DE102024202157A1

DE102024202157A1 - Method for manufacturing a MEMS array

Info

Publication number: DE102024202157A1
Application number: DE102024202157.1A
Authority: DE
Inventors: Christoph Schelling; Viktor Morosow; Johannes Holger Moeck; Ando Feyh
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2024-03-07
Filing date: 2024-03-07
Publication date: 2025-09-11

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines MEMS-Arrays (10) mit einer Anzahl zeilenförmig oder rasterförmig in oder auf einem Wafer (20) angeordneter MEMS-Bauelemente (12), insbesondere Mikrospiegel (14), die durch ein Aperturfenster (30) abgedeckt sind. Zunächst (a) erfolgt die Bereitstellung eines Wafers (20) mit einer Anzahl darin oder darauf angeordneter auslenkbarer und/oder bewegbarer MEMS-Bauelemente (12). Gemäß einem weiteren Verfahrensschritt (b) erfolgt ein Beabstanden des Aperturfensters (30) von den MEMS-Bauelementen (12) durch Aufbringen mindestens eines Abstandswafers (46, 48) auf den Wafer (20) und die Erzeugung einer umlaufenden Vertiefung (50) für das Aperturfenster (30) in einem Kappenwafer (44) oder in dem mindestens einen Abstandswafer (46, 48). Alternativ zu diesem Verfahrensschritt kann gemäß einem weiteren Verfahrensschritt (c) eine Beabstandung des Aperturfensters (30) von den MEMS-Bauelementen (12) durch einen additiven Aufbau eines additiv gefertigten 3D-Druck-Wafers (56) auf den Wafer (20) oder einen Abstandswafer (46, 48) erfolgen, derart, dass während des Aufbaus des additiven 3D-Druck-Wafers (56) die umlaufende Vertiefung (50) in diesem ausgebildet wird.
The invention relates to a method for producing a MEMS array (10) having a number of MEMS components (12), in particular micromirrors (14), arranged in a row or grid in or on a wafer (20), which are covered by an aperture window (30). First (a) a wafer (20) is provided having a number of deflectable and/or movable MEMS components (12) arranged therein or thereon. According to a further method step (b), the aperture window (30) is spaced apart from the MEMS components (12) by applying at least one spacer wafer (46, 48) to the wafer (20) and by producing a circumferential recess (50) for the aperture window (30) in a cap wafer (44) or in the at least one spacer wafer (46, 48). As an alternative to this method step, according to a further method step (c), the aperture window (30) can be spaced apart from the MEMS components (12) by additively building up an additively manufactured 3D-printed wafer (56) onto the wafer (20) or a spacer wafer (46, 48) in such a way that the circumferential recess (50) is formed in the additive 3D-printed wafer (56) during the construction of the latter.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines MEMS-Arrays mit einer Anzahl zeilenförmig oder rasterförmig in einem Wafer angeordneter MEMS-Bauelemente, insbesondere Mikrospiegel, die durch ein Aperturfenster abgedeckt werden. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein MEMS-Array mit einer NxM-Anordnung von MEMS-Bauelementen, insbesondere Mikrospiegeln sowie auf die Verwendung des Verfahrens zur Herstellung eines MEMS-Arrays.The invention relates to a method for producing a MEMS array comprising a number of MEMS components, in particular micromirrors, arranged in a row or grid in a wafer and covered by an aperture window. Furthermore, the invention relates to a MEMS array comprising an NxM arrangement of MEMS components, in particular micromirrors, and to the use of the method for producing a MEMS array.

Stand der TechnikState of the art

DE 10 2018 205 778 A1 hat ein Interferometer, bestehend aus einem Halteelement mit einer Aktuierungsausnehmung zum Gegenstand, mit einem ersten Spiegelelement, welches am Halteelement der Aktuierungsausnehmung gegenüberliegend angeordnet oder anordenbar ist, und mit einem zweiten Spiegelelement, das dem ersten Spiegelelement in einem Spiegelabstand gegenüberliegend angeordnet oder anordenbar ist, um einen optischen Spalt zu bilden. Das erste Spiegelelement ist zwischen dem zweiten Spiegelelement und dem Halteelement angeordnet oder anordenbar und der optische Spalt ist durch das erste Spiegelelement von der Aktuierungsausnehmung räumlich getrennt. Des Weiteren umfasst das Interferometer ein Elektrodenpaar aus einer ersten Aktuierungselektrode sowie einer zweiten Aktuierungselektrode. Diese ist an einer der ersten Aktuierungselektrode gegenüberliegenden Seite der Aktuierungsausnehmung definiert angeordnet oder anordenbar. DE 10 2018 205 778 A1 The invention relates to an interferometer comprising a holding element with an actuation recess, a first mirror element which is arranged or can be arranged on the holding element opposite the actuation recess, and a second mirror element which is arranged or can be arranged opposite the first mirror element at a mirror distance in order to form an optical gap. The first mirror element is arranged or can be arranged between the second mirror element and the holding element, and the optical gap is spatially separated from the actuation recess by the first mirror element. The interferometer further comprises an electrode pair consisting of a first actuation electrode and a second actuation electrode. The second actuation electrode is arranged or can be arranged in a defined manner on a side of the actuation recess opposite the first actuation electrode.

EP 3 141 521 B1 bezieht sich auf eine MEMS-Vorrichtung mit einer Trägerbasis, die eine Bodenfläche aufweist. Diese ist gestaltet, um in Kontakt mit einer Außenumgebung zu sein. Ferner ist eine Sensorplatte vorgesehen, die Halbleitermaterial beinhaltet und eine mikromechanische Detektionsstruktur integriert, ferner ein Sensorrahmen, der um die Sensorplatte herum angeordnet ist und mechanisch an eine Oberfläche der Trägerbasis gekoppelt ist. Ferner ist eine Kappe vorgesehen, die oberhalb der Sensorplatte angeordnet ist und mechanisch an die obere Fläche des Sensorrahmens gekoppelt ist, wobei eine entsprechende obere Fläche der Kappe gestaltet ist, um in Kontakt mit der Außenumgebung zu sein. Die Sensorplatte ist mechanisch und elektrisch durch einen Verbindungsdraht an den Sensorrahmen gekoppelt, wodurch die Sensorplatte teilweise auf der Trägerbasis an einem seitlichen Bodenkantenabschnitt davon ruht. EP 3 141 521 B1 relates to a MEMS device comprising a support base having a bottom surface configured to be in contact with an external environment. Further, a sensor plate is provided that includes semiconductor material and integrates a micromechanical detection structure, and a sensor frame is arranged around the sensor plate and mechanically coupled to a surface of the support base. Further, a cap is provided that is arranged above the sensor plate and mechanically coupled to the top surface of the sensor frame, wherein a corresponding top surface of the cap is configured to be in contact with the external environment. The sensor plate is mechanically and electrically coupled to the sensor frame by a connecting wire, whereby the sensor plate partially rests on the support base at a lateral bottom edge portion thereof.

