DE102017203381A1

DE102017203381A1 - Mikroelektronische Bauelementanordnung und entsprechendes Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102017203381A1
Application number: DE102017203381.9A
Authority: DE
Inventors: Frederik ANTE; Cristian Nagel; Sebastian Schuler-Watkins
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-03-02
Filing date: 2017-03-02
Publication date: 2018-04-05

Abstract

Die Erfindung schafft eine mikroelektronische Bauelementanordnung und ein entsprechendes Herstellungsverfahren für eine mikroelektronische Bauelementanordnung. Die Mikroelektronische Bauelementanordnung umfasst zumindest ein mikroelektromechanisches System und zumindest eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung und ein Foliensubstrat, wobei das zumindest eine mikroelektromechanische System und die zumindest eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung zumindest teilweise in dem Foliensubstrat angeordnet sind und das Foliensubstrat Entlastungsgräben umfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine mikroelektronische Bauelementanordnung und ein Herstellungsverfahren für eine entsprechende mikroelektronische Bauelementanordnung.
Stand der Technik
Sensoren wie Initial- oder Magnetsensoren umfassen typischerweise einzelne MEMS-Chips sowie einen ASIC-Chip für ein Auswerten von Sensorsignalen und entsprechender Kommunikation mit weiteren externen Komponenten auf einer Kundenleiterplatte. Typischerweise werden derartige Sensoren in LGA (Land Grid Array) beziehungsweise BGA (Ball Grid Array) Verpackungen aufgebaut. Mit anderen Worten werden Siliziumchips (MEMS und ASIC) in einem Substrat beispielsweise durch Kleben fixiert, mit Drahtbonds miteinander beziehungsweise mit dem Substrat elektrisch verbunden und anschließend mit einer Schutzmasse aus beispielsweise Epoxid/SiO₂ überspritzt.
Diese sogenannten LGA- beziehungsweise BGA-Verpackungen – auch Packages genannt – werden dann durch Löten mit einer Kundenleiterplatte verbunden. Die MEMS-Chips basieren auf mikroelektromechanischen Strukturen und sind empfindlich auf thermomechanische oder mechanische Verspannungen (Zug, Druck, Biegung). Hierbei kann im Sensor ein Offset des Sensorsignals verursacht werden. Folglich sind konventionelle LGA- beziehungsweise BGA-Packages starr aufgebaut, so dass ein thermomechanischer oder mechanischer Stress von der Kundenleiterplatte durch die starre Bauweise auf den MEMS-Chip weitestgehend vermieden werden kann.
Hierdurch ist ein Einsatz der oben genannten LGA- beziehungsweise BGA-Verpackungen im Bereich flexibler Elektronik beschränkt. Im Bereich der flexiblen Elektronik werden insbesondere die Sensoren auf Folien aufgebracht, wobei durch die starre Aufbauform der LGA- beziehungsweise BGA-Packages insbesondere ein Biegen der Folie beschränkt sein kann. Zusätzlich kann ein mechanischer Stress durch die sensoreigenen Materialien auf den MEMS- beziehungsweise ASIC-Chip übertragen werden.
Beispielsweise können digitale CMOS-Chips zur Integration in Foliensubstrate oder direkt auf Kundenfolien durch Halbleitertechnologien auf unter 25 µm durch Dünnen reduziert werden. Hierbei erhält der Siliziumchip eine intrinsische Flexibilität und kann insbesondere Biegeradien der Kundenfolie folgen. Allerdings sind MEMS-Chips typischerweise technologiebedingt deutlich dicker, so dass eine intrinsische Flexibilität in einem Foliensystem begrenzt möglich ist.
Die DE 10 2005 038 752 A1 beschreibt ein Verfahren zum Aufbringen von Halbleiterchips auf ein Substrat.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft eine mikroelektronische Bauelementanordnung nach Anspruch 1 und ein entsprechendes Herstellungsverfahren für eine mikroelektronische Bauelementanordnung nach Anspruch 12.
Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Vorteile der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, relativ dicke mikroelektromechanische Systeme (MEMS) und entsprechende anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASIC) insbesondere auf Siliziumbasis mit einer Dicke beziehungsweise vertikalen Ausdehnung von 100–300 µm, insbesondere vollständig in ein Foliensubstrat anzuordnen, wodurch durch Ausbilden von Entlastungsgräben beziehungsweise Stressentlastungsgräben insbesondere eine Flexibilität des Foliensubstrats gewährleistet werden kann. Ferner kann durch Anzahl, Tiefe, geometrische Ausgestaltung der Entlastungsgräben die Flexibilität der mikroelektronischen Bauelementanordnung an die Kundenanforderungen angepasst werden. Hierdurch wird ein Anordnen, Anbringen oder Montieren der mikroelektronischen Bauelementanordnung an Freiformflächen beispielsweise eines Gehäusekörpers auf optimierte Weise umsetzbar.
