DE19548061C2

DE19548061C2 - Mit akustischen Oberflächenwellen arbeitendes Bauelement - OFW-Bauelement -

Info

Publication number: DE19548061C2
Application number: DE1995148061
Authority: DE
Inventors: Alois Stelzl; Wolfgang Pahl; Hans Krueger
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 1995-12-21
Filing date: 1995-12-21
Publication date: 2002-10-31
Anticipated expiration: 2015-12-22
Also published as: DE19548061A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein mit akustischen Ober flächenwellen arbeitendes Bauelement - OFW-Bauelement - nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

OFW-Bauelemente der gattungsgemäßen Art sind beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung 195 24 406.0 beschrieben. Anhand von Fig. 1 der Zeichnung, welche ein OFW-Bauelement der in Rede stehenden Art schematisch zeigt, wird der bisher bekannte Aufbau eines solchen Bauelementes kurz erläutert. Ein Bauelementesystem wird generell durch ein piezoelektri sches Substrat 1 sowie eine darauf vorgesehene Metallisierung 2 gebildet. Unter Bauelementesystem wird hier die Gesamtheit eines OFW-Bauelementes ohne Gehäuse und Außenanschlüsse ver standen. Bei der auf dem piezoelektrischen Substrat 1 vorge sehenen Metallisierung 2 kann es sich um Elektrodenstrukturen handeln, welche beispielsweise Interdigitalwandler oder Re flektoren bilden. Eine nähere Erläuterung dazu erübrigt sich hier, da derartige Anordnungen bekannt sind.

Das durch das Substrat 1 und die Metallisierung 2 gebildete Bauelementesystem ist mittels eines Klebers 3 auf einen Sy stemträger 4 aufgeklebt, bei dem es sich beispielsweise um einen Leiterrahmen oder die Basisfläche eines Gehäuses han delt.

Hinsichtlich optimaler Dämpfungseigenschaften und optimaler Reflexionseigenschaften von akustischen Wellen ist sowohl die Schichtdicke als auch die Konstanz der Schichtdicke des Kle bers 3 von Bedeutung.

Aus der EP-PS 0 088 204 ist bekannt, in einen Kleber Partikel einzubetten, welche Abmessungen entsprechend der Kleber schichtdicke besitzen. Damit ist zwar die Kleberschichtdicke beeinflußbar. Die Reflektionseigenschaften werden aber prak tisch nicht beeinflußt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur Einstellung sowohl einer vorgegebenen konstanten Schichtdicke des Klebers als auch günstiger Re flektionseigenschaften anzugeben.

Dieser Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteran sprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsformen gemäß den Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform der Erfindung.

In den Kleber 3 sind gemäß Fig. 1 Strukturen 5 eingebet tet, durch die nicht nur eine vorgegebene konstante Dicke des Klebers 3 eingestellt werden kann. Damit ist gewährleistet, daß der Kleber 3 neben seiner Funktion der Befestigung des Bauelementesystems 1, 2 auf dem Systemträger 4 eine refle xionsarme Aufnahme und eine hinreichende Dämpfung von akusti schen Volumenwellen gewährleistet, die an die dem Kleber 3 zugewandte Seite des Substrats 1 gelangen. Durch die Struktu ren 5 und die durch sie gewährleistete konstante Dicke des Klebers 3 wird eine homogene Dämpfung erreicht.

Weiterhin sind die Abmessungen der Strukturen 5 so gewählt, daß sich eine Dicke des Klebers 3 ergibt, bei der sich Reflexionen von akustischen Wellen an den dem Kleber 3 zugewandten Seiten des Bauelementesystems 1, 2 und des Sy stemträgers 4 in Ausbreitungsrichtungen, welche zu Störsigna len an einem Bauelementeausgang führen, gegenseitig auslö schen. Der Bauelementeausgang wird im allgemeinen durch einen nicht dargestellten an sich bekannten Interdigitalwandler der oben bereits angesprochenen Art gebildet, welcher eine aku stische Oberflächenwelle in ein elektrisches Ausgangssignal umsetzt.

