DE102012202727A1 - Verfahren zur Verbindung eines ersten elektronischen Bauelements mit einem zweiten Bauelement - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbindung eines ersten elektronischen Bauelements mit einem zweiten Bauelement mittels eines Aktivlotes. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes Verfahren zur Realisierung einer zuverlässigen, stressreduzierten Verbindung eines hochtemperaturstabilen, piezoelektrischen, oxidischen Einkristalls anzugeben. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden ein erstes Bauelement (1, 1a, 1b) und ein zweites Bauelement (1, 2, 2a, 2b, 4, 4a) bereitgestellt, wobei das erste Bauelement (1, 1a, 1b) einen piezoelektrischen, oxidischen Einkristall umfasst, wobei der piezoelektrische, oxidische Einkristall des ersten Bauelements (1, 1a, 1b) unter Verwendung eines Aktivlots (3) mit dem zweiten Bauelement (1, 2, 2a, 2b, 4, 4a) verbunden wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbindung eines ersten elektronischen Bauelements mit einem zweiten Bauelement mittels eines Aktivlotes, insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein stressreduziertes Verbindungsverfahren mittels Aktivlöten von piezoelektrischen Einkristallen für Hochtemperaturanwendungen.
  • Stand der Technik
  • Ein Standardverfahren zur flächigen Verbindung von einen piezoelektrischen Einkristall umfassenden Bauelementen ist die Nutzung eines geeigneten, zumeist nichtleitenden Klebers, der vor der Montage des elektronischen Bauelementes auf dem Substrat oder einem anderen elektronischen Bauelement aufgetragen wird und schließlich aushärtet. Eine Nutzung von Klebern ist jedoch nicht für den Einsatz des Bauelementes bei hohen Temperaturen von mehr als 400 °C geeignet.
  • Ein weiteres Verfahren zur Verbindung von einen piezoelektrischen Einkristall umfassenden Bauelementen ist die Nutzung von Loten auf Basis von Pasten oder Preforms. Dieses Verfahren erfordert jedoch nachteilhafterweise die Beschichtung sowohl des elektronischen Bauelements wie auch des Substrates mit einer für das Lot benetzbaren Oberfläche mit geeigneter Haft- und Sperrschicht. Nach dem Aufschmelzen des Lotes bildet sich eine stoffschlüssige Verbindung zwischen elektronischem Bauelement und elektronischem Bauelement oder elektronischem Bauelement und Substrat.
  • Ein weiteres Verfahren zur Verbindung von einen piezoelektrischen Einkristall umfassenden Bauelementen ist die Nutzung von Sinterpasten beispielsweise aus Silber. Dieses Verfahren erfordert jedoch nachteilhafterweise die Beschichtung sowohl des elektronischen Bauelements wie auch des Substrates mit einer geeigneten Metallisierung. Die Verbindungsbildung erfolgt zumeist unter Druck bei erhöhter Temperatur.
  • Ein weiteres Verfahren zur Verbindung von einen piezoelektrischen Einkristall umfassenden Bauelementen ist die Nutzung von Metall/Glas-Klebern oder Glasklebern. Das Material wird vor der Montage des Bauelementes auf dem Substrat oder einem anderen elektronischen Bauelement oder beidseitig aufgetragen. Die Verbindung erfolgt dann zumeist unter Druck bei hoher Temperatur teilweise auch in sauerstoffhaltiger Atmosphäre; dadurch kann es jedoch zu einer unerwünschten Oxidation sowohl des elektronischen Bauelementes als auch des Substrates kommen. Für die Montage von elektronischen Bauelementen mit einer späteren Einsatztemperatur von über 400 °C eignen sich die oben beschriebenen Verfahren nicht oder sie erfordern zusätzliche Prozessierungsschritte für das Aufbringen geeigneter, hochtemperaturstabiler Metallisierungen.