DE 10 2021 206 471 A1 betrifft eine optische Projektionsanordnung umfassend eine erste Baugruppe, die auf einem gasdichten ersten Teilsubstrat angeordnet ist, mit einem an dem ersten Teilsubstrat angeordneten optoelektronischen Bauteil, wobei zumindest ein Teil der Sendestrahlung des optoelektronischen Bauteils eine Hauptabstrahlrichtung in einem Bereich von +/- 30° zu einer Vertikalen des ersten Teilsubstrats aufweist. Es ist ein gasdichtes Abdeckungselement vorgesehen, das mit dem ersten Teilsubstrat hermetisch gefügt ist, um eine hermetisch dichte Behausung für das optoelektronische Bauteil bereitzustellen. Das Abdeckungselement weist zumindest im Bereich der Hauptabstrahlrichtung ein für die Sendestrahlung transparentes Material auf, ferner eine Linsenanordnung, die fest bezüglich des Abdeckungselements angeordnet ist. Diese dient zur Kollimation der Sendestrahlung des optoelektronischen Bauteils. Ferner ist eine Prismaanordnung vorgesehen, die derart ausgebildet ist, um die kollimierte Sendestrahlung des optoelektronischen Bauteils zu führen und an einer Auskoppeloberfläche auszukoppeln. Ferner ist eine zweite Baugruppe vorgesehen, die auf einem zweiten Teilsubstrat angeordnet ist, mit einer MEMS-Spiegelanordnung mit einem beweglich aufgehängten und auslenkbaren MEMS-basierten Spiegelelement. Die Prismaanordnung und die MEMS-Spiegelanordnung sind geometrisch so zueinander angeordnet, dass die ausgekoppelte Sendestrahlung unter einem Einfallswinkel b auf das beweglich aufgehängte MEMS-basierte Spiegelelement trifft, wobei der Einfallswinkel b im Ruhezustand des MEMS-basierten Spiegelelements in einem Bereich zwischen 30° und 50° liegt. DE 10 2021 206 471 A1 relates to an optical projection arrangement comprising a first assembly arranged on a gas-tight first sub-substrate, with an optoelectronic component arranged on the first sub-substrate, wherein at least a portion of the transmission radiation of the optoelectronic component has a main emission direction within a range of +/- 30° to a vertical of the first sub-substrate. A gas-tight cover element is provided, which is hermetically joined to the first sub-substrate in order to provide a hermetically sealed housing for the optoelectronic component. The cover element has, at least in the region of the main emission direction, a material transparent to the transmission radiation, and furthermore a lens arrangement arranged fixedly with respect to the cover element. This lens arrangement serves to collimate the transmission radiation of the optoelectronic component. Furthermore, a prism arrangement is provided, which is designed to guide the collimated transmission radiation of the optoelectronic component and to couple it out at an output surface. Furthermore, a second assembly is provided, arranged on a second sub-substrate, comprising a MEMS mirror array with a movably suspended and deflectable MEMS-based mirror element. The prism array and the MEMS mirror array are geometrically arranged relative to one another such that the coupled-out transmitted radiation strikes the movably suspended MEMS-based mirror element at an angle of incidence b, wherein the angle of incidence b in the rest state of the MEMS-based mirror element lies in a range between 30° and 50°.

DE 10 2022 205 829 A1 bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren für eine mikromechanische Sensorvorrichtung und eine entsprechende mikromechanische Sensorvorrichtung. Das Herstellungsverfahren umfasst nachfolgende Schritte: Bereitstellen eines gebondeten Waferstapels mit einem ASIC-Wafer und einem darauf gebondeten MEMS-Wafer, wobei der ASIC-Wafer eine Mehrzahl von ASIC-Schaltungseinrichtungen und der MEMS-Wafer eine Mehrzahl von MEMS-Sensoreinrichtungen aufweist und wobei jeweils eine ASIC-Schaltungseinrichtung und eine entsprechende MEMS-Sensoreinrichtung derart übereinander angeordnet sind, dass sie eine jeweilige mikromechanische Sensorvorrichtung im Waferstapelverbund bilden. DE 10 2022 205 829 A1 relates to a manufacturing method for a micromechanical sensor device and a corresponding micromechanical sensor device. The manufacturing method comprises the following steps: providing a bonded wafer stack comprising an ASIC wafer and a MEMS wafer bonded thereto, wherein the ASIC wafer comprises a plurality of ASIC circuit devices and the MEMS wafer comprises a plurality of MEMS sensor devices, and wherein an ASIC circuit device and a corresponding MEMS sensor device are arranged one above the other in such a way that they form a respective micromechanical sensor device in the wafer stack assembly.

Ferner erfolgt die Bereitstellung mindestens eines ersten Verpackungswafers aus einem Glasmaterial oder einem Glaskeramikmaterial oder einem Keramikmaterial mit einer ersten Vorderseite und einer ersten Rückseite, wobei der erste Verpackungswafer an der ersten Rückseite eine Mehrzahl von Sacklöchern aufweist, welche jeweils einem entsprechenden Sensorerfassungsbereich einer jeweiligen MEMS-Sensoreinrichtung im Waferstapelverbund zugeordnet sind.Furthermore, at least one first packaging wafer made of a glass material or a glass ceramic material or a ceramic material having a first front side and a first back side is provided, wherein the first packaging wafer has a plurality of blind holes on the first back side, which are each assigned to a corresponding sensor detection area of a respective MEMS sensor device in the wafer stack assembly.

