專(zhuān)利名稱(chēng)：制造電子元件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造電子元件的方法，以及一種用外殼封裝的電子元件。本發(fā)明特別是涉及在具有結(jié)構(gòu)化載體的晶片陣列中的、用外殼封裝的電子元件的制造方法，以及具有結(jié)構(gòu)化載體的、用外殼封裝的電子元件。
如今制造集成電子元件采用各種晶片層封裝方法。此外該方法也被用于制造光電元件。為此元件具有透光的保護(hù)層，這些保護(hù)層保護(hù)光敏元件不受諸如潮濕或機(jī)械損傷等外界影響。
然而至今機(jī)械和光學(xué)功能都是獨(dú)立于半導(dǎo)體的自身封裝之外在以后的裝配中實(shí)現(xiàn)的。這樣，例如光學(xué)元件，如塑料物鏡或玻璃纖維在形成用外殼封裝的光學(xué)芯片之后與其聯(lián)結(jié)。然而這肯定導(dǎo)致與形成集成電路時(shí)相比可達(dá)到的高精度K的制造公差。因此在裝配光學(xué)元件之前，已用外殼封裝的元件被切割之后，即芯片或電路小片從晶片上分離出來(lái)之后必須重新調(diào)整和校正，這導(dǎo)致附加的形成工序并相應(yīng)減慢了生產(chǎn)過(guò)程，提高了制造費(fèi)用。
本發(fā)明的目的在于克服或至少減少在生產(chǎn)和制造電子元件時(shí)，尤其是光電元件時(shí)的上述那些缺點(diǎn)。
上述任務(wù)通過(guò)權(quán)利要求1所述的非常簡(jiǎn)單的方法，以及權(quán)利要求30所述的電子元件完成。其它從屬權(quán)利要求給出具有優(yōu)點(diǎn)的其它改進(jìn)。
相應(yīng)地，根據(jù)本發(fā)明的用于制造電子元件—它包括至少一個(gè)半導(dǎo)體元件，半導(dǎo)體元件在至少一個(gè)側(cè)面上具有至少一個(gè)活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置—的方法包括以下步驟-在一個(gè)晶片上準(zhǔn)備至少一個(gè)小片，-形成至少一個(gè)結(jié)構(gòu)化載體，它具有至少一個(gè)用于活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置的功能結(jié)構(gòu)，-將晶片與至少一個(gè)載體相接合，使得小片上的具有活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置的一側(cè)面對(duì)著該載體，并且-分割小片。
這里應(yīng)將電子元件理解為可將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為其它信號(hào)，和/或?qū)⑵渌盘?hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的元件。尤其是光電元件，可將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并且反過(guò)來(lái)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為為光信號(hào)。然而，在電子元件的概念之下，它也可以是其它的傳感和/或發(fā)射單元，它例如可以將諸如聲響或壓力等物理量、或者諸如濃度等化學(xué)量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，或者進(jìn)行相反的變換。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，元件與具有用于活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置的功能結(jié)構(gòu)的載體在晶片陣列中相接合，這可以使載體結(jié)構(gòu)精確對(duì)準(zhǔn)活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置，如一個(gè)光電傳感層。此外，通過(guò)本發(fā)明所述方法，晶片層封裝也通過(guò)敷設(shè)至少部分地具有其它功能結(jié)構(gòu)或單元，例如用于光電元件的光學(xué)透鏡的結(jié)構(gòu)化載體實(shí)現(xiàn)，這在形成這種活性傳感裝置和/或發(fā)射元件時(shí)進(jìn)一步節(jié)省了工序。而且元件的尺寸通過(guò)在涂層的功能結(jié)構(gòu)上更加接近芯片上的傳感器或發(fā)射結(jié)構(gòu)而明顯變小，這對(duì)于這種電子元件的微型化有重要貢獻(xiàn)。
在一個(gè)特別具有優(yōu)點(diǎn)的方式中，本發(fā)明所述的方法也可包括形成多層結(jié)構(gòu)化的載體。這里的多層也可具有不同的材料。例如由玻璃或塑料構(gòu)成的透明層與半導(dǎo)體層相組合。
尤其有好處的是各層分別具有至少一個(gè)用于活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置的功能結(jié)構(gòu)。例如以這種方法可以構(gòu)成用于光電元件的多層光學(xué)元件。
結(jié)構(gòu)化可在與晶片相接合的狀態(tài)下完成。例如聚合體-回流-透鏡被敷設(shè)在載體上。另一方面，當(dāng)載體薄得使結(jié)構(gòu)化過(guò)程會(huì)通過(guò)機(jī)械處理而損壞載體時(shí)，接合狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)化是具有優(yōu)點(diǎn)的。通過(guò)與晶片相接合，載體受到支撐，并且為結(jié)構(gòu)化提供了更高的強(qiáng)度，使載體可以不受損傷地進(jìn)行處理。
在接合之前將結(jié)構(gòu)預(yù)制在載體上也是有優(yōu)點(diǎn)的。預(yù)制結(jié)構(gòu)化的載體然后可例如在與晶片接合時(shí)精確地對(duì)準(zhǔn)晶片。結(jié)構(gòu)的預(yù)制和隨后與晶片的聯(lián)結(jié)允許在半導(dǎo)體上應(yīng)用那些不支持在載體上進(jìn)行初步結(jié)構(gòu)化過(guò)程的材料。例如，這樣可以在半導(dǎo)體元件上使用生物感覺(jué)接受器或有機(jī)微透鏡。
