DE102015118594A1

DE102015118594A1 - Verpackte Vorrichtung aufweisend eine Hohlraumverpackung mit elastischer Schicht innerhalb einer Formmasse

Info

Publication number: DE102015118594A1
Application number: DE102015118594.6A
Authority: DE
Inventors: Andrew Thomas BARFKNECHT; Klaus-Guenter Oppermann
Original assignee: Avago Technologies General IP Singapore Pte Ltd
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2016-05-04
Also published as: US9680445B2; US20160126443A1

Abstract

Eine Vorrichtung aufweisend ein Substrat; eine hermetisch abgedichtete Hohlraumverpackung aufweisend eine erste Oberfläche angebracht an das Substrat, wobei die Hohlraumverpackung einen elektronischen Schaltkreis umgibt; eine elastische Schicht gebildet auf einer zweiten Oberfläche der Hohlraumverpackung gegenüber der ersten Oberfläche; und eine Formmasse gebildet auf dem Substrat, die die Hohlraumverpackung und die elastische Schicht umgibt. Die elastische Schicht entkoppelt Spannungen zwischen der Hohlraumverpackung und der Formmasse, die die Hohlraumverpackung umgibt, um den strukturellen Zusammenhalt der Hohlraumverpackung zu wahren und eine Ablösung der Hohlraumverpackung von dem Substrat zu verhindern.

Description

Hintergrund
Kleine akustische Bauteile, welche akustische Resonatoren und Wandler enthalten, werden in zahlreichen Vorrichtungen verwendet, welche akustischer Filter enthalten, die für z.B. für die drahtlose Radiofrequenz (RF) Kommunikation verwendet werden. Verschiedene Arten akustischer Resonatoren enthalten Oberfläche Akustische Wellen ("surface acoustic wave") (SAW) Resonator Vorrichtungen und "bulk acoustic wave" (BAW) Resonator Vorrichtungen, welche Dünnschicht Bulk Akustische Resonatoren ("thin film bulk acoustic“ Resonators) (FBAR) Vorrichtungen und fest montierten ("solidly mounted") Resonator (SMR) Vorrichtungen enthalten. Zum Beispiel FBARs, welche bei Frequenzen nahe ihrer Grund Resonanzfrequenz arbeiten, können verwendet werden als Schlüsselkomponenten von RF Filtern und Duplexern in mobilen Vorrichtungen.
Einige herkömmliche RF Filter Geräte sind in hermetisch abgedichteten chipgroße „Microcap“ Dies (Mikrokappen Chips), die auch als Hohlraumverpackungen bezeichnet werden können, verpackt. Eine Hohlraumverpackung umfasst einen elektronischen Schaltkreis (zum Beispiel akustische Resonatoren und entsprechende Schaltungen, welche einen RF-Filter bilden), der in einem Hohlraum zwischen einem Substrat und einem Deckel, welche durch einen Dichtring voneinander getrennt sind, ausgebildet ist. Die Hohlraumverpackung kann auf einer Leiterplatte (PCB) oder einem anderen Substrat oder laminierten Substrat mittels Chip-Wende-Montage (flip-chipped) aufgebracht werden und dann mit einer Epoxy-Formmasse umgeben werden. Die Formmasse schützt die Hohlraumverpackung und stellt eine Oberfläche für die weitere Behandlung der ummantelten Teile dar. Allerdings können unterschiedlichste Umwelteinflüsse, wie Temperaturänderungen, hygroskopisches Anschwellen und/oder externe mechanische Stöße verursachen, dass die Formmasse Kräfte auf die Hohlraumverpackung ausübt, die die Hohlraumverpackung am Dichtring auseinander reißen. So haben beispielsweise die verschiedenen Materialien, die für die Hohlraumverpackung und für die Formmasse verwendet werden, verschiedene thermische Expansionskoeffizienten (CTE), was als Folge von Temperaturänderungen unterschiedliche Expansions- und Kontraktionsgeschwindigkeiten bedingt und dadurch Kräfte (Spannungen) auf die Hohlraumverpackung ausgeübt werden. Anders ausgedrückt, das Vorliegen der Formmasse mag tatsächlich arbeiten die hermetisch verschlossene Hohlraumverpackung des RF-Filtergeräts zu verletzen oder sogar die Lötverbindung, die die Hohlraumverpackung mit dem PCB verbindet, zu brechen.
Es ist deshalb wünschenswert, eine ummantelte Vorrichtung zu entwickeln, umfassend einen oder mehrere hermetisch abgedichtete „Microcaps" Dies oder Hohlraumverpackungen, in welchen die Kräfte, die auf die Hohlraumverpackung mittels der die Formmasse unter Spannung wirken, vermindert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die zu illustrativen Ausführungsformen sind am besten aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung zu verstehen, wenn diese zusammen mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird. Es sei betont, dass die unterschiedlichen Merkmale nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet sind. Tatsächlich können die Maße zwecks Klarheit der Erörterung beliebig erhöht oder vermindert sein. Sofern zweckmäßig beziehen sich gleiche Referenzzeichen auf gleiche Elemente.
1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Hohlraumverpackung aufweisend illustrative FBARs.
2 ist eine Querschnittsansicht einer Hohlraumverpackung aufweisend eine Hohlraumverpackung mit einer elastischen Schicht zur Spannungsverminderung, entsprechend einer repräsentativen Ausführungsform.
3 ist eine Querschnittsansicht eines ummantelten Duplexergeräts aufweisend eine Hohlraumverpackung mit elastischen Schichten zur Spannungsverminderung, entsprechend einer repräsentativen Ausführungsform.
4A ist eine perspektivische Draufsicht des teilweise ummantelten Duplexergeräts nach 3, aufweisend Hohlraumverpackungen mit elastischen Schichten, entsprechend einer repräsentativen Ausführungsform.
4B ist eine perspektivische Draufsicht einer Via-Dichtung in der Hohlraumverpackung mit elastischen Schichten, entsprechend einer repräsentativen Ausführungsform.
4C ist eine perspektivische Draufsicht des vollständig ummantelten Duplexergeräts nach 2, aufweisend Hohlraumverpackungen mit elastischen Schichten, entsprechend einer repräsentativen Ausführungsform.
5 ist ein Diagramm, der die vertikalen Oberflächenzugkräfte auf Via-Dichtungen einer Hohlraumverpackung in einer Formmasse als eine Funktion der Dicke der Formmassezeigt.
6 ist ein Diagramm, der die vertikale Oberflächenzugkraft auf Via-Dichtungen einer Hohlraumverpackung in einer Formmasse als eine Funktion der Dicke der elastischen Schicht entsprechend einer repräsentativen Ausführungsform zeigt.
Detaillierte Beschreibung
In der folgenden detaillierten Beschreibung sind aus Erklärungszwecken und nicht nicht als Beschränkung beispielhafte Ausführungsformen angegeben, die spezifische Details offenbaren, um ein tiefgreifendes Verständnis der vorliegenden Lehre bereitzustellen. Jedoch ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass vor dem Hintergrund der Vorteile der vorliegenden Offenbarung anderen Ausführungsformen gemäß der vorliegenden technischen Lehre, die jedoch in spezifischen Details von den vorliegend offenbarten abweichen, nichtsdestotrotz vom Umfang der Patentansprüche umfasst sind. Darüber hinaus wird auf eine Beschreibung von hinreichend bekannten Vorrichtungen und Methoden verzichtet, um die Beschreibung der exemplarischen Ausführungsformen nicht zu verundeutlichen. Solche Methoden und Vorrichtungen sind eindeutig vom Umfang der vorliegenden Lehre umfasst.
Die hier verwendete Terminologie ist nur dazu vorgesehen, die besonderen Ausführungsformen zu beschreiben und nicht als Beschränkung aufzufassen. Die definierten Ausdrücke ergänzen die technischen, wissenschaftlichen oder üblichen Bedeutungen der definierten Ausdrücke, wie sie üblicherweise verwendet werden und im jeweiligen Zusammenhang anerkannt sind.
