DE3606214A1 - Halterung des substratplaettchens eines oberflaechenwellen-bauelementes - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halterung eines Substratplättchens eines Oberflächenwellen-Bauele­ mentes, wie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher angegeben.

Oberflächenwellen-Bauelemente sind hinlänglich bekannt. Vorzugsweise sind dies Filter bzw. Resonatoren und/oder Laufzeitleitungen. Wesentliche Merkmale solcher Bauele­ mente sind die auf der Oberfläche der Substratplatte ange­ ordneten bzw. vorhandenen, die vorgegebenen Eigenschaften dieses Bauelementes im wesentlichen bestimmenden Wandler­ und/oder Reflektorstrukturen. Diese Strukturen sind auf die Oberfläche aufgebrachte streifenförmige Fingerelektro­ den und/oder Reflektorstreifen sowie weitere Zusatzstruk­ turen, wie Pads, Abschirmelektroden und dgl.. Für Reflek­ torstrukturen sind anstelle metallischer Streifen auch (elektrisch nicht leitende) Ätzstrukturen der Substratober­ fläche geläufig.

Ein solches Substratplättchen aus vorzugsweise Quarz, Lithiumniobat, Lithiumtantalat und dgl. ist regelmäßig auf einer Unterlage gehaltert und in einem Gehäuse angebracht, wobei zur Halterung zwischen der den Strukturen gegenüber­ liegenden, rückseitigen Oberfläche des Substratplättchens und der Unterlage ein Mittel mit Klebwirkung vorgesehen ist. Üblich ist über die rückseitige Oberfläche hinweg sich ganzflächig erstreckende Anordnung dieses Mittels, nämlich um eine satte Auflage des Substratplättchens auf der Unterlage zu haben.

Bevorzugt wird als Mittel mit Klebwirkung ein solches, das erhebliche Plastizität aufweist, so daß angenommenerweise z.B. aufgrund von Temperaturänderungen, auftretende Spannungen vom Substratplättchen weitgehend ferngehalten sind. Abdampfungen aus einem solchen viskosen Klebemittel, verbunden mit entsprechendem Niederschlag auf der die Strukturen tragenden Substratoberfläche des Substratplätt­ chens, sind als Grund für aufgetretene Störungen angenom­ men worden, die sich aber nicht dadurch beseitigen ließen, daß man weniger Lösungsmittel bzw. Weichmacher enthalten­ de, dementsprechend härtere Kleber verwendet hat.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Maßnahmen für ein Oberflächenwellen-Bauelement anzugeben, mit denen bei bekannten Bauelementen dieser Art aufgetretene Störungen zu minimieren sind.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst und weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Störungen zeigen sich in auffallendem Ausmaß besonders bei schmalbandigen Filtern und Resonatorbauelementen und/oder Laufzeitleitungen, wobei diese Störungen auf mechanischen Einwirkungen beruhen, die von Gehäuseteilen und dgl. aus­ gehen. In der älteren Patentanmeldung P 35 43 079.6 (85 P 1877) sind Maßnahmen beschrieben, wie solchen Störungen begegnet werden kann. Diese ältere Lösung be­ steht darin, ein an sich längliches, rechteckiges Substratplättchen nur im Bereich seines einen Endes in dem Gehäuse bzw. an einer Grundplatte zu haltern. Das hier­ für zu verwendende Mittel mit Verbindungswirkung ist vor­ zugsweise Klebstoff. Die Flächenausdehnung dieser Halterung des Substratplättchens ist derart begrenzt bemessen, daß sich dieses Mittel mit Verbindungswirkung im Bereich dieses gehalterten Endes des Substratplättchens maximal nur bis etwa zur Mittellage einer solchen auf der Oberflä­ che des Substratplättchens sich befindenden Oberflächen­ wellenstruktur erstreckt. Gemeint ist damit eine die vorge­ gebenen Eigenschaften des Bauelementes wesentlich (mit-)be­ stimmende Wandler- und/oder Reflektorstruktur, wobei die Mittellage einer solchen Struktur einen gewissen Grenz­ bereich angibt, von dem ab, gesehen vom Zentrum der Struk­ tur hin zu diesem gehalterten Ende, die bestimmenden Eigen­ schaften dieser Struktur stark abnehmend sind.