Ferner ermöglicht die vorliegende Erfindung, dass das mikroelektromechanische System und die anwendungsspezifische integrierte Schaltung insbesondere vor mechanischem Stress zu schützen, da die Entlastungsgräben einen entsprechenden dehnbaren und/oder flexiblen Bereich des Foliensubstrats umfassen. Hierdurch erfolgt insbesondere ein mechanisches Verformen, insbesondere reversibles mechanisches Verformen, im Bereich der Entlastungsgräben und eine Belastung auf das mikroelektromechanische System und die anwendungsspezifische integrierte Schaltung wird effizient verhindert.
Insbesondere umfasst die mikroelektronische Bauelementanordnung zumindest ein mikroelektromechanisches System, zumindest eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung und ein Foliensubstrat mit einer ersten Oberseite und einer der ersten Oberseite gegenüberliegenden zweiten Oberseite. Das zumindest eine mikroelektromechanische System und die zumindest eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung sind zumindest teilweise in dem Foliensubstrat angeordnet. Alternativ können das zumindest eine mikroelektromechanische System und die zumindest eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung vollständig in dem Foliensubstrat integriert sein. Beispielsweise ist eine vertikale Ausdehnung beziehungsweise Dicke des Foliensubstrats mindestens gleich oder größer einer Dicke beziehungsweise vertikalen Ausdehnung des zumindest einen mikroelektromechanischen Systems und/oder der zumindest einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltung.
Das Foliensubstrat umfasst zumindest zwei, insbesondere eine Vielzahl von Entlastungsgräben, welche in lateraler beziehungsweise seitlicher Richtung zu dem zumindest einen mikroelektromechanischen System und der zumindest einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltung beabstandet sind beziehungsweise einen Abstand aufweisen. Insbesondere können die hier beschriebenen Entlastungsgräben in Richtung von Seitenflächen des Foliensubstrats angeordnet sein.
Das Foliensubstrat zwischen dem zumindest einen mikroelektronischen System und der zumindest einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltung ist durchgehend ausgebildet. Das heißt, dass zwischen dem zumindest einen mikroelektromechanischen System und der zumindest einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltung ein flexibles Folienmaterial des Foliensubstrats angeordnet sein kann. Das Foliensubstrat kann beispielsweise ein Kunststoff mit einer Imidgruppe umfassen. Das zumindest eine mikroelektromechanische System und die zumindest eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung kann beispielsweise durch ein Leiterplatten-Embedding-Verfahren in das Foliensubstrat integriert sein. Alternativ kann eine Rolle-zu-Rolle-Montage Einsatz finden.
Die mikroelektronische Bauelementanordnung umfasst ferner erste elektrische Leiterbahnen, welche zwischen dem zumindest einen mikroelektromechanischen System und der zumindest einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltung ausgebildet sind und zweite elektrische Leiterbahnen, welche mit der zumindest einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltung elektrisch kontaktiert sind und auf der ersten Oberseite oder der zweiten Oberseite jeweils ein elektrisches Kontaktpad aufweisen.
Die Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt ein Herstellungsverfahren für eine mikroelektromechanische Bauelementanordnung. In einem ersten Schritt des Herstellungsverfahrens werden zumindest ein mikroelektromechanisches System und zumindest eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung in ein Foliensubstrat mit einer ersten Oberseite und einer der Oberseite gegenüberliegenden zweiten Oberseite zumindest teilweise, insbesondere vollständig, angeordnet beziehungsweise integriert. Insbesondere können das zumindest eine mikroelektromechanische System und die zumindest eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung vollständig in das Foliensubstrat angeordnet werden.
In einem weiteren Schritt des Herstellungsverfahrens werden Entlastungsgräben in dem Foliensubstrat ausgebildet, wobei in lateraler Richtung ein Abstand zu dem zumindest einen mikroelektronischen System und der zumindest einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltung eingehalten wird und ein Ausbilden von Entlastungsgräben zwischen dem zumindest einen mikroelektromechanischen System und der zumindest einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltung vermieden wird.
In einem weiteren Schritt des Herstellungsverfahrens werden erste elektrische Leiterbahnen zwischen dem zumindest einen mikroelektromechanischen System und der zumindest einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltung ausgebildet.
