Bauelement und Verfahren zum Herstellen eines Bauelements

Die Erfindung betrifft ein Bauelement und ein Verfahren zum Herstellen eines Bauelements.

Bauelemente vom Typ eines mikro-elektro-mechanischen Systems (MEMS), eines mikro-elektro-optischen Systems (MEOPS) oder eines mikro-elektro-optisch-mechanischen Systems (MEOMS) verfügen über einen Chip, der mit Leiterbahnen verbundene Funktionsträger aufweist und auf einem Trägersubstrat montiert ist. Die Funktionalität eines Oberflächenwellenfilterchips wird erreicht, indem ein elektroakustischer Wandler oder „transducer" elektrische Eingangssignale in akustische Wellen transformiert, die sich auf dem Chipmaterial, wie etwa auf einem einkristallinen piezoelektrischen Substrat, ausbreiten. Die dabei auftretenden akustischen Wellen werden „surface acoustic waves" genannt. Breiten sich die akustischen Wellen im gesamten Ensemble aus, so liegen Volumenwellen vor oder „bulk acoustic waves". Nach entsprechender Signalverarbeitung mittels der akustischen Wellen können dann charakteristische Ausgangssignale über einen weiteren Wandler wiederum in elektrische Ausgangssignale umgewandelt werden. Bauelemente, die nach diesem Prinzip funktionieren, verfügen über herausragende Filter- oder Resonatoreigenschaften. Sie sind daher prädestiniert in vielen technischen Bereichen wie der drahtlosen Kommunikation und Sensorik eingesetzt zu werden.

Für ein störungsfreies Ausbreiten der akustischen Wellen sind unterschiedliche Schutzmechanismen zu implementieren. Ein Gehäuse und eine Kavität bieten einen mechanischen Schutz. Zusätzlich benötigt ein funktionierendes Bauelement Schutz vor Umgebungseinflüssen, wie Temperatur und Feuchtigkeit. Aus diesem Grunde wird eine Verkapselung der Elemente erforderlich. Insbesondere ist es wichtig, das Bauelement auch bei häufigen Thermozyklen und hohen Temperaturen betreiben zu können. Verfahren zum Herstellen des Bauelements und seiner Schutzmechanismen sollten, um modernen Anforderungen zu genügen, zu einer minimierten Baugröße führen. Gefordert wird in diesem Zusammenhang auch eine wirtschaftliche Herstellung, die mit wenigen Prozessschritten und geringem Materialverbrauch einhergeht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Bauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelements zur Verfügung zu stellen, das wenige Prozessschritte erfordert.

Die Aufgabe wird mit den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Wei ^¬ terbildungen und Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

In einer Aus führungs form umfasst ein Bauelement ein Substrat, einen Chip und einen Rahmen, der mit dem Substrat verbunden ist und auf dem der Chip aufliegt. Bevorzugt ist das Substrat gasdicht und weist Keramiken auf, wie Hochtemperatur- Mehrlagenkeramik beziehungsweise HTCC (High Temperature Cofi- red Ceramic) oder Niedertemperatur-Mehrlagenkeramik beziehungsweise LTCC (Low Temperature Cofired Ceramic) . Bevorzugt ist es weiterhin, dass der Chip Quarz, Lithiumtantalat , Li- thiumniobat oder ähnliche Stoffe aufweist und Funktionsele ^¬ mente trägt, zum Beispiel Wandler für akustische Oberflächen ^¬ oder Volumenwellen. Dazu weist er beispielsweise ein piezo ^¬ elektrisches Material, elektroakustische Wandler und geeigne ^¬ te Leiterbahnen auf. Der Rahmen auf dem Substrat ist bevorzugt aus Kupfer, Nickel, Silber oder einer Folge dieser Metalle gefertigt und gasdicht mit dem Substrat verbunden. Andere Materialien für den Rahmen, wie etwa Keramik sind ebenfalls denkbar. Der Chip liegt auf dem Rahmen auf. Weiterhin ist es bevorzugt, dass der Rah ^¬ men beispielsweise mittels Diamantfräsung eine plane Oberflä ^¬ che aufweist. Dadurch ist es möglich, dass beispielweise ein mit Bumpverbindungen versehener Chip nach einer Flip-Chip- Montage und Kollabieren (Collapsing) der Bumpverbindungen in einem anschließenden Reflowprozess auf dem Rahmen gleichmäßig aufliegt und der Spalt zwischen Chip und metallischen Rahmen bei entsprechend angepassten Rahmenhöhen, Bumphöhen und Collapsing nahezu Null ist. Durch Druckbeaufschlagung des Chips bei geschmolzenen Bumpverbindungen und Abkühlen unter den Schmelzpunkt der Bumps bei anhaltender Druckbeaufschlagung kann der Spalt zwischen Chip und Rahmen ebenfalls minimiert werden und bei diamantgefrästen Rahmen kleiner 10 nm betragen .