多層結(jié)構(gòu)化載體的各層不一定在它們與晶片接合之前相互聯(lián)結(jié)起來(lái)。更有優(yōu)點(diǎn)的是與載體的接合如此實(shí)現(xiàn)各個(gè)層被敷設(shè)到晶片上或敷設(shè)到由晶片和已與晶片接合的那些層構(gòu)成的復(fù)合體上。例如每一層可獨(dú)立地對(duì)準(zhǔn)到晶片結(jié)構(gòu)上。這種方法也使得在晶片上固定的那些層的結(jié)構(gòu)化或例如在晶片陣列中那些層的機(jī)械削薄成為可能。
載體的形成可例如通過(guò)平板印刷結(jié)構(gòu)化進(jìn)行。這通過(guò)利用合適的陰罩(schattenmasken)或通過(guò)由平版印刷形成的預(yù)成型件的模制成型(LIGA方法)進(jìn)行。
為產(chǎn)生載體的合適的功能結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)不僅可以負(fù)版結(jié)構(gòu)化，也可以正版結(jié)構(gòu)化。
其中負(fù)版結(jié)構(gòu)化最好通過(guò)干腐蝕和/或濕化學(xué)腐蝕和/或機(jī)械研磨，以及磨光和/或機(jī)械的磨洗產(chǎn)生。正版結(jié)構(gòu)化可借助于蒸鍍、材料噴鍍、CVD或PVD涂層、電鍍或絲網(wǎng)印刷以及抗蝕涂層形成。
另外，具有用于光學(xué)元件的間隔層的結(jié)構(gòu)化的載體用于微型光學(xué)元件是感興趣的，由于在設(shè)置載體時(shí)可實(shí)現(xiàn)的高精度以及晶片表面與載體—它通過(guò)接合在晶片陣列中實(shí)現(xiàn)—之間的高度平行，即使在微型尺寸上，例如在光電元件中，也可為晶片上小片的活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置構(gòu)造精密光學(xué)元件，這些小片在分割或切割后，構(gòu)成電子元件的半導(dǎo)體元件。
此外在載體中可形成一個(gè)空間，此空間可例如容納流體，例如用于流體應(yīng)用中的傳感器或者用于化學(xué)傳感器的流體、光學(xué)元件、微電子元件或有源或者無(wú)源電子元件。該空間也可精確地容納獨(dú)立傳感器或發(fā)射元件，例如壓電的壓力傳感器或壓電發(fā)射器，如超聲發(fā)射器。
空腔也可考慮作為其它的功能結(jié)構(gòu)。尤其是結(jié)構(gòu)化的載體可如此形成使得在元件中確定至少一個(gè)諧振腔。這些被確定在載體中或載體與半導(dǎo)體元件之間的空腔也可以是至少部分地開(kāi)放的。一個(gè)空腔也可具有優(yōu)點(diǎn)地包圍活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置或其上設(shè)置的光學(xué)元件的表面，例如保護(hù)所述元件表面不受損傷。
對(duì)于許多應(yīng)用，機(jī)械的配合件(Passungen)作為載體的結(jié)構(gòu)是特別有利的。例如在載體中可以產(chǎn)生一個(gè)用于波導(dǎo)的配合件。這里在載體與晶片陣列中的晶片對(duì)準(zhǔn)時(shí)可達(dá)到的高精度又被利用來(lái)使波導(dǎo)芯精確對(duì)準(zhǔn)小片或芯片上的傳感器或發(fā)射器結(jié)構(gòu)。同樣，機(jī)械的配合件也可用于對(duì)準(zhǔn)其它的功能元件，如透鏡或其它載體。這些元件也可以在后續(xù)的加工過(guò)程中，如在分割晶片之后安裝。甚至在后續(xù)的安裝其它元件的過(guò)程中，在晶片陣列中的載體和晶片組件可達(dá)到的精度，以及配合的對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中所達(dá)到的精度被傳遞到其它元件。
此外，載體還可如此被結(jié)構(gòu)化使得載體本身包括光學(xué)元件—如透鏡或光柵—作為功能結(jié)構(gòu)。載體還可如此具有優(yōu)點(diǎn)地形成使載體具有至少一個(gè)通道作為功能結(jié)構(gòu)。這種通道尤其可以完成以下任務(wù)形成活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置或者傳感器或發(fā)射器結(jié)構(gòu)與其它功能結(jié)構(gòu)或者與元件環(huán)境的連接。
另外，一般的凹透鏡和/或凸透鏡、菲涅爾透鏡或棱形透鏡，光柵，尤其是相位光柵和/或棱鏡可考慮作為在形成載體時(shí)可集成在載體中的光學(xué)元件。例如棱鏡可以與用于波導(dǎo)的導(dǎo)向件或配合件相結(jié)合，以使光線(xiàn)從沿著元件表面走向的波導(dǎo)換向到活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置上。
最后，對(duì)于特定應(yīng)用，溝道，尤其是V型槽，適合作為功能結(jié)構(gòu)。在這種情況下，溝道或V型槽在載體上最好延著載體表面的方向延伸。這種槽或溝道還可用于安放或固定波導(dǎo)。例如，得到了如上所述用作波導(dǎo)的導(dǎo)向件的V型槽與作為光偏轉(zhuǎn)元件的棱鏡的具有優(yōu)點(diǎn)的組合。
根據(jù)本發(fā)明的方法也可具有優(yōu)點(diǎn)地如此擴(kuò)充晶片與至少一個(gè)結(jié)構(gòu)化的載體的接合還包括與至少一個(gè)另外的用作間隔層的載體進(jìn)行接合的步驟。以這種方法，一個(gè)或多個(gè)作為間隔層的結(jié)構(gòu)化的載體可相互和/或與一個(gè)載體相組合，它們還具有其它的功能結(jié)構(gòu)，如透鏡、機(jī)械配合件或類(lèi)似結(jié)構(gòu)。
此外，載體可以具有優(yōu)點(diǎn)地由半導(dǎo)體材料，尤其是硅或砷化鎵構(gòu)成。磷化銦—它必須被密封—也可用作載體材料，其中密封例如可以通過(guò)已在晶片陣列中的其它層實(shí)現(xiàn)。上述半導(dǎo)體材料可用已知的方法精密地加工，以產(chǎn)生相應(yīng)的功能結(jié)構(gòu)。玻璃，尤其是石英玻璃和/或金屬也可根據(jù)元件的應(yīng)用領(lǐng)域具有優(yōu)點(diǎn)地用作載體材料。泡沫玻璃或泡沫金屬也可實(shí)現(xiàn)感興趣的性能。
