einer strukturierten
Beschichtung auf ein Bauelement, welches eine Oberfläche mit einem Beschichtungsbereich (CA) und einem nicht zu
beschichtenden Bereich (UCA) aufweist
a. bei dem auf das Bauelement (Bauelement) eine
Releasefolie (RT) aufgebracht und innerhalb des nicht zu beschichtenden Bereichs zumindest teilweise fixiert wird
b. bei dem die Releasefolie im Beschichtungsbereich (CA) entfernt wird
c. bei dem eine Beschichtung (LF) ganzflächig über die Releasefolie (RTS) und die Oberfläche des Bauelements aufgebracht wird
d. bei dem die Beschichtung entlang einer zweiten
Trennlinie (TL2) umlaufend um den
Beschichtungsbereich (CA) aufgetrennt wird
e. bei dem die Haftung der Releasefolie (RT) zumindest im von der zweiten Trennlinie (TL2 ) umschlossenen Bereich reduziert wird
f. bei dem die Releasefolie samt der darüber
aufgebrachten Beschichtung im nicht zu beschichtenden Bereich abgehoben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
bei dem als Releasefolie (RT) ein UV Release Tape oder ein Thermal Release Tape verwendet wird und die Haftung der Releasefolie im Verfahrensschritt e) mittels UV Licht, Laser oder durch thermische Einwirkung reduziert wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem das Bauelement (BE) Teil einer Baugruppe ist, die eine oder mehrere MEMS- oder Chip-Komponenten (MK, CK) aufweist, die auf einem Träger (TR)
angeordnet sind, wobei das Bauelement eine dieser
Komponenten darstellt,
bei dem in Verfahrensschritt d) als Beschichtung (LF) eine Folie ganzflächig über der Baugruppe so
aufgebracht wird, dass sie entweder jede einzelne der MEMS- oder Chip-Komponenten oder die Komponenten insgesamt als Baugruppe gegen den Träger abdichtet bei dem durch den Verfahrensschritt g) im nicht zu beschichtenden Bereich (UCA) ein Medienzugang zu der MEMS Komponente geschaffen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
bei dem in Verfahrensschritt a) die Releasefolie (RT) auf einen MEMS Wafer aufgebracht wird, in dem eine Vielzahl von MEMS Komponenten (MK) parallel
prozessiert werden,
bei dem dann Verfahrensschritt b) durchgeführt wird, bei dem die MEMS Komponenten vereinzelt werden, bei dem anschließend die Baugruppe mit mindestens einer der MEMS Komponenten (MK) und mindestens einer Chip Komponente (CK) bestückt wird,
bei dem anschließend die Verfahrensschritte c) bis f) durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4,
bei dem in Verfahrensschritt b) Einschnitte in die Releasefolie (RT) entlang einer ersten Trennlinie
(TL1) rund um den nicht zu beschichtenden Bereich
(UCA) erzeugt werden, bei dem in Verfahrensschritt b) die Releasefolie im Beschichtungsbereich (CA) außerhalb des von der ersten Trennlinie (TL1) umschlossenen Bereichs entfernt wird,
bei dem danach die Beschichtung (LF) aufgebracht wird,
bei dem zuerst in Verfahrensschritt e) die Haftung der Releasefolie im gesamten nicht zu beschichtenden Bereich thermisch oder durch Einwirken von UV Strahlung reduziert wird und dann in
Verfahrensschritt d) entlang einer zweiten Trennlinie (TL2) zweite Einschnitte in der Beschichtung erzeugt werden oder bei dem Verfahrensschritt d) vor
Verfahrensschritt e) vorgenommen wird,
bei dem anschließend Verfahrensschritt f)
durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
bei dem das Bauelement (BE) ein MEMS Mikrofon ist, das alleine oder in der Baugruppe auf den Träger (TR) montiert wird,
bei dem in Verfahrensschritt f) als nicht zu
beschichtender Bereich (UCA) eine Ausnehmung (AN) über einer Mikrofonmembran im Mikrofon freigelegt wird
bei dem eine Abdeckung (CR,KA) so auf dem Träger über dem MEMS Mikrofon oder der Baugruppe befestigt wird, dass unter der Abdeckung ein das MEMS Mikrofon oder die Baugruppe aufnehmender Hohlraum eingeschlossen und abgedichtet ist,
bei dem dazu entweder ein flacher Träger (TR) verwendet und darauf als Abdeckung eine Kappe (KA) aufgebracht wird, oder bei dem ein wannenförmiger Träger verwendet und darüber eine flache Abdeckung (CR) aufgebracht wird,
bei dem eine Schallöffnung (SO) in der Abdeckung (KA, CR) oder dem Träger (TR) vorgesehen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6,
bei dem mit der Beschichtung (LF) ein Volumen über der
Mikrofonmembran gegen ein Volumen unter der Membran