Eine Verschlussschicht zwischen dem Rahmen und dem Chip ist dazu eingerichtet, ein von dem Substrat, dem Chip und dem Rahmen umschlossenes Volumen hermetisch abzudichten. Der Restspalt zwischen Chip und Rahmen kann so verschlossen werden .

Vorteilhafterweise ist das Bauelement in Form des umschlosse ^¬ nes Volumens bzw. einer Kavität durch Verwendung der Verschlussschicht hermetisch gegenüber Umwelteinflüssen verschlossen. Durch das Auflegen des Chips auf den Rahmen ist es ferner möglich, das hermetische Abschließen der Kavität mit wenigen Prozessschritten zu erreichen. Die Verschlussschicht kann dabei an die spezielle Verwendung des Bauelementes in weiten Bereichen angepasst werden. Dadurch ist es möglich, das Verhalten bei Thermozyklen nach Montage des Bauelements auf Substraten, wie beispielsweise elektronischen Leiterplat ^¬ ten (PCB) beziehungsweise Niedertemperatur-Mehrlagenkeramiken (LTCC) , zu optimieren. Auch nach Ummolden der montierten Bauelemente unter Einbeziehung weiterer Materialien, wie zum Beispiel von metallischen Folien lässt sich das Verhalten bei Thermozyklen vorteilhaft verbessern. Ferner ist es möglich, reduzierte Baugrößen des Chips unter Beibehaltung der Filterfunktionen zu realisieren. Bei geringer Zahl an erforderlichen Prozessschritten lassen sich somit bei gleicher Funktionalität mehr Bauelemente pro Panel erzielen oder aber bei gleicher Panelbelegung größere Chips realisieren.

In einer weiteren Aus führungs form stellt die Verschlussschicht eine in Tintenstrahltechnologie oder Jettechnologie aufgebrachte Schicht dar. Dabei weist die Verschlussschicht nach dem Jetvorgang ein Polymer oder Metallpartikel auf. Möglich ist auch eine Mischung aus Polymer und anorganischen Partikeln .

Die Verschlussschicht, beziehungsweise das Polymer oder die Metallpartikel, werden mittels Tintenstrahldrucktechnik oder Jetten auf den Spalt zwischen den Metallrahmen und dem Chip aufgebracht. Mittels des Jetverfahrens wird die Verschluss ^¬ schicht ortsgenau aufgebracht. Dabei werden bevorzugt be ^¬ stimmte Abschnitte in der Verschlussschicht lediglich mit Po ^¬ lymer oder lediglich mit Metallpartikeln versehen. In einem weiteren Prozessschritt können beim Verschließen beziehungsweise nach dem Verschließen des Spalts zwischen Metallrahmen und Chip das Polymer oder die Metallpartikel ausgehärtet wer ^¬ den. Dies geschieht bevorzugt durch Bestrahlung der Verschlussschicht mit einem UV-Laser oder einem geeigneten Laser, der das Material thermisch härtet beziehungsweise im Fall der Metallpartikel thermisch sintert. Bevorzugt werden UV-härtende Polymere verwendet.

