Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR PRODUCING A COMPONENT ASSEMBLY FOR A PACKAGE, METHOD FOR PRODUCING A PACKAGE HAVING A COMPONENT ASSEMBLY, COMPONENT ASSEMBLY, AND PACKAGE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/259755
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for producing a component assembly for a package, said method comprising: providing a wafer (1) made of a semiconductor material having a polished wafer surface (6); forming an opening (2,3) in the wafer (1) by means of anisotropic etching, wherein an anisotropically etched surface (4) is produced in the region of the opening (2,3); dicing a component (9) from the anisotropically etched wafer, wherein the diced component (9) is produced with the following areas: an optical area (7) which is formed in the region of a surface portion of the polished wafer surface (6), and a mounting area (5) which is formed in the region of the anisotropically etched surface (4); and mounting the diced component (9) on a substrate surface (11) of a carrier substrate (12), using the mounting area (5), such that the anisotropically etched surface (4) is bonded to the substrate surface (11), wherein the optical area (7) is arranged as an inclined, exposed area. A component assembly and a package having a component assembly are also provided.

Inventors:
MAUS SIMON (DE)
HANSEN ULLI (DE)
Application Number:
PCT/DE2020/100529
Publication Date:
December 30, 2020
Filing Date:
June 22, 2020
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
MSG LITHOGLAS GMBH (DE)
International Classes:
G02B5/08; H01S5/022
Domestic Patent References:
WO2011035783A12011-03-31
WO2016055520A12016-04-14
WO2017149573A12017-09-08
Foreign References:
US20070086095A12007-04-19
US20060283836A12006-12-21
US20170063034A12017-03-02
US20170033528A12017-02-02
US7177331B22007-02-13
Attorney, Agent or Firm:
BOEHMERT & BOEHMERT ANWALTSPARTNERSCHAFT MBB (DE)
Download PDF:
Claims:
Ansprüche

1. Verfahren zum Herstellen einer Bauteilanordnung für ein Package, mit:

- Bereitstellen eines Wafers aus einem Halbleitermaterial mit einer polierten Waferoberflä che;

- Ausbilden einer Öffnung in dem Wafer mittels anisotropen Ätzen, wobei hierbei eine anisotrop geätzte Oberfläche im Bereich der Öffnung hergestellt wird;

- Vereinzeln eines Bauteils von dem anisotrop geätzten Wafer, wobei das vereinzelte Bau teil die folgenden Flächen aufweisend hergestellt wird:

- eine optische Fläche, die im Bereich eines Oberflächenabschnitts der polierten Waferoberfläche gebildet ist, und

- eine Montagefläche, die im Bereich der anisotrop geätzten Oberfläche gebildet ist; und

- Montieren des vereinzelten Bauteils auf einer Substratoberfläche eines Trägersubstrats unter Verwendung der Montagefläche, so dass die anisotrop geätzte Oberfläche mit der Substratoberfläche verbunden wird, wobei hierbei die optische Fläche als geneigte frei liegende Fläche angeordnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Fläche mit einer optischen Funktionsfläche hergestellt wird, wobei hierbei in dem Oberflächenabschnitt der polierten Waferoberfläche eine optische Funktionsschicht aufgebracht wird, derart, dass die optischen Eigenschaften der polierten Waferoberfläche in dem Oberflächenabschnitt verän dert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die optische Funktionsflä che auf Wafer-Level vor dem Vereinzeln aufgebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Funktionsfläche mit einer mikrostrukturierten Schicht hergestellt wird.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Funktionsschicht als ein Mehrschichtsystem aufgebracht wird. 6. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die anisotrop geätzte Oberfläche mit einem Neigungswinkel von etwa 45 Grad zur polierten Waferoberfläche hergestellt wird.

7. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass ein Wafer aus Silizium bereitgestellt und anisotrop geätzt wird.

8. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Montagefläche mit einer Montagefunktionsschicht ausgebildet wird, die im Bereich der Montagefläche hergestellt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Montagefunktions schicht eine lötbare Metallisierung aufweisend hergestellt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Montagefunktions schicht auf Wafer-Level vor dem Vereinzeln aufgebracht wird.

11. Verfahren zum Herstellen eines Packages mit einer Bauteilanordnung, die gemäß einem Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche hergestellt ist, wobei mit tels eines Gehäusebauteils ein Gehäuse hergestellt wird, in welchem zumindest das ver einzelte Bauteil aufgenommen ist.

12. Bauteilanordnung, mit

- einem Trägersubstrat und

- einem hierauf angeordneten Bauteil, welches aus einem Wafer aus einem Halbleiterma terial vereinzelt wurde, wobei

- das Bauteil auf einer anisotrop geätzten Oberfläche eine Montagefläche aufweist;

- das Bauteil unter Verwendung der Montagefläche auf einer Substratoberfläche des Trägersubstrats montiert ist;

- das Bauteil eine optische Fläche aufweist, die in einem Oberflächenabschnitt einer polierten Waferoberfläche des Wafers gebildet ist; und

- die optische Fläche als geneigte freiliegende Fläche angeordnet ist.

13. Package, mit einer Bauteilanordnung nach Anspruch 12, wobei mittels eines Gehäusebau teils ein Gehäuse gebildet ist, in welchem zumindest das Bauteil aufgenommen ist.

Description:
Verfahren zum Herstellen einer Bauteilanordnung für ein Package, Verfahren zum Herstellen eines Packages mit einer Bauteilanordnung, Bauteilanordnung und Package

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Bauteilanordnung für ein Package, ein Verfahren zum Herstellen eines Packages mit einer Bauteilanordnung, einer Bauteilanordnung und Package.