一般也具有優(yōu)點(diǎn)地用低K電介質(zhì)，例如為了降低元件上的寄生電容并從而優(yōu)化元件的射頻性能。各種塑料或發(fā)泡材料，如泡沫玻璃可用作低K電介質(zhì)。低K電介質(zhì)在半導(dǎo)體元件包含一個(gè)射頻部件時(shí)是特別有利的。
藍(lán)寶石作為載體材料對(duì)某些應(yīng)用具有優(yōu)異的性能，這是由于它具有很高的溫度傳導(dǎo)性和紫外線(xiàn)穿透能力。
此外，復(fù)合材料、陶瓷或塑料或許多其它的無(wú)機(jī)和有機(jī)材料可以根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域和目的具有優(yōu)點(diǎn)地用作載體材料。
特別是載體和晶片可包含相同的材料。這另一方面提供了以下可能廉價(jià)地用相同的方法加工帶有小片的晶片和載體。
晶片和載體可如此形成，使得它們?cè)谙鄬?duì)的界面外具有相互適配的熱膨脹系數(shù)。這樣，可以避免或減小晶片與載體之間的熱應(yīng)力。例如對(duì)于載體適當(dāng)?shù)牟牧蠟橛糜贕aAlAs晶片材料的柯伐鐵鎳鈷合金和D263玻璃。對(duì)于Si(硅)(100)晶片可以使用玻璃AF45，AF37或B33。
為了晶片和載體的接合，晶片與載體的陽(yáng)極焊接是適用的。然而，根據(jù)所用的材料也可采用粘合，例如用聚合物和/或環(huán)氧樹(shù)脂膠進(jìn)行粘合，晶片和/或載體先前被金屬化的區(qū)域借助于合金焊進(jìn)行聯(lián)結(jié)，以及擴(kuò)散焊接或通過(guò)玻璃焊劑聯(lián)結(jié)。如果載體包含不止一層，也可以將不同的接合方法相互組合應(yīng)用。尤其是對(duì)于包含玻璃的載體，也可具有優(yōu)點(diǎn)地用玻璃焊進(jìn)行接合。
為了方便切割由晶片和載體得到的整體結(jié)構(gòu)，在載體的結(jié)構(gòu)化過(guò)程中在載體中附帶地插入分隔位置。
此外，此方法還可如此擴(kuò)展除了載體上的結(jié)構(gòu)之外，在一個(gè)相反的側(cè)面上形成功能結(jié)構(gòu)，該側(cè)面與小片具有活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置的那個(gè)側(cè)面相反。這樣可以例如給元件饋送從兩個(gè)側(cè)面來(lái)的信號(hào)，而不影響元件具有活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置的側(cè)面上的傳感功能。
本發(fā)明還給出了一種電子元件，它具有比具有上面提到過(guò)的有缺點(diǎn)的電子元件更好的結(jié)構(gòu)。因此，根據(jù)本發(fā)明的電子元件—它按上述的方法形成并包括至少一個(gè)半導(dǎo)體元件—在第一側(cè)面上具有活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置，同時(shí)第一側(cè)面上的半導(dǎo)體元件由一個(gè)結(jié)構(gòu)化的載體所覆蓋，載體附帶地具有至少一個(gè)用于活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置的功能結(jié)構(gòu)。
載體的功能結(jié)構(gòu)可以例如借助于干腐蝕、濕化學(xué)腐蝕、機(jī)械研磨、或者磨光和/或機(jī)械磨洗、蒸鍍、噴鍍、CVD或PVD涂層、電鍍或絲網(wǎng)印刷或抗蝕涂層形成。
其中，電子元件的結(jié)構(gòu)化載體還可用作間隔層，以在半導(dǎo)體元件的活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置與一個(gè)功能元件一如用于光電元件的透鏡—之間形成一定間隔。
結(jié)構(gòu)化的載體也可如此設(shè)計(jì)，使載體確定一個(gè)空間。尤其是在這個(gè)空間中可以容納流體、光學(xué)元件、微電子元件、有源或無(wú)源電子元件或壓電元件。
結(jié)構(gòu)化的載體也可具有優(yōu)點(diǎn)地具有一個(gè)機(jī)械配合件，通過(guò)此機(jī)械配合件可以精確確定安放在其中的元件的位置，例如安放波導(dǎo)的位置。
對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的元件的某些特定應(yīng)用，功能結(jié)構(gòu)可以不僅僅位于元件的具有活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置的那個(gè)側(cè)面上。元件還可在與上述側(cè)面相反的側(cè)面上具有這種結(jié)構(gòu)。
特別是半導(dǎo)體元件上的載體可具有多層，且這些層可以由不同的材料構(gòu)成。這些層可分別具有至少一個(gè)用于活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置的功能結(jié)構(gòu)。這里尤其是各層分別具可有不同的功能結(jié)構(gòu)，它們按層的順序相互組合起來(lái)。這樣例如對(duì)于光電元件可以將具有一個(gè)通道并且作為間隔層的那些層與具有透鏡的那些層組合起來(lái)。這種元件的特點(diǎn)在于一個(gè)復(fù)雜的、多元件的光學(xué)系統(tǒng)，它以高精度直接置于半導(dǎo)體元件上。
下面借助附圖所示優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，其中相同或類(lèi)似部件具有相同的附圖標(biāo)記。
附圖中

圖1A是一個(gè)被構(gòu)造為通道的載體的本發(fā)明實(shí)施方式的橫截面，圖1B示出圖1A所示實(shí)施方式的一個(gè)變型，
