Titel

HERSTELLUNGSVERFAHREN FÜR EINE MIKROELEKTRONISCHE MEDIENSENSO RANORDNUNG UND MIKROELEKTRONISCHE MEDIENSENSO RANORDNUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für eine

mikroelektronische Bauelementanordnung und eine entsprechende

mikroelektronische Bauelementanordnung. Stand der Technik

Mikroelektronische Bauelementanordnungen, insbesondere Mediensensoren, umfassen eine Verkappung mit einer Öffnung, wobei über die Öffnung der Verkappung ein Zugang von Umgebungsatmosphäre zu einem Messelement des Mediensensors möglich ist. Die Mediensensoren werden mittels einer der

Verkappung bzw. Behausung abgewandten Fläche auf einen Träger aufgeklebt oder angeordnet. Um die Messelemente vor dem Eindringen von Wasser oder Schmutz während eines Vereinzelungsprozesses dieser Packages zu schützen, werden vor der Streifenvereinzelung die Öffnungen der Verkappung mittels einer Klebefolie laminiert.

Mit voranschreitender Miniaturisierung derartiger Mediensensor-Packages sind jedoch Herstellungsverfahren er orderlich, die auf eine Verkappung verzichten. Problematisch ist hierbei, dass bei fehlender Verkappung die empfindlichen Messelemente nicht effizient vor Umgebungseinflüssen geschützt werden können. Dieses Problem kann insbesondere durch Berührungsschutzrahmen erfolgen oder durch Flip-Chip-Montage des Mediensensors auf einen Träger, wobei das Messelement bzw. die Detektionsfläche der Montagefläche zugewandt ist. Allerdings bildet sich bei der Flip-Chip-Montage ein Spalt (Englisch:„stand- off") zwischen der Detektionsfläche des Mediensensors und der Montagefläche des Trägers aus. Durch diesen Spalt ist die Detektionsfläche von außen frei zugänglich und kann insbesondere während einer Weiterverarbeitung beschädigt oder verschmutzt werden.

Die DE 10 2009 057 697 AI beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Elektrodenschichten für chemische Mediensensoren.

Offenbarung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung schafft ein Herstellungsverfahren für eine

mikroelektronische Bauelementanordnung nach Anspruch 1 und eine

entsprechende mikroelektronische Bauelementanordnung nach Anspruch 11.

Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.

Vorteile der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, einen nachträglichen Zugang, beispielsweise nach einer Vereinzelung oder Oberflächenmontage, zu einer Detektionsfläche eines Sensors herzustellen. Mittels des hier beschriebenen Herstellungsverfahrens für das mikroelektronische Bauelement wird die

Detektionsfläche kostengünstig vor Beschädigung oder Verschmutzung vor der Inbetriebnahme geschützt.

Obwohl das hier beschriebene Herstellungsverfahren für eine mikroelektronische Bauelementanordnung anhand eines Sensors und eines Trägers beschrieben wird, versteht es sich von selbst, dass das hier beschriebene

Herstellungsverfahren auch zum Herstellen von mikroelektronischen

Bauelementanordnungen umfassend eine Vielzahl von Sensoren, welche auf einem Träger angeordnet sind, anwendbar ist.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung erfolgt das Entfernen des

Opfermaterials während eines zusätzlichen Temperschritts oder eines selektiven Ätzprozesses. So lässt sich das Opfermaterial auf einfache und kostengünstige Weise entfernen, wobei die Detektionsfläche frei vom dem Opfermaterials sein kann. Der zusätzliche Temperschritt kann beispielsweise in einem

Temperaturbereich von 180°C bis 200°C während 60 Minuten erfolgen. Während des Temperschrittes zersetzt sich das Opfermaterial beispielsweise in die Gasphase und kann insbesondere aus einer Prozesskammer abgeführt bzw. abgepumpt werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung umfasst das Opfermaterial ein thermisch zersetzbares Polymer. Das thermisch zersetzbare Polymer kann insbesondere ein TDP (Englisch:„Thermal Decomposable Polymer") sein. Somit kann besonders effizient nach dem elektrischen Verbinden des Sensors auf die

