DE112020001765T5

DE112020001765T5 - Packung eines transversal angeregten akustischen Filmvolumenresonators und Verfahren

Info

Publication number: DE112020001765T5
Application number: DE112020001765.6T
Authority: DE
Inventors: Patrick Turner; Mike Eddy; Andrew Kay; Ventsislav Yantchev; Charles Chung
Original assignee: Resonant Inc
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2019-04-05
Filing date: 2020-04-06
Publication date: 2021-12-23
Also published as: US10819309B1; US20200382101A1; US20220029607A1; JP2022525465A; WO2020206433A1; CN113557663B; CN113557663A; US20210044274A1; US20220029606A1; US20200321939A1

Abstract

Akustische Resonatorvorrichtungen und Filter werden offenbart. Eine piezoelektrische Platte ist an einem Substrat angebracht, wobei ein Teil der piezoelektrischen Platte eine Membran bildet, die einen Hohlraum in dem Substrat überspannt. An einer Oberfläche der piezoelektrischen Platte ist eine erste Leiterstruktur ausgebildet. Die erste Leiterstruktur umfasst ineinander verschachtelte Finger eines auf der Membran angeordneten Interdigitalwandlers und eine erste Vielzahl von Kontaktflächen. Eine zweite Leiterstruktur ist auf einer Oberfläche einer Basis gebildet, wobei die zweite Leiterstruktur eine zweite Vielzahl von Kontaktflächen enthält. Jede Kontaktfläche der ersten Vielzahl von Kontaktflächen ist direkt an eine entsprechende Fläche der zweiten Vielzahl von Kontaktflächen gebondet. Zwischen einem Umfang der piezoelektrischen Platte und einem Umfang der Basis ist eine ringförmige Dichtung gebildet.

Description

HINTERGRUND
Gebiet
Diese Offenbarung bezieht sich auf Hochfrequenzfilter, die akustische Wellenresonatoren verwenden, und insbesondere auf Filter zur Verwendung in Kommunikationsgeräten.
Beschreibung des verwandten Standes der Technik
Ein Hochfrequenzfilter (HF-Filter) ist ein Zwei-Port-Gerät, das so eingerichtet ist, dass es einige Frequenzen durchlässt und andere Frequenzen sperrt, wobei „Durchlassen“ Übertragen mit relativ geringem Signalverlust bedeutet und „Sperren“ Blockieren oder wesentliches Dämpfen bedeutet. Der Bereich der von einem Filter durchgelassenen Frequenzen wird als „Durchlassband“ des Filters bezeichnet. Der Bereich der von einem solchen Filter gesperrten Frequenzen wird als „Sperrband“ des Filters bezeichnet. Ein typisches HF-Filter hat mindestens ein Durchlassband und mindestens ein Sperrband. Spezifische Anforderungen an ein Durchlass- oder Sperrband hängen von der spezifischen Anwendung ab. Zum Beispiel kann ein „Durchlassband“ als ein Frequenzbereich definiert werden, in dem die Einfügungsdämpfung eines Filters besser als ein definierter Wert wie 1 dB, 2 dB oder 3 dB ist. Ein „Sperrband“ kann als ein Frequenzbereich definiert werden, in dem die Unterdrückung eines Filters je nach Anwendung größer als ein definierter Wert wie 20 dB, 30 dB, 40 dB oder mehr ist.
HF-Filter werden in Kommunikationssystemen verwendet, in denen Informationen über drahtlose Verbindungen übertragen werden. HF-Filter finden sich beispielsweise in den HF-Frontends von Mobilfunk-Basisstationen, Mobiltelefonen und Computergeräten, Satellitentransceivern und Bodenstationen, IoT-Geräten (Internet der Dinge), Laptops und Tablets, Festpunktfunkverbindungen und anderen Kommunikationssystemen. HF-Filter werden auch in Radar- und elektronischen und informationstechnischen Kriegsführungssystemen eingesetzt.
HF-Filter erfordern in der Regel viele Design-Kompromisse, um für jede spezifische Anwendung den besten Kompromiss zwischen Leistungsparametern wie Einfügungsdämpfung, Unterdrückung, Isolierung, Belastbarkeit, Linearität, Größe und Kosten zu erzielen. Spezifische Design- und Fertigungsmethoden und -verbesserungen können gleichzeitig einer oder mehreren dieser Anforderungen zugutekommen.
Leistungsverbesserungen an den HF-Filtern in einem Drahtlossystem können sich auf die Systemleistung auf breiter Front auswirken. Verbesserungen bei HF-Filtern können genutzt werden, um die Systemleistungsverbesserungen vorzusehen, wie z. B. größere Zellen, längere Batterielebensdauer, höhere Datenraten, größere Netzwerkkapazität, niedrigere Kosten, verbesserte Sicherheit, höhere Zuverlässigkeit usw. Diese Verbesserungen können auf vielen Ebenen des Drahtlossystems sowohl einzeln als auch in Kombination realisiert werden, wie zum Beispiel auf der Ebene des HF-Moduls, des HF-Transceivers, des mobilen oder festen Subsystems oder des Netzwerks.
Der Wunsch nach größeren Bandbreiten für die Kommunikationskanäle wird zwangsläufig zur Nutzung höherer Frequenzbänder führen. Die derzeitige LTE™-Spezifikation (Long Term Evolution) legt Frequenzbänder von 3,3 GHz bis 5,9 GHz fest. Diese Bänder werden gegenwärtig nicht genutzt. Künftige Vorschläge für drahtlose Kommunikationen umfassen Millimeterwellen-Kommunikationsbänder mit Frequenzen bis zu 28 GHz.
Hochleistungs-HF-Filter für aktuelle Kommunikationssysteme enthalten üblicherweise akustische Wellenresonatoren, einschließlich akustische Oberflächenwellenresonatoren (Surface Acoustic Wave Resonator, SAW-Resonator), akustische Volumenwellenresonatoren (Bulk Acoustic Wave Resonator, BAW-Resonator), akustische Filmvolumenwellenresonatoren (Film Bulk Acoustic Wave Resonator, FBAR-Resonator) und andere Arten von akustischen Resonatoren. Diese bestehenden Technologien sind jedoch nicht gut für den Einsatz bei den höheren Frequenzen geeignet, die für zukünftige Kommunikationsnetze vorgeschlagen werden.
Figurenliste

1 enthält eine schematische Draufsicht und zwei schematische Querschnittsansichten eines transversal angeregten akustischen Filmvolumenresonators (XBAR).
2 ist eine erweiterte schematische Querschnittsansicht eines Teils des XBAR von 1.
3 ist eine alternative schematische Querschnittsansicht des XBAR von 1.
4A ist eine schematische Querschnittsansicht eines gepackten XBAR.
4B ist eine schematische Querschnittsansicht eines anderen gepackten XBAR.
5 ist ein Diagramm der Übertragung S21 durch ein Bandpassfilter unter Verwendung von XBAR mit einem Abstand zwischen den XBAR und einer Siliziumabdeckung als einen Parameter.
6A ist eine schematische Querschnittsansicht eines XBAR-Filterchips und eines Interposers vor dem Bonden.
6B ist eine schematische Querschnittsansicht eines gepackten XBAR-Filters.
7A ist eine schematische Querschnittsansicht eines anderen gepackten XBAR-Filters.
7B ist eine schematische Querschnittsansicht eines anderen gepackten XBAR-Filters.
8 ist eine schematische Querschnittsansicht eines anderen gepackten XBAR-Filters.
9 ist eine schematische Querschnittsansicht eines anderen gepackten XBAR-Filters.
10 ist eine schematische Querschnittsansicht eines anderen gepackten XBAR-Filters.
11 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses zur Herstellung eines XBAR-Chips.
12A, 12B und 12C sind in Kombination ein Flussdiagramm vom Prozess zur Packung eines XBAR-Filters.
13 ist ein Flussdiagramm eines anderen Prozesses zur Packung eines XBAR-Filters.
14 ist ein Flussdiagramm eines anderen Prozesses zur Packung eines XBAR-Filters.

In dieser Beschreibung werden Elementen, die in Zeichnungen erscheinen, drei- oder vierstellige Bezugsbezeichner zugewiesen, wobei die beiden niedrigstwertigen Ziffern für das Element spezifisch sind und die ein oder zwei höchstwertigen Ziffern die Zeichnungsnummer sind, bei der das Element zuerst eingeführt wird. Bei einem Element, das nicht in Verbindung mit einer Zeichnung beschrieben wird, kann davon ausgegangen werden, dass es dieselben Merkmale und dieselbe Funktion wie ein zuvor beschriebenes Element mit demselben Bezugsbezeichner hat.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Vorrichtungsbeschreibung
1 zeigt eine vereinfachte schematische Draufsicht und orthogonale Querschnittsansichten eines transversal angeregten akustischen Filmvolumenresonators (XBAR) 100. XBAR-Resonatoren wie der Resonator 100 können in einer Vielfalt von HF-Filtern verwendet werden, darunter Bandsperrfilter, Bandpassfilter, Duplexer und Multiplexer. XBAR eignen sich besonders für den Einsatz in Filtern für Kommunikationsbänder mit Frequenzen über 3 GHz.
Der XBAR 100 besteht aus einer Dünnfilm-Leiterstruktur, die auf einer Oberfläche einer piezoelektrischen Platte 110 mit parallelen Vorder- und Rückflächen 112 bzw. 114 ausgebildet ist. Die piezoelektrische Platte ist eine dünne einkristalline Schicht aus einem piezoelektrischen Material wie Lithiumniobat, Lithiumtantalat, Lanthangalliumsilikat, Galliumnitrid oder Aluminiumnitrid. Die piezoelektrische Platte wird so geschnitten, dass die Orientierung der X-, Y- und Z-Kristallachsen in Bezug auf die Vorder- und Rückfläche bekannt und konsistent ist. In den in diesem Patent vorgestellten Beispielen sind die piezoelektrischen Platten Z-geschnitten, d. h. die Z-Achse verläuft normal zu den Oberflächen. XBAR können jedoch auch auf piezoelektrischen Platten mit anderen kristallographischen Orientierungen hergestellt werden.
Die Rückfläche 114 der piezoelektrischen Platte 110 ist an einem Substrat 120 angebracht, das die piezoelektrische Platte 110 mechanisch unterstützt. Das Substrat 120 kann z. B. aus Silizium, Saphir, Quarz oder einem anderen Material bestehen. Die piezoelektrische Platte 110 kann mit Hilfe eines Wafer-Bonding-Verfahrens an das Substrat 120 gebondet, auf dem Substrat 120 aufgewachsen oder auf andere Weise an dem Substrat angebracht werden. Die piezoelektrische Platte kann direkt oder über eine oder mehrere Materialzwischenschichten an dem Substrat angebracht sein.
