DE4413529C2 - Verfahren zur Herstellung elektronischer Oberflächenwellenbauelemente sowie ein nach dem Verfahren hergestelltes elektronisches Bauelement - Google Patents

Verfahren zur Herstellung elektronischer Oberflächenwellenbauelemente sowie ein nach dem Verfahren hergestelltes elektronisches Bauelement

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung elektronischer Oberflächenwellenbauelemente sowie ein gemäß dem Verfahren hergestelltes elektronisches Bauelement. Das erfindungsgemäß hergestellte Bauelement ist insbesondere in der Informations- und Kommunikationstechnik anwendbar.
Ein wesentlicher Anteil der in der modernen Elektrotechnik und Elektronik Verwendung findenden Bauelemente besteht aus einem geeigneten Gehäuse, in welchem ein Bauelementechip oder auch mehrere Bauelementechips angeordnet sind. Das Ge­ häuse ist dabei sowohl Träger des Chips, dient dem Handling bei der weiteren Verarbeitung, der Kontaktierung, dem me­ chanischen Schutz des Chips und erfüllt ggf. weitere Funk­ tionen wie beispielsweise die Bauelementekühlung oder die elektrische bzw. elektromagnetische Abschirmung.
Die Befestigung des Bauelementechips an dem Gehäuse oder auch an Trägerstreifen erfolgt bei bekannten Herstellungs­ verfahren durch eine Klebstoffverbindung, wobei aus Effek­ tivitätsgründen schnell und selbstaushärtende Klebstoffsy­ steme bevorzugt werden. Nach Aushärtung des Klebstoffes wird das Bauelement den gemäß dem jeweiligen technologi­ schen Ablauf vorgesehenen weiteren Bearbeitungsprozessen zugeführt und nach Abschluß der Bearbeitung mit einer Kappe oder einem Deckel verschlossen.
Nachteilig an dieser Lösung ist, daß die durch die weiteren Bearbeitungsprozesse und den Verschluß des Bauelementes in dem Bauelementechip und/oder zwischen Bauelementechip und Gehäuse entstandenen mechanischen Spannungen nicht oder nur unvollständig abgebaut bzw. ausgeglichen werden können. Nachteilige Folgen hiervon sind unzureichende Grenzwerte, schlechte Reproduzierbarkeit der Parameter, höhere Aus­ schußrate und letztendlich höhere Herstellungskosten.
Weiterhin beschreibt die EP 0 051 165 A1 einen reparierbaren integrierten Schaltkreis mit mehreren Chips, welche mit einem thermoplastischen Material auf dem Substrat befestigt sind. So können nach einem Prüfvorgang als defekt erkannte Chips durch Erwärmung des thermoplastischen Materials ausgetauscht werden. Zur Befestigung der Chips ohne einen Austausch wird das thermoplastische Material nur einmal erhitzt.
Die Verwendung von Schmelzklebstoffen bei der Chip-Montage in der Elektronik wird ferner beschrieben in der DE 36 00 895 A1, der DE 39 07 261 A1, der EP 0 150 882 A1 sowie der US 5,159,432. Die Verwendung von Klebstoff speziell zur Herstellung von Oberflächenwellenbauelementen ist in der US 5,212,115 beschrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von elektronischen Oberflächenwellenbauelemen­ ten zu schaffen, womit die Bauelemente einfach und effektiv produziert werden können, sehr gute und reproduzierbare technische Parameter aufweisen und das Verfahren problemlos in den technologischen Bauelementeherstellungsprozeß inte­ grierbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkma­ le im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 in Verbindung mit den Merkmalen im Oberbegriff. Zweckmäßige Ausge­ staltungen der Erfindung sowie ein gemäß dem Verfahren hergestelltes Bauelement sind in den Unteransprüchen ent­ halten.
Der besondere Vorteil der Erfindung resultiert aus der Ver­ wendung von Schmelzklebstoff bei der Befestigung der Baue­ lementechips am Gehäuse bzw. am Trägerstreifen, indem zwi­ schen der Unterseite des Bauelementechips und der Innen­ seite des Gehäusebodens eine Schicht aus Schmelzklebstoff angeordnet wird und durch einen zusätzlichen Erwärmungs­ schritt, durch welchen die infolge des Bearbeitungsprozes­ ses und des Verschlusses des Bauelementes entstandenen me­ chanischen Spannungen in dem Bauelementechip und/oder zwi­ schen dem Bauelementechip und dem Gehäuse abgebaut werden. Erfindungsgemäß eignen sich insbesondere Schmelzklebstoffe, deren Erweichungstemperatur höher als 85°C ist und deren Verarbeitungstemperatur zwischen 120°C und 240°C liegt.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfin­ dung liegt die Erweichungstemperatur bei etwa 140°C und die Verarbeitungstemperatur zwischen 180°C und 210°C, wobei die Viskosität der Schmelze eine Wert haben sollte, der eine Tropfbarkeit des Klebstoffes möglich macht.
