DE19620940A1

DE19620940A1 - Electronic component for e.g. high frequency resonator based on surface acoustic wave

Info

Publication number: DE19620940A1
Application number: DE19620940A
Authority: DE
Inventors: Werner Prof Dr Buff; Frank Dr Moeller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-11-17
Filing date: 1996-05-24
Publication date: 1997-05-22

Abstract

The component includes a substrate (1), a housing lid, and an electronic functional unit. Also provided is a section of interconnected wafer discs, i.e. substrate and profiled lid wafers respectively. In addition to the substrate and profiled lid wafer (4) there are numerous electronic functional units (2) in the component. The electric connections of the electronic units are in the form of printed contacts (6) via bores (5) in the substrate and/or lid wafers on the wafer surfaces. Preferably the component forms a section of a wafer composite, consisting of a firm coupling of one or more substrates and one or more lid wafers, with one or more electronic functional units. The bores in the substrate and/or lid wafers may be filled with conductive material, forming outer contacts.

Description

Bei der Herstellung elektronischer Geräte ist gegenwärtig der schon einige Jahre anhaltende Trend zur Miniaturisierung immer noch zu beobachten. Dies zieht für die Herstellung der eingesetzten Bauelemente nach sich, daß deren Abmessungen ebenfalls ständig kleiner werden müssen. Die Berücksichtigung von Leiterplatten für elektronische Geräte erfolgt in der Produktion heute fast ausschließlich über geeignete automatische Bestückungseinrichtungen, die die diskreten elektronischen Bauelemente z. B. in Gurten verpackt oder lose zugeführt bekommen. Die Bauelemente selbst müssen dabei für diese Oberflächenmontage geeignet und entsprechend gestaltet sein. In herkömmlicher Weise geschieht dies für eine große Anzahl von unterschiedlichen elektronischen Bauelementen dadurch, daß die elektronischen Funktionseinheiten nach der Fertigung in einzelne Gehäuse verpackt werden, die ihrerseits in der Regel aus zwei Teilen, einem Boden- und einem Deckelteil, bestehen. Die Gehäuse werden getrennt gefertigt und die elektronischen Bauelemente werden nach dem Einbringen der auf einem Trägerstreifen vormontierten elektronischen Funktionseinheit durch Verbinden des Bodenteils mit dem Deckelteil unter Einbeziehung des dazwischenliegenden Trägerstreifens fertig montiert. Bei Bedarf wird dabei eine hermetische Abdichtung der elektronischen Funktionseinheit zur Außenwelt erzielt und gegebenenfalls ein verbleibender Hohlraum im Inneren mit einem geeigneten Schutzgas gefüllt. Die elektrischen Anschlüsse nach außen sind in der Regel als metallische Stummel ausgeführt, die dem standardisierten Rastermaß der Leiterplattentechnik entsprechend so gestaltet sind, daß sie zu den entsprechenden Kontaktflächen auf der Leiterplatte passen.In the manufacture of electronic devices is currently the miniaturization trend that has been going on for several years still to watch. This pulls in for the manufacture of the used components according to their dimensions also have to keep getting smaller. The consideration of printed circuit boards for electronic devices takes place in the Production today almost exclusively through suitable automatic placement equipment that discrete electronic components such. B. packed in straps or loose get fed. The components themselves must be used for this surface mounting suitable and designed accordingly be. Conventionally, this happens for a large one Number of different electronic components in that the electronic functional units according to the Manufacturing will be packaged in individual housings, which in turn usually two parts, a bottom and one Cover part, exist. The housings are manufactured separately and the electronic components are after insertion the electronic pre-assembled on a carrier strip Functional unit by connecting the bottom part with the Cover part with the inclusion of the one in between Carrier strip fully assembled. If necessary, a Hermetic sealing of the electronic functional unit Achieved outside world and possibly a remaining one Cavity inside filled with a suitable protective gas. The electrical connections to the outside are usually as metallic stub running the standardized The grid dimension of the PCB technology is designed accordingly are that they go to the appropriate contact areas on the PCB fit.

In Einzelfällen sind Lösungen für die Verpackung und Abdichtung von elektronischen Funktionseinheiten in elektronischen Bauelementen bekannt geworden, die als Gehäuse das gleiche oder ähnliches Material verwenden wie das, das die elektrische Funktionseinheit enthält. So ist beispielsweise in Patent Nr. US 5 345 201 ein Hochfrequenzresonator auf der Basis von akustischen Oberflächenwellen beschrieben, der insbesondere zur Erzeugung einer hohen Vibrationsfestigkeit komplett einschließlich der Verpackung aus Quarz hergestellt ist.In individual cases there are solutions for packaging and Sealing of electronic functional units in electronic components known as housings use the same or similar material as the one they use contains electrical functional unit. For example, in U.S. Patent No. 5,345,201 a radio frequency resonator on the Basis of surface acoustic waves described, the especially for the generation of a high vibration resistance made entirely of quartz including the packaging is.

Bei den beschriebenen Bauelementen wurde kein Wert auf besonders geringe Dimensionen oder auf Kompatibilität zur Oberflächenmontagetechnik gelegt. Die Verbindung der einzelnen Glasteile erfolgt dabei durch eine geeignete Glasfritte. Eine andere Lösungsvariante wird in Patent Nr. EP 0 622 897 A2 beschrieben. Bauelemente auf der Basis von akustischen Oberflächenwellen sind in ihrem elektronisch wichtigen Funktionsteil durch besondere Deckel verschlossen, die aus dem gleichen oder ähnlichen Material bestehen wie das zur Funktion verwendete Substratmaterial. Die Verbindung zwischen Deckel und Substratmaterial erfolgt durch anodisches Bonden oder durch Glasfritte.No value was given to the components described particularly small dimensions or compatibility Surface mounting technology laid. The connection of the individual Glass parts are made using a suitable glass frit. Another solution variant is described in Patent No. EP 0 622 897 A2 described. Components based on acoustic Surface waves are important in their electronics Functional part closed by special cover, which from the the same or similar material as the function substrate material used. The connection between the lid and substrate material is made by anodic bonding or through glass frit.

