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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen
von Elektronikkomponenten, wie z. B. ein Akustikoberflächenwellenbauelement
(SAW-Bauelement; SAW surface acoustic wave), ein Hochfrequenzbauelement
und ein Modul oder ein Teilmodul, das ein SAW-Bauelement aufweist.
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Die
Struktur eines herkömmlichen
Akustikoberflächenwellenbauelements 1 ist
in 1 gezeigt. Bei dem
Akustikoberflächenwellenbauelement 1 ist ein
Akustikoberflächenwellenelement
(Chip) 3 in einem Keramikgehäuse 2 mit einer Hohlraumstruktur angeordnet
und in demselben chipmäßig verbunden, wobei
eine Ausnehmung in demselben gebildet ist. Das Akustikoberflächenwellenelement 3 ist
durch Drähte 4 mit
Elektroden 5 elektrisch verbunden, die an dem Keramikgehäuse 2 angeordnet
sind. Die obere Oberfläche
des Keramikgehäuses 2 ist
durch eine plattenförmige
Kappe 6 bedeckt, wobei das SAW-Element 3 hermetisch
abgedichtet ist, indem der Außenrandabschnitt
der Kappe 6 über
einen KOVAR-Ring 7 an die obere Oberfläche des Keramikgehäuses 2 geschweißt ist.
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Da
ein Material, wie z. B. A1, das ein geringes Maß an Feuchtigkeitstoleranz
aufweist, bei einem solchen SAW-Bauelement 1 als
das Elektrodenmaterial des SAW-Elements 3 verwendet wird,
wird eine Korrosion der Elektroden durch hermetisches Abdichten
des SAW-Elements 3 gehemmt. Zwischen dem SAW-Element 3 und
der Kappe 6 ist ein Raum so gebildet, daß die elastische
Oszillation des SAW-Elements 3 nicht
verhindert wird.
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Da
jedoch bei einem solchen SAW-Bauelement 1 das Keramikgehäuse 2 mit
einer Hohlraumstruktur mit einer an derselben gebildeten Ausnehmung
erforderlich ist, ist dasselbe kostenaufwendig. Die Anbringungsfläche und
die Höhe
(die Dicke) desselben sind durch das Volumen des Keramikgehäuses 2 relativ
zu der Größe des SAW-Elements 3 erhöht, so daß ein dichtes
Anbringen der SAW-Bauelemente 1 usw. und ein Miniaturisieren
einer Vorrichtung, in der das SAW-Bauelement 1 angebaut
wird, verhindert werden. Da das Keramikgehäuse 2 verwendet wird,
sind darüber
hinaus zusätzlich
zu den Herstellungsprozessen des Keramikgehäuses 2 selbst und
des KOVAR-Rings 7 der Verbindungsprozeß zwischen dem Keramikgehäuse 2 und
dem KOVAR-Ring 7, das chipmäßige Verbinden des SAW-Elements 3,
das Schweißen
zwischen dem KOVAR-Ring 7 und der Kappe 6, usw.,
erforderlich, derart, daß die
Herstellungsprozesse kompliziert und aufwendig sind.
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Die
Struktur eines weiteren herkömmlichen SAW-Bauelements 11 ist
in 2 gezeigt. Bei dem SAW-Bauelement 11 ist
ein SAW-Element (bloßer Chip) 13 umgekehrt
auf einem Verdrahtungssubstrat 12 flip-chip-mäßig angebracht;
und ein Höcker 14, der
auf der oberen Oberfläche
des SAW-Elements 13 angeordnet ist, ist mit einer Substratelektrode 15 verbunden,
die auf dem Verdrahtungssubstrat 12 angeordnet ist. Ein
Raum zwischen dem SAW-Element 13 und dem Verdrahtungssubstrat 12 ist
durch ein Dichtungsharz 18 hermetisch abgedichtet, um eine
Korrosion des Höckers 14 und
der Substratelektrode 15 und einen Schaden an den Verbindungsabschnitten aufgrund
thermischer Spannungsunterschiede zu verhindern. Ferner wird das
Fließen
des Dichtungsharzes 18 vor dem Aushärten durch eine Harzfluß verhindernde
Membran 19 verhindert, die auf der oberen Oberfläche des
Verdrahtungssubstrats 12 gebildet ist.
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Bei
dem SAW-Bauelement 11 weist jedoch das Dichtungsharz 18,
das zwischen dem Verdrahtungssubstrat 12 und dem SAW-Element 13 eingebracht
ist, eine spezifische Dielektrizitätskonstan te von 3 bis 4 auf,
so daß die
dielektrische Charakteristik desselben den Übertragungsverlust und die
Reflektierungscharakteristika des SAW-Bauelements 11 beträchtlich
beeinflußt.
Ferner verhindert die lange Zeitdauer, die zum Einbringen des Dichtungsharzes 18 zwischen
dem Verdrahtungssubstrat 12 und dem SAW-Element 13 erforderlich
ist, daß der
Herstellungsprozeß rationalisiert
wird. Da die Oberfläche des
SAW-Elements 13 ferner
durch das Harz abgedichtet ist, kann die resultierende Hemmung der
mechanischen elastischen Oszillation desselben eine Verschlechterung
der Charakteristika des SAW-Bauelements 11 bewirken.
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Um
auf die im vorhergehenden erwähnten Probleme
abzuzielen, wird ein SAW-Bauelement 21, das sowohl ein
Keramikgehäuse
mit einer Hohlraumstruktur als auch eine Höckerverbindung verwendet, ohne
ein Dichtungsharz verwendet, das eine elastische Oszillation eines
SAW-Elements verhindern und den Übertragungsverlust
desselben erhöhen würde. Darüber hinaus
kann eine solche Struktur miniaturisiert werden. Ein solches SAW-Bauelement 21 ist
in 3 gezeigt. Bei dem
SAW-Bauelement 21 ist ein SAW-Element 23 in dem
Keramikgehäuse 22 umgekehrt
angeordnet, ganz so wie dasjenige, das in 1 beschrieben wurde; ein Höcker 27,
der auf der oberen Oberfläche
des SAW-Elements 23 angeordnet ist, ist mit einem Elektrodenabschnitt 24 verbunden;
und die untere Außenrandoberfläche einer
Kappe 26 ist über
einen KOVAR-Ring 25 mit dem Keramikgehäuse 22 verbunden.