圖2是一個(gè)被構(gòu)造為用于球面透鏡的機(jī)械配合件的載體的本發(fā)明實(shí)施方式的橫截面，圖3是一個(gè)被構(gòu)造為用于光學(xué)透鏡的機(jī)械配合件的載體的本發(fā)明實(shí)施方式的橫截面，圖4是一個(gè)被構(gòu)造為用于波導(dǎo)的機(jī)械配合件的載體的本發(fā)明實(shí)施方式的橫截面，圖5是具有一個(gè)透鏡的透明結(jié)構(gòu)化載體的本發(fā)明實(shí)施方式的橫截面，圖6是一個(gè)具有棱鏡的圖5所示本發(fā)明實(shí)施方式變型的橫截面，圖7是具有一個(gè)透鏡的多層結(jié)構(gòu)化載體的本發(fā)明實(shí)施方式的橫截面，圖8是具有一個(gè)棱鏡的圖7所示本發(fā)明實(shí)施方式變型的橫截面，圖9示出具有多層結(jié)構(gòu)化載體的另一個(gè)實(shí)施方式，圖10示出在電子元件的相對(duì)側(cè)面上具有功能結(jié)構(gòu)的實(shí)施方式，圖11示出在半導(dǎo)體元件的相對(duì)側(cè)面上具有空腔的實(shí)施方式，以及圖12是組合在晶片陣列中的由晶片和結(jié)構(gòu)化載體組成堆疊結(jié)構(gòu)的橫截面。
圖1A示出一個(gè)整體用1表示的根據(jù)本發(fā)明的電子元件的第一實(shí)施方式的橫截面。電子元件1包括一個(gè)半導(dǎo)體元件或小片3，此元件在第一側(cè)面5(以后稱(chēng)為上側(cè)面)上具有一個(gè)活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置7?；钚詡鞲醒b置和/或發(fā)射裝置7例如可以是一個(gè)用于將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)或反過(guò)來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)換的光電層。半導(dǎo)體元件3在其上側(cè)面5與一個(gè)結(jié)構(gòu)化載體9的下側(cè)面13相接合。元件3與結(jié)構(gòu)化載體9的聯(lián)結(jié)借助于位于它們之間的聯(lián)結(jié)層15形成。
結(jié)構(gòu)化載體9具有一個(gè)通道孔17作為用于活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置7的功能結(jié)構(gòu)11。此通道孔與敷設(shè)在載體9上的覆蓋層19和半導(dǎo)體元件3的上側(cè)面5一起確定了一個(gè)空腔18。通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇聯(lián)結(jié)層15，空腔18可以密封地與外界隔離，從而例如可避免潮氣侵入。元件3和載體9間的這種聯(lián)結(jié)還可通過(guò)陽(yáng)極電焊實(shí)現(xiàn)。
在光電元件的情況下，通過(guò)空腔18可以實(shí)現(xiàn)該元件的光電層7被具有低折射率的介質(zhì)包圍。同樣，借助于功能結(jié)構(gòu)11構(gòu)成的空腔18可用作容納流體的空間，使得可以用一個(gè)專(zhuān)門(mén)適配的、傳感器層形式的活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置7進(jìn)行液相的化學(xué)分析。
這樣一個(gè)空腔18可用作諧振器。這時(shí)，例如活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置7也可以是用于產(chǎn)生或用于檢測(cè)射頻電磁波、微波或超聲波的裝置。
此外這種空腔也可用于優(yōu)化封裝的元件的射頻特性。為此，空腔尤其可以具有介電常數(shù)等于1或接近1的介質(zhì)。例如空腔可被抽真空或充氣。為了同樣的目的，空腔也可用低K材料填充?？涨唤橘|(zhì)的低介電常數(shù)有助于降低半導(dǎo)體元件的寄生電容。低K材料通常被用作載體的覆蓋材料，主要用于半導(dǎo)體元件的緊鄰區(qū)域和/或元件的導(dǎo)向件中。
電子元件1還可如此加工，使得用于連接元件的觸點(diǎn)在元件的下側(cè)面10上。為此可以形成穿過(guò)半導(dǎo)體元件基質(zhì)的貫穿孔4。所述貫穿孔例如可以通過(guò)將通道插入到基質(zhì)中而形成，這些通道然后用導(dǎo)電材料填充。在貫穿通孔上可涂覆鉛鋅合金的焊接珠6用于電路板連接。
圖1B示出圖1所示本發(fā)明實(shí)施方式的一個(gè)變型。為了形成圖1B中所示的電子元件1，同樣在具有半導(dǎo)體元件的晶片上敷設(shè)一個(gè)結(jié)構(gòu)化載體9，并且該載體然后被分割，這里在結(jié)構(gòu)化載體中插入一個(gè)配置給半導(dǎo)體元件3的通道孔17。在與晶片接合狀態(tài)下，此通道孔與載體9的覆蓋層19一起確定一個(gè)空腔，此空腔包圍著活性傳感裝置或發(fā)射裝置的上側(cè)面。在晶片與載體9接合之前，光學(xué)元件14(如透鏡或棱鏡)被直接置于活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置的上側(cè)面上。為此，透鏡例如通過(guò)聚合物回流形成在裝置7上。在接合之后，空腔18包圍這些光學(xué)元件，使得活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置7和光學(xué)元件14被密封隔離并且被保護(hù)免受損傷。
圖2示出另一實(shí)施方式的橫截面。這里結(jié)構(gòu)化載體9的功能結(jié)構(gòu)11確定一個(gè)用于光學(xué)元件的機(jī)械配合件21。這里結(jié)構(gòu)11最好被構(gòu)造成一個(gè)溝道的形狀，此溝道沿著垂直于紙面的方向延伸。溝道的尺寸適合于安放所裝的球面透鏡23，圖中示出了其中的一個(gè)球面透鏡。球面透鏡可以在填入透明膠之后與結(jié)構(gòu)化載體9固定。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的元件1的另一個(gè)實(shí)施方式，其中結(jié)構(gòu)化載體9具有一個(gè)形式為機(jī)械配合件21的功能結(jié)構(gòu)。配合件21的形狀精確地與光學(xué)透鏡23的形狀相匹配。透鏡可以在形成了帶有載體的元件之后插入配合件21中。其中透鏡的精確位置通過(guò)已經(jīng)在晶片陣列中與半導(dǎo)體元件3接合的結(jié)構(gòu)化載體9的對(duì)準(zhǔn)得以保證。
