DE102014224063B3 - MEMS device with a deformable membrane - Google Patents

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DE102014224063B3 DE102014224063.8A DE102014224063A DE102014224063B3 DE 102014224063 B3 DE102014224063 B3 DE 102014224063B3 DE 102014224063 A DE102014224063 A DE 102014224063A DE 102014224063 B3 DE102014224063 B3 DE 102014224063B3
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Michaela Mitschke
Andreas Duell
Stefan Zehringer
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Abstract

Es wird ein Konzept für ein MEMS-Bauelement mit einer Membran und einer Filterstruktur im Bereich des Medienanschlusskanals vorgeschlagen, das sich vergleichsweise einfach realisieren lässt. Demnach ist die deformierbare Membran (1) in der Vorderseite des Bauelements (101) ausgebildet. Außerdem umfasst das MEMS-Bauelement (101) mindestens einen Medienanschlusskanal (3), der mit einer Filterstruktur (41), der seitlich neben der Membran (1) angeordnet ist und sich von der Rückseite bis zur Vorderseite des Bauelements (101) erstreckt, so dass die Membran (1) vorderseitig mit dem gefilterten Medium in Kontakt tritt.A concept for a MEMS component with a membrane and a filter structure in the region of the media connection channel is proposed, which can be implemented comparatively easily. Accordingly, the deformable membrane (1) is formed in the front of the device (101). In addition, the MEMS component (101) comprises at least one media connection channel (3) which has a filter structure (41) which is arranged laterally next to the membrane (1) and extends from the rear side to the front side of the component (101) the membrane (1) comes into contact with the filtered medium on the front side.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein MEMS-Bauelement mit mindestens einer deformierbaren Membran, die in der Vorderseite des Bauelements ausgebildet ist, und mit mindestens einem Medienanschlusskanal für die Membran, der mit einer Filterstruktur versehen ist.The invention relates to a MEMS component having at least one deformable membrane, which is formed in the front side of the component, and having at least one media connection channel for the membrane, which is provided with a filter structure.

Derartige MEMS-Bauelemente werden in der Praxis beispielsweise zur Druckmessung oder als Mikrofon eingesetzt. Dabei werden die druck- bzw. schalldruckbedingten Auslenkungen der Membran mit Hilfe von piezoresistiven Widerständen oder auch mit Hilfe einer Kondensatoranordnung in elektrische Signale umgewandelt. Diese können dann einfach mit entsprechenden Schaltungsmitteln verarbeitet und ausgewertet werden. Bei der Druckbeaufschlagung tritt die mikromechanische Membran mit dem Umgebungsmedium in Kontakt. Je nach Einsatzort des MEMS-Bauelements können dabei Partikel in die Bauelementstruktur eindringen, die sowohl die mechanischen Eigenschaften der Membran als auch die Funktionalität der elektrischen Schaltelemente zur Signalerfassung beeinträchtigen. Bei bestimmten Anwendungen erfolgt die Druckbeaufschlagung der Membran deshalb über eine Filterstruktur im Medienanschlusskanal, die verhindert, dass Partikel bis zur Membran vordringen.Such MEMS components are used in practice, for example for pressure measurement or as a microphone. In this case, the pressure or sound pressure induced deflections of the membrane by means of piezoresistive resistors or by means of a capacitor arrangement are converted into electrical signals. These can then be easily processed and evaluated with appropriate circuit means. During pressurization, the micromechanical membrane comes into contact with the surrounding medium. Depending on the location of use of the MEMS component, particles can penetrate into the component structure, which impair both the mechanical properties of the membrane and the functionality of the electrical switching elements for signal detection. In certain applications, the membrane is therefore pressurized by a filter structure in the media connection channel, which prevents particles from reaching the membrane.