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Da
bei dem SAW-Bauelement 21 mit einer solchen Struktur die
Oberfläche
des SAW-Elements 23 nicht durch ein Harz abgedichtet ist,
wird die Oberflächenoszillation
des SAW-Elements 23 nicht unterbunden, und die Übertragungs-,
Reflexionscharakteristika, usw., bei dem SAW-Bauelement 21 werden durch
das Dichtungsharz nicht verschlechtert. Obwohl das Keramikgehäuse 22 verwendet
wird, wird die Notwendigkeit für
einen Raum zum Verbinden des Drahts durch die Höckerverbindung beseitigt, so daß das Keramikgehäuse 22 miniaturisiert
werden kann.
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Obwohl
das Keramikgehäuse 22 mit
dem SAW-Element 23 durch die Höckerverbindung vereinigt wird,
unterscheidet sich jedoch bei einem solchen SAW-Bauelement 21 dasselbe
nicht von dem ersten herkömmlichen
Beispiel in der Hinsicht, daß dasselbe
ebenfalls das Keramikgehäuse 22 verwendet,
so daß das
SAW-Bauelement 21 im wesentlichen nicht mehr als das erste
herkömmliche
Beispiel miniaturisiert werden kann.
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Dementsprechend
ist eine Struktur, die in 4 gezeigt
ist, als ein SAW-Bauelement 31 (Veröffentlichungsnummer des ungeprüften Japanischen Patents
9-162690) offenbart worden, die weder das Keramikgehäuse verwendet
noch ein Dichtungsharz aufweist, das die elastische Oszillation
einer Oberfläche
eines SAW-Elements hemmt, wodurch ein hochzuverlässiges SAW-Bauelement geliefert
wird, das miniaturisiert werden kann.
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Bei
dem SAW-Bauelement 31 sind Interdigitalelektroden (nicht
gezeigt) und eine Eingangs-Ausgangs-Elektrode 33 auf der
Oberfläche
des SAW-Elements 32 angeordnet, wobei ein Höcker 34 wiederum
auf der Eingangs-Ausgangs-Elektrode 33 gebildet ist. Ein
elementseitiger Dichtungsring 35 ist auf dem Rand des SAW-Elements 32 angeordnet. Dieses
SAW-Element 32 ist umgekehrt auf ein Anbringungssubstrat 36 gelegt,
so daß der
Höcker 34 mit
einer Herausführungselektrode 37 verbunden
ist, die in dem Anbringungssubstrat 36 angeordnet ist, wobei
ebenso der elementseitige Dichtungsring 35 mit einem substratseitigen
Dichtungsring 38 auf dem Anbringungssubstrat 36 verbunden
ist. Ein Raum 39 zwischen dem SAW-Element 32 und
dem Anbringungssubstrat 36 ist durch die Verbindung zwischen dem
elementseitigen Dichtungsring 35 und dem substratseitigen
Dichtungsring 38 abgedichtet. Der Raum 39 ist
zusätzlich
durch ein Dichtungsharz 40 abgedichtet, das von der Rückseite
des SAW-Elements 32 aufgebracht ist, um das SAW-Element 32 zu
verkapseln, und das ferner ebenso einen Stoßschutz liefert.
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Bei
dem SAW-Bauelement 31 wird das SAW-Element 32 durch
Aufbringen des flüssigen Dichtungsharzes 40 auf
die gesamte Oberfläche
des SAW-Elements 32 und ein darauffolgendes Aushärten des
Dichtungsharzes 40 abgedichtet. Als das Dichtungsharz 40 wird
ein herkömmliches
Formungsharz mit einem flüchtigen
Lösungsmittel
verwendet. (Bei dem Ausführungsbeispiel
der im vorhergehenden erwähnten
ungeprüften
Patentveröffentlichung
wird ein CRP-Serien-Harz von Sumitomo Bakelite verwendet.) Ein solches
Dichtungsharz 40 ist ein Isolator. Bei einem SAW-Bauelement
ist jedoch eine Gegenmaßnahme
gegen elektromagnetische Strahlung allgemein erforderlich, und zwar
insbesondere bei höheren
Frequenzen. Wenn dasselbe durch ein Isolierungsdichtungsharz abgedichtet
wird, wie dasjenige, das bei dem SAW-Bauelement 31 verwendet
wird, ist es wahrscheinlich, daß dasselbe durch
eine elektromagnetische Strahlung beeinträchtigt wird und versagt, normal
zu arbeiten, wenn dasselbe bei einer hohen Frequenz von über 100
MHz verwendet wird.
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Da
die Oberfläche,
die durch das Dichtungsharz bedeckt wird, bei dem SAW-Bauelement 31 ausgehärtet wird,
wenn das SAW-Bauelement 31 durch eine
Vakuum-Typ-Chipanbringungsvorrichtung automatisch angebracht wird,
ist die Vakuumanziehung durch die Chipanbringungsvorrichtung nicht
stabil, so daß eine
häufige
Fehlanbringung stattfinden kann.
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Bei
einem solchen SAW-Bauelement 31 sind der elementseitige
und der substratseitige Dichtungsring 35 und 38,
die beispielsweise aus Au hergestellt sind, zusammen verbunden und
vereinigt, indem beide durch eine Aufschmelzlötung gelötet werden, nachdem dieselben
provisorisch aneinander gepreßt
wurden.
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Um
jedoch den elementseitigen und den substratseitigen Dichtungsring 35 und 38,
die aus Au hergestellt sind, provisorisch aneinander zu pressen, müssen dieselben
auf etwa 250 bis 400°C
erwärmt werden.
Wenn das SAW-Element 32 aus einem hochpyroelektrischen
Material hergestellt ist (LiTaO3 oder LiNbO3), ist es wahrscheinlich, daß das SAW-Element 32 durch
eine Pyroelektrizität
aufgrund des Erwärmens
beschädigt
wird. Der pyroelektrische Schaden bewirkt dahingehend ein Problem, daß die Charakteristika
des SAW-Elements 32 ungünstig beeinflußt werden.