  • Da Bauelemente mit piezoelektrischen Einkristallen in ihrer Funktion durch thermomechanisch induzierten Stress negativ beeinflusst werden können, ist es notwendig, ein stressreduziertes Verbindungsverfahren zu entwickeln.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes Verfahren zur Realisierung einer zuverlässigen, stressreduzierten Verbindung eines hochtemperaturstabilen, piezoelektrischen, oxidischen Einkristalls anzugeben. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine zuverlässige, stressreduzierte Verbindung eines hochtemperaturstabilen, piezoelektrischen, oxidischen Einkristalls mit einem anderen Bauelement anzugeben, welche kostengünstig herstellbar ist.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Eine stressreduzierte Verbindung zwischen einem ersten Bauelements mit einem piezoelektrischen, oxidischen Einkristall und einem zweiten Bauelement wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der piezoelektrische, oxidische Einkristall des ersten Bauelements unter Verwendung eines Aktivlots mit dem zweiten Bauelement verbunden, also verlötet wird. Dadurch können die Bauelemente vorteilhafterweise für elektronische Schaltungen bei hohen Temperaturen über 400 °C genutzt werden.
  • Vorzugsweise wird das Aktivlot direkt auf den piezoelektrischen, oxidischen Einkristall des ersten Bauelements aufgebracht. Alternativ ist es bevorzugt, dass der piezoelektrische, oxidische Einkristall direkt auf das Aktivlot aufgebracht wird. Erfindungsgemäß wird also für die Montage von hochtemperaturstabilen, piezoelektrischen, oxidischen Einkristallen ein Verbindungsverfahren vorgeschlagen, bei dem das elektronische Bauelement ohne eine zusätzliche Beschichtung (also ohne eine zusätzliche Metallisierung), d.h. mit seinem piezoelektrischen, oxidischen Einkristall direkt mit einem Substrat oder einem anderen elektronischen Bauelement (das ebenfalls einen piezoelektrischen, oxidischen Einkristall umfassen kann) verbunden werden kann. Hierzu wird vorzugsweise auf dem Substrat oder dem elektronischen Bauelement ein Aktivlot beliebiger Zusammensetzung als Paste oder Preform aufgetragen.
  • Vorzugsweise umfasst das zweite Bauelement eine Keramik, ein Metall oder einen piezoelektrischen, oxidischen Einkristall.
  • Vorzugsweise wird das Aktivlot strukturiert aufgetragen. Vorzugsweise wird das Aktivlot asymmetrisch zum piezoelektrischen, oxidischen Einkristall des ersten Bauelements strukturiert. Vorzugsweise wird der piezoelektrische, oxidische Einkristall des ersten Bauelements plattenförmig mit mindestens zwei sich gegenüberliegenden Seitenflächen ausgebildet, wobei das Aktivlot lediglich im Bereich einer der beiden Seitenflächen vorgesehen wird.
  • Vorzugsweise umfasst der piezoelektrische, oxidische Einkristall des ersten Bauelements einen akustisch aktiven Bereich, in dem eine elektrisch leitende Struktur auf dem Einkristall aufgebracht ist, sowie einen Kontaktierungsbereich, wobei das Aktivlot lediglich im Kontaktierungsbereich vorgesehen wird.
  • Vorzugsweise werden die Substratoberfläche und/oder die Bauelementoberfläche strukturiert. Vorzugsweise erfolgt durch Strukturierung des Lotes und/oder der Oberflächen zusätzlich zu der mechanischen Verbindung eine elektrische Verbindung von bauelement- und substratseitig vorhandenen elektrischen Kontakten.
  • Vorzugsweise wird ein hermetischer Verschluss des als Gehäuse ausgebildeten Substratmaterials mit einem Deckel aus Keramik oder Metall vorgesehen. Vorzugsweise weist ein zweites, zum hermetischen Verschluss des Gehäuses mit einem Deckel verwendetes Aktivlot einen niedrigeren Schmelzpunkt als das zur Verbindung von elektronischem Bauelement und Substrat genutzte Aktivlot auf.