Hinsichtlich der Beseitigung von Störungen, die auf Tempe­ raturgang und Verzerrungen im Material des Substratplätt­ chens beruhen, stellt die Lösung gemäß der obengenannten älteren Patentanmeldung bereits einen entscheidenden Fort­ schritt dar. Es wurde aber festgestellt, daß noch verblie­ bene Störungen weiter minimiert werden können, indem man dem Substratplättchen eine hinsichtlich der Form seiner Oberfläche sich verjüngende Gestalt gibt, z.B. keilförmige Gestalt, z.B. auch die Gestalt eines stumpfen Keiles bzw. Trapezes gibt.

Aus der US-PS 37 53 164 und der US-PS 44 50 420 sind Ober­ flächenwellenfilter mit trapezförmigen bzw. dreieckigen Substratplättchen bekannt. Die dort gewählte Formgebung dient der Verminderung von Reflexionen und/oder der Ein­ sparung an Substratmaterial. In noch anderem Zusammenhang ist aus 1983 Ultrasonics Symposium, S. 268, Fig. 4 die Verwendung eines Substratkörpers mit dreieckiger Oberfläche bekannt. Es handelt sich dabei um einen Kraft­ messer und die Meßgröße wird einer auf der Oberfläche be­ findlichen Oberflächenwellenstruktur entnommen.

Das bei der Erfindung verwendete spitz- oder stumpf-keil­ förmige Substratplättchen ist an seinem breiten ersten Ende durch z.B. Klebstoff gehaltert, der sich nicht weiter als bis zur Mittellage der von diesem Ende her gesehen ersten bestimmenden Struktur erstreckt. Die übrigen Anteile der gesamten Oberflächenwellenstruktur dieses Bauelementes können sich dann bis in das gegenüberliegende Ende des keilförmigen Substratplättchens erstrecken, obwohl im Bereich dieses Endes des "Keiles" das Substratplättchen an sich außerordentlich empfindlich ist hinsichtlich Biegun­ gen desselben. Überraschenderweise wirkt sich bei dem Oberflächenwellen-Bauelement mit wie erfindungsgemäß ange­ gebener Gestalt aufgrund der nur einseitigen Halterung zu erwartende Biegungen des Substratplättchens gerade beson­ ders wenig störend auf das Verhalten bzw. auf die Eigen­ schaften dieses Bauelements aus. Mit der erfindungsgemäßen Bauform kann man Oberflächenwellen-Bauelemente herstellen, die nur ein Minimum an solchen Störungen aufweisen, die auf der Montage des Substratplättchens im Gehäuse beruhen.

Eine bevorzugte Form des Substratplättchens eines er­ findungsgemäßen Oberflächenwellen-Bauelementes ist die eines Keiles mit einer Oberfläche gleich einem wenigstens nahezu gleichseitigen Dreieck, d.h. mit spitzen Winkeln von 60°. Die eine Seite dieses Dreiecks ist das erwähnte erste Ende. Von diesem gehalterten, ersten Ende des Substratplättchens erstreckt dieses sich freitragend bis zu seinem gegenüberliegenden zweiten Ende, das die eine Dreiecksspitze ist. Entlang dieser Längserstreckung ist die Oberflächenwellen-Struktur angeordnet, und zwar vor­ zugsweise auch bis weit in diese Spitze hineinreichend.

Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus der nach­ folgenden Beschreibung zu Ausführungsbeispielen der Er­ findung hervor.

Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Bau­ elementes nach der Erfindung.

Fig. 2 gibt Hinweise auf eine weitere Form des Substrat­ plättchens.

Fig. 3 zeigt schematisch Maßnahmen zur Herstellung einer Vielzahl von Exemplaren einer Ausführungsform nach Fig. 1.

Mit 42 ist in Fig. 1 ein Substratplättchen in Aufsicht dargestellt. Die Dicke des Substratplättchens ist wie üb­ lich bemessen und ist insbesondere überall gleich groß. Das Substratplättchen 42 besteht z.B. aus Lithiumniobat oder -tantalat. Die Oberflächenform des Substratplättchens 42 ist beispielsweise ein gleichseitiges Dreieck.