Bei allen bekannten Lösungen sind die elektronischen An schlüsse in Form von Leiterbahnen herausgeführt und zur endgültigen Verwendung durch ein gesondertes Bondverfahren mit den äußeren Anschlüssen verbunden.In all known solutions, the electronic type leads out in the form of conductor tracks and to final use with a separate bonding process connected to the external connections.

Die einschließlich Gehäuse fertiggestellten Bauelemente werden einer Funktionsprüfung unterzogen, einzeln beschriftet und transportfertig verpackt.The components including the housing will be finished subjected to a functional test, individually labeled and packed ready for transport.

Die wesentlichen Nachteile der bekannten Ausführungs formen elektronischer Bauelemente bestehen darin, daßThe main disadvantages of the known execution Form electronic components are that

- The electronic functional units separate from Housing are made and the electrical Ver external loyalty through special bonding processes (usually wire bonding) must be produced, whereby shock resistance, vibration resistance and Zu reliability is limited;
- Be the components individually after completion must be written;
- The production as individual components with one he considerable effort is connected and
- narrow limits to the pursuit of miniaturization are set.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die genannten Nach teile zu beseitigen.The aim of the invention is to achieve the mentioned eliminate parts.

Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, ein elektronisches Bauelement zu entwickeln, dessen Aufbau aus Substrat, elektronischer Funktionseinheit und Deckel durch spezielle Anordnungen und durch funktionsgerechte Form gebungen und Abmessungen der einzelnen Bauteile, vorzugsweise durch die Kontaktanordnung, seine hohe Komplexität und Kompatibilität zur Oberflächenmontage sowie eine wesentliche Vereinfachung seines Herstellungs- und Weiterverarbeitungs arbeitungsprozesses im Verbund ermöglicht.The invention is therefore an object to develop electronic component, the structure of which Substrate, electronic functional unit and cover through special arrangements and functional form conditions and dimensions of the individual components, preferably due to the contact arrangement, its high complexity and Surface mount compatibility as well as an essential one Simplify its manufacturing and processing work process in the network.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das elektronische Bauelement einen Ausschnitt aus miteinander verbundenen Waferscheiben in Form eines Substratwafers, eines speziell profilierten Deckwafers und einer Vielzahl elektronischer Funktionseinheiten darstellt und daß die elektrischen Verbindungen von den elektronischen Funktions einheiten nach außen durch Öffnungen im Substrat- und/oder Deckwafer, die mit einem elektrisch leitfähigen Werkstoff gefüllt sind, hergestellt sind. Die Durchkontaktierungen sind durch Öffnungen im Substrat- und/oder Deckwafer an den Waferoberflächen angeordnet.According to the invention this is achieved in that the electronic component a section of each other connected wafer slices in the form of a substrate wafer, a specially profiled cover wafer and a variety represents electronic functional units and that the electrical connections from the electronic function units to the outside through openings in the substrate and / or Cover wafers made with an electrically conductive material are filled, are manufactured. The vias are through openings in the substrate and / or cover wafer to the Wafer surfaces arranged.

Das erfindungsgemäße elektronische Bauelement stellt einen Ausschnitt aus einem Waferverbund dar, bei dem ein oder mehrere Substrat- und ein oder mehrere Deckwafer und elektronische Funktionseinheiten zu einem Waferverbund fest verbunden sind. Die Verbindung zwischen den Kontaktflächen der elektronischen Funktionseinheit und dem Metall in den Öffnungen ist dabei durch Löten, Schweißen, Ultraschall- oder Thermobonden, Anpressen, über einen leitfähigen Klebstoff oder ein anderes geeignetes Verfahren hergestellt. Dadurch ist eine weitere Verarbeitung im Scheibenverbund möglich.The electronic component according to the invention represents a Excerpt from a wafer composite, in which one or several substrate and one or more cover wafers and electronic functional units to form a wafer assembly are connected. The connection between the contact surfaces the electronic functional unit and the metal in the Opening is by soldering, welding, ultrasonic or Thermobonding, pressing, over a conductive adhesive or some other suitable method. This is further processing in the pane composite is possible.

Erfindungsgemäß besteht das elektronische Bauelement aus einem Ausschnitt aus einem Waferscheibenverbund, der aus Substratwaferscheibe, auf der eine Anzahl von elektronischen Funktionseinheiten angeordnet ist, und einer passenden zweiten Scheibe als Deckwaferscheibe zusammengefügt ist.According to the invention, the electronic component consists of a Excerpt from a wafer assembly, which consists of Substrate wafer on which a number of electronic Functional units is arranged, and a matching second Disc is assembled as a cover wafer.