圖4示出一個(gè)實(shí)施方式，其中載體9具有一個(gè)配合件21，它用于安放和定位波導(dǎo)25。在波導(dǎo)25被插入此配合件21之后，波導(dǎo)可以通過(guò)粘合劑29固定在元件1上。
通過(guò)本發(fā)明所述形成方法，載體9和與其相聯(lián)結(jié)的配合件21如此精確地定位在半導(dǎo)體元件3上面，使得傳感器層或發(fā)光層7可以相當(dāng)小，因?yàn)橐龑?dǎo)光線(xiàn)的波導(dǎo)芯27通過(guò)配合件21相當(dāng)精確地對(duì)準(zhǔn)傳感器層或發(fā)光層7。以這種方法可以相應(yīng)減小元件尺寸或者以很小的空間需求將多個(gè)波導(dǎo)連接到一個(gè)光電元件上。
在所有前述實(shí)施例中，不一定要求結(jié)構(gòu)化的載體是透明的。因此載體可由半導(dǎo)體材料構(gòu)成。例如載體可具有與半導(dǎo)體元件同樣的材料，這樣由于相同的熱膨脹系數(shù)，元件整體上對(duì)溫度不敏感。
然而結(jié)構(gòu)化的載體7的功能結(jié)構(gòu)的形式也可以是對(duì)于相應(yīng)射線(xiàn)類(lèi)型透明的光學(xué)元件。
圖5示出這樣的一個(gè)實(shí)施方式。其中載體9包含諸如玻璃這樣的透明材料。功能結(jié)構(gòu)11在此實(shí)施方式中包括一個(gè)配置給活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置7的透鏡31，它可將由裝置7發(fā)射出的光線(xiàn)或者照射到元件1上的光線(xiàn)匯聚或聚焦到裝置7上。
載體的材料除了對(duì)可見(jiàn)光透明的材料，如玻璃外，還包括GaAlAs這樣的材料，這些材料是紅外線(xiàn)可穿過(guò)的。
圖6示出圖5所示實(shí)施方式的一個(gè)變型。結(jié)構(gòu)化載體的功能結(jié)構(gòu)11在圖6所示變型中是一個(gè)棱形透鏡31。
像在前述實(shí)施例中那樣，結(jié)構(gòu)化載體9可以不僅僅具有單個(gè)的一層。而是可用采用多層結(jié)構(gòu)的載體，其中載體與其上具有用于半導(dǎo)體元件的小片的晶片的接合在晶片陣列中完成。多層載體9可以在其每一層中具有用于活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置7的功能結(jié)構(gòu)。
這種實(shí)施方式的例子在圖7和8中示出。這里結(jié)構(gòu)化載體9包括兩層91和92，它們通過(guò)另一聯(lián)結(jié)層15相互聯(lián)結(jié)。在這兩個(gè)實(shí)施方式中，層92都包含如玻璃或塑料或可透過(guò)紅外線(xiàn)的GaAlAs這樣的透明材料，并且具有形式為至少一個(gè)透鏡11的功能結(jié)構(gòu)11。
層92用作透鏡與活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置7之間的間隔層。一個(gè)通道17被插入層91中作為功能結(jié)構(gòu)，此通道允許由透鏡31匯聚的光線(xiàn)通過(guò)，此光線(xiàn)來(lái)自并抵達(dá)活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置7。
圖8所示實(shí)施方式與圖7所示實(shí)施方式的區(qū)別在于，代替圖7中的凸透鏡結(jié)構(gòu)，圖8中采用一個(gè)棱形透鏡。
圖7和圖8所示實(shí)施方式的間隔層允許聚焦具有一個(gè)較小的焦距，并從而例如減小了在活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置7平面上的圖像誤差。
圖9又示出另一個(gè)具有多層結(jié)構(gòu)的載體的實(shí)施方式。此實(shí)施例的載體9包括4層91，92，93和94。其中層91和93類(lèi)似于圖7和8所示實(shí)施方式中的層91被構(gòu)造成間隔層的形式。在這兩層之間有一層，該層具有一個(gè)透鏡31作為功能結(jié)構(gòu)11。層94具有一個(gè)用于波導(dǎo)25的配合件21。采用這種結(jié)構(gòu)可將從波導(dǎo)芯27出來(lái)的光信號(hào)聚焦到活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置7上，或?qū)⒀b置7發(fā)出的光精確地匯聚到波導(dǎo)芯27上。
層的順序或各層的功能結(jié)構(gòu)當(dāng)然不局限于所示實(shí)施例。它們可根據(jù)應(yīng)用目的而任意相互組合。尤其是通過(guò)應(yīng)用熱膨脹系數(shù)相互適配的材料，也可形成用于光電元件的復(fù)雜且精密的光學(xué)系統(tǒng)。
圖10示出一個(gè)實(shí)施方式，其中半導(dǎo)體元件本身具有用于活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置的功能結(jié)構(gòu)。相應(yīng)地，與半導(dǎo)體元件的具有活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置7的那一側(cè)面相反的側(cè)面同樣具有功能結(jié)構(gòu)。
在此實(shí)施例中多層結(jié)構(gòu)的載體9類(lèi)似于圖7所示實(shí)施方式。半導(dǎo)體元件3還具有一個(gè)用于波導(dǎo)的配合件作為功能結(jié)構(gòu)，波導(dǎo)從下側(cè)面10引入元件1。此外電子元件包括一個(gè)芯片堆，它由具有活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置7的半導(dǎo)體元件3和另一個(gè)芯片33組成，芯片即半導(dǎo)體元件3安置于芯片33上。這種設(shè)置也像與載體接合成晶片陣列那樣進(jìn)行。另一個(gè)元件33同樣具有一個(gè)配合件21，它引入波導(dǎo)25，并且波導(dǎo)例如可借助于粘合接點(diǎn)29與配合件相聯(lián)結(jié)。
