Verfahren zur Verkapselung elektronischer Bauelemente und integrierter Schaltungen

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet elektronischer Bauelemente und der diesen zugeordneten integrierten Treiber- und/oder Steuerschaltungen und spezieller die mechanische Verkapselung elektronischer Bauelemente sowie die Verkapselung elektronischer Bauelemente und der diesen zugeordneten integrierten Treiber- und/oder Steuerschaltungen.

Hintergrund der Erfindung

Elektronische Bauelemente bzw. elektronische Komponenten wie etwa MEMS (Mikro-Elektro-Mechanisches System) -Bauelemente erlangen zunehmend Bedeutung. Viele Arten von Systemen nutzen Sensoren, um den Wert einer

Eigenschaft eines physikalischen Systems zu erfassen und um ein entsprechendes elektrisches Signal zu erzeugen, das den gemessenen Wert repräsentiert.

Beschleunigungsmesssensoren umfassen beispielsweise eine mechanisch aktive Komponente, z. B. eine beschleunigungsabhängige Schwingmasse, und beruhen auf elektromechanischen Sensoren, welche bestimmte Beschleunigungsformen, beispielsweise Rotations- oder Linearbeschleunigung, in entsprechende elektrische Signale übersetzen.

Da solche elektronischen Bauelemente sehr empfindlich sind, müssen sie geschützt werden, indem sie auf irgendeine Art gekapselt werden. Zur Herstellung elektronischer oder anderer Bauelemente für Mikrosysteme sind viele Technologien entwickelt worden, die eine exakte Formung strukturierter Verkapselungs- oder Passivierungsschichten und/oder -hohlräume ermöglichen.

Typische Verkapselungs- oder Gehäusekonzepte wie beispielsweise das Eingießen in Kunststoffe sind unvorteilhaft, da die mechanischen Eigenschaften der empfindlichen Bauelemente gestört oder sogar geschädigt werden. Im Falle von SAW-Filter-Bauelementen, beispielsweise, beeinflusst sogar das Material auf der Oberfläche die Charakteristiken der Filterbauelemente.

Um eine solche Störung zu vermeiden und solche empfindlichen elektronischen Bauelemente zu schützen, werden Wafer mit entsprechenden empfindlichen elektronischen Bauelementen mit einem zweiten Wafer oder Deckwafer verbunden. Der zweite Wafer weist Löcher oder Gräben in dem Bereich oder an der Stelle der elektronischen Bauelemente auf. Diese Löcher oder Gräben des zweiten Wafers werden in solcher Weise erzeugt, dass sie nach dem Bonden des zweiten Wafers an den ersten Wafer einen

Hohlraum um die empfindlichen Strukturen herum bilden.

Die DE 101 47 648 Al offenbart beispielsweise dieses Konzept zur Herstellung gefachartiger Strukturen für eine Glasdeckschicht, die zur Verkapselung von MEMS-Bauelementen genutzt wird.

Alternativ werden auch teure Keramikverkapselungen genutzt, um empfindliche Bauelemente zu schützen.

Die DE 102 06 919 Al offenbart ein Verfahren zur Verkapselung elektronischer Bauelemente, bei dem ein Prozess mit den folgenden Schritten genutzt wird: Aufbringen der elektronischen Bauelemente auf einen ersten Wafer, Herstellen einer Rahmenstruktur um jedes elektronische Bauelement herum und Abdecken der Rahmenstruktur mit einer Deckstruktur, die auf einer Opferschicht platziert wird. Die Rahmenstruktur um jedes elektronische Bauelement herum und die Abdeckung bilden einen Hohlraum, der das elektronische Bauelement aufnimmt und schützt.

Wie bereits vorstehend erwähnt, werden bei vielen Arten von Systemen elektronische Bauelemente wie etwa Sensoren genutzt, um den Wert einer Eigenschaft eines physikalischen Systems zu erfassen und um ein entsprechendes elektrisches Signal zu erzeugen, das den gemessenen Wert repräsentiert. Diese elektrischen Signale werden üblicherweise für elektrische integrierte

Schaltungen bereitgestellt, die außerhalb des Chips oder an benachbarten Stellen auf dem Chip vorgesehen sind, um eine gewünschte Funktion zu ermöglichen, z. B. Verstärkung, Auflösung und/oder Signalwandlung, die ausgeführt werden soll.

Im Falle einer separaten Verkapselung eines elektronischen Bauelements und der zugehörigen integrierten Treiber- und/oder Steuerschaltung wird das verkapselte elektronische Bauelement auf einer Leiterplatte neben der integrierten Treiber- und/oder Steuerschaltung montiert, welche in analoger Weise verkapselt ist. Zusammen führen diese die gewünschte Funktion, z. B. eine Messfunktion, aus .

Da die Verkapselung des elektronischen Bauelements und die Verkapselung der integrierten Schaltung im Allgemeinen beträchtlich größer als das entsprechende elektronische Bauelement bzw. die integrierte Schaltung sind, trägt die Verkapselung beträchtlich zu den Abmessungen und auch zu den Kosten der Baugruppe auf der Leiterplatte bei.

Ferner wird durch die Montage des elektronischen Bauelements in der Verkapselung eine Grenze dafür gesetzt, wie dicht das elektronische Bauelement in Bezug auf die integrierte Schaltung platziert werden kann, welche die Steuer- und/oder Treiberfunktion ausführt. Dadurch kann wiederum das elektrische Leistungsverhalten des elektronischen Systems unnötig eingeschränkt werden oder die Rauschanfälligkeit erhöht werden.

Die WO 01/29529 A2 offenbart eine Verkapselung für mikromechanische Sensoren und zugehörige Steuerschaltungen. Der mikromechanische Sensor ist auf einem Halbleiterwafer hergestellt, und die Steuerschaltung auf einem weiteren Halbleiterwafer . In die Rückseite des Wafers der Steuerschaltung wird ein Hohlraum geätzt, wobei der Hohlraum derart ausgebildet wird, dass der Sensor auf dem anderen Wafer in den Hohlraum passt, wenn die Wafer in eine aneinanderliegende Lagebeziehung gebracht werden.

Daher besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein einfaches, aber sicheres Konzept mit reduzierter Baugröße und reduzierten Kosten zur Verkapselung oder Unterbringung elektronischer Bauelemente oder elektronischer Bauelemente zusammen mit deren zugehörigen integrierten Treiber- und/oder Steuerschaltungen zur Verfügung zu stellen, insbesondere indem herkömmliche

Herstellungsverfahren für integrierte Schaltungen und herkömmliche Verkapselungstechnologien genutzt werden.

Allgemeine Beschreibung der Erfindung Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird in überraschender Weise durch den jeweiligen Erfindungsgegenstand der jeweiligen anhängenden unabhängigen Ansprüche erreicht. Vorteilhafte und/oder bevorzugte Ausführungsformen oder Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen anhängenden Unteransprüche.

Dementsprechend wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Verkapselung elektronischer Bauelemente vorgeschlagen, das die Schritte umfasst, zumindest ein Trägersubstrat bereit- zustellen, zumindest eine Ausnehmung in der Oberseite des Trägersubstrats zu erzeugen, die zumindest eine Stufe umfasst, zumindest ein erstes elektronisches Bauelement zumindest teilweise auf der Stufe zu platzieren, insbesondere um das erste elektronische Bauelement zu stützen und/oder das erste elektronische Bauelement im Abstand zu einem Boden der Ausnehmung anzuordnen, und zumindest teilweise die Oberseite des Trägersubstrats mit einer Deckschicht abzudecken.

Der Schritt des Abdeckens der Oberseite des Trägersubstrats mit einer Deckschicht führt zur Bildung eines Hohlraums, der durch die Ausnehmung und die Deckschicht gebildet wird. Dementsprechend wird das erste elektronische Bauelement in dem Hohlraum aufgenommen. Bei einer Ausführungsform wird neben dem ersten elektronischen

Bauelement zumindest ein zweites elektronisches Bauelement auf der Oberseite des Trägersubstrats platziert. Vorzugsweise wird das zweite elektronische Bauelement benachbart der Ausnehmung platziert.