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Darüber hinaus
werden daraufhin der substratseitige Dichtungsring 38 und
der elementseitige Dichtungsring 35 nach dem provisorischen
Pressen, das im vorhergehenden erwähnt wurde, durch eine Aufschmelzlötung gelötet, um
die hermetische Abgeschlossenheit zwischen dem SAW-Element 32 und dem
Anbringungssubstrat 36 zu befestigen. Da jedoch der Schmelzpunkt
von Au etwa 1.000°C
beträgt,
ist es erforderlich, daß,
wenn für
eine Aufschmelzlötung
geheizt wird, der elementseitige Dichtungsring 35 und der
substratseitige Dichtungsring 38 auf etwa 1.000°C oder mehr
erhitzt werden. Bei dem SAW-Bauelement 31 wird im allgemeinen
A1 als das Verdrahtungsmaterial verwendet, das einen ungefähren Schmelzpunkt
von 660°C
aufweist, was bedeutet, daß die
A1-Verdrahtung durch das Aufschmelzerwärmen geschmolzen wird. Wenn
die A1-Verdrahtung
auf diese Art und Weise unterbrochen wird, können die erforderlichen elektrischen Charakteristika
nicht erhalten werden, woraus sich das Erzeugen von defekten SAW-Bauelementen 31 ergibt.
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Die
US-A-4,864,470 beschreibt eine Befestigungsvorrichtung für eine Elektronikkomponente. Eine
Basisplatte mit Elektroden ist vorgesehen, wobei auf den Elektroden
Lothöcker
zur Befestigung eines SAW-Elements vorgesehen sind. Das SAW-Element
wird über
die Lothöcker
mit den Elektroden verbunden, und anschließend wird ein viskoses Haftmittel
um das SAW-Element gegossen, um so einen Zwischenraum abzuschließen und
gleichzeitig eine Randoberfläche
des SAW-Elements mit der oberen Oberfläche der Basisplatte zu verbinden.
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Die
US-A-5,488,014 zeigt ein Elektronikelement in einem abgedichteten
Gehäuse.
Das Gehäuse
umfaßt
einen Substratwafer und einen Abdeckungswafer, welche über ein
Gitter von Goldlotstreifen und Indiumlotstreifen, die auf den jeweiligen
Wafern angeordnet sind, verbunden werden. Auf dem Substratwafer
ist ein Elektronikelement angeordnet, das mit Elektroden auf dem
Substratwafer über
ein Lotmaterial verbunden ist.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren
zum Herstellen einer Elektronikkomponente zu schaffen, so daß die Elektronikkomponente
exzellente elektrische Charakteristika aufweist und gleichzeitig
mit einer höheren
Ausbeute hergestellt werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Die
vorliegende Erfindung kann die Probleme, die den herkömmlichen
Bauelementen zugeordnet sind, lösen
und schafft eine Einschluß-Typ-Elektronikkomponente
mit einer kleinen Größe und einer einfachen
Struktur mit exzellenten elektrischen Charakteristika und liefert
ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Elektronikkomponente,
bei dem Elektronikkomponenten mit einer hohen Ausbeute ohne fehlerhafte
Produkte hergestellt werden können.
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Eine
Elektronikkomponente weist ein Substrat mit einer Oberfläche, auf
der eine Elektrode gebildet ist, und ein Schaltungselement mit einer
Oberfläche,
auf der eine Schaltung gebildet ist, auf. Das Schaltungselement
wird derart gehalten, daß sich
die Oberfläche
des Schaltungselements und die Oberfläche des Substrats gegenüber liegen.
Eine Höckerelektrode
verbindet die Schaltung auf dem Schaltungselement und die Elektrode
auf dem Substrat miteinander, wobei ein Dichtungsmaterial das Schaltungselement
und das Substrat an dem Rand des Raums zwischen der schaltungsbildenden
Oberfläche
des Schaltungselements und dem Substrat miteinander verbindet. Der
Raum zwischen der schaltungsbildenden Oberfläche des Schaltungselements und
dem Substrat ist durch das Schaltungselement, das Substrat und das
Dichtungsmaterial hermetisch abgedichtet.
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Bei
dieser Elektronikkomponente bilden ein Schaltungselement und ein
Substrat das Komponentengehäuse;
ein Raum zwischen dem Schaltungselement und dem Substrat wird durch
eine Höckerelektrode
gebildet; und der Raum zwischen dem Schaltungselement und dem Substrat
wird durch das Schaltungselement, das Substrat und ein Randdichtungsmaterial
abgedichtet. Folglich ist kein Keramikgehäuse erforderlich, so daß die Elektronikkomponente
miniaturisiert und die Kosten reduziert werden können. Da darüber hinaus
die obere Oberfläche
des Schaltungselements nicht durch ein Dichtungsmaterial bedeckt
ist, kann die Oberfläche
desselben geglättet
werden, woraus sich das Verhindern von Anbringungsfehlern während des
Anbringens der Elektronikkomponenten durch eine automatische Anbringungsvorrichtung,
wie z. B. eine Vakuum-Typ-Chipanbringungsvorrichtung,
ergibt.
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Vorteilhafterweise
wird ein Tieftemperaturlötmaterial,
wie z. B. Lötmittel,
als das Dichtungsmaterial verwendet. "Tieftemperatur" bedeutet in diesem Zusammenhang, daß das Lötmaterial
bei einer Temperatur schmilzt, die sich unterhalb des Schmelzpunkts
von Gold (Au) und darüber
hinaus bei einer Temperatur befindet, die niedrig genug ist, um
die Probleme, die im vorhergehenden beschrieben wurden, zu vermeiden.
Da das Schaltungselement und das Substrat bei einer vergleichsweise
niedrigen Temperatur miteinander verbunden werden können, wird
das Schaltungselement durch die Wärme nicht beschädigt werden,
wodurch ermöglicht
wird, daß das
Ereignis von fehlerhaften Produkten reduziert wird. Wenn ein Lötmaterial,
wie z. B. Lötmittel,
als das Dichtungsmaterial verwendet wird, kann der Raum zwischen
dem Schaltungselement und dem Substrat selbst dann sicher und hermetisch
abgedichtet werden, falls die Oberseite des Schaltungselements nicht
durch ein Dichtungsmaterial bedeckt wird.
