DE10030546B4 - Befestigungsverfahren für elektronische Bauelemente - Google Patents

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Abstract

Ein Befestigungsverfahren für ein elektronisches Bauelement umfaßt die Schritte des Bereitstellens eines elektronischen Bauelements mit Metallbumps, die auf einer Oberfläche desselben gebildet sind, des Bereitstellens eines Verbindungswerkzeugs mit einer Druckoberfläche, des Bereitstellens eines Befestigungssubstrats, des Haltens der Druckoberfläche des Verbindungswerkzeugs in Berührung mit einer Rückseitenoberfläche des elektronischen Bauelements und des Anlegens einer Ultraschallwelle an das Verbindungswerkzeug, wodurch das elektronische Bauelement an dem Befestigungssubstrat befestigt wird. Die Maximallänge der Druckoberfläche des Verbindungswerkzeugs in der Ultraschallwellenoszillationsrichtung ist größer als etwa 0,5 mal der Maximallänge der Rückseitenoberfläche des elektronischen Bauelements in der Ultraschallwellenoszillationsrichtung.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Befestigen von elektronischen Bauelementen und insbesondere auf ein Verfahren zum Befestigen von akustischen Oberflächenwellenbauelementen auf Befestigungssubstraten durch Anlegen einer Ultraschallwelle an dieselben und Drücken der akustischen Oberflächenwellenbauelemente auf die Befestigungssubstrate.
  • Entsprechend in jüngster Zeit miniaturisierter und dünner elektronischer Komponenten wurde ein Flip-Chip-Bonding-Verfahren bzw. ein Chip-Wende-Verbindungsverfahren als ein Verfahren zum Befestigen von elektronischen Bauelementen an Substraten entwickelt. Das Flip-Chip-Verbindungsverfahren ist ein Befestigungsverfahren, das eine Funktionsoberfläche eines elektronischen Bauelements relativ zu einem Substrat derart positioniert, daß die Funktionsoberfläche dem Substrat gegenüber liegt, und dann das elektronische Bauelement an demselben befestigt. Das Verfahren wird verwendet, um Metallhügel bzw. Metallbumps, die auf Elektroden eines elektronischen Bauelements und auf Elektrodenstrukturen auf dem Substrat gebildet sind, elektrisch und mechanisch zu verbinden. Das Verfahren wird ferner verwendet, um Metallhügel bzw. Metallbumps, die auf Elektrodenstrukturen positioniert sind, die auf einem Substrat vorgesehen sind, mit Elektroden eines elektronischen Bauelements zu verbinden. Die Flip-Chip-Verbindungsverfahren, die derzeit verwendet werden, umfassen ein Verfahren, das zu dem Zeitpunkt der Verbindung eine Ultraschallwelle anlegt, und ein Verfahren, das zu dem Zeitpunkt der Verbindung gleichzeitig eine Ultraschallwelle und Wärme anlegt. Diese Verfahren werden verwendet, um die Stärke der Verbindungen zwischen den Metallbumps und den Elektrodenstrukturen, die auf dem Befestigungssubstrat vorgesehen sind, zu vergrößern.
  • Bei dem Flip-Chip-Verbindungsverfahren, das lediglich die Ultraschallwelle verwendet, erhöht das Erhöhen der angelegten Ultraschallwellenleistung die Stärke der Verbindungen zwischen den Metallbumps und den Elektrodenstrukturen, die auf dem Befestigungssubstrat vorgesehen sind. Wenn jedoch eine Ultraschallwellenleistung übermäßig erhöht wird, wird eine große Spannung auf die Elektroden auf dem Element und dem Substrat, das das Element definiert, ausgeübt, wodurch Risse in den Elektroden und dem Substrat verursacht werden.
  • Die JP 8-330880 A offenbart ein Verfahren, das in den 14A und 14B gezeigt ist, und das die oben erwähnten Probleme verursacht. Obwohl die Richtung einer Last, die durch ein Verbindungswerkzeug 67 bzw. Bonding-Werkzeug ausgeübt wird, senkrecht zu einer Elektrodenoberfläche eines elektronischen Bauelements 61 ist, ist insbesondere, wie es in 14A gezeigt ist, die Ultraschallwellenoszillationsrichtung horizontal. Daher wird eine resultierende Kraft der Last und der Ultraschallwelle, wie in 14B gezeigt, auf das elektronische Bauelement 61 ausgeübt. Als ein Resultat ist das Niveau eines Seitenabschnitts des elektronischen Bauelements 61 wesentlich niedriger als das Niveau eines Mittelabschnitts. Dementsprechend wird Energie auf einen Metallbump 64 konzentriert, der auf einem Seitenabschnitt des elektronischen Bauelements positioniert ist, und der Metallbump 64 fällt mehr zusammen als ein Metallbump 65, der in dem Mittelabschnitt positioniert ist, wodurch Risse in dem Metallbump 64 und einer Elektrodenanschlußfläche 62 verursacht werden.