Ferner wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Verkapselung elektronischer Bauelemente vorgeschlagen, welches die Schritte umfasst, zumindest ein Trägersubstrat bereitzustellen, zumindest eine Ausnehmung in der Oberseite des Trägersubstrats zu erzeugen, zumindest ein erstes elektronisches Bauelement in der Ausnehmung zu platzieren, zumindest ein zweites elektronisches Bauelement auf der Oberseite des Trägersubstrats, insbesondere angrenzend an die Ausnehmung, anzuordnen und zumindest teilweise die Oberseite des Trägersubstrats mit einer Deckschicht abzudecken.

Hierbei führt der Schritt des Abdeckens der Oberseite des Trägersubstrats mit einer Deckschicht oder einer

Abdeckung ebenfalls zur Bildung eines Hohlraums, der durch die Ausnehmung und die Deckschicht ausgebildet wird. Dementsprechend wird das erste elektronische Bauelement in der Ausnehmung aufgenommen und das zweite elektronische Bauelement wird gleichzeitig eingekapselt. Das Verkapseln des ersten elektronischen Bauelements und die Einkapselung des zweiten Bauelements erfolgen in nur einem Schritt. Bei einer Alternative zu dieser Ausführungsform wird die Ausnehmung außerdem mit zumindest einer Stufe hergestellt, um das erste elektronische Bauelement zu tragen und um das erste elektronische Bauelement im Abstand von einem Boden der Ausnehmung anzuordnen.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird außerdem eine elektronische Baugruppe vorgeschlagen, die zumindest ein Trägersubstrat mit zumindest einer Ausnehmung in einer Oberseite aufweist, wobei die Ausnehmung zumindest eine Stufe umfasst, wobei zumindest ein erstes elektronisches Bauelement zumindest teilweise auf der Stufe angeordnet ist, welche das erste elektronische Bauelement im Abstand

zum Boden der Ausnehmung hält, und wobei eine Deckschicht zumindest teilweise die Oberseite des Trägersubstrats abdeckt. Die vorstehend vorgeschlagene elektronische Baugruppe kann insbesondere mit einem Verfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt werden.

Die elektronische Baugruppe umfasst einen Hohlraum, welcher das erste elektronische Bauelement aufnimmt und welcher gebildet wird, indem die Ausnehmung mit der Deck- schicht abgedeckt wird. Bei einer Ausführungsform umfasst die elektronische Baugruppe ferner zumindest ein zweites elektronisches Bauelement, das auf der Oberseite des Trägersubstrats, insbesondere angrenzend an die Ausnehmung, angeordnet ist.

Ferner wird erfindungsgemäß eine elektronische Baugruppe vorgeschlagen, die zumindest ein Trägersubstrat mit zumindest einer Ausnehmung in einer Oberseite umfasst, wobei zumindest ein erstes elektronisches Bauelement in der Ausnehmung angeordnet ist, zumindest ein zweites elektronisches Bauelement auf der Oberseite des Trägersubstrats, insbesondere angrenzend an die Ausnehmung, angeordnet ist und eine Deckschicht zumindest teilweise die Oberseite des Trägersubstrats abdeckt. Die vorstehend vorgeschlagene elektronische Baugruppe kann insbesondere mit einem Verfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt werden. Dementsprechend umfasst die elektronische Baugruppe sowohl einen Hohlraum, welcher das erste elektronische Bauelement aufnimmt, als auch eine Verkapselung des zweiten elektronischen Bauelements, die beide durch Abdecken des Trägersubstrats mit der Deckschicht ausgebildet werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Ausnehmung zumindest eine Stufe, auf welcher das erste elektronische Bauelement zumindest teilweise angeordnet ist und durch welche das

erste elektronische Bauelement im Abstand zum Boden der Ausnehmung angeordnet ist.

Mehrere Ausführungsformen der elektronischen Baugruppe werden explizit erwähnt. Da die elektronische Baugruppe insbesondere mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugt werden kann oder erzeugt wird, entsprechen die Merkmale des vorstehend und nachstehend beschriebenen Verfahrens entsprechend der Erfindung jedoch auch den Mitteln oder Komponenten der elektronischen Baugruppe, die durch die Merkmale des Verfahrens erzeugt werden.

Das erste elektronische Bauelement umfasst MEMS- Bauelemente wie etwa SAW-Filter-Bauelemente, Quarz- Bauelemente, Wärmesensoren, Drucksensoren und/oder

Gyroskope. Bei weiteren Ausführungsformen umfasst das erste elektronische Bauelement Sensorfunktionselemente, Halbleiterfunktionselemente, Thermofunktionselemente, mechanische Funktionselemente und/oder optische Funktionselemente. Das erste elektronische Bauelement entsprechend der Erfindung weist eine Dicke oder Höhe in der Größenordnung von 1 μm bis zu 1000 μm, vorzugsweise in der Größenordnung von einigen Dutzend μm oder 50 μm bis zu einigen hundert μm oder 200 μm, sowie einen Durchmesser in der Größenordnung von 1 μm bis zu einigen Dutzend mm, vorzugsweise in der Größenordnung von 10 μm bis zu 10 mm auf .

Das Trägersubstrat kann als ein Halbleitersubstrat bereitgestellt werden. Bei einer Ausführungsform wird ein Siliziumhalbleiter als das Halbleitersubstrat bereitgestellt. Bei einer anderen Ausführungsform wird ein Verbundhalbleiter, der die Materialien GaAs, InP und/oder SiGe umfasst, als das Halbleitersubstrat bereitgestellt.

Bei einer weiteren Ausführung wird ein Halbleiter, der durch eine breite Energielücke gekennzeichnet ist, als der Halbleiter genutzt. Die Energielücke liegt in der Größen- Ordnung von 2,5 eV bis zu 10,0 eV, vorzugsweise in der Größenordnung von 3,0 eV bis zu 6,0 eV. In diesem Fall stellt ein Saphir ein bevorzugtes Halbleitersubstrat dar.

Die Herstellung der Ausnehmung in der Oberseite des Trägersubstrats erfolgt durch einen subtraktiven Prozess wie beispielsweise ätzen, Läppen und/oder Sandstrahlen. Die Abmessungen der Ausnehmung werden auf die Abmessungen des unterzubringenden ersten elektronischen Bauelements angepasst. Die Abmessungen der Ausnehmung müssen so gewählt werden, dass das erste elektronische Bauelement im

Wesentlichen vollständig in der Ausnehmung versenkt wird. Dementsprechend weist die Ausnehmung eine Tiefe in der Größenordnung von 1 μm bis zu 1000 μm, vorzugsweise in der Größenordnung von 50 μm bis zu 200 μm, sowie einen Durchmesser in der Größenordnung von 1 μm bis zu einigen

Dutzend mm, bevorzugt in der Größenordnung von 10 μm bis zu 10 mm auf.