圖11示出電子元件的另一實(shí)施方式，它在半導(dǎo)體元件3的相反側(cè)面上具有空腔18。此空腔例如可作為諧振腔用于射頻技術(shù)中。此諧振腔，即空腔由結(jié)構(gòu)化載體9的通道孔17的壁、以及結(jié)構(gòu)化基底331的壁和相應(yīng)覆蓋層構(gòu)成。結(jié)構(gòu)化基底331的覆蓋層由另一個(gè)基底332形成，同時(shí)在此實(shí)施方式中，結(jié)構(gòu)化載體9具有類(lèi)似于圖1A和1B所示元件的覆蓋層19。
接合在晶片陣列中的各部件的整體結(jié)構(gòu)、尤其在應(yīng)用多層載體時(shí)可達(dá)到一個(gè)常規(guī)切割不允許的厚度。圖12示出切割前晶片陣列中這種結(jié)構(gòu)的橫截面。晶片35具有多個(gè)用于帶有活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置7的半導(dǎo)體元件3的小塊，還具有與其相接合的其它晶片36，37，38，晶片36，37，38構(gòu)成結(jié)構(gòu)化載體9。所述載體包括具有通道孔17的間隔層和一個(gè)具有集成透鏡31形式的折射結(jié)構(gòu)11的晶片。這個(gè)結(jié)構(gòu)相對(duì)于具有集成透鏡的堅(jiān)固透明載體具有以下優(yōu)點(diǎn)在相同折射能力條件下可應(yīng)用相對(duì)較薄的透明晶片38。
為了能分割由晶片35至38構(gòu)成的相對(duì)較厚的結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)點(diǎn)的是晶片至少部分地具有分割位置40。分割位置通過(guò)各個(gè)連接層41相互聯(lián)結(jié)，這樣為在晶片陣列中封裝或晶片陣列的晶片35至38使晶片具有必要的穩(wěn)定性。這些連接層然后可以簡(jiǎn)單的方法通過(guò)濕化學(xué)腐蝕或干化學(xué)腐蝕或通過(guò)鋸開(kāi)而斷開(kāi)。
代替在接合過(guò)程之前在晶片中構(gòu)造分割位置，它們也可以首先與其基底接合，然后再被結(jié)構(gòu)化。接合和結(jié)構(gòu)化的順序?qū)Ω鲗舆€可變更，例如當(dāng)各層具有不同的材料和/或厚度時(shí)，這可能是有好處的。這樣例如可以使載體的第一層與具有小片的半導(dǎo)體晶片相接合，然后再進(jìn)行結(jié)構(gòu)化，接著作為載體的其它層，例如使預(yù)先經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)化的層與第一層接合。此順序當(dāng)然可以任意所希望的方式變更，并且敷設(shè)到任意的層上。
在分成單塊后，即分割晶片后側(cè)壁必要時(shí)可接著被鈍化。這可例如通過(guò)合適的陳積方法進(jìn)行，例如濕化學(xué)陳積、蒸鍍、噴鍍，DVD或PVD涂層。
晶片堆最后可在晶片陣列中被表面處理。例如透鏡31的光學(xué)性能可用抗反射涂層或紅外涂層改善。此外，為提高耐久性，可涂覆抗刮保護(hù)層或抗腐蝕保護(hù)層。這些涂層也可以已知方法通過(guò)CVD或PVD方法產(chǎn)生。
圖12中所示晶片的功能結(jié)構(gòu)11——它包括透鏡31的陣列——也可以在形成了晶片堆之后涂覆到晶片堆上面。這時(shí)可以取代晶片38，像圖3所示那樣涂覆各個(gè)透鏡，或者這些透鏡例如作為聚合物回流透鏡產(chǎn)生在晶片堆上。
附圖標(biāo)記電子元件1半導(dǎo)體元件，小片3貫穿孔4半導(dǎo)體元件的上側(cè)面5焊接珠6活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置7結(jié)構(gòu)化載體9結(jié)構(gòu)化載體的層91，92，93，94半導(dǎo)體元件的下側(cè)面10功能結(jié)構(gòu)11結(jié)構(gòu)化載體的下側(cè)面13光學(xué)元件14聯(lián)結(jié)層15通道孔17空腔18覆蓋層19機(jī)械配合件21透鏡23，31波導(dǎo)25波導(dǎo)芯27粘合劑29半導(dǎo)體基底33，331，332
晶片35，36，37，38分割位置40
權(quán)利要求
1.用于制造電子元件(1)的方法，所述電子元件包括至少一個(gè)半導(dǎo)體元件(3)，半導(dǎo)體元件在至少一個(gè)側(cè)面(5)上具有至少一個(gè)活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置(7)，其特征在于，該方法包括以下步驟—在一個(gè)晶片(35)上準(zhǔn)備至少一個(gè)小片，—形成至少一個(gè)結(jié)構(gòu)化載體(9)，它具有至少一個(gè)用于活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置(7)的功能結(jié)構(gòu)(11)，—將晶片(35)與至少一個(gè)載體(9)相接合，使得小片(5)具有活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置(7)的一側(cè)面對(duì)著載體(9)，—分割小片。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，形成結(jié)構(gòu)化載體(9)的步驟包括形成一個(gè)多層結(jié)構(gòu)化載體的步驟。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，形成多層結(jié)構(gòu)化載體的步驟包括在多層結(jié)構(gòu)化載體(9)的每一層(91，92，93，94)中形成至少一個(gè)用于活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置(7)的功能結(jié)構(gòu)(11)的步驟。