Hintergrund

In Verbindung mit den Bauteilanordnungen ist es bekannt, Bauteile oder Bauelemente, bei spielsweise optische Bauelemente, die Licht abgeben oder empfangen, in einem Gehäuse an zuordnen. Die Bauteilanordnung kann verwendet werden, um ein Package herzustellen, also allgemein eine Ummantelung oder das Ausbilden eines Gehäuses, welches die Bauteilanord nung inklusive der Anschlussstellen aufnimmt.

Ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Bauteilanordnung ist beispielsweise aus dem Do kument WO 201 1 / 035783 A1 bekannt. Auf einem Trägersubstrat wird ein Abstandshalter an geordnet derart, dass der Abstandshalter einen Bauraum umgibt, in dem ein Bauelement ange ordnet wird. Der Bauraum wird verschlossen in dem auf dem Abstandshalter ein Decksubstrat angeordnet wird. Mit dem Decksubstrat kann eine lichtdurchlässige Austrittsöffnung bereitge stellt sein, durch die hindurch Licht abgegeben oder empfangen werden kann. Dem Bauraum zugewandte Wandflächen des Abstandshalters können mit einer Metallisierung versehen sein, um eine lichtreflektierende Verspiegelung bereitzustellen.

Dokument WO 2016 / 055520 A1 beschreibt das Herstellen eines Packages für ein Laserbau element mit einem Gehäuse, das einen Träger umfasst, der eine Kavität mit einer Bodenfläche und einer Seitenwand aufweist. Die Kavität weitet sich ausgehend von der Bodenfläche auf. In der Kavität ist ein Laserchip an der Bodenfläche angeordnet, dessen Emissionsrichtung parallel zu der Bodenfläche orientiert ist. In der Kavität ist außerdem ein reflektierendes Element ange ordnet, das an einer Kante zwischen der Bodenfläche und der Seitenwand anliegt. Eine reflek tierende Oberfläche des reflektierenden Elements schließt mit der Bodenfläche der Kavität einen Winkel von 45Grad ein. Die Emissionsrichtung schließt mit der reflektierenden Oberfläche des reflektierenden Elements ebenfalls einen Winkel von 45 Grad ein. Bauteilanordnung ist weiterhin aus dem Dokument WO 2017 / 149573 A1 bekannt.

Im Dokument US 7 177 331 B2 ist eine Laserdiode in einem sogenannten TO-Gehäuse verbaut.

Zusammenfassung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen einer Bauteilanordnung für ein Package und zum Herstellen eines Packages sowie eine Bauteilanordnung und ein Package anzugeben, bei denen eine optische Funktionsfläche effizienter und mit verbesserter Qualität hinsichtlich der optischen Eigenschaften hergestellt werden kann.

Zur Lösung der Aufgabe sind ein Verfahren zum Herstellen einer Bauteilanordnung für ein Package sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Packages mit einer Bauteilanordnung nach den unabhängigen Ansprüchen 1 und 1 1 geschaffen. Weiterhin sind eine Bauteilanordnung nach dem unabhängigen Anspruch 12 sowie ein Package nach dem nebengeordneten An spruch 13 vorgesehen. Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.

Nach einem Aspekt ist ein Verfahren zum Herstellen einer Bauteilanordnung für ein Package geschaffen, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Bereitstellen eines Wafers aus einem Halbleitermaterial mit einer polierten Waferoberfläche, wobei hierbei eine anisotrop geätzten Oberfläche im Bereich der Öffnung hergestellt wird; Ausbilden einer Öffnung in dem Wafer mit tels anisotropen Ätzen; Vereinzeln eines Bauteils von dem anisotrop geätzten Wafer, wobei das vereinzelte Bauteil eine optische Fläche, die im Bereich eines Oberflächenabschnitts der polier ten Waferoberfläche gebildet ist, und eine Montagefläche aufweisend hergestellt wird, die im Bereich der anisotrop geätzten Oberfläche gebildet ist; und Montieren des vereinzelten Bauteils auf einer Substratoberfläche eines Trägersubstrats unter Verwendung der Montagefläche, so dass die anisotrop geätzte Oberfläche mit der Substratoberfläche verbunden wird, wobei hierbei die optische Fläche als geneigte freiliegende Fläche angeordnet wird.

Weiterhin ist ein Verfahren zum Herstellen eines Packages mit einer solchen Bauteilanordnung vorgesehen, wobei mittels eines Gehäusebauteils ein Gehäuse hergestellt wird, in welchem zumindest das vereinzelte Bauteil aufgenommen ist. Nach einem weiteren Aspekt ist eine Bauteilanordnung mit einem Trägersubstrat und einem hierauf angeordneten Bauteil vorgesehen, welches aus einem Wafer aus einem Halbleitermate rial vereinzelt wurde. Das Bauteil weist auf einer anisotrop geätzten Oberfläche eine Montage fläche auf und ist unter Verwendung der Montagefläche auf einer Substratoberfläche des Trä gersubstrats montiert. Das Bauteil weist eine optische Fläche auf, die in einem Oberflächenab schnitt einer polierten Waferoberfläche des Wafers Die optische Fläche ist als geneigte freilie gende Fläche angeordnet.

Weiter ist ein Package mit einer solchen Bauteilanordnung vorgesehen, wobei mittels eines Ge häusebauteils ein Gehäuse gebildet ist, in welchem zumindest das Bauteil aufgenommen ist.

Die optische Fläche kann in Bezug einfallende Lichtstrahlen wenigstens teilweise lichtreflektie rend, lichtstreuend und / oder lichtabsorbierend ausgebildet sein. Auch kann die optische Fläche in einer Ausgestaltung einfallendes Licht polarisierend (lichtpolarisierend) ausgebildet sein.