Einige Ausführungsformen umfassen, wie bereits vorstehend beschrieben, das Merkmal einer Ausnehmung, in der zumindest eine Stufe vorgesehen ist, um das erste elektronische Bauelement zu tragen und um das erste elektronische Bauelement im Abstand zu einem Boden der Ausnehmung anzuordnen. Die Abmessungen der Stufe hängen von der Größe der Ausnehmung ab. Dementsprechend ist die Höhe der Stufe geringer als die Tiefe der Ausnehmung und die Länge der Stufe ist geringer als der Durchmesser der Ausnehmung. Die Stufe weist eine Höhe in der Größenordnung von 1 μm bis zu 400 μm, vorzugsweise in der Größenordnung von 50 μm bis zu 200 μm, sowie eine Länge in der

Größenordnung von 1 μm bis zu einigen Dutzend mm, vorzugsweise in der Größenordnung von 10 μm bis zu 10 mm auf. Die Stufengesamthöhe oder die mittlere Stufenhöhe entspricht etwa 1 % bis 80 ^• %, bevorzugt 10 % ^" bis 60 % der Gesamthöhe der Ausnehmung oder der mittleren Höhe der

Ausnehmung. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform entspricht die Höhe der Stufe etwa 20 % bis 50 % der Gesamthöhe der Ausnehmung oder der mittleren Höhe der Ausnehmung. Die Länge der Stufe entspricht etwa 1 % bis 80 %, vorzugsweise 3 % bis 40 % der Gesamtlänge der Ausnehmung oder der mittleren Länge der Ausnehmung. Bei einer insbesondere bevorzugten Ausfϋhrungsform entspricht die Länge der Stufe etwa 5 % bis 30 % der Gesamtlänge der Ausnehmung oder der mittleren Länge der Ausnehmung.

Das erste elektronische Bauelement wird auf der Stufe durch Kleben, Löten, Niedertemperatur-Anglasen und/oder mittels Paste, insbesondere Ag-Paste aufgebracht. Dadurch kann das erste elektronische Bauelement beweglich montiert werden. Bei einer speziellen Ausführungsform ermöglicht diese Art der Montage, dass das erste elektronische Bauelement schwingt. Die Herstellung der Ausnehmung erfolgt durch Variieren der Parameter des vorstehend erwähnten subtraktiven Prozesses, um die Ausnehmung herzustellen.

Wenn die Ausnehmung entsprechend der Erfindung eine Stufe umfasst, kann die Stufe in einem einschrittigen Prozess oder in einem mehrschrittigen Prozess erzeugt werden. Beispielsweise kann ein Einschrittprozess mit Hilfe eines Läppwerkzeugs oder einer Art von Läppstempel, der die Form aufweist, die zumindest im Wesentlichen der Negativform der Ausnehmung und Stufe entspricht, realisiert werden. Die Anwendung von Läppwerkzeugen unterschiedlicher Größen und/oder Formen entspricht einem Beispiel für einen Mehrschrittprozess . Die kombinierte Anwendung der

_

unterschiedlichen Läppwerkzeuge ermöglicht die Ausbildung von Ausnehmungen und der entsprechenden Stufe. Ein weiteres Beispiel für einen Mehrschrittprozess stellt ein ätzprozess unter Nutzung der photolithographischen Strukturierung dar.

Bei einer Ausführungsform ist das zweite elektronische Bauelement als eine integrierte Schaltung vorgesehen. Die integrierte Schaltung kann als Festkörper- oder monolithische integrierte Schaltung, als eine integrierte Folienschaltung und/oder als eine integrierte

Hybridschaltung bereitgestellt oder erzeugt werden. Bei einer weiteren Ausführungsform wird die integrierte Schaltung als eine integrierte Treiber- oder Steuerschaltung für das erste elektronische Bauelement bereitgestellt. Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die integrierte Schaltung beide Funktionen, d. h. sie stellt sowohl eine integrierte Treiber- als auch Steuerschaltung für das erste elektronische Bauelement dar.

Um elektronisches Rauschen zu vermeiden oder zu reduzieren, beispielsweise während der übertragung eines elektrischen Signals von dem ersten elektronischen Bauelement zu dem zweiten elektronischen Bauelement oder umgekehrt, wird das zweite elektronische Bauelement so nah wie möglich an dem ersten elektronischen Bauelement angeordnet. Beispielsweise grenzt das zweite elektronische Bauelement direkt an den oberen Rand der Ausnehmung an. Vorzugsweise sind das erste elektronische Bauelement und das zweite elektronische Bauelement elektrisch verbunden. Diese Verbindung erfolgt durch Drahtbonden, Löten und/oder mittels Metallpaste, mit den Materialien Au, Al, PbSn, SnAgCu und/oder Ag.

Das Montage- oder Herstellungsverfahren wie auch die Abmessungen des zweiten elektronischen Bauelements oder der

integrierten Schaltung hängen von deren Ausführungsform ab. Das zweite elektronische Bauelement wird auf der Oberseite durch Kleben, Hartlöten, Löten, Niedertemperatur-Anglasen und/oder mittels Paste, insbesondere Ag-Paste, montiert bzw. wird durch Bedampfen, CVD, Sputtern, epitaktisches Aufwachsen und/oder Dotieren hergestellt.

Zumindest ein erstes elektrisches Kontaktpad wird auf der Oberseite des Trägersubstrats aufgebracht, insbesondere angrenzend an die das erste elektronische Bauelement enthaltende Ausnehmung. Das erste elektrische Kontaktpad wird durch photolithographische Verfahren unter Nutzung von beispielsweise PVD, insbesondere durch Aufdampfen und/oder Sputtern und/oder CVD hergestellt. Die Materialien, die das erste elektrische Kontaktpad bilden, umfassen Au, Al, TiCu, AlSiCu, AlSiTi, W, Cu und/oder AlCu. Das erste Kontaktpad weist eine Dicke in der Größenordnung von 1 nm bis zu einigen Dutzend μm, vorzugsweise in der Größenordnung von 100 nm bis zu 1 μm, sowie einen Durchmesser in der Größenordnung von 1 μm bis zu einigen hundert μm, vorzugsweise in der Größenordnung von 10 μm bis zu 500 μm auf. Das erste elektrische Kontaktpad wird insbesondere elektrisch mit dem ersten elektronischen Bauelement verbunden. Diese Verbindung erfolgt durch Drahtbonden, Löten und/oder mittels Metallpaste, und zwar mit den Materialen Au, Al, PbSn, SnAgCu und/oder Ag.

Gemäß den entsprechenden Ausführungsformen wird zumindest ein zweites elektrisches Kontaktpad auf der Oberseite des Trägersubstrats angeordnet, insbesondere angrenzend an das zweite elektronische Bauelement, um das zweite elektronische Bauelement zu kontaktieren. Das zweite elektrische Kontaktpad kann mit Hilfe der gleichen Verfahren und Materialien, wie sie vorstehend für das erste elektrische Kontaktpad erwähnt worden sind, hergestellt

werden. Vorzugsweise werden das erste und das zweite elektrische Kontaktpad gleichzeitig in einem Schritt hergestellt. Das zweite elektrische Kontaktpad wird elektrisch mit dem zweiten elektronischen Bauelement verbunden. Diese Verbindung kann analog der vorstehend beschriebenen Verbindung zwischen dem ersten elektronischen Bauelement und dem ersten elektrischen Kontaktpad ausgeführt werden.

Das Trägersubstrat wird durch die Deckschicht oder Abdeckung in einer anliegenden Lagebeziehung abgedeckt. Diese Abdeckung führt zur Bildung eines Hohlraums durch die das erste elektronische Bauelement aufnehmende Ausnehmung. Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher sowohl das erste elektronische Bauelement in der Ausnehmung als auch das zweite elektronische Bauelement auf der Oberseite des Trägersubstrats vorgesehen ist, werden durch die Abdeckung des Trägersubstrats mittels der Deckschicht gleichzeitig sowohl ein Hohlraum, der das erste elektronische Bauelement aufnimmt, als auch eine Verkapselung für das zweite elektronische Bauelement ausgebildet. Das erfindungsgemäße Verfahren macht die Notwendigkeit einer separaten Verkapselung elektronischer Bauelemente und der diesen entsprechenden integrierten Schaltungen überflüssig. Durch das offenbarte Verkapselungsverfahren erübrigt sich in vorteilhafter Weise das Handling freiliegender Sensoren während der Verkapselungsvorgänge und es ergibt sich eine engere Anordnung des elektronischen Bauelements und der zugehörigen integrierten Schaltung zueinander, sodass sich bei Verwendung üblicher Verkapselungstechnologien die Kosten reduzieren und ein besseres Leistungsverhalten der Systeme erreicht werden kann.