In einem weiteren Schritt des Herstellungsverfahrens werden zweite elektrische Leiterbahnen ausgebildet, welche jeweils mit Kontaktpads auf der ersten Oberseite oder der zweiten Oberseite in elektrischen Kontakt stehen und die zweiten elektrischen Leiterbahnen mit der zumindest einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltung elektrisch verbunden werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung sind die Entlastungsgräben ausgehend von der ersten Oberseite oder der zweiten Oberseite des Foliensubstrats ausgebildet und die zweiten Leiterbahnen zwischen der zumindest einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltung und das Kontaktpad stehen zumindest teilweise mit dem Foliensubstrat in Kontakt. Mit anderen Worten verlaufen die zweiten Leiterbahnen zumindest teilweise in dem Foliensubstrat und/oder auf der ersten Oberseite oder der zweiten Oberseite des Foliensubstrats. Insbesondere können die Entlastungsgräben in der lateralen Richtung alternierend von der ersten Oberseite und der zweiten Oberseite des Foliensubstrats ausgebildet sein. Ferner können die Entlastungsgräben unterschiedliche Formen aufweisen. Beispielsweise können die Entlastungsgräben rechteckig, trapezförmig oder kreisförmig ausgebildet sein. Hierdurch kann das Foliensubstrat besonders gut auf entsprechende Körper anpassbar sein.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weisen Seitenflächen sowie eine Bodenfläche der Entlastungsgräben Spuren eines physikalischen und/oder chemischen Abtrags auf. Somit kann das Foliensubstrat auf einfache Art und Weise kundenspezifisch strukturiert werden. Alternativ kann das Foliensubstrat vorstrukturiert sein. Das heißt, die Entlastungsgräben können vor einem Integrieren des zumindest einen mikroelektromechanischen Systems und der zumindest einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltung beispielsweise in dem Foliensubstrat durch Stanzen ausgebildet sein. So lässt sich ein derartiges Foliensubstrat auf eine weitere Folie laminieren oder aufbringen und nachfolgend das hier beschriebene System und die Schaltung in das Foliensubstrat einbringen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung umfasst das Foliensubstrat eine Vielzahl von einzelnen Folienschichten. Somit können insbesondere die Bodenflächen der Entlastungsgräben mit einem strapazierfähigeren Material ausgebildet sein. So lassen sich die Entlastungsgräben einfach in dem Foliensubstrat ausbilden. Beispielsweise kann einer der einzelnen Folienschichten als Ätzstoppschicht des Foliensubstrats fungieren. Ferner lassen sich besonders strapazierfähige Foliensubstrate mit den hier beschriebenen Entlastungsgräben bereitstellen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist das Foliensubstrat gleichzeitig eine Funktionalität als Trägersubstrat und Leiterplatte auf. Somit lässt sich eine besonders platzsparende Bauweise der hier beschriebenen mikroelektronischen Bauelementanordnung realisieren. Mit anderen Worten entfällt insbesondere ein Umspritzen des zumindest einen mikroelektromechanischen Systems und der zumindest einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltung mit einem starren Material, zum Beispiel Epoxid/SiO₂.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die Entlastungsgräben zumindest teilweise umlaufend das zumindest eine mikroelektromechanische System und die anwendungsspezifische integrierte Schaltung ausgebildet. Somit lässt sich die mikroelektronische Bauelementanordnung mittels des Foliensubstrats insbesondere gleichzeitig in Längs- beziehungsweise Querrichtung flexibel auf beispielsweise eine Freiformfläche anordnen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die Entlastungsgräben ringförmig um das zumindest eine mikroelektromechanische System und die anwendungsspezifische integrierte Schaltung angeordnet. So lässt sich die mikroelektronische Bauelementanordnung mittels des hier beschriebenen Foliensubstrats beispielsweise auf der Freiformfläche in Form einer Kuppe anordnen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist in den Entlastungsgräben ein elastisches und abdichtendes Material zumindest teilweise angeordnet. Ferner kann das Material selbstklebend ausgebildet sein. Hierdurch kann insbesondere ein Reißen des Foliensubstrats im Bereich der Entlastungsgräben verhindert werden. Mit anderen Worten kann das Trägersubstrat im Bereich der Entlastungsgräben mechanisch stabilisiert sein. Das Material kann ein Silikon umfassen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist das Foliensubstrat einen Medienzugang zu dem zumindest einen mikroelektromechanischen System auf und in den Entlastungsgräben ist eine Struktur angeordnet, wobei die Struktur mit Ausnahme einer Öffnung mittels Abstandshaltern das zumindest eine mikroelektromechanische System nach außen abdichtet. In dieser Weiterbildung kann das zumindest eine mikroelektromechanische System vollständig in dem Foliensubstrat integriert sein. Beispielsweise kann das zumindest eine mikroelektromechanische System ein Drucksensor sein. Ein Messen des Drucks erfolgt durch den Medienzugang, wobei die Struktur entsprechende Abstandshalter in Richtung der Entlastungsgräben aufweisen kann, so dass die mikroelektromechanische Bauelementanordnung mit Ausnahme des hier beschriebenen Medienzugangs und der Öffnung hermetisch nach außen abgedichtet sein kann. So lässt sich eine Druckmessung genau durchführen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die ersten Leiterbahnen und die zweiten Leiterbahnen biegsam ausgebildet. Mit anderen Worten stehen die ersten Leiterbahnen und die zweiten Leiterbahnen mit dem Foliensubstrat insbesondere in direktem Kontakt. Insbesondere können die ersten Leiterbahnen und die zweiten Leiterbahnen mäanderförmig ausgebildet sein. Hierdurch kann eine höhere Stabilität der insbesondere biegsamen Leiterbahnen gewährleistet werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die zweiten Leiterbahnen zwischen der zumindest einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltung und den jeweiligen elektrischen Kontaktpads die Entlastungsgräben umgehend ausgebildet. Somit können der Bodenfläche der Entlastungsgräben gegenüberliegende Öffnungen frei von den zweiten Leiterbahnen sein. Hierdurch kann eine höhere Stabilität der insbesondere biegsamen Leiterbahnen gewährleistet werden.