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Die
Größe des Schaltungselements
kann etwa die selbe Größe wie diejenige
des Substrats in der Elektronikkomponente sein.
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Bei
der Elektronikkomponente mit einer solchen Struktur kann die Elektronikkomponente
minimiert werden, indem die Größe des Substrats
minimiert wird, so daß eine
Miniaturelektronikkomponente gebildet werden kann.
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Die
Höckerelektrode
kann aus Au als ein Hauptbestandteil gebildet sein. Wenn die Höckerelektrode,
die aus Au als ein Hauptbestandteil gebildet ist, verwendet wird,
kann das Verbinden einfach erreicht werden, wobei ebenfalls der
Widerstandswert über
den verbundenen Abschnitt reduziert werden kann.
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Ein
Verfahren zum Herstellen von Elektronikkomponenten gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung weist folgende Schritte auf: Anordnen
einer Höckerelektrode
auf entweder einer Schaltung, die auf einem Schaltungselement gebildet ist,
oder einer Elektrode, die auf einem Substrat angeordnet ist; Anordnen
eines Dichtungsmaterials mit einer geringeren Höhe als diejenige der Höckerelektrode
an dem Rand von entweder der Oberfläche, auf der die Schaltung
gebildet ist, auf dem Schaltungselement oder dem Substrat, um die
Schaltung zu umgeben, die auf dem Schaltungselement gebildet ist; Anordnen
der Oberfläche,
auf der die Schaltung gebildet ist, damit dieselbe dem Substrat
gegenüber liegt;
Erden der Schaltung über
eine Elektrode auf dem Substrat, indem die Schaltung durch die Höckerelektrode
in Kontakt mit der Elektrode auf dem Substrat gebracht wird; Verbinden
der Schaltung mit der Elektrode auf dem Substrat durch die Höckerelektrode,
indem Druck an die Höckerelektrode
angelegt wird; und hermetisches Abdichten des Rands des Raums zwischen
dem Schaltungselement und dem Substrat mit dem Dichtungsmaterial.
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Wenn
eine Elektronikkomponente auf diese Art und Weise erzeugt wird,
kann, da die Schaltung geerdet ist, indem dieselbe über die
Höckerelektrode in
Kontakt mit der Schaltung auf dem Substrat gebracht ist, die pyroelektrische
Ladung, die in dem Schaltungselement erzeugt wird, wenn das Schaltungselement
mit dem Substrat verbunden wird, über die Höckerelektrode von der Seite
des Substrats zur Erdung dissipiert werden, so daß eine pyroelektrische
Schädigung
des Schaltungselements verhindert werden kann.
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Das
Schaltungselement und das Substrat werden miteinander verbunden,
indem die Höckerelektrode
und das Dichtungsmaterial gleichzeitig aufgebracht werden, so daß der Herstellungsprozeß der Elektronikkomponente
vereinfacht werden kann, um die Herstellungseffizienz zu erhöhen.
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Das
Verfahren kann ferner folgende Schritte aufweisen: Verbinden und
Vereinigen einer Mehrzahl von Schaltungselementen auf dem Substrat,
wobei das Substrat eine Größe aufweist, die
einer Mehrzahl von Schaltungselementen entspricht; und Trennen des
Substrats, auf dem die Mehrzahl von Schaltungselementen angebracht
sind, um eine Mehrzahl von einzelnen Elektronikkomponenten zu bilden.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
können mehrere
Elektronikkomponenten gleichzeitig erzeugt werden, so daß die Effizienz
der Herstellung der Elektronikkomponenten erhöht werden kann.
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Zu
Verdeutlichungszwecken für
die Erfindung sind in den Zeichnungen mehrere Formen gezeigt, die
augenblicklich bevorzugt werden, wobei jedoch darauf hingewiesen
wird, daß die
Erfindung nicht auf die präzisen
Anordnungen und Instrumentalien begrenzt sind, die gezeigt sind.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden im folgenden bezugnehmend auf
die begleitenden Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
Schnittansicht, die die Struktur eines herkömmlichen SAW-Bauelements zeigt;
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2 eine
Schnittansicht, die die Struktur eines weiteren herkömmlichen
SAW-Bauteils zeigt;
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3 eine
Schnittansicht, die die Struktur eines ferner weiteren herkömmlichen
SAW-Bauteils zeigt;
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4 eine
Schnittansicht, die die Struktur eines weiteren herkömmlichen
SAW-Bauelements zeigt;
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5A eine
Schnittansicht eines SAW-Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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5B eine
Schnittansicht des SAW-Bauelements, das in 5A gezeigt
ist, die entlang der Linie X-X in 5A entnommen
ist;
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6A bis 6E Schnittansichten,
die ein Verfahren zum Herstellen des in 5A und 5B gezeigten
SAW-Bauelements zeigen;
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7A bis 7C Schnittansichten,
die ein Verfahren zum Herstellen eines SAW-Bauelements gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigen;
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8 eine
Schnittansicht, die ein SAW-Bauelement gemäß einem ferner weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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9 eine
Schnittansicht, die ein SAW-Bauelement gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung zeigt.
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5A und 5B sind
Schnittansichten eines SAW-Bauelements 51 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Das Bezugszeichen 52 stellt
ein SAW-Element dar, das auf einem Anbringungssubstrat 53 umgekehrt
angebracht ist. Bei dem SAW-Element 52 sind auf einer Oberfläche eines
piezoelektrischen Substrats 54, das aus einem Kristall,
LiTaO3, LiNbO3,
usw., gebildet ist, zwei Sätze
von Interdigitalelektroden (IDT-Elektroden; interdigital electrodes) 55,
die aus A1, usw. gebildet sind, gebildet, wobei eine Eingangs-Ausgangs-Elektrode 56 für jeden
Satz von Interdigitalelektroden 55 gebildet ist. Auf einer
Oberfläche
des piezoelektrischen Substrats 54 ist ein elementseitiger Dichtungsring 57 entlang
des gesamten Rands desselben gebildet.
