DE10351429B4

DE10351429B4 - SAW Bauelement mit Klebestelle und Verwendung dafür

Info

Publication number: DE10351429B4
Application number: DE2003151429
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Pahl
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: SnapTrack Inc
Priority date: 2003-11-04
Filing date: 2003-11-04
Publication date: 2013-10-31
Anticipated expiration: 2023-11-05
Also published as: JP4705580B2; US7218189B2; WO2005048449A2; WO2005048449A3; JP2007510339A; DE10351429A1; US20060202781A1

Abstract

SAW Bauelement mit einer Schicht eines Klebstoffs, der eine Polymermatrix und einen Füllstoff umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass als Füllstoff nicht- oder halbleitende mineralische Partikel in einem so hohen Anteil enthalten sind, dass die Gesamtdichte des Klebstoffs im gehärteten Zustand mehr als 2500 kg/m3 beträgt.

Description

Beim Betrieb von elektronischen Bauelementen, deren Funktionsweise auf dem Senden und Empfangen von akustischen Oberflächenwellen auf Festkörpern beruht, kommt es zu Beeinträchtigungen der Signalqualität durch die beim Bauelement unvermeidliche Anregung störender Volumenwellen, die auch durch Konversion akustischer Oberflächenwellen entstehen können. Solche akustischen Volumenwellen können insbesondere an der Chiprückseite reflektiert werden und gelangen so wieder in den Wandler, der die akustische Welle wieder in ein elektrisches Signal umsetzt. Der zusätzliche unerwünschte Signalanteil hat aufgrund des längeren akustischen Wegs eine andere Laufzeit, verfälscht daher das Nutzsignal, was im Extremfall zu einer Fehlinterpretation eines digitalen Signals führen kann. Zumindest jedoch führen solche Signale zu einer Erhöhung des Hintergrundrauschens oder zu einer Verzerrung des Nutzsignals.
Zur Unterdrückung störender akustischer Volumenwellen wurde bereits vorgeschlagen, die Rückseiten solcher Bauelemente mit dämpfenden Beschichtungen zu versehen. Auch wurde vorgeschlagen, die Rückseite aufzurauhen oder einzusägen, um das unerwünschte Signal zu streuen und damit weniger schädlich zu machen.
Bei der dämpfenden Beschichtung besteht das weitere Problem, daß jede dämpfende Schicht nur zu einer unvollständigen Dämpfung führt, da der Impedanzunterschied zwischen Bauelementchip und Beschichtung unweigerlich zu einer Teilreflexion führt.
Bekannt ist es, zur dämpfenden Beschichtung Reaktionsharze zu verwenden, die mit metallischen Partikeln, insbesondere mit Silber gefüllt sind. Nachteilig für derartige Dämpfungsmassen ist jedoch deren gute elektrische Leitfähigkeit, die ihre Anwendbarkeit begrenzen. Dabei stört bereits die Leitfähigkeit einzelner Partikel, selbst wenn die Leitfähigkeit der gesamten Masse gering ist. Bei unsauberem Auftrag dieser gefüllten Massen auf dem Bauelementchip kann es zu unerwünschten Kurzschlüssen kommen, die zu einer Beeinträchtigung der Bauelementfunktion führen können.
Aus US 4 500 807 A und DE 37 29 014 A1 sind SAW Bauelemente bekannt, die zur Verbindung eines piezoelektrischen Substrats mit einem Trägermaterial und zur Unterdrückung von unerwünschten Volumenwellen eine Schicht eines Klebstoffs aufweisen, der unter anderem metallische Partikel aus Silber oder eine andere pulverisierte Substanz als Füllstoff beinhaltet.
Ferner ist aus JP 56 152315 A ein SAW Bauelement bekannt, bei dem einem Klebstoff bestimmte Partikel als Füllstoffe beigemischt sind, um die akustische Impedanz der Klebstoffschicht anzupassen und damit die Unterdrückung von an der Chiprückseite reflektierten Volumenwellen zu verbessern.
Dämpfungsmassen mit guter akustischer Anpassung und geringer oder keiner elektrischer Leitfähigkeit sind bislang nicht bekannt. Auch Bauelemente mit Dämpfungsmassen, die zusätzliche Funktionen für das Bauelement erfüllen, sind nicht bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein SAW Bauelement mit einer zur Dämpfung von akustischen Wellen geeigneten Kunststoffmasse anzugeben, die akustisch an ein piezoelektrisches Material angepaßt ist und die keine oder nur geringe elektrische Leitfähigkeit aufweist und die eine zusätzliche Funktion für das SAW Bauelement erfüllt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein SAW Bauelement nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sowie erfindungsgemäße Verwendungen gehen aus weiteren Ansprüchen hervor.
Die Erfindung schlägt ein SAW Bauelement mit einem Klebstoff vor, der eine mit einem Füllstoff gefüllte Polymermatrix aufweist, wobei als Füllstoff nicht – oder halbleitende mineralische Partikel in einem Anteil enthalten sind, der ausreichend hoch gewählt ist, daß die Gesamtdichte des Klebstoffs im gehärteten Zustand mehr als 2500 kg/m³ beträgt.