Montagefläche des Trägers das Opfermaterial entfernt werden, wobei Materialien zum elektrischen Verbinden des Sensors auf den Träger insbesondere nicht beschädigt werden. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung umfasst das Opfermaterial ein chemisch zersetzbares Material. So kann auf einen kostengünstigen selektiven Ätzprozess zum Entfernen des Opfermaterials zurückgegriffen werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung umfasst der Träger ein Laminat-Substrat oder einen integrierten Schaltkreis. So lässt sich das hier beschriebene Herstellungsverfahren auf ein breites Spektrum von Trägern anwenden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung umfasst der Träger zumindest zwei Durchkontakte, wobei sich die Durchkontakte von der Montagefläche bis zu einer der Montagefläche gegenüberliegenden Fläche erstrecken und auf der Fläche weitere Lötkugeln angeordnet sind, wobei die weiteren Lötkugeln mit den Durchkontakten jeweils zumindest bereichsweise in Kontakt stehen. So lässt sich mittels der weiteren Lötkugeln die mikroelektronische Bauelementanordnung mittels einer Oberflächenmontage weiterverbauen. Ferner ist eine Vielzahl von

Durchkontakten mit entsprechenden weiteren Lötkugeln auf der Fläche denkbar.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die weiteren Lötkugeln auf der Montagefläche angeordnet. So lässt sich mittels der weiteren Lötkugeln die mikroelektronische Bauelementanordnung mittels einer Flip-Chip-Montage weiterverbauen Bei der Flip-Chip-Montage sind die weiteren Lötkugeln derart ausgebildet, dass der Sensor der mikroelektronischen Bauelementanordnung nach der Flip-Chip-Montage zu einem weiteren Träger in vertikaler Richtung beabstandet ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird das Opfermaterial mittels Fotolithographie strukturiert. Bevorzugt erfolgt die Strukturierung mittels

Fotolithographie vor dem elektrischen Verbinden des Sensors auf die

Montagefläche des Trägers. Mit anderen Worten wird das Opfermaterial vor der Flip-Chip-Montage mittels Fotolithographie strukturiert. Insbesondere kann die Strukturierung derart erfolgen, dass das Opfermaterial sich zu den Seitenflächen des Sensors erstreckt und bündig mit den Seitenflächen abschließt. Alternativ kann ein bündiges Abschließen des Opfermaterials an Flanken bzw. Kanten der Seitenfläche des Sensors während eines Vereinzelungsprozesses des Trägers zwischen zwei benachbarten Sensoren erfolgen, wobei das Opfermaterial zumindest zwischen zwei Sensoren vor dem Vereinzelungsprozess durchgehend ausgebildet sein kann. Des Weiteren erfolgt die Strukturierung des

Opfermaterials derart, dass die Detektionsfläche vollständig durch das

Opfermaterial bedeckt sein kann. Des Weiteren kann die Detektionsfläche beispielsweise vor Aufbringen des Opfermaterials durch

Siliziumnitridpassivierung zusätzlich vor hohen Temperaturen und Ätzmedien geschützt werden. Die Siliziumnitridpassivierung wird insbesondere bei Sensoren durchgeführt, die zur Druckmessung eingesetzt werden.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung erfolgt das elektrische Verbinden mittels Lötkugeln und einem mechanisch stabilisierenden Material. Beispielsweise kann unter dem mechanisch stabilisierenden Material ein Underfill-Material verstanden werden. Insbesondere dient das Underfill-Material zum Bereitstellen einer stabilen elektrischen Verbindung unter Berücksichtigung der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von dem Sensor und dem Substrat.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung erfolgt das elektrische

Verbinden durch ein stoffschlüssiges Klebeverfahren. So lässt sich insbesondere das elektrische Verbinden zeitsparend durchführen. Ferner kann bei dem stoffschlüssigen Klebeverfahren auf ein zusätzliches Underfill-Material verzichtet werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung basiert das stoffschlüssige Klebeverfahren auf einem ICA oder NCA Verfahren. Das ICA Verfahren

(Englisch: Isotropic-Conductive Adhesive, Deutsch: isotrop-leitfähiger Klebstoff) basiert auf einem isotrop-leitfähigem Klebstoff. Das NCA-Verfahren (Englisch: Non-Conductive Adhesive) basiert auf einem nicht-leitfähigen Klebstoff und bedient sich zur elektrischen Kontaktierung sogenannter Stud-Bumps, welche insbesondere einen Golddraht umfassen können. So lässt sich ein zeitsparendes elektrisches Verbinden realisieren, wobei die zum Aushärten benötigten

Temperaturen in der Regel niedriger als beim Löten sind, wodurch sich die thermische Belastung für die mikroelektronische Bauelementanordnung reduzieren lässt.