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Das
Anbringungssubstrat 53 weist etwa die selbe Länge-zu-Breite-Größe wie diejenige
des SAW-Elements 52 auf. Auf der oberen und unteren Oberfläche des
Anbringungssubstrats 53 sind eine innere Herausführungselektrode 58 bzw.
eine äußere Elektrode 59 angeordnet,
die sich einander gegenüber
liegen, wobei die Elektroden 58 und 59 über ein Durchgangsloch 60 miteinander
leitfähig
verbunden sind, das in dem Anbringungssubstrat 53 gebildet
ist, um beide Seiten desselben zu durchdringen. Entlang des gesamten
Randabschnitts der oberen Oberfläche
des Anbringungssubstrats 53 ist ferner ein substratseitiger
Dichtungsring 61 angeordnet.
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Als
nächstes
ist das SAW-Element 52 umgekehrt auf das Anbringungssubstrat 53 gelegt,
wobei die Eingangs-Ausgangs-Elektrode 56 mit
der inneren Herausführungselektrode 58 des
Anbringungssubstrats 53 durch eine Höckerelektrode 62 verbunden
ist, die aus Au als einem Hauptbestandteil gebildet ist, wie z.
B. durch einen Au-Höcker.
Der elementseitige Dichtungsring 57 und der substratseitige
Dichtungsring 61 sind durch ein Dichtungsmaterial 63 verbunden.
Folglich ist der Raum 64 zwischen der inneren Oberfläche des
SAW-Elements 52 (der Oberfläche, auf der die Interdigitalelektroden 55 angeordnet
sind) und dem Anbringungssubstrat 53 durch Verbinden des
elementseitigen Dichtungsrings 57 mit dem substratseitigen
Dichtungsring 61 unter Verwendung des Dichtungsmaterials 63 hermetisch
abgedichtet. Als das Dichtungsmaterial 63 wird ein Lötmaterial
verwendet, das aus Sn oder Pb als ein Hauptbestandteil gebildet
ist: beispielsweise Sn-Gruppe-Lötmittel, Pb-Gruppe-Lötmittel,
mehrere Arten von Pb-freiem Lötmittel
usw. können
verwendet werden.
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Bei
dem SAW-Bauelement 51 mit einer solchen Struktur wird kein
Keramikgehäuse
wie diejenigen bei dem ersten herkömmlichen Beispiel und dem dritten
herkömmlichen
Beispiel verwendet, wobei, da die Dichtungsstruktur durch das SAW-Element 52 und
das Anbringungssubstrat 53 selbst gebildet wird, eine Miniaturisierung
und eine Höhenreduzierung des
SAW-Bauelements 51 erzielt werden können. Da das aufwendige Keramikgehäuse nicht
verwendet wird, können
ferner die Kosten reduziert werden. Da die Höckerelektrode 62 zum
Verbinden des SAW-Elements 52 mit dem Anbringungssubstrat 53 verwendet
wird, kann der Raum 64 zwischen der inneren Oberfläche des
SAW-Elements 52 und dem Anbringungssubstrat 53 durch
die Höhe
der Höckerelektrode 62 so
befestigt werden, daß die
elastische Oszillation des SAW-Elements 52 nicht gehemmt wird.
Da ferner zum Verbinden kein Draht verwendet wird, ist der Raum
für eine
Verdrahtung nicht erforderlich, so daß das SAW-Bauelement 51 sogar
noch mehr miniaturisiert werden kann.
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Bei
dem SAW-Bauelement 51 gemäß der vorliegenden Erfindung
ist ferner, da der Raum 64, innerhalb dessen die Interdigitalelektroden 55 enthalten
sind, lediglich durch das SAW-Element 52,
das Anbringungssubstrat 53 und das Dichtungsmaterial 63 abgedichtet
ist, das Dichtungsharz wie bei dem zweiten herkömmlichen Beispiel und dem vierten herkömmlichen
Beispiel nicht erforderlich, so daß die Charakteristika des SAW-Bauelements 51 nicht
verschlechtert werden. Da das Dichtungsharz nicht verwendet wird,
kann darüber
hinaus die obere Oberfläche
des SAW-Bauelements 51 glatt gebildet sein, so daß das Anbringen
der Komponenten durch eine Chipanbringungsvorrichtung usw. einfach
durchgeführt werden
kann.
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Da
ferner bei diesem SAW-Bauelement 51 die Oberfläche desselben
nicht durch das Dichtungsharz bedeckt ist, ist dieselbe folglich
eine glatte Oberfläche,
so daß dieselbe
einfach durch eine Vakuum-Typ-Chip-Anbringungsvorrichtung, usw.,
aufgenommen werden kann, so daß die
Komponentenanbringung sicher durchgeführt werden kann.
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Bezugnehmend
auf 6A bis 6E wird als
nächstes
ein Verfahren zum Herstellen des SAW-Bauelements 51 beschrieben.
Wie es in 6A gezeigt ist, wird eine Preßvorrichtung
bzw. Krimpstufe 65 geerdet, um an einem Erdungspotential
beibehalten zu werden, wobei auf der Preßvorrichtung 65 das
Anbringungssubstrat 53, das bei diesem Verfahren ein Mehrfachsubstrat
mit einer Größe (Fläche) ist,
die einer Mehrzahl von SAW-Elementen 52 entspricht, in
einer vorbestimmten Position angeordnet ist. Eine Mehrzahl von Durchgangslöchern 60 sind
in dem Anbringungssubstrat 53 gebildet, um beide Seiten
desselben zu durchdringen. Das obere Ende jedes Durchgangslochs 60 ist
mit einer inneren Herausführungselektrode 58 leitfähig verbunden,
die auf der oberen Oberfläche
des Anbringungssubstrats 53 gebildet ist, wohingegen das
untere Ende des Durchgangslochs 60 mit einer äußeren Elektrode 59 leitfähig verbunden
ist, die auf der Unterseite des Anbringungssubstrats 53 gebildet
ist, so daß jede
innere Herausführungselektrode 58 und
jede äußere Elektrode 59 in
einer Eins-zu-Eins-Beziehung über
das Durchgangsloch 60 miteinander leitfähig verbunden sind. Auf der
oberen Oberfläche
jeder inneren Herausführungselektrode 58 wird
die Höckerelektrode 62,
die aus Au gebildet ist, durch eine Drahtverbindungstechnik angeordnet,
wie z. B. das Verfahren zum Verschmelzungsverbinden eines Au-Drahts.