Die US 8,633,553 B2 beschäftigt sich mit Filterstrukturen für Medienanschlüsse von mikromechanischen Sensoren und Aktuatoren. Gemäß dieser Druckschrift ist es bekannt, eine mikromechanische Filterstruktur in einem Kappenwafer zu realisieren, der unabhängig von dem Sensor- bzw. Aktorbauelement gefertigt wird und dann auf diesem Bauelement über dessen Medienanschlussöffnung montiert wird. Des Weiteren wird in dieser Druckschrift in Verbindung mit 4 ein MEMS-Bauelement mit einer deformierbaren Membran beschrieben, das als Mikropumpe verwendet werden kann, beispielsweise zum Dosieren und Verabreichen von Insulin. Die Membran überspannt hier einen Hohlraum im Schichtaufbau des Bauelements, der über eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung an die Bauelementrückseite angeschlossen ist. Die Membran ist mit Aktuatormitteln, wie z. B. Piezowiderständen, ausgestattet und kann so gezielt ausgelenkt werden, um eine Strömung von der Einlassöffnung über den Hohlraum zur Auslassöffnung zu erzeugen. Im Bereich der Einlassöffnung ist eine Filterstruktur ausgebildet, mit der das so transportierte Medium gefiltert wird.The US 8,633,553 B2 deals with filter structures for media connections of micromechanical sensors and actuators. According to this document, it is known to realize a micromechanical filter structure in a cap wafer, which is manufactured independently of the sensor or Aktorbauelement and then mounted on this device via the media connection opening. Furthermore, in this document in connection with 4 describes a MEMS device with a deformable membrane that can be used as a micropump, for example for dosing and administering insulin. Here, the membrane spans a cavity in the layer structure of the component, which is connected to the component rear side via an inlet opening and an outlet opening. The membrane is equipped with actuator means, such as. As piezoresistors, and thus can be selectively deflected to generate a flow from the inlet opening via the cavity to the outlet opening. In the region of the inlet opening, a filter structure is formed with which the medium thus transported is filtered.

Die in der US 8,633,553 B2 beschriebene Fertigung der Filterstruktur im Schichtaufbau des bekannten MEMS-Mikropumpen-Bauelements ist relativ aufwendig und lässt sich nicht ohne weiteres in die Abscheidungs- und Strukturierungsschritte zum Erzeugen der Membran über dem Hohlraum integrieren. Vielmehr sind hierfür eigene zusätzliche Prozessschritte erforderlich.The in the US 8,633,553 B2 described fabrication of the filter structure in the layer structure of the known MEMS micropump device is relatively expensive and can not be readily integrated into the deposition and structuring steps to create the membrane over the cavity. Rather, this own additional process steps are required.

Aus der Schrift US 2008/0283988 A1 ist ein Aufbau eines mikromechanischen Systems bekannt, bei dem ein mikromechanisches Mikrofonelement auf einen IC Chip aufgebracht und anschließend wenigstens teilweise mit einem Verkapselungsmaterial umschlossen wird, wobei die Membran des Mikrofonelements ausgespart wird. Zur Führung der akustischen Signale wird durch das Verkapselungsmaterial ein akustischer Durchgang von der Rückseite auf die Vorderseite erzeugt, auf dem sich die Membran des Mikrofonelements befindet.From the Scriptures US 2008/0283988 A1 a structure of a micromechanical system is known in which a micromechanical microphone element is applied to an IC chip and then at least partially enclosed with an encapsulation material, wherein the membrane of the microphone element is recessed. To guide the acoustic signals, an acoustic passage is produced by the encapsulation material from the rear side to the front side, on which the membrane of the microphone element is located.

In der Schrift US 2012/0237073 A1 wird ein mikromechanisches System beschrieben, bei dem ein Mikrofon auf ein Substrat aufgebracht wird. Zur Führung der akustischen Signale ist in dem Substrat eine Durchführung eingebracht. Oberhalb der Durchführung ist eine Filterstruktur vorgesehen, die das Eindringen von Partikeln in den Hohlraum des Mikrofons verhindert.In Scripture US 2012/0237073 A1 describes a micromechanical system in which a microphone is applied to a substrate. To guide the acoustic signals, a bushing is introduced in the substrate. Above the bushing, a filter structure is provided which prevents the penetration of particles into the cavity of the microphone.

Aus der Schrift US 7,644,625 B2 ist der Aufbau eines Differenzdrucksensors bekannt, bei dem eine Membran und ein darunter befindlicher Hohlraum in einem Substrat realisiert wird. Zur Erfassung des Differenzdrucks sind separate Zugänge zu dem Hohlraum unter der Membran als auch zu der auf der anderen Seite der Membran befindlichen Referenzkavität vorgesehen. Für diesen zweiten Zugang ist dabei seitlich neben der Membran eine Durchgangsöffnung durch das Substrat vorgesehen.From the Scriptures US 7,644,625 B2 the construction of a differential pressure sensor is known, in which a membrane and a cavity below it is realized in a substrate. To detect the differential pressure, separate accesses are provided to the cavity below the membrane as well as to the reference cavity located on the other side of the membrane. For this second access, a passage opening through the substrate is provided laterally next to the membrane.