Im SAW Bauelement weist die Klebstoffschicht eine an piezoelektrische Materialien wie beispielsweis Quarz, Lithiumniobat oder Lithiumtantalat gut angepaßte akustische Impedanz auf. Die Klebstoffschicht erfüllt daher die doppelte Funktion, sowohl mit akustischen Wellen arbeitende Bauelemente zu verkleben, als auch dabei störende akustische Volumenwellen oder Oberflächenwellen zu dämpfen. Die Dämpfung von Volumenwellen wird erleichtert, indem die Reflexion an der Grenzfläche vom piezoelektrischen Bauelementkörper in die Klebeschicht vermindert wird.
Ein Klebstoff mit der gewünschte Dichte kann erhalten werden, wenn die mineralischen Partikel ausgewählt sind aus Siliziumcarbid, Titanoxid, Aluminiumoxid, Zinksulfid, Zirkonoxid, Bariumsulfat und Wolframtrioxid. Die genannten Partikel weisen Dichten zwischen 3000 und 7300 kg/m³ auf. Vorteilhaft sind die Partikel ausgewählt aus Zinksulfid, Zirkonoxid, Bariumsulfat und Wolframtrioxid, die jeweils eine Dichte über 4000 kg/m³ aufweisen. Je nach Auswahl des Füllstoffs kann eine gewünschte Dichte mit unterschiedlichen Anteilen an Füllstoff bzw. an mineralischen Partikeln erreicht werden. Die Auswahl eines Füllstoffs mit hoher Dichte führt bei gleichbleibendem Anteil an mineralischen Partikeln zu einem Klebstoff mit höherer Gesamtdichte, welcher noch besser an piezoelektrischen Materialien, wie sie in mit akustischen Wellen arbeitenden Bauelementen verwendet werden, angepaßt ist.
Die Polymermatrix für den im erfindungsgemäßen SAW Bauelement eingesetzten Klebstoff ist aus beliebigen Reaktionsharzen und härtenden Massen ausgewählt, die zum einen mit Füllstoff verarbeitbar und andererseits als Klebstoff geeignet sind. Die Polymermatrix kann beispielsweise Epoxidharz, Siloxan-Kautschuk (Silikon), Acrylat, Polyurethan oder Polyimid umfassen. Im noch nicht ausgehärteten Klebstoff liegen die Ausgangsstoffe für die Polymermatrix in einer niedermolekularen bis oligomeren Form vor, die sich durch eine Härtungsreaktion zu einem festen Formstoff aushärten lassen. Erfindungsgemäße Klebstoffe umfassen auch monomere Verbindungen, die durch eine entsprechende Härtungsreaktion zu Polymeren aushärtbar sind.
Vorzugsweise ist ein erfindungsgemäßer Klebstoff als zweikomponentiges Reaktionsharzsystem ausgebildet, welches eine Harzkomponente und eine Härterkomponente umfaßt. Dabei kann der Füllstoff in einer oder vorzugsweise in beiden Komponenten enthalten sein. Ein solches zweikomponentiges Reaktionsharzsystem wird unmittelbar vor der Anwendung zusammengemischt, da die Mischung der beiden Komponenten nur eine begrenzte Zeit lagerungsfähig ist, während die Einzelkomponenten mehrere Monate bis Jahre gelagert werden können, ohne an chemischer Aktivität, die die Härtbarkeit bedingt, verlieren. In der Regel erfolgt die Mischung der Einzelkomponenten zum fertigen einsetzbaren Klebstoff beim Klebstoffhersteller, der die Mischungen dann sofort einfriert, um die weitere Aushärtung zu verlangsamen bzw. zu verhindern.
Vorzugsweise enthält ein erfindungsgemäß eingesetzter Klebstoff einen Photoinitiator, der im Klebstoff eine chemisch reaktive Starterverbindung erzeugt, die die weitere thermische Härtung unterstützt. Mit einem solchen Photoinitiator gelingt es, einen erfindungsgemäßen Klebstoff durch Licht- oder UV-Bestrahlung zu aktivieren und dadurch leichter anzuhärten. Eine solche Photoinitiierung ist üblicherweise nicht zum Durchhärten geeignet, da die Durchhärtung üblicherweise rein thermisch erfolgt. Unter Lichtausschluss ist der Klebstoff dagegen gut lagerfähig, ohne dass unzulässige Viskositätserhöhungen auftreten. Trotz des hohen Füllstoffanteils, den erfindungsgemäß eingesetzte Klebstoffe aufweisen, ist eine Aus- oder Anhärtung mittels Licht oder UV bei dünn aufgebrachten Klebstoffschichten gut möglich.
Das erfindungsgemäße SAW Bauelement weist Klebestellen auf, an denen der Bauelementkörper mit einem Formkörper verklebt ist. Der erfindungsgemäß eingesetzte Klebstoff ist immer dann von Vorteil, wenn eine hohe Dichte und die damit verbundenen chemisch/physikalischen Eigenschaften erwünscht sind, beispielsweise eine hohe Wärmeleitfähigkeit oder die bereits genannte an piezoelektrisches Material angepaßte akustische Impedanz, die gegenüber einem ungefüllten oder mit herkömmlichen Füllmaterialien gefüllten Klebstoff erhöht und damit die akustische Anpassung verbessert ist.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird der Klebstoff mit einer geringen elektrischen Leitfähigkeit ausgestattet, die durch Auswahl eines entsprechend schwach elektrisch leitenden Füllstoffs erreicht wird. Ein solcher Klebstoff hat den Vorteil, daß er in Verbindung mit piezoelektrischen bzw. pyroelektrischen Bauelementkörpern unerwünschte Ladungen statischer Elektrizität ableiten kann, die infolge des pyroelektrischen Effekts im Bauelementkörper auftreten können.