Es erfolgt ein Bonden der ersten Rückseite des ersten Verpackungswafers auf dem Waferstapel derart, dass die Sacklöcher jeweils mit dem entsprechenden Sensorerfassungsbereich der MEMS-Sensoreinrichtung in Fluidverbindung stehen. Es wird ein Rückdünnen des auf dem Waferstapel gebondeten ersten Verpackungswafers an der ersten Vorderseite vorgenommen, um die Sacklöcher an der ersten Vorderseite freizulegen, so dass die Sensorerfassungsbereiche der MEMS-Sensoreinrichtungen im Waferstapelverbund über die freigelegten Sacklöcher mit der Außenseite in Fluidverbindung stehen. Anschließend erfolgt ein Vereinzeln der mikromechanischen Sensorvorrichtung im Waferstapelverbund zu einer Mehrzahl von Sensorchipstapeln mit einer jeweiligen mikromechanischen Sensorvorrichtung.The first backside of the first packaging wafer is bonded to the wafer stack such that the blind holes are each in fluid communication with the corresponding sensor detection region of the MEMS sensor device. The first packaging wafer bonded to the wafer stack is thinned back on the first front side to expose the blind holes on the first front side, so that the sensor detection regions of the MEMS sensor devices in the wafer stack assembly are in fluid communication with the outside via the exposed blind holes. Subsequently, the micromechanical sensor device in the wafer stack assembly is singulated to form a plurality of sensor chip stacks, each with a micromechanical sensor device.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung eines MEMS-Arrays vorgeschlagen mit einer Anzahl zeilenförmig oder rasterförmig in oder auf einem Wafer angeordneter MEMS-Bauelemente, insbesondere Mikrospiegeln, die durch ein Aperturfenster abgedeckt sind, mit nachfolgenden Verfahrensschritten:

a) Bereitstellen eines Wafers mit einer Anzahl darin oder darauf angeordneter auslenkbarer und/oder bewegbarer MEMS-Bauelemente,
b) Beabstanden des Aperturfensters von den MEMS-Bauelementen durch Aufbringen mindestens eines Abstandswafers auf den Wafer und Erzeugung einer umlaufenden Vertiefung für das Aperturfenster in einem Kappenwafer und/oder dem mindestens einen Abstandswafer oder
c) Beabstanden des Aperturfensters von den MEMS-Bauelementen durch additiven Aufbau eines additiv gefertigten 3D-Druck-Wafers auf den Wafer oder einen Abstandswafer derart, dass während des Aufbaus des 3D-Druck-Wafers eine umlaufende Vertiefung in diesem ausgebildet wird.

According to the invention, a method for producing a MEMS array is proposed with a number of MEMS components, in particular micromirrors, arranged in a row or grid in or on a wafer, which are covered by an aperture window, with the following method steps:

a) providing a wafer with a number of deflectable and/or movable MEMS components arranged therein or thereon,
b) spacing the aperture window from the MEMS components by applying at least one spacer wafer to the wafer and creating a circumferential recess for the aperture window in a cap wafer and/or the at least one spacer wafer or
c) spacing the aperture window from the MEMS components by additively building up an additively manufactured 3D printed wafer onto the wafer or a spacer wafer such that a circumferential recess is formed in the 3D printed wafer during the build-up of the wafer.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ist auf einfache Art und Weise eine Skalierung von MEMS-Arrays in NxM-Anordnung möglich.The solution proposed by the invention enables a simple scaling of MEMS arrays in NxM arrangement.

In vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens werden zumindest die den MEMS-Bauelementen zugewandten Seiten des Wafers oder des mindestens einen Abstandswafers oder des Kappenwafers oder des additiv gefertigten 3D-Druck-Wafers mit einer Anti-Reflexionsbeschichtung versehen. Damit kann auf einfache und wirkungsvolle Weise einer Lichtverschmutzung beziehungsweise einem Lichtrauschen beziehungsweise einer Signalüberlagerung einfallender und ausstrahlender optischer Strahlen bei entsprechender Auslenkung durch die Mikrospiegel entgegengewirkt werden.In an advantageous development of the method proposed according to the invention, at least the sides of the wafer or of the at least one spacer wafer or of the cap wafer or of the additively manufactured 3D-printed wafer facing the MEMS components are provided with an anti-reflection coating. This allows for a simple and effective counteraction of light pollution, light noise, or signal overlap of incoming and outgoing optical beams when deflected by the micromirrors.

In vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens werden zumindest die den MEMS-Bauelementen zugewandten Seiten des Wafers und/oder des mindestens einen Abstandswafers und/oder des Kappenwafers und/oder des additiv gefertigten 3D-Druck-Wafers in einer reflexminimierenden Rauigkeit ausgeführt.In an advantageous development of the method proposed according to the invention, at least the sides of the wafer and/or of the at least one spacer wafer and/or of the cap wafer and/or of the additively manufactured 3D printing wafer facing the MEMS components are designed with a reflection-minimizing roughness.

In vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens wird die umlaufende Vertiefung derart in dem Material des Kappenwafers oder in dem Material des Kappenwafers und im Material eines Abstandswafers oder in dem Material des additiv gefertigten 3D-Druck-Wafers hergestellt, dass sich erste und zweite Auflagebereiche ergeben. Diese dienen in vorteilhafter Weise der Aufnahme des Aperturfensters, welches im Wesentlichen eben und planar ausgestaltet ist.In an advantageous development of the method proposed by the invention, the circumferential recess is produced in the material of the cap wafer, or in the material of the cap wafer and the material of a spacer wafer, or in the material of the additively manufactured 3D-printed wafer, in such a way that first and second support areas are formed. These advantageously serve to accommodate the aperture window, which is essentially flat and planar.

In vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens verlaufen die Auflagebereiche in Bezug auf einen Waferboden des Wafers mit den MEMS-Bauelementen in voneinander verschiedenen Höhen. Durch eine Bestimmung der voneinander verschiedenen Höhen kann bei der Herstellung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen MEMS-Arrays die Verkippung des die MEMS-Bauelemente abdeckenden Aperturfensters bestimmt werden. In vorteilhafter Weiterbildung ist beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren vorgesehen, dass die voneinander verschiedenen Höhen der Auflagebereiche eine Verkippung des Aperturfensters bewirken. Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren ist in vorteilhafter Weise vorgesehen, dass durch die umlaufende Vertiefung mit den Auflagebereichen das Aperturfenster um einen Kippwinkel verkippt wird, der bevorzugt im Bereich zwischen 10° und 30° liegt.
Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren ist vorgesehen, dass der mindestens eine Abstandswafer gemäß Verfahrensschritt b) auf den Wafer gebondet wird.In an advantageous development of the method proposed according to the invention, the support regions extend at different heights relative to a wafer base of the wafer with the MEMS components. By determining the different heights, the tilt of the aperture window covering the MEMS components can be determined during the production of the MEMS array proposed according to the invention. In an advantageous development, the method proposed according to the invention provides that the different heights of the support regions cause a tilt of the aperture window. In the method proposed according to the invention, it is advantageously provided that the circumferential recess with the support regions tilts the aperture window by a tilt angle that is preferably in the range between 10° and 30°.
In the method proposed according to the invention, it is provided that the at least one spacer wafer is bonded to the wafer according to method step b).

In vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Kappenwafer gemäß Verfahrensschritt b) auf einen der Abstandswafer gebondet wird.In an advantageous development of the method proposed according to the invention, it is provided that the cap wafer is bonded to one of the spacer wafers according to method step b).

Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf ein MEMS-Array, hergestellt gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren, mit einer NxM-Anordnung von MEMS-Bauelementen, insbesondere Mikrospiegeln oder in einer hexagonalen Struktur.Furthermore, the invention relates to a MEMS array, manufactured according to the method described above, with an NxM arrangement of MEMS components, in particular micromirrors or in a hexagonal structure.

Schließlich bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des Verfahrens zur Herstellung eines MEMS-Arrays.Finally, the invention relates to the use of the method for producing a MEMS array.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren kann ein MEMS-Array, insbesondere ein MEMS-Mikrospiegelarray, bereitgestellt werden, welches ein Trägersubstrat aufweist, welches in einer Haupterstreckungsebene liegt. Auf diesem ist eine Mehrzahl von Mikrospiegeln in raster- oder zeilenförmiger Anordnung aufgenommen, die gegen die Umgebung mittels eines das Mikrospiegelarray abdeckenden Aperturfensters gekapselt sind. Über mindestens einen Abstandswafer kann ein Höhenaufbau und damit eine Beabstandung des Aperturfensters von der empfindlichen Oberfläche der MEMS-Bauelemente in Gestalt von Mikrospiegeln recht einfach erreicht werden. Das Aufeinanderstapeln (Stacking) der Abstandswafer kann durch das Bondverfahren erfolgen. Je nach Anzahl der aufeinandergestapelten Abstandswafer ergeben sich Neigungswinkel in Bezug auf das Aperturfenster, die auch eine Abdeckung großflächigerer MEMS-Mikrospiegelarrays ermöglichen.The method proposed by the invention makes it possible to provide a MEMS array, in particular a MEMS micromirror array, which has a carrier substrate lying in a main extension plane. A plurality of micromirrors are mounted on this substrate in a grid-like or line-like arrangement, which are encapsulated from the surroundings by means of an aperture window covering the micromirror array. Using at least one spacer wafer, a height buildup and thus a spacing of the aperture window from the sensitive surface of the MEMS components in the form of micromirrors can be achieved quite easily. The stacking of the spacer wafers can be achieved using the bonding process. Depending on the number of stacked spacer wafers, angles of inclination with respect to the aperture window result, which also enable the coverage of larger-area MEMS micromirror arrays.

Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren kann eine vergleichsweise einfache Herstellung und eine Verkapselung des Mikrospiegelarrays relativ preisgünstig erfolgen. Neben der Möglichkeit, auf den Wafer, der die MEMS-Bauelemente aufnimmt, einen oder mehrere Abstandswafer zu bonden, kann auch ein Beabstanden der Oberflächen der MEMS-Bauelemente von der Unterseite des Aperturfensters dadurch erreicht werden, dass ein Kappenwafer als eigenständiges additives 3D-Druckbauteil oder als Kombination von Wafern, zum Beispiel aus Glas oder Silizium und 3D-Druck, gefertigt wird. Dazu können beispielsweise 3D-Druckerapplikationen eingesetzt werden, so dass auf den Wafer mit den MEMS-Bauelementen, unter Zwischenschaltung eines separaten Bauteils in Gestalt eines Abstandswafers, im 3D-Druckverfahren ein additiv gefertigter 3D-Druck-Wafer aufgebaut wird, in dem die umlaufende Vertiefung ausgebildet wird. Die umlaufende Vertiefung wird dabei entsprechend der gewünschten Verkippung beziehungsweise Neigung des Aperturfensters appliziert. So können mittels des 3D-Druckverfahrens eine Vielzahl von Verkippungen von Aperturfenstern in additiv gefertigten 3D-Druck-Wafern realisiert werden. Je nach Größe des abzudeckenden MEMS-Arrays lässt sich der Kippwinkel in weiten Grenzen variieren, beziehungsweise es lässt sich ein möglichst großes (in Lateraldimension) MEMS-Array mittels eines schrägen Fensters mit einem Kappenwafer versehen.The method proposed by the invention allows for comparatively simple production and relatively inexpensive encapsulation of the micromirror array. In addition to the possibility of bonding one or more spacer wafers to the wafer containing the MEMS components, spacing the surfaces of the MEMS components from the underside of the aperture window can also be achieved by producing a cap wafer as a standalone additive 3D-printed component or as a combination of wafers, for example, made of glass or silicon, and 3D printing. For this purpose, 3D printing applications can be used, for example, so that an additively manufactured 3D-printed wafer is built onto the wafer with the MEMS components using a 3D printing process, with the interposition of a separate component in the form of a spacer wafer, in which the circumferential recess is formed. The circumferential recess is applied according to the desired tilt or inclination of the aperture window. Thus, the 3D printing process can be used to realize a wide variety of aperture window tilts in additively manufactured 3D-printed wafers. Depending on the size of the MEMS array to be covered, the tilt angle can be varied within wide limits, or the largest possible (in lateral dimensions) MEMS array can be covered with a cap wafer using an inclined window.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren erlaubt auch eine Kombination des Bondens einer Anzahl von Abstandswafern auf den Wafer, der die MEMS-Bauelemente aufnimmt und eine abschließende Ausbildung eines Kappenwafers mit der umlaufenden Vertiefung mittels des 3D-Druckverfahrens. Dies stellt eine besonders kostengünstige Vorgehensweise dar.The method proposed by the invention also allows for a combination of bonding a number of spacer wafers to the wafer that accommodates the MEMS components and the final formation of a cap wafer with the circumferential recess using the 3D printing process. This represents a particularly cost-effective approach.

Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung kann anstelle eines Stapels mehrerer Wafer beziehungsweise Abstandswafer mit Abschluss durch einen Kappenwafer auch ein speziell gefertigtes Substrat von hoher Dicke, vorzugsweise zwischen 1 bis 5 mmm verwendet werden. Anstelle von drei oder mehr Wafern können auch mehrere Abstandswafer aufeinandergestapelt werden, um einen Kappenwafer von hoher Dicke zu realisieren.In the solution proposed by the invention, instead of a stack of several wafers or spacer wafers terminated by a cap wafer, a specially manufactured substrate of high thickness, preferably between 1 and 5 mm, can be used. Instead of three or more wafers, several spacer wafers can also be stacked on top of each other to create a cap wafer of high thickness.