Die hier beschriebenen Merkmale des Herstellungsverfahrens für die

mikroelektronische Bauelementanordnung gelten entsprechend auch für die mikroelektronische Bauelementanordnung sowie umgekehrt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf die Figuren erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische senkrechte Querschnittsansicht zum Erläutern einer mikroelektronischen Bauelementanordnung und eines entsprechenden Herstellungsverfahren gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig.2 eine schematische senkrechte Querschnittsansicht zum Erläutern einer mikroelektronischen Bauelementanordnung und eines entsprechenden Herstellungsverfahren gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 3 eine schematische Aufsicht auf eine erste Oberfläche eines Sensors zum Erläutern eines Herstellungsverfahrens der mikroelektronischen Bauelementanordnung;

Fig. 4 eine weitere schematische Aufsicht zum Erläutern des

Herstellungsverfahrens der mikroelektronischen

Bauelementanordnung;

Fig. 5 eine weitere schematische senkrechte Querschnittsansicht zum

Erläutern des Herstellungsverfahrens der mikroelektronischen Bauelementanordnung gemäß Fig. 4; und

Fig. 6 ein Flussdiagramm zum Erläutern eines Ablaufs des

Herstellungsverfahrens.

Ausführungsformen der Erfindung

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.

Fig. 1 zeigt eine schematische senkrechte Querschnittsansicht zum Erläutern einer mikroelektronischen Bauelementanordnung und eines entsprechenden Herstellungsverfahren gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 100 eine mikroelektronische

Bauelementanordnung mit einem Sensor 2, wobei der Sensor 2 eine

Detektionsfläche 6 aufweist. Ferner ist in der Fig. 1 ein Träger 1 mit einer Montagefläche 11 gezeigt, wobei der Sensor 2 mittels einer Aufbau- und Verbindungseinrichtung derart auf dem Träger 1 montiert ist, dass die

Detektionsfläche 6 der Montagefläche 11 gegenüberliegt und zwischen der Detektionsfläche 6 und der Montagefläche 11 ein Zugang 5 zu der

Detektionsfläche 6 vorhanden ist, wobei die Detektionsfläche 6 zumindest bereichsweise durch den Zugang 5 freigelegt ist und der Zugang 5 zumindest bereichsweise frei von einem Material der Aufbau- und Verbindungseinrichtung ist.

Hierbei kann die Aufbau- und Verbindungseinrichtung auf Lötkugeln 7 und einem mechanisch stabilisierendem Material 4 basieren. Alternativ kann die Aufbau- und Verbindungseinrichtung auf einem stoffschlüssigem Klebeverfahren basieren.

Die in der Fig. 1 gezeigte mikroelektronische Bauelementanordnung 100 kann mittels eines Herstellungsverfahrens hergestellt werden. Hierbei wird ein Sensor

2 mit einer Oberfläche 21 und einer der ersten Oberfläche 21

gegenüberliegenden zweiten Oberfläche 22 sowie zumindest einer Seitenfläche 23 bereitgestellt, wobei die erste Oberfläche 21 zumindest bereichsweise eine Detektionsfläche 6 aufweist. Die Detektionsfläche 6 kann beispielsweise eine viereckige Form aufweisen und mittig auf der ersten Oberfläche 21 angeordnet sein. Die Detektionsfläche 6 kann insbesondere zum Detektieren von Druck, Feuchte und/oder Gase vorgesehen sein und Bestandteil eines Messelementes des Sensors 2 sein. Mit anderen Worten kann es sich bei dem hier

beschriebenen Sensor 2 um einen Mediensensor handeln.

In einem nächsten Schritt des Herstellungsverfahrens wird auf die erste

Oberfläche 21 des Sensors 2 ein Opfermaterial 8 aufgebracht, wobei die

Detektionsfläche 6 zumindest bereichsweise von dem Opfermaterial bedeckt wird und sich das Opfermaterial 8 zu zumindest einer der Seitenflächen 23 des Sensors 2 erstreckt. Beispielsweise kann in diesem Verfahrensschritt das

Opfermaterial 8 die gesamte erste Oberfläche 21 des Sensors 2 bedecken, wobei das Opfermaterial 8 mittels Fotolithographie derart strukturiert werden kann, dass das Opfermaterial 8 sich zu zwei gegenüberliegenden Seitenflächen 23 erstreckt und bündig mit den Kanten bzw. Flanken der Seitenflächen 23 abschließt. Insbesondere können durch die Strukturierung mittels

Fotolithographie Bereiche freigelegt werden, die zum elektrischen Verbinden des Sensors auf die Montagefläche 11 des Trägers 1 vorgesehen sein können.

In einem nächsten Verfahrensschritt wird ein Träger 1 mit einer Montagefläche 11 bereitgestellt. In einem darauffolgenden Verfahrensschritt wird der Sensor 2 auf dem Träger 1 elektrisch verbunden, wobei die erste Oberfläche 21 des Sensors 2 und die Montagefläche 11 des Trägers 1 einander gegenüberliegend einen Abstand A - dargestellt durch den Doppelpfeil in der Fig. 1 - aufweisen und in einem letzten

Verfahrensschritt das Opfermaterial 8 entfernt wird, wobei die Detektionsfläche 6 zumindest teilweise frei von dem Opfermaterial 8 wird.