Aus der Schrift DE 10 2013 213 071 B3 ist ein mikromechanisches Bauteil vorgesehen, bei dem der Druckzugang zu einer Kaverne eines Mikrophons seitlich von oben durch eine oberhalb der Membran angeordnete Schicht geführt wird, die die Gegenelektrode des Mikrofons bildet.From the Scriptures DE 10 2013 213 071 B3 a micromechanical component is provided, in which the pressure access to a cavity of a microphone is guided laterally from above through a layer arranged above the membrane, which forms the counter electrode of the microphone.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Konzept für ein MEMS-Bauelement mit einer Membran und einer Filterstruktur im Bereich des Medienanschlusskanals vorgeschlagen, das sich vergleichsweise einfach realisieren lässt.The present invention proposes a concept for a MEMS component with a membrane and a filter structure in the region of the media connection channel, which can be implemented comparatively easily.

Dieses Bauelementkonzept sieht erfindungsgemäß vor, den Medienanschlusskanal seitlich neben der Membran anzuordnen und von der Rückseite durch den gesamten Schichtaufbau des Bauelements bis zur Vorderseite zu führen, so dass die Membran vorderseitig mit dem gefilterten Medium in Kontakt tritt.This component concept according to the invention provides to arrange the media connection channel laterally next to the membrane and to guide from the back through the entire layer structure of the device to the front, so that the membrane comes into contact with the filtered medium on the front side.

Mit Hilfe einer elektrisch leitfähigen Beschichtung, wie z. B. einer Metallisierung oder einer dotierten Halbleiterschicht, an die eine elektrische Spannung angelegt wird, kann die Filterstruktur beheizt werden und so einfach gegen Vereisung und Feuchte geschützt werden. Weiterhin können mit der elektrisch leitfähigen Beschichtung auch Spannungsimpulse an die Filterstruktur angelegt werden, um Partikel elektrostatisch fernzuhalten. With the help of an electrically conductive coating, such. As a metallization or a doped semiconductor layer to which an electrical voltage is applied, the filter structure can be heated and protected so easily against icing and moisture. Furthermore, voltage pulses can also be applied to the filter structure with the electrically conductive coating in order to keep particles away electrostatically.

Das erfindungsgemäße Bauelementkonzept basiert auf der Annahme, dass das MEMS-Bauelement in Flip-Chip-Technik auf einem Träger, auf einem anderen Bauelement oder innerhalb eines Gehäuses montiert wird. Durch diese Art der Montage wird die vorderseitige Membran sowohl während der Bauteilfertigung als auch im Betrieb geschützt. Die Vorderseite der Membran soll ausschließlich indirekt, über den rückseitigen Medienanschluss mit dem Umgebungsmedium in Kontakt treten. Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass diese Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT) eine besonders einfache Realisierung einer Filterstruktur innerhalb des Medienanschlusskanals im Schichtaufbau des MEMS-Bauelements ermöglicht.The device concept according to the invention is based on the assumption that the MEMS device is mounted on a carrier, on another component or within a housing in flip-chip technology. This type of mounting protects the front membrane both during component manufacturing and during operation. The front side of the membrane should only come in indirect contact with the surrounding medium via the rear media connection. According to the invention, it has been recognized that this construction and connection technology (AVT) enables a particularly simple realization of a filter structure within the media connection channel in the layer structure of the MEMS component.