Die vorgenannte Auslöschung von Reflexionen akustischer Wel len kann dadurch weiter optimiert werden, daß die Reflexions faktoren an der Unterseite des Substrats 1 und an der Ober seite des Systemträgers 4 (an den Seiten, die dem Kleber 3 zugewandt sind) so eingestellt werden, daß die Intensitäten der reflektierten Welle im wesentlichen gleich sind.

Die Strukturen 5 sind entweder halbkugelförmig oder halbzylinderförmig ausgebildet.

Strukturen 5 brauchen nicht alle die gleichen Abmessungen besitzen, wie diese beispielsweise in Fig. 1 dargestellt ist. Daraus ergibt sich der wesentliche Vorteil, daß ein Teil der Strukturen 5 als Abstandshalter wirkt und damit die Dicke des Klebers 3 festlegt, während an dere Strukturen mit kleineren Abmessungen zur Festlegung der Reflexionseigenschaften dienen und damit unterschiedliche Wellenlängen von akkustischen Wellen im Hinblick auf die Re flexion in Rechnung gestellt werden können. Die Halbkugel bzw. Halbzylinderform hat dabei den weiteren Vorteil, daß akustische Wellen im Mittel senkrecht auf die Mantelfläche auftritt, so daß eine maximale Transmission gewährleistet ist.

Gemäß weiteren Ausführungsformen der Erfindung können die Strukturen 5 durch eine auf das Bauelementesystem 1, 2 oder auf den Systemträger aufgebrachte Masse gebildet sein. Die Fig. 1 und 2 zeigen den ersten Fall, während Fig. 3 den letzteren Fall zeigt. Weiterhin können die Strukturen 5 auch durch Einprägungen im Systemträger gebildet sein, wobei auch eine von der Halbkugel- bzw. Halbzylinderform abweichende Form, beispielsweise eine Keilform gemäß Fig. 3 möglicht ist.

Als Materialien für die Strukturen 5 kommen anorganische oder organische Mate rialien in Betracht. Anorganische Materialien können dabei Glas oder Metall sein, während organische Materialien bei spielsweise durch ein Polymer gebildet werden können. Dieses Polymer ist z. B. im Siebdruck aufgebracht und so dotiert mit Metallpartikeln z. B. As oder W, daß seine akustische Impe danz der des Substrats 1 möglichst nahe kommt.

Sind als Strukturen 5 halbzylinderförmige Strukturenvorgese hen, die gerichtet in den Kleber 3 eingebettet sind, können auch Reflexionen und Dämpfungen der akustischen Wellen reali siert werden, welche die Wellen besonders stark in Ausbrei tungsrichtung unterdrücken.

Ein weiterer Vorteil von derartigen Struk turen 5 besteht darin, daß Scherspannungen zwischen Substrat 1 und Systemträger 4, die zu Deformationen des Substrates 1 führen, minimiert werden können.

Gemäß der Ausführungsform nach Fig. 2 ist zwischen Systemträger 4 und dem Kleber 3 mit den Strukturen 5 eine durch drei Teilschichten 10, 11, 12 gebil dete Schicht vorgesehen, welche eine aus dem Bauelementesy stem 1, 2 über den Kleber 3 in sie eingestrahlte akustische Welle durch Interferenz zusätzlich dämpft. Die Dicke und die Wellenausbreitungseigenschaften der Teilschichten sind dabei so aufeinander abgestimmt, daß im Betriebsfrequenzbereich des Bauelements die Dämpfung der über den Kleber 3 eingestrahlten Welle auftritt. Die Strukturen 5 sind dabei deshalb vorteil haft, weil durch sie eine Keilbildung des Klebers 3 verhin dert wird, so daß die Intensität der in die Teilschichten 10, 11, 12 eingestrahlten Welle überall gleich ist.