Letztere besteht vorzugsweise aus dem gleichen Material wie das Substrat für die elektronischen Funktionseinheiten, vorzugsweise aus polykristallinem oder einkristallinem Quarz, Quarzglas oder Quarzgut, Glas, Keramik oder einem Polymer oder aus anderen geeigneten Gehäusewerkstoffen, wie Metall oder Metallegierungen. Beide Wafer sind durch geeignete Verfahren wie anodisches Bonden, Aufschmelzen einer Glasfritte, Zusammenfügen über ein geeignete Polymer oder ein anderes Schmelzgut, Kleben oder Auflöten zu einem gemeinsamen Waferscheibenverbund verbunden. Die zweite Waferscheibe ist durch ihre Gestaltung, bei Bedarf mit geeigneten Vertiefungen sowie durch ihre Verbindungstechnologie in der Lage, die einwandfreie Funktion der elektronischen Funktionseinheiten auf der Substratscheibe zu gewährleisten. Die durch die Vertiefungen gebildeten Höhlungen sind während des Verbindungsprozesses der beiden Waferscheiben mit einem geeigneten Inertgas gefüllt und werden hermetisch abgeschlossen. Nach der Verbindung der Substrat- und Deckwaferscheiben sind die elektronischen Funktionseinheiten im Waferscheibenverbund als gemeinsame Scheibe verpackt und mit elektrischen Anschlüssen nach außen versehen. Die Prüfung auf Funktionsfähigkeit sowie die Beschriftung erfolgen weiter hin im Waferverbund mit der Gesamtheit der Funktionseinheiten. Das aus dem Waferscheibenverbund ausgeschnittene elektronische Bauelement ist außerdem dadurch gekennzeichnet, daß es zwei oder mehrere Trennflächen besitzt, die je nach Lage der Durchkontaktierungen durch die Öffnungen und den Scheiben verbund oder nur durch den Scheibenverbund verlaufen. The latter is preferably made of the same material as the substrate for the electronic functional units, preferably made of polycrystalline or single-crystal quartz, Quartz glass or quartz, glass, ceramic or a polymer or from other suitable housing materials, such as metal or Metal alloys. Both wafers are made by appropriate methods like anodic bonding, melting a glass frit, Assemble over a suitable polymer or another Hot melt, gluing or soldering to a common Wafer disc assembly connected. The second wafer is through their design, if necessary with suitable recesses as well as through their connection technology able to perfect functioning of the electronic functional units to ensure on the substrate wafer. The through the Cavities are formed during the recesses Connection process of the two wafer slices with one suitable inert gas and are hermetic completed. After connecting the substrate and Deck wafers are the electronic functional units packed in a wafer disc assembly as a common disc and provided with electrical connections to the outside. The exam functionality and labeling continue towards the wafer network with all of the functional units. The electronic cut out of the wafer disc assembly Component is also characterized in that there are two or has several dividing surfaces, depending on the location of the Vias through the openings and the washers composite or only run through the disc composite.

Außer den elektronischen Funktionseinheiten können zu sätzliche mikromechanische, optische, optoelektronische oder andere Funktionseinheiten auf den Waferscheiben angeordnet sein. Der Waferscheibenverbund kann dabei mit zusätzlichen Wafern zur Stabilisierung aufgebaut sein. Die Vorteile der Erfindung ergeben sich daraus, daß das erfindungsgemäße elektronische Bauelement durch seinen Aufbau eine weitere erhebliche Miniaturisierung und als Teil eines Wafer verbundes durch seine Herstellung ohne Einzelbearbeitung eine Reduzierung des Arbeitsaufwandes erlaubt.In addition to the electronic functional units, too additional micromechanical, optical, optoelectronic or other functional units arranged on the wafer be. The wafer disc assembly can be used with additional Wafers built for stabilization. The advantages of Invention result from the fact that the invention electronic component through its construction another significant miniaturization and as part of a wafer connected through its production without individual processing a reduction in the workload allowed.

Durch die Verbindung zweier oder mehrerer Wafer als Substrat- und Deckwafer und die Nutzung des Substratmaterials als Gehäuseschale entsteht ein äußerst flaches Bauelement. Durch die Art der Anordnung der Kontakte sind die Bauelemente vorteilhafterweise für eine Oberflächenmontage geeignet. Das elektrisch leitfähige Füllmaterial für die Öffnungen im Deckwafer ist entsprechend der später vorgesehenen Verbindungstechnik zwischen Bauelement und äußerer Schaltung zu wählen. Da die Kontakte mittels beherrschbarer Verfahren der Mikroelektronik hergestellt werden, erfolgt dies mit hoher Präzision. Durch den Wegfall des Trägerstreifens und zusätzlicher Gehäuseschalen ist der Material- und Arbeits aufwand wesentlich verringert. So entfällt z. B. das Bonden der einzelnen Kontakte. Die erfindungsgemäßen Bauelemente sind nur unwesentlich größer als die eigentliche elektronische Funktionseinheit und kommen somit dem Trend zur weiteren Miniaturisierung nach. Durch die flache Ausführung der Bauelemente ist eine gute Wärmeabfuhr aus den aktiven Gebieten der Schaltung gewährleistet.By connecting two or more wafers as substrate and cover wafer and the use of the substrate material as Housing shell creates an extremely flat component. By the type of arrangement of the contacts are the components advantageously suitable for surface mounting. The electrically conductive filling material for the openings in the Cover wafer is provided according to that later Connection technology between component and external circuit to choose. Because the contacts are manageable microelectronics are manufactured, this is done with high Precision. By eliminating the carrier strip and additional housing shells is the material and work expenses significantly reduced. So z. B. bonding of the individual contacts. The components according to the invention are only slightly larger than the actual one electronic functional unit and thus come up to the trend further miniaturization. Due to the flat design of the components is good heat dissipation from the active Guaranteed areas of the circuit.

Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungs beispielen beschrieben. The invention is based on several execution described examples.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 Ausschnitt aus einem Waferverbund mit zwei Reihen Bauelementen (erste Reihe im Querschnitt), Fig. 1 section of a wafer assembly with two rows of components (first row in cross section),

Fig. 2 Waferverbund mit Bauelementen,
2a Substratwafer in Draufsicht,
2b Waferverbund im Querschnitt, Fig. 2 wafer composite with components,
2a substrate wafer in plan view,
2b wafer composite in cross section,

Fig. 3 Detailansicht eines Bauelementes,
3a Deckwafer in Bodenansicht,
3b Substratwafer mit Funktionseinheiten und Durchkontaktierungen in Draufsicht,
3c Bauelement im Querschnitt, Fig. 3 Detail of a component,
3a cover wafer in bottom view,
3b substrate wafer with functional units and plated-through holes in plan view,
3c component in cross section,

Fig. 4 Detailansicht eines Bauelementes,
4a Substratwafer mit Funktionseinheiten in Boden ansicht,
4b Deckwafer mit Durchkontaktierungen und Ver tiefung in Draufsicht,
4c Bauelement im Querschnitt, Fig. 4 detail view of a component,
4a substrate wafer with functional units in bottom view,
4b top wafer with vias and deepening in plan view,
4c component in cross section,