Bevorzugte Materialien für die Deckschicht sind Glas, Metall, Keramik, Halbleiter und/oder Kunststoff und können als dünne Schicht bereitgestellt werden. In Abhängigkeit von ihrem Material weist die Deckschicht eine Dicke in der Größenordnung von 10 μm bis zu einigen mm, vorzugsweise in der Größenordnung von 100 μm bis zu 1 mm auf. Die Deckschicht deckt zumindest teilweise das Trägersubstrat ab. Bei einer weiteren Ausführungsform entspricht der Durchmesser der Deckschicht im Wesentlichen dem Durchmesser des abzudeckenden Trägersubstrats.

Eine Kontaktseite der Deckschicht, welche zumindest teilweise die Oberseite des Trägersubstrats berührt, ist eben, d. h. unstrukturiert, vorgesehen, sodass die Kontakt- seite der Deckschicht vollständig die Oberseite des

Trägersubstrats berührt. Bei einer anderen Ausführungsform ist die Kontaktseite der Deckschicht, welche die Oberseite des Trägersubstrats berührt, strukturiert vorgesehen, d. h. sie umfasst eine erste Ausnehmung in dem Bereich des ersten elektronischen Bauelements. Bei dieser speziellen

Ausführungsform wird der Hohlraum, welcher das erste elektronische Bauelement aufnimmt, durch die Ausnehmung in dem Trägersubstrat und durch die Ausnehmung in der Deckschicht gebildet. Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Kontaktseite der Deckschicht in solcher Weise strukturiert vorgesehen, dass die Kontaktseite eine erste Ausnehmung im Bereich des ersten elektronischen Bauelements oder eine zweite Ausnehmung im Bereich des zweiten elektronischen Bauelements umfasst. Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Kontaktseite der Deckschicht in solcher Weise strukturiert vorgesehen, dass die Kontaktseite eine erste Ausnehmung im Bereich des ersten elektronischen Bauelements und eine zweite Ausnehmung im Bereich des zweiten elektronischen Bauelements umfasst. Dementsprechend wird die Kontaktseite der Deckschicht

strukturiert bereitgestellt, wobei sie zumindest eine Ausnehmung in der Kontaktseite der Deckschicht umfasst. Bei dieser speziellen Ausführungsform wird neben dem Hohlraum, welcher das erste elektronische Bauelement aufnimmt und welcher durch die erste Ausnehmung gebildet wird, außerdem ein Hohlraum durch die zweite Ausnehmung gebildet, welche das zweite elektronische Bauelement aufnimmt.

Die Oberseite des Trägersubstrats und die Kontaktseite der abdeckenden Deckschicht werden miteinander verbunden. Mögliche Verfahren zum Verbinden der Oberseite des Trägersubstrats und der Kontaktseite der Deckschicht miteinander sind das anodische Bonden, Niedertemperatur- Bonden, Hartlöten, Kleben, Weichlöten und/oder Anglasen, insbesondere Niedertemperatur-Glasschmelzen. Entsprechend einer Ausführungsform werden die Kontaktseite der Deckschicht und/oder die Oberseite des Trägersubstrats jeweils zumindest teilweise mit zumindest einer Haftschicht bedeckt, und das Trägersubstrat sowie die Deckschicht werden mittels dieser zumindest einen Haftschicht miteinander verbunden. Die Haftschicht weist eine Dicke in der Größenordnung von 100 nm bis zu einigen Dutzend μm, vorzugsweise in der Größenordnung von 1 μm bis zu 10 μm, sowie einen Durchmesser, der insbesondere im Wesentlichen dem Durchmesser der Deckschicht oder des abzudeckenden Trägersubstrats entspricht, auf. Bei einer weiteren Ausführungsform werden beide Seiten, d. h. die Kontaktseite der Deckschicht und die Oberseite des Trägersubstrats mit zumindest einer Haftschicht bedeckt, und das Trägersubstrat sowie die Deckschicht werden mittels dieser Haftschichten verbunden. Da sie einfach aufzubringen ist, deckt die Haftschicht bei einer bevorzugten Ausführungsform vollständig die Kontaktseite der Deckschicht ab.

1b

Bei einer anderen Ausführungsform weist die Haftschicht zumindest eine Lücke oder Ausnehmung auf. Bei einer Ausführungsform umfasst die Haftschicht zumindest eine erste Lücke oder eine erste Ausnehmung im Bereich des ersten elektronischen Bauelements oder der Ausnehmung und/oder eine zweite Lücke oder zweite Ausnehmung im Bereich des zweiten elektronischen Bauelements. Dementsprechend werden die entsprechende Ausnehmung, die das erste elektronische Bauelement aufnimmt und/oder das zweite elektronische Bauelement jeweils nicht durch die

Haftschicht abgedeckt, wodurch sich die Möglichkeit ergibt, elektronische Bauelemente zu nutzen, die empfindlich gegenüber der Haftschicht sind. Die besagte Haftschicht wird beispielsweise durch Kleben, Hartlöten, Weichlöten und/oder Glasschichtschmelzen realisiert. Mögliche

Materialien entsprechend den vorstehend erwähnten Verfahren zum Bilden der Haftschicht sind Kunstharz, vorzugsweise Epoxidharz und/oder Acrylharz, AuSn, PbSn, SnAgCu und/oder bei niedrigen Temperaturen schmelzendes Glas. Die Haftschicht wird durch Schleuderbeschichtung,

Sprühbeschichtung, PVD, insbesondere Sputtern, und/oder Aufdampfen, Siebdruck und/oder Laminierung aufgebracht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Hohlraum, welcher das erste elektronische Bauelement aufnimmt, in solcher Weise ausgebildet, dass das erste elektronische Bauelement und/oder das zweite elektronische Bauelement hermetisch abgedichtet werden. Insbesondere werden das erste elektronische Bauelement und/oder das zweite elektronische Bauelement jeweils zwischen der Kontaktseite der

Deckschicht und der Oberseite des Trägersubstrats in dem jeweiligen Hohlraum hermetisch abgedichtet.

Um den elektrischen Kontakt zu dem gekapselten ersten elektronischen Bauelement bereitzustellen, wird in eine

Unterseite des Trägersubstrats und/oder eine Rückseite der Deckschicht zumindest ein erstes Durchkontaktierungs- oder Via-Loch eingebracht, welches einen Zugang zu dem ersten elektrischen Kontaktpad ermöglicht oder die Ober- und die Unterseite des Trägersubstrats verbindet. Mögliche

Verfahren zur Herstellung des ersten Via-Lochs sind ätzen, Läppen und/oder Sandstrahlen. Falls geeignet, können photolithographische Verfahren zur Anwendung kommen. Das Via- Loch oder das erste Via-Loch wird in einer solchen Tiefe hergestellt, dass es einen direkten Zugang auf das erste elektrische Kontaktpad ermöglicht. Dementsprechend weist das erste Via-Loch eine Tiefe entsprechend der Dicke des Trägersubstrats sowie einen Durchmesser in der Größenordnung von 1 μm bis zu einigen hundert μm, vorzugsweise in der Größenordnung von 50 μm bis zu 200 μm auf.

Um eine elektrische Verbindung von der Unterseite des Trägersubstrats oder von der Rückseite der Deckschicht aus durch das erste Via-Loch hindurch zu dem ersten elektrischen Kontaktpad und dem ersten elektronischen Bauelement herzustellen, wird eine elektrische Verbindung, insbesondere zumindest eine erste elektrische Verbindungsleitung, hergestellt. Mögliche Verfahren zur Herstellung der ersten elektrischen Verbindungsleitung sind PVD, beispielsweise Aufdampfen und/oder Sputtern, und/oder CVD mit den Materialien Au, Al, Cu, AlSi und/oder AlCu. Falls geeignet, können photolithographische Verfahren zur Anwendung kommen.