Das anisotrope Ätzen kann mittels nasschemischen Ätzen ausgeführt werden, beispielsweise mit Hilfe von Ätzen mit Kalilauge (KOH). Weitere nutzbare Ätzlösungen für das anisotrope Ätzen sind zum Beispiel Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) oder eine Mischung aus Ethylendia min und Wasser mit Beimengungen von Brenzkatechin und Pyrazin (EDP, Ethylendiamin- Pyrokatechol), insbesondere in Verbindung mit Silizium. Aber auch ein Trockenätzen kann ge nutzt werden.

Zur Verbesserung einer Oberflächengüte der anisotrop geätzten Ebenen kann vorgesehen sein, ein oder mehrere Additive, zum Beispiel Salze, der Ätzlösung hinzuzusetzen. Auch kommen hier alkoholbasierte Additive in Frage, beispielweise Isopropanol. Die Zusätze können zudem die Selektivität der Ätzraten der zu ätzenden Kristallebenen erhöhen.

Zum Ausbilden der optischen Fläche kann die polierte Oberfläche selbst genutzt werden, also ohne hierauf Schichtmaterial abzuscheiden oder anzuordnen.

Die optische Fläche kann mit einer optischen Funktionsfläche hergestellt werden, wobei hierbei in dem Oberflächenabschnitt der polierten Waferoberfläche eine optische Funktionsschicht auf- gebracht wird, derart, dass die optischen Eigenschaften der polierten Waferoberfläche in dem Oberflächenabschnitt verändert werden. Die optische Funktionsschicht, mit der die optische Funktionsfläche im Bereich der polierten Waferoberfläche gebildet ist, verändert gezielt die opti schen Eigenschaften des Oberflächenabschnitts gegenüber dessen optischen Eigenschaften ohne die optische Funktionsschicht, also im Zustand der polierten Waferoberfläche. Mittels der optischen Funktionsschicht können unter-schiedliche optische Eigenschaften in dem Oberflä chenabschnitt bereitgestellt werden, insbesondere das Verhalten hinsichtlich Lichtreflexion, Lichtabsorption und / oder Lichtstreuung. Die optische Funktionsfläche kann in Bezug einfallen de Lichtstrahlen wenigstens teilweise lichtreflektierend, lichtstreuend und / oder lichtabsorbie rend ausgebildet sein. Das Herstellen der optischen Funktionsfläche im Bereich der polierten Waferoberfläche hat den Vorteil, dass hierbei die optische Funktionsschicht auf einem Unter grund aufgebracht wird, nämlich der polierten Waferoberfläche, welcher auf Wafer-Level repro duzierbar mit gewünschten Oberflächeneigenschaften herstellbar ist, insbesondere hinsichtlich seiner Glattheit.

Die optische Funktionsfläche mit der optischen Funktionsschicht kann auf Wafer-Level vor dem Vereinzeln aufgebracht werden. Es können auf Wafer-Level mehrere getrennte optische Funkti onsflächen im Bereich der polierten Waferoberfläche hergestellt werden, die dann beim Verein zeln als optische Funktionsfläche bei getrennten Bauteilen dienen. Alternativ zum Aufbringen der optischen Funktionsfläche(en) auf Wafer-Level kann die optische Funktionsfläche nach dem Vereinzeln hergestellt werden.

Die optische Funktionsfläche kann mit einer mikrostrukturierten Schicht hergestellt werden. Mit Hilfe der mikrostrukturierten Schicht ist es ermöglicht, die optische Funktionsfläche oder -Schicht mit gewünschten optischen Eigenschaften bereitzustellen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die mikrostrukturierte Schicht einfallende Lichtstrahlen fokussierend / aufweitend und / oder streuend reflektiert. Im Bereich der mikrostrukturierten Schicht können zumindest be reichsweise Fresnel-Linsen vorgesehen sein.

Zum Ausbilden der optischen Funktionsschicht kann ein Schichtmaterial wie zum Beispiel Glas oder Kunststoff auf die polierte Waferoberfläche aufgebracht werden. Eine Mikrostrukturierung der optischen Funktionsschicht kann eine Bearbeitung mittels eines oder mehrerer Verfahren aus der folgenden Gruppe umfassen: Abformen, Prägen, Molden, Ätzen, 3D-Drucken und Pias- mabearbeiten, zum Beispiel zum Herstellen einer oder mehrerer Linsen (zum Beispiel Mulde(n)) in dem Schichtmaterial. Alternativ kann die polierte Waferoberfläche im Wafer-Level bearbeitet werden, also ohne Aufbringen der optischen Funktionsschicht, zum Beispiel zum Herstellen mindestens einer Linse. Die hergestellte Mikrostruktur kann dann in den verschiedenen Ausfüh rungsformen mit einer Verspiegelung versehen werden.

Die optische Funktionsschicht kann als ein Mehrschichtsystem aufgebracht werden. Mehr schichtsysteme unterstützen weiter das Ausbilden gewünschter optischer Eigenschaften, die im Bereich des Oberflächenabschnitts der polierten Waferoberfläche mittels der optischen Funkti onsschicht bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann so ein dielektrischer Spiegel aufgebracht werden. Bei solchen oder anderen Spiegelschichten kann vorgesehen sein, eine metallische Schicht als Spiegel zu nutzen, zum Beispiel aus Aluminium, Silber, Kupfer oder Gold.

Es kann vorgesehen sein, die optische Funktionsschicht mit einer strahlteilenden Funktion aus zuführen, beispielweise für Anwendungen im IR-Spektralbereich (IR - Infrarot).