Die Ausdrücke "ein", "eine", "der", "die", "das" bezeichnen sowohl einzelne als auch mehrere Bezüge, sofern dies nicht eindeutig anders aus dem Zusammenhang hervorgeht. So umfasst der Ausdruck „Vorrichtung“ eine oder mehrere Vorrichtungen. Die Ausdrücke "wesentlich“ oder“ im Wesentlichen“ bedeuten in „vertretbaren Grenzen oder Ausmaß. Der Ausdruck“ etwa“ bedeutet für einen Fachmann innerhalb einer vertretbaren Grenze oder Menge. Relative Ausdrücke, wie „unterhalb“, „oben“, „unten“, „über“ und „unter“ können verwendet werden, um die verschiedenen Beziehungen der Elemente zueinander, wie diese in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, zu beschreiben. Diese relativen Ausdrücke sind dahin zu verstehen, dass verschiedene Orientierung der Vorrichtung und/oder der Elemente zusätzlich zu der dargestellten Orientierung in den Bezeichnungen umfasst sind. Wenn beispielsweise eine Vorrichtung im Hinblick auf die Blickrichtung in der Darstellung in der Zeichnung invertiert ist, so wäre ein oberhalb eines weiteren Elements beschriebenes Element beispielsweise jetzt unterhalb dieses Elements. Sofern eine erste Vorrichtung als mit einer zweiten Vorrichtung verbunden oder an diese gekoppelt beschrieben ist, so sind auch Beispiele umfasst, wo ein oder mehrere zwischengeschaltete Vorrichtungen verwendet werden, um die beiden Vorrichtungen miteinander zu verbinden. Hingegen sind, wenn eine erste Vorrichtung als direkt mit einer zweiten Vorrichtung verbunden oder an diese gekoppelt beschrieben ist, solche Beispiele enthalten, bei den die beiden Vorrichtungen ohne elektrisch zwischengeschaltete Vorrichtungen, abgesehen von elektrischen Verbindungen (zum Beispiel durch Drähte und Verbindungsmaterialien etc.), miteinander verbunden sind.
Allgemein, in verschiedenen repräsentativen Ausführungsbeispielen, wird ein formbares Material als eine elastische Schicht zwischen einem Chip-maßstäblichen (chip-scale) Mikrokappen Chip (microcap die) (oder Hohlraumverpackung) und einer Formmasse angewendet, die die Hohlraumverpackung in einem Chip-auf-Board („Chip-On-Board“) Modul einschließt. Die Hohlraumverpackung enthält einen inneren Hohlraumausgebildet mittels eines Basissubstrats, eines Deckels und eines Dichtrings, der zwischen dem Basissubstrat und dem Deckel zur Bindung des Basissubstrats und des Deckels ausgebildet ist, gebildet ist, wodurch der innere Hohlraum hermetisch abgedichtet ist. Die Hohlraumverpackung kann auch wenigstens einen Via (Kontaktloch) enthalten, der durch den Deckel und/oder das Basissubstrat passiert, um einen elektrischen Signalweg und/oder thermischen Leitweg zwischen dem Inneren und Äußeren der Hohlraumverpackung bereitzustellen. Der Via weist eine entsprechende Via-Dichtung auf, die die hermetische Dichtung des inneren Hohlraums aufrecht erhält, wo der Via den Deckel und/oder das Substrat durchdringt, und unterstützt anderweitig die Bindungsintegrität des Dichtrings.
Die elastische Schicht ist auf die obenliegende Oberfläche der Hohlraumverpackung, welche die entgegengesetzte Oberfläche zu jener, die an dem ummantelten Substrat, wie einer (PCB), angebracht ist, darstellt, aufgebracht und wird somit einfacher eingebracht. Beispielsweise kann das formbare Material durch eine Spritze direkt oben auf die Hohlraumverpackung aufgebracht werden nach Rückfluss (Reflow) der Lötverbindungen, die die Hohlraumverpackung an die Leiterplatte (PCB) anbringen, und vor Übergießung. Die elastische Schicht, die auf dem Chip (Die) angewendet wird, vermindert das Ausmaß an Spannung, die auf die Hohlraumverpackung von der Formmasse übertragen wird und/oder vermindert die Kraft, die von der Formmasse auf die Hohlraumverpackung sowie auf die Lötverbindungen ausgeübt wird.
1 ist eine vereinfachte Querschnittsdarstellung einer Hohlraumverpackung, welche illustrative FBARs aufweist.
Bezugnehmend auf 1, weist eine hermetisch abgedichtete Hohlraumverpackung (oder „Microcap Die“) 100, ein Basissubstrat 110, ein Deckel 130 und einen peripheren Dichtring 120, der zwischen dem Basissubstrat 110 und dem Deckel 130 gebildet ist und einen eingeschlossenen Hohlraum 140 bildet, auf. Obwohl der Dichtring 120 als separates Element abgebildet ist, welches eine einzige Schicht aufweist, ist zu beachten das der Dichtring 120 in den Deckel 130 oder das Substrat 110 integriert sein kann und/oder mehrere Schichten gleicher oder unterschiedlichen Materialien aufweisen kann. Zum Beispiel kann der Dichtring 120 vollständig oder teilweise auf der Oberfläche entweder des Basissubstrats 110 oder des Deckels 130 gebildet sein und dann an eine Metallschicht des jeweils anderen, des Basissubstrats 110 oder des Deckels 130, gebunden sein. Der Dichtring 120 bindet das Basissubstrat 110 und der Deckel 130, welches in einer hermetische Abdichtung resultiert. Das Basissubstrat 110 und der Deckel 130 können z.B. aus Halbleitermaterialien gebildet sein, wie Silizium (Si), Gallium Arsenid (GaAs), Indium Phosphid (InP), Glas, Saphir, Aluminium oder Ähnlichen und können aus gleichen oder unterschiedlichen Materialien bestehen. Der Dichtring 120 kann aus einem metallischen Material wie Gold (Au), Kupfer (Cu) oder beispielsweise einer Löt- oder Diffusionsbindung gebildet sein. Beispiele für „Microcaps Dies“ und deren Bildung sind beschrieben im US-Patent, App. Pub. No. 2010/0272310 (28. Oktober 2010), Philliber et al., dessen Offenbarungsgehalt durch Verweis hier vollständig einbezogen ist.
In verschiedenen Ausführungsformen ist ein elektronischer Schaltkreis innerhalb des Hohlraums 140 ausgebildet und hermetisch abgedichtet, der zumindest teilweise durch die interne Trennung zwischen dem Basissubstrat 110 und dem Deckel 130, der durch die Anordnung des Dichtrings 120 resultiert,. Der elektronische Schaltkreis kann beispielsweise ein akustischer Filter sein der mehrere FBARs und korrespondierende Schaltjkreise enthält, zu Illustrationszwecken angegeben durch die repräsentativen FBARs 125. Jeder der FBARs 125 weist allgemein eine untere Elektrode 121, die oberhalb eines entsprechenden im Basissubstrats 110 gebildeten Lufthohlraums 115 positioniert ist, eine piezoelektrische Schicht 122, die auf der unteren Elektrode 121 angeordnet ist, und eine auf der piezoelektrischen Schicht 122 angeordnete obere Elektrode 123 auf. Verschiedene illustrative Fertigungstechniken für einen Lufthohlraum in einem Substrat sind im US-Patent, No. 7,345,410 (18. März 2008), Grannen et. al, beschrieben, dessen Offenbarungsgehalt durch Verweis hier vollständig einbezogen ist. Eine oder beide des Basissubstrats 110 und des Deckels 139, können Durchgangslöcherenthalten, um leitfähige Vias (nicht gezeigt) zur Bildung von elektrischen und/oder thermischen Verbindungen außerhalb der Hohlraumverpackung 100 bereitzustellen. Jeder der Vias kann in einer Abdichtstruktur ähnlich dem peripheren Dichtring 120 enden. Das bedeutet, dass, wie bei dem Dichtring 120, die Via-Dichtungen können integral gebildet sein mit einem des Deckels 130 oder des Basissubstrats 110 und/oder können mehrere Schichten desselben oder unterschiedlichen Materials enthalten. Zum Beispiel kann die Via-Dichtung vollständig oder teilweise auf der Oberfläche entweder des Basissubstrats 110 oder des Deckels 230 gebildet sein und dann an eine Metallschicht des jeweils verbleibenden, entweder des Basissubstrats 110 oder des Deckels 130, gebunden sein. Beispiele für leitfähige Vias und Via-Dichtungen gemäß verschiedener Ausführungsformen werden nachfolgend mit Bezugnahme auf die 2, 3 und 4B beschrieben.