Zum Ermöglichen einer einfachen Weiterverarbeitung der resultierenden elektronischen Baugruppe, z. B. deren Montage auf einer Leiterplatte, wird zumindest eine erste Lotkugel auf der ersten elektrischen Verbindungsleitung platziert. Ein bevorzugtes Verfahren zum Anbringen der

ersten Lotkugel ist eine Reflow-Prozess, Laser-Montage, Au/Au-Floating-Prozess, ein Verbindungsprozess mittels einer leitfähigen Dünnschicht und/oder Ag-Löten. Bevorzugte Prozesse beinhalten dementsprechend ein Aufschmelzen vorgefertigter Lotkugeln auf die erste elektrische Verbindungsleitung. Die erste Lotkugel weist einen Durchmesser in der Größenordnung von 10 μm bis zu einigen hundert μm, vorzugsweise in der Größenordnung von 100 μm bis zu 500 μm auf und umfasst PbSn, SnAgCu und/oder ZnSn.

Entsprechend der vorstehend erwähnten, besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird zumindest ein zweites Durchkontaktierungs- oder Via-Loch in der Unterseite des Trägersubstrats oder in der Rückseite der Deckschicht ausgebildet, welches Zugang auf das zweite elektrische Kontaktpad ermöglicht. Das zweite elektrische Via-Loch kann mit Hilfe des gleichen Verfahrens und der gleichen Materialien, wie sie zuvor für das erste Via-Loch erwähnt worden sind, hergestellt werden. Vorzugsweise werden das erste und das zweite Via-Loch gleichzeitig in einem Schritt hergestellt. Das zweite Via-Loch ermöglicht Zugang auf das zweite elektrische Kontaktpad.

Entsprechend dieser Ausführungsform wird außerdem eine elektrische Verbindung, insbesondere zumindest eine zweite elektrische Verbindungsleitung, durch das zweite Via-Loch hindurchführend von dem zweiten elektrischen Kontaktpad zu der Unterseite des Trägersubstrats oder zu der Rückseite der Deckschicht hin ausgebildet. Außerdem wird auf dieser zweiten elektrischen Verbindungsleitung auch zumindest eine zweite Lotkugel platziert. Die zweite elektrische Verbindungsleitung und/oder die zweite Lotkugel können mit Hilfe des gleichen Verfahrens und der gleichen Materialien, wie sie zuvor für die entsprechende erste elektrische Verbindungsleitung bzw. die erste Lotkugel erwähnt worden

1 y

sind, hergestellt werden, vorzugsweise werden sie gleichzeitig aufgebracht.

Elektrische Verbindungen oder elektrische Verbindungs- leitungen zwischen den ersten Kontaktpads und den ersten elektronischen Bauelementen, zwischen dem zweiten Kontaktpad und dem zweiten elektronischen Bauelement und/oder zwischen dem ersten elektronischen Bauelement und dem zweiten elektronischen Bauelement können mit Hilfe des gleichen Verfahrens und der gleichen Materialien, wie sie zuvor für die erste elektrische Verbindungsleitung erwähnt worden sind, erzeugt werden.

Das vorstehend erwähnte photolithographische Verfahren für Abscheidungsprozesse wie beispielsweise PVD umfasst die Schritte, das Trägersubstrat mit einer lichtempfindlichen Resistschicht zu beschichten, die aufgebrachte Resistschicht photolithographisch zu strukturieren, das vorstrukturierte Substrat mit der entsprechenden Schicht zu beschichten, welche das entsprechende Material umfasst, und die Resistschicht zu entfernen. Der photolithographische Strukturierungsschritt umfasst eine Belichtung mit Hilfe einer Maske und eine nachfolgende Entwicklung. Der Beschichtungsschritt kann durch Schleuderbeschichtung, Sprühen, elektrolytische Abscheidung und/oder Aufbringen von zumindest einer lichtempfindlichen Resistfolie ausgeführt werden. Der Schritt des Entfernens der Resistschicht erfolgt in solcher Weise, dass zumindest eine Schicht, die auf der Resistschicht abgeschieden worden ist, ebenfalls entfernt wird. Die Herstellung von Via-Löchern oder Ausnehmungen durch photolithographische Verfahren kann in entsprechender Weise zur Anwendung kommen.

Neben der Montage der vorstehend erwähnten Komponenten, um die elektronische Baugruppe auszubilden, d.

h. der Montage der elektronischen Baugruppe als ein einzelner Chip, kann die Montage bei einer bevorzugten Ausführungsform in einem Waferverbund erfolgen. Dementsprechend wird eine Vielzahl von Chips des gleichen Typs gleichzeitig hergestellt. Der Waferverbund, der eine Vielzahl elektronischer Baugruppen umfasst, wird durch Sägen, Läppen, Sandstrahlen, Laserschneiden, Diamantritzen und/oder Brechen zu einzelnen Chips vereinzelt. Bei einer ersten Ausführungsform umfasst jeder Chip das erste elektronische Bauelement, den Hohlraum, das erste elektrische Kontaktpad, das erste Via-Loch, die erste elektrische Verbindungsleitung und die erste Lotkugel. Die elektronische Baugruppe weist eine Dicke in der Größenordnung von 10 μm bis zu 5 mm, vorzugsweise in der Größenordnung von 100 μm bis zu 1 mm, sowie einen

Durchmesser in der Größenordnung von 1 μm bis zu 200 μm, vorzugsweise in der Größenordnung von 10 μm bis zu 100 μm auf. Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst jeder Chip das erste elektronische Bauelement, den Hohlraum, das zweite elektronische Bauelement, das erste elektrische

Kontaktpad, das zweite elektrische Kontaktpad, das erste Via-Loch, das zweite Via-Loch, die erste elektrische Verbindungsleitung, die zweite elektrische Verbindungsleitung, die erste Lotkugel und die zweite Lotkugel. Die elektronische Baugruppe weist eine Dicke in der Größenordung von 50 μm bis zu 2 mm, vorzugsweise in der Größenordnung von 100 μm bis zu 1 mm, sowie einen Durchmesser in der Größenordnung von 500 μm bis zu 20 mm, vorzugsweise in der Größenordnung von 1 mm bis zu 10 mm auf.

Das Verfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung ermöglicht eine effiziente Herstellung gekapselter elektronischer Bauelemente sowie gekapselter elektronischer

Bauelemente und ihrer zugehörigen integrierten Steuer- und/oder Treiberschaltungen.

Die Erfindung wird nachfolgend detaillierter auf Grundlage bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die anhängenden Figuren erklärt. Die Merkmale der unterschiedlichen Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden. Identische Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen identische oder analoge Bestandteile.

Beschreibung der Figuren

Figur 1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer elektronischen Baugruppe, die ein erstes elektronisches Bauelement, das beweglich montiert ist, sowie ein zweites elektronisches Bauelement umfasst.

Figur 2 zeigt eine schematische Seitenansicht einer weiteren elektronischen Baugruppe, die ein erstes elektronisches Bauelement sowie ein zweites elektronisches Bauelement umfasst.

Die Figuren 3.a bis 3.w stellen in einer Seitenansicht schematisch die Prozessschritte zur Herstellung einer elektronischen Baugruppe entsprechend der Erfindung, welche ein erstes elektronisches Bauelement enthält, dar.

Figur 4 stellt schematisch eine elektronische Baugruppe dar, die entsprechend dem in den Figuren 3.a bis 3. w dargestellten Verfahren hergestellt worden ist.

Die Figuren 5.a bis 5.1 stellen in einer Seitenansicht schematisch die Prozessschritte zur Herstellung einer elektronischen Baugruppe entsprechend der Erfindung dar,

die ein erstes elektronisches Bauelement sowie ein zweites elektronisches Bauelement enthält.

Figur 6 zeigt schematisch eine elektronische Baugruppe, die entsprechend dem in den Figuren 5.a bis 5.1 dargestellten Verfahren hergestellt worden ist.