Des Weiteren kann im Trägersubstrat, d. h. im Wafer mit den MEMS-Bauelementen, vorgesehen sein, die elektrischen Anschlüsse der einzelnen Spiegelelemente mittels Durchkontaktierungen (Vias) auf die untere Seite des Trägersubstrats, d. h. des Wafers, zu führen. Von dort kann eine einfache Montage auf PCB und BGA Package-Träger erfolgen. Auf diese Weise können mehrere MEMS-Mikrospiegelarrays nebeneinander, in geringem Abstand zueinander, platzsparend montiert werden. Neben MEMS-Mikrospiegeln kann auch ein Array aus MEMS-Mikro-Shuttern realisiert sein. Des Weiteren ist hervorzuheben, dass das Aperturfenster das MEMS-Array in Kombination mit dem Kappenwafer oder einem Kappenwafer-Stack hermetisch verschließt und gegen Umgebungseinflüsse abdichtet.Furthermore, the carrier substrate, i.e., the wafer containing the MEMS components, can be provided with vias for routing the electrical connections of the individual mirror elements to the underside of the carrier substrate, i.e., the wafer. From there, simple assembly onto PCB and BGA package carriers can be achieved. In this way, multiple MEMS micromirror arrays can be mounted side by side, closely spaced from one another, in a space-saving manner. In addition to MEMS micromirrors, an array of MEMS microshutters can also be implemented. Furthermore, it is worth emphasizing that the aperture window, in combination with the cap wafer or a cap wafer stack, hermetically seals the MEMS array and protects it from environmental influences.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawings and the following description.

Es zeigen:

1 eine erste Ausführungsvariante eines MEMS-Arrays mit einer geringen Anzahl von MEMS-Bauelementen, skalierbar über einen Abstandswafer mit in einem Kappenwafer eingelassenen Aperturfenster,
2 eine 10x10-Spiegelanordnung in einem Spiegelarray mit mehreren Abstandswafern und einer größeren Dimensionierung,
3 einen Kappenwafer zur Aufnahme des Aperturfensters, gefertigt im 3D-Druck mit in unterschiedlichen Höhen gefertigten Auflagebereichen als Kombination aus Wafer und 3D-Druck und
4 den Kappenwafer als 3D-Druck-Wafer, gefertigt im Rahmen eines additiven Fertigungsverfahrens oder als Kombination mehrerer Verfahren, mit einer innenliegenden Anti-Reflexionsbeschichtung oder Anti-Reflexionsoberflächenpräparation über die gesamte Wandhöhe.

They show:

1 a first embodiment of a MEMS array with a small number of MEMS components, scalable via a spacer wafer with aperture windows embedded in a cap wafer,
2 a 10x10 mirror arrangement in a mirror array with multiple spacer wafers and a larger dimension,
3 a cap wafer for accommodating the aperture window, manufactured by 3D printing with support areas manufactured at different heights as a combination of wafer and 3D printing and
4 the cap wafer as a 3D-printed wafer, manufactured using an additive manufacturing process or as a combination of several processes, with an internal anti-reflective coating xion coating or anti-reflection surface preparation over the entire wall height.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.In the following description of the embodiments of the invention, identical or similar elements are designated by the same reference numerals, whereby a repeated description of these elements is omitted in individual cases. The figures only schematically illustrate the subject matter of the invention.

1 zeigt ein erfindungsgemäß vorgeschlagenes MEMS-Array 10, welches durch ein in einer Verkippung 28 angeordnetes Aperturfenster 30 überdeckt ist. 1 zeigt, dass ein Wafer 20 vorgesehen ist, innerhalb oder oberhalb dessen eine Anzahl von MEMS-Bauelementen 12, beispielsweise in Form von Mikrospiegeln 14, angeordnet sind. Diese sind mittels Anbindungen 18 in geeigneter Weise horizontal oder vertikal an den Wafer 20 beziehungsweise das Substrat 20 angebunden. Die einzelnen als Mikrospiegel 14 ausgebildeten MEMS-Bauelemente 12 weisen Oberflächen 16 auf, die verkippt oder ausgelenkt werden können. Über die Oberflächen 16 der als Mikrospiegel 14 ausgebildeten MEMS-Bauelemente 12 können ein- und ausfallende Strahlungen reflektiert und umgelenkt werden. Der Wafer 20 ist aus einem Wafermaterial 22, insbesondere Silizium gefertigt. Der Wafer 20, auf dem die einzelnen MEMS-Bauelemente 12, ausgeführt als Mikrospiegel 14, angeordnet sind, weist einzelne Anbindungen 18 auf. Jedes der beispielsweise als Mikrospiegel 14 ausgebildeten MEMS-Bauelemente 12 kann über eine Durchkontaktierung 68 einzeln angesteuert werden. Die elektrischen Anschlüsse in Gestalt der Durchkontaktierungen 68 können durch den Waferboden des Wafers 20 hindurchgeführt werden. Von dort kann eine einfache Montage auf PCB oder PGA (Package-Träger) erfolgen Dies ermöglicht eine platzsparende Montage mehrerer MEMS-Arrays 10 nebeneinander mit geringem Abstand zueinander. 1 shows a MEMS array 10 proposed according to the invention, which is covered by an aperture window 30 arranged in a tilt 28. 1 shows that a wafer 20 is provided, within or above which a number of MEMS components 12, for example in the form of micromirrors 14, are arranged. These are connected horizontally or vertically to the wafer 20 or the substrate 20 in a suitable manner by means of connections 18. The individual MEMS components 12, designed as micromirrors 14, have surfaces 16 that can be tilted or deflected. Incident and outgoing radiation can be reflected and deflected via the surfaces 16 of the MEMS components 12 designed as micromirrors 14. The wafer 20 is made of a wafer material 22, in particular silicon. The wafer 20, on which the individual MEMS components 12, designed as micromirrors 14, are arranged, has individual connections 18. Each of the MEMS components 12, designed, for example, as micromirrors 14, can be individually controlled via a via 68. The electrical connections in the form of vias 68 can be routed through the wafer base of the wafer 20. From there, simple mounting on a PCB or PGA (package carrier) can be performed. This enables space-saving mounting of several MEMS arrays 10 next to each other with a small distance between them.