Die Leiterstruktur des XBAR 100 enthält einen Interdigitalwandler (IDT) 130. Der IDT 130 umfasst eine erste Vielzahl von parallelen Fingern, wie z. B. Finger 136, die sich von einer ersten Sammelschiene 132 erstrecken, und eine zweite Vielzahl von Fingern, die sich von einer zweiten Sammelschiene 134 erstrecken. Die erste und zweite Vielzahl von parallelen Fingern sind ineinander verschachtelt. Die ineinander verschachtelten Finger überlappen über eine Distanz AP, die allgemein als „Apertur“ des IDT bezeichnet wird. Der Mitte-zu-Mitte-Abstand L zwischen den äußersten Fingern des IDT 130 ist die „Länge“ des IDT.
Die erste und zweite Sammelschiene 132, 134 dienen als Anschlüsse des XBAR 100. Ein Hochfrequenz- oder Mikrowellensignal, das zwischen den beiden Sammelschienen 132, 134 des IDT 130 angelegt wird, regt eine akustische Welle innerhalb der piezoelektrischen Platte 110 an. Wie noch näher erläutert wird, handelt es sich bei der angeregten akustischen Welle um eine Volumen-Scherwelle, die sich in der Richtung senkrecht zur Oberfläche der piezoelektrischen Platte 110 ausbreitet, die auch senkrecht oder quer zur Richtung des von den IDT-Fingern erzeugten elektrischen Feldes verläuft. Daher wird der XBAR als ein transversal angeregter Filmvolumenwellenresonator betrachtet.
Im Substrat 120 ist ein Hohlraum 140 ausgebildet, so dass ein Teil 115 der piezoelektrischen Platte 110, die den IDT 130 enthält, über dem Hohlraum 140 aufgehängt ist, ohne das Substrat 120 zu berühren. Der Begriff „Hohlraum“ hat die übliche Bedeutung von „ein leerer Raum innerhalb eines festen Körpers“. Bei dem Hohlraum 140 kann es sich um ein Loch handeln, das das Substrat 120 vollständig durchdringt (wie in den Abschnitten A-A und B-B gezeigt), oder um eine Aussparung im Substrat 120 (wie nachfolgend in 3 gezeigt). Der Hohlraum 140 kann z. B. durch selektives Ätzen des Substrats 120 vor oder nach dem Anbringen der piezoelektrischen Platte 110 und des Substrats 120 gebildet werden. Wie in 1 gezeigt, hat der Hohlraum 140 eine rechteckige Form mit einer Ausdehnung, die größer ist als die Apertur AP und die Länge L des IDT 130. Ein Hohlraum eines XBAR kann eine andere Form haben, z. B. ein regelmäßiges oder unregelmäßiges Vieleck. Der Hohlraum eines XBAR kann mehr oder weniger als vier Seiten haben, die gerade oder gekrümmt sein können.
Der Teil 115 der piezoelektrischen Platte, der über dem Hohlraum 140 aufgehängt ist, wird hier als „Membran“ bezeichnet (in Ermangelung eines besseren Begriffs), da er physisch der Membran eines Mikrofons ähnelt. Die Membran kann kontinuierlich und nahtlos mit dem Rest der piezoelektrischen Platte 110 um den gesamten oder fast den gesamten Umfang des Hohlraums 140 verbunden sein.
Zur Vereinfachung der Darstellung in 1 ist der geometrische Abstand (Pitch) und die Breite der IDT-Finger im Verhältnis zur Länge (Dimension L) und Apertur (Dimension AP) des XBAR stark übertrieben. Ein typischer XBAR hat mehr als zehn parallele Finger in dem IDT 110. Ein XBAR kann Hunderte, möglicherweise Tausende von parallelen Fingern in dem IDT 110 haben. Ebenso ist die Dicke der Finger in den Querschnittsansichten stark übertrieben.
2 zeigt eine detaillierte schematische Querschnittsansicht des XBAR 100 von 1. Die piezoelektrische Platte 110 ist eine einkristalline Schicht aus piezoelektrischem Material mit einer Dicke ts. ts kann z. B. 100 nm bis 1500 nm betragen. Bei Verwendung in Filtern für LTE™-Bänder von 3,4 GHZ bis 6 GHz (z. B. Bänder 42, 43, 46) kann die Dicke ts z. B. 200 nm bis 1000 nm betragen.
Auf der Vorderseite der piezoelektrischen Platte 110 kann optional eine vorderseitige dielektrische Schicht 214 gebildet werden. Die „Vorderseite“ des XBAR ist per Definition die vom Substrat abgewandte Oberfläche. Die vorderseitige dielektrische Schicht 214 hat eine Dicke tfd. Die vorderseitige dielektrische Schicht 214 wird zwischen den IDT-Fingern 238 gebildet. Obwohl in 2 nicht gezeigt, kann die dielektrische Schicht 214 auf der Vorderseite auch über den IDT-Fingern 238 abgeschieden werden. Eine rückseitige dielektrische Schicht 216 kann optional auf der Rückseite der piezoelektrischen Platte 110 gebildet werden. Die rückseitige dielektrische Schicht 216 hat eine Dicke tbd. Die vorderseitige dielektrische Schicht 214 und die rückseitige dielektrische Schicht 216 können aus einem nicht-piezoelektrischen dielektrischen Material bestehen, wie z. B. Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid, tfd und tbd können z. B. 0 bis 500 nm betragen. tfd und tbd sind typischerweise geringer als die Dicke ts der piezoelektrischen Platte, tfd und tbd sind nicht notwendigerweise gleich, und die vorderseitige dielektrische Schicht 214 und die rückseitige dielektrische Schicht 216 bestehen nicht notwendigerweise aus dem gleichen Material. Die vorderseitige dielektrische Schicht 214 und/oder die rückseitige dielektrische Schicht 216 können aus mehreren Schichten aus zwei oder mehr Materialien bestehen.
Die IDT-Finger 238 können aus Aluminium oder einer Legierung im Wesentlichen aus Aluminium, Kupfer oder einer Legierung im Wesentlichen aus Kupfer, Beryllium, Gold oder einem anderen leitfähigen Material bestehen. Unter und/oder über den Fingern können dünne (im Verhältnis zur Gesamtdicke der Leiter) Schichten aus anderen Metallen, wie Chrom oder Titan, gebildet werden, um die Haftung zwischen den Fingern und der piezoelektrischen Platte 110 zu verbessern und/oder die Finger zu passivieren oder zu verkapseln. Die Sammelschienen (132, 134 in 1) des IDT können aus denselben oder anderen Materialien wie die Finger bestehen.
Dimension p ist der Mitte-zu-Mitte-Abstand oder „Abstand“ („Pitch“) der IDT-Finger, die als der Abstand des IDT und/oder als der Abstand des XBAR bezeichnet werden kann. Dimension w ist die Breite oder „Marke“ („Mark“) der IDT-Finger. Der IDT eines XBAR unterscheidet sich wesentlich von den in Oberflächenwellenresonatoren (Surface Acoustic Wave Resonatoren, SAW-Resonatoren) verwendeten IDT. In einem SAW-Resonator beträgt der Abstand des IDT die Hälfte der akustischen Wellenlänge bei der Resonanzfrequenz. Darüber hinaus liegt das Marke-zu-Abstand-Verhältnis eines SAW-Resonator-IDT typischerweise nahe 0,5 (d. h. die Marke oder Fingerbreite beträgt etwa ein Viertel der akustischen Wellenlänge bei Resonanzfrequenz). Bei einem XBAR ist der Abstand p des IDT typischerweise das 2- bis 20-Fache der Breite w der Finger. Darüber hinaus ist der Abstand p des IDT typischerweise das 2- bis 20-Fache der Dicke ts der piezoelektrischen Platte (Slab) 212. Die Breite der IDT-Finger in einem XBAR ist nicht auf ein Viertel der akustischen Wellenlänge bei Resonanz beschränkt. Beispielsweise kann die Breite der XBAR-IDT-Finger 500 nm oder mehr betragen, so dass der IDT mittels optischer Lithographie hergestellt werden kann. Die Dicke tm der IDT-Finger kann von 100 nm bis etwa gleich der Breite w betragen. Die Dicke der Sammelschienen (132, 134 von 1) des IDT kann gleich oder größer als die Dicke tm der IDT-Finger sein.
3 ist eine alternative Querschnittsansicht entlang der in 1 definierten Schnittebene A-A. In 3 ist eine piezoelektrische Platte 310 an einem Substrat 320 angebracht. Unter dem Teil der piezoelektrischen Platte 310, der den IDT einer XBAR enthält, ist im Substrat ein Hohlraum 340 ausgebildet, der das Substrat 320 nicht vollständig durchdringt. Der Hohlraum 340 kann z. B. durch Ätzen des Substrats 320 vor dem Anbringen der piezoelektrischen Platte 310 gebildet werden. Alternativ kann der Hohlraum 340 durch Ätzen des Substrats 320 mit einem selektiven Ätzmittel gebildet werden, das das Substrat durch eine oder mehrere Öffnungen 342 in der piezoelektrischen Platte 310 erreicht.
Der in 3 gezeigte XBAR 300 wird im Folgenden als „vorderseitig geätzte“ Konfiguration bezeichnet, da der Hohlraum 340 von der Vorderseite des Substrats 320 geätzt wird (vor oder nach Anbringen der piezoelektrischen Platte 310). Der XBAR 100 von 1 wird hier als „rückseitig geätzte“ Konfiguration bezeichnet, da der Hohlraum 140 von der Rückseite des Substrats 120 nach dem Anbringen der piezoelektrischen Platte 110 geätzt wird.
Der XBAR von 1 und 3 und Filtervorrichtungen, die XBAR verwenden, müssen in einer Packung untergebracht werden. Die Packung für einen XBAR muss die folgenden Funktionen erfüllen:

• mechanischen Schutz für die Membranen und Leiterstrukturen bereitstellen; • Membranen zugewandte Hohlräume vergleichbar dem Hohlraum 340 im Substrat 320 bereitstellen;
• eine Dichtung bereitstellen, um Eindringen von Feuchtigkeit und/oder Fluiden zu verhindern, die beim späteren Einbau des verpackten Filters in einer elektronischen Vorrichtung auftreten können; und
• Mittel zur Verbindung der Leiterstrukturen der XBAR mit Schaltkreisen außerhalb der gepackten Filtervorrichtung bereitstellen.