Nachfolgend werden bevorzugte, aber beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung detaillierter mit Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.

Detaillierte Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen

Die Figuren zeigen das Merkmal einer Rückseiten- kontaktierung . Die elektronischen Komponenten, insbesondere das erste und das zweite elektronische Bauelement, werden über die Rückseite Ib des Trägersubstrats elektrisch kontaktiert .

Die Figuren 1 und 2 zeigen eine schematische

Seitenansicht einer elektronischen Baugruppe 20, die ein erstes elektronisches Bauelement 61 sowie ein zweites elektronisches Bauelement 62 umfasst, welche mittels eines Verfahrens entsprechend der Erfindung hergestellt werden können oder hergestellt werden. Die elektronische Baugruppe 20 umfasst ein Trägersubstrat 1, das in seiner Oberseite Ia zumindest eine Ausnehmung 7 aufweist. Das Trägersubstrat 1 ist mit einer Deckschicht 4 verbunden, welcher gleichzeitig einen Hohlraum bildet, in welchem das erste elektronische Bauelement 61 aufgenommen ist, sowie eine Verkapselung für ein zweites elektronisches Bauelement 62, das angrenzend an die Ausnehmung 7 auf der Oberseite Ia angeordnet ist. Das erste elektronische Bauelement 61 ist mit einem ersten elektrischen Kontaktpad 91 verbunden. Das erste elektrische Kontaktpad 91 ist über ein erstes Via-Loch 101 und eine in

diesem platzierte erste elektrische Verbindungsleitung 31 mit einer Unterseite Ib des Trägersubstrats 1 verbunden und kann durch eine erste Lotkugel 21 beispielsweise mit einer Leiterplatte verbunden werden. Das zweite elektronische Bauelement 62 ist mit einem zweiten elektrischen Kontaktpad 92 verbunden. Das zweite elektrische Kontaktpad 92 ist über ein zweites Via-Loch 102 und eine in diesem platzierte zweite elektrische Verbindungsleitung 32 mit einer Unterseite Ib des Trägersubstrats 1 verbunden und kann ferner mittels einer zweiten Lotkugel 22 beispielsweise mit einer Leiterplatte verbunden werden. In Figur 1 ist das erste elektronische Bauelement 61 auf einer Stufe 11 montiert. Insbesondere ist das erste elektronische Bauelement 61 beweglich auf der Stufe 11 montiert. In Figur 2 ist das erste elektronische Bauelement 61 im Gegensatz zu Figur 1 direkt auf dem Boden 71 der Ausnehmung 7 montiert oder platziert, und das erste elektronische Bauelement 61 kann nicht in Schwingung versetzt werden.

Im Nachfolgenden wird eine Ausführungsform des Herstellungsverfahrens in den Figuren 3.a bis 3.w detaillierter erklärt. Das dargestellte Verfahren zeigt das Verkapseln elektronischer Komponenten auf Waferniveau. Das Verfahren zum Verkapseln elektronischer Bauelemente umfasst entsprechend den Figuren 3.a bis 3.d den ersten Schritt, einen Wafer oder ein Trägersubstrat 1 bereitzustellen. Das Trägersubstrat 1 ist ein Halbleitersubstrat. Das Träger- substrat 1 weist eine Dicke in der Größenordnung von 50 μm bis zu 500 μm sowie einen Durchmesser in der Größenordnung von 4" bis zu 12" auf. Figur.3. a zeigt eine Ansicht der

Oberseite Ia eines Trägersubstrats 1. Figur 3.b zeigt eine vergrößerte (gezoomte) Ansicht des Ausschnitts Z, der in Figur 3.a gezeigt ist. Es ist eine Unterteilung des Wafers in Abschnitte Ic dargestellt. Eine Herstellung oder Montage elektronischer Komponenten oder Bauelemente, beispielsweise

des ersten und/oder des zweiten elektronischen Bauelements 61 bzw. 62, erfolgt innerhalb dieser Abschnitte Ic. Die Figuren 3.c und 3.d zeigen eine schematische Seitenansicht oder einen Querschnitt des Zoomabschnitts Z, der in Figur 3.b gezeigt ist, entlang einer Schnittlinie S. Das gezeigte Trägersubstrat 1 weist eine Oberseite Ia und eine Unterseite Ib auf.

Die Figuren 3.d bis 3.i veranschaulichen die Erzeugung von Kontaktpads, beispielsweise der ersten und zweiten Kontaktpads 91 bzw. 92 mit Hilfe photolithographischer Verfahren. Diese umfasst die Schritte, das Substrat 1 auf seiner Oberseite Ia mit einer lichtempfindlichen Resist- schicht 2 zu beschichten (Figur 3.e) und durch photo- lithographische Strukturierung der aufgebrachten Schicht 2 Ausnehmungen 2a auszubilden (Figur 3.f). In einem weiteren Schritt wird die Oberseite Ia des Substrats 1 mit einer Schicht 9 aus einem leitfähigen Material, beispielsweise einem Metall wie Au, durch einen PVD-Prozess wie Elektronenstrahl-Bedampfen oder Sputtern beschichtet. Erste elektrische Kontaktpads 91 werden auf der Oberseite Ia des Trägersubstrats in den Ausnehmungen 2a ausgebildet (Figur 3.g). In einem weiteren Schritt (Figur 3.i) wird die Resistschicht 2 abgehoben, und die ersten elektrischen Kontaktpads 91 verbleiben auf der Oberseite Ia befestigt (Figur l.i). Der Abstand zwischen den ersten elektrischen Kontaktpads 91 wird durch die Abmessungen des ersten elektronischen Bauelements 61, welches montiert werden soll, oder durch die Unterteilung in Abschnitte Ic bestimmt.

Das Verfahren zum Verkapseln elektronischer Bauelemente umfasst ferner den Schritt, mit Hilfe eines subtraktiven Prozesses, der in den Figuren 3.j und 3.k dargestellt ist, zumindest eine Ausnehmung 7 in einer

Oberseite Ia des Trägersubstrats 1 herzustellen. Die Abmessungen der Ausnehmung 7 sind für die Abmessungen des unterzubringenden ersten elektronischen Bauelements 61 ausgelegt. Die Abmessungen der Ausnehmung 7 werden so gewählt, dass das erste elektronische Bauelement 61 vollständig in der Ausnehmung 7 versenkt wird. Die Herstellung der Ausnehmung 7 erfolgt durch Ultraschall- Läppen. Die Abmessungen eines Läppwerkzeugs oder eines Läppkopfes werden durch die Abmessungen des in der erzeugten Ausnehmung 7 unterzubringenden ersten elektronischen Bauelements 61 bestimmt. Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Ausnehmung 7 eine Stufe 11 auf einem Boden 71 der Ausnehmung 7. Die Abmessungen der Stufe 11 werden durch die Abmessungen des zu haltenden und im Abstand von dem Boden 71 der Ausnehmung 7 anzuordnenden ersten elektronischen Bauelements 61 bestimmt .

Die Herstellung der Stufe 11 innerhalb der Ausnehmung 7 oder die Herstellung der Ausnehmung 7 und der Stufe 11 erfolgt durch Läppen in einem zweistufigen Prozess mit Hilfe zweier Läppköpfe, insbesondere eines ersten Läppkopfes und eines zweiten Läppkopfes 111, die unterschiedliche Abmessungen entsprechend den Abmessungen der Ausnehmung 7 und den Abmessungen der Stufe 11, die hergestellt werden sollen, aufweisen. In einem ersten Läppvorgang wird der Läppkopf 110 genutzt, um einen ersten Abschnitt 72 der Ausnehmung, der dem Durchmesser der gesamten Ausnehmung 7 vermindert um die Länge der Stufe 11 entspricht, zu erzeugen. Der Läppvorgang erfolgt bis auf die gewünschte Tiefe der Ausnehmung 7 oder des Ausnehmungsabschnitts 72. In einem zweiten Läppvorgang wird ein zweiter Läppkopf 111 genutzt, um den Durchmesser der Ausnehmung 7 um einen zweiten Ausnehmungsabschnitt 73 auf den gewünschten Durchmesser der Ausnehmung 7 zu erweitern.