Der Darstellung gemäß 1 ist des Weiteren zu entnehmen, dass das Aperturfenster 30 auf einem ersten Auflagebereich 36 und einem zweiten Auflagebereich 38 in einem Kappenwafer 44 angeordnet ist. Zur Beabstandung des Aperturfensters 30 von den Oberflächen 16 der als Mikrospiegel 14 ausgebildeten MEMS-Bauelemente 12 dient ein hier eingesetzter erster Abstandswafer 46. Durch den Einbau des Abstandswafers 46 wird innerhalb des Hohlraums 64 der Abstand der zweiten Oberfläche 34 des Aperturfensters 30 von den Oberflächen 16 der als Mikrospiegel 14 ausgestalteten MEMS-Bauelemente 12 erhöht, so dass ein Anstoßen der auslenkbaren Oberflächen 16 der MEMS-Bauelemente 12 am Aperturfenster 30 ausgeschlossen ist. Die Ausführungsvariante gemäß 1 ist dazu geeignet, auf einfache und kostengünstige Weise kleinere bis mittlere MEMS-Arrays 10 zu dimensionieren, abhängig vom Durchmesser der Spiegel und vom Pitch-Punkt. Die Darstellung gemäß 1 versteht sich als Querschnitt, d. h. die Auflagebereiche 36 und 38 gehen vor und hinter der Zeichnungsebene (nicht dargestellt) ineinander über, so dass sich eine ringförmig geschlossene verkippte Ebene ergibt.According to the illustration 1 It can further be seen that the aperture window 30 is arranged on a first support area 36 and a second support area 38 in a cap wafer 44. A first spacer wafer 46 used here serves to space the aperture window 30 from the surfaces 16 of the MEMS components 12 designed as micromirrors 14. By installing the spacer wafer 46, the distance between the second surface 34 of the aperture window 30 and the surfaces 16 of the MEMS components 12 designed as micromirrors 14 is increased within the cavity 64, so that abutment of the deflectable surfaces 16 of the MEMS components 12 against the aperture window 30 is excluded. The embodiment according to 1 is suitable for the simple and cost-effective dimensioning of small to medium-sized MEMS arrays 10, depending on the diameter of the mirrors and the pitch point. The representation according to 1 is understood as a cross-section, ie the support areas 36 and 38 merge into one another in front of and behind the drawing plane (not shown), so that a ring-shaped, closed, tilted plane is created.

Der Darstellung gemäß 2 ist zu entnehmen, dass hier ein größeres MEMS-Array 10, beispielsweise mit 10x10 Spiegeln, in einfach skalierbarer Weise über ein Aufeinanderstapeln von ersten und zweiten Abstandswafern 46, 48 erfolgen kann. Gemäß der in 2 dargestellten Ausführungsvariante sind auf den Waferwänden 24 ein erster Abstandswafer 46, ein zweiter Abstandswafer 48 und auf der Oberseite ein Kappenwafer 44 übereinanderliegend angebracht. Die einzelnen Materialien des Wafers 20, der Abstandswafer 46, 48 und des Kappenwafers 40 können miteinander gebondet werden, um die in 2 dargestellte Bauhöhe beziehungsweise die geforderte Verkippung 28 auch für ein größerflächig dimensioniertes MEMS-Array 10 zu realisieren. Aus der Darstellung gemäß 2 geht hervor, dass ein lateral recht großes Fenster mit einer Abmessung von mehreren Millimetern bis mehreren 10 Millimetern geschaffen werden kann. Mit Bezugszeichen 50 ist eine umlaufende Vertiefung bezeichnet, die in Bezug auf den ersten Auflagebereich 36 im Material des Kappenwafers 44 verläuft und auf der gegenüberliegenden Seite nicht im Material des Kappenwafers 44 endet, sondern bis hinab in den zweiten Abstandswafer 48 geführt ist, so dass sich die hier aus zeichnerischen Gründen unterbrochene Verkippung 28 des Aperturfensters 30 mit seiner ersten Oberfläche 32 und seiner zweiten Oberfläche 34 einstellt.According to the illustration 2 It can be seen that a larger MEMS array 10, for example with 10x10 mirrors, can be realized in an easily scalable manner by stacking first and second spacer wafers 46, 48. According to the 2 In the embodiment shown, a first spacer wafer 46, a second spacer wafer 48 and a cap wafer 44 are mounted on top of each other on the wafer walls 24. The individual materials of the wafer 20, the spacer wafers 46, 48 and the cap wafer 40 can be bonded together in order to 2 The height shown or the required tilt 28 can also be realized for a larger-area MEMS array 10. From the illustration according to 2 It is clear that a laterally quite large window with dimensions ranging from several millimeters to several tens of millimeters can be created. Reference numeral 50 denotes a circumferential recess which, with respect to the first support region 36, extends in the material of the cap wafer 44 and, on the opposite side, does not end in the material of the cap wafer 44, but rather extends down into the second spacer wafer 48, so that the tilt 28 of the aperture window 30 with its first surface 32 and its second surface 34 is established, interrupted here for reasons of clarity of the drawing.

Durch eine derartige Ausgestaltung der umlaufenden Vertiefung 50 wird diese nicht nur im Kappenwafer 44 an sich, sondern kann auch im Material des ersten Abstandswafers 46 oder im Material des zweiten Abstandswafers 48 ausgeführt werden. Damit sind die erforderlichen Parameter hinsichtlich einer Verkippung 28 des Aperturfensters 30 sowie die laterale Ausdehnung des MEMS-Arrays 10 in Einklang gebracht. Mittels der in 2 dargestellten Ausführungsmöglichkeit des MEMS-Arrays 10 können so auf einfache Weise sehr große Array-Dimensionen ermöglicht werden, was jedoch vom Durchmesser der als Mikrospiegel 14 beschaffenen MEMS-Bauelemente 12 abhängig ist.By designing the circumferential recess 50 in this way, it is not only implemented in the cap wafer 44 itself, but can also be implemented in the material of the first spacer wafer 46 or in the material of the second spacer wafer 48. This harmonizes the required parameters with regard to a tilt 28 of the aperture window 30 and the lateral extent of the MEMS array 10. By means of the 2 The embodiment of the MEMS array 10 shown makes it possible to easily achieve very large array dimensions, although this depends on the diameter of the MEMS components 12 designed as micromirrors 14.

Aus der Darstellung gemäß 2 ergibt sich des Weiteren, dass der erste Auflagebereich 36 im Material des Kappenwafers 44 beziehungsweise der zweite Auflagebereich 38 im Material des zweiten Abstandswafers 48 in Bezug auf die Waferfläche, an/in der die Mikrospiegel 14 realisiert sind, in unterschiedlichen Höhen 52, 54 verlaufen. Durch die Definition der ersten und der zweiten Höhe 52, 54, wie in 2 eingezeichnet, kann die Verkippung 28 beziehungsweise ein Kippwinkel 42, in dem das Aperturfenster 30 geneigt ist, vorgegeben werden. Das Aperturfenster 30, vorzugsweise planar und eben beschaffen, wird beispielsweise mittels einer Befestigung 40 in Gestalt einer Verklebung 66 an den Auflagebereichen 36, 38 befestigt, so dass sich ein abgedichteter, verkapselter Hohlraum 64 unterhalb der zweiten Oberfläche 34 des eben ausgeführten Aperturfensters 30 ergibt.From the representation according to 2 It further follows that the first support area 36 in the material of the cap wafer 44 or the second support area 38 in the material of the second spacer wafer 48 with respect to the wafer surface, on/in which the micromirrors 14 are realized, run at different heights 52, 54. By defining the first and second heights 52, 54, as in 2 As shown, the tilt 28 or a tilt angle 42 at which the aperture window 30 is inclined can be specified. The aperture window 30, preferably planar and flat, is attached to the support areas 36, 38, for example, by means of a fastening 40 in the form of an adhesive 66, so that a sealed, encapsulated cavity 64 is created below the second surface 34 of the flat aperture window 30.