Die untere Elektrode 121 kann gebildet sein aus einem oder mehreren elektrisch leitfähigen Materialien, wie einem von verschiedenen mit Halbleiterprozessen kompatiblen Metallen, enthaltend Wolfram (W), Molybdän (MO), Iridium (Ir) Aluminium (Al), Kupfer (Cu), Platin (Pt), Ruthenium (Ru), Niob (Nb) oder Hafnium (Hf). In verschiedenen Konfigurationen kann die obere Elektrode 123 aus zwei oder mehreren Schichten eines elektrisch leitfähigen Materials gebildet sein, welche in Bezug auf deren jeweiliges Material gleich oder unterschiedlich sein können. In entsprechender Weise kann die untere Elektrode 121 gebildet sein aus einem oder mehreren elektrisch leitfähigen Materialien, wie einem von verschiedenen mit Halbleiterprozessen kompatiblen Metallen, enthaltend Wolfram (W), Molybdän (MO), Iridium (Ir) Aluminium (Al), Kupfer (Cu), Platin (Pt), Ruthenium (Ru), Niob (Nb) oder Hafnium (Hf). In verschieden Konfigurationen, kann die obere Elektrode 123 aus zwei oder mehreren Schichten eines elektrisch leitfähigen Materials gebildet sein, welche in Bezug auf deren jeweiliges Material gleich oder unterschiedlich sein können. Auch kann die Konfiguration und/oder das/die Material(ien), aus denen die obere Elektrode 123 gebildet ist, von der Konfiguration und/oder dem/den Material(ien), aus denen die untere Elektrode 121 gebildet ist, abweichen oder diesen gleichen.
Die piezoelektrische Schicht 122 kann aus jedwedem piezoelektrischen Material gebildet sein, das mit Halbleiterprozessen kompatibel ist, wie z.B. Aluminiumnitrid (AlN), Zinkoxid (ZnO) oder Zirkonat-Titanat (PZT). Auch kann in verschiedenen Ausführungsformen die piezoelektrischen Schicht 122 mit wenigstens einem Element der Seltenen Erde, wie z.B. Scandium (Sc), Yttrium (Y), Lanthan (La) oder Erbium (Er) dotiert sein, um den piezoelektrischen Kopplungskoeffizienten ε₃₃ in der piezoelektrischen Schicht 122 zu erhöhen und dadurch zumindest teilweise die Verminderung des elektromagnetischen Kopplungskoeffizienten Kt² des akustischen Resonators aufzuwiegen. Beispiele für die Dotierung der piezoelektrischen Schicht mit einem oder mehreren Elementen der Selten Erden finden sich im US-Patent, App. No. 13/662,425 (eingereicht am 27. Oktober 2012), Bradley et al., und US-Patent, App. No. 13/662,460 (eingereicht am 27. Oktober 2012), Grannen et al., deren Offenbarungsgehalt durch Verweis hier vollständig einbezogen ist. Selbstredend kann die Dotierung der piezoelektrischen Schicht mit wenigstens einem Element der Seltenen Erden auf verschiedene Ausführungsformen angewendet werden, einschließlich der Ausführungsformen, die im Folgenden mit Bezugnahme auf die weiteren Abbildungen beschrieben sind.
Sicherlich können auch andere elektronische Schaltkreise als akustische Filter Schaltkreise in dem Hohlraum 140 enthalten sein, ohne vom Umfang der vorliegenden Lehre abzuweichen. In ähnliche Weise, können andere Arten von akustischen Filtern, wie solche akustische Filter einschließlich SMRs oder SAWs enthalten sein, ohne vom Umfang der vorliegenden Lehre abzuweichen.
Wenn SMRs eingebaut sind, sind die entsprechenden Lufthohlräume 115 durch akustische Reflektoren, wie käuflich erhältliche Bragg Reflektoren (DBR) oder akustische Spiegel, ersetzt. Jeder der akustischen Resonatoren kann einen entsprechenden dafür bestimmten akustischen Reflektor aufweisen, der im Basissubstrat 110 gebildet ist, oder ein einzelner akustischer Reflektor kann sich entlang der Länge des Basissubstrats 110 erstrecken und somit akustische Reflektion für alle der akustischen Resonatoren bereitstellen. Die akustischen Reflektoren schließen mehrere gestapelte Paare akustischer Reflektorschichtpaare ein, wobei jedes Paar eine nieder-akustische Impedanzschicht aus einem nieder akustischen Material aufweist, welche auf einer hoch-akustischen Impedanzschicht aus einem hoch-akustischen Material aufgebracht ist. Beispiele für nieder-akustische Impedanzmaterialien umfassen z.B. Bor-Silikat-Glas (BSG), Silizium Oxid (SiO_x) oder Silizium Nitrid (SiN_x) (wobei x eine positive relle Zahl ist), Kohlenstoff dotiertes Silizium Oxid (CDO), durch chemische Gasphasenabscheidung („chemical vapor deposition“) abgeschiedenes Siliziumcarbid (CVD SiC), Plasma unterstützte CVD SiC (PECVD SiC), Niob-Molybdän (NbMo), Titan (Ti) oder Aluminium (Al). Beispiele für hoch-akustische Impedanzmaterialien umfassen z.B. Wolfram (W), Molybdän (Mo), Iridium (Ir), Hafniumoxid (HfO₂), Aluminiumoxid (Al₂O₃), Diamant oder amorphen Kohlenstoff („diamond-like carbon“, DLC). Verschiedene illustrative Fertigungstechniken für akustische Spiegel sind im US-Patent No. 7,358,831 (15. April 2008), Larson III et al., beschrieben, dessen Offenbarungsgehalt durch Verweis hier vollständig einbezogen ist.
2. ist eine vereinfachte Querschnittsdarstellung einer Hohlraumverpackung enthaltend eine hermetisch abgedichtete Hohlraumverpackung mit einer elastischen Schicht zur Spannungsverminderung gemäß einer repräsentativen Ausführungsform.
Bezugnehmend auf 2 weist eine ummantelte Vorrichtung 200 eine Hohlraumverpackung 202 auf, die zum Beispiel mittels Wende-Montage (flip-chipped mounted) auf ein Substrat 205 montiert ist. Die Hohlraumverpackung 202 ist demnach in der dargestellten Konfiguration invertiert, wobei ein peripherer Dichtring 220 zwischen einer Klappe 230 und einem Basissubstrat 210 gebildet ist, welche im Wesentlichen die Gleichen sind wie der periphere Dichtring 120, der Deckel 130 und das Basissubstrat 110, die oben unter Bezugnahme auf 1 diskutiert worden sind. Der Trennungs-Freiraum, der durch den Dichtring 120 gebildet ist, stellt einen hermetisch abgedichteten verschlossenen Hohlraum 240 bereit, welcher einen abgedichteten elektronischen Schaltkreis enthält (nicht gezeigt in 2). Beispiele von Hohlraumverpackungen und deren Herstellung sind im US-Patent App. Pub. No. 2012/0075026 (29. März 2012), Ruby et al., beschrieben, dessen Offenbarungsgehalt durch Verweis hier vollständig einbezogen ist.