  • Um die vorher erwähnten Probleme zu lösen, schlägt die JP 8-330880 A vor, daß Dummy-Bumps bzw. Scheinbumps auf dem elektronischen Bauelement vorgesehen werden. Wie es insbesondere in 15 gezeigt ist, sind Scheinanschlußflächen bzw. Dummy-Anschlußflächen 73 und Scheinbumps bzw. Dummy-Bumps 74 weiter weg von dem Mittelabschnitt in der Ultraschallwellenoszillationsrichtung als die Elektrodenanschlußflächen 72 und die Metallbumps 75, die auf einem elektronischen Bauelement 71 vorgesehen sind, vorgesehen, wodurch es ermöglicht wird, daß Spannung auf die Dummy-Anschlußflächen 73 und Dummy-Bumps 74 konzentriert wird. Dies verhindert, daß sich Risse in den Elektrodenanschlußflächen 72 und den Metallbumps 75 bilden, die die notwendige elektrische Leitung zu einem Befestigungssubstrat, das auf dem Element 71 vorgesehen ist, vorsehen.
  • Das Verfahren, bei dem die Dummy-Bumps zum Verhindern des Bildens der vorher erwähnten Risse vorgesehen werden, hat folgende Probleme. Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren muß das Substrat des elektronischen Bauelements vergrößert werden, da die Dummy-Anschlußflächen und die Dummy-Bumps zusätzlich vorgesehen werden müssen. Dies verursacht ein Problem dahingehend, daß die gesamte elektronische Komponente vergrößert wird. Wenn ferner Risse in den Dummy-Anschlußflächen auftreten, müssen Anschlußflächenstücke von den Dummy-Anschlußflächen getrennt werden. Wenn die Stücke an der Oberfläche des elektronischen Bauelements haften, werden elektrische Charakteristika der elektronischen Komponente und die Zuverlässigkeit derselben verschlechtert.
  • JP 10-107078 A bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen einer Flip-Chip-Verbindung eines Oberflächenwellenchips auf einem Substrat unter Verwendung eines Verbindungswerkzeugs, durch das Ultraschallwellen auf den Chip gestrahlt werden. Die Abmessung des Verbindungswerkzeugs zumindest in einer Richtung scheint etwas kleiner oder gleich der Abmessung des Chips in dieser Richtung zu sein.
  • Die JP 63025939 A befaßt sich mit einem Befestigungsverfahren zum Befestigen eines elektronischen Bauteils an einem Substrat unter Verwendung eines anisotropen leitfähigen Films, der aus Lotpartikeln und einem thermoplastischen Harz zusammengesetzt ist. Ein Ultraschallverbindungswerkzeug wird verwendet, das eine Vakuumöffnung aufweist, um eine Saugkraft an das elektronische Bauteil anzulegen.
  • Die JP 11-122072 A offenbart ein Oberflächenwellenelement, das mittels einer Flip-Chip-Technologie auf einem Verdrahtungsmuster eines Keramiksubstrats befestigt ist. Ferner sind seitliche Wände und eine obere Abdeckung, um ein Gehäuse für das Oberflächenwellenelement zu bilden, vorgesehen.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Befestigen eines elektronischen Bauelements, zu schaffen, das die kompakte und zuverlässige Befestigung eines elektronischen Bauelements ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Befestigen eines elektronischen Bauelements gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Um die oben beschriebenen Probleme zu überwinden, sehen bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Befestigen von elektronischen Bauelementen zum Erzeugen von kleinen elektronischen Komponenten vor, die eine hohe Zuverlässigkeit bei der Kopplung zwischen einem elektronischen Bauelement und einem Gehäuse und ausgezeichnete elektrische Charakteristika aufweisen.
  • Die vorliegende Erfindung umfaßt die Schritte des Bereitstellens eines elektronischen Bauelements mit Metallbumps, die auf einer Oberfläche desselben vorgesehen sind, des Bereitstellens eines Verbindungswerkzeugs mit einer Druckoberfläche, des Bereitstellens eines Befestigungssubstrats, des Haltens der Druckoberfläche des Verbindungswerkzeugs in Berührung mit einer Rückseitenoberfläche des elektronischen Bauelements und des Anlegens einer Ultraschallwelle an das Verbindungswerkzeug, wodurch das elektronischen Bauelement an dem Befestigungssubstrat befestigt wird, wobei die Maximallänge der Druckoberfläche des Verbindungswerkzeugs in der Ultraschallwellenoszillationsrichtung größer als die Hälfte der Maximallänge der Rückseitenoberfläche des elektronischen Bauelements in der Ultraschallwellenoszillationsrichtung ist.
  • Auf diese Art und Weise wird durch Erhöhen der Länge der Druckoberfläche des Verbindungswerkzeugs in der Ultraschallwellenrichtung die Länge eines akustischen Oberflächenwellenbauelements in der Oszillationsrichtung, die in einer Berührung mit dem Verbindungswerkzeug steht, erhöht. Folglich wird zu dem Zeitpunkt des Häusens bzw. des Packagings das akustische Oberflächenwellenbauelement weder bezüglich der horizontalen Richtung des Befestigungssubstrats gekippt noch konzentriert sich Spannung auf die Metallbumps in spezifischen Positionen in dem elektronischen Bauelement, selbst wenn eine resultierende Kraft der Last und der Ultraschallwelle momentan in einer gekippten Richtung ausgeübt wird. Daher wird die Häufigkeit von Rissen in den Metallbumps und den Elektrodenanschlußflächen stark reduziert, wodurch eine stabile und zuverlässige Kopplung mit ausgezeichneten elektrischen Charakteristika zwischen dem elektronischen Bauelement und dem Befestigungssubstrat vorgesehen wird.