An dem gesamten äußeren Rand
der Region, die einem SAW-Bauelement 51 auf der oberen
Oberfläche
des Anbringungssubstrats 53 entspricht, ist der substratseitige
Dichtungsring 61, der aus einem metallischen Material mit
exzellenten Befeuchtungscharakteristika gebildet ist, für eine Lötung angeordnet.
Als das metallische Material mit exzellenten Befeuchtungscharakteristika
zum Löten
kann eine Doppelschichtstruktur, wie z. B. eine Au-Schicht, die
auf einer Ni-Schicht aufgebracht ist, verwendet werden. Auf den
gesamten Rand der oberen Oberfläche
dieses substratseitigen Dichtungsrings 61 wird das Dichtungsmaterial 63,
das aus einem Lötmaterial,
wie z. B. Lötmittel,
gebildet ist, gelegt. Das Dichtungsmaterial 63 kann durch
Plazieren von Lötmittelpaste
auf dem substratseitigen Dichtungsring 61 durch beispielsweise
ein Druckverfahren, ein Rückflußlöten in Anwesenheit
lediglich der Lötmittelpaste
und darauffolgendes Säubern
der Lötmittelpaste,
um Flußmittelrückstände zu beseitigen,
gebildet werden. Die Höhe
jeder Höckerelektrode 62 ist
eingestellt, um vor dem Verbinden größer als die Höhe des Dichtungsmaterials 63 auf dem
Anbringungssubstrat 53 zu sein.
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Andererseits
werden auf der unteren Oberfläche
eines Werkzeugs 66 zum thermischen Kompressionsverbinden,
das oberhalb der Preßvorrichtung 65 positioniert
ist, eine Mehrzahl der SAW-Elemente 52, die durch die Interdigitalelektroden 55 und die
Eingangs-Ausgangs-Elektroden 56, usw., auf der oberen Oberfläche derselben
gebildet sind, durch Vakuum umgekehrt in einer Position gehalten,
um auf dem Anbringungssubstrat 53 angebracht zu werden.
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Auf
diese Art und Weise werden das Anbringungssubstrat 53,
das auf der Preßvorrichtung 65 positioniert
ist, und das SAW-Element 52, das durch das Werkzeug 66 zum
thermischen Kompressionsverbinden auf der unteren Oberfläche desselben
gehalten wird, einander gegenüberliegend
angeordnet. Nachdem dieselben positioniert sind, wie es in 6B gezeigt
ist, werden dieselben zueinander in Kontakt gebracht. Da die Höhe der Höckerelektrode 62 zu
diesem Zeitpunkt größer als
die Höhe
des Dichtungsmaterials 63 ist, gilt, wenn das Werkzeug 66 zum
thermischen Kompressionsverbinden herabgelassen wird, folgendes:
Erstens trifft, wie es in 6B gezeigt
ist, die Höckerelektrode 62 auf
die Eingangs-Ausgangs-Elektrode 56 des SAW-Elements 52;
das Werkzeug 66 zum thermischen Kompressionsverbinden wird
auf 250°C
bis 400°C
erwärmt;
die Höckerelektrode 62 wird
durch die Wärme und
den Druck des Werkzeugs 66 zum thermischen Kompressionsverbinden
zerbrochen, wenn das Werkzeug 66 zum thermischen Kompressionsverbinden
durch Anlegen von Druck weiter herabgelassen wird; und dadurch,
wie es in 6C gezeigt ist, berührt das
Dichtungsmaterial 63 des Anbringungssubstrats 53 den
elementseitigen Dichtungsring 57 der SAW-Elemente 52.
Zu diesem Zeitpunkt wird eine ausreichende Wärme angelegt, um das Dichtungsmaterial 63 zu
schmelzen, das aus einem Lötmaterial,
wie z. B. Lötmittel,
gebildet ist, wobei an die SAW-Elemente 52 und
das Anbringungssubstrat 53 durch das Werkzeug 66 zum
thermischen Kompressionsverbinden Druck angelegt wird. Der Druck
bricht die Oxidmembran der Schmelzoberfläche des Dichtungsmaterials 63,
die das Dichtungsmaterial 63 mit dem elementseitigen Dichtungsring 57 jedes SAW-Elements 52 verbindet;
und gleichzeitig werden die Höckerelektroden 62 auf
dem Anbringungssubstrat 53 durch die Wärme des Werkzeugs 66 zum
thermischen Kompressionsverbinden mit den entsprechenden Eingangs-Ausgangs-Elektroden 56 der SAW-Elemente 52 mittels
einer Diffusionsverbindung verbunden. Auf diese Art und Weise können das
Verbinden des Dichtungsmaterials 63 und das Verbinden der
Höckerelektroden 62 gleichzeitig
durchgeführt
werden, so daß die
Anzahl von Schritten zur Vereinfachung des Prozesses reduziert werden
können.
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Bei
dem vierten herkömmlichen
Beispiel ist es erforderlich, den substratseitigen Dichtungsring und
den elementseitigen Dichtungsring bei etwa 1.000°C durch Aufschmelzlötung zu
löten.
Da bei dem vorliegenden Beispiel das Dichtungsmaterial 63, das
aus Lötmittel,
usw., gebildet ist, verwendet wird, können die SAW-Elemente 52 und
das Anbringungssubstrat 53 durch Erwärmen auf 250°C bis 400°C miteinander
verbunden werden, um den Raum 64 abzudichten, woraus sich
weniger fehlerhafte Produkte aufgrund von Rissen in der Verdrahtung,
usw., ergeben.
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Da,
wie es im vorhergehenden beschrieben wurde, die Höhe der Höckerelektrode 62 vor
dem Verbinden größer als
die Höhe
des Dichtungsmaterials 63 sein soll, können, wenn die SAW-Elemente 52 und
das Anbringungssubstrat 53 miteinander verbunden werden,
die Höckerelektroden 62 zerbrochen werden,
bevor die SAW-Elemente 52 und das Anbringungssubstrat 53 durch
das Dichtungsmaterial 63 miteinander verbunden werden,
damit die Höckerelektroden 62 mit
den Eingangs-Ausgangs-Elektroden 56 des SAW-Elements 52 sicher
verbunden sind.