In der dargestellten Ausführungsform enthält die Hohlraumverpackung 202 ferner einen Via 285, der durch den Deckel 230 (in einem entsprechenden Durchgangsloch) gebildet ist. Der Via 285 weist eine leitfähige Oberfläche (oder Platierung) 287 auf, die derart ausgestaltet ist, dass ein elektrischer Signalweg zwischen dem Inneren (Hohlraum 240) der Hohlraumverpackung 202 und dem Äußeren der Hohlraumverpackung 202 bereitgestellt ist. Der Via 285 kann ebenso als Wärmeleitweg dienen. Eine dem Via 285 zugeordnete Via-Dichtung 280 ist innerhalb des Hohlraums 240 gebildet, um den Eingang des Via 285 hermetisch abzudichten. Demnach wird, wenn der Via 285 und die Via-Dichtung 280 vorhanden sind, die hermetrische Dichtung des Hohlraums 240 durch den peripheren Dichtring 220 und die Via-Dichtung 280 aufrechterhalten. Die Via-Dichtung 280 kann auch den peripheren Dichtring 220 durch Zurverfügungstellung einer mechanischen Stütze für die Hohlraumverpackungen 202 unterstützen, z.B. dadurch, dass der Deckel 230 und das Basissubstrat 210 davon abgehalten werden, im Zentrum des Hohlraums 240 aufeinander gedrückt zu werden und/oder um den Deckel 230 und das Basissubstrat 210 davon abzuhalten, voneinander weg gezogen zu werden.
Die Hohlraumverpackung 202 ist elektrisch und mechanisch mit dem Substrat 205 durch mehrere Lötverbindungen verbunden, die durch repräsentative Lötverbindungen 271 und 272 gekennzeichnet sind, welche zwischen dem Deckel 230 und dem Substrat 205 gebildet sind. Bezugnehmend auf die Lötverbindungen 272 zu Illustrationszwecken, kann jede Lötverbindungen eine Lotbeule 275 aufweisen, die zwischen leitfähigen Kontaktbereichen 274 und 276 (beispielsweise aus Kupfer) gebildet ist, und zwar jeweils auf gegenüberliegenden Oberflächen des Deckels 230 und des Substrats 205. In verschiedenen Anordnungen kann der Kontaktbereich 274 elektrisch mit der leitfähigen Oberfläche 287 des Vias 285 (oder einem anderen Via) verbunden werden, um elektrische und thermische Verbindungen zu dem abgedichteten elektronischen Schaltkreis innerhalb der Hohlraumverpackung 202 herzustellen. Anders ausgedrückt verbinden die Lötverbindungen 271 und 272 die Hohlraumverpackung 202 mechanisch mit dem Substrat 205 und erzeugen dadurch elektrische Signalwege zwischen den Metalldrähten (nicht gezeigt) auf der Hohlraumverpackung 202 und Spuren (nicht gezeigt) auf dem Substrat 205, die zu Vias (zum Beispiel Via 285) führen, und stellen Wege mit geringem thermischem Widerstand zur Verfügung, welche ermöglichen, dass Wärme von der Hohlraumverpackung 202 zu dem Substrat 205 fließt.
Wie bereits oben dargestellt, kann der Dichtring 220 und die Via-Dichtung 280 als eine einzelne Schicht auf dem Basissubstrat 210 oder des Deckels 230 gebildet werden. Alternativ können der Dichtring 220 und die Via-Dichtung 280 durch mehrere Schichten gebildet sein und/oder einheitlich mit dem Deckel 230 bzw. dem Basissubstrat 210 gebildet sein. In dem Beispiel, das in 2 gezeigt ist, weist der Dichtring 220 einen unteren Bereich 221 auf, der durch einen erhöhten Bereich des Materials des Deckels 230 oder eine separate Schicht eines zu dem Deckel 230 hinzugefügten Materials gebildet sein kann. In ähnlicher Weise wird die Via-Dichtung 280 durch einen unteren Bereich 281, der ein weiterer erhöhter Bereich des Materials des Deckels 230 oder eine separate Schicht eines zu dem Deckel 230 hinzugefügten Materials sein kann. Die unteren Bereiche 221, 281 können aus einem dielektrischen Material wie beispielsweise Silizium (Si), Galliumarsenid (GaAs), Indiumphosphid (InP), Glas, Saphir, Aluminium, oder Siliziumoxid (SiO) oder Siliziumnitrid (SiN) gebildet sein. Die oberen Bereiche 222, 282 können beispielsweise aus einem leitfähigen Verbindungsmaterial wie Gold, Kupfer oder einer Lötverbindung gebildet sein.
Das Substrat 205 kann zum Beispiel eine PCB und/oder ein laminiertes Substrat sein, aufweisend mehrere Schichten eines oder mehrerer Materialien. Die eine oder mehreren Schichten des Substrats 205 können aus einem Halbleitermaterial wie beispielsweise Silizium (Si), Galliumarsenid (GaAs), Indiumphosphid (InP), Glas, Saphir, Aluminium oder dergleichen bestehen. Alternativ kann die Leiterplatte oder das Substrat 205 beispielsweise aus einem Glasfaser Epoxy-Laminat (wie FR-4), Teflon^®, Keramiken, speziellen Polymeren oder einem schwach-dielektrischen Kunststoff gebildet sein.
Eine elastische Schicht 250 ist auf der Oberfläche der Hohlraumverpackung 202 vorgesehen, die die untere Oberfläche des Basissubstrats 210 in einer Wende-Chip („Flip-Chip“) Konfiguration darstellt. Anders ausgedrückt ist die elastische Schicht 250 auf der Oberfläche der Hohlraumverpackung 202 vorgesehen, die gegenüber einer Oberfläche der Hohlraumverpackung 202, die mit dem Substrat 205 verbunden ist, angeordnet ist. In verschiedenen Ausgestaltungen können weitere elastische Schichten (nicht gezeigt) zwischen der Hohlraumverpackung 202 und dem Substrat 205 in dem Bereich der Lötverbindungen 271, 272 gebildet sein. Eine Formmasse 260 ist über dem Substrat 205 gebildet und schließt die Hohlraumverpackung 202, die elastische Schicht 250 und die Lötverbindungen 271, 272 ein. Die ummantelte Vorrichtung 200 ist somit als ein übergossenes (overmolded) Chip-auf-board ("Chip-On-Board") Modul dargestellt, welches die elastische Spannungsentkopplungs-Schicht 250 auf der Hohlraumverpackung 202 einbindet.
Die elastische Schicht 250 ist aus einem formbaren oder elastomeren Material gebildet, das Biegungs-, Kompressions- und Spannungsflexibilität aufweist, wie beispielsweise ein Polyimid oder ein Silikon-Elastomer, auch wenn andere Arten eines formbaren Materials eingearbeitet sein können. Beispiele für Silokon-Elastomere umfassen RTV615, verfügbar von GE Byer Silicones, und Sylgard^® 184 Silkon, verfügbar von der Dow Corning Corporation, obwohl weitere formbare Materialen mit geeigneten kleinen Elastizitätmoduli verwendet werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Lehre abzuweichen. Die elastische Schicht 250 kann eine Dicke in einem Bereich von etwa 1 µm bis etwa 16 µm aufweisen, auch wenn die Dicke variieren kann, um, wie für einen Fachmann ersichtlich, maßgeschneiderte Vorteile für jeden Einzelfall zu erreichen oder spezifische Voraussetzungen im Hinblick auf das Anwendungsdesign verschiedener Implementierungen zu erfüllen.
Die Formmasse 260 ist gebildet aus einem schützenden Material, welches mit Halbleiterprozessen kompatibel ist, wie beispielsweise einem Epoxy-Harz, obwohl andere Arten von schützenden Materialien auch eingearbeitet sein können. Die Formmasse 260 ist vergleichsweise starr, insbesondere im Vergleich zu der elastischen Schicht 250. In verschiedenen Ausführungsformen ist das Material der elastischen Schicht 250 derart ausgewählt, um ein geeignetes Young-Modul zur Verfügung zu stellen, dass kleiner ist als das Modul von jeweils wenigstens der Formmasse 260, dem Basissubstrat 210, dem Dichtring 220, dem Deckel 230 und der Via-Dichtung 280.