  • Die vorliegende Erfindung sieht vor, daß eine Vakuumöffnung zum Befestigen des elektronischen Bauelements in der Druckoberfläche des vorher erwähnten Verbindungswerkzeugs vorgesehen ist. Die Vakuumöffnung ist in einem Abschnitt einer Rückseitenoberfläche des elektronischen Bauelements positioniert, in dem keine Buckel positioniert sind, derart, daß eine sehr stabile und zuverlässige Befestigung des elektronischen Bauelements auf dem Befestigungssubstrat erreicht wird.
  • Durch Versehen des Verbindungswerkzeugs mit der Vakuumöffnung, um es zu ermöglichen, daß das Verbindungswerkzeug das elektronische Bauelement aufnimmt und das elektronische Bauelement auf dem Befestigungssubstrat positioniert, wird folglich die Ultraschallwellenleistung, die an Abschnitte des elektronischen Bauelements, das direkt unter der Vakuumöffnung positioniert ist, angelegt ist, bezüglich einer Leistung reduziert, die auf einen Abschnitt des elektronischen Bauelements ausgeübt wird, der sich in einer direkten Berührung mit dem Verbindungswerkzeug befindet. Indem die Vakuumöffnung in Positionen auf der Rückseitenoberfläche eines Abschnitts vorgesehen wird, in dem der Metallbump des elektronischen Bauelements nicht positioniert ist, ist daher die Ultraschallwellenleistung, die auf die einzelnen Metallbumps ausgeübt wird, gleichmäßig. In diesem Fall wird keine Spannung auf die Metallbumps bei spezifischen Positionen konzentriert. Daher wird die Häufigkeit von Rissen in den Metallbumps und einem Metallbump stark reduziert, wodurch eine stabile und sehr zuverlässige Kopplung des elektronischen Bauelements mit dem Substrat vorgesehen wird.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sieht vor, daß die Form der Druckoberfläche des Verbindungswerkzeugs im wesentlichen gleich der Form der Rückseitenoberfläche des elektronischen Bauelements ist. Durch Wählen der Form der Druckoberfläche des Verbindungswerkzeugs im wesentlichen glich der Form der Rücksei tenoberfläche des elektronischen Bauelements wird auf diese Art und Weise die Länge des elektronischen Bauelements, die in Berührung mit dem Verbindungswerkzeug steht, weiter in anderen Richtungen als der Ultraschallwellenoszillationsrichtung erhöht. Das heißt, das Element weist eine größere Fläche in einer Berührung mit dem Verbindungswerkzeug auf, derart, daß eine stabile Berührung vorgesehen wird. Als ein Resultat ist keine Spannung auf die Metallbumps in spezifischen Positionen in dem Element konzentriert. Als ein Resultat wird die Häufigkeit von Rissen in Metallbumps und Elektrodenanschlußflächen stark reduziert, wodurch weiter die Kopplung des elektronischen Bauelements mit dem Substrat verbessert wird.
  • Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ferner die Maximallänge der Druckoberfläche des Verbindungswerkzeugs in der Ultraschallwellenoszillationsrichtung im wesentlichen glich oder kleiner als die Maximallänge der Rückseitenoberfläche des elektronischen Bauelements in der Ultraschallwellenoszillationsrichtung.
  • Indem die Maximallänge der Druckoberfläche des Verbindungswerkzeugs in der Ultraschallwellenoszillationsrichtung bzw. Ultraschallwellenschwingrichtung angeordnet wird, derart, daß dieselbe im wesentlichen gleich oder kleiner als die Maximallänge der Rückseitenoberfläche des elektronischen Bauelements in der Ultraschallwellenoszillationsrichtung ist, wenn das elektronische Bauelement in dem Gehäuse gehäust ist, wird eine Störung mit Seitenwänden des Gehäuses, wenn die Ultraschallwelle angelegt wird, verhindert, ohne die Größe des Gehäuses im Vergleich zu der Größe des elektronischen Bauelements zu vergrößern. Daher wird eine Miniaturisierung von elektronischen Komponenten erreicht.
  • Indem die Maximallänge der Druckoberfläche des Verbindungswerkzeugs in der Ultraschallwellenoszillationsrichtung so angeordnet wird, daß dieselbe wesentlich kleiner als die Länge der Rückseitenfläche des elektronischen Bauelements in der Ultraschallwellenoszillationsrichtung ist, besteht ein kleiner Abstand zwischen dem Umfang der Druckoberfläche des Verbindungswerkzeugs und dem Umfang der Rückseitenoberfläche des Elements, selbst wenn die Druckoberfläche des Verbindungswerkzeugs von der Rückseitenoberfläche des elektronischen Bauelements abweicht. Daher wird eine Störung, die durch das Verbindungswerkzeug und das Gehäuse verursacht wird, verhindert.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sieht vor, daß die Maximallänge der Druckoberfläche des Verbindungswerkzeugs in der Ultraschallwellenoszillationsrichtung etwa 0,8 mal der Maximallänge der Rückseitenoberfläche des elektronischen Bauelements in der Ultraschallwellenoszillationsrichtung ist.