Vorteilhafterweise lässt sich durch Verwendung von Polymeren oder Metallpartikeln eine gasdichte und hermetische Ver ^¬ schlussschicht realisieren. Die Wahl der entsprechenden Materialien richtet sich dabei nach der gegebenen Anwendung und den entsprechenden Abschirmungserfordernissen. Beispielsweise bei Verwendung im Mobilfunk muss hochfrequente Strahlung abgeschirmt werden. Werden beispielsweise Metallpartikel ver ^¬ wandt, so haben diese neben einem gasdichten Verschluss wei ^¬ tere Eigenschaften wie beispielsweise elektrische Eigenschaf ^¬ ten. Dadurch können etwa überschüssige Ladungen, wie sie auf dem Chip typischerweise auftreten, abgeführt werden.

In einer weiteren Aus führungs form wird die Verschlussschicht durch Jetten von metallischen Nanopartikeln mit Durchmessern kleiner als 10 nm und anschließendem Sintern derselben gebildet .

Mit Hilfe der metallischen Nanopartikel , bevorzugt Silberna- nopartikel oder Goldnanopartikel , können hochaufgelöste orts ^¬ genaue Verschlussschichten realisiert werden. Ferner ist es möglich, durch thermisches Sintern zum Beispiel mit einem Laser die Nanopartikel zu einer elektrisch leitfähigen, gasdichten Schicht zu verbinden. Dabei hat sich erwiesen, dass sich bei Verwendung von Nanopartikeln mit Durchmessern kleiner 10 nm bei Sintertemperaturen von ca. 200°C eine Leitfähigkeit einstellt, die etwa einem Fünftel der el. Leitfähig ^¬ keit des entsprechenden Bulkmaterials entspricht.

In einer weiteren Aus führungs form umfasst die Verschlussschicht den Rahmen um den Chip und die Seiten des Chips kom- plett. Dabei ist die Verschlussschicht beispielsweise in Form eines Rahmens entlang des Chipumfangs mittels Tintenstrahl- drucktechnik aufgejettet. Alternativ können die Metallpartikel, bevorzugt die metallischen Nanopartikel , die komplette äußere Chipoberfläche und den Rahmen bedecken. Dabei wird die Verschlussschicht zum Beispiel durch breitbandiges Jetten aufgetragen .

Nach einer weiteren Aus führungs form weist der Rahmen eine plane Oberfläche auf. Diese ist beispielsweise durch Diamant ^¬ fräsen oder andere geeignete Vorprozesse homogen gestaltet, sodass der Chip gleichmäßig oder homogen auf dem Rahmen aufliegt. Dabei wird bevorzugt die Oberfläche des Rahmens so plan, dass ein Spalt zwischen metallischem Rahmen und Chip möglichst gering oder nahezu Null ist.

Vorteilhafterweise ist der Abstand zwischen dem Rahmen und dem Chip nahezu Null. Erreicht wird dies beispielsweise bei planarisiertem Rahmen durch ein ausreichendes Kollabieren (Collapsing) der Bumpverbindungen in einem Reflowprozess beziehungsweise alternativ durch gleichmäßige Druckbeaufschla ^¬ gung der Chips im geschmolzenen Zustand der Bumpverbindungen und Abkühlen unter Druckbeaufschlagung. Hiermit lassen sich Spalte zwischen Chip und Rahmen kleiner 10 nm erzielen. Diese Spalte bleiben auch nach Abkühlen bestehen, wenn der thermische Ausdehnungskoeffizient des Materials der Bumpverbindung größer ist als derjenige des Rahmenmaterials. Dann lassen sich die Metallpartikel, bevorzugt metallische» Nanopartikel, auf etten und in der Folge mittels Tempern zu homogenen Metallschichten sintern.

In einer weiteren Aus führungs form ist der Chip über eine Bumpverbindung mit dem Substrat verschaltet. Mittels der Bumpverbindung entsteht eine elektrische Ver- schaltung mit dem Substrat und erlaubt eine elektrische Kom ^¬ munikation des zwischen Chip und Substrat.