  • Vorzugsweise wird vor dem Verlöten in die dem Aktivlot zugewandte Oberfläche des piezoelektrischen, oxidischen Einkristalls des ersten Bauelements ein Höhenprofil eingebracht. Vorzugsweise wird vor dem Verlöten in die dem Aktivlot zugewandte Oberfläche des zweiten Bauelements ein Höhenprofil eingebracht. Das Höhenprofil weist vorzugsweise eine Ausnehmung im Bereich außerhalb des Aktivlotes auf.
  • Unter einem Aktivlot ist ein Lot zu verstehen, das eine reaktive Komponente enthält. Wird ein piezoelektrischer, oxidischer Einkristall verlötet, so ist unter reaktiver Komponente eine Komponente zu verstehen, die eine hinreichend große Affinität zum piezoelektrischen, oxidischen Einkristall, beispielsweise zum Sauerstoff, aufweist. Die Affinität ist hinreichend groß, wenn die Bildungsenthalpie der reaktiven Komponente unter den herrschenden Lötbedingungen kleiner ist als die Bildungsenthalpie des Einkristalls. Unter Lötbedingungen sind insbesondere die Löttemperatur und der während der Lötung herrschende Druck der an der Reaktion beteiligten Stoffe zu verstehen. Die reaktive Komponente im Aktivlot ermöglicht die Benetzung der zu verlötenden Oberfläche des Einkristalls. Diese Benetzung ist wiederum Voraussetzung für eine Lötverbindung.
  • Das erste elektronische Bauelement ist erfindungsgemäß auf einem hochtemperaturstabilen, piezoelektrischen, oxidischen Einkristall, wie beispielsweise stöchiometrischem Lithiumniobat oder Langasit, realisiert. Das erste elektronische Bauelement wird mit einem Substrat oder einem weiteren elektronischen Bauelement flächig oder teilweise flächig verbunden. Das Substrat kann beispielsweise aus einer Keramik, einem Metall oder ebenso aus einem hochtemperaturstabilen, piezoelektrischen, oxidischen Einkristall bestehen.
  • Es wird vorzugsweise ein piezoelektrischer, oxidischer Einkristall verwendet, der bei Temperaturen von mehr als 400 °C stabil ist. Bevorzugte, geeignete hochtemperaturstabile, piezoelektrische, oxidische Einkristalle sind beispielsweise in Tabelle 1 aufgelistet.
    Bezeichnung Beispiele
    LGX-Familie: Langasit, Langanit, Langatat oder deren Substitutionsisomorphe La3Ga5SiO14, La3Ga5,5Nb0,5O14, La3Ga5,5Ta0,5O14, La3Ga5,25Ta0,25Si0,5O14, La3Ga5Zr0,5Si0,5O14
    Zur LGX-Familie strukturisomorphe Verbindungen der allgemeinen Zusammensetzung A3BC3Si2O14 Sr3TaGa3Si2O14, Sr3NbGa3Si2O14, Ca3TaGa3Si2O14, Ca3TaAl3Si2O14
    „Seltene Erden“-Calcium-Oxyborate GdCa4O(BO3)3, YCa4O(BO3)3, LaCa4O(BO3)3
    Stöchiometrisches Lithiumniobat LiNbO3
    Gallium-Orthophosphat GaPO4
    Tabelle 1: Beispiele bevorzugter hochtemperaturstabile, piezoelektrische Einkristalle
  • Elektronische Bauelemente auf Basis eines hochtemperaturstabilen, piezoelektrischen, oxidischen Einkristalls umfassen beispielsweise akustische Oberflächenwellenelemente (akustische Oberflächenwellen: engl. surface acoustic wave, SAW) oder aber akustische Volumenwellenelemente (akustische Volumenwellen: engl. bulk acoustic wave, BAW).