Fig. 5 Detailansicht eines Bauelementes,
5a Deckwafer mit Durchkontaktierungen in Bodenan sicht,
5b Substratwafer mit Funktionseinheit in Drauf sicht,
5c Bauelement im Querschnitt, Fig. 5 detail view of a component,
5a cover wafer with vias in bottom view,
5b top view of substrate wafer with functional unit,
5c component in cross section,

Fig. 6 Detailansicht eines Bauelementes,
6a Substratwafer mit Funktionseinheit, Vertiefung und Durchkontaktierung in Draufsicht,
6b Deckwafer in Bodenansicht,
6c Bauelement im Querschnitt,
6d Bauelement in Frontansicht, Fig. 6 detail view of a component,
6a substrate wafer with functional unit, recess and plated-through hole in plan view,
6b cover wafer in bottom view,
6c component in cross section,
6d component in front view,

Fig. 7 Detailansicht eines Bauelementes,
7a Deckwafer mit Vertiefung und Durchkon taktierungen in Bodenansicht,
7b Substratwafer mit Funktionseinheit in Drauf sicht,
7c zusätzlicher Wafer in Draufsicht,
7d Bauelement im Querschnitt, Fig. 7 detail view of a component,
7a cover wafer with recess and through contacts in bottom view,
7b top view of substrate wafer with functional unit,
7c additional wafer in plan view,
7d component in cross section,

Fig. 8 Detailansicht eines Bauelementes,
8a Deckwafer mit Funktionseinheiten und Ver tiefung in Bodenansicht,
8b Substratwafer mit Funktionseinheit und Ver tiefung in Draufsicht,
8c zusätzlicher Wafer in Draufsicht,
8d Bauelement im Querschnitt, Fig. 8 detail view of a component,
8a cover wafer with functional units and indentation in bottom view,
8b substrate wafer with functional unit and indentation in plan view,
8c additional wafer in top view,
8d component in cross section,

Fig. 9 Detailansicht eines Bauelementes,
9a Deckwafer mit Vertiefung in Bodenansicht,
9b Substratwafer mit Funktionseinheit in Drauf sicht,
9c zusätzlicher Wafer mit Vertiefung in Drauf sicht,
9d Bauelement mit Kontaktreihe in Draufsicht. Fig. 9 detail view of a component,
9a cover wafer with recess in bottom view,
9b top view of substrate wafer with functional unit,
9c additional wafer with recess in plan view,
9d component with row of contacts in plan view.

Fig. 10 Detailansicht eines Bauelementes,
10a Deckwafer mit Vertiefung in Bodenansicht,
10b zusätzlicher Wafer mit Vertiefung und Anpaßnetzwerk in Draufsicht,
10c Substratwafer mit Funktionseinheit in Draufsicht,
10d Bauelement im Querschnitt, Fig. 10 detail view of a component,
10a cover wafer with recess in bottom view,
10b additional wafer with recess and matching network in top view,
10c substrate wafer with functional unit in plan view,
10d component in cross section,

Example 1 ( Figs. 1 and 2)

Auf einem Wafer, vorzugsweise einem piezoelektrischen und/oder Halbleitersubstrat, im weiteren Substratwafer 1 (Fig. 1) genannt, sind elektronische Funktionseinheiten 2 wie bisher nach einer Standardtechnologie angeordnet. Die Verbindungsleitungen 3 der Funktionseinheiten 2 (Stromver sorgung, Signal,- Adress- und Datenleitungen) sind bis zu vorher festgelegten und in der dafür vorgesehenen Maske berücksichtigten Positionen herausgeführt. Die Positionen sind entsprechend festgelegt. Auf einem zweiten Wafer, im weiteren Deckwafer 4 genannt, der vorzugsweise aus dem gleichen Material wie der Substratwafer 1 besteht, befinden sich an besagten Positionen Öffnungen 5 für Durchführungen, die durch Mikrobearbeitung, vorzugsweise Fotolithographie mit Ätzen und/oder Laserbearbeitung, erzeugt werden. Die Öffnungen 5 sind so mit Metall gefüllt, daß zur besseren Kontaktierung leichte Erhebungen als Durchkontaktierungen 6 auf Ober- und Unterseite entstehen. Nach der Strukturierung des Metalls auf dem Deckwafer 4 bleiben nur noch die Kontakte zur Verbindung der eigentlichen Funktionseinheit 2 mit der äußeren Elektronik (z. B. Leiterplatte) stehen. Im Deckwafer 4 befinden sich Ver tiefungen 7, falls dies zur Funktion des fertigen, elektronischen Bauelements notwendig ist. Die Vertiefungen 7 ergeben nach der Verbindung des Deckwafers 4 mit dem Sub stratwafer 1 Hohlräume, welche mit Schutzgas ausgefüllt sein können. Substrat- und Deckwafer 1 und 4 sind nach Fertig stellung der Schaltung mit einem Verbindungsmaterial 8 fest miteinander verbunden. Dies erfolgt dadurch, daß der Deckwafer 4 mit dem Verbindungsmaterial 8, vorzugsweise niedrigschmelzender Glasfritte, Polymer oder Klebstoff bedruckt und in einem Arbeitsgang über dem Substratwafer 1 positioniert wird. Durch Erwärmung beider Wafer 1 und 4 über den Schmelzpunkt des Verbindungsmaterials 8 wird eine dauerhafte und hermetische Verbindung zwischen beiden Wafern 1 und 4 erreicht. Dabei wird gleichzeitig der elektrische Kontakt nach außen hergestellt. Nach Verbindung beider Wafer 1 und 4 werden alle Schaltungsteile noch im Waferscheibenverbund 10 beschriftet, getestet und defekte Bauelemente ermittelt. Bei Anordnung der Öffnungen 5 mit den Durchkontaktierungen 6 im Trennpfad der Bauelemente ergibt sich, daß mehrere Bauelemente gemeinsame Kontakte besitzen, welche erst mit dem Trennen der Bauelemente in mehrere Einzelkontakte für die fertigen Bauelemente geteilt sind. Die einzelnen fertig verkappten elektronischen Bauelemente entstehen durch Trennen des Waferverbundes 10 entlang der Trennflächen 9. Die im Trennbereich liegenden Durch kontaktierungen 6 besitzen einen ausreichend großen Durchmesser, so daß ihre Funktion als lötbare Einzelkontakte der fertigen Bauelemente nach dem Trennen gegeben ist.On a wafer, preferably a piezoelectric and / or semiconductor substrate, hereinafter referred to as substrate wafer 1 ( FIG. 1), electronic functional units 2 are arranged according to a standard technology as before. The connecting lines 3 of the functional units 2 (power supply, signal, - address and data lines) are brought out to predetermined positions and taken into account in the mask provided for this purpose. The positions are defined accordingly. On a second wafer, hereinafter referred to as cover wafer 4 , which preferably consists of the same material as the substrate wafer 1 , there are openings 5 for bushings at said positions, which are produced by micromachining, preferably photolithography with etching and / or laser processing. The openings 5 are filled with metal in such a way that slight bumps are formed as through-contacts 6 on the top and bottom for better contacting. After the structuring of the metal on the cover wafer 4 , only the contacts for connecting the actual functional unit 2 with the external electronics (e.g. printed circuit board) remain. In the cover wafer 4 there are recesses 7 , if this is necessary for the function of the finished electronic component. The depressions 7 result after the connection of the cover wafer 4 with the sub stratwafer 1 cavities, which can be filled with protective gas. After completion of the circuit, substrate and cover wafers 1 and 4 are firmly connected to one another with a connecting material 8 . This is done by printing the cover wafer 4 with the connecting material 8 , preferably low-melting glass frit, polymer or adhesive, and positioning it over the substrate wafer 1 in one operation. By heating both wafers 1 and 4 above the melting point of the connecting material 8 , a permanent and hermetic connection between the two wafers 1 and 4 is achieved. At the same time the electrical contact to the outside is established. After the connection of both wafers 1 and 4 , all circuit parts are labeled, tested in the wafer assembly 10 , and defective components are determined. When the openings 5 are arranged with the plated-through holes 6 in the separation path of the components, it follows that several components have common contacts which are only divided into a plurality of individual contacts for the finished components when the components are separated. The individual fully encapsulated electronic components are produced by separating the wafer assembly 10 along the separating surfaces 9 . The contacts located in the separation area 6 have a sufficiently large diameter so that their function as solderable individual contacts of the finished components is given after the separation.