Nach einer weiteren Aus führungs form weist die Bumpverbindung einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf, der größer ist als ein thermischer Ausdehnungskoeffizient des Rahmens.

Der Abstand Null zwischen Chip und Rahmen kann auch durch Druckbeaufschlagung des Chips bei Löttemperaturen der Bumpverbindung und Abkühlung unter Druckbeaufschlagung unter die Schmelztemperatur der Bumpverbindung erreicht werden. Beim weiteren Abkühlen wird der Chip auf den Rahmen gedrückt, wenn das Rahmenmaterial einen niedrigeren thermischen Ausdehnungs ^¬ koeffizienten als das Bumpmaterial hat. Das ist zum Beispiel der Fall bei Cu-Rahmen und Loten aus Sn-Legierungen .

Nach einer weiteren Aus führungs form weist das Substrat und/oder der Chip eine funktionalisierte Oberfläche auf.

Das Funktionalisieren des Substrats und/oder des Chips kann zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfolgen. Durch die Oberflä- chenfunktionalisierung ist es möglich, das Benetzungsverhal- ten von gejetteten Materialien zum Beispiel von Nanotinten gezielt zu beeinflussen. Auf diese Weise ergeben sich Mög ^¬ lichkeiten, das Verlaufsverhalten der in Jettechnik bedruckten Materialien beziehungsweise Materialabschnitte optimal zu gestalten. Dabei kann die verwendete Tröpfchengröße während des Jettens gemäß den Anforderungen in einem weiten Bereich variiert werden, zum Beispiel mit Tröpfchendurchmessern im Bereich von 10 μπι bis 100 μπι. In einer weiteren Aus führungs form weist die funktionalisierte Oberfläche funktionale Silangruppen auf. Im Zuge der Silani- sierung wird eine chemische Anbindung einer Silanverbindung an der Oberfläche ermöglicht. Bevorzugt werden die Eigen ^¬ schaften der beschichteten Oberfläche beziehungsweise der verwendeten Silangruppe so gewählt, dass sie eine Haftwirkung gegenüber den verwendeten metallischen Partikeln aufweist.

Nach einer weiteren Aus führungs form weist die Verschlussschicht abschnittsweise nur das Polymer, ein dotiertes Poly ^¬ mer oder gesinterte Metallpartikel auf. Alternativ weist die Verschlussschicht nur das Polymer oder nur die gesinterten Metallpartikel auf.

Je nach Anwendungsgebiet oder auch Kostenvorgaben können verschiedene Prozessschritte bei der Herstellung des Bauelemen ^¬ tes entfallen. Durch abschnittsweises Auftragen des Polymers oder der Metallpartikel lässt sich das Bauelement in weiten Bereichen an die Kundenanforderungen anpassen. So lassen sich zum Beispiel mechanische Spannungen im Chip oder der Verbindung gezielt reduzieren.

In einer weiteren Aus führungs form ist der Chip ein mikro- elektromechanisches System, ein mikro-elektro-optisches Sys ^¬ tem oder ein mikro-elektro-optisch-mechanisches System.

Eine Aus führungs form zum Herstellen eines Bauelements mit einem Substrat, einem Chip und einem Rahmen umfasst die Schrit ^¬ te: Aufbringen des Rahmens auf das Substrat und Verbinden des Chips mit dem Rahmen. Das Verbinden erfolgt derart, dass der Chip auf dem Rahmen aufgelegt wird, und die Verbindung zwischen dem Chip und dem Rahmen hermetisch abgedichtet wird. Vorteilhafterweise wird ein umschlossenes Volumen bzw. eine Kavität des Bauelements durch Verwendung der Verschluss ^¬ schicht hermetisch gegenüber Umwelteinflüssen verschlossen. Durch das Auflegen des Chips auf den Rahmen ist es ferner möglich, das hermetische Abschließen der Kavität mit wenigen Prozessschritten zu erreichen. Die Verschlussschicht kann dabei an die spezielle Verwendung des Bauelementes in weiten Bereichen angepasst werden. So ist es etwa möglich, das Verhalten bei Thermozyklen nach Montage des Bauelements bei ^¬ spielsweise auf Substraten, wie beispielsweise elektrischen Leiterplatten (PCB) beziehungsweise Niedertemperatur- Mehrlagenkeramiken (LTCC) , zu optimieren. Auch bei späterem Ummolden der montierten Bauelemente unter Einbeziehung von weiteren Materialien wie zusätzlichen metallischen Folien zur elektromagnetischen Abschirmung lässt sich das Verhalten bei Thermozyklen nach Montage vorteilhaft verbessern. Ferner ist es möglich, reduzierte Baugrößen und Filterfunktionen des Chips zu realisieren. Weil die Zahl der erforderlichen Prozessschritte gering ist, lassen sich bei gleicher Funktiona ^¬ lität mehr Bauelemente pro Panele erzielen oder aber bei gleicher Panelbelegung größere Chips realisieren.