Die anisotrop geätzte Oberfläche kann mit einem Neigungswinkel von etwa 45 Grad zur polier ten Waferoberfläche hergestellt werden. Die optische Funktionsfläche kann zur Oberfläche des Trägersubstrats (und zur polierten Waferoberfläche) einen Neigungswinkel von etwa 45 Grad aufweisen. Mit entsprechend hergestellten Kristallen - zum Beispiel Verkippung zur 100 Orientie rung eines Siliziumkristalls - sind beinahe beliebige Neigungswinkel präzise einstellbar.

Es kann vorgesehen sein, einer Wafer aus Silizium bereitzustellen und anisotrop zu ätzen.

Die Montagefläche kann mit einer Montagefunktionsschicht ausgebildet werden, die im Bereich der Montagefläche hergestellt wird

Die Montagefunktionsschicht kann eine lötbare Metallisierung aufweisend hergestellt werden. Beim Montieren des vereinzelten Bauteils auf der Substratoberfläche des Trägersubstrats wird dieses dann unter Nutzung der lötbaren Metallisierung aufgelötet. Die Montagefunktionsschicht kann eine Klebeschicht aufweisend hergestellt werden. Die Montagefunktionsschicht kann auf Wafer-Level vor dem Vereinzeln aufgebracht werden. Im Bereich der anisotrop geätzten Oberflächen können mehrere getrennte Montagefunktions schichten in unterschiedlichen Bereichen hergestellt werden, so dass diese dann nach dem Vereinzeln für verschiedene Bauteile als jeweilige Montagefunktionsschicht dienen, was es er möglicht, dass jeweils vereinzelte Bauteil zu montieren. Werden Montagefunktionsschichten in unterschiedlichen Abschnitten der anisotrop geätzten Oberflächen hergestellt, ermöglicht dies, Bauteile mit jeweiliger optischer Funktionsfläche nach dem Vereinzeln bereitzustellen, bei denen die optische Funktionsfläche unterschiedliche Neigungswinkel in Bezug auf die polierte Wafer oberfläche aufweist. Dies nutzt unterschiedliche Neigungswinkel aus, die beim Ätzen entstehen. Alternativ zum Aufbringen der Montagefunktionsschicht(en) auf Wafer-Level kann die Montage funktionsschicht nach dem Vereinzeln hergestellt werden.

Die vorangehend erläuterten Ausgestaltungen in Verbindung mit dem Verfahren zum Herstellen einer Bauteilanordnung für ein Package können im Zusammenhang mit dem Verfahren zum Herstellen eines Packages, der Bauteilanordnung und dem Package entsprechend vorgesehen sein.

Bei der Bauteilanordnung oder dem Package kann die optische Funktionsfläche dazu dienen, Lichtstrahlen, die von einem optischen Bauelement, zum Beispiel einer lichtemittierenden Diode, abgegeben werden, aus der Bauteilanordnung oder dem Package heraus umzulenken oder zu reflektieren, so dass die Lichtstrahlen abgegeben werden. Umgekehrt kann die optische Funkti onsfläche an dem vereinzelten Bauteil auf dem Trägersubstrat genutzt werden, um von außen auf die Bauteilanordnung oder das Package einfallende Lichtstrahlen auf ein lichtempfangendes oder -empfindliches Bauelement einzukoppeln, zum Beispiel eine lichtempfindliche Diode oder einen lichtempfindlichen Transistor. Im Fall des Packages, bei dem das vereinzelnde Bauele ment mit der optischen Funktionsfläche in einem Gehäuse aufgenommen ist, weist ein Gehäu sebauteil ein optisches Fenster auf, durch welches hindurch Lichtstrahlen abgegeben und / oder empfangen werden können.

Mit Hilfe der vorgeschlagenen Technologie ist es ermöglicht, in dem im Package bereitgestellten Bauraum in horizontaler Richtung verlaufende Lichtstrahlen an der etwa 45 Grad geneigten op tischen Funktionsfläche umzulenken in die vertikale Richtung, und umgekehrt. Von dem opti schen Bauelement abgegebenes Licht kann so aus der horizontalen Richtung in die vertikale Richtung umgelenkt werden, um die Lichtstrahlen durch ein optisches Fenster hindurch abzuge ben. Umgekehrt kann in vertikaler Richtung durch das optische Fenster einfallendes Licht an der optischen Funktionsfläche in die horizontale Richtung umgelenkt werden.

Das optische Bauteil im Package kann als lichtimitierendes oder lichtabsorbierendes Bauteil ausgebildet sein, beispielsweise als lichtimitierende Diode oder lichtabsorbierende Fotodiode, zum Beispiel Avalanche-Photodiode, Si-Photomultiplier oder Laserdiode. Das lichtemittierende Bauteil kann Lichtstrahlen in gerichteter und gebündelter Form abgebend ausgeführt sein, zum Beispiel in Form von im Wesentlichen gerichteter Laserstrahlung mit zentrischer Abgabe des Intensitätsmaximums mit wahlweise vorhandener Strahlendivergenz (Strahlenaufweitung).

Die vorgeschlagene Technologie ermöglicht es, das optische Bauelement in dem Bauraum des Packages derart anzuordnen, dass der Austritt der abgegebenen Lichtstrahlen oder der Eintritt der zu empfangenen Lichtstrahlen in vertikaler Richtung erfolgen kann. Um Lichtstrahlen in ver tikaler Richtung (in Bezug auf die Oberfläche des Trägersubstrats) abzugeben, ist es im Unter schied zum Stand der Technik nicht notwendig, das optische Bauelement in dem Bauraum auf rechtstehend anzuordnen, wie dies im Stand der Technik vorgesehen ist (vergleiche zum Bei spiel US 7 177 331 B2). Mit Hilfe der vorgeschlagenen Technologie kann die Bauhöhe der Bau teilanordnung und des Packages reduziert und die Montage vereinfacht werden.