Es sei hervorgehoben, dass das formbare Material zwischen der Hohlraumverpackungen 202 und den Lötverbindungen 271, 272 aufgebracht werden kann, um Spannungen zu vermindern, die auf die Lötverbindungen 271, 272 wirken, zum Beispiel durch Anwendung des formbaren Materials um die Lötverbindungen 271, 272 herum auf der Oberfläche der Hohlraumverpackungen 202, die auf das Substrat 205 gerichtet ist (d.h. zwischen dem Deckel 230 und dem Substrat 205). Nichtsdestotrotz kann die Anwendung des formbaren Materials auf der Hohlraumverpackung 202 um die Lötverbindungen herum nicht notwendig sein, da die Formmasse 260 Stabilität um die Lötverbindungen herum verleiht und die elastische Schicht 250 Spannung auf die Lötverbindungen vermindert, die durch die Formmasse erzeugt werden.
Das formbare Material der elastischen Schicht 250 kann auf die Hohlraumverpackungen 202 (oder auf mehrere Hohlraumverpackungen 202, die in einer einzigen Hohlraumverpackung oder auf einem einzelnen Wafer angeordnet sind), auf verschiedene Arten während der unterschiedlichen Schritte des Herstellungsprozesses angewendet werden. So kann zum Beispiel das formbare Material der elastischen Schicht 250 auf der Rückseite eines Wafers, welcher mehrere Hohlraumverpackungen 202 aufweist, vor dem würfeln ("Dicing") aufgebracht werden, sodass zum Beispiel die elastischen Schichten 250 bereits auf dem Boden des Basissubstrats 210 vorliegen, wenn der Wafer segmentiert wird, um die Hohlraumverpackungen 202 zu bilden. Alternativ kann die elastische Schicht 250 auf der Oberseite der gewendeten (flipped) Hohlraumverpackungen 202 nach Separation von dem Waver aber noch vor dem Zusammenbau auf dem Substrat 205 angeordnet werden.
Alternativ kann das formbare Material der elastischen Schicht 250 auf die Oberseite der Hohlraumverpackung 202 aufgebracht werden, nachdem die Hohlraumverpackung 202 auf das Substrat 205 gebracht wurde (zum Beispiel durch Löten) jedoch noch vor übergießen mit der Formmasse 260. Zum Beispiel kann das formbare Material auf die Oberseite der Hohlraumverpackung 202 durch Verwendung einer Spritze aufgebracht werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann das formbare Material aufgebracht werden beispielsweise als ein Trockenfilm, gegossen aus einer Lösung oder Dispensiert als eine Flüssigkeit.
Allgemein entkoppelt die elastische Schicht 250 Spannungen zwischen der Hohlraumverpackung 202 und der Formmasse 260, die die Hohlraumverpackung 202 umgibt, und vermindert andererseits vermeintlich schädigende Kräfte, die auf die Hohlraumverpackung 202 ausgeübt werden. Zum Beispiel schützt die elastische Schicht 250 den Dichtring 220, insbesondere wenn die Materialien, die den Dichtring 220 bilden oder an diesen gebunden sind, relativ schwach sind im Vergleich zu den steiferen, stärkeren Materialien, die das Basissubstrat 210 und den Deckel 130 bilden. In ähnlicher Weise, schützt die elastische Schicht 250 die Via-Dichtung 280, die die Basis des Vias 285 umgibt. Entkoppeln der Spannung trägt dazu bei, den strukturellen Zusammenhalt der Hohlraumverpackung 202 zu erhalten, beispielsweise durch Minderung der Kräfte, die auf die Hohlraumverpackungen 202 wirken und die bewirken, den Dichtring 220 und die Via-Dichtung 280 von dem Basissubstrat 210 und/oder dem Deckel 230 zu trennen und/oder den Dichtring 220 und/oder die Via-Dichtung 280 aufzureißen, wodurch die zusammengesetzte Dichtung des Hohlraums 240 beeinträchtigt wird. Anders ausgedrückt trägt die elastische Schicht 250 dazu bei, die hermetische Dichtung zu erhalten. Die Entkopplung der Spannung trägt ferner dazu bei, eine Ablösung der Hohlraumverpackung 202 von dem Substrat 205 und/oder den Lötverbindungen 271 und 272 zu verhindern.
In alternativen Ausführungsformen kann die Hohlraumverpackung 202 aufrecht auf dem Substrat 205 angeordnet sein anders als im Falle der Wende-Chip montierten (flip-chip mounted) (und damit nicht invertiert). In diesen Fällen ist das Basissubstrat 210 auf dem Substrat 205 durch die Lötverbindung 271 und 272 montiert und die elastische Schicht 250 ist auf dem Deckel 230 aufgebracht. Die Wirkung der elastischen Schicht 250 (beispielsweise die Entkopplung von Spannung und Wahrung der Integrität des hermetisch abgedichteten Hohlraums 240) bleiben dabei erhalten.
3 ist eine Querschnittsansicht eines ummantelten Duplexergeräts aufweisend eine Vielzahl von Hohlraumverpackung mit elastischen Schichten zur Verminderung von Spannungen in Übereinstimmung mit einer repräsentativen Ausführungsform. Die Querschnittsansicht ist entlang der Linie A-A' der 4A gezeigt, wie im Folgenden diskutiert.
Unter Bezugnahme auf 3 weist eine ummantelte Vorrichtung 400 eine Vielzahl von Hohlraumverpackungen auf, dargestellt durch die repräsentativen Hohlraumverpackungen 300A und 300B, wobei jede dieser gleich in Aufbau zu der repräsentativen Hohlraumverpackung 100 und/oder 202, zum Beispiel, wie oben diskutiert. Die Hohlraumverpackungen 300A und 300B, sind mittels Chip-Wende-Montage (flip chip mounted) auf das Substrat 305 aufgebracht und demnach in der dargestellten Konfiguration invertiert. Periphere Dichtringe 320A, 320B sind jeweils zwischen den Deckeln 330A, 330B und den Basissubstraten 310A, 310B angeordnet, wie oben mit Bezugnahme auf den Dichtring 220 in 2 diskutiert. In ähnlicher Weise werden die Via-Dichtung 380A, 382A an der jeweiligen Basis der Vias 385A und 388A zwischen dem Deckel 330A und dem Basissubstrat 310A angeordnet und die Via-Dichtung 380B, 382B werden an der jeweiligen Basis der Vias 385B und 388B zwischen dem Deckel 330B und dem Basissubstrat 310B, wie oben mit Bezugnahme auf Via-Dichtung 280 in 2 diskutiert, angeordnet. Obwohl die Dichtringe 320A und 320B und die Via-Dichtungen 380A, 382A und 380B als eigenständige einschichtige Elemente abgebildet sind, ist zu beachten, dass der Dichtring 320A und/oder die Via-Dichtungen 380A, 382A integriert in den Deckel 330A oder das Substrat 310A gebildet sein können und/oder aus mehreren Schichten aus demselben oder unterschiedlichen Materialien gebildet sein können, und/oder der Dichtring 320B und/oder die Via-Dichtung 380B integriert in den Deckel 330B oder das Substrat 310B und/oder aus mehreren Schichten aus demselben oder unterschiedlichen Materialien gebildet sein können, wie oben diskutiert und ohne vom Umfang her von der vorliegenden Lehre abzuweichen. Zum Beispiel können die Dichtringe 320A und 320B ausschließlich oder teilweise auf den Oberflächen der Basissubstrate 310A, 310B oder den Deckeln 330A, 330B gebildet sein und dann an Metallschichten der gegenüberliegenden jeweiligen Basissubstrate 310A, 310B oder Deckel 330A, 330B gebunden sein. Der Raum, der durch die Dichtringe 320A, 320B zwischen den Deckeln 330A, 330B und den Basissubstraten 310A, 310B gebildet ist, stellt die ummantelten Hohlräume 340A, 340B bereit, die hermetisch abgedichtete elektronische Schaltkreise aufweisen. In ähnlicher Weise dichten die Via-Dichtung 380A, 382A, 380B die Basen der Vias 385A, 388A, 385B ab.