4A und 4B sind schematische Querschnittsansichten von gepackten XBAR-Filtern, von denen jeder einen XBAR-Filterchip 405 und einen Interposer 450 umfasst. Während die Querschnittsansichten von 4A und 4B die XBAR-Filterchips 405 mit zwei XBAR zeigen, können die Filter üblicherweise fünf bis neun XBAR enthalten. Insbesondere ist 4A eine schematische Querschnittsansicht eines gepackten Filters 400A mit auf der Vorderseite geätzten XBAR, und 4B ist eine schematische Querschnittsansicht eines gepackten XBAR-Filters 400B mit auf der Rückseite geätzten XBAR. 4A und 4B sollen die Anforderungen an die Packung eines XBAR-Filters veranschaulichen, stellen aber nicht unbedingt praktische Packungsstrukturen dar.
Bezugnehmend auf 4A enthält der XBAR-Filterchip 405 eine piezoelektrische Platte 410, die an einem Substrat 420 angebracht ist. Teile der piezoelektrischen Platte bilden Membranen, die entsprechende Hohlräume 440 in dem Substrat 420 überspannen. Zwischen der piezoelektrischen Platte 410 und dem Substrat 420 können üblicherweise eine oder mehrere Zwischenschichten angeordnet sein, die in 4A dargestellt, aber nicht gekennzeichnet sind. Auf der Oberfläche der piezoelektrischen Platte 410 sind Leiterstrukturen mit IDT ausgebildet, so dass ineinander verschachtelte IDT-Finger, wie z. B. Finger 430, auf den Membranen angeordnet sind.
Der Interposer 450 umfasst auch eine Basis 452 und leitende Durchkontaktierungen 454, um elektrische Verbindungen zwischen den Leiterstrukturen auf der piezoelektrischen Platte 410 und Schaltkreisen außerhalb des Filters (nicht gezeigt) herzustellen. Der Begriff „Interposer“ wird im Allgemeinen verwendet, um eine passive Schaltungsvorrichtung zu beschreiben, die elektrische Verbindungen zwischen zwei verschiedenen Schnittstellen herstellt. Der Interposer 450 erfüllt diese Funktion, bildet aber auch einen strukturellen Teil der Packung des gepackten XBAR-Filters 400A. Bei dem Interposer kann es sich beispielsweise um eine Leiterplatte (PCB), eine LTCC-Schaltungskarte (Low Temperature Cofired Ceramic), einen Siliziumwafer oder eine andere Struktur handeln, die die Membranen der XBAR mechanisch schützt.
In 4A sind die leitenden Durchkontaktierungen 454 schematisch als einfache Stifte dargestellt, die sich durch die Basis zur piezoelektrischen Platte erstrecken. Wie nachfolgend erörtert wird, haben physikalisch realisierbare Durchkontaktierungen komplexere Strukturen.
Wie in 4A gezeigt, enthält der Interposer 450 Aussparungen 455, die den Membranen der XBAR zugewandt sind. Solche Aussparungen können erforderlich sein, um einen ausreichenden Abstand zwischen den Membranen und den den Membranen zugewandten Oberflächen des Interposers (d. h. den Bodenflächen der Hohlräume 440) zu gewährleisten. Der erforderliche Abstand (Dimension cd in 4A) hängt vom Material des Interposers ab.
5 ist ein Diagramm der Übertragung (S21) durch ein Bandpassfilter mit fünf XBAR in einer Packung mit einer Basis aus einem Siliziumwafer mit hohem Widerstand. Der Siliziumwafer hat eine hohe Dielektrizitätskonstante und eine begrenzte Leitfähigkeit, die die von den IDT in den XBAR erzeugten elektrischen Felder verzerren und zu elektrischen Verlusten führen können, wodurch die Filterleistung beeinträchtigt wird. Die durchgezogene Linie 510 ist eine Kurve von S12 für ein Filter mit einer Dimension cd von 50 Mikrometern. Die gestrichelte Linie 520 ist eine Kurve von S12 für denselben Filter, bei dem die Dimension cd 15 Mikrometer beträgt. Die gepunktete Linie 530 ist eine Kurve von S12 für denselben Filter, bei dem die Dimension cd 5 Mikrometer beträgt. Eine Verringerung des Abstands zwischen der Oberfläche des Interposers und den Membranen von 50 Mikrometer auf 15 Mikrometer verringert die Übertragung des Filters im Durchlassbereich um etwa 0,5 dB. Eine weitere Verringerung des Abstands zwischen der Oberfläche des Interposers und den Membranen auf 5 Mikrometer führt zu einer zusätzlichen Verringerung der Übertragung um etwa 1,0 dB. 15 Mikrometer können ein praktisches Minimum für die Dimension cd sein. Eine Vergrößerung des Abstands zwischen der Oberfläche des Interposers über 50 Mikrometer hinaus, z. B. auf 100 Mikrometer, kann eine geringe zusätzliche Verbesserung der Übertragung bewirken. Alle Übertragungskurven beruhen auf Simulationen von gepackten Filtern mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode.
Zurück zu 4A: Der Interposer 450 ist durch eine Dichtung 460 an der piezoelektrischen Platte 410 angebracht. Die Dichtung 460 sorgt für die mechanische Anbringung und verhindert das Eindringen von Feuchtigkeit und anderen Fluiden in das Innere des gepackten XBAR-Filter 400A. Wie in 4A gezeigt, ist die Dichtung 460 eine eigenständige Struktur mit einer begrenzten Dicke, die zum Gesamtabstand cd zwischen den Membranen und den zugewandten Oberflächen des Interposers 450 beiträgt. Bei der Dichtung 460 kann es sich beispielsweise um einen Thermokompressions- oder Ultraschallbond zwischen den auf der piezoelektrischen Platte und dem Interposer abgeschiedenen Metallschichten, ein Polymer- oder Haftbond, ein eutektischer oder Lötbond, ein Glasfrittenbond oder eine andere Bonding-Methode und -struktur handeln. Alternativ kann die Dichtung ein Bond sein, wie z. B. ein plasmaaktivierter oder oberflächenaktivierter Waferbond, direkt zwischen dem Interposer 450 und der piezoelektrischen Platte 410. In diesem Fall (in 4A nicht gezeigt) kann die Dicke der Dichtung 460 vernachlässigbar sein. In allen Fällen ist die Dichtung 460 um den gesamten Umfang des gepackten XBAR-Filters 400A vorhanden. Darüber hinaus kann derselbe Dichtungsmechanismus die piezoelektrische Platte 410 an dem Interposer 450 an Stellen, wie z. B. Stelle 465, im Inneren des gepackten XBAR-Filters 400A anbringen.
4B ist eine schematische Querschnittsansicht eines gepackten XBAR-Filters 400B mit rückseitig geätzten XBAR. Mit Ausnahme der Tiefe der Hohlräume 440 ist die Struktur des XBAR-Filterchips 405, des Interposers 450 und der Dichtung 460 zwischen dem Interposer und der piezoelektrischen Platte identisch mit den vergleichbaren Elementen in 4A. Die Beschreibungen dieser Elemente werden nicht wiederholt.
Außerdem enthält die Packung des XBAR-Filters 400B eine Kappe 480, die durch eine Kappendichtung 485 am Substrat 420 angebracht ist. Die Kappe 480 kann aus jedem Material bestehen, das geeignet ist, die Öffnungen zu bedecken, an denen die Hohlräume 440 die Oberfläche des Substrats 420 schneiden. Die Kappe 480 kann zum Beispiel aus Silizium, Glas, Quarz oder einer Polymerplatte oder einem Polymerfilm bestehen. Die Kappendichtung 485 kann aus einem der Materialien und Dichtungsverfahren bestehen, die zuvor in Bezug auf die Dichtung 460 beschrieben wurden.
4B zeigt auch den gepackten XBAR-Filter 400B, der mit Hilfe von Lötkugeln 495 an einer Funkmodul-Schaltungsplatine 490 angebracht und elektrisch verbunden ist. Dies ist ein Beispiel für die Verwendung der gepackten Filtervorrichtung. Die Funkmodul-Schaltungsplatine 490 und die Lötkugeln 495 sind nicht Teil der Filtervorrichtung 400B.
6A ist eine explodierte schematische Querschnittsansicht eines gepackten XBAR-Filters 600. Genauer gesagt zeigt 6A schematische Querschnittsansichten eines XBAR-Filterchips 605 mit vorderseitig geätzten XBAR und einem Interposer 650 vor dem Bonden.
Der XBAR-Filterchip 605 umfasst eine piezoelektrische Platte 610, die an einem Substrat 620 angebracht ist. Das Substrat 620 kann aus hochohmigem Silizium oder einem anderen Material bestehen. Teile der piezoelektrischen Platte 610 bilden Membranen, die entsprechende Hohlräume 640 in dem Substrat 620 überspannen. Üblicherweise können zwischen der piezoelektrischen Platte 610 und dem Substrat 620 eine oder mehrere Zwischenschichten angeordnet sein, die in 6A gezeigt, aber nicht gekennzeichnet sind. Auf der Oberfläche der piezoelektrischen Platte 610 ist eine erste Leiterstruktur ausgebildet. Die erste Leiterstruktur umfasst IDT mit ineinander verschachtelten IDT-Fingern, wie z. B. Finger 630, die auf den Membranen angeordnet sind. Die erste Leiterstruktur kann aus Aluminium, Kupfer, Molybdän oder einem anderen Metall mit einer Dicke von etwa 100 nm bis 1000 nm bestehen.
Auf der Oberfläche der piezoelektrischen Platte 610 ist eine zweite Leiterstruktur ausgebildet. Die zweite Leiterstruktur, die Teile der ersten Leiterstruktur überlagern kann, kann aus Gold, Aluminium, Kupfer oder einem anderen Metall bestehen. Die zweite Leiterstruktur umfasst einen durchgehenden Metallring 662 um den Umfang des XBAR-Filterchips 605. Die zweite Leiterstruktur umfasst auch Pads, wie z. B. Pad 672, an Stellen, an denen Teile der ersten Leiterstruktur mit Schaltkreisen außerhalb des gepackten XBAR-Filters verbunden werden müssen.