Kontaktverbindungen können eine Durchkontaktierung durch das Trägersubstrat hindurch auf weisen, wobei außenliegende Kontakte auf der Unterseite des Trägersubstrats angeordnet sein können. Es kann eine seitlich aus dem Bauraum heraus geführte Kontaktverbindung vorgese hen sein, beispielsweise auf der dem Bauraum zugewandten Oberfläche des Trägersubstrats, insbesondere derart, dass die seitlich herausgeführte Kontaktverbindung zwischen Trägersub strat und Abstandshalter hindurch gebildet sind. Die Kontaktverbindung kann mehrere einzelne Kontaktverbindungen umfassen.

Das optische Bauelement kann auf einem Submount angeordnet sein, welches auf dem Trä gersubstrat angeordnet ist. Der Submount kann beispielsweise aus Siliziumcarbit, Aluminium nitrid, Aluminiumoxid oder Silizium gebildet sein. Zum Herstellen des Packages kann vorgesehen sein, hierfür das Packaging im Nutzen oder im Wafer-Level zu verwenden.

Beim Herstellen unter Verwendung von Wafer-Level Prozessen können ein einzelnes oder meh rere Elemente mit einer um 45 Grad geneigten optischen Funktionsfläche im Wafer-Level her gestellt werden. Vorteil ist, dass im Wafer-Level viele Elemente gleichzeitig hergestellt werden können. Die einzelnen Bauelemente, zum Beispiel Spiegelelemente, entstehen dann nach Ver einzelung, zum Beispiel durch Sägen des Substrats. Die Häusung des Bauelements kann erfol gen, indem eine vereinzelte Kappe auf einem Board aufgebracht wird, auf dem ein Chip oder Bauelement vormontiert ist, beispielweise ein optisches Bauelement mit einem Spiegelelement. Die Bauelemente können auch in einem Nutzen vormontiert sein, d.h. , dass auf einem Trä gersubstrat bereits mehrere Bauelemente montiert sind, die dann durch das Aufbringen von Einzelkappen oder Kappenarrays (vereinzelter Nutzen mit mehreren Kappenstrukturen aus ei nem im Wafer-Level hergestellten Kappensubstrat) gehäust werden.

Wafer-Level-Packaging in der hier verwendeten Bedeutung bezieht sich dann darauf, alle Bau teile auf einem Wafer in einem Schritt mit einem Decksubstrat in Waferform zu packen („ packa - gen“). Zum Beispiel kann das der Fall sein, wenn auf einem durchkontaktierten Substrat, zum Beispiel einem Siliziumsubstrat in Waferform, Bauelemente komplett vormontiert sind und dann mittels Aufbonden eines Kappen-Wafers alle Bauteile zugleich gehäust werden, beispielweise ein optisches Bauelement mit einem Spiegelelement. Einzelne Packages entstehen dann durch anschließendes Vereinzeln des Verbunds.

In Verbindung mit dem Package kann vorgesehen sein, dass in Bezug auf das Gehäuse, in wel chem die Bauteilanordnung aufgenommen ist, mit Blick auf eine Gehäuseoberseite im Wesentli chen im Bereich der Austrittsöffnung / Eintrittsöffnung Licht mittig austritt oder eintritt. Hierdurch ist für das Package eine im Wesentlichen mittige Lichtemission / Lichtabsorption realisiert.

Das Decksubstrat, insbesondere im Bereich oder zum Ausbilden einer Austritts- und / oder Ein trittsöffnung, kann zum Beispiel aus Borosilikatglas wie Bofofloat33 oder Mempax der Schott AG, Quarzglas, Saphirglas oder auch anderen Gläsern wie AF32, D263T, BK7 oder B270 der Schott AG; Eagle XG oder Pyrex von Corning; SD2 von Hoya oder auchEN-A1 von Asahi be stehen. Das Decksubstrat kann aber auch aus Silizium oder Germanium gebildet sein, zum Bei- spiel bei Anwendungen im IR-Bereich. Das Decksubstrat kann zusätzlich eine Substratbeschich tung aufweisen, zum Beispiel eine Antireflexions-Beschichtung. Die Beschichtungen können für verschiedene Wellenlängenbereiche ausgelegt und einseitig oder beidseitig ausgeführt sein. Es können auch Filterbeschichtungen und / oder für verschiedene Wellenlängenbereiche blickdich te Aperturstrukturen vorgesehen sein.

Des Weiteren kann in einer Ausführungsform die Integration von optischen Elementen vor gesehen sein, zum Beispiel, Linsen auf dem Decksubstrat. Hier kommen beispielweise konvexe Linsen aus Polymer, glasartigen Materialien, Silizium oder Germanium in Frage. Auch ist der Einsatz von mikrostrukturierten Fresnel-Linsen möglich.

Im Trägersubstrat sind eine oder mehrere Durchkontaktierungen für den elektrischen Kontakt des optischen Bauelements vorgesehen. Die rückseitigen Kontakte ermöglichen die spätere Montage in der SMD-Bauweise, zum Beispiel durch Zinn / Silber Schwalllöten oder das Montie ren mit elektrisch leitfähigen Klebern.