  • Die Länge der Druckoberfläche des Verbindungswerkzeugs in der Ultraschallwellenoszillationsrichtung ist vorzugsweise derart, daß das elektronische Bauelement nicht wesentlich bezüglich der horizontalen Richtung des Befestigungssubstrats kippt. Zusätzlich ist die Länge ferner vorzugsweise angeordnet, um Störungen zwischen der Seitenwand des Gehäuses und dem Verbindungswerkzeug selbst dann zu verhindern, wenn die Druckoberfläche des Verbindungswerkzeugs etwas von der Rückseitenoberfläche des elektronischen Bauelements abweicht. Um diese Bedingungen zu erfüllen, wird die Maximallänge der Druckoberfläche des Verbindungswerkzeugs in der Ultraschallwellenoszillationsrichtung auf etwa 0,8 mal der Maximallänge der Rückseitenoberfläche des elektronischen Bauelements in der Ultraschallwellenoszillationsrichtung eingestellt.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sieht vor, daß das vorher erwähnte elektronische Bauelement ein akustisches Oberflächenwellenbauelement ist. Bei einem akustischen Oberflächenwellenbauelement kann die Vorrichtung nicht durch Vorsehen eines Haftmittels zwi schen dem Bauelement und einem Gehäuse unbeweglich gemacht werden, da ein Zwischenraum auf der Seite einer Funktionsoberfläche des Bauelements vorgesehen werden muß, um es den Oberflächenwellen zu ermöglichen, frei erzeugt und ausgebreitet zu werden. Daher müssen die Metallbumps verwendet werden, um das Bauelement und das Gehäuse miteinander elektrisch und mechanisch zu koppeln. Die Metallbumps sind angeordnet, um eine hohe Kopplungsstärke und Kopplungszuverlässigkeit vorzusehen.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sieht ein Verfahren zum Herstellen einer akustischen Oberflächenwelleneinheit vor, das das Verwenden des Befestigungsverfahrens der oben bevorzugten Ausführungsbeispiele, um ein akustisches Oberflächenwellenbauelement in einem Gehäuse aufzunehmen, und das Schließen des Gehäuses durch Befestigen einer Abdeckung an dem Gehäuse umfaßt. Das Verfahren des Befestigens des elektronischen Bauelements gemäß den bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann verwendet werden, um das akustische Oberflächenwellenbauelement zu häusen. Das heißt, das Befestigungsverfahren kann auf Verfahren zum Herstellen von akustischen Oberflächenwellenbauelementen angewendet werden.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine Draufsicht eines Verfahrens, das verwendet wird, um ein akustisches Oberflächenwellenbauelement zu häusen;
  • 2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A' von 1;
  • 3 eine Draufsicht eines Verfahrens, das verwendet wird, um ein akustisches Oberflächenwellenbauelement zu häusen;
  • 4 eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B' von 3;
  • 5 eine Draufsicht eines Verfahrens, das verwendet wird, um ein akustisches Oberflächenwellenbauelement zu häusen;
  • 6 eine Querschnittsansicht entlang der Linie C-C' von 5;
  • 7 eine Draufsicht eines Verfahrens gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das verwendet wird, um ein akustisches Oberflächenwellenbauelement zu häusen;
  • 8 eine Querschnittsansicht entlang der Linie D-D' von 7;
  • 9 eine Draufsicht eines Vergleichsverfahrens, das sich von den bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung unterscheidet, und das verwendet wird, um ein akustisches Oberflächenwellen bauelement zu häusen;
  • 10 eine Querschnittsansicht entlang der Linie E-E' von 9;
  • 11 eine Draufsicht eines Verfahrens gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das verwendet wird, um ein akustisches Oberflächenwellenbauelement zu häusen;
  • 12 eine Querschnittsansicht entlang der Linie F-F' von 11;
  • 13 eine graphische Darstellung, die Beziehungen zwischen den Häufigkeiten von Rissen auf einem akustischen Oberflächenwellenbauelement und Verhältnissen der Maximallänge eines Verbindungswerkzeugs in einer Ultraschallwellenoszillationsrichtung und der Maximallänge des akustischen Oberflächenwellenbauelements in einer Ultraschallwellenoszillationsrichtung zeigt;
  • 14A und 14B Querschnittsansichten, die jeweils einen Fall zei gen, bei dem ein herkömmliches Verfahren verwendet wird, um ein elektronisches Bauelement an einem Substrat zu befestigen; und
  • 15 eine Draufsicht eines elektronischen Bauelements, bei dem Dummy-Buckel gemäß einem herkömmlichen Befestigungsverfahren vorgesehen sind.
  • 1, 3, 5, 7 und 11 sind Draufsichten, die Verfahren zeigen, bei denen akustische Oberflächenwellenbauelemente in einem Gehäuse eingebaut werden. 9 ist eine Draufsicht eines Vergleichsbeispiels, bei dem das akustische Oberflächenwellenbauelement in dem Gehäuse unter Verwendung eines Verfahrens eingebaut wird, das sich von einem Verfahren gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unterscheidet. 2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A' von 1, 4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B' von 3, 6 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie C-C' von 5, 8 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie D-D' von 7, 10 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie E-E' von 9 und 12 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie F-F' von 11.
  • Wie in 1 und 2 gezeigt, umfaßt ein akustisches Oberflächenwellenbauelement 1 vorzugsweise ein piezoelektrisches Substrat 2, das aus Lithiumtantalat, Lithiumniobat, Quarz oder anderen geeigneten Materialien besteht, kammförmige Elektroden (nicht gezeigt), die vorzugsweise aus einem Al-Dünnfilm mit einer Dicke von etwa 0,1 μm bis etwa 0,2 μm bestehen und auf einer Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 2 (auf einer unteren Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 2, wie in 2 sichtbar) aufgebracht sind, und eine Elektrodenanschlußfläche 3, die elektrisch mit den kammförmigen Elektroden verbunden ist. Metallbumps 4, die entweder aus Au-Material oder einer Legierung, die ein Au-Material umfaßt, oder einem anderen geeigneten Material hergestellt sind, sind auf der Elektrodenanschlußfläche 3 vorgesehen.