3 ist eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen MEMS-Arrays 10 zu entnehmen, bei welcher auf den Wafer 20 beziehungsweise auf dessen Wände 24 ein erster Abstandswafer 46 als diskretes separates Bauteil aufgebondet ist. Auf diesem wiederum wird mittels eines 3D-Druck-Verfahrens über 3D-Druck-Düsen 57 Material 58 aufgebaut, so dass auf den ersten Abstandswafer 46 der Kappenwafer 44 in Gestalt eines additiv gefertigten 3D-Druck-Wafers 56 aufgebaut wird. In diesen wiederum werden beim additiven Aufbau mittels des 3D-Druck-Verfahrens die Auflagebereiche 36, 38, die zur Aufnahme des Aperturfensters 30 dienen, ausgebildet. Der Darstellung gemäß 3 ist zu entnehmen, dass auch hier, analog zur Darstellung gemäß 2, die Auflagebereiche 36, 38 in voneinander verschiedenen Höhen 52, 54 ausgebildet werden. Der Unterschied zwischen der ersten Höhe 52 und der zweiten Höhe 54 in Bezug auf die Auflagebereiche 36, 38 definiert die sich später einstellende Verkippung 28 des in die Auflagebereiche 36, 38 eingelassenen Aperturfensters 30. 3 1 shows a variant embodiment of the MEMS array 10 proposed according to the invention, in which a first spacer wafer 46 is bonded as a discrete, separate component to the wafer 20 or to its walls 24. Material 58 is then deposited onto the wafer 20 by means of a 3D printing process via 3D printing nozzles 57, so that the cap wafer 44 is deposited onto the first spacer wafer 46 in the form of an additively manufactured 3D printing wafer 56. In these wafers, the support regions 36, 38, which serve to receive the aperture window 30, are formed during the additive construction using the 3D printing process. The illustration according to 3 It can be seen that here too, analogous to the representation according to 2 , the support areas 36, 38 are formed at different heights 52, 54. The difference between the first height 52 and the second height 54 with respect to the support areas 36, 38 defines the subsequently occurring tilt 28 of the aperture window 30 embedded in the support areas 36, 38.

3 ist des Weiteren zu entnehmen, dass die den einzelnen MEMS-Bauelementen 12 in Gestalt von Mikrospiegeln 14 zuweisenden Innenseiten der Wände sämtlicher Wafer, d. h. des Wafers 20, des ersten Abstandswafers 46 sowie des als Kappenwafer 44 dienenden, additiv gefertigten 3D-Druck-Wafers 56 in einer Rauigkeit 62 ausgebildet werden. Durch diese kann in einfacher Weise bei der Herstellung ein reflexmindernder Effekt erreicht werden, welcher der Signalgüte in Bezug auf die Trennung von Ein- und Ausfallstrahlen zugutekommt. Diese reflektierende Rauigkeit kann in jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet werden. 3 It can further be seen that the inner sides of the walls of all wafers, i.e., wafer 20, first spacer wafer 46, and additively manufactured 3D-printed wafer 56 serving as cap wafer 44, facing the individual MEMS components 12 in the form of micromirrors 14, are formed with a roughness 62. This allows a reflection-reducing effect to be achieved in a simple manner during production, which benefits the signal quality with regard to the separation of incident and outgoing beams. This reflective roughness can be formed in any of the embodiments described above.

Der Darstellung gemäß 4 ist schließlich eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen MEMS-Arrays 10 zu entnehmen, welche, ausgehend von der in 3 dargestellten Ausführungsform an den den MEMS-Bauelementen 12 in Gestalt von Mikrospiegeln 14 zuweisenden Innenseiten der Wafer eine Antireflexbeschichtung 60 umfasst. Diese Antireflexbeschichtung 60 kann in jeder der oben beschriebenen Ausführungsvarianten erzeugt werden. Analog zur Darstellung gemäß 3 wird der Kappenwafer 44 mittels 3D-Druck-Verfahrens über die 3D-Druck-Düsen 57 aus Materialtropfen 58 eines 3D-druckverarbeitbaren Materials als additiv gefertigter 3D-Druck-Wafer 56 aufgebaut. In diesem werden analog zur Darstellung gemäß 3 die Auflagebereiche 36, 38 zur späteren Aufnahme des Aperturfensters 30 ausgebildet. Auch in der Darstellung gemäß 4 weisen die Auflagebereiche 36 im Material des additiv gefertigten 3D-Druck-Wafers 56 voneinander verschiedene Höhen 52, 54 auf, welche durch Ausbildung der umlaufenden Vertiefung 50 letztendlich die Verkippung 28 des Aperturfensters 30 definieren. Die an den Innenseiten des additiv gefertigten 3D-Druck-Wafers 56 und des zweiten oder ersten Abstandswafers 46, 48 ausgebildete Antireflexbeschichtung 60 weist den als Mikrospiegel 14 ausgebildeten MEMS-Bauelementen 12 zu.According to the illustration 4 Finally, an embodiment variant of the MEMS array 10 according to the invention can be seen, which, starting from the 3 illustrated embodiment comprises an anti-reflective coating 60 on the inner sides of the wafer facing the MEMS components 12 in the form of micromirrors 14. This anti-reflective coating 60 can be produced in any of the embodiments described above. Analogous to the illustration according to 3 The cap wafer 44 is constructed by means of a 3D printing process via the 3D printing nozzles 57 from material drops 58 of a 3D printing processable material as an additively manufactured 3D printing wafer 56. In this wafer, analogous to the representation according to 3 the support areas 36, 38 are designed for later reception of the aperture window 30. Also in the illustration according to 4 The support areas 36 in the material of the additively manufactured 3D-printed wafer 56 have different heights 52, 54, which ultimately define the tilt 28 of the aperture window 30 by forming the circumferential recess 50. The anti-reflective coating 60 formed on the inner sides of the additively manufactured 3D-printed wafer 56 and the second or first spacer wafer 46, 48 faces the MEMS components 12 formed as micromirrors 14.