Schmelzklebstoffe auf der Basis von Ethylen-Ethylacrylat- Copolymeren (EEA), Ethylen-Vinylacetat-Copolymeren (EVA), Polyamiden (PA), Polyestern (PES), Polyisobutylenen (PIB) und Polyvinylbutyraten (PVB) sind erfindungsgemäß besonders vorteilhaft einsetzbar.
Die Herstellung der elektronischen Bauelemente erfolgt in einfacher und kostengünstiger Weise, indem auf die vorgese­ hene Verbindungsstelle zwischen Bauelementechip und Gehäuse eine definierte Menge Schmelzklebstoff aufgebracht und der Bauelementechip nachfolgend positioniert und angedrückt wird. Das so vorgefertigte Bauelement wird nachfolgend ab­ gekühlt und einer weiteren Bearbeitung unterzogen. Nach Ab­ schluß der Bearbeitung und Verschluß des Gehäuses des Bau­ elementes erfolgt eine nochmalige Erwärmung des gesamten elektronischen Bauelementes mindestens bis zum Erweichungs­ punkt, so daß der Schmelzklebstoff erneut erweicht und bei nachfolgender Abkühlung wieder erstarrt. Die Verfahrensschritte sind problemlos in den Bauelementeher­ stellungsprozeß integrierbar.
Ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung resultiert daraus, daß Auftragungsort und Auftragungsmenge des flüssigen Kleb­ stoffes sehr genau definiert werden. Erreicht wird dies durch die Verwendung von Düsen, wobei die Temperatur der Düsen wesentlich höher ist als die Temperatur des flüssigen Klebstoffes in dem Vorratstank.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbei­ spielen näher erläutert werden.
Der prinzipielle Aufbau eines gemäß der Erfindung herge­ stellten elektronischen Bauelementes ist in Fig. 1 darge­ stellt.
Das elektronische Bauelement besteht aus einem Gehäuse und einem Bauelementechip (1), wobei zwischen der Unterseite (1a) des Bauelementechips (1) und der Innenseite (2a) des Gehäusebodens (2) eine Schicht (3) aus Schmelzklebstoff an­ geordnet ist. Die Klebstoffschicht (3) ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel vollflächig ausgebildet. Für spezielle Anwendungsfälle ist es ebenfalls möglich, die Schicht (3) lediglich punktuell auszubilden. Das Gehäuse besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einer Mehrschichtkera­ mik, es sind jedoch ebenso Gehäuse aus Metall oder aus Kunststoff verwendbar. Der Bauelementechip, im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein SAW-Filter aus ST-Quarz, ist mit dem Gehäuse (2) rein mechanisch über die Schicht (3) aus Schmelzklebstoff verbunden. Die elektrischen Kontaktstellen (5) des Bauelementechips (1) sind an der Oberseite (1b) des Bauelementechips (1) angeordnet. Die Verbindung zu den Bondstellen (6) am Gehäuseboden (2) wird mittels Bonddräh­ ten (4) realisiert.
Nachfolgend soll eine Variante des Herstellungsverfahrens näher beschrieben werden.
Der Schmelzklebstoff, welcher in Stangen oder als Granulat zur Verfügung steht, wird in einem Tank, welcher zu einem Drittel gefüllt ist, aufgeschmolzen. Die Vorrichtung ist hinsichtlich Heiztemperatur und Förderdruck so ausgestal­ tet, daß optimale Arbeitsbedingungen beim Auftragen des flüssigen Klebstoffes bestehen. Der Klebstoff in dem Tank wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel auf eine Tempera­ tur von 140°C aufgeheizt, der Förderdruck im Tank beträgt 0,1 bar. Die Gehäuse werden in einem geeigneten Magazin bzw. auf einer Trägerstreifeneinheit zum Auftropfen des Klebstoffes bereitgestellt. Die Austrittsdüse für den Schmelzklebstoff wird mittels einer Düsenheizung auf 220°C erhitzt. Ist die dosierte Klebstoffmenge auf das Gehäuse aufgetragen, wird der Bauelementechip aufgesetzt. Magazin bzw. Träger werden einer temperaturgeregelten Wärmeplatte zugeführt, so daß die Klebestelle auf die benötigte Verarbeitungstemperatur gebracht wird. Ist die Temperatur erreicht, wird der Chip durch eine Vorrichtung exakt positioniert und angedrückt. Danach wird das Bauelement abgekühlt und zur Bearbeitung den weiteren Arbeits­ schritten zugeführt und schließlich durch eine entspre­ chende Gehäusekappe bzw. einen Deckel verschlossen.