Die hier beschriebenen ersten Leiterbahnen und die zweiten Leiterbahnen sind insbesondere in einer Vielzahl ausgebildet, um insbesondere bei Verformen des Foliensubstrats eine Funktionalität der mikroelektronischen Bauelementanordnung auch dann zu gewährleisten, wenn eines der hier beschriebenen Leiterbahnen während Belastung oder dem Verformen beschädigt oder durchtrennt wird.
Die hier beschriebenen Merkmale für die mikroelektronische Bauelementanordnung gelten entsprechend für das Herstellungsverfahren 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:
1A, 1B eine schematische Querschnittsansicht und entsprechende Draufsicht einer mikroelektronischen Bauelementanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Draufsicht einer mikroelektronischen Bauelementanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3A, 3B eine schematische Querschnittsansicht und entsprechende Draufsicht einer mikroelektronischen Bauelementanordnung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4A, 4B eine schematische Querschnittsansicht und entsprechende Draufsicht einer mikroelektronischen Bauelementanordnung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 eine schematische Draufsicht einer mikroelektronischen Bauelementanordnung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6A–6C schematische Querschnittsansichten zum Erläutern einer Anordnung von Entlastungsgräben gemäß einer sechsten, siebten und achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7A, 7B eine schematische Querschnittsansicht und eine entsprechende Draufsicht einer mikroelektronischen Bauelementanordnung gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8A, 8B schematische Querschnittsansichten zum Erläutern einer Anordnung einer mikroelektronischen Bauelementanordnung auf eine Freiformfläche gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9A, 9B schematische Querschnittsansichten zum Erläutern einer Anordnung einer mikroelektronischen Bauelementanordnung auf eine Freiformfläche gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
10 ein Flussdiagramm zum Erläutern eines Ablaufs eines Herstellungsverfahrens für eine mikroelektronische Bauelementanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche beziehungsweise funktionsgleiche Elemente.
Im Folgenden wird zur besseren Darstellung auf eine Nummerierung aller elektrischen Leiterbahnen verzichtet.
1A und 1B zeigen schematische Querschnittsansicht und entsprechende Draufsicht einer mikroelektronischen Bauelementanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
1A illustriert eine schematische Querschnittsansicht einer mikroelektronischen Bauelementanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und 1B illustriert eine entsprechende Draufsicht basierend auf der 1A. In 1A bezeichnet Bezugszeichen 100 eine mikroelektronische Bauelementanordnung mit einem mikroelektromechanischen System 1, einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung 2 und ein Foliensubstrat 10 mit einer ersten Oberseite 11 und einer der ersten Oberseite 11 gegenüberliegenden zweiten Oberseite 12. Das mikroelektromechanische System 1 und die anwendungsspezifische integrierte Schaltung 2 sind vollständig in dem Foliensubstrat angeordnet beziehungsweise integriert. Das Foliensubstrat 10 umfasst Entlastungsgräben 20, welche in lateraler Richtung L1 zu dem mikroelektromechanischen System 1 und der anwendungsspezifischen integrierten Schaltung 2 beabstandet sind. Das Foliensubstrat 10 der mikroelektronischen Bauelementanordnung 100 ist zwischen dem mikroelektromechanischen System 1 und der anwendungsspezifischen integrierten Schaltung 2 durchgehend ausgebildet. Die mikroelektronische Bauelementanordnung umfasst ferner erste elektrische Leiterbahnen 6, 7, 8, 9, welche zwischen dem einen mikroelektromechanischen System 1 und der anwendungsspezifischen integrierten Schaltung 2 ausgebildet sind. Wie in 1A gezeigt, stehen die ersten elektrischen Leiterbahnen 6, 7, 8, 9 zumindest teilweise mit der zweiten Oberseite 12 in direktem Kontakt. Die mikroelektronische Bauelementanordnung 100 umfasst ferner zweite elektrische Leiterbahnen 6’, 7’, 8’, 9’, welche mit der anwendungsspezifischen integrierten Schaltung elektrisch kontaktiert sind und auf der zweiten Oberseite 12 jeweils ein elektrisches Kontaktpad P1 aufweisen (siehe 1B).