Grundsätzlich kann die Filterstruktur in einer beliebigen Schicht oder Schichtenfolge des Schichtaufbaus des MEMS-Bauelements ausgebildet sein. Es erweist sich jedoch im Hinblick auf eine möglichst einfache Prozessführung bei der Herstellung der Bauelementstruktur als vorteilhaft, die Filterstruktur in einer oder beiden Hauptoberflächen des MEMS-Bauelements auszubilden, also in der Vorderseite des MEMS-Bauelements und/oder in dessen Rückseite. Wenn die Filterstruktur in der Vorderseite des MEMS-Bauelements ausgebildet wird, kann sie vorteilhafter Weise zusammen mit der Membran des MEMS-Bauelements angelegt werden, bevor der Medienanschlusskanal dann in einem Rückseitenprozess geöffnet wird. Eine Filterstruktur in der Bauelementrückseite erfordert eine spezielle Rückseitenprozessierung, beispielsweise in einem Rückseitentrenchprozess, der in den vorderseitig eingebrachten Medienkanal mündet.In principle, the filter structure can be formed in any layer or layer sequence of the layer structure of the MEMS component. However, with regard to the simplest possible process management in the production of the component structure, it proves to be advantageous to form the filter structure in one or both main surfaces of the MEMS component, ie in the front side of the MEMS component and / or in its rear side. When the filter structure is formed in the front of the MEMS device, it may be advantageously applied together with the membrane of the MEMS device before the media port is then opened in a backside process. A filter structure in the component backside requires a special backside processing, for example in a backside trenching process, which opens into the front-side introduced media channel.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn der Medienkanal mit der Filterstruktur umlaufend um die Membran ausgebildet ist. Zum einen trägt diese Anordnung zu einer gleichmäßigen Medienbeaufschlagung der Membran bei. Zum anderen kann die Filterstruktur in diesem Fall besonders gut auch zur Kompensation von mechanische Spannungen innerhalb der Bauelementstruktur genutzt werden. Solche Spannungen können montagebedingt auftreten oder auch aufgrund von Temperaturschwankungen. Da das MEMS-Bauelement im Bereich der Filterstruktur besonders dünn ist, wird dieser Bereich bevorzugt deformiert, um mechanische Spannungen abzubauen. Mit Hilfe einer umlaufenden Filterstruktur lässt sich der Membranbereich vom Montagebereich des MEMS-Bauelements also weitgehend mechanisch entkoppeln.It is particularly advantageous if the media channel with the filter structure is formed circumferentially around the membrane. On the one hand, this arrangement contributes to a uniform media loading of the membrane. On the other hand, the filter structure in this case can also be used particularly well for the compensation of mechanical stresses within the component structure. Such voltages can occur due to installation or due to temperature fluctuations. Since the MEMS device is particularly thin in the region of the filter structure, this region is preferably deformed in order to reduce mechanical stresses. With the aid of a circulating filter structure, the membrane region can thus largely be decoupled mechanically from the mounting region of the MEMS component.

Die Auslegung der Filterstruktur hängt wesentlich vom Einsatzort des MEMS-Bauelements ab, genauer gesagt von der Art und Größe der dort auftretenden Partikel, die aus dem Umgebungsmedium herausgefiltert werden sollen. Bei manchen Anwendungen kann die Filterstruktur auch als akustischer Frequenzfilter und/oder zum Abfangen von Druckspitzen genutzt werden. Diese Filtereigenschaften können ebenfalls durch die Größe, Form und Länge der Filteröffnungen beeinflusst werden.The design of the filter structure depends essentially on the location of use of the MEMS device, more precisely on the type and size of the particles occurring there, which are to be filtered out of the surrounding medium. In some applications, the filter structure can also be used as an acoustic frequency filter and / or to intercept pressure spikes. These filter characteristics can also be influenced by the size, shape and length of the filter openings.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Filterstruktur in Form einer rasterartigen Anordnung von Filteröffnungen realisiert, die sich zumindest über einen Teil des Schichtaufbaus des MEMS-Bauelements erstrecken. Mit derartigen Rasterstrukturen kann auch bei sehr kleinen Filteröffnungen eine vorgegebene Durchflussmenge erzielt werden. Des Weiteren kann es von Vorteil sein, wenn sich die Filteröffnungen der Filterstruktur zur Vorderseite des MEMS-Bauelements hin konisch verengen. Dadurch wird das Eindringen und Vordringen von Partikeln zur Membran zusätzlich erschwert. Bei einigen Anwendungen erweist es sich auch als vorteilhaft, die Filterstruktur bzw. die Durchgangsöffnungen der Filterstruktur mit einer Beschichtung zu versehen, um die Bauelementstruktur insgesamt vor schädlichen Umwelteinflüssen zu schützen. So kann mit Hilfe einer hydrophoben Beschichtung, wie z. B. einer Teflon- oder ASC(Anti Stiction Coating)-Beschichtung einfach verhindert werden, dass sich die Filterstruktur durch Feuchtigkeitsniederschlag zusetzt.In a preferred embodiment of the invention, the filter structure is realized in the form of a grid-like arrangement of filter openings which extend over at least part of the layer structure of the MEMS component. With such grid structures, a predetermined flow rate can be achieved even with very small filter openings. Furthermore, it may be advantageous if the filter openings of the filter structure conically narrow towards the front side of the MEMS component. This additionally complicates the penetration and penetration of particles to the membrane. In some applications, it also proves to be advantageous to provide the filter structure or the through openings of the filter structure with a coating in order to protect the component structure as a whole from harmful environmental influences. So can with the help of a hydrophobic coating, such. As a Teflon or ASC (Anti Stiction Coating) coating can be easily prevented that the filter structure clogged by moisture.