Im dargestellten Beispiel kann die ummantelte Vorrichtung 400 ein Duplexer sein, wobei der elektronische Schaltkreis der Hohlraumverpackung 300A ein Übertragungsfilter (Tx), wie ein Abzweigfilter (ladder filter) aufweisend eine Vielzahl akustischer Resonatoren (zum Beispiel FBARs), sein kann, um einen ersten (Übermittlungs-)Durchlassbereich zur Verfügung zu stellen zur Weiterleitung von RF-Signalen von einem Transmitter (nicht gezeigt) zu einer gemeinsamen Antenne (nicht gezeigt) und der elektronische Schaltkreis der Hohlraumverpackung 300B ein Empfangsfilter (Rx), wie ein Abzweigfilter (ladder filter) aufweisend weitere akustische Resonatoren (zum Beispiel FBARs), sein kann, um einen zweiten (Empfangs-)Durchlassbereich, der sich von dem ersten Durchlassbereich unterscheidet, zur Verfügung zu stellen zur Weiterleitung von RF-Signalen von einer gemeinsamen Antenne (nicht gezeigt) zu einem Empfänger (nicht gezeigt). Selbstverständlich weichen andere anwendungsspezifische Konfigurationen der Hohlraumverpackung 400 vom Umfang her nicht von der vorliegenden Lehre ab.
Die Hohlraumverpackung 300A ist elektrisch und mechanisch mit dem Substrat 305 durch mehrere repräsentative Lötverbindungen 371, 372 und 373, welche zwischen dem Deckel 330A und dem Substrat 305 gebildet sind, verbunden. Ebenso ist die Hohlraumverpackung 300B elektrisch und mechanisch mit dem Substrat 305 durch repräsentative Lötverbindungen 374 und 375, welche zwischen dem Deckel 330B und dem Substrat 305 gebildet sind, verbunden. Wie bereits oben mit Bezug auf das Substrat 205 beschrieben, kann das Substrat 305 in 3 zum Beispiel eine PCB und/oder ein laminiertes Substrat sein, aufweisend mehrere Schichten aus einem oder mehreren Materialien, wobei Beispiele hierfür oben beschrieben sind.
Die elastischen Schichten 350A und 350B werden entsprechend auf die oben liegenden Oberflächen der Hohlraumverpackungen 300A und 300B angebracht. Das bedeutet, dass die elastische Schicht 350A auf eine Oberfläche der Hohlraumverpackung 300A, die einer Oberfläche der Hohlraumverpackung 300A, welche an das Substrat 305 gebunden ist, gegenüber liegt, aufgebracht ist und die elastische Schicht 350B auf eine Oberfläche der Hohlraumverpackung 300B, die einer Oberfläche der Hohlraumverpackung 300B, welche an das Substrat 305 gebunden ist, gegenüber liegt, angebracht ist. In verschiedenen Ausführungsformen kann das formbare Material (nicht gezeigt) auch zwischen den Hohlraumverpackungen 300A, 300B und dem Substrat 305 in dem Bereich der Lötverbindungen 371–373 und 374–375 entsprechend angewendet sein. Eine Formmasse 360 ist über dem Substrat 305 gebildet und schließt die Hohlraumverpackungen 300A, 300B und die elastischen Schichten 350A, 350B und die Lötverbindungen 371–373 und 374–375 ein. Insbesondere kann die ummantelte Vorrichtung 400 mehr oder weniger als zwei Hohlraumverpackungen oder „Microcap-Dies“ (zum Beispiel Hohlraumverpackungen 300A und 300B) aufweisen ohne vom Umfang her von der vorliegenden Lehre abzuweichen.
Wie oben mit Bezugnahme auf die elastische Schicht 250 diskutiert, ist jede der elastischen Schichten 350A und 350B aus einem formbaren Material (zum Beispiel einem Elastomer) gebildet, das Biegungs-, Kompressions- und Spannungsflexibilität zur Verfügung stellt. Auch kann jede elastische Schicht 350A und 350B eine Dicke in einem Bereich von etwa 1 µm bis etwa 16 µm aufweisen, auch wenn die Dicke variieren kann, um einmaligen Vorzüge für jede einzelne Situation zur Verfügung zu stellen oder um spezifische Voraussetzungen im Hinblick auf das Anwendungsdesign verschiedener Implementierungen zu erfüllen, wie es einen Fachmann ersichtlich ist. Die elastischen Schichten 350A, 350B entkoppeln Spannungen zwischen den Hohlraumverpackungen 300A, 300B und der Formmasse 360, die die Hohlraumverpackungen 300A, 300B jeweils umgibt.
4A zeigt eine perspektivische Draufsicht eines Bereiches des ummantelten Duplexergeräts nach 3 enthaltend Hohlraumverpackungen mit elastischen Schichten gemäß einer repräsentativen Ausführungsform. Wie bereits angemerkt ist die Querschnittsansicht in 3 entlang der Linie A-A' der 4A gezeigt. 4B ist eine perspektivische Draufsicht auf eine illustrative Via-Dichtung innerhalb eines ummantelten Duplexergeräts, und 4C ist eine perspektivische Draufsicht auf eine vollständig ummantelte Duplexergeräts gemäß 3 entsprechend einer repräsentativen Ausführungsform.
Bezugnehmend auf 4A ist die ummantelte Vorrichtung 400 vor der Anwendung der Formmasse 360 gezeigt. Die Hohlraumverpackungen 300A und 300B sind Wende-Chip montiert (flip-chipp mounted) auf das Substrat 305 durch Lötverbindungen, einschließlich der repräsentativen Lötverbindungen 371–373 und 374–375 (wobei lediglich Lötverbindung 375 in 4A sichtbar ist), entsprechend aufgebracht. Wie bereits oben diskutiert weist die Hohlraumverpackung 300A den Dichtring 320A auf, der zwischen dem Deckel 330A und dem Basissubstrat 310A gebildet ist, wobei die elastische Schicht 350A auf der Oberseite der Hohlraumverpackung 300A gebildet ist. In entsprechender Weise weist die Hohlraumverpackung 300B den Dichtring 320B auf, der zwischen dem Deckel 330B und dem Basissubstrat 310B gebildet ist, wobei die elastische Schicht 350B auf der Oberseite der Hohlraumverpackung 300B gebildet ist.
In 4B ist die Via-Dichtung 380B zu Illustrationszwecken gezeigt, obwohl die Diskussion auch auf andere Dichtungen in der Hohlraumverpackung 400 übertragbar ist, einschließlich der Via-Dichtungen 380A und 382A. Wie in 4B gezeigt weist die Via-Dichtung 380B einen Sockel 473 auf, der eine Trennung zwischen dem Deckel 330B und dem Basis-Waver 310B ermöglicht und zwei Metallschichten 471 und 472, jede auf einer Seite der Verbindung. Bei der Bildung der Hohlraumverpackung 400 werden die Metallschichten 471 und 472 miteinander verbunden, zum Beispiel durch eine kaltgeschweißte ("Cold Weld") Diffusionsbindung oder durch Löten, um elektrische und thermische Verbindungen zwischen dem Deckel 330B und dem Basissubstrat 310B des Chips (Die) zur Verfügung zu stellen und um den Hohlraum 340B (an der Basis des Vias 385B), der zwischen dem Deckel 330B und dem Basissubstrat 310B gebildet ist, hermetisch abzudichten. Die Metallschichten 471 und 472 können zum Beispiel aus Gold oder Kupfer sein, obwohl andere Materialien oder Stapelungen mehrerer Schichten aus anderen Materialien, einschließlich Lötverbindungen, verwendet werden können, ohne von dem Umfang der vorliegenden Lehre abzuweichen. Der Sockel 473 kann aufweisen ein aufgeschweißtes Metall (built-up metal) oder ein dielektrisches Material aufweisen oder kann einfach ein erhöhter Abschnitt aus dem Material, welches selbst den Deckel 330B bildet (oder alternativ das Basissubstrat 310B), sein. Wie in den Beispielen von 4B gezeigt, haben die Metallschichten 471 und 472 der Via-Dichtung 380B eine hexagonale Form, obwohl andere Formen ebenso umfasst sein können ohne von dem Umfang der vorliegenden Lehre abzuweichen.