Mit 52 und 53 sind zwei Interdigitalstrukturen bezeichnet, die z.B. als Eingangswandler und als Ausgangswandler des Bauelementes zu verwenden sind. Mit 53 und 54 sind zuge­ hörige Reflektorstrukturen bezeichnet. Diese Strukturen 51 bis 54 sind in-line angeordnet. Wie aus der Figur ersicht­ lich reicht diese Anordnung der Strukturen 51 bis 54 bis weit in die in der Figur rechtsseitige Spitze bzw. bis weit in dieses Ende 46 des Substratplättchens 42 hinein. Insbesondere ist die Reflektorstruktur 54, wie darge­ stellt, so ausgeführt, daß die Länge ihrer Streifen bzw. Finger zum letzten Finger 154 hin kürzer wird. Vorzugs­ weise wird eine entsprechende Verkürzung der Finger der Reflektorstruktur 53 vorgesehen, so daß auch der letzte Finger 153 der Reflektorstruktur 53 relativ kurz ist.

Das Substratplättchen 42 befindet sich auf einer Unterlage 41, von der nur Umrisse in Form abgebrochener Kanten dar­ gestellt sind. Diese Unterlage 41 befindet sich zusammen mit dem Substratplättchen 42 in einem nicht dargestellten Gehäuse.

Wie bereits in der vorangegangenen Beschreibung hervor­ gehoben, ist das Substratplättchen 42 auf der Unterlage 41 nur an dem einen (ersten) Ende 45 auf der Unterlage 41 ge­ haltert. Dieses erste Ende 45 ist der Nachbarbereich der einen Dreieckskante 145 des Substratplättchens 42. Für diese (einseitige) Halterung des Substratplättchens 42 an seinem ersten Ende 45 auf der Unterlage 41 sind Mittel mit Verbindungswirkung, insbesondere Klebstoff, vorgesehen. Mit 43 ist zwischen der (in der Figur) Unterseite des Substratplättchens 42 und der (in der Figur sichtbaren) Oberseite der Unterlage 41 befindlicher Kleber bezeichnet. Die zwischen dem Substratplättchen 42 und der Unterlage 41 befindliche Schichtdicke dieses Klebers 43 ist so groß bemessen, daß das ganze Substratplättchen 42 außerhalb des Bereichs 143 dieses Mittels 43 mit ausreichendem Abstand über der Unterlage 41 frei "schwebt" bzw. frei herausragt. Wichtig ist die Lage der Grenze 145 des Mittels 43, und zwar deren Lage in bezug auf die Reflektorstruktur 53. Wie dies auch schon in der älteren obengenannten Anmeldung angegeben ist, kann diese Grenze 145 (auf der Unterseite des Substratplättchens 42) bis in den Bereich bzw. bis zu der definierten Mittellage der Reflektorstruktur 53 reichen.

Die Strukturen 51 bis 54 und insbesondere die Reflektor­ strukturen 53 und 54 sind die vorgegebenen Eigenschaften des Bauelementes wesentlich bestimmende Strukturen. Sie bestimmen z.B. die Resonanzfrequenz, Bandbreite und dgl. eines Filters. Die Verhältnisse sind jedoch regelmäßig der­ art, daß die (vom Zentrum der Strukturen 51 bis 54 ge­ sehen) weiter außen liegenden Anteile der Reflektor­ struktur 53 (und der Reflektorstruktur 54) weniger stark bzw. (nach außen hin zunehmend) für die bestimmenden Eigenschaften weniger maßgeblich sind. So ist z.B. der in der Fig. 1 links von dieser Grenze 145 liegende Anteil der Reflektorstruktur 53 (mit dem letzten Finger 153) nur noch in untergeordnetem Maße mitbestimmend für die (vorge­ gebenen) Eigenschaften des ganzen Filters. Aus dem ent­ sprechenden Grunde konnte z.B. auch die Reflektorstruktur 54 zum zweiten Ende 56 des Substratplättchens 42 hin mit abnehmender Fingerlänge ausgebildet werden.

Bei der Erfindung sind die die vorgegebenen Eigenschaf­ ten des Bauelementes wesentlich bestimmenden Strukturen auf dem Substratplättchen derart plaziert, daß eine un­ symmetrische Anordnung bzw. Verteilung der Strukturen auf der Substratoberfläche vorliegt.

