DE4328794A1

DE4328794A1 - Housing for SAW components

Info

Publication number: DE4328794A1
Application number: DE19934328794
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Phys Ruile; Valentin Dipl Phys Magori; Reinhold Dipl Phys Dr Kuhnert; Ulrich Dipl Phys Dr Knauer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1993-08-26
Filing date: 1993-08-26
Publication date: 1995-03-02

Abstract

A housing for SAW components is formed by a decoupling layer (4) of a material having acoustical properties which differ from the substrate being applied to at least a part of the acoustically active side of a SAW component system (2, 3) and on top of this a hermetically tight sealing layer (5) is applied. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gehäuse für OFW- Bauelemente nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention relates to a housing for SAW Components according to the preamble of claim 1.

Die Abkürzung "OFW" bezeichnet elektronische Bauelemente, deren Wirkungsprinzip auf der Wechselwirkung zwischen elektrischen Signalen und akustischen Oberflächenwellen beruht.The abbreviation "OFW" denotes electronic components, their principle of action on the interaction between electrical signals and surface acoustic waves is based.

Bisher sind OFW-Bauelemente zum Schutz gegen Umweltein flüsse hermetisch dicht in relativ aufwendige und ggf. auch teure Gehäuse eingeschlossen worden. Unter "Bauelementesystem" wird hier die Gesamtheit eines OFW- Bauelementes mit Ausnahme des Gehäuses und der äußeren elektrischen Bauelementeanschlüsse verstanden. Im Prinzip handelt es sich dabei um ein piezoelektrisches Substrat, auf das Komponenten aufgebracht sind, welche die Wechsel wirkung zwischen elektrischen Signalen und sich an einer Substratoberfläche ausbreitenden akustischen Oberflächen wellen bedingen. Derartige Komponenten können beispiels weise elektrische Signale in eine akustische Oberflächen welle umsetzende Wandler (Interdigitalwandler), elektri sche Oberflächenwellen reflektierende Reflektoren oder Re sonatoren sein. Hinzu kommen ggf. auf Absorberschichten außerhalb von akustisch aktiven Bereichen ("Besumpfung"). Schließlich umfaßt der Begriff auch elektrische Anschlüsse bildende Pads auf dem Substrat, über welche eine Kontak tierung zum Anschluß an externe elektrische Bauelementezu leitungen erfolgt. Generell umfaßt dieser Begriff alle möglichen an sich bekannten Systemkonfigurationen, die hier nicht näher erläutert zu werden brauchen, weil sie im Grundsatz auf erfindungsgemäße Gehäuseausgestaltungen kei nen Einfluß haben.So far SAW components have been used to protect against the environment flows hermetically sealed in relatively complex and possibly expensive enclosures have also been included. Under "Component system" here is the entirety of an SAW Component with the exception of the housing and the outer understood electrical component connections. Basically is a piezoelectric substrate, on which components are applied, which are the changes effect between electrical signals and themselves in one Acoustic surfaces spreading out of the substrate surface cause waves. Such components can, for example wise electrical signals in an acoustic surface wave converting converter (interdigital converter), electri surface reflective reflectors or Re be sonators. There may also be absorber layers outside of acoustically active areas ("swamping"). Finally, the term also includes electrical connections forming pads on the substrate through which a contact for connection to external electrical components lines done. Generally, this term encompasses everyone possible known system configurations that need not be explained here because they are in the Principle on housing designs according to the invention have an influence.

Beispielsweise aus der US-PS 5 059 848 ist ein Gehäuse für OFW-Bauelemente bekannt, das einen Trägerchip aus Keramik oder Glas besitzt, auf dem ein OFW-Bauelementesubstrat mittels eines Klebers montiert ist. Darüber ist mittels einer Glasfritte eine Gehäuseabdeckung montiert, wobei die Glasfritte eine Vakuumdichtung für das OFW-Bauelementesy stem bildet und damit eine Verschmutzung von außen verhin dert. Ein derartiges Gehäuse ist zwar aus billigem, nicht metallischem, polykristallinem oder amorphem Material, beispielsweise Glas herstellbar. Da es jedoch aus mehreren Komponenten, nämlich dem Trägerchip, der Gehäuseabdeckung und der Glasfritte besteht, ist es noch relativ aufwendig.For example from US-PS 5 059 848 is a housing for SAW components known that a carrier chip made of ceramic or has glass on which an SAW component substrate is mounted by means of an adhesive. About it is by means of a glass frit mounted a housing cover, the Glass frit is a vacuum seal for the SAW components stem forms and thus prevents contamination from the outside different. Such a housing is cheap, but not metallic, polycrystalline or amorphous material, for example, glass can be produced. However, since it consists of several Components, namely the carrier chip, the housing cover and the glass frit is, it is still relatively expensive.