Seitenflächen 21, 22, 23, 24 sowie eine Bodenfläche 25 der Entlastungsgräben 20 weisen Spuren eines physikalischen und/oder chemischen Abtrags 30 auf. Somit kann das Foliensubstrat auf einfache Art und Weise kundenspezifisch strukturiert werden.
1B zeigt eine schematische Draufsicht der mikroelektronischen Bauelementanordnung 100 basierend auf 1A. Das Foliensubstrat 10 weist insbesondere Seitenflächen S1, S2, S3, S4 auf. Die Entlastungsgräben verlaufen beabstandet zu dem mikroelektromechanischen System und der anwendungsspezifischen integrierten Schaltung parallel zu den Seitenflächen S1 und S3 des Foliensubstrats 10 oder entsprechend parallel zu den Seitenflächen S2 und S4 des Foliensubstrats 10. Somit lässt sich das Foliensubstrat 10 in Längsrichtung parallel zu beispielsweise der Seitenfläche S1 und in einer Querrichtung parallel zu der Seitenfläche S4 des Foliensubstrats 10 verformen, ohne im Wesentlichen das mikroelektromechanische System 1 und die anwendungsspezifische integrierte Schaltung 2 beispielsweise unter Spannung zu setzen oder mechanisch zu belasten.
2 zeigt eine schematische Draufsicht einer mikroelektronischen Bauelementanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 basiert auf 1B mit dem Unterschied, dass die Entlastungsgräben 20 umlaufend das mikroelektromechanische System 1 und die anwendungsspezifische integrierte Schaltung 2 ausgebildet sind. Hierdurch kann insbesondere eine homogenere Spannungsverteilung innerhalb des Foliensubstrats 10 realisierbar sein.
3A und 3B zeigen eine schematische Querschnittsansicht und entsprechende Draufsicht einer mikroelektronischen Bauelementanordnung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3A basiert auf der in 2 gezeigten mikroelektronischen Bauelementanordnung 100 mit dem Unterschied, dass in den Entlastungsgräben 20 ein elastisches und abdichtendes Material 40 angeordnet ist. Insbesondere kann das elastische und abdichtende Material 40 bündig mit der Oberseite 11 des Foliensubstrats 10 abschließen. Ferner unterscheidet sich die mikroelektronische Bauelementanordnung 100 durch einen Medienzugang 13, der in dem Foliensubstrat 10 ausgebildet ist und einen Zugang zu dem mikroelektromechanischen System 1 ausbildet. Die Entlastungsgräben 20 der 3A sind derart ausgelegt, um eine Struktur 50 mit einer Öffnung 51 mittels Abstandshaltern 52 in die Entlastungsgräben 20 derart aufzunehmen, dass das mikroelektromechanische System 1 nach außen abgedichtet sein kann. Das mikroelektromechanische System 1 kann hierbei als Drucksensor ausgebildet sein. Die 3B zeigt die entsprechende Draufsicht, wobei die ersten Leiterbahnen 6, 7, 8, 9 und die zweiten Leiterbahnen 6‘, 7‘, 8‘, 9‘ insbesondere teilweise entlang der zweiten Oberseite 12 des Foliensubstrats 10 verlaufen.
Da die Struktur 50, beispielsweise eine Gehäuseform, äußeren Designvorgaben unterliegt, ist sie häufig nicht eben. Durch Einsatz des hier beschriebenen erfindungsgemäßen Foliensubstrats 10 der mikroelektronischen Bauelementanordnung 100 kann sich diese insbesondere der komplexen Gehäuseform anpassen und der Medienzugang 13 überall (vor allem auch an nicht sichtbaren Stellen) platziert werden. Somit ermöglicht es kleinere Gehäusedimensionen, da keine makroskopischen Dichtringe, Schläuche, Röhren oder Kanäle benötigt werden.