Die Teilschichten 10, 11, 12 können insbesondere so abge stimmt sein, daß sie selektive Frequenzen die im Kleber 3 noch nicht ausreichend gedämpft sind, besonders gut dämpfen.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist auch, daß die Struk turen 5 auf dem Substrat 1 im Siebdruck aufgebracht werden können, wenn es sich um entsprechend dotierte Polymere han delt. Damit können Lage, Abstand und Form der Strukturen 5 in einem weiteren Bereich variiert werden. Die Abstände der Strukturen 5 werden dabei so eingestellt, daß nicht über die Basisfläche der Strukturen 5 eindringende und im folgenden absorbierte Wellen insbesondere solche zwischen den Strukturen 5 so im Substrat 1 miteinander interferieren, daß es an einer Ausgangswandlerstruktur Interferenzminima gibt.

Die Erfindung läßt sich analog bei Flip-Chip montierten Bau elementen anwenden. Da in diesem Fall die Substratoberfläche nach unten und die Substratrückseite nach oben gerichtet ist, werden hier die Komponenten 5, 3, 12, 11, 10 durch gängige Beschichtungsverfahren aufgebracht. Der Systemträger 4 wird in diesem Fall durch eine Umhüllmasse gebildet, die durch Um pressen oder Umgießen des Bauelementes aufgebracht wird und typisch < 500 µm dick ist. Wenn gemäß Fig. 1 auf dem Substrat 1 Komponenten 3 und 4 vorhanden sind, so wird die akustische Impedanz Z₃ im Kleber 3 zweckmäßigerweise so ge wählt, daß sie zwischen akustischer Impedanz Z₁ des Substrats 1 und der akustischen Impedanz Z₄ einer Umhüllmasse liegt, so daß Z₃ ≈ √Z1Z4 ist und daß die Dicke des Klebers 3 ein unge radzahliges Vielfaches der Wellenlänge ist, die besonders ef fektiv gedämpft werden muß. Durch weitere Schichten läßt sich nach bekannten physikalischen Gesetzen eine breitbandige wei testgehend reflexionsfreie Entspiegelung erreichen.

Claims

1. Mit akustischen Oberflächenwellen arbeitendes Bauelement - OFW-Bauelement - mit einem mittels eines Klebers (3) auf einem Systemträger (4) aufgeklebten Bauelementesystem (1, 2), welches aus einem Substrat (1) und einer Metallisierung (2) besteht,
dadurch gekennzeichnet,
daß in den Kleber (3) zumindest teilweise als Abstandshalter dienende Strukturen (5) hineinragen, die durch eine auf das Bauelementesystem (1, 2) oder auf den Systemträger (4) aufgedruckte Masse oder durch Einprägungen im Systemträger (4)gebildet sind.

2. OFW-Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturen (5) halbkugelförmig ausgebildet sind.

3. OFW-Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturen (5) halbzylindrisch ausgebildet sind.

4. OFW-Bauelement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturen (5) im wesentlichen gleichen Durchmesser besitzen.

5. OFW-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturen (5) aus anorganischem Material hergestellt sind.

6. OFW-Bauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturen (5) aus Glas hergestellt sind.

7. OFW-Bauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturen (5) aus Metall hergestellt sind.

8. OFW-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturen (5) aus organischem Material hergestellt sind.

9. OFW-Bauelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturen (5) aus einem Polymer hergestellt sind.

10. OFW-Bauelement nach Ansptuch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturen (5) aus organischem Material einen anorganischen Füllstoff enthalten.

11. OFW-Bauelement nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer mit Metallpartikeln dotiert ist, so daß die akustische Impedanz der Strukturen (5) möglichst nahe zu der des Kristallmaterials des Substrats (1) ist.

12. OFW-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der Strukturen (5) so gewählt sind, daß sich eine Dicke des Klebers (3) ergibt, die einem ungeradzahligen Vielfachen einer zu dämpfenden Wellenlänge entspricht.

13. OFW-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Systemträger (4) und dem Kleber (3) eine Schicht (10, 11, 12) vorgesehen ist, welche eine aus dem Bauelementesystem (1, 2) über den Kleber (3) in sie eingestrahlte akustische Welle durch Interferenz dämpft.

14. OFW-Bauelement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (11, 12, 13) durch drei Teilschichten gebildet ist, deren Dicke und Wellenausbreitungseigenschaften so aufeinander abgestimmt sind, daß im Betriebsfrequenzbereich des Bauelements die Dämpfung der über den Kleber (3) eingestrahlten Welle auftritt.