  • Bei der Wahl des Aktivlotes zur Kontaktierung eines hochtemperaturstabilen, piezoelektrischen, oxidischen Einkristall ist entscheidend, eine stressreduzierte, möglichst duktile und im thermischen Ausdehnungskoeffizient angepasste Verbindung zu nutzen, da ansonsten die Funktionsfähigkeit des elektronischen Bauelementes nicht gewährleistet werden kann. Überraschend wurde gefunden, dass ein Aktivlot auf Basis einer Ag/Cu-Legierung die genannte Anforderung an eine stressreduzierte Kontaktierung zur Montage piezoelektrischer Einkristalle besonders gut erfüllt.
  • Um eine stressreduzierte Kontaktierung des elektronischen Bauelementes zu realisieren, kann es zudem erforderlich sein, die Anschlusskontakte entsprechend auszuformen oder auf dem elektronischen Bauelement, beispielsweise als seitlichen Kontaktierungsbereich anzuordnen. Die Verbindungsbildung beim Aktivlöten erfolgt vorzugsweise unter Druck und hoher Temperatur in einem Vakuumprozess oder unter Inertgas.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein elektronisches Bauelement offenbart, das einen piezoelektrischen, oxidischen Einkristall umfasst, wobei der piezoelektrische, oxidische Einkristall des ersten Bauelements mittels eines Aktivlots mit einem zweiten Bauelement verbunden ist.
  • Vorzugsweise kontaktiert das Aktivlot den piezoelektrischen, oxidischen Einkristall des ersten Bauelements direkt.
  • Vorzugsweise ist das erste Bauelement als akustisches Oberflächenwellenbauelement oder als akustisches Volumenwellenbauelement ausgebildet.
  • Vorzugsweise besteht der piezoelektrische, oxidische Einkristall des ersten Bauelements aus Langasit, Langanit, Langatat, Lanthanoid-Calcium-Oxyborat, Lithiumniobat oder Gallium-Orthophosphat. Vorzugsweise umfasst das zweite Bauelement eine Keramik, ein Metall oder einen piezoelektrischen, oxidischen Einkristall.
  • Vorzugsweise ist das Aktivlot strukturiert ausgebildet. Bevorzugterweise wird das Aktivlot derart strukturiert, dass es nicht die gesamte Fläche des piezoelektrischen, oxidischen Einkristalls unterliegt.
  • Vorzugsweise ist das Aktivlot asymmetrisch zum piezoelektrischen, oxidischen Einkristall des ersten Bauelements angeordnet.
  • Vorzugsweise ist der piezoelektrische, oxidische Einkristall des ersten Bauelements plattenförmig mit mindestens zwei sich gegenüberliegenden Seitenflächen ausgebildet. Vorzugsweise ist das Aktivlot lediglich im Bereich einer der Seitenflächen angeordnet. Dadurch wird der Einkristall mittels des Aktivlotes (ähnlich einem Sprungbrett) größtenteils frei schwebend fixiert, wobei die Verbindung zwischen Aktivlot und Einkristall lediglich an einer Seite des Einkristalls erfolgt. In dieser Ausführungsvariante ist es bevorzugt, dass das Aktivlot weniger als 50%, bevorzugter weniger als 30% und noch bevorzugter weniger als 20% des Einkristalls benetzt.
  • Vorzugsweise weist der piezoelektrische, oxidische Einkristall des ersten Bauelements einen akustisch aktiven Bereich, in dem eine elektrisch leitende Struktur auf dem Einkristall aufgebracht ist, sowie einen hiervon getrennten Kontaktierungsbereich auf. Vorzugsweise ist das Aktivlot lediglich im Kontaktierungsbereich angeordnet.
  • Vorzugsweise weist die dem Aktivlot zugewandte Oberfläche des piezoelektrischen, oxidischen Einkristalls des ersten Bauelements eine Ausnehmung auf. Vorzugsweise weist die dem Aktivlot zugewandte Oberfläche des zweiten Bauelements eine Ausnehmung auf.