Eine weitere Möglichkeit basiert auf einem Läppen in einem einstufigen Vorgang mit Hilfe eines Läppkopfes mit einer Gestalt, die der gewünschten Gestalt der Ausnehmung 7 und der Stufe 11 oder Form des ersten Läppkopfes 110 und des zweiten Läppkopfes 111 in Kombination entspricht.

Das Verfahren zum Verkapseln elektronischer

Bauelemente umfasst als weiteren Schritt das Montieren oder Platzieren eines ersten elektronischen Bauelements 61 in der Ausnehmung 7 (Figur 3.1). Beispielsweise entspricht das erste elektronische Bauelement 61 einem Beschleunigungssensor. Dementsprechend wird das erste elektronische Bauelement 61 durch Kleben beweglich auf der Stufe 11 montiert. Die Stufe 11 trägt das erste elektronische Bauelement 61 und hält dieses im Abstand zu dem Boden 71 der Ausnehmung 7. Da das erste elektronische Bauelement 61 nur an zumindest einer seiner Seiten montiert wird, ermöglicht die Stufe 11, dass das erste elektronische Bauelement 61 schwingt, um eine beeinflussende Beschleunigung zu erfassen.

Das erste elektronische Bauelement 61 wird durch Drahtbonden mit dem Material Au elektrisch mit dem ersten elektrischen Kontaktpad 91 verbunden (Figur 3.m). Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ferner die Abdeckung der Oberseite Ia des Trägersubstrats 1 mit einer Deckschicht 4 (Figur 3.n). Das Trägersubstrat 1 wird durch die Deckschicht 4 in anliegender Lagebeziehung mit Hilfe einer Haftschicht 4 abgedeckt, insbesondere einer Klebstoffschicht, die auf der Kontaktseite 4a der Deckschicht 4 aufgebracht wird. Entsprechend der vorliegenden Ausführungsform führt die Abdeckung mittels dieser Deckschicht 4 zur Ausbildung eines Hohlraums 75, in welchem das erste elektronische Bauelement 61 aufgenommen ist. Eine bevorzugte Abdeckung umfasst eine Glasplatte mit

einer Dicke in der Größenordnung von 10 μm bis zu einigen mm sowie einem Durchmesser, der im Wesentlichen dem Durchmesser des abzudeckenden Trägersubstrats 1 entspricht. Dementsprechend werden die Oberseite Ia des Trägersubstrats 1 und eine Kontaktseite 4a der abdeckenden Deckschicht 4 durch Kleben miteinander verbunden. Eine Aushärtung der Haftschicht 5 kann durch Bestrahlung unterstützt werden. Die Haftschicht 5 kann durch Schleuderbeschichtung aufgebracht werden und kann die Kontaktseite 4a der Deckschicht 4 im Wesentlichen vollständig bedecken. Die

Haftschicht 5 weist eine Dicke in der Größenordnung von 100 nm bis zu einigen Dutzend μm sowie einen Durchmesser, der im Wesentlichen dem Durchmesser der Deckschicht 4 entspricht, auf.

Die Anordnung des ersten elektronischen Bauelements 61 innerhalb des Hohlraums 75 ermöglicht ein einfacheres Handling der elektronischen Baugruppe 61 in den nachfolgenden Prozessschritten und einen wirksamen Schutz des ersten elektronischen Bauelements 61 beispielsweise vor entstehendem Staub, der in den nachfolgenden Prozessschritten erzeugt wird.

Das Verfahren zum Verkapseln elektronischer Bauelemente umfasst als einen nachfolgenden Schritt das Bereitstellen eines elektrischen Kontakts zu den gekapselten ersten elektronischen Bauelementen 61 (Figuren 3.q bis 3.v). Dies wird durch die Herstellung erster Via- Löcher 101 in der Unterseite Ib des Trägersubstrats 1 erreicht, welche einen Zugang zu den ersten Kontaktpads 91 zum Kontaktieren der ersten elektronischen Bauelemente 61 ermöglichen.

Bei der aufgezeigten Herstellung von Via-Löchern werden photolithographische Verfahren genutzt, welche den

Zo

Schritt umfassen, das Substrat 1 auf seiner Unterseite Ib mit einer lichtempfindlichen Resistschicht 120 zu beschichten (Figur 3.p). Durch eine photolithographische Strukturierung der aufgebrachten Resistschicht 120 werden Ausnehmungen 120a ausgebildet (Figur 3.q). In einem weiteren Schritt wird die Unterseite Ib des Substrats 1 in einem selektiven ätzprozess behandelt, wodurch die Via- Löcher 101 entsprechend den Ausnehmungen 120a erzeugt werden (Figur 3.r). Die entsprechenden Via-Löcher 91 werden in einer solchen Tiefe hergestellt, dass sie einen direkten Zugang zu den ersten elektrischen Kontaktpads 91 ermöglichen. Die restliche Resistschicht 120 wird in einem Abhebeprozess entfernt (Figur 3.s).

Um die elektrische Verbindung von der Unterseite Ib des Trägersubstrats 1 zu den ersten Kontaktpads 91 herzustellen, werden die Via-Löcher 101 mit einem leitfähigen Material 105 aufgefüllt (Figur 3.t). Erste elektrische Verbindungsleitungen 31 werden mittels eines Aufdampfprozesses mit Au mit Hilfe einer photolithographischen Strukturierung, wie sie vorstehend für die Herstellung der ersten Kontaktpads 91 beschrieben worden ist, erzeugt (Figur 3.u).

Um eine einfache Weiterverarbeitung der resultierenden elektronischen Baugruppen 20 zu ermöglichen, beispielsweise deren Montage auf einer Leiterplatte, werden auf den ersten elektrischen Verbindungsleitungen 31 erste Lotkugeln 21 platziert (Figur 3.v). Ein bevorzugtes Verfahren für die Herstellung der ersten Lotkugel 21 ist das Reflow- Verfahren. Die ersten Kontaktpads 91 und die ersten Lotkugeln 21 sind seitlich zueinander verschoben. Eine vertikale Projektion der Mitte des ersten Kontaktpads 91 und der Mitte der ersten Lotkugel 21 fallen nicht zusammen.

Die vertikale Richtung entspricht einer Richtung senkrecht zur Oberseite Ia des Trägersubstrats 1.

Figur 3.w zeigt das Trennen oder Vereinzeln des hergestellten Waferverbunds . Der Verbund wird entlang von Trennlinien C getrennt. Diese Trennlinien werden zwischen die Abschnitte Ic gelegt. Eine resultierende elektronische Baugruppe 20 ist in Figur 4 gezeigt. Die elektronische Baugruppe 20 weist eine Dicke in der Größenordnung von 50 μm bis zu 2 mm sowie einen Durchmesser in der Größenordnung von 500 μm bis zu 20 mm auf. Sie kann beispielsweise auf einer nicht gezeigten Leiterplatte oder auf einem anderen nicht gezeigten Schaltungssubstrat montiert werden, welche beispielsweise Stromzuführungen ermöglichen und Instrumentenausgangssignale empfangen, wie sie von dem System, in welchem sie genutzt werden sollen, benötigt werden. Da sich die Verbindungsleitungen 31 im Wesentlichen parallel zu der Rückseite Ib von der Unterseite des Füllmaterials 105 aus zu einer Unterseite einer Projektion des entsprechenden Hohlraums 75 erstrecken, wird eine kompakte und platzsparende Gestaltung der elektronischen Baugruppe ermöglicht.