4A und 4B basieren auf den 1A und 1B mit dem Unterschied, dass die ersten 6, 7, 8, 9 und zweiten Leiterbahnen 6‘, 7‘, 8‘, 9‘ auf der gleichen Seite wie die Entlastungsgräben 20 angeordnet sind. Dies ist notwendig, falls prozess- oder anwendungsbedingt die ersten 6, 7, 8, 9 und zweiten Metallbahnen 6’, 7’, 8’, 9’ auf der gleichen Seite wie die Entlastungsgräben 20 angeordnet sein müssen. Die ersten Leiterbahnen 6, 7, 8, 9 und die zweiten Leiterbahnen 6‘, 7‘, 8‘, 9‘ können aus einem flexiblen elektrisch leitfähigen Material beziehungsweise biegsam ausgebildet sein. Die zweiten Leiterbahnen 6‘, 7‘, 8‘, 9‘ sind die Entlastungsgräben 20 umgehend ausgebildet. Eine entsprechende Draufsicht illustriert 4B. Durch das Umlaufen der zweiten Leiterbahnen 6‘, 7‘, 8‘, 9‘ um die Entlastungsgräben 20 kann insbesondere eine mechanische Belastung der zweiten Leiterbahnen 6‘, 7‘, 8‘, 9‘ realisiert werden, da diese mit dem Foliensubstrat 10 in Kontakt stehen und hierdurch zusätzlich mechanisch stabilisiert sein können.
5 zeigt eine schematische Draufsicht einer mikroelektronischen Bauelementanordnung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 5 sind die Entlastungsgräben 20 ringförmig beziehungsweise radial umgebend um das mikroelektromechanische System 1 und die anwendungsspezifische integrierte Schaltung 2 angeordnet. Dies ermöglicht insbesondere gleichmäßigere Biegeverhältnisse in alle Raumrichtungen.
6A, 6B und 6C zeigen schematische Querschnittsansichten zum Erläutern einer Anordnung von Entlastungsgräben gemäß einer sechsten, siebten und achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6A zeigt eine schematische Querschnittsansicht gemäß einer sechsten Ausführungsform. Das Foliensubstrat 10 der 6A umfasst eine Vielzahl von in der lateralen Richtung L1 zueinander beabstandeten Entlastungsgräben 20, welche eine Flexibilität des Foliensubstrats 10 erhöhen und wodurch eine thermomechanische Entkopplung resultiert. Folglich kann eine Signalstabilität (Offset, Sensitivität) und damit eine Messgenauigkeit verbessert sein.
6B zeigt eine schematische Querschnittsansicht gemäß einer siebten Ausführungsform. In 6B sind die Entlastungsgräben 20 alternierend von der ersten Oberseite 11 oder der zweiten Oberseite 12 ausgebildet. Mit anderen Worten sind die Entlastungsgräben 20 wechselseitig in dem Foliensubstrat 10 ausgebildet. Die zweiten Leiterbahnen 6‘, 7‘, 8‘, 9‘ zwischen der zumindest einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltung 2 und dem Kontaktpad P1 stehen zumindest teilweise mit dem Foliensubstrat 10 in Kontakt. Mit anderen Worten verlaufen die zweiten Leiterbahnen 6‘, 7‘, 8‘, 9‘ zumindest teilweise in dem Foliensubstrat 10 und/oder auf der ersten Oberseite 11 oder der zweiten Oberseite 12 des Foliensubstrats 10.
6C zeigt eine schematische Querschnittsansicht gemäß einer achten Ausführungsform. 6C illustriert, dass die Entlastungsgräben 20 alternativ auch unterschiedliche Geometrien aufweisen können. Vorliegend weisen die Entlastungsgräben 20 insbesondere unterschiedliche Durchmesser auf und sind unterschiedlich tief in dem Foliensubstrat 10 ausgebildet. Beispielsweise sind zwei Entlastungsgräben 20 mit einem ersten Durchmesser und einer ersten Tiefe von zwei Entlastungsgräben 20 mit einem kleineren zweiten Durchmesser und einer kleineren zweiten Tiefe unidirektional umgeben. Diese Anordnung kann wie in 6C gezeigt alternierend von der ersten Oberseite 11 oder der zweiten Oberseite 12 ausgebildet sein.
Zusammenfassend lässt sich durch die in 6A, 6B und 6C gezeigten Anordnungen der Entlastungsgräben 20 eine Flexibilität der mikroelektronischen Bauelementanordnung 100 erhöhen. Zudem führt eine Zugkraft an den entsprechenden Seitenflächen S1, S2, S3, S4 des Foliensubstrats 10 zu einer gelichmäßigen Dehnung beziehungsweise Verlängerung auf der ersten Oberseite 11 oder der zweiten Oberseite 12, wodurch Krümmungen hinsichtlich des Foliensubstrats 10 vermindert werden können.
7A und 7B zeigen eine schematische Querschnittsansicht und eine entsprechende Draufsicht einer mikroelektronischen Bauelementanordnung gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7B basiert auf der 6B mit einer entsprechenden Draufsicht, wie in 7B illustriert. Das mikroelektromechanisches System 1 kann aufgrund seines Herstellungsprozesses typischerweise eine Dicke von mehr als 100 Mikrometer bis 300 Mikrometer aufweisen. Durch die hier beschriebene mikroelektronische Bauelementanordnung 100 kann sich eine Dicke des Foliensubstrats 10 weiter erhöhen, wodurch die Flexibilität eingeschränkt sein kann. Durch die mehrfache Anordnung der Entlastungsgräben 20 kann die Flexibilität allerdings zum Anordnen auf Freiformflächen effizient und gezielt erhöht werden.