  • Vorzugsweise besteht das Aktivlot aus einer Silber-Kupfer-Legierung.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren weist gegenüber dem Stand der Technik eine Reihe von Vorteilen auf:
    • – die geeignete Wahl des Aktivlotes und die Art der Kontaktierung ermöglichen eine stressreduzierte Montage, die für eine einwandfreie Funktion eines elektronischen Bauelementes auf Basis eines piezoelektrischen Einkristalls, das bei Temperaturen über 400 °C eingesetzt werden soll, zwingend notwendig ist;
    • – es ist keine zusätzliche, hochtemperaturstabile Metallisierung auf dem elektronischen Bauelement oder dem Substrat notwendig, dies verringert den Prozessierungsaufwand deutlich;
    • – das Aktivlot kann als Lotpaste oder in Form von Preforms mit kostengünstigen Standardverfahren prozessiert werden;
    • – da das Löten im Vakuum oder unter Inertgas stattfindet, tritt keine Oxidation der Fügepartner auf; und
    • – eine räumliche Unterteilung des elektronischen Bauelementes in einen seitlichen Kontaktierungsbereich und einen akustisch aktiven Bereich führt zudem zu einer Entkopplung des durch die Kontaktierung induzierten und beim Betrieb des Bauelementes bei Temperaturen über 400 °C auftretenden und negativ wirkenden thermo-mechanischen Stresses.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren einer zuverlässigen Verbindung eines elektronischen Bauelementes auf Basis hochtemperaturstabiler, piezoelektrischer, oxidischer Einkristalle wird anhand nachfolgender schematischer Zeichnungen erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine erfindungsgemäße, flächige Verbindung eines elektronischen Bauelements mittels Aktivlot auf einem Substrat,
  • 2 eine erfindungsgemäße, flächige Verbindung eines elektronischen Bauelements mittels Aktivlot auf einem weiteren elektronischen Bauelement,
  • 3a eine erfindungsgemäße, strukturierte Auftragung eines Aktivlotes, um das elektronische Bauelement mit dem Substrat mechanisch und/oder elektrisch zu verbinden,
  • 3b eine erfindungsgemäße, strukturierte Auftragung eines Aktivlotes durch Nutzung modifizierter Substrat- oder Bauelementoberflächen, um eine mechanische und/oder elektrische Verbindung zwischen elektronischem Bauelement und Substrat zu realisieren,
  • 4 ein erfindungsgemäßes, mittels Aktivlot in einem Gehäuse flächig montiertes, elektronisches Bauelement, das elektrisch über Drahtbonds kontaktiert ist, und durch Nutzung eines zweiten Aktivlotes hermetisch durch einen Deckel verschlossen ist,
  • 5a eine erfindungsgemäße, strukturierte, einseitige Auftragung des Aktivlotes, um das elektronische Bauelement mit dem Substrat mechanisch zu verbinden, wobei die elektrische Kontaktierung über Draht-Bonds erfolgt,
  • 5b eine erfindungsgemäße, strukturierte, einseitige Auftragung des Aktivlotes, um das elektronische Bauelement mit dem Substrat mechanisch zu verbinden, wobei das Bauelement eine modifizierte Bauteiloberfläche bzw. das Substrat eine modifizierte Substratoberfläche aufweist und das Bauteil elektrisch mittels Draht-Bonds kontaktiert ist,
  • 6 eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen, elektronischen Bauelementes, dessen Oberfläche in zwei Bereiche, einen Kontaktierungs- und einen akustisch aktiven Bereich, aufgeteilt ist, und
  • 7 ein erfindungsgemäßes, mittels Aktivlot einseitig in einem Gehäuse montiertes, elektronisches Bauelement, das elektrisch über Drahtbonds kontaktiert ist und durch Nutzung eines zweiten Aktivlotes hermetisch durch einen Deckel verschlossen ist.