Das Trägersubstrat kann beispielsweise aus Silizium, Keramiken wie zum Beispiel Aluminium nitrid, Siliziumcarbid, Aluminiumoxid, LTTC-Keramik (Low Temperature Cofired Ceramics) oder HTCC-Keramik (High Temperature Cofired Ceramics), Glas oder DBC (Direct Bonded Copper) Substraten bestehen. Des Weiteren kann der Einsatz von Metallsubstraten, zum Beispiel IMS (Insulated Metal Substrate) aus Kupfer, Aluminium oder anderen Metallen vorgesehen sein. Auch die Verwendung von Trägersubstraten aus Kunststoffen wie beispielsweise FR4 ist denk bar. Das Trägersubstrat kann eine 3D-strukturierte Keramik sein. In diesem Fall kann ein Ab standshalter also nicht in der Kappe, sondern im Trägersubstrat gebildet sein. Um das Gehäuse zu schließen, kann dann nach der Montage der Bauelemente in der Keramikkavität diese mittels eines Plättchens verschlossen werden, zum Beispiel mittels eines Glasplättchens. Hierbei ist es üblich, dass eine Keramikoberseite und das Plättchen eine entsprechend lötbare Metallisierung aufweisen. Für bestimmte Anwendungen kann aber auch hier der Einsatz eines Klebstoffes vor gesehen sein.

Es kann vorgesehen sein, ein optisches Fenster / Glasplättchen mittels Glaslot oder mit einem Laserschweißprozess mit der Keramik / dem Gehäuse zu verbinden. Das optische Fenster kann mit oder als eine® Linse ausgestaltet sein. Hierdurch ist es ermöglicht, elektromagnetische Strahlung kollimiert oder streuend aus dem Package austreten zu lassen.

Eine Verbindung von Kappe oder Gehäuse (oder beim Einsetzen eines optischen Fensters in die 3D-Keramik) und Trägersubstrat beim Package kann zum Beispiel über einen Lotbond be vorzugt über einen eutektischen Bond erfolgen. Hierzu ist auf dem Trägersubstrat oder der Rückseite des Abstandshalters einer Gehäusekappe eine Metallkombination in bevorzugt eutek tischer Zusammensetzung aufgebracht, zum Beispiel Gold und Zinn, Kupfer und Zinn, Gold und Germanium, Zinn und Silber, Gold und Indium, Kupfer und Silber oder Gold und Silizium, die in einem Lötprozess eine eutektische Verbindungsphase bildet und Abstandshalter mit Trägersub strat verbindet. Abstandshalter und Trägersubstrat werden für den Lötprozess mit einer entspre chenden Grundmetallisierung versehen. Die Metallkombination für das eutektische Fügen kann beispielsweise als Pre-Form bereitgestellt werden. Alternativ kann die Metallkombination als Paste oder galvanisch auf einen der Fügepartner aufgebracht werden.

Es kann vorgesehen sein, zum Beispiel bei dünnen Metalllagen, unter der eigentlichen Ver bindungsphase einen sogenannten Legierungsstopp anzuordnen. So eignen sich hierfür bei spielsweise für das eutektische Fügen von Gold und Zinn Schichten aus Platin oder Nickel oder auch Legierungen aus Chrom und Nickel. Die hier beschriebenen Metallkombinationen der Fü geschicht eignen sich auch als Ausführung für die lötbare Montagefunktionsschicht. Eine Ver bindung von Spiegel und Board kann ebenfalls mittels Lotbond oder eines eutektischen Bonds mit den zuvor erwähnten Metallkombinationen erfolgen. Für einen Lotbond kommen zum Bei spiel Zinn / Silber-Lote in Frage, beispielsweise SAC305.

Unter Ausnutzung sehr hoher Oberflächengüten von Ra < 1 nm kann auch ein direktes Bond verfahren zum Einsatz kommen. Dies kann ein direkter Fusionbond sein, der bezogen auf den Oberflächencharakter der Bondpartner hydrophob oder hydrophil ausgeführt ist. Die beiden Bondpartner werden zunächst über einen Pre-Bond durch van-der-Waals-Bindungen miteinan der verbunden. Durch einen anschließenden Temperschritt bilden sich dann im Bondinterface kovalente Bindungen aus. Der Fusionbond kann auch plasmaaktiviert ausgeführt sein. Damit ist es möglich, die Temperaturbelastung beim Tempern deutlich zu reduzieren. Als weiteres direk tes Bondverfahren kann ein anodisches Bonden vorgesehen sein. Alternativ zu den beschriebenen Verfahren ist auch ein reaktiver Bondprozess nutzbar. Bei ei nem reaktiven Bond wird ein Metallstapel aus wechselnden Schichten aufgebracht. Dieser Me tallstapel kann durch zum Beispiel Abscheideverfahren wie Sputtern oder in Form von Folien bereitgestellt sein. Ein elektrischer oder ein laserinduzierter Puls führt kurzfristig zu Erzeugung einer hochthermischen Reaktion, die die beiden Bondpartner miteinander„verschweißt“. Bei den Metallschichten handelt es sich um Bilayer-Perioden, zum Beispiel aus Palladium und Alumini um oder aus Kupferoxid und Aluminium.

Des Weiteren kommt solid-liquid Interdiffusions-Bonden in Frage, zum Beispiel aus Metallkom binationen von Gold und Indium, Gold und Zinn oder auch Kupfer und Zinn. Bei diesem Verfah ren ist der Bondprozess während eines Temperschritts durch die Diffusion des einen Bondpart ners in den anderen bestimmt. Die eigentliche Verbindungsphase widersteht dann später höhe ren Temperaturen. Ferner können dauerhafte Verbindungen mittels Fügen von beispielsweise Gold mit Gold, Kupfer mit Kupfer oder auch Aluminium mit Aluminium mittels (beispielsweise) Thermo-Kompressionsbonden hergestellt werden. Es kann auch Glas-Frit-Bonden vorgesehen sein.