In einer weiteren Aus führungs form wird die Verschlussschicht mittels Tintenstrahldrucks aufgebracht. Die Verschlussschicht weist dabei beim Druck ein Polymer oder Metallpartikel oder eine Mischung aus Polymer und Metallpartikeln auf.

Vorteilhafterweise lässt sich durch Verwendung von Polymeren oder Metallpartikeln eine gasdichte und hermetische Ver ^¬ schlussschicht realisieren. Die Wahl der entsprechenden Materialien richtet sich dabei nach der jeweils gegebenen Anwendung. Werden beispielsweise Metallpartikel verwandt, so haben diese neben einem gasdichten Verschluss weitere Eigenschaften wie beispielsweise elektrische Eigenschaften. Dadurch können etwa überschüssige Ladungen, wie sie auf dem Chip typischer ^¬ weise auftreten, abgeführt werden oder es kann hochfrequente Strahlung am Austritt aus dem Bauelement gehindert werden. Bevorzugt wird die Verschlussschicht thermisch zum Beispiel mittels Laserstrahlung ausgehärtet.

In einer weiteren Aus führungs form umfasst das Verfahren zusätzlich ein Funktionalisieren des Substrats, der Chips gegebenenfalls auch vor dem Vereinzeln des Wafers.

Mittels Oberflächenfunktionalisierung lassen sich die Oberflächen der Chips, des Substrats oder des Wafers für die Ver ^¬ wendung der Verschlussschicht vorbereiten. Beispielsweise kann bei Verwendung der Metallpartikel eine Benetzungseigen- schaft erzielt werden, so dass die in Flüssigkeit suspendier ^¬ ten Partikel ortsgenau gejettet werden können. Auf diese Wei ^¬ se lässt sich die Verschlussschicht in weiten Bereichen opti ^¬ mal auftragen und anpassen.

Nach einer weiteren Aus führungs form erfolgt das Funktionalisieren mittels Silanisierung.

Mittels Silanisierung werden funktionale Silangruppen auf Oberflächen chemisch aufgebracht. Diese funktionalen Gruppen können in der Folge vorteilhafte BenetZungseigenschaften, insbesondere gegenüber suspendierten Nano-Metallpartikeln erzeugen .

Nach einer weiteren Aus führungs form wird die Verschlussschicht mittels Tintenstrahldrucks aufgebracht. Dies erfolgt alternativ abschnittsweise, wobei ein Abschnitt lediglich das Polymer und ein Abschnitt lediglich Metallpartikel aufweist. Oder es erfolgt derart, dass die Verschlussschicht entweder nur das Polymer oder nur die Metallpartikel aufweist.

Zur Vermeidung von mechanischen Spannungen entlang des Chips oder Substrats kann es von Vorteil sein, Abschnitte der Ver ^¬ schlussschicht mit unterschiedlicher Materialzusammensetzung vorzusehen .

In einer weiteren Aus führungs form erfolgt das hermetische Abschließen des Chips mit dem Metallrahmen, in dem der Chip unter Druckbeaufschlagung und mittels Bumpverbindungen zwischen dem Substrat und dem Chip verbunden und verschaltet wird.

Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbei ^¬ spielen anhand von Figuren erläutert. Soweit sich Teile oder Bauelemente in ihrer Funktion entsprechen, wird deren Beschreibung nicht in jeder der folgenden Figuren wiederholt.

Es zeigen:

Figur 1 eine beispielhafte Aus führungs form eines Bauele ^¬ ments nach dem vorgeschlagenen Prinzip,

Figur 2 eine Detailansicht einer Verschlussschicht eines

Bauelements nach dem vorgeschlagenen Prinzip, und

Figur 3 beispielhafte Aus führungs formen mit unterschiedli ^¬ chen Verschlussschichten nach dem vorgeschlagenen Prinzip .

Figur 1 zeigt eine beispielhafte Aus führungs form eines Bau ^¬ elements nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Gezeigt ist ein Bauelement, wie es auf einem Substrat S oder zusammen mit mehreren ähnlichen Bauelementen nebeneinander auf einem Panel montiert werden kann. Das Bauelement weist das Substrat S auf, auf dem sich ein umlaufender metallischer Rahmen MF befindet. Auf diesem Rahmen MF liegt ein Chip CH auf, der zusätzlich über Bumpverbindungen B mit dem Substrat S elektrisch verschaltet ist. Bevorzugt weist der metallische Rahmen MF Kupfer oder ähnliche Metalle auf und wurde in einem ersten Bearbeitungsschritt plan gefräst. Dies kann beispielsweise durch Diamantfräsen erfolgen. Der Rahmen kann jedoch andere Materialien aufweisen, wie beispielsweise Keramiken.

Mittels Druckbeaufschlagung wird der Chip CH mit dem metallischen Rahmen MF verbunden. Dazu kann zunächst der Chip CH mit dem Substrat S mittels Bumpverbindungen B verlötet werden, wobei die verwendeten Temperaturen über der Schmelztemperatur des Lots liegen. Der metallische Rahmen MF ist an der Oberfläche so ausgebildet, dass der Abstand zwischen Chip CH und metallischem Rahmen MF nahezu Null ist. Weiterhin unter

Druckbeaufschlagung lässt man das Bauelement abkühlen. Dabei wird der Chip zusätzlich auf den metallischen Rahmen MF ge- presst, wenn der thermische Ausdehnungskoeffizient der Bump- verbindung B größer als der thermische Ausdehnungskoeffizient des metallischen Rahmens MF gewählt wird.

In einem unabhängigen Schritt wurde zuvor der Chip CH mit Leiterbahnen versehen, die einen Einsatz des Chips CH als mi- kroelektromechanisches oder MEMS-System oder ähnliches System erlauben. Um die erforderliche Chipfläche des Chips CH zu re ^¬ duzieren, kann der Chip Leiterbahnüberkreuzungen aufweisen. Als Isolationsschicht zwischen sich überkreuzenden Leiterbahnen sind Benzo-Cyclo-Butan (BCB) oder andere geeignete Kunststoffe vorzusehen. Der Chip kann auch einen Rahmen aus dem Material der sich überkreuzenden Leiterbahnen aufweisen, der nach dem Reflowlöten auf dem Rahmen MF aufliegt.

Der Chip CH, der auf dem metallischen Rahmen MF aufliegt, bildet zusammen mit dem Substrat S eine Kavität, das heißt ein umfasstes Volumen. Dieses ist für die Verwendung des Chips CH mit akustischen Oberflächen- oder Volumenwellen von- nöten. Für ein korrektes Funktionieren des Chips CH für diese Anwendungen ist es ferner notwendig, die umschlossene Kavität hermetisch zu verschließen, das heißt gasdicht und vor Umwelteinflüssen geschützt. Dazu wird auf den Spalt zwischen metallischem Rahmen MF und Chip CH eine Verschlussschicht SL aufgetragen, die den ohnehin schon geringen Spalt zwischen metallischem Rahmen MF und Chip CH weiter versiegelt und gasdicht abschließt. Auf diese Weise ist es möglich, die in der Kavität befindliche Chipoberfläche vor Kontaminationen zu schützen .