Die Figuren 5.a bis 5.1 zeigen schematisch eine weitere Ausführungsform des vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahrens, um die Prozessschritte zu veranschaulichen, die mit der Montage eines ersten und eines zweiten elektronischen Bauelements 61 und 62 verbunden sind. Für den Fall, dass die Herstellung einer zweiten Komponente nicht explizit erklärt wird, kann die Herstellung einer ersten Komponente, wie sie in den Figuren 3.a bis 3.w beschrieben worden ist, auch für die zweite Komponente angewandt werden. Beispielsweise erfolgt die Abscheidung der zweiten elektrischen Kontaktpads 92 in der gleichen

oU

Weise oder zumindest in einer analogen Weise wie die Erzeugung der ersten elektrischen Kontaktpads 91.

Figur 5.a zeigt das Trägersubstrat 1 nach der Herstellung der Ausnehmungen 7 und der Abscheidung der ersten und zweiten elektrischen Kontaktpads 91 und 92. Erste elektronische Bauelemente 61, beispielsweise optische Detektoren, werden auf dem Boden 71 der Ausnehmungen 7 angeordnet (Figur 5.b). Zweite elektronische Bauelemente 62 werden auf der Oberseite Ia des Trägersubstrats 1, insbesondere angrenzend an die Ausnehmungen 7, angeordnet (Figur 5.c). Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt das zweite elektronische Bauelement 62 eine integrierte Schaltung dar. Insbesondere ist die integrierte Schaltung als eine integrierte Steuerschaltung für das erste elektronische Bauelement 61 vorgesehen.

Der elektrische Anschluss des ersten elektronischen Bauelements 61 und des zweiten elektronischen Bauelements 62 ist in Figur 5.d dargestellt. Die elektrische Verbindung 81 des ersten elektronischen Bauelements 61 mit dem ersten elektrischen Kontaktpad 91 erfolgt durch Drahtbonden. Die Verbindung 82 zwischen dem zweiten elektronischen Bauelement 62 und dem zweiten elektrischen Kontaktpad 92 erfolgt mittels Metallpaste 82. Das erste elektronische Bauelement 61 und das zweite elektronische Bauelement 62 werden elektrisch über die Verbindungsleitung 83 verbunden, welche ebenfalls mittels einer Metallpaste erzeugt werden kann.

Ein weiterer Schritt zum Verkapseln elektronischer Bauelemente entspricht einer Abdeckung der Oberseite Ia des Trägersubstrats 1 mit einer Deckschicht 4 (Figuren 5.e und 5.f). Das Trägersubstrat 1 wird durch die Deckschicht 4 in anliegender Lagebeziehung durch anodisches Bonden

abgedeckt. Eine bevorzugte Abdeckung oder Deckschicht 4 wird als eine Glasplatte oder eine Platte bereitgestellt, die zumindest für die Strahlung, welche von dem ersten elektronischen Bauelement 61 erfasst werden soll, transparent ist. Dementsprechend führt die Abdeckung mittels der Deckschicht 4 gleichzeitig zur Ausbildung eines Hohlraums 75, in welchem das erste elektronische Bauelement

61 aufgenommen ist, und zu einer Verkapselung des zweiten elektronischen Bauelements 62. Die Lage des ersten elektronischen Bauelements 61 innerhalb des Hohlraums 75 und die Verkapselung des zweiten elektronischen Bauelements

62 ermöglichen ein einfacheres Handling und einen verbesserten Schutz der elektronischen Baugruppe 20, die in den nachfolgenden Herstellungsschritten erzeugt werden soll.

Die Figuren 5.g und 5.j veranschaulichen das Bereitstellen einer elektrischen Verbindung zu den gekapselten ersten elektronischen Bauelementen 61 und zu dem verkapselten zweiten elektronischen Bauelement 62. Die jeweilige Herstellung der ersten und der zweiten Via-Löcher 101 und 102 ist in den Figuren 5.g bis 5.i dargestellt und entspricht der Herstellung der ersten Via-Löcher 101, wie sie in den Figuren 3.q bis 3.s gezeigt ist. Die ersten Via- Löcher 101 und die zweiten Via-Löcher 102 ermöglichen

Zugang auf die ersten bzw. zweiten elektrischen Kontaktpads 91 und 92.

Um die elektrische Verbindung von der Unterseite Ib des Trägersubstrats 1 zu den ersten bzw. zweiten Kontaktpads 91 und 92 herzustellen, werden in den entsprechenden Via-Löchern 101 und 102 erste bzw. zweite elektrische Verbindungsleitungen 31 und 32 vorgesehen oder bereitgestellt. Die ersten und zweiten elektrischen Verbindungsleitungen 31 und 32 können durch

photolithographische Strukturierung entsprechend der vorstehend beschriebenen Herstellung der ersten Kontaktpads 91 erzeugt werden. Das Aufbringen von Lotkugeln bzw. das Vereinzeln des Wafers (Figuren 5.k und 5.1) entspricht der Aufbringung der Lotkugeln und dem Vereinzeln des Wafers, wie sie in den Figuren 3.v und 3.w gezeigt sind. Die nach dem Vereinzeln erzeugte elektronische Baugruppe 20 ist in Figur 6 gezeigt.

Da das erste elektronische Bauelement 61 und/oder das zweite elektronische Bauelement 62 durch die Kapselung in dem Hohlraum bzw. die Verkapselung zwischen der Kontaktseite 4a der Deckschicht und der Oberseite Ia des Substrats gut geschützt sind, kann eine Beeinträchtigung oder eine Beschädigung der elektronischen Bauelemente 61 und 62 reduziert oder sogar verhindert werden.

Ein Verfahren zur Verkapselung elektronischer Bauelemente und zur Verkapselung elektronischer Bauelemente mit deren zugehörigen integrierten Schaltungen ist aufgezeigt worden. Es wird zu verstehen sein, dass die Erfindung in anderen speziellen Ausbildungsformen verkörpert sein kann, ohne dass vom erfinderischen Gedanken oder den zentralen Merkmalen derselben abgewichen wird. Die vorliegenden Beispiele und Ausführungsformen, insbesondere die vorstehend erwähnten Materialien, sind daher in jeglicher Hinsicht als veranschaulichend und nicht als einschränkend zu betrachten und die Erfindung ist nicht auf die vorliegend angegebenen Details beschränkt. Die vorstehend beschriebene Abfolge von Verfahrensschritten kann in sinnvoller Weise geändert werden.

OO

Bezugszeichenliste

1 Trägersubstrat

Ia Oberseite des Trägersubstrats

Ib Unterseite des Trägersubstrats

Ic Abschnitt der Oberseite Ia

2 Resistschicht

2a Ausnehmung in der Resistschicht 2

4 Deckschicht oder Abdeckung

4a Kontaktseite der Deckschicht 4

5 Haftschicht Ausnehmung

9 Schicht aus leitfähigem Material

11 Stufe

0 elektronische Baugruppe oder Chip 1 erste Lotkugel 2 zweite Lotkugel

1 erste elektrische Verbindungsleitung 2 zweite elektrische Verbindungsleitung

1 erstes elektronisches Bauelement

62 zweites elektronisches Bauelement

1 Boden der Ausnehmung 2 erster Abschnitt der Ausnehmung 7 3 zweiter Abschnitt der Ausnehmung 7 5 Hohlraum

1 Verbindung zwischen erstem Kontaktpad 91

und erstem elektronischem Bauelement 61

82 Verbindung zwischen zweitem Kontaktpad 92 und zweitem elektronischem Bauelement 62

83 Verbindung zwischen erstem elektronischem Bauelement 61 und zweitem elektronischem Bauelement 62

91 erstes elektrisches Kontaktpad

92 zweites elektrisches Kontaktpad

101 erstes Via-Loch

102 zweites Via-Loch

105 Füllung aus leitfähigem Material

110 erster Läppkopf

111 zweiter Läppkopf

120 Resistschicht

120a Ausnehmung in der Resistschicht 120

200 Abheberichtung

Z Zoomabschnitt S Schnittlinie C Trennlinie