Der Interposer 650 umfasst eine Basis 652, die aus Silizium oder einem anderen Material mit hohem Widerstand bestehen kann. Die Basis 652 kann Aussparungen 655 aufweisen, so dass die den Membranen zugewandten Flächen der Basis 652 (d. h. die Böden der Aussparungen 655) ausreichend weit von den Membranen entfernt sind. Auf der dem XBAR-Filterchip 605 zugewandten Oberfläche der Basis 652 ist eine dritte Leiterstruktur ausgebildet. Die dritte Leiterstruktur kann aus demselben Material bestehen wie die zweite Leiterstruktur. Die dritte Leiterstruktur umfasst einen durchgehenden Metallring 664 um den Umfang der Basis 652. Die dritte Leiterstruktur umfasst auch Pads, wie z. B. Pad 674, an Stellen, an denen Teile der ersten Leiterstruktur mit Schaltkreisen außerhalb des gepackten XBAR-Filters verbunden werden müssen. Die Anordnung des Rings 664 und der Pads 674 der dritten Leiterstruktur ist typischerweise ein Spiegelbild der Anordnung des Rings 662 und der Pads 672 der zweiten Leiterstruktur.
Der Interposer 650 umfasst auch Durchkontaktierungen wie die Durchkontaktierung 676. Wenn die Basis aus Silizium besteht, werden solche Durchkontaktierungen üblicherweise als „Durchkontaktierungen durch Silizium“ (Through Silicon Vias, TSVs) bezeichnet. Die Durchkontaktierungen bestehen aus einem metallbeschichteten oder metallgefüllten Loch durch die Basis 652. Jede Durchkontaktierung stellt eine elektrische Verbindung zwischen einem der Pads, wie z. B. dem Pad 674, der dritten Leiterstruktur und einem entsprechenden Pad auf der äußeren Oberfläche (d. h. der unteren Oberfläche, wie in der Abbildung gezeigt) der Basis 652 her. Während 6A, die die Struktur des gepackten XBAR-Filters 600 veranschaulichen soll, die TSV zeigt, die vor dem Bonden des XBAR-Filterchips 605 und des Interposers 650 gebildet wurden, können die Durchkontaktierungen auch nach dem Bonden gebildet werden.
6B ist eine schematische Querschnittsansicht des gepackten XBAR-Filters 600, nachdem der XBAR-Filterchip 605 und der Interposer 650 von 6A miteinander gebondet wurden. Beschreibungen aller gekennzeichneten Elemente in 6B wurden bereits in der Diskussion von 6A gegeben und werden nicht wiederholt.
Wie in 6B gezeigt, wurde der Ring 662 um den Umfang des XBAR-Filterchips 605 direkt mit dem Ring 664 um den Umfang des Interposers 650 verbunden, um eine hermetische Dichtung um den Umfang des gepackten XBAR-Filters 600 zu schaffen. In diesem Zusammenhang bedeutet der Begriff „direkt gebondet“, dass das Bonden ohne zwischenliegendes Haftmittel erfolgt. Gleichzeitig wurden die Pads, wie z. B. das Pad 672, der zweiten Leiterstruktur direkt mit den Pads, wie z. B. dem Pad 674, der dritten Leiterstruktur gebondet, um elektrische Verbindungen zwischen dem XBAR-Filterchip 605 und dem Interposer 650 herzustellen. Die Bondierungen zwischen den Ringen und Pads der zweiten Leiterstruktur und der dritten Leiterstruktur können beispielsweise durch Thermokompressionsbonding oder Ultraschallbonding hergestellt werden.
7A ist eine schematische Querschnittsansicht eines gepackten XBAR-Filters 700A mit einem XBAR-Filterchip 705, der an einen Interposer 750 gebondet ist. Mit Ausnahme der Elemente 780 und 785 haben die in 7A gekennzeichneten Elemente die Struktur und Funktion wie die entsprechenden Elemente in 6A und 6B. Die Beschreibungen dieser Elemente werden nicht wiederholt.
Eine Kappe 780 ist durch eine Kappendichtung 785 mit dem Substrat 720 gedichtet. Wenn das Substrat 720 des XBAR-Filterchips 705 und die Basis 752 des Interposers 750 beide aus Silizium bestehen, kann auch die Kappe 780 aus Silizium bestehen, um die Konsistenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten zu wahren. In anderen Fällen kann die Kappe 780 aus Silizium, Borosilikat oder anderem Glas, Kunststoff oder einem anderen Material bestehen. Die Kappe 780 kann mit einer der zuvor beschriebenen Dichtungsmethoden und -materialien an dem Substrat 720 angebracht werden. In der Regel wird die Kappe 780 unmittelbar nach dem Ausbilden der Hohlräume 740 im Substrat auf dem Substrat 720 angebracht. Die Kappe 780 kann am Substrat 720 angebracht werden, bevor der XBAR-Filterchip 705 an den Interposer 750 gebondet wird.
7B ist eine schematische Querschnittsansicht eines gepackten XBAR-Filters 700B mit einem XBAR-Filterchip 705, der an einen Interposer 750 gebondet ist. Mit Ausnahme des Elements 768 haben die in 7B gekennzeichneten Elemente die Struktur und Funktion wie die entsprechenden Elemente in 6A und 6B. Die Beschreibungen dieser Elemente werden nicht wiederholt.
Beim gepackten XBAR-Filter 700B wird eine Umfangsdichtung zwischen der piezoelektrischen Platte 710 und der Basis 752 nicht durch Bonden von Leiterringen (d. h. Leiterringe 762, 772 in 7A) hergestellt. Stattdessen bildet ein Ring aus ausgehärtetem Haftmaterial 768 eine Umfangsdichtung zwischen der piezoelektrischen Platte 710 und der Basis 752. Das ausgehärtete Haftmaterial 768 kann beispielsweise ein Epoxidharz oder ein anderes wärmehärtendes Haftmittel sein. Das Haftmaterial (in ungehärtetem Zustand) kann auf die piezoelektrische Platte 710 oder die Basis 752 oder auf beide aufgetragen werden, bevor die piezoelektrische Platte 710 und die Basis 752 zusammengefügt werden. Das Haftmaterial kann nach oder gleichzeitig mit dem Bonden der Pads 772 an die Pads 774 ausgehärtet werden.
Die in 6B, 7A und 7B gezeigten XBAR-Filterchips 605 und 705 können Teile von großen Wafern sein, die viele Filterchips enthalten. In ähnlicher Weise können die Interposer 650 und 750 Teile von großen Wafern sein, die eine entsprechende Anzahl von Interposern enthalten. Ein XBAR-Wafer und ein Interposer-Wafer können gebondet werden, und einzelne gepackte XBAR-Filter können aus den gebondeten Wafern herausgeschnitten werden.
8 ist eine schematische Querschnittsansicht eines anderen gepackten XBAR-Filters 800 mit einem XBAR-Filterchip 805 mit vorderseitig geätzten Hohlräumen 840 und einem LTCC-Interposer 850 (Low Temperature Cofired Ceramic). Wie in den vorherigen Beispielen enthält der XBAR-Filterchip 805 eine piezoelektrische Platte 810, die an einem Substrat 820 angebracht ist. Das Substrat 820 kann aus hochohmigem Silizium oder einem anderen Material bestehen. Teile der piezoelektrischen Platte 810 bilden Membranen, die entsprechende Hohlräume 840 im Substrat 820 überspannen. Üblicherweise können zwischen der piezoelektrischen Platte 810 und dem Substrat 820 eine oder mehrere Zwischenschichten angeordnet sein, die in 8 gezeigt, aber nicht gekennzeichnet sind. Auf der Oberfläche der piezoelektrischen Platte 810 ist eine Leiterstruktur ausgebildet. Die Leiterstruktur umfasst IDT mit ineinander verschachtelten IDT-Fingern, wie z. B. Finger 830, die auf den Membranen angeordnet sind.
Der LTCC-Interposer 850 umfasst Schicht aus dünnen keramischen Bändern, die teilweise oder ganz mit gedruckten Leitern versehen sind, die zusammengefügt und dann gebrannt werden, um eine starre Mehrlagenleiterplatte zu bilden. Im Beispiel von 8 hat der Interposer drei Leiterschichten 874, 876, 878. Ein LTCC-Interposer für einen XBAR-Filter kann mehr als drei Lagen haben. Das Vorhandensein mehrerer Leiterschichten ermöglicht den Einbau passiver Komponenten, wie z. B. Induktivitäten, in den Interposer.
Der LTCC-Interposer 850 kann Aussparungen 855 aufweisen, um einen ausreichenden Abstand zwischen den Membranen und den den Membranen zugewandten Oberflächen des Interposers zu gewährleisten. Solche Aussparungen können z. B. durch Stanzen von Öffnungen in eine oder mehrere der Keramikschichten vor dem Brennen (Cofiren) der Schichten des Interposers gebildet werden.
Der XBAR-Filterchip 805 ist mit einem Flip-Chip auf dem Interposer 850 montiert. Durch die Flip-Chip-Montage werden physische und elektrische Verbindungen zwischen dem XBAR-Filterchip 805 und dem Interposer 850 hergestellt. Wie in 8 gezeigt, werden die Verbindungen mit Hilfe von Lötkugeln wie der Lötkugel 872 hergestellt. Alternativ können die Verbindungen auch durch Thermokompressions- oder Ultraschallbonding von Goldbumps auf dem XBAR-Filterchip 805 und dem Interposer 850 (nicht gezeigt) hergestellt werden.
Da die Flip-Chip-Montage keine Dichtung zwischen dem XBAR-Filterchip 805 und dem Interposer 850 herstellt, wird eine Polymerabdeckung 860 über die Baugruppe gegossen, um eine nahezu hermetische Dichtung zu gewährleisten.
9 ist eine schematische Querschnittsansicht eines anderen gepackten XBAR-Filters 900 mit einem XBAR-Filterchip 905 mit rückseitig geätzten Hohlräumen und einem LTCC-Interposer 950 (Low Temperature Cofired Ceramic). Mit Ausnahme des Elements 980 haben die in 9 gezeigten Elemente die Struktur und Funktion wie die entsprechenden Elemente in 8. Die Beschreibungen dieser Elemente werden nicht wiederholt.
Eine Kappe 980 ist an das Substrat 920 gedichtet. Da die Kappe 980 schließlich von der geformten Abdeckung 970 umschlossen wird, besteht die Hauptfunktion der Kappe darin, das Eindringen von Materialien, einschließlich der für die Abdeckung 970 verwendeten Formmasse, in die Hohlräume 940 zu verhindern. Diese Funktion kann durch eine sehr dünne Kappe, z. B. ein Kunststofffilm, erfüllt werden.