An dieser Stelle sei noch erwähnt, dass sich das erfindungsgemäße Bauelementkonzept insbesondere für Drucksensoren und Mikrofone eignet, aber nicht auf MEMS-Bauelemente mit diesen Funktionen beschränkt ist.It should be mentioned at this point that the component concept according to the invention is particularly suitable for pressure sensors and microphones, but is not limited to MEMS components having these functions.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Wie bereits voranstehend erörtert, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird einerseits auf die nachgeordneten Patentansprüche verwiesen und andererseits auf die nachfolgende Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren.As already discussed above, there are various possibilities for embodying and developing the teaching of the present invention in an advantageous manner. Reference is made on the one hand to the subordinate claims and on the other hand to the following description of several embodiments of the invention with reference to FIGS.

1a, 1b zeigen jeweils eine schematische Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes MEMS-Bauelement und 1a . 1b each show a schematic sectional view through an inventive MEMS device and

2a, 2b zeigen zwei Aufbauvarianten für ein Drucksensorbauteil mit einem erfindungsgemäßen MEMS-Sensorbauelement anhand von schematischen Schnittdarstellungen. 2a . 2 B show two construction variants for a pressure sensor component with a inventive MEMS sensor component based on schematic sectional views.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Bei den in den 1a und 1b dargestellten MEMS-Bauelementen 101 und 102 handelt es sich jeweils um ein Sensorbauelement zur Absolutdruckmessung. Dazu ist in der Bauelementvorderseite eine druckempfindliche deformierbare Membran 1 ausgebildet, die einen Hohlraum 2 im Schichtaufbau des Bauelements 101 bzw. 102 überspannt. In diesem abgeschlossenen Hohlraum 2 herrscht ein definierter Referenzdruck. Der Messdruck muss also auf die Vorderseite der Membran 1 einwirken. Da die beiden MEMS-Bauelemente 101 und 102 für eine Flip-Chip-Montage konzipiert sind, ist innerhalb der Bauelementstruktur ein Medienanschlusskanal 3 ausgebildet, der sich von der Rückseite bis zur Vorderseite, also durch den gesamten Schichtaufbau des Bauelements 101 bzw. 102, erstreckt. Dieser Medienanschlusskanal 3 ist seitlich neben der Membran 1 angeordnet und dementsprechend auch neben dem Hohlraum 2. In den hier dargestellten Ausführungsbeispielen handelt es sich jeweils um einen Ringkanal 3, der die Membran 1 umgibt. Im Bereich des Ringkanals 3 ist jeweils eine Filterstruktur 41 bzw. 42 ausgebildet. Im Fall des in 1a dargestellten MEMS-Bauelements 101 wurde die Filterstruktur 41 in der Bauelementrückseite realisiert, während die Filterstruktur 42 im Fall des in 1b dargestellten Ausführungsbeispiels 102 in der Bauelementvorderseite neben der Membran 1 angeordnet ist. Die in den 1a und 1b dargestellten MEMS-Bauelemente 101 und 102 werden über eine umlaufend druckdichte Verbindung auf einem Träger oder innerhalb eines Gehäuses montiert. Mit 5 sind Lötkugeln zur elektrischen Kontaktierung dargestellt. In jedem Fall sorgen die Filterstrukturen 41 und 42 dafür, dass die Membran 1 vorderseitig lediglich mit dem gefilterten Umgebungsmedium in Kontakt tritt. In den beiden hier dargestellten Ausführungsbeispielen dient die umlaufende Filterstruktur 41 bzw. 42 außerdem der Stressentlastung und -kompensation. Dadurch wird die Membran 1 vom Montagebereich des Bauelements 101 bzw. 102 weitgehend mechanisch entkoppelt. Bei der Filterstruktur 41 bzw. 42 kann es sich einfach um eine Aneinanderreihung von Durchgangsöffnungen 4 handeln oder auch um eine rasterartige, also mehrreihige Anordnung von Durchgangsöffnungen 4, deren Größe sich in erster Linie nach der Größe und Art der zu filternden Partikel richtet. Bei den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen 101 und 102 ist die Membran 1 sowohl mechanisch als auch elektrisch über Stege mit dem „Festland” des Bauelements verbunden. Je nach Umgebungsdruck wird die Membran 1 mehr oder weniger stark ausgelenkt. Die Membranverformungen werden beispielsweise mit Hilfe von hier nicht im Einzelnen dargestellten Piezowiderständen auf der Membran 1 in ein elektrisches Signal umgewandelt, die dann mit entsprechenden Schaltungsmitteln weiter verarbeitet und ausgewertet werden können.In the in the 1a and 1b represented MEMS devices 101 and 102 each is a sensor device for absolute pressure measurement. For this purpose, in the component front side is a pressure-sensitive deformable membrane 1 formed a cavity 2 in the layer structure of the device 101 respectively. 102 spans. In this closed cavity 2 there is a defined reference pressure. The measuring pressure must therefore be on the front of the membrane 1 act. Because the two MEMS devices 101 and 102 are designed for a flip-chip mounting, is within the component structure, a media connection channel 3 formed, extending from the back to the front, so through the entire layer structure of the device 101 respectively. 102 , extends. This media connection channel 3 is laterally next to the membrane 1 arranged and accordingly also next to the cavity 2 , In the embodiments shown here are each an annular channel 3 who is the membrane 1 surrounds. In the area of the ring channel 3 each is a filter structure 41 respectively. 42 educated. In the case of in 1a represented MEMS device 101 became the filter structure 41 realized in the back of the device, while the filter structure 42 in the case of in 1b illustrated embodiment 102 in the component front side next to the membrane 1 is arranged. The in the 1a and 1b illustrated MEMS devices 101 and 102 are mounted on a support or within a housing via an all-round pressure-tight connection. With 5 Solder balls are shown for electrical contacting. In any case, the filter structures provide 41 and 42 for that the membrane 1 front side only comes into contact with the filtered ambient medium. In the two exemplary embodiments illustrated here, the circulating filter structure is used 41 respectively. 42 In addition, the stress relief and compensation. This will make the membrane 1 from the mounting area of the component 101 respectively. 102 largely mechanically decoupled. In the filter structure 41 respectively. 42 it can simply be a series of through holes 4 act or even a grid-like, so multi-row arrangement of passage openings 4 whose size depends primarily on the size and nature of the particles to be filtered. In the embodiments described here 101 and 102 is the membrane 1 both mechanically and electrically via webs connected to the "mainland" of the device. Depending on the ambient pressure, the membrane 1 more or less distracted. The membrane deformations, for example, by means of piezoresistors not shown in detail on the membrane 1 converted into an electrical signal, which can then be further processed and evaluated with appropriate circuit means.