  • Ein Gehäuse 5 besteht vorzugsweise aus einem Keramikmaterial, wie z. B. Al2O3 oder einem anderen geeigneten Material, und die Elektrodenstrukturen 6 zum elektrischen Miteinanderverbinden des Gehäuses 5 und des Bauelements 1 sind zusammen auf einem Element-Befestigungs-Substrat vorgesehen.
  • Zusätzlich weist ein Verbindungswerkzeug (eine Spannzange) 7 eine Druckoberfläche (einen Abschnitt des Verbindungswerkzeugs 7, der in Berührung mit dem Bauelement 1, wie in 2 gezeigt, befindet) auf dem unteren Abschnitt desselben auf. Die Druckoberfläche berührt eine Rückseitenoberfläche des akustischen Oberflächenwellenbauelements 1 (die obere Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 2, wie in 2 sichtbar) und drückt dasselbe.
  • Das akustische Oberflächenwellenbauelement 1 ist angeordnet, um den Elektrodenstrukturen 6 in dem Gehäuse 5 über die Metallbumps 4 gegenüber zu liegen. Wenn sich als nächstes die Druckoberfläche des Verbindungswerkzeugs 7 in Berührung mit der Rückseitenoberfläche des akustischen Oberflächenwellenbauelements 1 ist, werden eine Ultraschallwelle und eine Druckkraft an das Verbindungswerkzeug 7 angelegt, wodurch die Metallbumps 4 mit den Elektrodenstrukturen 6 elektrisch verbunden werden. In diesem Fall kann ferner Wärme zusammen mit der Ultraschallwelle angelegt werden. Das Gehäuse 5, in das das akustische Oberflächenwellenbauelement 1 eingebaut ist, wie es oben beschrieben ist, wird dann unter Verwendung einer Abdeckung (nicht gezeigt) hermetisch verschlossen. Als ein Resultat ist die akustische Oberflächenwelleneinheit fertiggestellt.
  • Bezugnehmend auf die 1 und 2 ist ein Beispiel zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung beschrieben. Dort, wo die Maximallänge der Rückseitenoberfläche des akustischen Oberflächenwellenbauelements 1 in der Ultraschallwellenrichtung durch Lchip dargestellt ist, und die Maximallänge der Druckoberfläche des Verbindungswerkzeugs 7 in der Ultraschallwellenoszillationsrichtung durch LWerkzeug dargestellt ist, wird vorzugsweise eine Beziehung LWerkzeug > 0,5 × LChip erfüllt. Indem die Länge der Druckoberfläche des Verbindungswerkzeugs 7 in der Ultraschallwellenrichtung erhöht wird, wird die Länge des akustischen Oberflächenwellenbauelements in Berührung mit dem Verbindungswerkzeug 7 in der Oszillationsrichtung des akustischen Oberflächenwellenbauelements 1 erhöht. Zu dem Zeitpunkt des Häusens ist das akustische Oberflächenwellenbauelement 1 weder bezüglich der horizontalen Richtung des Befestigungssubstrats gekippt noch konzentriert sich eine Spannung auf die Metallbumps in spezifischen Positionen in dem elektronischen Bauelement, selbst wenn momentan eine resultierende Kraft der Last und der Ultraschallwelle auf das akustische Oberflächenwellenbauelement in einer nach unten geneigten Richtung ausgeübt wird. Daher wird die Häufigkeit von Rissen in den Metallbumps 4 und der Elektrodenanschlußfläche 3 stark reduziert, wodurch eine stabile Verbindung zwischen dem Gehäuse 5 und dem akustischen Oberflächenwellenbauelement 1 vorgesehen wird.
  • 13 zeigt die Beziehung zwischen den Häufigkeitsraten von Rissen auf dem akustischen Oberflächenwellenbauelement und Verhältnissen der Maximallänge des Verbindungswerkzeugs in der Ultraschallwellenoszillationsrichtung zu der Maximallänge des akustischen Oberflächenwellenbauelements in der Ultraschallwellenoszillationsrichtung. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise ein Tantalsäure-Lithiummaterial für das piezoelektrische Substrat verwendet, und die Form der Rückseitenoberfläche des Verbindungswerkzeugs ist vorzugsweise im wesentlichen kreisförmig. Wie es in 13 dargestellt ist, werden die Häufigkeitsraten von Rissen auf dem akustischen Oberflächenwellenbauelement stark durch Verwenden eines Verbindungswerkzeugs, das die bevorzugte Bedingung von LWerkzeug > 0,5 × Lchip erfüllt, reduziert. Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Größe des Verbindungswerkzeugs bestimmt, um eine Störung mit der inneren Wand des Gehäuses zu verhindern.
  • In 1 und 2 ist die Druckoberfläche des Verbindungswerkzeugs 7 vorzugsweise im wesentlichen kreisförmig. Die Druckoberfläche kann jedoch entweder eine vierseitige Form oder eine zweirichtungsgegabelte Form aufweisen. Wenn eine Druckoberfläche in zwei Richtungen über einen Schlitz, der im wesentlichen senkrecht zu der Ultraschallwellenoszillationsrichtung ist, gegabelt ist, umfaßt die Maximallänge einer Druckoberfläche in der Ultraschallwellenoszillationsrichtung LWerkzeug den Zwischenraum, der durch den Mittelschlitz definiert ist.