4.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，晶片(35)與至少一個(gè)載體(9)相接合的步驟包括各層(91，92，93，94)先后聯(lián)結(jié)在晶片(3)上的步驟。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，形成結(jié)構(gòu)化載體的步驟包括構(gòu)造已與晶片(35)相接合的載體的步驟。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，形成結(jié)構(gòu)化載體的步驟包括預(yù)制載體(9)的結(jié)構(gòu)(11)的步驟。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，形成結(jié)構(gòu)化載體(9)的步驟包括載體的平板印刷結(jié)構(gòu)化的步驟。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，結(jié)構(gòu)化的步驟包括借助于干腐蝕和/或濕化學(xué)腐蝕和/或機(jī)械研磨和/或機(jī)械磨洗進(jìn)行結(jié)構(gòu)化的步驟。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，結(jié)構(gòu)化的步驟包括借助蒸鍍和/或噴鍍和/或CVD涂層和/或PVD涂層和/或電鍍和/或借助于絲網(wǎng)印刷和抗蝕涂層的結(jié)構(gòu)化步驟。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，形成結(jié)構(gòu)化載體的步驟包括形成一個(gè)特別用于至少一個(gè)光學(xué)元件(23，25，31)的間隔層的步驟。
11.如權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，形成結(jié)構(gòu)化載體的步驟包括形成一個(gè)特別用于容納流體、光學(xué)元件、壓電元件、微電子元件和/或有源或無(wú)源電子元件的空間(17)的步驟。
12.如權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，形成結(jié)構(gòu)化載體的步驟包括形成至少一個(gè)空腔的步驟，尤其是一個(gè)諧振腔或一個(gè)包圍著活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置(7)或安裝在其上的光學(xué)元件的空腔。
13.如權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，形成結(jié)構(gòu)化載體的步驟包括形成至少一個(gè)溝道，尤其是一個(gè)V型槽的步驟，其中溝道最好在沿著載體表面的方向上延伸。
14.如權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，形成結(jié)構(gòu)化載體的步驟包括形成一個(gè)機(jī)械配合件(21)的步驟。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，機(jī)械配合件(21)適合于容納一個(gè)光學(xué)元件(23，25)，尤其是一個(gè)波導(dǎo)(25)。
16.如權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，形成結(jié)構(gòu)化載體的步驟包括形成一個(gè)具有光學(xué)元件(31)的載體的步驟。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，形成具有光學(xué)元件的載體的步驟包括形成透鏡(31)，尤其是凹透鏡和/或凸透鏡和/或菲湟爾透鏡和/或棱形透鏡的步驟，和/或形成光柵，尤其是相位光柵，和/或棱鏡的步驟。
18.如權(quán)利要求1至17中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，形成結(jié)構(gòu)化載體的步驟包括形成至少一個(gè)穿過(guò)載體的通道(17)的步驟。
19.如權(quán)利要求1至18中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，晶片(35)與至少一個(gè)結(jié)構(gòu)化載體相接合的步驟包括與至少一個(gè)另外的作為間隔層的載體相接合的步驟。
20.如權(quán)利要求1至19中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，載體具有一組包括半導(dǎo)體材料的材料中的一種材料，這組材料尤其是硅和/或砷化鎵和/或磷化銦；玻璃，尤其是石英玻璃；氟化鈣；金屬；泡沫玻璃；泡沫金屬；低K電介質(zhì)；藍(lán)寶石，尤其是藍(lán)寶石玻璃；復(fù)合材料；陶瓷和塑料。
21.如權(quán)利要求1至20中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，晶片(35)和載體(9)包含相同的材料。
22.如權(quán)利要求1至21中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，載體和晶片具有與彼此相對(duì)的界面相互適配的熱膨脹系數(shù)。
23.如權(quán)利要求1至22中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，晶片與載體相接合的步驟包括晶片與載體進(jìn)行陽(yáng)極焊接的步驟。
24.如權(quán)利要求1至23中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，晶片與載體相接合的步驟包括晶片與載體進(jìn)行粘合的步驟。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，晶片與載體相接合的步驟包括用聚合物和/或環(huán)氧樹(shù)脂膠粘合的步驟。