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Da,
wie es im vorhergehenden erwähnt
wurde, die SAW-Elemente 52 eine Pyroelektrizität aufweisen,
sammelt sich, wenn die Temperatur geändert wird, eine elektrische
Ladung (pyroelektrische Ladung) auf der Oberfläche derselben an. Durch diesen Mechanismus
wird eine Entladung zwischen den Interdigitalelektroden 55 erzeugt,
so daß die
Interdigitalelektroden 55 lokal geschmolzen werden können, wobei
es wahrscheinlich ist, daß dies
schadhafte Produkte bewirkt. Dieses Phänomen wird als pyroelektrische
Schädigung
bezeichnet, wobei als pyroelektrisch-schädigungsanfällige Materialien LiTaO3, LiNbO3, usw.,
bekannt sind. Die pyroelektrische Schädigung kann verhindert werden,
indem dafür
gesorgt wird, daß die
Ladung von den SAW-Elementen 52 schnell entkommt. Dies
wird bei dem vorliegenden Verfahren wie folgt erreicht. Bei dem
SAW-Bauelement 51 soll die Höhe der Höckerelektrode 62 größer als
die Höhe
des Dichtungsmaterials 63 sein, wobei, wenn die SAW-Elemente 52 und
das Anbringungssubstrat 53 vereinigt werden, die Höckerelektrode 62 zuerst
in einen Kontakt mit der Eingangs-Ausgangs-Elektrode 56 gedrängt wird;
wobei die Ladung auf den SAW-Elementen 52 über die
Höckerelektroden 62 zu
dem Anbringungssubstrat 53 entkommt. Die Metallpreßvorrichtung 65 ist
geerdet, wobei das Anbringungssubstrat 53 auf die Preßvorrichtung 65 gelegt
ist. Die äußeren Elektroden 59 in
dem Anbringungssubstrat 53 sind mit der Preßvorrichtung 65 elektrisch
verbunden. Die Höckerelektroden 62 auf dem
Anbringungssubstrat 53 befinden sich ferner über die
inneren Herausführungselektroden 58,
die Durchgangslöcher 60,
die äußeren Elektroden 59 und
die Preßvorrichtung 65 in
einem geerdeten Zustand. Dementsprechend wird die Ladung, die zu dem
Anbringungssubstrat 53 entkommt, über die Preßvorrichtung 65 zur
Erdung dissipiert. Wenn die Temperatur der Höckerelektrode 62 zum
Verbinden erhöht
wird, nachdem dieselbe in einen Kontakt mit den SAW-Elementen 52 gedrängt worden
ist, wird die Ladung, die auf den SAW-Elementen 52 erzeugt wird, über die
Höckerelektrode 62,
das Anbringungssubstrat 53 und die Preßvorrichtung 65 zur
Erdung dissipiert. Folglich können,
sogar falls ein piezoelektrisches Substratmaterial mit einer hohen
Pyroelektrizität
verwendet wird, das SAW-Element 52 und das Anbringungssubstrat 53 miteinander
verbunden werden, ohne die pyroelektrische Schädigung zu bewirken.
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Obwohl
in 6A und 6B die
Höckerelektroden 62 anfangs
auf dem Anbringungssubstrat 53 angeordnet sind, können die
Höckerelektroden 62 zusätzlich ferner
auf den SAW-Elementen 52 angeordnet sein. Falls jedoch
eine Technik, wie z. B. Drahthöckererzeugung,
verwendet wird, um die Höckerelektroden 62 auf
den SAW-Elementen 52 zu bilden, wird ein Wafer erwärmt, während derselbe
die Höckerelektrode
bildet, woraus sich eine wahrscheinliche pyroelektrische Schädigung ergibt.
Folglich kann durch Anordnen der Höckerelektrode 62 anstatt
dessen auf dem Anbringungssubstrat 53 das SAW-Bauelement 51 mit
einer höheren
Ausbeute hergestellt werden.
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Nachdem
die SAW-Elemente 52 und das Anbringungssubstrat 53 fertiggestellt
und auf diese Art und Weise miteinander verbunden sind, wie es in 6D gezeigt
ist, wird das Werkzeug 66 zum thermischen Kompressionsverbinden
von der Position auf der Preßvorrichtung 65 zurückgezogen;
das zusammenverbundene SAW-Bauelement 51 wird abgekühlt; und
die elektrische Ladung, die während
des Kühlens
erzeugt wird, wird über
die Preßvorrichtung 65 zur
Erdung dissipiert. Nachdem das SAW-Bauelement 51 abgekühlt ist,
wird, wie es in 6E gezeigt ist, das Anbringungssubstrat 53 (Mehrfachsubstrat) durch
Vereinzelung abgetrennt, um eine Mehrzahl von SAW-Bauelementen 51 gleichzeitig
zu erzeugen, wie sie in 5A–5B gezeigt
sind. Obwohl das SAW-Bauelement 51 einzeln erzeugt werden
kann, kann das SAW-Bauelement 51 effizienter erzeugt werden,
indem eine Mehrzahl derselben gleichzeitig erzeugt und daraufhin
wie bei diesem Ausführungsbeispiel
voneinander getrennt wird.
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7A bis 7C sind
schematische Darstellungen, die die Struktur und ein Verfahren zum Herstellen
eines SAW-Bauelements 71 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigen. Bei diesem Ausführungsbeispiel gilt
folgendes: ein Anbringungssubstrat 53, das aus einer gedruckten
Schaltungsplatine oder einer Keramikplatine, usw., gebildet ist,
weist eine größere Fläche als
diejenige eines SAW-Elements 52 auf; an einer Elementanbringungsregion
auf der oberen Oberfläche
des Anbringungssubstrats 53 sind ein substratseitiger Dichtungsring 61 und
eine innere Herausführungselektrode 58 angeordnet;
auf die Oberseite des substratseitigen Dichtungsrings 61 wird
ein Dichtungsmaterial 63, das aus Lötmaterial, wie z. B. Lötmittel,
gebildet ist, gelegt; die innere Herausführungselektrode 58 ist
mit einer äußeren Elektrode (nicht
gezeigt in 7A bis 7C) leitfähig verbunden,
die gebildet ist, um mit einer Preßvorrichtung elektrisch verbunden
zu sein; und an anderen Regionen als der SAW-Elementanbringungsregion
des Anbringungssubstrats 53 sind Verdrahtungsstrukturen 72 gebildet,
auf denen erforderliche Oberflächenanbringungskomponenten 73 durch
Löten,
usw., angebracht sind.