Wie bereits erwähnt können die weiteren Via-Dichtungen 380A und 382A der Hohlraumverpackung 300A im Wesentlichen auf die gleiche Art gebildet sein. In entsprechender Weise können die Dichtringe 320A und 320B, wenn sie eine Vielzahl von Schichten aufweisen, in der im Wesentlichen gleichen Weise gebildet sein. Allerdings würden die Dichtringe 320A und 320B anstatt eine hexagonale Form aufzuweisen vielmehr in einer gesteckten Art und Weise entlang jeder Kante (d.h. entlang des Umfangs) der Deckel 330A und 330B und/oder der Basissubstrate 310A und 310B entsprechend gebildet.
Bezugnehmend auf 4C ist die Formmasse 360 in der Art gezeigt, dass diese über dem Substrat 305 gebildet ist, um die fertig ummantelte Vorrichtung 400 zu bilden. Die Formmasse 360 schließt entsprechend die Hohlraumverpackungen 300A, 300B, die Lötverbindungen 371–373 und 374–375 und die elastischen Schichten 350A, 350B ein. Das gemeinsame Substrat 305 und die Formmasse 360 stellen eine Schutzstruktur mit einheitlicher Form bereit, die allgemein Zuverlässigkeit, Haltbarkeit und die einfachere Benutzung der Hohlraumverpackung 400 fördert.
5 ist ein Diagramm, der die vertikale Oberflächenzugkraft auf eine Via-Dichtung einer übergossenen Hohlraumverpackung als eine Funktion der Dicke der Formmasse darstellt. Die Daten für 5 werden von einer ummantelten Vorrichtung aufweisend zwei Hohlraumverpackungen (ohne entsprechende elastische Schichten) angebracht auf einem Substrat und enthaltend in einer Formmasse bereitgestellt.
Bezugnehmend auf 5 zeigt die x-Achse die Dicke in µm der Formmasse oberhalb des Verpackungssubstrates (zum Beispiel PCB) und die y-Achse zeigt die vertikale Oberflächenzugkraft in Millinewton (mN) angewendet auf die entsprechenden Via-Dichtungen der Hohlraumverpackungen, welche aus dem Kontakt zwischen den Hohlraumverpackungen und der Formmasse, in welcher die Hohlraumverpackungen eingeschlossen sind, resultiert. Linie 510 zeigt die vertikale Oberflächenzugkraft, die auf eine Via-Dichtung der Hohlraumverpackung aufweisend einen Übertragungsfilter (TX) wirkt (zum Beispiel Hohlraumverpackungen 300A ohne elastische Schicht 350A). Linie 520 zeigt die vertikale Oberflächenzugkraft, die auf eine Via-Dichtung der Hohlraumverpackung aufweisend einen Empfangsfilter (RX) angewendet ist (zum Beispiel Hohlraumverpackungen 300B ohne elastische Schicht 350B). Wie beide Linien 510 und 520 zeigen, steigt die jeweilige vertikale Oberflächenzugkraft proportional (und nahezu linear) mit dem Anstieg der Dicke der Formmasse oberhalb des Substrats an. Anders ausgedrückt, je dicker die Formmasse umso größer ist die Spannung auf die Hohlraumverpackung, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer Abtrennung der Via-Dichtung (und/oder des Dichtrings) von dem Basissubstrat und/oder dem Deckel oder anderer Fehlfunktionen ansteigt. Die größere Spannung erhöht auch die Wahrscheinlichkeit der Hohlraumverpackungen eine oder mehrere der ihrer Lötverbindungen (zum Beispiel zu dem Verpackungssubstrates) zu brechen.
6 ist ein Diagramm, der die vertikale Oberflächenzugkraft auf eine illustrative Via-Dichtung einer übergossenen Hohlraumverpackung als eine Funktion der der elastischen Schichtdicke gemäß einer repräsentativen Ausführungsform zeigt. Die Daten für 6 werden bereitgestellt von einer ummantelte Vorrichtung aufweisend zwei Hohlraumverpackungen mit entsprechenden elastischen Schichten, welche auf einem Substrat montiert sind und innerhalb einer Formmasse enthalten, ähnlich zu der illustrativen Hohlraumverpackung 400, wie weiter oben diskutiert mit Bezugnahme auf 3 und 4A–4C.
Bezugnehmend auf 6 zeigt die x-Achse die Dicke (in µm) der elastischen Schichten 350A und 350B auf den Hohlraumverpackungen 300A, 300B und die y-Achse zeigt die vertikale Oberflächenzugkraft (in mN) angewendet auf die repräsentativen Via-Dichtungen der Hohlraumverpackungen 300A, 300B, welche von dem Kontakt zwischen den Hohlraumverpackungen 300A, 300B und der Formmasse 360, in welcher die Hohlraumverpackungen 300A, 300B eingeschlossen sind, resultiert. Linie 610 zeigt die vertikale Oberflächenzugkraft angewandt auf eine Via-Dichtung der Hohlraumverpackung 300A aufweisend einen Übertragungsfilter (Tx) und Linie 620 zeigt die vertikale Oberflächenzugkraft angewandt auf eine Via-Dichtung der Hohlraumverpackung 300B aufweisend einen Empfangsfilter (Rx). Wie beide Linien 610 und 620 zeigen, nimmt die jeweilige vertikale Oberflächenzugkraft proportional mit dem Anstieg der Dicke der jeweiligen elastischen Schichten 350A, 350B entsprechend ab. Anders ausgedrückt, je dicker die elastische Schichten 350A, 350B entsprechend angewendet auf die Oberseiten der Hohlraumverpackungen 300A, 300B sind, umso geringer ist die Spannung auf die Via-Dichtungen der Hohlraumverpackungen 300A, 300B, womit die Wahrscheinlichkeit eines Versagens der Via-Dichtungen oder der Dichtringe 320A, 320B, welche sich von den Basissubstraten 310A, 310B separieren, und/oder der Deckel 330A, 330B, oder andere Fehler, und auch die Wahrscheinlichkeit, dass die Hohlraumverpackungen 300A, 300B von ihren Lötverbindungen (zum Beispiel zu dem Verpackungssubstrat) bricht, vermindert wird.
Die Verminderung der vertikalen Oberflächenkraft ist besonders ausgeprägt zwischen null (d.h. keine elastischen Schichten) und elastischen Schichten 350A, 350B mit einer Dicke von etwa 5 µm. Das bedeutet, dass in dem gezeigten Beispiel die vertikale Oberflächenzugkraft, die durch die Formmasse 360 auf die Via-Dichtung der Hohlraumverpackungen 300A aufgebracht wird, von einem Wert von etwa 820 mN mit keiner elastischen Schicht auf einem Wert von etwa 600 mN mit einer elastischen Schicht 350A mit einer Dicke von etwa 5 µm abfällt. Gleichermaßen fällt in dem gezeigten Beispiel die vertikale Oberflächenzugkraft, die durch die Formmasse 360 auf die Via-Dichtung der Hohlraumverpackung 300B aufgebracht wird, von einem Wert von etwa 710 mN mit keiner elastischen Schicht auf einem Wert von etwa 520 mN mit einer elastischen Schicht 350B mit einer Dicke von etwa 5 µm ab.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen vermindert die Einführung einer Schicht von elastischem Material auf der Oberseite der Hohlraumverpackung zwischen der Hohlraumverpackung und der Formmasse Kräfte, die auf die Hohlraumverpackung durch die Formmasse unter Spannung ausgeübt werden, um die Hohlraumverpackung zu bewahren von ihrem Dichtring und/oder ihren Via-Dichtungen weggezogen zu werden, und/oder von dem PCB lose gezogen zu werden oder an den Lötverbindungen zu brechen. Somit verbessern die unterschiedlichen Ausführungsformen die Hermetivität und Verlässlichkeit von ummantelten Produkten, die hermetisch abgedichtete Hohlraumverpackung aufweisen, und beliebige andere Vorrichtungen, die in Hohlraumverpackung verpackt sind, die nachträglich übergossen worden sind. Dies kann auch die Verlässlichkeit der Lötverbindungen jeder Vorrichtung erhöhen, die verpackt ist durch Chip-Wendung (flip-chipped) auf einem Substrat angebracht worden ist und dann übergossen worden ist.