Die durch die Bearbeitung und durch den Verschluß des elek­ tronischen Bauelementes entstandenen mechanischen Spannun­ gen, die zur Beeinträchtigung des Bauelementes führen wür­ den, werden dadurch ausgeglichen, daß nach den Bearbeitun­ gen das Bauelement im verschlossenen Zustand nochmals einer Erwärmung auf ca. 150°C zugeführt wird, so daß sich der Schmelzklebstoff erneut erweicht und bei nachfolgender Abkühlung wieder erstarrt.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird der Klebstoff nicht flüssig bereitgestellt, sondern ist vor dem Bearbeitungsprozeß in eine Folie verarbeitet worden. Diese dünne Folie befindet sich auf einem geeigneten Grund­ material und wird kurz vor der Verarbeitung von diesem Grundmaterial getrennt. Die notwendige Menge des Klebstof­ fes wird von der Folie abgetrennt und an die Stelle des Ge­ häuses eingebracht, auf der der Bauelementechip montiert werden soll. Nach Erwärmen der Folie im Gehäuse wird der Klebstoff verflüssigt und der Bauelementechip kann wie im voranstehenden Ausführungsbeispiel eingelegt und weiter verarbeitet werden.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausfüh­ rungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist es möglich, durch Variationen der aufgezeigten Merkmale und Parameter weitere Ausführungsformen zu realisieren, ohne den Rahmen der Er­ findung zu verlassen.

Claims (16)

1. Verfahren zur Herstellung elektronischer Oberflächen­ wellenbauelemente, welche aus einem Gehäuse und darin mittels Schmelzklebstoff befestigten Bauelementechips bestehen, wobei
  • - auf die vorgesehene Verbindungsstelle zwischen Baue­ lementechip und Gehäuse eine definierte Menge Schmelzklebstoff aufgebracht,
  • - der Bauelementechip positioniert und angedrückt,
  • - das so vorgefertigte Bauelement abgekühlt und der weiteren Bearbeitung unterzogen wird und
  • - nach Abschluß der Bearbeitung und Verschluß des Ge­ häuses das Bauelement einer nochmaligen Erwärmung un­ terzogen wird, so daß sich der Schmelzklebstoff er­ neut erweicht und bei nachfolgender Abkühlung wieder erstarrt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die definierte Menge Schmelzklebstoff auf die vorgese­ hene Verbindungsstelle in flüssiger Form aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die definierte Menge Schmelzklebstoff auf die vorgese­ hene Verbindungsstelle in fester Form aufgebracht und nachfolgend erwärmt und damit verflüssigt wird.
4. Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgesehene Verbindungsstelle am Gehäuse bzw. Trä­ ger vorgewärmt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Klebstoff in eine Folie eingebunden ist, wel­ che sich auf einem Grundmaterial befindet und von die­ sem kurz vor der Verarbeitung abgetrennt, an der Ver­ bindungsstelle positioniert und verflüssigt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Klebstoff der Verbindungsstelle aus einem Vorratstank über mindestens eine Düse dosiert zugeführt wird, wobei die Temperatur der Düse wesentlich höher ist als die Temperatur des flüssigen Klebstoffes in dem Vorratstank.
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schmelzklebstoff eingesetzt wird, der eine Wärmestandfestigkeitstemperatur von mindestens 85°C besitzt.
8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schmelzklebstoff eingesetzt wird, der eine Verarbeitungstemperatur zwischen 120°C und 240°C besitzt.
9. Elektronisches Oberflächenwellenbauelement, hergestellt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Unterseite (1a) des Bauelementechips (1) und der Innenseite (2a) des Gehäusebodens (2) eine Schicht (3) aus im Herstellungsprozeß des Bauelementes mindestens zweimalig erhitzten Schmelzklebstoff angeordnet ist.
10. Elektronisches Oberflächenwellenbauelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (3) vollflächig ausgebildet ist.
11. Elektronisches Oberflächenwellenbauelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (3) punktuell ausgebildet ist.
12. Elektronisches Oberflächenwellenbauelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstellen (5) des Bauelementechips (1) an der Oberseite (1b) angeordnet sind und die Verbindung zu den Bondstellen (6) am Gehäuseboden (2) mittels Bonddrähten (4) realisiert ist.
13. Elektronisches Oberflächenwellenbauelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse ein Mehrschichtkeramikgehäuse ist.
14. Elektronisches Oberflächenwellenbauelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Bauelementechip ein Akustisches-Oberflächenwellen-Filter aus ST-Quarz ist.
15. Elektronisches Oberflächenwellenbauelement nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzklebstoff eine Wärmestandfestigkeits­ temperatur von mindestens 85°C aufweist.
16. Elektronisches Oberflächenwellenbauelement nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzklebstoff eine Verarbeitungstemperatur zwischen 120°C und 240°C aufweist.
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