Die beiden voranstehend beschriebenen MEMS-Bauelemente 101 und 102 können beispielsweise ausgehend von einem Siliziumsubstrat mit Standardverfahren der Halbleiterprozessierung gefertigt werden. So kann die Membran 1 über dem Hohlraum 2 beispielsweise in einem APSM(advanced porous silicon membrane)-Prozess erzeugt werden. Der Medienzugangskanal 3 mit der Filterstruktur 4 kann in einem zweiseitigen Trenchprozess ausgebildet werden oder auch in einem Trenchprozess in Kombination mit einem KOH-Ätzprozess, wenn konische Filterdurchgangsöffnungen erzeugt werden sollen. Alternativ dazu kann die Filterstruktur auch in einem Opferschichtverfahren erzeugt werden.The two MEMS devices described above 101 and 102 For example, they can be fabricated from a silicon substrate using standard semiconductor processing techniques. So can the membrane 1 over the cavity 2 For example, be produced in an APSM (advanced porous silicon membrane) process. The media access channel 3 with the filter structure 4 can be formed in a two-sided trench process or even in a trench process in combination with a KOH etch process when conical filter vias are to be created. Alternatively, the filter structure can also be produced in a sacrificial layer method.

An dieser Stelle sei noch angemerkt, dass das erfindungsgemäße Bauelementkonzept auch MEMS-Bauelemente, wie z. B. Relativdrucksensoren umfasst, deren Membran nicht nur vorderseitig sondern auch rückseitig mit einem Medium beaufschlagt werden. Derartige Membranen können beispielsweise in einem rückseitigen KOH-Ätzschritt freigelegt werden.At this point it should be noted that the inventive device concept also MEMS devices, such. B. relative pressure sensors, the membrane of which are applied not only on the front side but also on the back with a medium. Such membranes may, for example, be exposed in a backside KOH etch step.