10 ist eine schematische Querschnittsansicht eines anderen gepackten XBAR-Filters 1000 mit einem XBAR-Filterchip 1005 mit rückseitig geätzten Hohlräumen und einem Interposer 1050, der aus Schichten gebildet wird, die auf der Oberfläche des XBAR-Filterchips aufgebaut sind. Der XBAR-Filterchip 1005 ist ein Teil eines Wafers (nicht gezeigt), der mehrere XBAR-Filterchips enthält. Der Aufbau der Interposer-Schichten erfolgt auf allen XBAR-Filterchips gleichzeitig. Die einzelnen gepackten XBAR-Filter werden dann aus dem Wafer herausgeschnitten.
Wie in früheren Beispielen enthält der XBAR-Filterchip 1005 eine piezoelektrische Platte 1010, die an einem Substrat 1020 angebracht ist. Das Substrat 1020 kann aus hochohmigem Silizium oder einem anderen Material bestehen. Teile der piezoelektrischen Platte 1010 bilden Membranen, die entsprechende Hohlräume 1040 im Substrat 1020 überspannen. Üblicherweise können zwischen der piezoelektrischen Platte 1010 und dem Substrat 1020 eine oder mehrere Zwischenschichten angeordnet sein, die in 10 gezeigt, aber nicht gekennzeichnet sind. Auf der Oberfläche der piezoelektrischen Platte 1010 ist eine Leiterstruktur ausgebildet. Die Leiterstruktur umfasst IDT mit ineinander verschachtelten IDT-Fingern, wie z. B. Finger 1030, die auf den Membranen angeordnet sind. Eine Kappe 1080 ist an das Substrat 1020 durch eine Kappendichtung 1085 gedichtet, wie zuvor beschrieben.
Der Interposer 1050 umfasst mindestens drei Schichten, die nacheinander auf der piezoelektrischen Platte 1010 gebildet werden. Die Wände 1052 umgeben die Membranen der XBAR-Vorrichtungen. Die Dicke der Wände 1052 definiert den Abstand zwischen den Membranen und einer Deckschicht 1054, die die Wände überspannt und einen geschlossenen Hohlraum 1055 über jeder Membran bildet. Sowohl die Wände 1052 als auch die Deckschicht 1054 können aus Polymermaterialien bestehen. Eine Interposer-Leiterstruktur 1070 enthält Pads 1072 auf der äußeren Oberfläche der Deckschicht 1054 zur Verbindung mit Schaltkreisen außerhalb des gepackten XBAR-Filters. Die Leiterstruktur 1070 verbindet die Pads 1072 mit Verbindungspunkten 1074 auf dem XBAR-Filterchip 1005. Die Leiterstruktur 1070 kann aus Aluminium, Kupfer, Gold oder einer Kombination von Materialien bestehen.
Verfahrensbeschreibung
11 ist ein vereinfachtes Flussdiagramm, das einen Prozess 1100 zur Herstellung eines XBAR-Filterchips zeigt. Der Prozess 1100 beginnt bei 1105 mit einem Substrat und einer Platte aus piezoelektrischem Material und endet bei 1195 mit einem fertigen XBAR-Filterchip. Das Flussdiagramm in 11 enthält nur die wichtigsten Prozessschritte. Verschiedene konventionelle Prozessschritte (z. B. Oberflächenvorbereitung, Reinigung, Inspektion, Einbrennen, Ausglühen, Überwachung, Prüfung usw.) können vor, zwischen, nach und während der in 11 dargestellten Schritte durchgeführt werden.
Das Flussdiagramm in 11 zeigt drei Varianten des Prozesses 1100 zur Herstellung eines XBAR-Filterchips, die sich darin unterscheiden, wann und wie die Hohlräume im Substrat gebildet werden. Die Hohlräume können in den Schritten 1110A, 1110B oder 1110C gebildet werden. In jeder der drei Varianten des Prozesses 1100 wird nur einer dieser Schritte durchgeführt.
Die piezoelektrische Platte kann z. B. aus Z-geschnittenem Lithiumniobat oder Lithiumtantalat bestehen, wie in den zuvor vorgestellten Beispielen verwendet. Die piezoelektrische Platte kann auch aus einem anderen Material bestehen und/oder einen anderen Schnitt haben. Das Substrat kann vorzugsweise aus Silizium bestehen. Das Substrat kann auch aus einem anderen Material bestehen, das die Bildung tiefer Hohlräume durch Ätzen oder andere Verfahren ermöglicht.
In einer Variante des Prozesses 1100 werden ein oder mehrere Hohlräume im Substrat bei 1110A gebildet, bevor die piezoelektrische Platte bei 1120 an das Substrat gebondet wird. Für jeden Resonator in einer Filtervorrichtung kann ein separater Hohlraum gebildet werden. Die ein oder mehreren Hohlräume können mit herkömmlichen photolithographischen Techniken und Ätztechniken hergestellt werden. Typischerweise durchdringen die bei 1110A gebildeten Hohlräume das Substrat nicht, und die resultierenden Resonatorvorrichtungen haben einen Querschnitt wie in 3A oder 3B gezeigt.
Bei 1120 wird die piezoelektrische Platte an das Substrat gebondet. Die piezoelektrische Platte und das Substrat können durch ein Wafer-Bonding-Verfahren gebondet werden. In der Regel sind die Kontaktflächen des Substrats und der piezoelektrischen Platte hochglanzpoliert. Eine oder mehrere Schichten aus Zwischenmaterialien, wie z. B. ein Oxid oder Metall, können auf der Kontaktfläche der piezoelektrischen Platte oder des Substrats gebildet oder abgeschieden werden. Eine oder beide Kontaktflächen können z. B. durch ein Plasmaverfahren aktiviert werden. Die Kontaktflächen können dann mit erheblicher Kraft zusammengepresst werden, um molekulare Bindungen zwischen der piezoelektrischen Platte und dem Substrat oder den Schichten aus Zwischenmaterial herzustellen.
Eine Leiterstruktur, einschließlich der IDT der einzelnen XBAR, wird bei 1130 durch Abscheiden und Strukturieren einer oder mehrerer Leiterschichten auf der Vorderseite der piezoelektrischen Platte gebildet. Die Leiterschicht kann z. B. aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Kupfer, einer Kupferlegierung oder einem anderen leitfähigen Metall bestehen. Optional können eine oder mehrere Schichten aus anderen Materialien unterhalb (d. h. zwischen der Leiterschicht und der piezoelektrischen Platte) und/oder oberhalb der Leiterschicht angeordnet sein. So kann beispielsweise ein dünner Film aus Titan, Chrom oder einem anderen Metall verwendet werden, um die Haftung zwischen der Leiterschicht und der piezoelektrischen Platte zu verbessern. Eine Schicht zur Verbesserung der Leitfähigkeit aus Gold, Aluminium, Kupfer oder einem anderen Metall mit höherer Leitfähigkeit kann über Teilen der Leiterstruktur (z. B. den IDT-Sammelschienen und den Verbindungen zwischen den IDT) gebildet werden.
Die Leiterstruktur kann bei 1130 gebildet werden, indem die Leiterschicht und optional eine oder mehrere andere Metallschichten nacheinander auf die Oberfläche der piezoelektrischen Platte abgeschieden werden. Das überschüssige Metall kann dann durch Ätzen durch den strukturierten Photoresist entfernt werden. Die Leiterschicht kann z. B. durch Plasmaätzen, reaktives Ionenätzen, nasschemisches Ätzen und andere Ätztechniken geätzt werden.
Alternativ kann die Leiterstruktur bei 1130 mit einem Lift-off-Verfahren gebildet werden. Photoresist kann auf die piezoelektrische Platte abgeschieden und mit einer Struktur versehen werden, um die Leiterstruktur zu definieren. Die Leiterschicht und gegebenenfalls eine oder mehrere andere Schichten können nacheinander auf die Oberfläche der piezoelektrischen Platte abgeschieden werden. Der Photoresist kann dann entfernt werden, wodurch das überschüssige Material entfernt wird und die Leiterstruktur übrig bleibt.
Bei 1140 kann eine vorderseitige dielektrische Schicht gebildet werden, indem eine oder mehrere Schichten aus dielektrischem Material auf der Vorderseite der piezoelektrischen Platte abgeschieden werden. Die eine oder mehreren dielektrischen Schichten können mit einer herkömmlichen Abscheidungstechnik wie Sputtern, Aufdampfen oder chemischer Gasphasenabscheidung abgeschieden werden. Die eine oder mehreren dielektrischen Schichten können auf der gesamten Oberfläche der piezoelektrischen Platte, einschließlich der Leiterstruktur, abgeschieden werden. Alternativ können ein oder mehrere lithografische Prozesse (unter Verwendung von Photomasken) eingesetzt werden, um die Abscheidung der dielektrischen Schichten auf ausgewählte Bereiche der piezoelektrischen Platte zu beschränken, z. B. nur zwischen den ineinander verschachtelten Fingern der IDT. Masken können auch verwendet werden, um die Abscheidung unterschiedlich dicker dielektrischer Materialien auf verschiedenen Teilen der piezoelektrischen Platte zu ermöglichen.
In einer zweiten Variante des Prozesses 1100 werden auf der Rückseite des Substrats bei 1110B ein oder mehrere Hohlräume gebildet. Für jeden Resonator in einer Filtervorrichtung kann ein separater Hohlraum gebildet werden. Die ein oder mehreren Hohlräume können durch anisotropes oder orientierungsabhängiges Trocken- oder Nassätzen gebildet werden, um Löcher durch die Rückseite des Substrats zur piezoelektrischen Platte zu öffnen. In diesem Fall haben die resultierenden Resonatorvorrichtungen einen Querschnitt wie in 1 gezeigt.
In der zweiten Variante des Prozesses 1100 kann eine Kappe, wie die Kappen 480, 780, 980, 1080, an dem Substrat bei 1150 angebracht werden, um die bei 1110B gebildeten Hohlräume zu bedecken und zu dichten. Die Kappe kann eine Platte aus Silizium, Glas oder einem anderen Material oder eine Platte oder ein Film aus einem Polymermaterial sein. Die Kappe kann mit einer der zuvor beschriebenen Bondingtechniken an dem Substrat angebracht werden.
In einer dritten Variante des Prozesses 1100 können ein oder mehrere Hohlräume in Form von Aussparungen im Substrat bei 11 10C durch Ätzen des Substrats mit einem durch Öffnungen in der piezoelektrischen Platte eingeführten Ätzmittel gebildet werden. Für jeden Resonator in einer Filtervorrichtung kann ein separater Hohlraum gebildet werden. Die bei 1110C gebildeten Hohlräume durchdringen das Substrat nicht, und die resultierenden Resonatorvorrichtungen haben einen Querschnitt wie in 3 gezeigt.