  • 3 und 4 beschreiben ein weiteres Beispiel zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung. Die Form einer Druckoberfläche eines Verbindungswerkzeugs 17 ist im wesentlichen gleich der Form einer Rückseitenoberfläche eines akustischen Oberflächenwellenbauelements 1.
  • Folglich weist durch Konfigurieren der Druckoberfläche des Verbindungswerkzeugs 17, so daß dieselbe im wesentlichen die gleiche Form wie die Rückseitenoberfläche des akustischen Oberflächenwellenbauelements 1 aufweist, das akustische Oberflächenwellenbauelement 1 eine Länge in Berührung mit dem Verbindungswerkzeug 17 auf, die in anderen Richtungen als die Ultraschallwellenoszillationsrichtung erhöht wird. Folglich weist das akustische Oberflächenwellenbauelement einen vergrößerten Bereich in Berührung mit dem Verbindungswerkzeug 17 auf, um eine stabile Berührung dazwischen vorzusehen. Dadurch wird keine Spannung auf die Metallbumps in spezifischen Positionen in dem Element konzentriert. Als ein Resultat wird die Häufigkeit von Rissen in den Metallbumps 4 und einer Elektrodenanschlußfläche 3 stark reduziert, wodurch eine noch stabilere Kopplung des akustischen Oberflächenwellenbauelements mit dem Gehäuse 5 vorgesehen wird.
  • Wenn ferner die Form der Druckoberfläche des Verbindungswerkzeugs 17 im wesentlichen gleich der Form der Rückseitenoberfläche des akustischen Oberflächenwellenbauelements ist, weist das akustische Oberflächenwellenbauelement 1 eine Länge, die in Berührung mit dem Verbindungswerkzeug 17 steht, auf, die im wesentlichen in anderen Richtungen als der Ultraschallwellenoszillationsrichtung vergrößert ist. Dies führt zu einer stabilen Verbindung zwischen dem akustischen Oberflächenwellenbauelement 1 und einem Gehäuse 5. Zusätzlich, wie es in 4 gezeigt ist, muß dort, wo die Tiefe des Gehäuses 5 größer als die Höhe des akustischen Oberflächenwellenbauelements 1 ist, wenn die Größe der Druckoberfläche des Verbindungswerkzeugs 17 größer als die Größe der Rückseitenoberfläche des akustischen Oberflächenwellen bauelements 1 ist, da das Verbindungswerkzeug 17 ohne weiteres die innere Wand des Gehäuses 5 stören kann, wenn die Ultraschallwelle angelegt wird, die Größe des Gehäuses 5 größer als die Größe des akustischen Oberflächenwellenbauelements 1 sein. Bei dem derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiel, bei dem die Form der Druckoberfläche des Verbindungswerkzeugs 17 im wesentlichen gleich der Form der Rückseitenoberfläche des akustischen Oberflächenwellenbauelements 1 ist, muß jedoch die Größe des Gehäuses 5 nicht erhöht werden, um eine Störung des Verbindungswerkzeugs 17 zu verhindern, wodurch eine Miniaturisierung der akustischen Oberflächenwelleneinheit ermöglicht wird.
  • Bezugnehmend auf 5 und 6 ist ein weiteres Verfahren zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei dem Beispiel ist die Maximallänge einer Druckoberfläche eines Verbindungswerkzeugs 27 in der Ultraschallwellenoszillationsrichtung etwa 0,8 mal der Maximallänge einer Rückseitenoberfläche eines akustischen Oberflächenwellenbauelements 1 in der Ultraschallwellenoszillationsrichtung.
  • Indem die Länge der Druckoberfläche des Verbindungswerkzeugs 27 in der Ultraschallwellenoszillationsrichtung kürzer als die Länge der Rückseitenoberfläche des akustischen Oberflächenwellenbauelements 1 in der Ultraschallwellenoszillationsrichtung eingestellt wird, wobei die Tiefe eines Gehäuses größer als die Höhe des akustischen Oberflächenwellenbauelements 1 ist, besteht ein kleiner Abstand zwischen dem Umfang der Druckoberfläche des Verbindungswerkzeugs 27 und dem Umfang der Rückseitenoberfläche des Elements 1, selbst wenn die Druckoberfläche des Verbindungswerkzeugs 27 von der Rückseitenoberfläche des akustischen Oberflächenwellenbauelements 1 abweicht. Daher wird eine Störung zwischen dem Verbindungswerkzeug 27 und einem Gehäuse 5 verhindert. Die Größe des Gehäuses 5 muß daher nicht erhöht werden, wodurch eine Miniaturisierung der akustischen Oberflächenwelleneinheit ermöglicht wird.
  • Bei dem derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiel ist, wenn die Maximallänge der Druckoberfläche des Verbindungswerkzeugs 27 in der Ultraschallwellenoszillationsrichtung etwa 0,8 mal der Maximallänge der Rückseitenoberfläche des akustischen Oberflächenwellenbauelements 1 in der Ultraschallwellenoszillationsrichtung ist, die Länge der Druckoberfläche des Verbindungswerkzeugs 27 in der Ultraschallwellenoszillationsrichtung ausreichend, derart, daß das akustische Oberflächenwellenbauelement 1 nicht bezüglich der horizontalen Richtung des Befestigungssubstrats gekippt ist. Zusätzlich stört sich das Verbindungswerkzeug 27 nicht mit der Seitenwand des Gehäuses 5, wenn mit der vorher erwähnten Länge die Druckoberfläche des Verbindungswerkzeugs 27 von der Rückseitenoberfläche des akustischen Oberflächenwellenbauelements 1 abweicht.