Die einzelnen elektronischen Bauelemente sind Teile und Ausschnitte aus dem gesamten Waferverbund 10 (Fig. 2). Durch die Verbindung von zwei Wafern und die Nutzung des Substratmaterials als Gehäuseschale entsteht ein äußerst flaches Bauelement. Durch die Art der Anordnung der Kontakte sind die Bauelemente tauglich für die Oberflächenmontage. Zur Herstellung eines Waferverbundes 10 werden vorzugsweise ein Substratwafer 1 mit einer Vielzahl von elektronischen Funktionseinheiten 2 und ein speziell profilierter Deckwafer 4 oder eine Vielzahl von Wafern übereinander positioniert, fest miteinander verbunden und anschließend im Verbund weiter verarbeitet, vorzugsweise beschriftet, geprüft und be schichtet.The individual electronic components are parts and cutouts from the entire wafer assembly 10 ( FIG. 2). The connection of two wafers and the use of the substrate material as the housing shell creates an extremely flat component. The type of arrangement of the contacts means that the components are suitable for surface mounting. To produce a wafer composite 10 , a substrate wafer 1 with a multiplicity of electronic functional units 2 and a specially profiled cover wafer 4 or a multiplicity of wafers are preferably positioned one above the other, firmly connected to one another and then further processed in the composite, preferably labeled, tested and coated.

Entlang der Trennflächen 9 wird der Waferverbund 10 getrennt, so daß jedes entstehende einzelne elektronische Bauelement mindestens zwei Trennflächen 9 besitzt. The wafer assembly 10 is separated along the separating surfaces 9 , so that each individual electronic component that is created has at least two separating surfaces 9 .

Example 2 ( Fig. 3)

Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Bauelementes nach Beispiel 1 zeigt Fig. 3 als Detail. Der Substratwafer 1 trägt die elektronischen Funktionseinheiten 2 und besitzt die Öffnungen 5 für die Durchkontaktierungen 6. Die Kontakte im Verbindungsbereich der Substrat- und Deckwafer 1 und 4 sind so angeordnet, daß diese beim Schneiden nicht entlang der Trennflächen 9 freigelegt werden. Jedes Bauelement hat schon vor dem Trennen eigene Öffnungen 5 und Durchkontaktierungen 6. Die elektronische Funktionseinheit 2 ist von Dämpfungsmasse 11 umgeben, falls das zur Dämpfung von Wellen und Schwingungen notwendig ist.A further embodiment of a device according to Example 1, FIG. 3 as detail. The substrate wafer 1 carries the electronic functional units 2 and has the openings 5 for the plated-through holes 6 . The contacts in the connection area of the substrate and cover wafers 1 and 4 are arranged such that they are not exposed along the separating surfaces 9 during cutting. Each component has its own openings 5 and plated-through holes 6 even before separation. The electronic functional unit 2 is surrounded by damping mass 11 if this is necessary for damping waves and vibrations.