26.如權(quán)利要求1至25中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，晶片與載體相接合的步驟包括對(duì)晶片的和/或載體的區(qū)域進(jìn)行金屬化的步驟，以及對(duì)金屬化區(qū)域進(jìn)行合金焊的步驟。
27.如權(quán)利要求1至26中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，晶片與載體相接合的步驟包括擴(kuò)散焊接和/或玻璃焊的步驟。
28.如權(quán)利要求1至27中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，形成至少一個(gè)結(jié)構(gòu)化載體的步驟包括在至少一個(gè)載體中形成分割位置(40)的步驟。
29.如權(quán)利要求1至28中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在與小片具有活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置(7)的側(cè)面相反的側(cè)面上形成至少一個(gè)用于活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置(7)的功能結(jié)構(gòu)(11)的步驟。
30.電子元件(1)，它包括至少一個(gè)半導(dǎo)體元件(3)，半導(dǎo)體元件在至少第一個(gè)側(cè)面(5)上具有至少一個(gè)活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置(7)，尤其是該元件按權(quán)利要求1至28中任一項(xiàng)所述方法制造，其特征在于，半導(dǎo)體元件(3)在第一個(gè)側(cè)面(5)上用一個(gè)結(jié)構(gòu)化載體(9)覆蓋，此載體具有至少一個(gè)用于活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置(7)的功能結(jié)構(gòu)。
31.如權(quán)利要求30所述的電子元件，其特征在于，功能結(jié)構(gòu)借助于干腐蝕和/或濕化學(xué)腐蝕和/或機(jī)械研磨和/或機(jī)械磨洗、蒸鍍和/或?yàn)R蝕和/或CVD涂層和/或PVD涂層和/或電鍍和/或借助于絲網(wǎng)印刷和/或抗蝕涂層來(lái)形成。
32.如權(quán)利要求30或31所述的電子元件，其特征在于，結(jié)構(gòu)化載體具有一個(gè)間隔層，特別用于至少一個(gè)光學(xué)元件(23，25，31)。
33.如權(quán)利要求30或31或32所述的電子元件，其特征在于，結(jié)構(gòu)化載體具有至少一個(gè)尤其是用于容納流體的空間。
34.如權(quán)利要求30至33中任一項(xiàng)所述的電子元件，結(jié)構(gòu)化載體具有一個(gè)機(jī)械配合件(21)。
35.如權(quán)利要求34所述的電子元件，其特征在于，機(jī)械配合件適用于容納一個(gè)光學(xué)元件(23，25)，尤其是一個(gè)波導(dǎo)(25)，和/或一個(gè)微電子元件和/或一個(gè)壓電元件。
36.如權(quán)利要求30至35中任一項(xiàng)所述的電子元件，其特征在于，載體與半導(dǎo)體元件(3)通過(guò)陽(yáng)極焊接相互聯(lián)結(jié)。
37.如權(quán)利要求30至36中任一項(xiàng)所述的電子元件，其特征在于，載體與半導(dǎo)體元件(3)主要用聚合物和/或環(huán)氧樹(shù)脂膠和/或玻璃焊劑粘合和/或焊接和/或擴(kuò)散焊接。
38.如權(quán)利要求30至37中任一項(xiàng)所述的電子元件，其特征在于，在與半導(dǎo)體元件(3)具有活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置(7)的側(cè)面(5)相反的側(cè)面(10)上具有至少一個(gè)功能結(jié)構(gòu)(11)。
39.如權(quán)利要求30至38中任一項(xiàng)所述的電子元件，其特征在于，載體具有至少一個(gè)通道(17)。
40.如權(quán)利要求30至39中任一項(xiàng)所述的電子元件，其特征在于，載體具有多層(91，92，93，94)。
41.如權(quán)利要求40所述的電子元件，其特征在于，各層(91，92，93，94)分別具有至少一個(gè)用于活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置的功能結(jié)構(gòu)(11)。
42.如權(quán)利要求30至41中任一項(xiàng)所述的電子元件，其特征在于，載體具有至少一個(gè)空腔，尤其是一個(gè)諧振腔。
43.如權(quán)利要求30至42中任一項(xiàng)所述的電子元件，其特征在于，載體架具有至少一個(gè)溝道，尤其是一個(gè)V型槽，其中溝道最好在沿著載體表面的方向上延伸。
全文摘要
為了實(shí)現(xiàn)電子元件外殼中的功能結(jié)構(gòu)集成，提出一種制造電子元件的方法，電子元件至少包括一個(gè)半導(dǎo)體元件，該半導(dǎo)體元件在至少一個(gè)側(cè)面上具有至少一個(gè)活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置，此方法包括以下步驟在一個(gè)晶片上準(zhǔn)備至少一個(gè)小片，形成至少一個(gè)結(jié)構(gòu)化載體，它具有至少一個(gè)用于活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置的功能結(jié)構(gòu)，將晶片與至少一個(gè)載體相接合，使得小片具有活性傳感裝置和/或發(fā)射裝置的一側(cè)面對(duì)著載體，分割小片。
文檔編號(hào)H01L21/283GK1701441SQ02816573
公開(kāi)日2005年11月23日 申請(qǐng)日期2002年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月24日
發(fā)明者竹金·雷比, 弗羅瑞恩·比克 申請(qǐng)人:肖特股份公司