  • Die 1 und 2 zeigen die erfindungsgemäße Verbindung eines elektronischen Bauelements 1 mit einem Substrat 2 bzw. einem weiteren elektronischen Bauelement 1. Entsprechend dem entwickelten Verbindungsverfahren kann das Aktivlot 3 bei hinreichend kleinen Bauelementen 1, vorzugsweise mit einer Kantenlänge kleiner als 1,5 mm (im Falle mehrerer Kanten bezieht sich die Kantenlänge auf die längste Kante), flächig auf dem Substrat 2 (1) oder einem weiteren elektronischen Bauelement 1 (2) durch Dispensen, Schablonen- oder Siebdruck oder mittels Preforms aufgetragen werden. Nach dem Positionieren erfolgt die Verbindungsbildung beim Löten vorzugsweise unter Druck und hoher Temperatur in einem Vakuumprozess oder unter Inertgas. Bei dem elektronischen Bauelement 1 handelt es sich vorzugsweise um eine SAW- oder BAW-Komponente (beispielsweise einen SAW-Resonator).
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Aktivlot 3 auch strukturiert aufgetragen werden. Mit Vergrößerung der Bauelemente 1, vorzugsweise bei einer Kantenlänge größer oder gleich 1,5 mm, wird bei flächiger Kontaktierung der mechanische Stress auf das Bauelement 1 bedingt durch unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten von elektronischem Bauelement 1, Lot 3 und Substrat 2 zunehmen und somit die mechanischen und infolge dessen auch die elektrischen Eigenschaften negativ beeinflussen oder aber zu einer Rissbildung führen. Zur Reduzierung des Stresses wird das Aktivlot 3 erfindungsgemäß strukturiert aufgetragen. Die Strukturierung kann durch gezieltes Auftragen des Lotes 3 (3a) oder aber durch entsprechende Modifikation der Substratoberfläche 2a oder Bauelementoberfläche 1a (3b) erfolgen. Dabei ist es bevorzugt, dass der Randbereich des Bauelements 1 bzw. 1a mindestens teilweise direkt mit dem Aktivlot 3 in Verbindung steht. Die Strukturierung von Aktivlot 3 bzw. Bauelement 1a erfolgt vorzugsweise so, dass die Bereiche ohne Aktivlot 3 in einem zentralen Bereich des Bauelements 1 bzw. 1a vorgesehen sind.
  • Weiterhin kann es sich bei der strukturierten Verbindung des Bauelementes 1 nicht nur um ein mechanisches Fixieren im Sinne einer „Chip on Board“-Montage (das Bauelement wird mit seiner nicht aktiven Seite auf das Substrat gebondet und anschließend mittels Draht-Bonds kontaktiert), sondern gleichzeitig um eine elektrische Kontaktierung, also um eine „Flip-Chip“-Montage (die aktive Seite des Bauelements ist hierbei dem Substrat zugewandt) handeln, sofern entsprechende elektrische Anschlusskontakte auf Seiten des Bauelementes 1 und des Substrates 2 vorhanden sind.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel (4) wird ein Gehäuse 4 als Trägersubstrat für das Bauelement 1 verwendet. Das Gehäuse 4 kann nach der Montage des Bauelementes 1 mittels Aktivlot 3 und der elektrischen Kontaktierung 5 des Bauelementes 1 mittels Draht-Bonden durch Nutzung eines zweiten Aktivlotes 6 mit geringerem Schmelzpunkt zur Aufbringung eines Deckels 7 hermetisch verschlossen werden. Das zweite Aktivlot 6 kann durch Dispensen, Schablonen- oder Siebdruck oder mittels Preforms aufgetragen werden. Nach dem Positionieren des Deckels 7 erfolgt die Verbindungsbildung beim Löten vorzugsweise unter Druck und hoher Temperatur in einem Vakuumprozess oder unter Inertgas. Vorteil dieses Verfahrens ist die sauerstofffreie Atmosphäre, die dann im Gehäuse realisiert werden kann.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel (5a) kann für eine weitere Reduzierung des Stresses die strukturierte Auftragung des Aktivlotes 3 auch nur einseitig (bezogen auf das Bauelement 1, vorzugsweise ein SAW-Bauelement) auf dem Substrat 2 erfolgen. Zur besseren Strukturierbarkeit des Aktivlotes 3 kann zudem die Substratoberfläche 2b oder die Bauelementoberfläche 1b modifiziert werden (5b). Die Modifikation der Substratoberfläche 2b bzw. der Bauelementoberfläche 1b erfolgt vorzugsweise durch Einbringen einer Ausnehmung. Die elektrische Kontaktierung 5 des Bauelementes 1 wird mittels Draht-Bonden realisiert.