Im Falle von transparenten Substraten kann bei entsprechender Oberflächengüte der Fügeflä chen ein Laser-Welding-Verfahren zur Verbindung von Trägersubstrat und Abstandshalter ein gesetzt werden. Denkbar ist auch die Verwendung von Epoxidharzen, Silikonen oder anderen Klebstoffen.

Für die Verbindung von Abstandshalter und Decksubstrat (zum Beispiel Herstellung eines Kap penwafers) kann zum Beispiel ein direktes Bondverfahren zum Einsatz kommen. Solche Verfah ren sind zum Beispiel der anodische Bond oder ein Fusionbond. Auch kann reaktives Bonden oder ein Klebebond zum Einsatz kommen. Des Weiteren kommt auch hier solid-liquid Interdiffu sions-Bonden oder ein eutektischer Lötbond in Frage. Für das Fügen von Abstandshalter und Decksubstrat ist zudem das Laser-Welding geeignet. Hierbei werden zwei Substrate in einen „optischen Kontakt“ gebracht und dann mit einem Laser verschweißt. Es ist denkbar, alle zuvor genannten Fügeverfahren für Abstandshalter und Trägersubstrat ebenfalls für die Fügung von Abstandshalter und Decksubstrat zu nutzen. Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Im Folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf Figuren einer

Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Wafers im Schnitt;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Wafers aus Fig. 1 im Schnitt, bei dem nun auf Wafer-Level Öffnungen anisotrop geätzt sind;

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Wafers aus Fig. 2 im Schnitt, wobei auf Wafer-Level im Bereich anisotrop geätzter Oberflächen eine Montagefunktionsschicht und im Be reich von Oberflächenabschnitten einer polierten Waferoberfläche optische Funktions flächen hergestellt sind;

Fig. 4 ein vereinzeltes Bauteilelement, welches mittels Vereinzeln aus dem Wafer in Fig. 3 hergestellt wurde;

Fig. 5 eine schematische Schnittdarstellung eines Packages, bei dem das vereinzelte Bau element aus Fig. 4 auf einem Trägersubstrat montiert ist;

Fig. 6 eine schematische Darstellung unterschiedlicher Ausführungsformen für ein vereinzel tes Bautelement;

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Anordnung mit einem optischen Bauteil, dessen abgegebenes Licht an einer ebenen Fläche reflektiert wird,

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Anordnung mit einem optischen Bauteil, dessen abgegebenes Licht in einem parallelen Strahl gewandelt wird;

Fig. 9 eine schematische Schnittdarstellung eines Packages, bei dem ein vereinzeltes Bau element und ein optisches Bauteil in einer Vertiefung eines Submounts angeordnet sind; und

Fig. 10 eine schematische Schnittdarstellung eines Packages, bei dem ein vereinzeltes Bau element sowie ein optisches Bauteil auf einem Submount angeordnet sind.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Wafers 1 im Schnitt.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung des Wafers 1 aus Fig. 1 im Schnitt, wobei der Wafer

1 anisotrop geätzt ist, so dass Öffnungen 2, 3 gebildet sind, die in der gezeigten Ausführungs form als Durchbrüche ausgeführt sind. Der Wafer 1 in Fig. 2 verfügt über anisotrop geätzte Oberflächen 4, auf die gemäß Fig. 3 in Be reichen jeweils eine Montagefunktionsschicht 5 aufgebracht wird, die bei der gezeigten Ausfüh rungsform mit einer lötbaren Metallisierung gebildet ist. Gemäß Fig. 3 ist weiterhin vorgesehen, im Bereich einer polierten Waferoberfläche 6 optische Funktionsflächen 7 herzustellen, indem jeweils eine optische Funktionsschicht 8 aufgebracht wird, beispielsweise als Mehrschichtsys tem. Mit der optischen Funktionssicht 8 kann beispielsweise ein dielektrischer Spiegel bereitge stellt sein. Mittels der optischen Funktionsfläche 7 werden die optischen Eigenschaften der po lierten Waferoberfläche 6 gegenüber dem Zustand ohne die optische Funktionsschicht 8 geän dert, beispielsweise hinsichtlich der Lichtreflexion, Lichtstreuung und / oder Lichtabsorption. Die optische Funktionsschicht 8 kann mikrostrukturiert sein, beispielsweise zum Bereitstellen von Fresnel-Linsen in der optischen Funktionsfläche 7. Eine solche Mikrostrukturierung ist ermög licht, da die polierte Waferoberfläche 6 einen ausreichend glatten Untergrund bereitstellt.

Sodann wird gemäß Fig. 4 ein Bauelement oder Bauteil 9 mittels Vereinzeln des Wafers 1 her gestellt.

Das vereinzelte Bauelement 9 kann dann gemäß Fig. 5 in einem Package 10 auf einer Sub stratoberfläche 1 1 eines Trägersubstrats 12 mittels Löten montiert werden, wobei hierbei die lötbare Metallisierung der Montagefunktionsschicht 5 genutzt wird, um das vereinzelte Bauele ment 9 auf dem Trägersubstrat 12 zu montieren.