8A und 8B sind schematische Querschnittsansichten zum Erläutern einer Anordnung einer mikroelektronischen Bauelementanordnung auf eine Freiformfläche gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8A basiert auf der in 6B gezeigten mikromechanischen Bauelementanordnung 100. Die in 8A gezeigte Ausführungsform ermöglicht eine verbesserte Anpassung des Foliensubstrats 10 an eine Freiformfläche K1. Die wechselseitig oder alternierend ausgebildeten Entlastungsgräben 20 können sowohl negative als auch positive Biegeradien ermöglichen.
9A und 9B schematische Querschnittsansichten zum Erläutern einer Anordnung einer mikroelektronischen Bauelementanordnung auf eine Freiformfläche gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
9A basiert auf die in 6C gezeigten mikromechanischen Bauelementanordnung 100. Wie in 9B gezeigt kann durch die unterschiedliche Geometrien der Entlastungsgräben 20 das Anpassen der mikroelektronischen Bauelementanordnung 100 weiter verbessert werden beziehungsweise angepasst werden.
10 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern eines Ablaufs eines Herstellungsverfahrens für eine mikroelektronische Bauelementanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Das Herstellungsverfahren umfasst die Schritte A, B, C und D. In einem ersten Schritt A des Herstellungsverfahrens werden zumindest ein mikroelektromechanisches System 1 und zumindest eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung 2 in ein Foliensubstrat 10 mit einer ersten Oberseite 11 und einer der Oberseite 11 gegenüberliegenden zweiten Oberseite 12 zumindest teilweise, insbesondere vollständig, angeordnet beziehungsweise integriert. Insbesondere können das zumindest eine mikroelektromechanische System 1 und die zumindest eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung 2 vollständig in das Foliensubstrat 10 angeordnet werden.
In einem weiteren Schritt B des Herstellungsverfahrens werden Entlastungsgräben 20 in dem Foliensubstrat 10 ausgebildet, wobei in lateraler Richtung L1 ein Abstand zu dem zumindest einen mikroelektronischen System 1 und der zumindest einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltung 2 eingehalten wird und ein Ausbilden der Entlastungsgräben 20 zwischen dem zumindest einen mikroelektromechanischen System 1 und der zumindest einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltung 2 vermieden wird.
In einem weiteren Schritt C des Herstellungsverfahrens werden erste elektrische Leiterbahnen 6, 7, 8, 9 zwischen dem zumindest einen mikroelektromechanischen System 1 und der zumindest einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltung 2 ausgebildet.
In einem weiteren Schritt D des Herstellungsverfahrens werden zweite elektrische Leiterbahnen 6‘, 7‘, 8‘, 9‘ ausgebildet, welche jeweils mit Kontaktpads P1 auf der ersten Oberseite 11 oder der zweiten Oberseite 12 in elektrischen Kontakt stehen und mit der zumindest einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltung 2 elektrisch verbunden werden.
Die Erfindung kann insbesondere bei MEMS-Sensoren im Automotive- oder Consumer-Bereich, eingesetzt werden. Ferner für stressempfindliche Beschleunigungs- als auch Drehrate- und Drucksensoren. Beispielsweise kann die hier beschriebene mikroelektronische Bauelementanordnung für Initialsensoren verwendet werden, um eine Integration in Freiformflächen zu ermöglichen. Anwendungen liegen des Weiteren im Bereich von wearables oder bei der Integration in Textilien. Das Konzept für den Medienzugang kann in Consumer Geräten zur Gesundheitsüberwachung, beispielsweise Smartwatches, genutzt werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie drauf nicht beschränkt. Insbesondre sind die genannten Materialien und Aufbauten beispielhaft und nicht auf die erläuterten Beispiele beschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005038752 A1 [0006]

Claims

Mikroelektronische Bauelementanordnung (100) umfassend: zumindest ein mikroelektromechanisches System (1); zumindest eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (2); und ein Foliensubstrat (10) mit einer ersten Oberseite (11) und einer der ersten Oberseite (11) gegenüberliegenden zweiten Oberseite (12); wobei das zumindest eine mikroelektromechanische System (1) und die zumindest eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (2) zumindest teilweise in dem Foliensubstrat (10) angeordnet sind; wobei das Foliensubstrat (10) Entlastungsgräben (20) umfasst, welche in lateraler Richtung (L1) zu dem zumindest einen mikroelektromechanischen System (1) und der zumindest einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (2) beabstandet sind; und wobei das Foliensubstrat (10) zwischen dem zumindest einen mikroelektromechanischen System (1) und der zumindest einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (2) durchgehend ausgebildet ist; und erste elektrische Leiterbahnen (6, 7, 8, 9), welche zwischen dem zumindest einen mikroelektromechanischen System (1) und der zumindest einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (2) ausgebildet sind; und zweite elektrische Leiterbahnen (6‘, 7‘, 8‘, 9‘), welche mit der zumindest einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (2) elektrisch kontaktiert sind und auf der ersten Oberseite (11) oder der zweiten Oberseite (12) jeweils ein elektrisches Kontaktpad (P1) aufweisen.