Example 3 ( Fig. 4)

Das im Ausführungsbeispiel 3 nach Fig. 4 gezeigte Bauelement besitzt einen Substratwafer 1, vorzugsweise aus foto strukturierbarem Glas mit Funktionseinheiten 2 und einem Deckwafer 4 mit den Öffnungen 5. Die Durchkontaktierungen 6 sind so erzeugt, daß das leitfähige Material in den Öffnungen 5 im Deckwafer 4 durch Formschluß gehalten wird. Die Verbindungsleitungen 3 zwischen den Funktionseinheiten 2 und den Öffnungen 5 mit den Durchkontaktierungen 6 sind im Bereich dieser Kontakte zu Kontaktflächen 12 vergrößert, damit selbst bei thermischer Ausdehnung des elektronischen Bauelementes Kontakt gegeben ist.The component shown in exemplary embodiment 3 according to FIG. 4 has a substrate wafer 1 , preferably made of photo-structurable glass with functional units 2 and a cover wafer 4 with the openings 5 . The plated-through holes 6 are produced such that the conductive material is held in the openings 5 in the cover wafer 4 by positive locking. The connecting lines 3 between the functional units 2 and the openings 5 with the plated-through holes 6 are enlarged in the area of these contacts to contact surfaces 12 , so that contact is given even when the electronic component expands thermally.

Durch die Erwärmung von Substrat- und Deckwafer 1 und 4 über den Schmelzpunkt des Verbindungsmaterials 8 und anschließende Abkühlung wird eine dauerhafte und hermetische Verbindung zwischen beiden Wafern 1 und 4 erreicht. Dabei wird gleichzeitig der elektrische Kontakt zwischen den Ver bindungsleitungen 3 und den Durchkontaktierungen 6 im Sub stratwafer 1 hergestellt. By heating the substrate and cover wafers 1 and 4 above the melting point of the connecting material 8 and subsequent cooling, a permanent and hermetic connection between the two wafers 1 and 4 is achieved. At the same time, the electrical contact between the connecting lines 3 and the plated-through holes 6 in the sub stratwafer 1 is produced.

Example 4 ( Fig. 5)

Fig. 5 zeigt als Ausführungsbeispiel 4 wie Beispiel 1, 2 oder 3 ein Bauelement mit einer Vertiefung 7 im Substratwafer 1, falls dies zur Funktion des fertigen elektronischen Bauelements notwendig ist. Die Vertiefung 7 ergibt nach der Verbindung des Deckwafers 4 mit dem Substratwafer 1 einen Hohlraum, welcher mit Schutzgas ausgefüllt sein kann. In dieser Vertiefung 7 können sich eine oder mehrere elektronische Funktionseinheiten 2 befinden, welche in der oben beschriebenen Weise über Verbindungsleitungen 3 mit den Durchkontaktierungen 6 in Verbindung stehen. Fig. 5 shows, as Embodiment 4, as in Example 1, 2 or 3, a component with a recess 7 in the substrate wafer 1, if this is necessary for the function of the finished electronic component. After connecting the cover wafer 4 to the substrate wafer 1, the recess 7 results in a cavity which can be filled with protective gas. In this recess 7 there can be one or more electronic functional units 2 , which are connected to the plated-through holes 6 in the manner described above via connecting lines 3 .

Die Verbindungsleitungen 3 sind im Bereich von Kontaktflächen 12 so vergrößert, daß bei thermischer Ausdehnung des elektronischen Bauelementes der elektrische Kontakt zur äußeren Schaltung gegeben ist.The connecting lines 3 are enlarged in the area of contact surfaces 12 so that when the electronic component is thermally expanded, the electrical contact to the external circuit is given.

In den Substratwafer 1 ist vor der Erzeugung der elektronische Funktionseinheit 2 eine Vertiefung 7 eingebracht worden, in welcher die Funktionseinheit 2 hergestellt wird. Die Vertiefung 7 ergibt nach der Verbindung des Deckwafers 4 mit dem Substratwafer 1 einen vakuumdichten Hohlraum. Auf dem Deckwafer 4 aus fotostrukturierbarem Glas oder einem anderen zur Abdeckung der Funktionseinheit 2 geeigneten Material befinden sich an besagten Positionen der Kontakt flächen 12 die Öffnungen 5, die durch Mikrobearbeitung, vorzugsweise Fotolithografie mit Ätzen und/oder Laserbe arbeitung, erzeugt werden. Die Öffnungen 5 sind so mit Metall gefüllt, daß Durchkontaktierungen 6 entstehen, die die Verbindung 3 der elektronischen Funktionseinheit 2 mit der äußeren Schaltung verbinden. Die Durchkontaktierungen 6 sind dabei am Rand der Bauelemente angeordnet, so daß diese beim Schneiden freigelegt werden. Zwischen den Durchkontaktierungen 6 benachbarter Bauelemente bleibt maximal ein dünner Steg des Substrat- und Deckwafers stehen, welcher beim Trennen der Bauelemente entfernt wird. Nach dem Trennen hat jedes Bauelement die Durchkontaktierungen 6. Nach der Strukturierung des Metalls auf dem Deckwafer 4 bleiben nur noch die Durchkontaktierungen 6 zur Verbindung der eigentlichen Funktionseinheit 2 mit der äußeren Elektronik (z. B. Leiterplatte) stehen.Before the electronic functional unit 2 is produced, a depression 7 has been made in the substrate wafer 1 , in which the functional unit 2 is produced. After the cover wafer 4 has been connected to the substrate wafer 1, the depression 7 results in a vacuum-tight cavity. On the cover wafer 4 made of photostructurable glass or another material suitable for covering the functional unit 2, the openings 5 are located at said positions of the contact surfaces 12 , which are produced by micromachining, preferably photolithography with etching and / or laser processing. The openings 5 are filled with metal so that plated-through holes 6 are formed which connect the connection 3 of the electronic functional unit 2 to the external circuit. The plated-through holes 6 are arranged on the edge of the components, so that they are exposed during cutting. A maximum of a thin web of the substrate and cover wafer remains between the plated-through holes 6 of adjacent components, which web is removed when the components are separated. After the separation, each component has the plated-through holes 6 . After the structuring of the metal on the cover wafer 4 , only the plated-through holes 6 remain for connecting the actual functional unit 2 to the external electronics (eg printed circuit board).