Die beiden voranstehend beschriebenen Drucksensorelemente 101 und 102 können beispielsweise im Rahmen der beiden in den 2a und 2b dargestellten Bauteile 201 und 202 verbaut werden. Diese umfassen jeweils ein Gehäuseteil 20 mit einem Bodenabschnitt 21 und einer umlaufenden Seitenwandung 22. Zumindest im Bodenabschnitt 21 des Gehäuseteils 20 sind Leiterbahnen eingebettet, die als Pins zur externen Bauteilkontaktierung nach außen geführt sind, was hier allerdings nicht im Einzelnen dargestellt ist.The two pressure sensor elements described above 101 and 102 For example, in the context of the two in the 2a and 2 B illustrated components 201 and 202 be installed. These each comprise a housing part 20 with a bottom section 21 and a circumferential side wall 22 , At least in the bottom section 21 of the housing part 20 are embedded conductor tracks, which are out as pins for external component contacting to the outside, which is not shown here in detail.

Im Fall des Bauteils 201 wurde das Drucksensorelement 101 über Lötkugeln 5 mit der Bauelementvorderseite, d. h. in Flip-Chip-Technik, auf dem Bodenabschnitt 21 des Gehäuseteils 20 montiert. Die Lötkugeln 5 sind außen seitlich vom Ringkanal 3 des Drucksensorelements 101 angeordnet und fungieren nicht nur als mechanische und elektrische Verbindung zwischen dem Drucksensorelement 101 und dem Bodenabschnitt 21 des Gehäuseteils 20 sondern auch als Distanzhalter, so dass zwischen dem geschlossenen Bodenabschnitt 21 und der Sensormembran 1 ein Freiraum 7 besteht. Dieser Freiraum 7 ermöglicht eine Druckbeaufschlagung der Sensormembran 1 über den Ringkanal 3. Die Lötverbindung 5 wurde außerdem noch außen seitlich mit einer Dichtungsmasse 6 abgedichtet, um zu gewährleisten, dass der Ringkanal 3 mit der Filterstruktur 41 die einzige Druckverbindung zur Sensormembran 1 bildet. Mit Hilfe eines Dichtrings 61 wurde das Vordringen der Dichtungsmasse 6 in den Freiraum 7 und zur Sensormembran 1 während der Fertigung verhindert. Zusätzlich aber nicht notwendigerweise kann ein Dichtring 66 appliziert werden. Alternativ zur Einbettung des Sensorbauelements 101 in einer Dichtungsmasse 6 kann das Sensorelement auch druckdicht in ein entsprechend dimensioniertes Gehäuseteil eingepresst werden.In the case of the component 201 became the pressure sensor element 101 over solder balls 5 with the device front side, ie in flip-chip technology, on the bottom section 21 of the housing part 20 assembled. The solder balls 5 are outside of the ring channel 3 of the pressure sensor element 101 arranged and act not only as a mechanical and electrical connection between the pressure sensor element 101 and the bottom section 21 of the housing part 20 but also as a spacer, so that between the closed bottom section 21 and the sensor membrane 1 a free space 7 consists. This free space 7 allows pressurization of the sensor membrane 1 over the ring channel 3 , The solder connection 5 was also outside on the side with a sealant 6 sealed to ensure that the annular channel 3 with the filter structure 41 the only pressure connection to the sensor membrane 1 forms. With the help of a sealing ring 61 became the encroachment of the sealant 6 in the open space 7 and to the sensor membrane 1 prevented during production. In addition, but not necessarily, a sealing ring 66 be applied. Alternatively to the embedding of the sensor component 101 in a sealant 6 The sensor element can also be pressed pressure-tight into a correspondingly dimensioned housing part.

Im Fall des Bauteils 202 wurde zunächst ein Chipstapel hergestellt, indem das Drucksensorelement 102 in Flip-Chip-Technik auf einem ASIC-Bauelement 30 montiert wurde. Der Ringkanal 3 des Drucksensorelements 102 mündet hier in einen Freiraum 7 zwischen dem ASIC-Bauelement 30 und der Sensormembran 1. Dieser Chipstapel wurde dann mit dem ASIC-Bauelement 30 auf dem Bodenabschnitt 21 des Gehäuseteils 20 montiert und in eine Dichtungsmasse 6 eingebettet, so dass auch hier der Ringkanal 3 mit der Filterstruktur 42 die einzige Druckverbindung zur Sensormembran 1 bildet. Die Dichtungsmasse 6 schützt hier außerdem die elektrische Verbindung 8 zwischen dem ASIC-Bauelement 30 und dem Gehäuseteil 20.In the case of the component 202 First, a chip stack was made by the pressure sensor element 102 in flip-chip technology on an ASIC device 30 was mounted. The ring channel 3 of the pressure sensor element 102 flows into a free space here 7 between the ASIC device 30 and the sensor membrane 1 , This chip stack was then used with the ASIC device 30 on the bottom section 21 of the housing part 20 mounted and in a sealant 6 embedded, so that here too the ring channel 3 with the filter structure 42 the only pressure connection to the sensor membrane 1 forms. The sealant 6 also protects the electrical connection here 8th between the ASIC device 30 and the housing part 20 ,