Vorteilhaft ist ein erfindungsgemäßes SAW Bauelement, dessen Bauelementkörper mit akustischen Wellen arbeitet, wobei der Bauelementkörper mit einer seiner Hauptoberflächen, die frei von aktiven Bauelementstrukturen ist, mit einer mechanisch stabilen Unterlage verklebt ist. Solch eine Unterlage ist beispielsweise ein Leadframe oder eine Leiterplatte aus einem keramischen Material oder aus Kunststoff. Eine solche Leiterplatte kann an die Größe des Bauelementkörpers angepaßt sein und beispielsweise Teil des Bauelementgehäuses bilden. Die Leiterplatte oder das Substrat kann aber auch großflächiger sein und beispielsweise ein Modulsubstrat darstellen, auf dem der Bauelementkörper aufgeklebt ist. Im Kontakt mit der Klebestelle können elektrische Leiterbahnen vorhanden sein, da die guten dielektrischen Eigenschaften des Klebstoffs einen Kurzschluss verhindern Der Bauelementkörper kann jedoch auch mit einem weiteren Bauelementkörper verklebt sein.
Vorzugsweise werden mit dem erfindungsgemäßen Klebstoff solche SAW-Bauelemente verklebt, die für Multimediaanwendungen eingesetzt werden. Multimediaanwendungen erfordern eine Signalübertragung mit einem besonders niedrigen Niveau an Störeinflüssen.
Möglich ist es jedoch auch, beim erfindungsgemäßen SAW Bauelement den Klebstoff nicht nur auf der Rückseite des mit akustischen Wellen arbeitenden Bauelementkörpers aufzutragen und dort in Form einer Klebestelle zur Verklebung mit einem Formkörper oder einer Unterlage oder einem Substrat zu verwenden. Möglich ist es beispielsweise auch, den Klebstoff auf der Seite des Bauelementkörpers aufzubringen, welcher die Bauelementstrukturen trägt. Geschieht dies in Regionen außerhalb der akustischen Spur, so gelingt die Dämpfung solcher Oberflächenwellen, die die akustische Spur beispielsweise infolge von Streuung und unerwünschten Schrägreflexionen verlassen haben. Eine Dämpfung solcher aus der akustischen Spur herausgelaufener Wellenanteile verhindert ebenfalls die Reflexion dieser Wellenanteile an benachbarten Strukturen oder an Kanten des Bauelementkörpers, in deren Folge sie in die akustische Spur zurückreflektiert werden könnten und dort ebenfalls für unerwünschte Signalanteile sorgen könnten. In einer solchen Anwendung wird der Klebstoff nicht unbedingt zum Verkleben eingesetzt, sondern kann hier auch als Beschichtung dienen. Geeignet ist der Klebstoff auch zum äußeren Abdichten der Fuge zwischen Chip und Substrat bei mittels Flip Chip Technik gebondeten SAW Bauelementen. Wird der erfindungsgemäße Klebstoff so als Underfiller eingesetzt kann er gleichzeitig als akustische Dämpfungsmasse für Oberflächenwellen dienen.
Vorzugsweise wird der Klebstoff mittels Siebdruck aufgebracht, da er trotz der hohen Dichte einen relativ geringen Füllstoffanteil aufweist, der durch die hohe spezifische Dichte des mineralischen Materials bedingt ist. Durch den niedrigen Füllstoffanteil kann er mit einer zur Verarbeitung in Siebdrucktechnik geeigneten Viskosität ausgestattet werden. Die Aufbringung von Klebstoff auf Klebestellen mittels Siebdruck hat den Vorteil, daß sie in besonders gleichmäßiger Schichtdicke durchgeführt werden kann. Möglich ist es jedoch auch, den Klebstoff mittels anderer Verfahren aufzubringen, beispielsweise aufzutropfen oder aufzustreichen. Auch Stempeldruck ist zum Klebstoffaufbringen geeignet.
Über die Chemie der Polymermatrix, insbesondere das Verhältnis an Harzkomponente zu Härtekomponente, über den Anteil an Photoinitiator und über die Reaktivität der zur Härtungsreaktion geeigneten Gruppen läßt sich die Härtungsgeschwindigkeit und die dazu erforderlichen Härtungsbedingungen bei einem erfindungsgemäß eingesetzten Klebstoff einstellen. Vorzugsweise wird der Klebstoff so eingestellt, daß herkömmliche Härtungsverfahren bei moderater Temperatur eingesetzt werden können, die keine für SAW Bauelemente schädlichen thermischen Einfluß auf das SAW Bauelement ausüben können.
Im Rahmen der Erfindung liegt es, Chemie und Füllstoffe weiter zu variieren und in erfindungsgemäßen Klebstoffen einzusetzen. Bevorzugte Partikelgrößen für den mineralischen Füllstoff sind abhängig von der Art der Anwendung, werden vorzugsweise aber möglichst gering gewählt. Von Vorteil ist es auch, eine Korngrößenverteilung des mineralischen Füllstoffes einzuhalten, die eine möglichst dichte Packung des Füllstoffs in der Polymermatrix ermöglicht. Solche Füllstoffverteilungen für optimale Packungsdichten sind an sich bekannt.