In der Fig. 1 bezeichnet Bezugszeichen 8 das Opfermaterial, welches vor dem Entfernen in dem Zugang 5 vorhanden sein kann. Das heißt, dass nach dem

Entfernen des Opfermaterials 8 der Zugang 5 und die Detektionsfläche 6 zumindest bereichsweise frei von dem Material der Aufbau- und

Verbindungseinrichtung sein können. Die in der Fig. 1 gezeigte

mikroelektronische Bauelementanordnung 100 basiert auf dem elektrischen Verbinden mittels Lötkugeln 7 und einem mechanisch stabilisierenden Material 4.

Alternativ kann das elektrische Verbinden auch durch ein stoffschlüssiges Klebeverfahren erfolgen. Hierzu können insbesondere ICA- oder NCA-Verfahren zum Einsatz kommen. Der Träger 1 mit der Montagefläche 11 kann einen integrierten Schaltkreis umfassen, wobei das elektrische Verbinden mittels Lötkugeln 7 oder alternativ durch die hier beschriebenen stoffschlüssigen Klebeverfahren erfolgen kann.

Der Träger 1 kann zumindest zwei elektrische Durchkontakte oder Vias 15 umfassen. Hierbei erstrecken sich die Durchkontakte 15 von der Montagefläche

11 bis zu einer der Montagefläche 11 gegenüberliegenden Fläche 12. Auf der Fläche 12 sind weitere Lötkugeln 7' angeordnet, wobei die weiteren Lötkugeln 7' mit den Durchkontakten 15 zumindest bereichsweise in Kontakt stehen. Wie in Figur 1 gezeigt befinden sich die Durchkontakte 15 sowie die weiteren Lötkugeln 7' seitlich beabstandet zum Sensor 2. Durch die weiteren Lötkugeln 7' auf der

Fläche 12 kann die mikroelektronische Bauelementanordnung 100 auf einfache Art und Weise weiterverbaut werden.

Fig. 2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht zum Erläutern einer mikroelektronischen Bauelementanordnung und eines entsprechenden Herstellungsverfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Die in der Figur 2 gezeigte mikroelektronische Bauelementanordnung 100 basiert auf der in Figur 1 gezeigten mikroelektronische Bauelementanordnung 100 mit dem Unterschied, dass die weiteren Lötkugeln 7' auf der Montagefläche 11 des Trägers 1 angeordnet sind und somit keine Durchkontakte erforderlich sind. Mit anderen Worten sind die Lötkugeln 7' und der Sensor 2 wie in Figur 2 gezeigt auf der Montagefläche 11 angeordnet, wobei die Lötkugeln jeweils seitlich zu dem Sensor 2 beabstandet sind. So lässt sich die mikroelektronische

Bauelementanordnung 100 erneut durch Flip-Chip-Montage weiterverbauen. Ferner lässt sich eine vertikale Integration der mikroelektronischen

Bauelementanordnung 100 vereinfacht durchführen.

Fig. 3 zeigt eine schematische Aufsicht auf eine erste Oberfläche eines Sensors zum Erläutern eines Herstellungsverfahrens der mikroelektronischen

Bauelementanordnung.

In Fig. 3 bezeichnet Bezugszeichen 21 die erste Oberfläche des Sensors 2 und die Bezugszeichen 23 entsprechende Seitenflächen des Sensors 2. Wie in der Fig. 2 gezeigt, kann die Detektionsfläche 6 eine viereckige Form aufweisen und mittig auf der ersten Oberfläche 21 ausgebildet sein. Des Weiteren ist denkbar, dass die Oberfläche 21 eine Vielzahl von Detektionsflächen 6 aufweist, wodurch insbesondere eine Sensitivität des Sensors 2 erhöht werden kann. Die

Detektionsfläche 6 kann insbesondere ein Bestandteil eines Messelementes des Sensors 2 sein. Die Anordnung der Lötkugeln 7 kann wie in Fig. 2 gezeigt parallel zu zwei gegenüberliegenden Seitenflächen 23 des Sensors 2 erfolgen. Ein Bereich der zum Ausbilden des Spalts 5 vorgesehen ist, ist bevorzugt frei von Stellen, die zum elektrischen Verbinden des Sensors 2 auf die Montagefläche 11 des Trägers 1 vorgesehen sind. Mit anderen Worten sind die Bereiche bzw. ist der Bereich, auf dem das Opfermaterial 8 aufgebracht wird, frei von elektrischen Verbindungsstellen.