  • Bezugnehmend auf die 7 und 8 ist das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei dem derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine Vakuumöffnung 38 in einer Druckoberfläche eines Verbindungswerkzeugs 37 vorgesehen, um eine Saugkraft zu einem akustischen Oberflächenwellenbauelement 31 zu liefern. Die Vakuumöffnung 38 ist in einem Abschnitt einer Rückseitenoberfläche des akustischen Oberflächenwellenbauelements 31 positioniert, in dem kein Metallbump 34 positioniert ist. Folglich wird die Saugkraft an das akustische Oberflächenwellenbauelement 31 angelegt, und das akustische Oberflächenwellenbauelement 31 ist in einem Gehäuse 35 umfaßt.
  • Die Vakuumöffnung 38 ermöglicht folglich, daß das Verbindungswerkzeug 37 das akustische Oberflächenwellenbauelement 31 aufnimmt und überträgt, um das akustische Oberflächenwellenbauelement 31 auf einer entsprechenden Elektrodenstruktur 36 auf dem Gehäuse 35 zu positionieren. Ferner ist in dem akustischen Oberflächenwellenbauelement 31 eine Ultraschallwellenleistung, die an Abschnitte angelegt ist, die direkt unter der Vakuumöffnung 38 positioniert sind, kleiner als dieselbe, die an Abschnitte angelegt ist, bei denen sich die Druckoberfläche in Berührung mit dem akustischen Oberflächenwellenbauelement 31 befindet. Indem die Vakuumöffnung 38 so angeordnet wird, daß dieselbe auf der Rückseitenoberfläche eines Abschnitts positioniert ist, bei dem kein Metallbump 34 des akustischen Oberflächenwellenbauelements 31 positioniert ist, ist daher die Ultraschallwellenleistung, die auf die einzelnen Metallbumps 34 ausgeübt wird, gleichmäßig. Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Spannung nicht auf die Metallbumps 34 bei spezifischen Positionen konzentriert. Daher wird die Häufigkeit von Rissen in den Metallbumps 34 und einer Elektrodenanschlußfläche 33 stark reduziert, wodurch eine stabile und sehr zuverlässige Kopplung des akustischen Oberflächenwellenbauelements 31 mit dem Gehäuse 35 ermöglicht wird.
  • Die Tabelle 1 stellt Rißhäufigkeitsraten dar, wenn das Verbindungswerkzeug (in 7 und 8) der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung verwendet wird, und wenn ein Verbindungswerkzeug 47 (Vergleichsbeispiel), das mit einer Vakuumöffnung 48 versehen ist, die in den 9 und 10 gezeigt ist, auf einer Rückseitenoberfläche eines Abschnitts des akustischen Oberflächenwellenbauelements, in dem ein Metallbump 44 positioniert ist, positioniert ist. Aus der Tabelle 1 ist es offensichtlich, daß die Struktur des derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiels des Verbindungswerkzeugs 37 (8) effektiv ist, um die Rißhäufigkeitsrate zu reduzieren. Tabelle 1
    Die Vakuumöffnung ist auf der Rückseitenoberfläche des Abschnitts positioniert, im dem kein Metallbump positioniert ist (Bevorzugtes Ausführungsbeispiel 4) Die Vakuumöffnung ist auf der Rückseitenoberfläche des Abschnitts positioniert, in dem der Metallbump positioniert ist. (Vergleichsbeispiel)
    Rißhäufig- keitsrate 0 (%) 3 (%)
  • Bezugnehmend auf die 11 und 12 ist ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Ähnlich zu dem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel sind bei dem derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiel Vakuumöffnungen 58 in einer Druckoberfläche eines Verbindungswerkzeugs 57 vorgesehen. Die Vakuumöffnungen 58 sind in Abschnitten einer Rückseitenoberfläche des akustischen Oberflächenwellenbauelements 51 vorgesehen, in denen keine Metallbumps 54 positioniert sind, wenn die Vakuumöffnungen eine Saugkraft an ein akustisches Oberflächenwellenbauelement 51 anlegen. Bei dem akustischen Oberflächenwellenbauelement 51, bei dem ein kleiner Abstand zwischen den Metallbumps 54 auftritt, und der Bereich, in dem die Metallbumps 54 nicht positioniert sind, klein ist, wie bei dem derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiel, ist eine Mehrzahl von Vakuumöffnungen 58, wobei jede derselben etwas kleiner ist, in dem Verbindungswerkzeug 57 vorgesehen, wodurch eine sichere Vakuumkraft geliefert wird.