Claims

SAW Bauelement mit einer Schicht eines Klebstoffs, der eine Polymermatrix und einen Füllstoff umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass als Füllstoff nicht- oder halbleitende mineralische Partikel in einem so hohen Anteil enthalten sind, dass die Gesamtdichte des Klebstoffs im gehärteten Zustand mehr als 2500 kg/m³ beträgt.
SAW Bauelement nach Anspruch 1, bei dem die mineralischen Partikel ausgewählt sind aus Siliziumcarbid, Titanoxid, Aluminiumoxid, Zinksulfid, ZrO₂, BaSO₄ und WO₃
SAW Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Polymermatrix ausgewählt ist aus Epoxidharz, Siloxan-Kautschuk, Acrylat, Polyurethan oder Polyimid.
SAW Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Klebstoff ausgebildet ist als zweikomponentiges Reaktionsharzsystem mit einer Harzkomponente und einer Härterkomponente, wobei der Füllstoff in einer oder beiden Komponenten enthalten ist.
SAW Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Klebstoff einen Photoinitiator enthält.
SAW Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem Bauelementkörper, der an einer Klebestelle mit Hilfe eines Klebstoffs mit einem Formkörper verklebt ist.
SAW Bauelement nach Anspruch 6, bei dem der Bauelementkörper auf einer mechanisch stabilen Unterlage aufgeklebt ist.
SAW Bauelement nach Anspruch 6 oder 7, bei dem der Bauelementkörper ein aus einem piezoelektrischen Material bestehender Chip ist, der mit einer Hauptoberfläche verklebt ist, die frei von aktiven Bauelementstrukturen ist.
SAW Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Schicht des Klebstoffs zur Dämpfung von akustischen Oberflächenwellen ausgebildet und eingesetzt ist.
Verwendung eines SAW Bauelements nach einem der Ansprüche 1 bis 9 für Multimediaanwendungen.