Zweckmäßigerweise wird die Verschlussschicht SL mittels einer Tintenstrahldrucktechnik - Jet-Technologie - aufgebracht. Ge ^¬ eignete Materialien umfassen Polymere P oder Metallpartikel NP . Letztere sind beispielsweise silbergefüllte Nanotinten mit Silbernanopartikeln deren Durchmessern kleiner als 10 nm beträgt. Diese sind nicht nur als hermetische Verschluss ^¬ schicht SL geeignet, sondern können aufgrund ihrer elektrischen Eigenschaften auch überschüssige Ladungen am Chip CH abzuführen oder Abschirmfunktionen übernehmen.

Figur 2 zeigt Details der Verschlussschicht SL nach dem vor ^¬ geschlagenen Prinzip. Die Verschlussschicht SL kann alterna ^¬ tiv lediglich das Polymer P oder die Metallpartikel NP aufweisen. Es ist aber auch denkbar, eine Mischung aus beiden Stoffen vorzusehen. Die Verschlussschicht SL wird mittels Tintenstrahldrucktechnik oder Jetten entlang des Chipumfangs aufgetragen. Die Verschlussschicht SL verhindert, dass in folgenden Prozessschritten, wie auch im Betrieb des Bauelements, die in der Kavität befindliche Chipoberfläche des Chips CH kontaminiert wird. Um eine Kontamination der inneren Chipoberfläche beim Aufbringen der Verschlussschicht SL si ^¬ cher zu verhindern, bietet es sich an, bei Verwendung der suspendierten Nano-Metallpartikel NP die mit der Verschluss ^¬ schicht SL in Kontakt kommenden Oberflächen so zu funktiona- lisieren, dass die bevorzugt in organischen Lösungsmitteln wie Alkoholen suspendierten Metallpartikel nicht unzulässig verlaufen und haften. Eine Möglichkeit bietet sich durch Oberflächenfunktionalisierung mit geeigneten Silangruppen an. Solche Oberflächenfunktionalisierungen sind so gewählt, dass sie gegenüber Reflow-Temperaturen von zirka 260°C stabil sind, wenn vor dem Verlöten der Chips CH mit dem Panel funk- tionalisiert wurde.

Die Oberflächenfunktionalisierung erfolgt beispielsweise vor dem Jetten und kann alternativ auf Panelebene, Chipebene und Substratebene erfolgen. Sie kann beispielsweise auch erfolgen mit Substraten, die bereits mit Chips CH bestückt sind. Je nach Anwendungsziel ergeben sich daraus entsprechende Kombi ^¬ nationen, um das Benetzungsverhalten der in Jettechnik bedruckten Materialien beziehungsweise Materialabschnitte opti ^¬ mal zu gestalten. Die verwendete Tröpfchengröße bei Tinten ^¬ strahldrucktechnik kann gemäß den Anforderungen in einem weiten Bereich variiert werden, zum Beispiel im Bereich von 10 μπι bis 100 μπι Tröpfchendurchmesser .

Ist die Verschlussschicht SL aufgebracht, wird beim Ver ^¬ schließen beziehungsweise nach dem Verschließen des Spalts zwischen metallischem Rahmen MF und Chip CH das aufgetragene Polymer P ausgehärtet bzw. die metallischen Partikel MP zusammengesintert. Dies ist beispielsweise durch Bestrahlung der Verschlussschicht SL mit einem UV-Laser (UV-härtende Po ^¬ lymere) oder aber mit einem herkömmlichen Laser möglich, der die Verschlussschicht SL thermisch härtet beziehungsweise im Fall von metallischen Partikeln thermisch sintert.

Figur 3 zeigt alternative Aus führungs formen eines Bauelements nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Gezeigt sind vier unterschiedliche Aus führungs formen 1, 2, 3 und 4, die sich jeweils in der Ausführung der Verschlussschicht SL unterscheiden.

Gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels 1 werden die mit dem Bumpverbindungen B verlöteten Chips CH wie auch das Substrat S vorab getrennt oberflächenfunktionalisiert . Nach Verlöten der Chips CH werden Silbernanopartikel unter einem Winkel von etwa 45° auf den Spalt zwischen metallischem Rahmen MF und Chip CH gejettet und anschließend getempert. Ergänzend kann es sinnvoll sein, ein Seedlayer (Keimschicht) vor dem Jetten von Silbernanopartikeln zu sputtern. Als eine weitere Alternative ist es möglich, mit Bumpverbindungen B versehene und eingesägte Waferoberflächen zu funktionalisieren . Bei anschließend möglichen Grinden werden die mit Bumpverbindungen B versehenen Chips CH freigelegt (dicing before grinding Pro- zess oder DBG) . In diesem Fall ist der Chip CH nur an relevanten Oberflächen funktionalisiert : an den Seitenflächen beziehungsweise auf der bebumpten Oberfläche.

Eine zweite Alternative besteht darin, die Oberflächenfunkti- onalisierung des mit Chips CH versehenen Substrats S nach einem Reflow-Löten in einem Reaktor durchzuführen. Dadurch entfallen getrennte Prozesse für Wafer W und Substrat S und die verlöteten Partner werden nur an relevanten Oberflächen funk- tionalisiert .

In einer zweiten Aus führungs form 2 werden an den Längsseiten des Chips CH Metallpartikel gejettet und auf den schmalen Seiten des Chips CH das Polymer P. Eine solche Maßnahme redu ^¬ ziert mechanische Spannungen wie Schälspannungen, welche ge ^¬ mäß der Chipgeometrie vor allem an den Kanten bei Thermozyk- len auftreten und ein potentielles Delaminationsrisiko dar ^¬ stellen. Die Aus führungs form 2 zeigt des Weiteren weitere Modifikationen, die abhängig sind von dem thermischen Ausdehnungskoeffizient (CTE-Wert) des verwendeten Substrates S. Da ^¬ bei können durch abschnittsweises Jetten von Metallpartikeln NP und/oder Polymeren P beispielsweise nur an Kanten des metallischen Rahmens MF mechanische Spannungen beeinflusst und reduziert werden.

Eine dritte Aus führungs form ist mit dem Bezugszeichen 3 bezeichnet. Hierbei ist das Substrat S vollständig von einem gejetteten Polymerrahmen umgeben. Das Polymer P, das dabei verwendet wird, kann sowohl UV-härtend sein, als thermisch härtend oder eine Hot-Melt-Variante . Bei diesem Beispiel kann eine Oberflächenfunktionalisierung entfallen, wenn das Polymer P entsprechende Verlaufseigenschaften aufweist zum Beispiel durch UV-Bestrahlung während des Jettens oder durch Aufbringen im heißen Zustand auf eine kalte Substratoberflä ^¬ che .

Die vierte gezeigte Aus führungs form umfasst Metallpartikel NP, die auf das mit Chips CH bestückte Substrat S gejettet werden. Dabei dienen die Metallpartikel NP als Verschluss zwischen metallischem Rahmen MF und Chip CH. Zusätzlich dienen die Metallpartikel NP als Keimschicht oder Seedlayer für eine mögliche folgende Galvanik. Eine solche Variante ist be ^¬ sonders kostengünstig, da eine Reihe von anderen von Prozessen aus den anderen Ausführungsformen entfällt.

Die wie obenstehend hergestellten Bauelemente nach den Aus ^¬ führungsformen 1, 2, 3 können in einem abschließenden Schritt bei Herstellung auf einem Panel aus diesem gesägt werden und als Einzelbausteine benutzt werden. Es ist weiterhin möglich, die so entstandenen Bauelemente zu Übermolden und/oder sie mit weiteren Schutzschichten oder Folien zu versehen. Bevorzugt erfolgt mittels Galvanik ein Auftragen einer Metall ^¬ schicht .

Bezugs zeichenliste

B Bumpverbindung

CH Chip

CF Laminatfolie

NP metallische Partikel

MF metallischer Rahmen

P Polymer

SL Verschlussschicht

W Wafer

S Substrat