Mikroelektronische Bauelementanordnung (100) nach Anspruch 1, wobei die Entlastungsgräben (20) ausgehend von der ersten Oberseite (11) oder der zweiten Oberseite (12) des Foliensubstrats (10) ausbildbar sind und die zweiten Leiterbahnen (6‘, 7‘, 8‘, 9‘) zwischen der zumindest einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (2) und dem Kontaktpad (P1) zumindest teilweise mit dem Foliensubstrat (10) in Kontakt stehen.
Mikroelektronische Bauelementanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Seitenflächen (21, 22, 23, 24) sowie eine Bodenfläche (25) der Entlastungsgräben (20) Spuren eines physikalischen und/oder chemischen Abtrags (30) aufweisen.
Mikroelektronische Bauelementanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Foliensubstrat (10) eine Vielzahl von einzelnen Folienschichten umfasst.
Mikroelektronische Bauelementanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Foliensubstrat (10) gleichzeitig eine Funktionalität als Trägersubstrat und Leiterplatte aufweist.
Mikroelektronische Bauelementanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Entlastungsgräben (20) zumindest teilweise umlaufend das zumindest eine mikroelektromechanische System (1) und die anwendungsspezifische integrierte Schaltung (2) ausgebildet sind.
Mikroelektronische Bauelementanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Entlastungsgräben (20) ringförmig um das zumindest eine mikroelektromechanische System (1) und die anwendungsspezifische integrierte Schaltung (2) angeordnet sind.
Mikroelektronische Bauelementanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in den Entlastungsgräben (20) ein elastisches und abdichtendes Material (40) zumindest teilweise angeordnet ist.
Mikroelektronische Bauelementanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Foliensubstrat (10) einen Medienzugang (13) zu dem zumindest einen mikroelektromechanischen System (1) aufweist und in den Entlastungsgräben (20) eine Struktur (50) mittels Abstandshaltern (52) angeordnet ist, wobei die Struktur (50) mit Ausnahme einer Öffnung (51) das zumindest eine mikroelektromechanische System (1) nach außen abdichtet.
Mikroelektronische Bauelementanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten Leiterbahnen (6, 7, 8, 9) und die zweiten Leiterbahnen (6‘, 7‘, 8‘, 9‘) biegsam ausgebildet sind.
Mikroelektronische Bauelementanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweiten Leiterbahnen (6‘, 7‘, 8‘, 9‘) zwischen der zumindest einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (2) und den jeweiligen elektrischen Kontaktpads (P1) die Entlastungsgräben (20) umgehend ausgebildet sind.
Herstellungsverfahren für eine mikroelektronische Bauelementanordnung (100) mit den Schritten: A) zumindest teilweises Anordnen zumindest eines mikroelektromechanisches Systems (1) und zumindest einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (2) in ein Foliensubstrat (10) mit einer ersten Oberseite (11) und einer der Oberseite (11) gegenüberliegenden zweiten Oberseite (12); B) Ausbilden von Entlastungsgräben (20) in dem Foliensubstrat (10), wobei in lateraler Richtung (L1) ein Abstand zu dem zumindest einen mikroelektromechanischen System (1) und der zumindest einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (2) eingehalten wird und ein Ausbilden der Entlastungsgräben (20) zwischen dem zumindest einen mikroelektromechanischen System (1) und der zumindest einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (2) vermieden wird; C) Ausbilden erster elektrischer Leiterbahnen (6, 7, 8, 9) zwischen dem zumindest einen mikroelektromechanischen System (1) und der zumindest einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (2); D) Ausbilden zweiter elektrischer Leiterbahnen (6‘, 7‘, 8‘, 9‘), welche jeweils mit Kontaktpads (P1) auf der ersten Oberseite (11) oder der zweiten Oberseite (12) in elektrischen Kontakt stehen und die zweiten elektrischen Leiterbahnen (6‘, 7‘, 8‘, 9‘) mit der zumindest einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (2) elektrisch verbunden werden.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 12, wobei das Ausbilden der Entlastungsgräben (20) in dem Foliensubstrat (10) durch einen physikalischen und/oder chemischen Abtrag erfolgt.