Fig. 4 zeigt eine weitere schematische Aufsicht zum Erläutern des

Herstellungsverfahrens der mikroelektronischen Bauelementanordnung. Die Fig. 4 basiert auf die in Fig. 3 gezeigte Aufsicht auf die erste Oberfläche 21 des Sensors 2 mit dem Unterschied, dass das Opfermaterial 8, welches mittels Fotolithographie strukturiert werden kann, die Detektionsfläche 6 bedeckt. Ferner ist das Opfermaterial 8 derart strukturiert, dass das Opfermaterial 8 bündig mit den Seitenflächen 23 des Sensors 2 abschließt. Beispielsweise kann das Opfermaterial streifenförmig ausgebildet sein, wobei die Enden des Streifens bündig mit den Seitenflächen 23 des Sensors 2 abschließen. Alternativ wäre denkbar, dass das Opfermaterial derart strukturiert wird, dass das Opfermaterial kreuzförmig strukturiert ist. Hierbei werden bevorzugt entsprechend jeweils in den Eckbereichen der ersten Oberfläche 21 des Sensors 2 die Lötkugeln 7 ausgebildet.

Das Opferschichtmaterial 8 wird in einem späteren Verfahrensschritt wenigstens teilweise von der Detektionsfläche 6 entfernt.

Fig. 5 zeigt eine weitere schematische senkrechte Querschnittsansicht zum Erläutern des Herstellungsverfahrens der mikroelektronischen

Bauelementanordnung gemäß Fig. 4.

Fig. 5 zeigt eine schematische seitliche Ansicht des Sensors 2 vor der Flip-Chip- Montage des Sensors 2 auf die Montagefläche 11 des Trägers 1. Wie in Fig. 5 gezeigt, sind die Lötkugeln 7 derart ausgebildet, dass nach dem Aufbringen des Substrates 2 auf die Montagefläche 11 des Trägers 1 die erste Oberfläche 21 des Sensors 2 und die Montagefläche 11 des Trägers 1 einander

gegenüberliegend einen Abstand A aufweisen (vgl. Fig. 1).

Fig. 6 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern eines Ablaufs des

Herstellungsverfahrens.

Wie in der Fig. 6 gezeigt umfasst das Herstellungsverfahren für die

mikroelektronische Bauelementanordnung 100 die Schritte A bis E, wonach im Schritt A ein Sensor 2 mit einer ersten Oberfläche 21 und einer der ersten Oberfläche 21 gegenüberliegenden zweiten Oberfläche 22 sowie zumindest einer Seitenfläche 23 bereitgestellt wird, wobei die erste Oberfläche 21 zumindest bereichsweise eine Detektionsfläche 6 aufweist. In einem nächsten Schritt B wird ein Opfermaterial 8 auf die erste Oberfläche 21 des Sensors 2 aufgebracht, wobei die Detektionsfläche 6 zumindest bereichsweise von dem Opfermaterial 8 bedeckt wird und sich das Opfermaterial 8 zu der Seitenfläche 23 des Sensors 2 erstreckt. Im Schritt C wird ferner ein Träger 1 mit einer

Montagefläche 11 bereitgestellt. Danach wird im Schritt D der Sensor 2 auf dem Träger 1 elektrisch verbunden, wobei die erste Oberfläche 21 des Sensors 2 und die Montagefläche 11 des Trägers 1 einander gegenüberliegend einen Abstand A aufweisen. Anschließend wird im Schritt E das Opfermaterial 8 entfernt, wobei die Detektionsfläche 6 zumindest teilweise frei von dem Opfermaterial 8 wird.

Mit anderen Worten erfolgt das selektive Entfernen des Opfermaterials 8 nach der Flip-Chip-Montage. Wobei das elektrische Verbinden mittels der Flip-Chip- Montage mit den Lötkugeln 7 und dem mechanisch stabilisierenden Material 4 oder durch ein stoffschlüssiges Klebeverfahren erfolgen kann.

Ferner laufen die Schritte A bis E in der wie in Fig. 6 gezeigten Reihenfolge ab.

Die Ausgestaltung der Opferschicht 8 bis zur Seitenfläche 23 dient

beispielsweise dazu, den Zugang zur Entfernung der Opferschicht 8 im aufgebrachten Zustand des Sensors 2 auf dem Träger 1 zu ermöglichen. Durch diese Anordnung ist somit ein seitlicher Zugang zum Opfermaterial möglich, selbst nach einer Unterfüllung, wie es in den Figuren 1 und 2 gezeigt wird.