  • Bei jedem der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen vorgesehen, bei denen das akustische Oberflächenwellenbauelement als das elektronische Bauelement verwendet wird. Dies liegt daran, daß die vorliegende Erfindung insbesondere zum Häusen des akustischen Oberflächenwellenbauelements geeignet ist. Das heißt, daß bei dem akustischen Oberflächenwellenbauelement, da ein Zwischenraum, der es ermöglicht, daß Oberflächenwellen erzeugt werden und frei ausgebreitet werden, auf der Seite einer Funktionsoberfläche des Bauelements vorgesehen werden muß, das Bauelement nicht durch Vorsehen eines Haftmittels zwischen dem Bauelement und einem Gehäuse unbeweglich gemacht werden kann. Daher müssen Metallbumps verwendet werden, um das Bauelement und das Gehäuse sowohl elektrisch als auch mechanisch zu koppeln. Aus diesem Grund ist es erforderlich, daß die Metallbumps eine hohe Kopplungsstärke und hohe Zuverlässigkeit aufweisen.
  • Bei jedem der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel wurde ferner eine Beschreibung des Falls angegeben, bei dem die Metallbumps, die auf den Elektroden des akustischen Oberflächenwellenbauelements vorgesehen sind, mit den Elektrodenstrukturen auf dem Gehäuse verbunden sind. Die vorliegende Erfindung kann jedoch ähnlicherweise bei einem Fall verwendet werden, bei dem Metallbumps auf Elektrodenstrukturen auf einem Gehäuse vorgesehen sind.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Befestigen eines elektronischen Bauelements (1; 31; 51) mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines elektronischen Bauelements mit Metallbumps (4; 34; 54), die auf einer Oberfläche desselben positioniert sind; Bereitstellen eines Verbindungswerkzeugs (7; 17; 27; 37; 57), das eine Druckoberfläche aufweist, wobei eine Vakuumöffnung (38; 58), um eine Saugkraft an das elektronische Bauelement (31; 51) anzulegen, in der Druckoberfläche des Verbindungswerkzeugs (37; 57) vorgesehen ist; Bereitstellen eines Befestigungssubstrats; Positionieren der Vakuumöffnung (38; 58) auf einer der Oberfläche, auf der die Metallbumps positioniert sind, gegenüberliegenden Rückseitenoberfläche des elektronischen Bauelements (31; 51) an einer Position, der keine Metallbumps (34; 54) des elektronischen Bauelements (31; 51) gegenüberliegen, wenn die Vakuumöffnung (38; 58) die Saugkraft an das elektronische Bauelement (31; 51) anlegt; Halten der Druckoberfläche des Verbindungswerkzeugs (7; 17; 27; 37; 57) in Berührung mit einer Rückseitenoberfläche des elektronischen Bauelements (1; 31; 51); und Anlegen einer Ultraschallwelle an das Verbindungswerkzeug (7; 17; 27; 37; 57), wodurch das elektronische Bau element (1; 31; 51) an dem Befestigungssubstrat befestigt wird; wobei die Maximallänge der Druckoberfläche des Verbindungswerkzeugs (7; 17; 27; 37; 57) in der Ultraschallwellenoszillationsrichtung mindestens 0,5 mal der Maximallänge der Rückseitenoberfläche des elektronischen Bauelements (1; 31; 51) in der Ultraschallwellenoszillationsrichtung ist.
  2. Verfahren gemäss Anspruch 1, bei dem die Form der Druckoberfläche des Verbindungswerkzeugs (17) gleich der Form der Rückseitenoberfläche des elektronischen Bauelements (1) ist.
  3. Verfahren gemäss Anspruch 1 oder 2, das ferner den Schritt des Anlegens von Wärme an das Verbindungswerkzeug (7; 17; 27; 37; 57) zusätzlich zu dem Anlegen der Ultraschallwelle aufweist.
  4. Verfahren gemäss Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die Maximallänge der Druckoberfläche des Verbindungswerkzeugs (7; 17; 27; 37; 57) in der Ultraschallwellenoszillationsrichtung gleich oder kürzer als die Maximallänge der Rückseitenoberfläche des elektronischen Bauelements (1; 31; 51) in der Ultraschallwellenoszillationsrichtung ist.
  5. Verfahren gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Maximallänge der Druckoberfläche des Verbindungswerkzeugs (27) in der Ultraschallwellenoszillationsrichtung 0,8 mal der Maximallänge der Rücksei tenoberfläche des elektronischen Bauelements (1) in der Ultraschallwellenoszillationsrichtung ist.
  6. Verfahren gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine zweite Vakuumöffnung (58), um eine Saugkraft an das elektronische Bauelement (51) anzulegen, in der Druckoberfläche des Verbindungswerkzeugs (57) vorgesehen ist, wobei das Verfahren ferner den Schritt des Positionierens der zweiten Vakuumöffnung (58) auf der Rückseitenoberfläche des elektronischen Bauelements (51) an einer Position, an der keine Metallbumps (54) des elektronischen Bauelements (51) positioniert sind, aufweist, wenn die Vakuumöffnung (58) die Saugkraft an das elektronische Bauelement (51) anlegt.
  7. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Druckoberfläche des Verbindungswerkzeugs (7) eine kreisförmige Form aufweist.
  8. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Druckoberfläche des Verbindungswerkzeugs (17; 27; 37; 57) eine rechteckförmige Form aufweist.
  9. Verfahren gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das elektronische Bauelement (1; 31; 51) ein akustisches Oberflächenwellenbauelement ist.
  10. Verfahren gemäß Anspruch 9, das ferner folgende Schritte aufweist: Bereitstellen eines Gehäuses (5; 35; 55); Einbauen der akustischen Oberflächenwelleneinheit (1; 31; 51) und des Befestigungssubstrats in dem Gehäuse (5; 35; 55); und Schliessen des Gehäuses (5; 35; 55) unter Verwendung einer Abdeckung.
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