In der Ausführungsvariante gemäß 4 kann der zuoberst angeordnete Kappenwafer 44 mit seinen Auflagebereichen 36, 38 zur Aufnahme des Aperturfensters 30 mittels eines rein additiven Prozesses mittels eines 3D-Druck-Verfahrens gefertigt werden. Alternativ besteht zur Darstellung einer kostengünstigen Realisierung die Möglichkeit, den Kappenwafer 44 mittels des 3D-Druck-Verfahrens als additiv gefertigten 3D-Druck-Wafer 56 herzustellen und den Abstandswafer 46, 48 als separates Bauteil zu kombinieren, um die nötige Topografie zur Verkippung 28 des Aperturfensters 30 zu realisieren.In the version according to 4 The uppermost cap wafer 44, with its support areas 36, 38 for receiving the aperture window 30, can be manufactured using a purely additive process using a 3D printing method. Alternatively, for a cost-effective implementation, it is possible to produce the cap wafer 44 using the 3D printing method as an additively manufactured 3D printed wafer 56 and combine the spacer wafer 46, 48 as a separate component to create the necessary topography for tilting the aperture window 30.

Anstelle des Stapelns mehrerer Abstandswafer 46, 48 und der Kombination mit einem Kappenwafer 44 kann auch ein speziell gefertigtes Substrat von hoher Dicke (1 bis 5 mm) verwendet werden. Anstelle von drei Wafern, wie in der Darstellung gemäß 2 gezeigt, kann auch eine größere Anzahl von Wafern gestapelt werden, um einen ausreichenden Abstand zwischen der zweiten Oberfläche 34 des Aperturfensters 30 einerseits und der Oberfläche 16 der auslenkbaren beziehungsweise bewegbaren, als Mikrospiegel 14 beschaffenen MEMS-Bauelemente 12 zu realisieren. Zudem kann der Kappenwafer 44 oder ein Stapelaufbau aus Kappenwafern 44 separat realisiert werden und nach Fertigstellung auf das MEMS-Array 10 oder den Wafer 20 aufgeklebt oder aufgebondet werden.Instead of stacking several spacer wafers 46, 48 and combining them with a cap wafer 44, a specially manufactured substrate of high thickness (1 to 5 mm) can also be used. Instead of three wafers, as shown in the illustration according to 2 As shown, a larger number of wafers can also be stacked to achieve a sufficient distance between the second surface 34 of the aperture window 30, on the one hand, and the surface 16 of the deflectable or movable MEMS components 12, designed as micromirrors 14. Furthermore, the cap wafer 44 or a stack of cap wafers 44 can be realized separately and, after completion, glued or bonded to the MEMS array 10 or the wafer 20.

Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf ein MEMS-Array 10, bei dem das MEMS-Array 10 eine NxM-Anordnung von MEMS-Bauelementen 12, insbesondere Mikrospiegel 14, aufweist. Alternativ kann im MEMS-Array 10 auch eine hexagonale Struktur von als Mikrospiegel 14 ausgebildeten MEMS-Bauelementen 12 verwirklicht sein.Furthermore, the invention relates to a MEMS array 10 in which the MEMS array 10 comprises an NxM arrangement of MEMS components 12, in particular micromirrors 14. Alternatively, a hexagonal structure of MEMS components 12 designed as micromirrors 14 can also be implemented in the MEMS array 10.

Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des Herstellungsverfahrens zur Herstellung eines MEMS-Arrays 10.Furthermore, the invention relates to the use of the manufacturing method for producing a MEMS array 10.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.The invention is not limited to the embodiments described here and the aspects highlighted therein. Rather, numerous modifications are possible within the scope of the claims, which are within the scope of one skilled in the art.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10 2018 205 778 A1 [0002]
EP 3 141 521 B1 [0003]
DE 10 2021 206 471 A1 [0004]
DE 10 2022 205 829 A1 [0005]

Claims

A method for producing a MEMS array (10) with a number of MEMS components (12), in particular micromirrors (14), arranged in a row or grid in or on a wafer (20), which are covered by an aperture window (30), comprising the following method steps: a) providing the wafer (20) with a number of deflectable and/or movable MEMS components (12) arranged therein or thereon, b) spacing the aperture window (30) from the MEMS components (12) by applying at least one spacer wafer (46, 48) to the wafer (20) and creating a circumferential recess (50) for the aperture window (30) in the cap wafer (44) and/or the at least one spacer wafer (46, 48), or c) spacing the aperture window (30) from the MEMS components (12) by additively building up an additively manufactured 3D printing wafer (56) onto the wafer (20) or a spacer wafer (46, 80) in such a way that the circumferential recess (50) is formed in the 3D printing wafer (56) during the construction of the latter.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that at least the sides of the wafer (20) or of the at least one spacer wafer (46, 48) or of the cap wafer (44) or of the additively manufactured 3D printing wafer (56) facing the MEMS components (12) are provided with an anti-reflection coating (60).

Procedure according to Claim 1 , characterized in that at least the sides of the wafer (20) and/or of the at least one spacer wafer (46, 48) and/or of the cap wafer (44) and/or of the additively manufactured 3D printing wafer (56) facing the MEMS components (12) are manufactured in a reflection-minimizing roughness (62).

Procedures according to the Claims 1 until 3 , characterized in that the circumferential recess (50) is produced in the materials of the cap wafer (44) or in the material of the cap wafer (44) and a material of a spacer wafer (46, 48) or the circumferential recess (50) is produced in the material (58) of the additively manufactured 3D printing wafer (56) in such a way that first and second support regions (36, 38) are produced.

Procedures according to the Claims 1 until 4 , characterized in that the support areas (36, 38) in the wafer (20) with the MEMS components (12) run at different heights (52, 54) from one another.

Procedures according to the Claims 1 until 5 , characterized in that the mutually different heights (52, 54) of the support areas (36, 38) cause a tilting (28) of the aperture window (30).

Procedures according to the Claims 1 until 6 , characterized in that the aperture window (30) is tilted by the circumferential recess (50) with the support areas (36, 38) at a tilt angle (42) which is preferably in the range between 10° and 30°.

Procedures according to the Claims 1 until 7 , characterized in that the at least one spacer wafer (46, 48) is bonded to the wafer (20) according to method step b).

Procedures according to the Claims 1 until 7 , characterized in that the cap wafer (44) is bonded to one of the spacer wafers (46, 48) according to method step b).

Procedures according to the Claims 1 until 9 , characterized in that the process steps b) and/or c) are carried out separately from process step a) and after the respective completion of process step b) and/or c) bonding or gluing takes place.

MEMS array (10) manufactured according to the method of any one of Claims 1 until 10 with an NxM arrangement of MEMS components (12), in particular micromirrors (14) or in a hexagonal structure.

Use of the procedure according to the Claims 1 until 10 for the production of a MEMS array (10).