Die optische Funktionsfläche 7 ist gemäß Fig. 5 als freiliegende Fläche angeordnet, die gegen über der Substratoberfläche 1 1 einen Neigungswinkel aufweist, beispielsweise etwa 45 Grad. Mit einem Gehäusebauteil 13, welches ein- oder mehrstückig ausgeführt sein kann, ist ein Bau raum 14 bereitgestellt, in welchem das vereinzelte Bauelement 9 sowie ein optisches Bauteil 15, welches ebenfalls auf der Substratoberfläche 1 1 montiert ist, beispielsweise mittels Löten oder Bonden, angeordnet. Im Fall einer Mehrstückigkeit ist das Gehäusebauteil 13 zum Beispiel mit Abstandshaltern 13a, 13b sowie einem Deckelbauteil oder Decksubstrat 13c gebildet.

Auf die optische Funktionsfläche 7 einfallende Lichtstrahlen 16 werden wenigstens teilweise reflektiert. Auf diese Weise ist es ermöglicht, von dem optischen Bauelement 9 abgegebene Lichtstrahlen aus dem Package 10 durch ein optisches Fenster 17 auszukoppeln oder hierdurch Lichtstrahlen zu empfangen, um diese auf das optische Bauelement 9 zu geben, welches daher zum Beispiel eine lichtemittierende oder eine lichtempfindliche Diode sein kann. Insbesondere das Ausbilden der optischen Funktionsfläche 7 mit einem dielektrischen Spiegel ermöglicht eine solche Lichtumlenkung oder -leitung.

Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung des vereinzelten Bauteils oder -elemets 9 in verschiedenen Ausführungsformen. Bei der Ausgestaltung auf der linken Seite in Fig. 6 wurde eine obere Kante 9a zum Beispiel mittels mechanischer Bearbeitung hergestellt, zum Beispiel Sägen. Bei der mittleren Darstellung in Fig. 6 ist die obere Kante 9a mittels Ätzen hergestellt. Zum Beispiel ist ein Neigungswinkel von 64 Grad ausgebildet. Bei der Ausgestaltung auf der rechten Seite in Fig. 6 ist die obere Kante 9a mit einem Winkel von 45 Grad geätzt. Dies kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, dass gleichzeitig von beiden Seiten anisotrop geätzt wird. Hierfür wird eine Ätzmaskierung aus zum Beispiel LPCVD-Nitrid beidseitig zueinander ausgerichtet strukturiert und anschließend das Substrat geätzt, zum Beispiel in KOH.

Es kann vorgesehen sein, dass die obere Kante 9a parallel zur Montagefläche ausgeprägt ist. Hierdurch ist es in einem späteren Assemblierungsprozess ermöglicht, das Bauteil 9 effektiv zu handhaben, da in diesem Fall das Bauteil mit standardisierten Pick&Place Maschinen verarbeitet werden kann.

Es ist auch denkbar, die Herstellungsmethode des Bauteils 9 nach der linken und der mittleren Darstellung in Fig. 6 mit der zuvor für die rechte Darstellung in Fig. 6 beschrieben Herstellung zu kombinieren. Die hieraus resultierende Kante 9a weist dann auf ihrer rechten Seite einen Abschnitt, der parallel zur Montagefläche verläuft, und an der linken Seite einen Abschnitt auf, der hierzu geneigt ist, wie es in der linken und der mittleren Darstellung der Fig. 6 gezeigt ist. Dies hat den Vorteil, dass der Schwerpunkt des Bauteils 9 positiv dahingehend beeinflusst wird, dass das Bauteil 9 bei seiner späteren Montage auf einem Board exakt positioniert und gehalten werden kann.

Alternativ zu gezeigten Ausführungen in Fig. 6 können die optische Funktionsschicht 8 und / oder die Montagefunktionsschicht 5 entfallen. Die optische Funktionsfläche 7 ist dann frei von der optischen Funktionsschicht 8. Die optischen Eigenschaften, zum Beispiel das Reflexionsvermögen, können der der polierten Waferoberfläche 6 entsprechen. Als alternative Montagefunktionsschicht 5 kann beim Montieren ein zu diesem Zeitpunkt aufgebrachter Klebstoff dienen. Fig. 7 und 8 zeigen unterschiedliche Ausgestaltungen für eine Anordnung mit dem optischen Bauteil 15, welches Licht emittiert, sowie dem vereinzelten Bauelement 9. Das von dem opti schen Bauteil 15 abgegebene Licht wird gemäß Fig. 7 an einer ebenen optischen Funktionsflä- che reflektiert, so dass ein Lichtstrahl mit einem Öffnungswinkel abgegeben wird. Bei der Aus gestaltung in Fig. 8 ist die optische Funktionsfläche 7 mit einer Mulde (Linse) gebildet, so dass mittels Strahlformung ein Parallelstrahl abgegeben wird.

Die Fig. 9 und 10 zeigen schematische Schnittdarstellungen eines Packages, bei dem das ver- einzelte Bautelement 9 sowie das optische Bauelement 15 auf einem als Submount ausgebilde ten Trägersubstrat 12 angeordnet sind. Das optische Bauelement 16 ist über Durchkontaktie rungen 30 angeschlossen. Bei der Ausgestaltung in Fig, 9 weist das Trägersubstrat 12 eine Ver tiefung 20 auf. In der Ausführungsform in Fig. 10 ist das Decksubstrat 13c mittels der Abstands halter 13a, 13b von dem Trägersubstrat 12 beabstandet, die auf dem Trägersubstrat 12 montiert sind. Derartige Abstandshalter sind bei der Ausgestaltung in Fig. 9 mittels seitlicher Abschnitte 12a, 12b des Trägersubstrats (Submount) selbst 12 gebildet, welche die Vertiefung 20 seitlich begrenzen.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie der Zeichnung offenbarten Merk- male können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der ver schiedenen Ausführungen von Bedeutung sein.