Aus der DE-OS 37 43 592 ist ein entsprechendes Gehäuse für OFW-Bauelemente bekannt, bei dem das Bauelementesubstrat selbst einen Teil des Gehäuses bildet. Auf die akustisch aktive Seite des Substrats ist mittels einer eine Dichtung bildenden Glasfritte ein Deckelteil montiert.From DE-OS 37 43 592 a corresponding housing for SAW components known in which the component substrate itself forms part of the housing. On the acoustic active side of the substrate is by means of a seal forming a glass frit mounted a cover part.

Entsprechende vergleichbare Gehäuse sind auch für andere Bauelementetypen, beispielsweise integrierte Schaltungen nach der DE-OS 34 01 984 oder piezoelektrische Resonatoren in Form von Schwingquarzen gemäß der DE-OS 35 39 504 be kannt.Corresponding comparable housings are also for others Component types, for example integrated circuits according to DE-OS 34 01 984 or piezoelectric resonators in the form of quartz crystals according to DE-OS 35 39 504 be knows.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ei ne einfachere Möglichkeit für ein hermetisch dichtes Ver schließen von OFW-Bauelementesystemen anzugeben. The present invention has for its object egg ne easier way for a hermetically sealed Ver close of SAW component systems to specify.

Diese Aufgabe wird bei einem Gehäuse der eingangs genann ten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeich nenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.This task is called in the case of a housing ten kind according to the invention by the features of the characterizing nenden part of claim 1 solved.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteran sprüchen.Developments of the invention are the subject of Unteran sayings.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei spielen gemäß den Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained below with reference to exemplary embodiments play according to the figures of the drawing explained. Show it:

Fig. 1 bis 3 schematisch einen Ablauf bei der Herstel lung von OFW-Bauelementen mit einem er findungsgemäßen Gehäuse; und Figs. 1 to 3 schematically shows a sequence in the herstel development of SAW devices with he inventive housing; and

Fig. 4 ein fertiges OFW-Bauelement in einem er findungsgemäßen Gehäuse. Fig. 4 shows a finished SAW device in a housing according to the invention.

Gemäß Fig. 1 ist bei der Herstellung eines OFW-Bauelemen tes mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Gehäuse Aus gangspunkt ein Substrat 1 aus piezoelektrischem Material. Als Material kommen dabei in an sich bekannter Weise alle für Substrate von OFW-Bauelemente üblicherweise verwende ten Materialien in Betracht. Auf das Substrat 1 werden weiterhin in an sich bekannter Weise Elektrodenstrukturen aufgebracht, welche Komponenten des OFW-Bauelementes bil den. Dabei kann es sich beispielsweise um Interdigital wandler, Reflektoren oder Resonatoren handeln. Da derar tige Komponenten in einer Vielzahl von Kombinationen an sich bekannt sind, ist eine solche Struktur lediglich schematisch in Form von Elektroden 2 dargestellt. Weiter hin sind auf dem Substrat 1 ebenfalls in an sich bekannter Weise elektrische Anschlüsse bildende Pads 3 vorgesehen, über die elektrische Signale in einen einen Eingangswandler bildenden Interdigitalwandler zur Umsetzung der elek trischen Information in eine akustische Oberflächenwelle eingespeist werden, und über die elektrische Signale von einen einen Ausgangswandler bildenden Interdigitalwandler abgenommen werden, welcher die akustische Oberflächenwelle wieder in eine elektrische Information umsetzt.According to Fig. 1 is tes in the production of a SAW Bauelemen with a housing according to the invention formed from starting point, a substrate 1 made of piezoelectric material. As a material, all materials commonly used for substrates of SAW components are considered in a manner known per se. Electrode structures are also applied to the substrate 1 in a manner known per se, which components of the SAW component form the bil. This can be, for example, interdigital transducers, reflectors or resonators. Since such components are known per se in a large number of combinations, such a structure is only shown schematically in the form of electrodes 2 . Next on the substrate 1 also in a conventional manner, electrical connections forming pads 3 are provided, via which electrical signals are fed into an interdigital transducer forming an input converter for converting the electrical information into a surface acoustic wave, and via the electrical signals from one an interdigital transducer which forms an output transducer and which converts the surface acoustic wave back into electrical information.