In allen Varianten des Prozesses 1100 wird der XBAR-Filterchip bei 1160 fertiggestellt. Zu den Handlungen, die bei 1160 durchgeführt werden können, gehören das Abscheiden einer Verkapselungs-/Passivierungsschicht wie SiO₂ oder Si₃O₄ über die gesamte Vorrichtung oder einen Teil davon, das Ausbilden von Bondpads oder Lötstellen oder anderen Mitteln zur Herstellung einer Verbindung zwischen der Vorrichtung und externen Schaltkreisen und, falls erforderlich, Durchstimmen der Resonanzfrequenzen der Resonatoren innerhalb der Vorrichtung durch Hinzufügen oder Entfernen von Metall oder dielektrischem Material von der Vorderseite der Vorrichtung. Am Ende von 1160 ist der XBAR-Filterchip bereit für die Packung. Der Prozess 1100 endet dann bei 1195.
12A, 12B und 12C sind in Kombination ein Flussdiagramm des Prozesses 1200 zur Herstellung eines gepackten XBAR-Filters unter Verwendung eines Silizium-Interposers mit TSV (Through Silicon Vias). Während 12A, 12B und 12C den Prozess 1200 mit einem XBAR-Filterchip mit vorderseitig geätzten Hohlräumen veranschaulichen, kann der Prozess 1200 auch einen XBAR-Filterchip mit rückseitig geätzten Hohlräumen verwenden.
Der Prozess 1200 beginnt bei 1205 und endet bei 1295 mit einem fertig gepackten XBAR-Filter. 12A, 12B und 12C zeigen die wichtigsten Prozessschritte, von denen jeder mehrere Schritte umfassen kann. Verschiedene herkömmliche Prozessschritte (z. B. Oberflächenvorbereitung, Reinigung, Inspektion, Backen, Glühen, Überwachung, Prüfung usw.) können vor, zwischen, nach und während der in 12A, 12B und 12C gezeigten Schritte durchgeführt werden. Für jede wichtige Prozesshandlung wird eine entsprechende schematische Querschnittsansicht bereitgestellt, um die Konfiguration des laufenden Prozesses am Ende der Handlung zu veranschaulichen. Gegebenenfalls werden die zuvor in 6 verwendeten Bezugsbezeichnungen verwendet, um Elemente des laufenden Prozesses zu kennzeichnen.
Wie in 12A gezeigt, wird bei 1210 ein XBAR-Filterchip 605 beispielsweise mit dem Prozess 1100 von 11 hergestellt. Der XBAR-Filterchip 605 umfasst eine piezoelektrische Platte 610, die an einem Substrat 620 angebracht ist. Das Substrat 620 kann aus hochohmigem Silizium oder einem anderen Material bestehen. Teile der piezoelektrischen Platte 610 bilden Membranen, die entsprechende Hohlräume 640 im Substrat 620 überspannen. Auf der Oberfläche der piezoelektrischen Platte 610 ist eine erste Leiterstruktur ausgebildet. Die erste Leiterstruktur umfasst IDT mit ineinander verschachtelten IDT-Fingern, wie z. B. Finger 630, die auf den Membranen angeordnet sind.
Wenn der XBAR-Filterchip 605 auf der Rückseite geätzte Hohlräume aufweist (wie durch die gestrichelten Linien gezeigt), wird eine Abdeckung 680 auf der Rückseite des Substrats 620 gedichtet. Während die Abdeckung 680 in den nachfolgenden Querschnittsansichten in 12A, 12B und 12C nicht gezeigt wird, ist zu verstehen, dass alle Handlungen im Prozess 1200 mit einem XBAR-Filterchip mit einer Abdeckung über rückseitig geätzten Hohlräumen kompatibel sind.
Auf der Oberfläche der piezoelektrischen Platte 610 ist eine zweite Leiterstruktur ausgebildet. Die zweite Leiterstruktur, die Teile der ersten Leiterstruktur überlagern kann, kann aus Gold, Aluminium, Kupfer oder einem anderen Metall bestehen. Die zweite Leiterstruktur umfasst einen durchgehenden Metallring 662 um den Umfang des XBAR-Filterchips 605. Die zweite Leiterstruktur umfasst auch Pads, wie z. B. Pad 672, an Stellen, an denen Teile der ersten Leiterstruktur mit Schaltkreisen außerhalb des gepackten XBAR-Filters verbunden werden müssen.
Bei 1220 wird ein teilweise fertiger Interposer vorbereitet. Der teilweise fertige Interposer umfasst eine Basis 652, die aus Silizium mit hohem Widerstand oder einem anderen Material bestehen kann. Auf der Oberfläche der Basis, die dem XBAR-Filterchip zugewandt ist, wird eine dielektrische Schicht 654, z. B. Siliziumdioxid, gebildet. Die Basis 652 kann Aussparungen 655 aufweisen, so dass die Oberflächen der Basis 652, die den Membranen zugewandt sind (d. h. die Böden der Aussparungen 655), ausreichend weit von den Membranen entfernt sind. Die dielektrische Schicht 654 kann die Aussparungen 655 bedecken, muss es aber nicht. Eine dritte Leiterstruktur wird auf der dielektrischen Schicht 654 gebildet. Die dritte Leiterstruktur kann aus demselben Material bestehen wie die zweite Leiterstruktur. Die dritte Leiterstruktur umfasst einen durchgehenden Metallring 664 um den Umfang der Basis 652. Die dritte Leiterstruktur umfasst auch Pads, wie z. B. Pad 674, an Stellen, an denen Teile der ersten Leiterstruktur mit Schaltkreisen außerhalb des gepackten XBAR-Filters verbunden werden müssen. Die Anordnung des Rings 664 und der Pads 674 der dritten Leiterstruktur ist typischerweise ein Spiegelbild der Anordnung des Rings 662 und der Pads 672 der zweiten Leiterstruktur.
Bei 1230 wird der XBAR-Filterchip 605 an den teilweise fertigen Interposer gebondet. Insbesondere wird der Ring 662 der zweiten Leiterstruktur an den Ring 664 der dritten Leiterstruktur gebondet, wodurch eine hermetische Dichtung um den Umfang des XBAR-Filterchips und des teilweise fertigen Interposers entsteht. Gleichzeitig werden Pads, wie z. B. Pad 672, auf dem XBAR-Filterchip an die entsprechenden Pads, wie z. B. Pad 674, auf dem teilweise fertigen Interposer gebondet. Ein bevorzugtes Verfahren zum Bonden des XBAR-Filterchips mit dem teilweise fertigen Interposer ist das Thermokompressionsbonding, bei dem eine Kombination aus Wärme und Druck verwendet wird, um Bindungen zwischen Metallschichten herzustellen. Andere Methoden, wie z. B. das Ultraschallbonding, das Löten oder das eutektische Bonding, können ebenfalls verwendet werden.
Wie in 12B gezeigt, können bei 1240 das Substrat 620 und/oder der XBAR-Filterchip sowie die Basis 652 des teilweise fertigen Interposers ausgedünnt werden, um die Gesamthöhe des gepackten XBAR-Filters zu verringern. Das Substrat 620 und/oder die Basis 652 können z. B. durch mechanisches oder chemisch-mechanisches Polieren ausgedünnt werden.
Nach dem optionalen Ausdünnen des Substrats 620 oder der Basis 652 werden in einer Abfolge von Handlungen von 1250 bis 1280 Siliziumdurchkontaktierungen gebildet.
Bei 1250 wird tiefes reaktives Ionenätzen (Deep Reactive Ion Etching, DRIE) verwendet, um Löcher 1252 von der Rückseite (der unteren Seite, wie in 12B gezeigt) der Basis 652 durch die Basis 652 zur dielektrischen Schicht 654 zu ätzen. Die dielektrische Schicht 654 wird durch den DRIE-Prozess nicht beeinträchtigt, so dass die Tiefe der Ätzlöcher genau gesteuert und gleichmäßig ist. Die Stellen der geätzten Löcher 1252 entsprechen den Stellen der Pads, wie z. B. Pad 674, der dritten Leiterstruktur.
Bei 1260 wird eine dielektrische Schicht 1262 über die Rückseite der Basis 652 und das Innere der Löcher 1252 abgeschieden. Die dielektrische Schicht kann aus Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, Aluminiumoxid oder einem anderen dielektrischen Material bestehen. Die dielektrische Schicht kann durch ein herkömmliches Verfahren wie Aufdampfen, Sputtern, chemische Gasphasenabscheidung oder ein anderes Verfahren abgeschieden werden.
Wie in 12C gezeigt, wird bei 1270 die Oxidschicht an den Enden der Löcher 1252 durch eine strukturierte Photoresist-Maske geätzt, um mindestens einen Teil jedes Kontaktpads (z. B. Pad 674) der dritten Leiterstruktur freizulegen.
Bei 1280 wird eine vierte Leiterstruktur 1256 gebildet, um elektrische Verbindungen von den Pads, wie z. B. dem Pad 674 der dritten Leiterstruktur, zu entsprechenden Pads, wie z. B. dem Pad 676 auf der äußeren Fläche (der unteren Fläche, wie in 12C gezeigt) der Basis 652, herzustellen. Die vierte Leiterstruktur kann eine primäre leitende Schicht aus Gold, Aluminium, Kupfer oder einem anderen hochleitenden Material enthalten. Eine dünne Schicht aus einem anderen Metall, wie Titan oder Nickel, kann zwischen der primären leitenden Schicht und der Basis 652 angeordnet sein, um die Haftung zu verbessern. Die Strukturen, die die Löcher 1252 und die vierte Leiterstruktur enthalten, werden allgemein als „Siliziumdurchkontaktierungen“ bezeichnet. Sobald die Siliziumdurchkontaktierungen fertiggestellt sind, endet der Prozess 1200 bei 1295.
Der gesamte Prozess 1200 kann und wird in der Regel auf ganzen Wafern durchgeführt. Ein ganzer Wafer, der mehrere XBAR-Filterchips enthält, wird bei 1230 an einen anderen Wafer gebondet, der eine entsprechende Anzahl von teilweise fertigen Interposern enthält. Durch die nachfolgenden Handlungen werden TSV für alle Interposer gleichzeitig gebildet. Einzeln gepackte XBAR-Filter können dann durch Zerschneiden der gebondeten Wafer nach Handlung 1230 herausgeschnitten werden.