Verschiedene Komponenten, Strukturen oder Parameter sind nur als Illustrationen und Beispiele genannt und stellen in keiner Weise eine Einschränkung dar. Im Hinblick auf die vorliegende Offenbarung kann ein Fachmann innerhalb des Umfangs der Ansprüche die vorliegende Lehre zur Bestimmung eigener Anwendungen einsetzen und notwendige Komponenten, Materialien, Strukturen und Zubehör bestimmen, um diese Anwendungen umzusetzen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2010/0272310 [0019]
US 7345410 [0020]
US 13/662425 [0022]
US 13/662460 [0022]
US 7358831 [0024]
US 2012/0075026 [0026]

Claims

Eine Vorrichtung aufweisend: ein Substrat; eine hermetisch abgedichtete Hohlraumverpackung aufweisend eine erste Oberfläche angebracht an das Substrat, wobei die Hohlraumverpackung einen elektronischen Schaltkreis einschließt; eine elastische Schicht gebildet auf einer zweiten Oberfläche der Hohlraumverpackung gegenüber der ersten Oberfläche; und eine Formmasse, die die Hohlraumverpackung und die elastische Schlicht einschließt, gebildet auf dem Substrat, wobei die elastische Schicht Spannung zwischen der Hohlraumverpackung und der Formmasse, die die Hohlraumverpackung umgibt, entkoppelt, um zumindest den strukturellen Zusammenhalt der Hohlraumverpackung zu wahren.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die elastische Schicht ein Polyimid Material oder ein Silikon-Elastomer Material aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Substrat eine laminierte Leiterplatte (PCB) aufweist und die erste Oberfläche der Hohlraumverpackung mit der laminierten PCB via einer Vielzahl von Lötverbindungen verbunden ist.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Hohlraumverpackung ein Basissubstrat, einen Deckel und einen Dichtring zwischen dem Basissubstrat und dem Deckel zur Bindung des Basissubstrats und dem Deckel aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei der elektronische Schaltkreis in einem Hohlraum angeordnet ist, der zumindest teilweise mittels einer internen Separierung des Basissubstrats und des Deckels resultierend von dem Dichtring gebildet ist, wobei der Dichtring den elektronischen Schaltkreis, der innerhalb des Hohlraums angeordnet ist, hermetisch abdichtet.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die Hohlraumverpackung ferner einen Via, der durch den Deckel oder das Basissubstrat hindurch gebildet ist, und eine Via-Dichtung, die eine Basis des Vias innerhalb des Hohlraums umgibt, aufweist, wobei die Via-Dichtung den elektronischen Schaltkreis, der innerhalb des Hohlraums angeordnet ist, weiter abdichtet, und wobei das Via zumindest elektrische Verbindungen zwischen dem elektronischen Schaltkreis und Spuren auf dem Substrat ermöglicht.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei der elektronische Schaltkreis eine Vielzahl von Resonatoren aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei die Vielzahl von Resonatoren Dünnschicht Bulk Akustische Resonatoren (FBARs), fest montierte Resonatoren (SMRs) oder Oberfläche Akustische Wellen ("surface acoustic wave") (SAW) Resonatoren aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei die Via-Dichtung einen Sockel, der eine Trennung zwischen dem Deckel und dem Basis-Wafer bereitstellt, und zwei Metallschichten auf dem Sockel aufweist, wobei die zwei Metallschichten miteinander verbunden sind, um zumindest elektrische Verbindungen bereitzustellen.
Ein Microcap-Die aufweisend ein Basissubstrat; eine Vielzahl von akustischen Resonatoren angebracht an einer inneren Oberfläche des Basissubstrats; ein Deckel angeordnet über dem Basissubstrat; einen Dichtring angeordnet zwischen der inneren Oberfläche des Basis-Substrats und einer inneren Oberfläche des Deckels und umgebend die Vielzahl von akustischen Resonatoren, wobei der Dichtring einen Hohlraum zwischen der inneren Oberfläche des Deckels und der inneren Oberfläche des Basissubstrats bildet enthaltend die Vielzahl von akustischen Resonatoren, wobei der Dichtring eine hermetische Dichtung für den Hohlraum bereitstellt; eine elastische Schicht gebildet auf einem, aus einer äußeren Oberfläche des Deckels oder einer äußeren Oberfläche des Basissubstrats; und eine Formmasse gebildet über dem Basissubstrat, dem Dichtring, dem Deckel und der elastischen Schicht, wobei die elastische Schicht Spannungen zwischen der Formmasse und wenigstens dem Dichtring und den Via-Dichtungen reduziert, um die hermetischen Dichtungen zu erhalten.
Der Microcap-Die gemäß Anspruch 10, ferner aufweisend: einen leitfähigen Via, der durch einem aus dem Basissubstrat und dem Deckel ausgebildet ist, um eine elektrische Verbindung zwischen der Vielzahl von akustischen Resonatoren außerhalb des Hohlraums zu ermöglichen; und eine Via-Dichtung, die eine Basis des leitfähigen Vias innerhalb des Hohlraums umgibt, wobei die Via-Dichtung eine weitere hermetische Abdichtung für den Hohlraum bereitstellt.
Der Microcap-Die gemäß Anspruch 10, wobei der eine aus der Oberfläche des Deckels oder des Basissubstrats elektrisch und mechanisch an einer Leiterplatte (PCB) via einer Vielzahl von Lötverbindungen angebracht ist.
Der Microcap-Die gemäß Anspruch 10, wobei die vertikale Oberflächenzugkraft, die auf den Microcap-Die ausgeübt wird, durch die Formmasse mit zunehmender Dicke der elastischen Schicht abnimmt.
Der Microcap-Die gemäß Anspruch 10, wobei die elastische Schicht gebildet ist aus einem formbaren Material aufgebracht als ein Trockenfilm.
Der Microcap-Die gemäß Anspruch 10, wobei die elastische Schicht gebildet ist aus einem formbaren Material gegossen aus einer Lösung.
Der Microcap-Die gemäß Anspruch 10, wobei die elastische Schicht gebildet ist aus einem formbaren Material aufgebracht durch Dispensierung als eine Flüssigkeit.
Ein Multi-Chip Modul aufweisend: eine Leiterplatte (PCB); eine Vielzahl von Hohlraumverpackungen aufgebracht auf der PCB, wobei jede Hohlraumverpackung aufweist: ein Basissubstrat; einen Deckel; einen Dichtring, der das Basissubstrat mit dem Deckel bindet und einen Hohlraum zwischen dem Basissubtrat und dem Deckel zur Aufnahme eines elektronischen Schaltkreises bildet; und eine Via-Dichtung, die die Basis eines Vias umgibt, der durch einen, aus dem Basissubstrat und dem Deckel, hindurchführt, um eine elektrische Verbindung zu dem elektronischen Schaltkreis von außerhalb des Hohlraums, des Dichtrings und der Via-Dichtung, die den Hohlraum hermetisch abdichten, zu bilden; eine Vielzahl von elastischen Schichten jeweils gebildet auf einer Vielzahl von Hohlraumverpackungen; und eine Formmasse gebildet auf der PCB, die die Vielzahl von Hohlraumverpackungen und die Vielzahl von elastischen Schichten, die auf der Vielzahl von Hohlraumverpackungen gebildet sind, umgibt, wobei jede elastische Schicht Spannungen zwischen den entsprechenden Hohlraumverpackungen und der Formmasse koppelt.
Das Multi-Chip Modul gemäß Anspruch 17, wobei jede elastische Schicht einen, aus einem Polyimid Material oder einem Silikon Elastomer Material, aufweist.
Das Multi-Chip Modul gemäß Anspruch 18, wobei der eine, aus der äußeren Oberfläche des Deckels oder einer äußeren Oberfläche des Basissubstrats von jedem der Vielzahl von Hohlraumverpackungen an der PCB via einer Vielzahl von Lötverbindungen angebracht ist.
Das Multi-Chip Modul gemäß Anspruch 19, wobei jede Lötverbindung eine Lotbeule gebildet zwischen Kontaktbereichen auf gegenüberliegenden Oberflächen des Deckels und der PCB aufweist.