Zum Beispiel wird als Mittel 43 ein solches Klebmittel verwendet, das als harter Kleber zu bezeichnen ist. Be­ sonders geeignet sind vorvernetzte Epoxydharze und Polyimide. Günstig ist es, einen solchen Kleber zu ver­ wenden, der wenig fließend ist. Für die Erfindung sind aber als Mittel mit Verbindungswirkung auch andere Mittel anwendbar, wie z.B. Glaslot, Bonden, Legieren und dgl.. Hierfür werden vor dem Verbinden Schichten, vor­ zugsweise aus Metall, auf dem Substratplättchen 42 und/oder der Unterlage 41 in dem für das Mittel 43 bzw. für die Halterung des ersten Endes 45 des Substratplätt­ chens 42 vorgesehenen Bereich 143 aufgebracht. Die Verbin­ dung kann dann durch diese Schicht (-en) bewirkt sein. Auch eine solche Verbindung ist für die vorliegende Erfin­ dung zweckmäßigerweise hart. Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen, wie sie beispielsweise bei der Ausführungsform nach Fig. 1 realisiert sind, wird nicht nur erreicht, daß vom Gehäuse ausgehende, insbesondere temperaturänderungs­ bedingte Verbiegungen der Unterlage 41 sich nicht auf die vorgegebenen Eigenschaften des Bauelementes auswirken können, sondern daß auch Erschütterungen des Bauelementes trotz der einseitigen Halterung keinen störenden Einfluß ausüben, und zwar dies trotz der Tatsache, daß sich die Strukturen 51 bis 54 auf dem Substratplättchen in einem Bereich desselben befinden, der Biegungen ausführen kann.

Mit 57 und 58 sind angebrachte Dämpfungsmassen üblicher Art bezeichnet.

Lediglich schematisch ist mit 55 eine Fingerstruktur ange­ deutet, die sich in dem Bereich 143 des Mittels 43 mit Verbindungswirkung befindet. Es handelt sich bei der Struktur 55 jedoch um eine solche, die nicht mitbestimmend ist für die Eigenschaften des Bauelementes. Eine solche Struktur 55 kann z.B. ein weiterer Ausgangswandler für ein Steuersignal sein, der auf die eigentlichen bestimmenden Strukturen 51 bis 54 keine Rückwirkung hat.

Es ist nicht ausgeschlossen, daß das Substratplättchen 42 auf der Oberfläche der Unterlage 41 leicht aufliegen kann. Vorzugsweise ist aber ein kleiner Abstand bzw. Luftspalt zwischen dem Substratplättchen 42 und der Unterlage 41 vorgesehen. Insbesondere darf die Dämpfungsmasse 58 keine solche Verbindung mit der Unterlage 41 bewirken, die der Erfindung entgegenwirkt.

Wie aus der Figur ersichtlich, ist die Länge a, a′ zwischen der Kante 142 und dem letzten Finger 153 der Struktur 53 deutlich größer als die Länge b zwischen dem letzten Finger 154 der Struktur 54 und der Spitze 46 des Substrat­ plättchens 42. Dies ermöglicht eine solide Halterung des Substratplättchens 42 mittels z.B. des Klebers 43 auf der Unterlage 41.

Es ist oben darauf hingewiesen worden, daß der Rand 145 bis maximal zur Mittellage der Struktur 53 reichen kann, nämlich wie dies in der Figur mit der gestrichelten Linie angedeutet ist. Die punktierte Linie 245 weist auf eine Lage dieses Randes des Mittels 43 hin, die ebenfalls er­ findungsgemäß ist. Welche genaue Lage dieses Randes zwischen 145 und 245 gewählt wird, ist für die Erfindung von geringer Bedeutung. Eine Verkürzung der Länge a zu a′ verringert die Breite des Bereichs 143 der Halterung. Die Erstreckung der Länge a bis zur Grenze 145 bietet in diesem Sinne Vorteile, ohne nennenswerte Einbuße bezüglich der erfindungsgemäß erreichten Störunempfindlichkeit hinnehmen zu müssen.

Abmessungen eines erfindungsgemäß verwendeten Substrat­ plättchens 42 sind z.B.: Die Länge zwischen der Kante 142 und dem Ende 46 beträgt z.B. 6 mm und die Länge a z.B. 0,5 bis 1 mm. Der Luftspalt liegt im Bereich vom µm bis zu einigen Zehnteln Millimetern.

Fig. 2 zeigt als weiteres Beispiel ein Substratplättchen 42′ in der Form eines am zweiten Ende 46′ abgestumpften bzw. abgeschnittenen Keiles mit der Kante 142′ seines ersten Endes 45′.