13 ist ein Flussdiagramm eines anderen Prozesses 1300 zur Herstellung eines XBAR-Filters unter Verwendung eines LTCC-Interposers. Während in 13 der Prozess 1300 mit einem XBAR-Filterchip mit vorderseitig geätzten Hohlräumen dargestellt ist, kann der Prozess 1300 auch einen XBAR-Filterchip mit rückseitig geätzten Hohlräumen verwenden.
Der Prozess 1300 beginnt bei 1305 und endet bei 1395 mit einem fertig gepackten XBAR-Filter. 13 zeigt die wichtigsten Prozesshandlungen, von denen jeder mehrere Schritte umfassen kann. Verschiedene herkömmliche Prozessschritte (z. B. Oberflächenvorbereitung, Reinigung, Inspektion, Backen, Glühen, Überwachung, Prüfung usw.) können vor, zwischen, nach und während der in 13 gezeigten Schritte durchgeführt werden. Für jede wichtige Prozesshandlung wird eine entsprechende schematische Querschnittsansicht bereitgestellt, um die Konfiguration des laufenden Prozesses nach Abschluss der Handlung zu veranschaulichen. Gegebenenfalls werden die zuvor in 8 verwendeten Bezugsbezeichnungen verwendet, um Elemente des laufenden Prozesses zu kennzeichnen.
Bei 1310 wird ein XBAR-Filterchip 805 hergestellt, zum Beispiel mit dem Prozess 1100 von 11. Der XBAR-Filterchip 805 wird typischerweise ein Teil eines Wafers sein, der mehrere XBAR-Filterchips enthält. Der XBAR-Filterchip 805 umfasst eine piezoelektrische Platte 810, die an einem Substrat 820 angebracht ist. Das Substrat 820 kann aus hochohmigem Silizium oder einem anderen Material bestehen. Teile der piezoelektrischen Platte 810 bilden Membranen, die entsprechende Hohlräume 840 im Substrat 820 überspannen. Eine erste Leiterstruktur ist auf der Oberfläche der piezoelektrischen Platte 810 ausgebildet. Die erste Leiterstruktur umfasst IDT mit ineinander verschachtelten IDT-Fingern, wie z. B. Finger 830, die auf den Membranen angeordnet sind.
Wenn der XBAR-Filterchip 805 rückseitig geätzte Hohlräume aufweist (wie durch die gestrichelten Linien gezeigt), wird eine Abdeckung 880 auf der Rückseite des Substrats 820 gedichtet. Obwohl die Abdeckung 880 in den nachfolgenden Querschnittsansichten in 13 nicht dargestellt ist, müssen alle Handlungen des Prozesses 1300 mit einem XBAR-Filterchip mit einer Abdeckung über rückseitig geätzten Hohlräumen kompatibel sein.
Auf der Oberfläche der piezoelektrischen Platte 810 ist eine zweite Leiterstruktur ausgebildet. Die zweite Leiterstruktur, die Teile der ersten Leiterstruktur überlagern kann, kann aus Gold, Aluminium, Kupfer oder einem anderen Metall bestehen. Die zweite Leiterstruktur kann an Stellen, an denen Teile der ersten Leiterstruktur mit Schaltkreisen außerhalb des gepackten XBAR-Filters verbunden werden müssen, Pads (nicht gekennzeichnet) enthalten. Auf den Pads können Lötkugeln oder -bumps 872 gebildet werden, damit der XBAR-Filterchip 805 im Reflow-Verfahren an ein Interposer gelötet werden kann. Alternativ können auf den Pads Goldbumps gebildet werden, damit der XBAR-Filterchip 805 durch Thermokompression oder Ultraschall an einen Interposer gebondet werden kann.
Bei 1320 wird ein LTCC-Interposer 850 durch Brennen (Cofiren) dünner Keramikschichten hergestellt, von denen einige oder alle gedruckte Leiter tragen. Der LTCC-Interposer 850 ist typischerweise ein Teil einer größeren Platte mit mehreren Interposern. Ein LTCC-Interposer hat mindestens eine obere (wie in 13 gezeigt) Leiterstruktur 874, die Pads für Verbindungen mit dem XBAR-Filterchip enthält, und eine untere Leiterstruktur 878, die Pads für Verbindungen mit Schaltkreisen außerhalb des gepackten XBAR-Filters enthält. Im Beispiel von 13 enthält der Interposer 850 eine Zwischenleiterschicht. Ein LTCC-Interposer für einen XBAR-Filter kann mehr als drei Leiterschichten aufweisen. Das Vorhandensein mehrerer Leiterschichten ermöglicht den Einbau passiver Komponenten, wie z. B. Induktivitäten, in den Interposer.
Der LTCC-Interposer 850 kann Aussparungen 855 aufweisen, um einen ausreichenden Abstand zwischen den Membranen und den den Membranen zugewandten Oberflächen des Interposers zu gewährleisten. Solche Aussparungen können z. B. durch Stanzen von Öffnungen in eine oder mehrere der Keramikschichten gebildet werden, bevor die Schichten des Interposers gebrannt werden.
Bei 1330 wird der XBAR-Filterchip 850 an den Interposer 850 per Flip-Chip gebondet. Zunächst werden die XBAR-Filterchips auf einem Wafer geprüft und die guten Chips aus dem Wafer herausgenommen. Die guten Chips werden dann an den LTCC-Interposer 850 durch Löten, Thermokompressionsbonding, Ultraschallbonding oder ein anderes Bondingverfahren gebondet. Durch das Bonden wird der XBAR-Filterchip 805 physisch an den Interposer 850 gebondet und die elektrischen Verbindungen zwischen dem XBAR-Filterchip 805 und dem Interposer 850 hergestellt. Durch das Bonden wird normalerweise keine Dichtung zum Schutz der Membranen des XBAR-Filterchips 805 hergestellt.
Bei 1340 wird eine Polymerabdeckung 860 über dem XBAR-Filterchip 805 gebildet, um den Raum zwischen dem XBAR-Filterchip 805 und dem Interposer 850 zu dichten. Die Abdeckung 850 kann z. B. durch Spritzgießen oder Gießen hergestellt werden. Über jedem XBAR-Filterchip können einzelne Abdeckungen gebildet werden, oder es kann eine einheitliche Abdeckung 850 über der gesamten LTCC-Platte gebildet werden. In beiden Fällen können die gepackten XBAR-Filter aus der Platte herausgeschnitten werden, z. B. durch Sägen. Der Prozess 1300 endet dann bei 1395.
14 ist ein Flussdiagramm eines anderen Prozesses 1400 zur Herstellung eines gepackten XBAR-Filters unter Verwendung eines auf Waferebene aufgebauten Interposers. Der Prozess 1400 beginnt bei 1405 und endet bei 1495 mit einem fertigen gepackten XBAR-Filter. 14 zeigt die wichtigsten Prozesshandlungen, von denen jeder mehrere Schritte umfassen kann. Verschiedene konventionelle Prozessschritte (z. B. Oberflächenvorbereitung, Reinigung, Inspektion, Backen, Glühen, Überwachung, Prüfung usw.) können vor, zwischen, nach und während der in 14 gezeigten Schritte durchgeführt werden. Für jede wichtige Prozesshandlung wird eine entsprechende schematische Querschnittsansicht bereitgestellt, um die Konfiguration des laufenden Prozesses nach Abschluss der Handlung zu veranschaulichen. Gegebenenfalls werden die zuvor in 10 verwendeten Bezugsbezeichnungen verwendet, um Elemente des laufenden Prozesses zu identifizieren.
Bei 1410 wird ein XBAR-Filterchip 1005 hergestellt, zum Beispiel mit dem Prozess 1100 von 11. Der XBAR-Filterchip 1005 wird typischerweise ein Teil eines Wafers sein, der mehrere XBAR-Filterchips enthält. Der XBAR-Filterchip 1005 umfasst eine piezoelektrische Platte 1010, die an einem Substrat 1020 angebracht ist. Das Substrat 1020 kann aus hochohmigem Silizium oder einem anderen Material bestehen. Teile der piezoelektrischen Platte 1010 bilden Membranen, die entsprechende Hohlräume 1040 im Substrat 1020 überspannen. Auf der Oberfläche der piezoelektrischen Platte 1010 ist eine erste Leiterstruktur ausgebildet. Die erste Leiterstruktur umfasst IDT mit ineinander verschachtelten IDT-Fingern, wie z. B. Finger 1030, die auf den Membranen angeordnet sind.
Die nachfolgenden Prozesshandlungen erfordern, dass flüssige Materialien wie Lösungsmittel, Photoresist oder photopolymerisierbare Monomere auf die Vorderseite der piezoelektrischen Platte 1010 aufgebracht werden, nachdem die Hohlräume 1040 geätzt worden sind. Der Prozess 1400 eignet sich nicht für XBAR-Filterchips mit vorderseitig geätzten Hohlräumen, da die flüssigen Materialien durch die Ätzlöcher in den Membranen in die Hohlräume gelangen können. Daher hat der XBAR-Filterchip 1005 rückseitig geätzte Hohlräume mit einer Abdeckung 1080, die mit der Rückseite des Substrats 1020 gedichtet ist.
Bei 1420 werden Wände 1052 an der piezoelektrischen Platte 1010 gebildet. Die Wände 1052 können mit Öffnungen über den XBAR-Membranen und Öffnungen versehen werden, an denen in einer nachfolgenden Prozesshandlung elektrische Verbindungen zum XBAR-Filterchip hergestellt werden. Die Wände 1052 können z. B. durch Beschichtung der piezoelektrischen Platte 1010 mit einem photopolymerisierbaren Material und anschließende Belichtung des photopolymerisierbaren Materials durch eine geeignete Maske hergestellt werden. Je nach gewünschter Dicke der Wände können mehrere Materialschichten nacheinander beschichtet und strukturiert werden.
Bei 1430 wird eine Deckschicht 1054 über die Wände 1052 aufgebracht. Die Deckschicht 1054 kann z. B. als kontinuierlicher Film aufgebracht werden, der an die Wände 1052 durch ein Haftmittel gebondet ist. Die Deckschicht 1054 überspannt die Öffnungen in den Wänden 1052 über den XBAR-Membranen und bildet einen geschlossenen Hohlraum 1055 über jeder Membran. Die Deckschicht ist strukturiert, um Öffnungen zu bilden, an denen in einer nachfolgenden Prozesshandlung elektrische Verbindungen zum XBAR-Filterchip hergestellt werden.