Handelt es sich um OFW-Bauelemente, bei denen außerhalb des akustisch aktiven Bereiches, der hier durch die Elek troden 2 schematisch dargestellt ist, akustische Oberflä chenwellen auftreten, welche die Funktion des Bauelementes beeinträchtigen und deshalb beseitigt werden müssen, kön nen auf das Substrat in derartigen Bereichen Absorber schichten aufgebracht werden, welche üblicherweise als "Besumpfung" bezeichnet werden. Diese Absorberschichten dämpfen die akustischen Oberflächenwellen außerhalb von akustisch aktiven Bereichen. Der Übersichtlichkeit halber sind derartige Absorberschichten in den Figuren nicht dar gestellt.Are SAW components in which outside the acoustically active area, which is schematically represented by the electrodes 2 here, acoustic surface waves occur which impair the function of the component and must therefore be eliminated, can on the substrate such areas absorber layers are applied, which are usually referred to as "sumping". These absorber layers dampen the surface acoustic waves outside of acoustically active areas. For the sake of clarity, such absorber layers are not shown in the figures.

Üblicherweise werden OFW-Bauelemente der oben erläuterten Art derart hergestellt, daß eine Vielzahl der beschriebe nen Strukturen, welche wie eingangs ausgeführt im Rahmen vorliegender Erfindung als Bauelementesysteme bezeichnet werden, auf das Substrat 1 aufgebracht wird. Zur Herstel lung des fertigen Bauelementes, bei der die erläuterten Bauelementesysteme in an sich bekannter Weise noch in Ge häuse eingebaut werden, wie dies oben anhand des erläuter ten Standes der Technik beschrieben wurde, werden die Bau elementesysteme durch Zerteilen des Substrats vereinzelt. Gemäß Fig. 1 kann dies so erfolgen, daß das Substrat 1 zwischen den beiden dargestellten Bauelementesystemen 2, 3 zerteilt wird. SAW components of the type explained above are usually produced in such a way that a large number of the structures described, which, as mentioned at the outset in the context of the present invention, are referred to as component systems, are applied to the substrate 1 . To manufacture the finished component, in which the component systems described are still installed in a known manner in Ge housing, as described above with reference to the prior art, the component systems are separated by dividing the substrate. Referring to FIG. 1, this may be such that the substrate 1 between the two systems illustrated components 2, 3 Parts.

Ein erfindungsgemäß ausgebildetes Gehäuse wird nun dadurch hergestellt, daß auf wenigstens einen Teil der akustisch aktiven Seite des OFW-Bauelementesystems 2, 3 gemäß Fig. 1 zunächst eine Entkopplungsschicht 4 aus einem Material aufgebracht wird, das im Vergleich zum Material des Substrats 1 unterschiedliche akustische Eigenschaften be sitzt. Es handelt sich dabei insbesondere um ein Material, in dem die Schallgeschwindigkeit in der Größenordnung der Schallgeschwindigkeit von Luft liegt. Vorzugsweise ist das Material für die Entkopplungsschicht 4 ein Aerogel, in dem die Schallgeschwindigkeit sogar noch kleiner als die Schallgeschwindigkeit in Luft ist. Ein solches Material, das der Luft sehr ähnlich ist, koppelt die akustische Oberflächenwelle des Substrats 1 sehr schlecht. Das bedeu tet, daß die akustische Oberflächenwelle durch die zusätz liche Entkopplungsschicht 4 praktisch nicht beeinflußt wird. Aerogele sind beispielsweise aus "Spektrum der Wis senschaft", Juli 1988, Seiten 60 bis 66 bekannt.A housing designed according to the invention is now produced by first applying a decoupling layer 4 made of a material which has different acoustic properties compared to the material of the substrate 1 on at least part of the acoustically active side of the SAW component system 2 , 3 according to FIG. 1 be sitting. It is in particular a material in which the speed of sound is in the order of the speed of sound of air. The material for the decoupling layer 4 is preferably an airgel in which the speed of sound is even less than the speed of sound in air. Such a material, which is very similar to air, couples the surface acoustic wave of the substrate 1 very poorly. This means that the surface acoustic wave is practically not affected by the additional decoupling layer 4 . Aerogels are known for example from "Spectrum of Science", July 1988, pages 60 to 66.