abgedichtet wird, wobei das Volumen über der Membran den verbleibenden Hohlraum oberhalb der Beschichtung und unter der Abdeckung umfasst
wobei das Volumen unter der Beschichtung und unter der
Mikrofonmembran zumindest einen durch die Beschichtung gegen den Träger abgedichteten Zwischenraum zwischen MEMS- und/oder Chipkomponenten umfasst.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7,
bei dem in Verfahrensschritt c) als Beschichtung (LF) eine tiefziehbare Folie über der Baugruppe aufgebracht wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3-8,
bei dem in den Verfahrensschritt b) und f) die Releasefolie (RT) auch in einem Brückenbereich über dem Zwischenraum zwischen zwei Komponenten (CK,MK) der Baugruppe belassen oder nicht entfernt wird, bei dem während und nach dem Verfahrensschritt c) die im Brückenbereich verbleibende Releasefolie die Beschichtung (LF) über dem Zwischenraum abstützt. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3-9,
bei dem als Releasefolie (RT) ein Thermal Release Tape verwendet wird, dessen Aufbringung nach der Montage der Komponenten auf dem Träger (TR) erfolgt, bei dem in Verfahrensschritt e) die Haftung der gesamten verbleibenden Releasefolie durch thermische Einwirkung reduziert wird,
bei dem das Abheben der Releasefolie samt darüber aufgebrachter Beschichtung (LF) im nicht zu
beschichtenden Bereich (UCA) durch Abblasen, Absaugen oder durch Abziehen mit einer Klebefolie erzielt wird . 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 3-10,
bei dem in Verfahrensschritt c) als Beschichtung (LF) eine tiefziehbare und thermisch aushärtbare Folie über der
Baugruppe aufgebracht wird. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6-11,
bei dem die Beschichtung auf dem Träger bis auf einen der Baugruppe benachbarten und diese vollständig umschließenden Randbereich entfernt wird, wobei die Beschichtung im gesamten Randbereich dicht mit dem Träger abschließt,
bei dem die Kappe auf den von der Beschichtung befreiten Bereich des Trägers aufgesetzt und mit dem Träger verklebt wird. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6-12,
bei dem als MEMS Komponente ein MEMS Mikrofon in der Baugruppe eingesetzt und in Flip-Chip Technik auf dem Träger montiert wird
bei dem als Abdeckung eine Kappe, in der eine Schallöffnung (SO) vorgesehen ist, über der Baugruppe auf dem Träger montiert wird,
bei dem die Schallöffnung über einem Zwischenraum zwischen zwei Komponenten vorgesehen wird, bei dem zwischen der Kappe und der Beschichtung über der Baugruppe ein Dichtmittel vorgesehen wird, das von innen mit der Kappe rund um Schallöffnung abdichtet,
- bei dem in dem Dichtmittel unterhalb der
Schallöffnung eine Öffnung vorgesehen wird,
bei dem die Öffnung durch die Beschichtung hindurch in den Zwischenraum hinein verlängert wird, so dass ein durchgehender Schallkanal (SK) durch die
Schallöffnung (SO) , das Dichtmittel (DM) und die
Beschichtung (LF) hindurch in den Zwischenraum bis unter die MEMS Komponente (MK) eröffnet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13,
bei dem das Dichtmittel (DM) als viskose Masse nach dem
Aufsetzen der Kappe (KA) durch die Schallöffnung (SO)
appliziert und anschließend ausgehärtet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13,
bei dem das Dichtmittel (DM) vor dem Aufsetzen der Kappe (KA) auf der Beschichtung (LF) über dem Zwischenraum angeordnet wird .
16. Verfahren nach Anspruch 15,
bei dem als Dichtmittel (DM) ein Dichtring aus elastischem Material auf der Beschichtung (LF) über dem Zwischenraum angeordnet wird.
17. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14,
- bei dem das Dichtmittel (DM) als viskose und im
gehärteten Zustand elastische Masse (LD) so in den Zwischenraum zwischen Beschichtung (LF) und der Kappe (KA) im Bereich der Schallöffnung (SO) aufgebracht wird, dass es massiv die Schallöffnung verschließt und deren Ränder gegen die Beschichtung abdichtet, bei dem die Öffnung (OE) im Dichtmittel (DM) und der Beschichtung (LF) nachträglich durch Laserbohren erzeugt wird.
PCT/EP2014/059633 2013-06-18 2014-05-12 Verfahren zum aufbringen einer strukturierten beschichtung auf ein bauelement Ceased WO2014202283A2 (de)

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