Bei 1440 wird eine Leiterstruktur 1070 gebildet. Die Leiterstruktur 1070 umfasst Pads 1072 auf der äußeren Fläche der Deckschicht 1054 zur Verbindung mit Schaltkreisen außerhalb des gepackten XBAR-Filters. Die Leiterstruktur 1070 verbindet die Pads 1072 mit Verbindungspunkten 1074 auf dem XBAR-Filterchip 1005. Die Leiterstruktur 1070 kann aus Aluminium, Kupfer, Gold oder einer Kombination von Materialien bestehen, die mit herkömmlichen Techniken abgeschieden und strukturiert werden. Sobald die Leiterstruktur ausgebildet ist, endet der Prozess 1400 bei 1495.
Der gesamte Prozess 1400 kann und wird in der Regel auf ganzen Wafern durchgeführt. Einzelne gepackte XBAR-Filter können dann durch Sägen durch die gebondeten Wafer herausgeschnitten werden, nachdem die Leiterstruktur bei 1440 gebildet worden ist.
Abschließende Bemerkungen
In dieser gesamten Beschreibung sollten die gezeigten Ausführungsformen und Beispiele als Muster betrachtet werden und nicht als Einschränkungen der offenbarten oder beanspruchten Vorrichtungen und Vorgehensweisen. Obwohl viele der hier dargestellten Beispiele spezifische Kombinationen von Verfahrenstätigkeiten oder Systemelementen beinhalten, sollte verstanden werden, dass diese Tätigkeiten und diese Elemente auf andere Weise kombiniert werden können, um die gleichen Ziele zu erreichen. Im Hinblick auf Flussdiagramme können zusätzliche und weniger Schritte unternommen werden, und die gezeigten Schritte können kombiniert oder weiter verfeinert werden, um die hier beschriebenen Verfahren zu erreichen. Tätigkeiten, Elemente und Merkmale, die nur im Zusammenhang mit einer Ausführungsform diskutiert werden, sollen nicht von einer ähnlichen Rolle in anderen Ausführungsformen ausgeschlossen werden.
Wie hier verwendet, bedeutet „Vielzahl“ zwei oder mehr. Wie hier verwendet, kann ein „Satz“ von Elementen einen oder mehrere solcher Elemente umfassen. In der hier verwendeten Form, sei es in der schriftlichen Beschreibung oder in den Ansprüchen, sind die Begriffe „umfassend“, „einschließend“, „tragend“, „aufweisend“, „enthaltend“, „einbeziehend“ und dergleichen so zu verstehen, dass sie unbegrenzt sind, d. h. dass sie einschließen, aber nicht darauf beschränkt sind. Nur die Übergangsphrasen „bestehend aus“ bzw. „bestehend im Wesentlichen aus“ sind geschlossene oder halbgeschlossene Übergangsphrasen mit Bezug auf Ansprüche. Die Verwendung von ordinalen Ausdrücken wie „erster“, „zweiter“, „dritter“ usw. in den Ansprüchen, um ein Anspruchselement zu ändern, bedeutet an sich keine Priorität, keinen Vorrang oder keine Reihenfolge eines Anspruchselements gegenüber einem anderen oder die zeitliche Reihenfolge, in der die Tätigkeiten eines Verfahrens ausgeführt werden, sondern sie werden lediglich als Kennzeichnungen verwendet, um ein Anspruchselement mit einem bestimmten Namen von einem anderen Element mit demselben Namen zu unterscheiden (aber für die Verwendung des ordinalen Ausdrucks), um die Anspruchselemente zu unterscheiden. Wie hier verwendet, bedeutet „und/oder“, dass die aufgelisteten Elemente Alternativen sind, aber die Alternativen enthalten auch jede Kombination der aufgelisteten Elemente.

Claims

Akustische Resonatorvorrichtung, umfassend: einen Chip für akustischen Resonator, umfassend: ein Substrat mit einer Vorder- und einer Rückfläche, wobei in der Vorderfläche ein Hohlraum ausgebildet ist; eine piezoelektrische Platte mit Vorder- und Rückfläche, wobei die Rückfläche an der Vorderfläche des Substrats angebracht ist, mit Ausnahme eines Teils der piezoelektrischen Platte, der eine den Hohlraum überspannende Membran bildet; eine erste Leiterstruktur, die als eine oder mehrere Leiterschichten auf der Vorderfläche der piezoelektrischen Platte ausgebildet ist, wobei die erste Leiterstruktur umfasst: einen Interdigitalwandler (IDT), wobei ineinander verschachtelte Finger des IDT auf der Membran angeordnet sind, und eine erste Vielzahl von Kontaktflächen; ein Interposer, umfassend: eine Basis mit Vorder- und Rückfläche; und eine zweite Leiterstruktur, die auf der Rückfläche der Basis ausgebildet ist, wobei die zweite Leiterstruktur umfasst: eine zweite Vielzahl von Kontaktflächen; und eine ringförmige Dichtung, die einen Umfang der piezoelektrischen Platte mit einem Umfang der Basis verbindet, wobei jede Kontaktfläche der ersten Vielzahl von Kontaktflächen direkt an eine entsprechende Kontaktfläche der zweiten Vielzahl von Kontaktflächen gebondet ist.
Akustische Resonatorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Hohlraum ein Loch ist, das durch eine Dicke des Substrats verläuft, und die akustische Resonatorvorrichtung ferner eine Kappe umfasst, die an die Rückfläche des Substrats gebondet ist.
Akustische Resonatorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Leiterstruktur ferner einen ersten Leiterring um den Umfang der piezoelektrischen Platte umfasst, die zweite Leiterstruktur ferner einen zweiten Leiterring um den Umfang der Basis umfasst, und die Dichtung der erste Leiterring ist, der direkt an den zweiten Leiterring gebondet ist.
Akustische Resonatorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Dichtung ein Haftmaterial umfasst.
Akustische Resonatorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Interposer ferner Durchkontaktierungen umfasst, die die zweite Vielzahl von Kontaktflächen mit einer dritten Vielzahl von Kontaktflächen verbinden, die auf der Vorderfläche der Basis ausgebildet sind.
Akustische Resonatorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Interposer ferner umfasst: eine Aussparung in der Basis, die der Membran zugewandt ist.
Akustische Resonatorvorrichtung nach Anspruch 6, wobei ein Abstand von einem Boden der Aussparung zu der Membran größer als oder gleich 15 Mikrometer und kleiner als oder gleich 100 Mikrometer ist.
Akustische Resonatorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die akustische Resonatorvorrichtung ein Bandpassfilter ist; eine Vielzahl von Hohlräumen in dem Substrat ausgebildet ist; eine Vielzahl von Teilen der piezoelektrischen Platte eine entsprechende Vielzahl von Membranen bilden, die entsprechende Hohlräume der Vielzahl von Hohlräumen überspannen; und die erste Leiterstruktur eine Vielzahl von IDT umfasst, wobei ineinander verschachtelte Finger jedes IDT auf einer entsprechenden Membran der Vielzahl von Membranen angeordnet sind.
Verfahren zur Herstellung einer akustischen Resonatorvorrichtung, umfassend: Herstellen eines Chips für akustischen Resonator, umfassend: Bonden einer Rückfläche einer piezoelektrischen Platte an ein Substrat; Ausbilden eines Hohlraums in dem Substrat derart, dass ein Teil der piezoelektrischen Platte eine Membran bildet, die den Hohlraum überspannt; und Ausbilden einer ersten Leiterstruktur als eine oder mehrere Leiterschichten auf einer Vorderfläche der einkristallinen piezoelektrischen Platte, wobei die erste Leiterstruktur umfasst: einen Interdigitalwandler (IDT), wobei ineinander verschachtelte Finger des IDT auf der Membran angeordnet sind, und eine erste Vielzahl von Kontaktflächen; Ausbilden einer zweiten Leiterstruktur auf der Rückfläche einer Basis, wobei die zweite Leiterstruktur umfasst: eine zweite Vielzahl von Kontaktflächen; Anbringen der Rückfläche der Basis an der Vorderfläche der piezoelektrischen Platte durch direktes Bonden jeder Kontaktfläche der ersten Vielzahl von Kontaktflächen an eine entsprechende Kontaktfläche der zweiten Vielzahl von Kontaktflächen; und Ausbilden einer ringförmigen Dichtung zwischen einem Umfang der piezoelektrischen Platte und einem Umfang der Basis.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Hohlraum ein Loch ist, das durch eine Dicke des Substrats verläuft, und das Verfahren ferner Bonden einer Kappe an eine Rückfläche des Substrats umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die erste Leiterstruktur ferner einen ersten Leiterring um den Umfang der piezoelektrischen Platte umfasst, die zweite Leiterstruktur ferner einen zweiten Leiterring um den Umfang der Basis umfasst, und Ausbilden einer ringförmigen Dichtung direktes Bonden des ersten Leiterrings an den zweiten Leiterring umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei Ausbilden einer ringförmigen Dichtung ferner umfasst: Aufbringen eines Rings aus Haftmaterial um den Umfang der piezoelektrischen Platte und/oder um den Umfang der Basis; und Aushärten des Haftmaterials nach oder gleichzeitig mit direktem Bonden der ersten Vielzahl von Kontaktflächen an die zweite Vielzahl von Kontaktflächen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Verfahren ferner Ausbilden von Durchkontaktierungen umfasst, um die zweite Vielzahl von Kontaktflächen mit einer dritten Vielzahl von Kontaktflächen zu verbinden, die auf der Vorderfläche der Basis ausgebildet sind.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend: vor Anbringen der Basis an der piezoelektrischen Platte Ausbilden einer Aussparung in der Rückfläche der Basis, wobei sich die Aussparung in einem Bereich der Rückfläche der Basis befindet, der der Membran zugewandt sein wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei Ausbilden einer Aussparung in der Rückfläche der Basis ferner umfasst: Ausbilden einer Aussparung mit einer Tiefe derart, dass nach Anbringen der Basis an der piezoelektrischen Platte ein Abstand von einem Boden der Aussparung zu der Membran größer als oder gleich 15 Mikrometer und kleiner als oder gleich 100 Mikrometer ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die akustische Resonatorvorrichtung ein Bandpassfilter ist; Ausbilden eines Hohlraums in dem Substrat Ausbilden einer Vielzahl von Hohlräumen umfasst, so dass eine Vielzahl von Teilen der piezoelektrischen Platte eine entsprechende Vielzahl von Membranen bildet, die die jeweiligen Hohlräume der Vielzahl von Hohlräumen überspannen; und die erste Leiterstruktur eine Vielzahl von IDT umfasst, wobei ineinander verschachtelte Finger jedes IDT auf einer entsprechenden Membran der Vielzahl von Membranen angeordnet sind.