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Design des Bauelementes 1 in zwei Bereiche unterteilt werden: einen seitlichen Kontaktierungsbereich 8 und einen akustisch aktiven Bereich 9 (6). Unter dem akustisch aktiven Bereich sei der Bereich des piezoelektrischen, oxidischen Einkristalls verstanden, in dem akustische Oberflächenwellen oder Volumenwellen angeregt bzw. reflektiert werden oder sich ausbreiten. Der seitliche Kontaktierungsbereich nimmt hierbei weniger als 50%, bevorzugt weniger als 30% und noch bevorzugter weniger als 20% der Bauelementfläche ein. Im Falle eines SAW-Bauelementes in „Chip on Board“-Montage ist der Kontaktierungsbereich 8 oberseitig mit Anschlusskontakten für das Draht-Bonden 5 und unterseitig ohne zusätzliche Metallisierung für die Kontaktierung mittels Aktivlot 3 ausgeführt. Im Falle eines SAW-Bauelementes in „Flip-Chip“-Montage sind jedoch metallische Anschlusskontakte im Kontaktierungsbereich für die elektrische und damit verbunden zumeist auch mechanische Kontaktierung mittels Aktivlot 3 notwendig. Ziel ist es, eine räumliche Trennung von Kontaktierungsbereich 8 und akustisch aktivem Bereich 9 vorzusehen, so dass thermo-mechanisch induzierte Spannungen weitgehend auf den Kontaktierungsbereich begrenzt bleiben und die Funktionsweise des Bauelementes 1 nur geringfügig oder gar nicht beeinflussen.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel (7) wird ein Gehäuse 4a, beispielsweise HTCC, als Substrat verwendet. Im Gehäuse 4a erfolgt die Auftragung des Aktivlotes 3, beispielsweise eine Silber-Kupfer-Legierung mit einer Beimischung von ungefähr 3 Gew.-% Titan, einseitig. Um eine reproduzierbare Ausformung der Kontaktstelle zur Montage des Bauelementes 1, beispielsweise eines Langasit-Sensorchips, zu erzielen, wird die Kontaktstelle im Gehäuse 4a auf drei Seiten durch die Seitenwände des Gehäuses 4a selbst und nach innen hin durch eine Ausnehmung im Gehäuseboden begrenzt. Es ist also gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante vorgesehen, dass das Gehäuse 4a eine Ausnehmung aufweist, die derart bemessen ist, dass der piezoelektrische, oxidische Einkristall (Bauelement 1) in die Ausnehmung eingelegt werden kann, d.h. die Ausnehmung ist etwas größer als der Einkristall. Erfindungsgemäß ist in der das Einkristall aufnehmenden Ausnehmung eine weitere (zweite) Ausnehmung angeordnet, mittels welcher eine definierte Kontaktstelle im Gehäuse 4a realisiert werden kann. Die Kontaktstelle wird also durch die zweite Ausnehmung zu einer Seite begrenzt. Vorzugsweise wird die definierte Kontaktstelle durch die Seitenwände des Gehäuses 4a zu (bis zu) drei weiteren Seiten begrenzt. Die Montage des Bauelementes 1 erfolgt durch das Aktivlot 3 und die elektrische Kontaktierung 5 des Bauelementes mittels beispielsweise Gold-Draht-Bonden. Das Gehäuse 4a kann dann durch Nutzung eines zweiten Aktivlotes 6, beispielsweise eine Silber-Kupfer-Indium-Legierung mit einer Beimischung von ungefähr 1,5 Gew.-% Titan, mit geringerem Schmelzpunkt zur Aufbringung eines Deckels 7, beispielsweise ein HTCC-Deckel, hermetisch verschlossen werden. Das zweite Aktivlot 6 kann durch Dispensen, Schablonen- oder Siebdruck oder mittels Preforms aufgetragen werden. Nach dem Positionieren des Deckels 7 erfolgt die Verbindungsbildung beim Löten zumeist unter Druck und hoher Temperatur in einem Vakuumprozess oder unter Inertgas. Vorteil dieses Verfahrens ist die sauerstofffreie Atmosphäre, die dann im Gehäuse realisiert werden kann.