Da die Entkopplungsschicht im allgemeinen nicht hermetisch dicht ist, wird gemäß Fig. 2 weiterhin auf diese Entkopp lungsschicht 4 eine hermetisch dichte Verschlußschicht 5 aufgebracht, bei deren Material es sich beispielsweise um amorphen Kohlenstoff oder hermetisch dichte Lacke bzw. Kunststoffe handelt. Aufgrund dieser hermetisch dichten Verschlußschicht 5, für die die Entkopplungsschicht 4 als Abstandshalter betrachtet werden kann, ist die akustisch aktive Fläche des OFW-Bauelementesystems geschützt, so daß es in dieser Form ohne Beeinträchtigung bereits Umweltein flüssen ausgesetzt werden kann.Since the decoupling layer is generally not hermetically sealed, a hermetically sealed sealing layer 5 is applied to this decoupling layer 4 according to FIG. 2, the material of which is, for example, amorphous carbon or hermetically sealed lacquers or plastics. Because of this hermetically sealed sealing layer 5 , for which the decoupling layer 4 can be regarded as a spacer, the acoustically active surface of the SAW component system is protected, so that it can already be exposed to environmental influences in this form without impairment.

Bei dem vorstehend erläuterten hermetisch dichten Ver schluß von OFW-Bauelementesystemen können gemäß Fig. 3 die Pads 3 - ggf. nach Entfernung von auf ihnen befindli chem Material der Verschlußschicht 5 - verdickt werden, so daß gemäß Fig. 3 Pads 3′ entstehen, deren Dicke größer als die Gesamtdicke des durch die Entkopplungsschicht 4 und die Verschlußschicht 5 verschlossenen OFW-Bauelemente systems ist, was den Vorteil besitzt, daß ein derartiges Bauelementesystem ohne weitere Maßnahmen beispielsweise als SMD-Bauelemente direkt weiter verarbeitbar ist. Eine solche Bauform eines Einzel-OFW-Bauelementes ist in Fig. 4 perspektivisch dargestellt.In the hermetically sealed closure of SAW component systems explained above, the pads 3 can be thickened according to FIG. 3 - possibly after removal of the material of the sealing layer 5 on them - so that according to FIG. 3 pads 3 'are formed, the Thickness is greater than the total thickness of the SAW component system closed by the decoupling layer 4 and the sealing layer 5 , which has the advantage that such a component system can be directly processed without further measures, for example as SMD components. Such a design of a single SAW component is shown in perspective in FIG. 4.

Es ist jedoch auch möglich, Bauelementsysteme der vorste hend erläuterten Art durch Einbau in Gehäuse weiter zu verarbeiten, wozu jedoch billige Plastikgehäuse verwendbar sind, da ein hermetisch dichter Gehäuseverschluß zum Schutz gegen Umwelteinflüsse nicht mehr berücksichtigt werden muß.However, it is also possible to use the first component systems The type explained further increases by installation in the housing process, but cheap plastic housings can be used for this are because a hermetically sealed housing closure to Protection against environmental influences is no longer considered must become.

Gemäß den obigen Ausführungen wurden OFW-Bauelemente er läutert, deren gesamter akustisch aktiver Bereich durch ein hermetisch dichtes Gehäuse in Form der Entkopplungs schicht 4 und der Verschlußschicht 5 verschlossen wurde. Für spezielle Anwendungen z. B. der Sensorik kann es je doch auch günstig sein, Teile der akustisch aktiven Fläche von den Schichten 4 und 5 freizuhalten bzw. von ihnen wie der freizulegen.According to the above statements, SAW components were explained, the entire acoustically active area of which was sealed by a hermetically sealed housing in the form of the decoupling layer 4 and the sealing layer 5 . For special applications e.g. B. the sensors, it can also be cheap to keep parts of the acoustically active surface free from layers 4 and 5 or to expose them like that.

Es ist weiterhin nicht zwingend erforderlich, die Pads 3 vom Material der Entkopplungsschicht 4 und/oder der Ver schlußschicht 5 freizulegen, was der Fall ist, wenn keine direkten elektrischen Anschlüsse nach außen notwendig sind oder ein Kontakt später auch durch kapazitive oder induk tive Kopplung durch die Schichten hindurch erreicht werden kann. Dies ist beispielsweise bei ID-Tags mit integrierte Antenne der Fall. Furthermore, it is not absolutely necessary to expose the pads 3 from the material of the decoupling layer 4 and / or the connecting layer 5 , which is the case if no direct electrical connections to the outside are necessary or a contact later also by capacitive or inductive coupling the layers can be reached through. This is the case, for example, with ID tags with an integrated antenna.