Claims (8)

MEMS-Bauelement (101; 102) zur Montage auf einem Träger oder innerhalb eines Gehäuses in Flip-Chip-Technik mit mindestens einer deformierbaren Membran (1), die in der Vorderseite des Bauelements (101; 102) ausgebildet ist, und mit mindestens einem Medienanschlusskanal (3), der mit einer Filterstruktur (41; 42) versehen ist, wobei der Medienanschlusskanal (3) seitlich neben der Membran (1) angeordnet ist und sich von der Rückseite bis zur Vorderseite des Bauelements (101; 102) erstreckt, so dass die Membran (1) mittels einer umlaufend druckdichten Verbindung auf dem Träger oder innerhalb des Gehäuses vorderseitig lediglich mit dem durch die Filterstruktur (41; 42) im Mediananachlusskanal (3) gefilterten Medium in Kontakt tritt, wobei die Durchgangsöffnungen der Filterstruktur (41; 42) mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung versehen sind und Mittel zum Anlegen einer Heizspannung oder zum Anlegen von Spannungsimpulsen vorgesehen sind.MEMS device ( 101 ; 102 ) for mounting on a support or within a housing in flip-chip technology with at least one deformable membrane ( 1 ) located in the front of the device ( 101 ; 102 ), and with at least one media connection channel ( 3 ), which has a filter structure ( 41 ; 42 ), wherein the media connection channel ( 3 ) laterally next to the membrane ( 1 ) and from the back to the front of the device ( 101 ; 102 ) so that the membrane ( 1 ) by means of a circumferentially pressure-tight connection on the carrier or within the housing on the front side only with the through the filter structure ( 41 ; 42 ) in the mediananachlusskanal ( 3 ) filtered medium, wherein the passage openings of the filter structure ( 41 ; 42 ) are provided with an electrically conductive coating and means are provided for applying a heating voltage or for applying voltage pulses. MEMS-Bauelement (102) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterstruktur (42) ebenfalls in der Vorderseite des MEMS-Bauelements (102) ausgebildet ist.MEMS device ( 102 ) according to claim 1, characterized in that the filter structure ( 42 ) also in the front of the MEMS device ( 102 ) is trained. MEMS-Bauelement (101) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterstruktur (41) in der Rückseite des MEMS-Bauelements (101) ausgebildet ist.MEMS device ( 101 ) according to claim 1, characterized in that the filter structure ( 41 ) in the back of the MEMS device ( 101 ) is trained. MEMS-Bauelement (101; 102) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Medienanschlusskanal (3) mit der Filterstruktur (41; 42) umlaufend um die Membran (1) ausgebildet ist, insbesondere als Ringkanal.MEMS device ( 101 ; 102 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the media connection channel ( 3 ) with the filter structure ( 41 ; 42 ) around the membrane ( 1 ) is formed, in particular as an annular channel. MEMS-Bauelement (101; 102) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Filterstruktur (41; 42) eine mechanische Stressentlastung der Membran (1) vom umliegenden Montagebereich des Bauelements darstellt.MEMS device ( 101 ; 102 ) according to claim 4, characterized in that the circumferential filter structure ( 41 ; 42 ) a mechanical stress relief of the membrane ( 1 ) represents the surrounding mounting area of the device. MEMS-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterstruktur in Form einer rasterartigen Anordnung von Filteröffnungen (4) realisiert ist, die sich zumindest über einen Teil des Schichtaufbaus des MEMS-Bauelements erstrecken.MEMS component according to one of claims 1 to 5, characterized in that the filter structure in the form of a grid-like arrangement of filter openings ( 4 ) is realized, which extend at least over part of the layer structure of the MEMS device. MEMS-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Durchgangsöffnungen der Filterstruktur konisch verengen.MEMS component according to one of claims 1 to 6, characterized in that the passage openings of the filter structure conically narrow. MEMS-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnungen der Filterstruktur mit einer hydrophoben Beschichtung versehen sind, insbesondere mit einer Teflon- oder ASC(Anti Stiction Coating)-Beschichtung.MEMS component according to one of claims 1 to 7, characterized in that the through openings of the filter structure are provided with a hydrophobic coating, in particular with a Teflon or ASC (Anti Stiction Coating) coating.
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