Gleichzeitig mit der Verbindung der beiden Wafer 1 und 4 wird der elektrische Kontakt zwischen den Kontaktflächen 12 und den Durchkontaktierungen 6 im Deckwafer 4 herstellt. Die durch thermische Ausdehnung und Verarbeitung des Bauelementes entstehenden Spannungen zwischen Substrat- und Deckwafer 1 und 4 sind durch die Verwendung eines elastischen Verbindungs materials vermindert.Simultaneously with the connection of the two wafers 1 and 4 , the electrical contact between the contact surfaces 12 and the plated-through holes 6 in the cover wafer 4 is established. The tensions between substrate and cover wafers 1 and 4 caused by thermal expansion and processing of the component are reduced by the use of an elastic connecting material.

Example 5 ( Fig. 6)

Ein weiteres Beispiel (Fig. 6) zeigt ein Bauelement, bei dem die Grundfläche der Vertiefung 7 eine von der rechteck förmigen Grundfläche abweichende Form hat und vorzugsweise als rhombus- oder trapezförmige Grundfläche 13 ausgebildet ist. Für Bauelemente unter Nutzung akustischer Oberflächenwellen sind die Seiten, auf welche beim Betrieb der Bauelemente Wellen auftreffen, so gegen die Ausbreitungsrichtung der Wellen geneigt, daß die Auswirkung der reflektierten Wellenanteile die Funktion des Bauelements in der gewünschten Art und Weise beeinflußt.Another example ( FIG. 6) shows a component in which the base area of the recess 7 has a shape that deviates from the rectangular base area and is preferably designed as a rhombus-shaped or trapezoidal base area 13 . For components using surface acoustic waves, the sides which hit waves during the operation of the components are so inclined against the direction of propagation of the waves that the effect of the reflected wave components influences the function of the component in the desired manner.

Example 6 ( Fig. 7)

Dieses Ausführungsbeispiel gleicht den in den vorhergehenden Beispielen beschriebenen, wobei eine elektronische Funktions einheit 2 auf der polierten Oberfläche des Substratwafers 1 im Bereich der Vertiefung 7 angeordnet ist.This exemplary embodiment is the same as that described in the preceding examples, with an electronic functional unit 2 being arranged on the polished surface of the substrate wafer 1 in the region of the recess 7 .

Die Vertiefung 7 ist von der Rückseite her in den Substrat wafer 1 eingebracht, so daß die elektronische Funktions einheit 2 oder auch nur Teile davon im abgedünnten Bereich liegen.The recess 7 is introduced from the rear into the substrate wafer 1 , so that the electronic functional unit 2 or only parts thereof are in the thinned area.

Zur Erhöhung der mechanischen Stabilität sind der Substrat- und Deckwafer 1 und 4 mit einem zusätzlichen Wafer 14 verbunden.To increase the mechanical stability, the substrate and cover wafers 1 and 4 are connected to an additional wafer 14 .

Example 7 ( Fig. 8)

Das folgende Ausführungsbeispiel beschreibt ein Bauelement, bei dem in den Deckwafer 4 zusätzlich mikromechanische Funktionseinheiten 15 integriert sind. Die mikromechanischen Funktionseinheiten 15 sorgen z. B. für die Einstellung eines bestimmten Gasdrucks und einer bestimmten Gaskonzentration in den durch die Vertiefungen 7 entstandenen Kammern der einzelnen Bauelemente bzw. für einen Gasdurchsatz in diesen Kammern. Der zusätzliche Wafer 14 kann ebenfalls mikro mechanische Funktionseinheiten 15 enthalten.The following exemplary embodiment describes a component in which micromechanical functional units 15 are additionally integrated in the cover wafer 4 . The micromechanical functional units 15 provide z. B. for setting a certain gas pressure and a certain gas concentration in the chambers formed by the recesses 7 of the individual components or for a gas throughput in these chambers. The additional wafer 14 can also contain micro-mechanical functional units 15 .

Example 8 ( Fig. 9)

Das beschriebene Bauelement ist wie in den vorhergehenden Beispielen aufgebaut, wobei die Öffnungen 5 so angeordnet und erzeugt sind, daß die Durchkontaktierungen 6 zusammen an einer Seite des Bauelementes entlang einer oder mehrerer Kanten herausgeführt sind. Diese Durchkontaktierungen 6 sind dabei so ausgeführt, daß sie eine hohe Haftfestigkeit aufweisen. Das Kontaktmaterial läßt wiederholbare Verbindungen zur äußeren Schaltung zu, so daß das Bauelement nach dem Heraustrennen aus dem Waferverbund 10, bestehend aus Deck-, Substrat- und zusätzlichen Wafer 4, 1 und 14 zur Verbindung mit der äußeren Schaltung in Fassungen gesteckt und von dort auch wieder entfernt werden kann. Bis zur Vereinzelung des Waferverbundes in einzelne Bauelemente werden alle Bauelemente im Verbund gefertigt, getestet und beschriftet. The component described is constructed as in the previous examples, the openings 5 being arranged and produced in such a way that the plated-through holes 6 are led out along one or more edges on one side of the component. These vias 6 are designed so that they have a high adhesive strength. The contact material allows repeatable connections to the external circuit, so that the component after being removed from the wafer composite 10 , consisting of cover, substrate and additional wafers 4 , 1 and 14, is inserted into sockets for connection to the external circuit and from there also can be removed again. Until the wafer composite is separated into individual components, all components are manufactured, tested and labeled in the composite.