Erfindungsgemäße Gehäuse für OFW-Bauelemente besitzen meh rere wesentliche Vorteile. Einmal werden die Bauelemente sehr viel billiger, da keine teuren hermetisch dichten Ge häuse notwendig sind. Dieser Vorteil ist unabhängig davon immer gegeben, ob die Bauelementsysteme mit den Gehäuse schichten 4, 5 in ein Plastikgehäuse eingebaut werden oder nicht.Housing according to the invention for SAW components have several essential advantages. First, the components are much cheaper, since no expensive hermetically sealed housings are necessary. This advantage is always given regardless of whether the component systems with the housing layers 4 , 5 are installed in a plastic housing or not.

Erfolgt kein weiterer Einbau in Plastikgehäuse, so ergibt sich der Vorteil, daß die Bauelemente sehr viel kleiner sind, da deren Größe nicht mehr durch das verwendete Ge häuse, sondern nur noch durch die Systemgröße festgelegt ist. Darüber hinaus werden die wesentlichen Prozeßschritte immer an einem Substrat mit einer Vielzahl von darauf be findlichen Bauelementesystemen durchgeführt, weil die Ver einzelung erst am Schluß stattfinden kann. Der große fein mechanische Aufwand, der nach der Vereinzelung der Baue lementsysteme gegenwärtig notwendig ist, entfällt. Statt teurer Feinmechanik zur Bearbeitung jedes Einzel- Bauele mentesystems ist eine billige Fotolitographietechnik an wendbar, bei der z. B. bis zu 500 Bauelementsysteme auf einem Substrat gleichzeitig verarbeitbar sind.If there is no further installation in a plastic housing, the result is the advantage that the components are much smaller because their size is no longer determined by the Ge housing, but only determined by the system size is. In addition, the essential process steps always on a substrate with a multitude of be sensitive component systems performed because the Ver can only take place at the end. The big fine mechanical effort after separating the burrows element systems is currently not required. Instead of expensive precision engineering for processing every single component mentesystems is an inexpensive photography technique reversible, at the z. B. up to 500 component systems a substrate can be processed simultaneously.

Darüber hinaus sind teure und komplizierte Montagelinien, die jeweils noch an einen bestimmten Gehäusetyp angepaßt werden müssen, nicht mehr notwendig.In addition, there are expensive and complicated assembly lines, which are still adapted to a specific housing type must no longer be necessary.

Claims

1. Housing for SAW components, which protects an SAW component system ( 2 , 3 ) against environmental influences through tight enclosure, characterized in that on at least part of the acoustically active side of the SAW component system ( 2 , 3 ) a decoupling layer ( 4 ) is applied from a mate rial, which has different acoustic properties compared to the material of a substrate ( 1 ), and which is applied to the decoupling layer ( 4 ) with a meta-tight sealing layer ( 5 ).

2. Housing according to claim 1, characterized in that for the decoupling layer ( 4 ) a material is used in which the speed of sound lies in the order of magnitude of the speed of sound of air.

3. Housing according to claim 1 and 2, characterized in that the material for the decoupling layer ( 4 ) is an aero gel.

4. Housing according to one of claims 1 to 3, characterized in that the material of the closure layer ( 5 ) is amorphous carbon.

5. Housing according to one of claims 1 to 3, characterized in that the material of the closure layer ( 5 ) is a hermetically sealed lacquer or plastic.

6. Housing according to one of claims 1 to 5, characterized in that the SAW component system ( 2 , 3 ) in its ner acoustically active area of the decoupling layer ( 4 ) and the closure layer ( 5 ) is covered.

7. Housing according to one of claims 1 to 5 for serving as Senso ren SAW components, characterized in that a serving as a sensor area of the decoupling layer ( 4 ) and the closure layer ( 5 ) is free.

8. Housing according to one of claims 1 to 7, characterized in that on the side of the decoupling layer ( 4 ) and the sealing layer ( 5 ) electrical connections forming pads ( 3 ') are provided in a thickness which is greater than the total thickness of Decoupling layer ( 4 ) and sealing layer ( 5 ).