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Andererseits
sind auf der Oberfläche
des SAW-Elements 52 Eingangs-Ausgangs-Elektroden 56 von
Interdigitalelektroden 55 und ein elementseitiger Dichtungsring 57 gebildet,
wobei Höckerelektroden 72 auf
den Eingangs-Ausgangs-Elektroden 56 gebildet sind. Bei
diesem Ausführungsbeispiel
ist die Höhe
der Höckerelektrode 62 ebenfalls
größer als
die Höhe
des Dichtungsmaterials 63.
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Wie
bei dem ersten Ausführungsbeispiel, das
in 6A–6E gezeigt
ist, läuft
das Verfahren, das in 7A gezeigt ist, wie folgt ab:
das im vorhergehenden erwähnte
Anbringungssubstrat 53 wird auf die Preßvorrichtung (nicht gezeigt)
gelegt, die geerdet ist; und das SAW-Element 52 wird durch ein
Vakuum auf der unteren Oberfläche
des Werkzeugs zum thermischen Kompressionsverbinden (nicht gezeigt)
umgekehrt gehalten. Wie es in 7B gezeigt
ist, wird als nächstes
das SAW-Element 52 auf dem Anbringungssubstrat 53 angebracht;
und die Höckerelektrode 62 wird
mit der inneren Herausführungselektrode 58 des
Anbringungssubstrats 53 in Berührung gebracht. In diesem Zustand
ist die Höckerelektrode 62 über die
Preßvorrichtung 65,
usw., geerdet, so daß die
Ladung, die in dem SAW-Element 52 erzeugt wird, zur Erdung
dissipiert wird. Zu diesem Zeitpunkt ist das Dichtungsmaterial 63 immer noch
von dem elementseitigen Dichtungsring 57 getrennt.
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Nachdem
die Dichtungselektrode 62 mit der inneren Herausführungselektrode 58 auf
diese Art und Weise in Berührung
gebracht worden ist, werden das SAW-Element 52 und das
Anbringungssubstrat 53 erwärmt, während dieselben durch das Werkzeug zum
thermischen Kompressionsverbinden und die Preßvor richtung derart gepreßt werden,
daß, wie
es in 7C gezeigt ist, die Höckerelektrode 62 mit
der inneren Herausführungselektrode 58 verbunden wird,
und ferner das Dichtungsmaterial 63 geschmolzen wird, um
mit dem elementseitigen Dichtungsring 57 verschweißt zu sein.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
ist ebenfalls kein Gehäuse,
wie z. B. ein Keramikgehäuse,
erforderlich, so daß eine
Miniaturisierung und eine Reduzierung der Höhe des SAW-Bauelements erzielt
werden kann, und die Kosten ebenfalls reduziert werden können. Darüber hinaus
kann die hermetische Abgeschlossenheit des SAW-Elements 52 durch
das Abdichten des Rands des Raums zwischen dem SAW-Element und dem
Anbringungssubstrat durch ein Dichtungsmaterial, wie z. B. Lötmittel,
hergestellt werden. Da darüber
hinaus andere Komponenten auf dem Anbringungssubstrat 53 angebracht
werden können,
kann eine Anbringungsdichte von Komponenten erhöht werden, so daß der Grad
an Integriertheit jeder Schaltung erhöht wird.
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8 ist
eine Schnittansicht, die die Struktur eines SAW-Bauelements 76 gemäß eines
ferner weiteren Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei diesem SAW-Bauelement 76 ist
ein leitfähiger
Film 77 gebildet, um die Außenoberfläche des Anbringungssubstrats 53 zu
bedecken; ein leitfähiger
Film 78 ist gebildet, um die Außenoberflächen des SAW-Elements 52 und
das Dichtungsmaterial 63 zu bedecken; und die leitfähigen Filme 77 und 78 sind
miteinander verbunden. Die leitfähigen
Filme 77 und 78 sind mit einer oder mehreren äußeren Elektroden 59 für eine Erdung
verbunden, während
dieselben von den anderen äußeren Elektroden 59 isoliert
sind.
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Sogar
falls ein Isolierungsanbringungssubstrat 53 verwendet wird,
wird gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
das SAW-Bauelement 76 mit einer Steuerungsabschirmung gegen
elektromagnetisches Strahlungsrauschen versehen. Zusätzlich können die leitfähigen Filme 77 und 78 durch
eine Harzlage, auf der leitfähige
Teilchen verteilt werden, durch Formen einer metallischen Lage oder
durch ein Harzformen, bei dem leitfähige Teilchen gemischt und
verteilt werden, gebildet werden.
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9 ist
eine Schnittansicht, die die Struktur eines SAW-Bauelements 81 gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt. Dieses SAW-Bauelement 81 weist ebenfalls
einen elektromagnetischen Abschirmungseffekt auf. Der elementseitige
leitfähige
Film 78 ist lediglich auf der Rückseite des SAW-Elements 52 angeordnet und
mit dem leitfähigen
Film 77 des Anbringungssubstrats 53 über ein
Durchgangsloch 82 verbunden, das in dem SAW-Element 52 und
dem Dichtungsmaterial 63 gebildet ist.
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Folglich
kann bei diesem Ausführungsbeispiel
für das
SAW-Bauelement,
das das Isolierungsaufbringungssubstrat 53 verwendet, die
Steuerungsabschirmung gegen elektromagnetisches Strahlungsrauschen
ebenfalls geliefert werden.
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Bei
jedem der im vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispiele ist der Fall
beschrieben, bei dem die Höckerelektrode
aus Au gebildet ist, und das Dichtungsmaterial aus einem Lötmaterial,
wie z. B. Lötmittel,
gebildet ist. Wie für
das Verfahren zum Verbinden der Höckerelektrode und des Dichtungsmaterials
ist die Verwendung des Erwärmens
nicht notwendigerweise möglich,
wobei Ultraschall, Druck, Schwingung, usw. ebenso angewendet werden
können.