Claims (11)

  1. Verfahren zur Verbindung eines ersten elektronischen Bauelements (1, 1a, 1b) mit einem zweiten Bauelement (1, 2, 2a, 2b, 4, 4a) mit folgenden Schritten: Bereitstellen des ersten Bauelements (1, 1a, 1b) und des zweiten Bauelements (1, 2, 2a, 2b, 4, 4a), wobei das erste Bauelement (1, 1a, 1b) einen piezoelektrischen, oxidischen Einkristall umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische, oxidische Einkristall des ersten Bauelements (1, 1a, 1b) unter Verwendung eines Aktivlots (3) mit dem zweiten Bauelement (1, 2, 2a, 2b, 4, 4a) verbunden wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als erstes Bauelement (1, 1a, 1b) ein akustisches Oberflächenwellenbauelement oder ein akustisches Volumenwellenbauelement verwendet wird.
  3. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als piezoelektrisches, oxidisches Einkristall des ersten Bauelements (1, 1a, 1b) Langasit, Langanit, Langatat, eine zur LGX-Familie substitutionsisomorphe oder strukturisomorphe Verbindung, Lanthanoid-Calcium-Oxyborat, Lithiumniobat oder Gallium-Orthophosphat verwendet wird.
  4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauelement (1, 2, 2a, 2b, 4, 4a) eine Keramik, ein Metall oder einen piezoelektrischen, oxidischen Einkristall umfasst.
  5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktivlot (3) strukturiert aufgetragen wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktivlot (3) asymmetrisch zum piezoelektrischen, oxidischen Einkristall des ersten Bauelements (1, 1a, 1b) strukturiert wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische, oxidische Einkristall des ersten Bauelements (1, 1a, 1b) plattenförmig mit mindestens zwei sich gegenüberliegenden Seitenflächen ausgebildet ist, wobei das Aktivlot (3) lediglich im Bereich einer der Seitenflächen vorgesehen wird.
  8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische, oxidische Einkristall des ersten Bauelements (1, 1a, 1b) einen akustisch aktiven Bereich (8) sowie einen Kontaktierungsbereich (8) umfasst, wobei das Aktivlot (3) und/oder mindestens ein Draht-Bond (5) lediglich im Kontaktierungsbereich (8) vorgesehen wird.
  9. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Verlöten in die dem Aktivlot (3) zugewandte Oberfläche des piezoelektrischen, oxidischen Einkristalls des ersten Bauelements (1, 1a, 1b) ein Höhenprofil eingebracht wird, und/oder vor dem Verlöten in die dem Aktivlot (3) zugewandte Oberfläche des zweiten Bauelements (2, 2a, 2b, 4, 4a) ein Höhenprofil eingebracht wird.
  10. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Aktivlot (3) eine Silber-Kupfer-Legierung verwendet wird.
  11. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische, oxidische Einkristall als Sensor ausgebildet ist, dessen Einsatztemperatur oberhalb von 400 °C liegt.
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