Example 9 ( Fig. 10)

Das Ausführungsbeispiel 9 (Fig. 10) beschreibt ein Bauelement, welches durch Heraustrennen aus einem Wafer verbund 10, bestehend aus je einem Substrat- und Deckwafer 1 und 4 sowie einem zusätzlichen Wafer 14 mit Anpaßnetzwerken 16, entstanden ist. Dabei enthält der Deckwafer 4 Öffnungen 5 mit Durchkontaktierungen 6, welche die Anpaßnetzwerke 16 mit der äußeren Schaltung verbinden. Der zusätzliche Wafer 14 enthält ebenfalls Öffnungen 5 mit Durchkontaktierungen 6, um die Anpaßnetzwerke 16 sowie die äußere Schaltung mit den elektronischen Funktionseinheiten 2 zu verbinden. Die Anpaßnetzwerke 16 sind dabei ebenfalls im Waferprozeß hergestellt, vorzugsweise auf Wafern aus fotostrukturierbarem Glas oder anderen, gut strukturierbaren Materalien, um eine hohe Reproduzierbarkeit der Anpaßnetzwerke 16 zu sichern. Durch die durch Wegfall der Bonddrähte und durch Foto lithografie entstandenen Verbindungsleitungen 3 ist eine hohe Stabilität der gesamten Schaltung, bestehend aus elektronischen Funktionseinheiten 2 und Anpaßnetzwerken 16, gesichert.The exemplary embodiment 9 ( FIG. 10) describes a component which was created by separating it from a wafer 10 , each consisting of a substrate and cover wafer 1 and 4 and an additional wafer 14 with matching networks 16 . The cover wafer 4 contains openings 5 with plated-through holes 6 , which connect the matching networks 16 to the external circuit. The additional wafer 14 also contains openings 5 with plated-through holes 6 in order to connect the matching networks 16 and the external circuit to the electronic functional units 2 . The matching networks 16 are likewise produced in the wafer process, preferably on wafers made of photo-structurable glass or other materials that can be structured well, in order to ensure a high reproducibility of the matching networks 16 . Due to the elimination of the bonding wires and by lithography connecting lines 3 , a high stability of the entire circuit, consisting of electronic functional units 2 and adapter networks 16 , is ensured.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen elektronischer Bauelemente und die Ver fahrensschritte ihrer Herstellung beschränkt.The present invention is not shown on the Embodiments of electronic components and the Ver production steps limited.

BezugszeichenlisteReference list

1 Substratwafer
2 elektronische Funktionseinheit
3 Verbindungsleitungen zwischen Funktionseinheiten und Durch kontaktierungen
4 Deckwafer
5 Öffnungen
6 Durchkontaktierungen
7 Vertiefung
8 Verbindungsmaterial
9 Trennfläche
10 Waferverbund
11 Dämpfungsmasse
12 Kontaktflächen an den Enden der Verbindungsleitungen 3
13 rhombusförmige Grundfläche der Vertiefung 7
14 zusätzlicher Wafer
15 mikromechanische Funktionseinheit
16 Anpaßnetzwerk 1 substrate wafer
2 electronic functional unit
3 connecting lines between functional units and through contacts
4 cover wafers
5 openings
6 vias
7 deepening
8 connecting material
9 dividing surface
10 wafer composite
11 damping mass
12 contact surfaces at the ends of the connecting lines 3
13 rhombic base of the recess 7
14 additional wafers
15 micromechanical functional unit
16 matching network

Claims

1. Electronic component, consisting of a substrate, a housing cover and an electronic functional unit, characterized in that it comprises a section of interconnected wafer disks in the form of a substrate wafer ( 1 ) and a specially profiled cover wafer ( 4 ) and with a large number of electronic functional units ( 2 ) and that the electrical connections of the electronic functional units ( 2 ) are arranged as vias ( 6 ) via openings ( 5 ) in the substrate ( 1 ) and / or cover wafer ( 4 ) on the wafer surfaces.

2. Electronic component according to claim 1, characterized in that it represents a section of a wafer assembly ( 10 ) and the wafer assembly ( 10 ) from a fixed connection of one or more substrate ( 1 ) and one or more cover wafers ( 4 ) and electronic functional units ( 2 ) in one or more levels.

3. Electronic component according to one of claims 1 or 2, characterized in that the in the substrate ( 1 ) and / or cover wafer ( 4 ) arranged openings ( 5 ) are filled with conductive material and on the surfaces of the wafers ( 1 ; 4th ) form the electrical vias ( 6 ) to the outside.

4. Electronic component according to one of claims 1 to 3, characterized in that through the substrate ( 1 ) and / or cover wafer ( 4 ) arranged openings ( 5 ) bonding wires to bond surfaces to the outside and to the connecting lines ( 3 ) of the electronic Functional units ( 2 ) are performed.

5. Electronic component according to one of claims 1 to 4, characterized in that above or below the electronic functional units ( 2 ) or additional micromechanical functional units ( 15 ) recesses ( 7 ) in the substrate ( 1 ) and / or cover wafer ( 4 ) are arranged are.

6. Electronic component according to one of claims 1 to 5, characterized in that it has two or more separating surfaces ( 9 ) and that the separating surfaces ( 9 ) through the wafer assembly ( 10 ) or the wafer assembly ( 10 ) and the openings ( 5 ) are arranged.

7. Electronic component according to one of claims 1 to 6, characterized in that its vias ( 6 ) on the surface of the wafer ( 1 ; 4 ) are arranged depending on the overall circuit of several components.

8. Electronic component according to one of claims 1 to 7, characterized in that the substrate ( 1 ) and cover wafer ( 4 ) are preferably fused by a glass frit or by a low-melting glass solder as a connecting material ( 8 ).

9. Electronic component according to one of claims 1 to 7, characterized in that substrate ( 1 ) and cover wafer ( 4 ) are preferably connected by an adhesive or by an elastic polymer as a connecting material ( 8 ).

10. Electronic component according to one of claims 1 to 7, characterized in that substrate ( 1 ) and cover wafer ( 4 ) are preferably connected by anodic bonding by means of an electronic field.

11. The component according to one of claims 1 to 10, characterized in that additional wafers ( 14 ) are arranged stabilizing in the wafer assembly ( 10 ).

12. Process for the production of electronic components Claims 1 to 10, characterized in that one with a Variety of electronic functional units Substrate or cover wafer and a specially profiled cover or substrate wafers or a plurality of the wafers one above the other positioned and firmly connected to each other that finally this wafer composite is further processed, preferably labeled, checked and if necessary with a stabilizing coating is coated and that the individual electronic components on the intended Separating surfaces of the wafer composite separated as cutouts will.