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt einer Substratplatte 420 mit einer Anzahl Substratplättchen 42, auf denen sich die Strukturen (diese nur andeutungsweise dargestellt) be­ finden. Die kreuzweise verlaufenden, gestrichelten Linien deuten die Schnittlinien an, in denen die Substratplatte in die einzelnen Substratplättchen 42 bzw. die Bauelemente nach Fig. 1 zerschnitten wird.

Claims (11)

1. Halterung des Substratplättchens eines Oberflächen­ wellen-Bauelementes, vorzugsweise eines schmalbandigen, frequenzgenauen Fil­ ters bzw. Resonators oder einer Laufzeitleitung, wobei sich dieses Substratplättchen auf einer Unterlage befindet und für die Halterung ein Mittel mit Verbindungs­ wirkung zwischen dem Substratplättchen und einer Unterlage verwendet ist und wobei sich die auf der Substratoberflä­ che befindlichen, die vorgegebenen Eigenschaften des Bau­ elementes wesentlich bestimmenden Wandler- und/oder Reflek­ torstrukturen und dgl. angeordnet sind, gekennzeichnet dadurch,
daß das Substratplättchen (42) bezogen auf seine Ober­ fläche eine sich verjüngende Form hat, so daß das Substratplättchen ein breites erstes Ende (45) und gegen­ überliegend ein zweites Ende (46) mit dagegen schmalerer bis spitzer Form hat,
daß das Mittel (43) mit der Verbindungswirkung sich nur im Bereich (143) des ersten Endes (45) des Substratplättchens (42) befindet und sich dieses Mittel mit Verbindungswir­ kung nur maximal bis etwa zur Mittellage (145) der diesem ersten Ende auf der Substratoberflächen nächstliegenden bestimmenden Struktur (53) erstreckt,
daß das zweite Ende (46) freischwebend ist, so daß mecha­ nische Verspannungen des Materials des Substratplättchens (42), die auf das Substratplättchen im Bereich der auf der Oberfläche befindlichen, die vorgegebenen Eigenschaf­ ten des Bauelements wesentlich bestimmenden Strukturen einwirken, könnten minimiert sind.

2. Halterung nach Anspruch 1, gekennzeich­ net dadurch, daß das Substratplättchen (42) eine Oberfläche eines gleichseitigen Dreiecks hat (Fig. 1, Fig. 3).

3. Halterung nach Anspruch 1, gekennzeich­ net dadurch, daß das Substratplättchen (42′) die Form eines stumpfen Keiles hat (Fig. 2).

4. Halterung nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekenn­ zeichnet dadurch, daß die Grenze (245) des Halterungsbereiches (145) nur bis an das äußere Ende (153) der dem Halterungsbereich (143) nächst benachbar­ ten, bestimmenden Struktur (53) reicht.

5. Halterung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ge­ kennzeichnet dadurch, daß die Struk­ turen (51 bis 54) bis an das verjüngte Ende (46) des Substratplättchens (42) reicht.

6. Halterung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ge­ kennzeichnet dadurch, daß zwischen den sich gegenüberliegenden Oberflächen des Substratplätt­ chens (42) und der Unterlage (41) ein nur geringer Luft­ spalt eingehalten ist.

7. Halterung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ge­ kennzeichnet dadurch, daß das Mittel (43) mit Verbindungswirkung ein Klebstoff ist.

8. Halterung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ge­ kennzeichnet dadurch, daß das Mittel (43) mit Verbindungswirkung ein Glaslot ist.

9. Halterung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ge­ kennzeichnet dadurch, daß das Mittel (43) mit Verbindungswirkung eine metallische Bond­ schicht ist.

10. Halterung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ge­ kennzeichnet dadurch, daß das Mittel (43) mit Verbindungswirkung legierbare Metall­ schichten sind.

11. Verfahren zur Herstellung eines Bauelementes mit einer Halterung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ge­ kennzeichnet dadurch, daß zu­ nächst auf einer (vergleichsweise zu dem Substratplätt­ chen 42) großen Substratscheibe (420) den Bauelementen mit den Substratplättchen (42) entsprechende Strukturen (51 bis 54) aufgebracht werden und dann die Substratscheibe (420) den einzelnen Substratplättchen (42) entsprechend entlang solcher Geraden (421) zerschnitten wird, die zu drei sich kreuzenden Scharen jeweils paralleler Geraden der einzelnen Scharen gehören.