DE69920407T2 - Umhülltes oberflächenwellen-bauelement und massenherstellungsverfahren - Google Patents

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Description

  • Das Gebiet der Erfindung ist dasjenige der akustischen Oberflächenwellenvorrichtungen, und insbesondere dasjenige der Filter, die auch SAW (Surface Acoustic Wave) genannt werden und es ermöglichen, Frequenzbereiche sehr selektiv zu filtern. Eine solche Vorrichtung ist zum Beispiel aus der Druckschrift DE 3937870 A1 bekannt. Da sie für tragbare Ausrüstungen wie zum Beispiel Funktelefone vorgesehen sind, ist die Miniaturisierung dieser Bauelemente und ihres Schutzgehäuses sehr wichtig.
  • Da die akustischen Wellen sich in der Nähe der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats ausbreiten, muss außerdem diese Oberfläche frei gelassen werden, um die Ausbreitung der Wellen nicht zu stören, was einen zusätzlichen Zwang bezüglich der Einkapselungsgehäuse darstellt.
  • Die heutigen Technologien des Einkapselns der Oberflächenwellenfilter beruhen auf einem zweiteiligen Gehäuse, wie in 1 dargestellt: einem keramischen oder organischen Sockel 01, und einem keramischen, metallischen oder organischen Deckel 02, dessen Verschluss durch Schweißen oder Kleben die hermetische Abdichtung des Bauelements gewährleistet und gleichzeitig den notwendigen Hohlraum herstellt. Bei dieser Art Gehäuse können die Oberflächenwellenvorrichtungen (DOS) 03 durch Kleben am Sockel befestigt werden. Die elektrischen Verbindungen zwischen den inneren Kontaktpunkten 011, 012 der Oberflächenwellenvorrichtung und den äußeren Kontaktpunkten 071 und 072 werden von metallisierten Lücken durch den Sockel 01 hindurch gewährleistet.
  • 1 stellt ein Beispiel des Stands der Technik dar, bei dem die elektrischen Verbindungen der Oberflächenwellenvorrichtung nach außen Drahtverbindungen sind. Um eine bessere Kompaktheit zu gewährleisten, wird derzeit die Punkttechnik verwendet ("Flip Chip", wobei das Bauelement umgedreht ist).
  • 2 stellt ein Beispiel einer gemäß dem Stand der Technik eingekapselten Oberflächenwellenvorrichtung dar, die eine Variante der 1 bildet.
  • Um den Bedürfnissen der großen Verbrauchsmärkte (Funktelephonie, Automobil, ...) zu entsprechen, müssen die neuen Einkapselungstechnologien die Filter immer mehr verkleinern und gleichzeitig die Herstellungskosten senken. Wie bei anderen Bauelementen geht die Tendenz dahin, den Platzbedarf der Gehäuse immer weiter zu verringern, um zu einem Zusammenbau von Bauelement und Einkapselungsgehäuse zu kommen, dessen Oberfläche gleich der des Chips alleine ist.
  • Die vorliegende Erfindung entspricht diesen Anforderungen, indem sie eine Oberflächenwellenvorrichtung in einem dichten Hohlraum anbietet, die einen Mikrodeckel nur auf dem piezoelektrischen Substrat aufweist, ohne dessen Oberfläche zu vergrößern.
  • Genauer gesagt, hat die Erfindung ein Oberflächenwellenbauelement zum Gegenstand, das mindestens eine in ein Gehäuse eingekapselte Oberflächenwellenvorrichtung aufweist, wobei die Vorrichtung an der Oberfläche eines piezoelektrischen Substrats mit Hilfe von ineinander verzinkten Elektroden hergestellt wird, die von ersten inneren leitenden Kontaktpunkten an der Oberfläche des Substrats gespeist werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse außer dem Substrat aufweist:
    • – eine erste, auf dem Substrat befindliche Schicht aus lichtempfindlichem Harz, die lokal mindestens in Höhe der aktiven Fläche der Oberflächenwellenvorrichtung ausgespart ist und die ersten inneren leitenden Kontaktpunkte bedeckt;
    • – eine gedruckte Schaltung, die die Gesamtheit der ersten Schicht bedeckt, wobei die gedruckte Schaltung zweite äußere leitende Kontaktpunkte aufweist; und
    • – leitende Lücken, die die aus der ersten Schicht und der gedruckten Schaltung bestehende Einheit durchqueren und die ersten inneren leitenden Kontaktpunkte mit den zweiten äußeren leitenden Kontaktpunkten verbinden.
  • Vorteilhafterweise ermöglichen es die in der ersten Schicht hergestellten Lücken, elektrische Verbindungen zwischen der Oberflächenwellenvorrichtung und dem von der gedruckten Schaltung gebildeten Mikrodeckel derart herzustellen, dass die Übertragsbereiche des Bauelements gewährleistet werden.
  • Außerdem kann das die erste Schicht bildende Harz vorteilhafterweise lokal die schallabsorbierende Beschichtung ersetzen.
  • Die Höhe des Moduls ist auf die Dicke der gedruckten Schaltung, die typischerweise in der Größenordnung von 25 bis 100 Mikron liegen kann, auf die Dicke der ersten Schicht, die typischerweise in der Größenordnung von einigen zehn Mikron liegen kann, und auf die Dicke des piezoelektrischen Substrats (einige hundert Mikron) reduziert.
  • Die Erfindung hat auch ein Verfahren zur kollektiven Herstellung von Oberflächenwellenbauelementen zum Gegenstand, das die Herstellung von Oberflächenwellenvorrichtungen auf einem piezoelektrischen Substrat enthält und die folgenden Schritte aufweist:
    • – die Herstellung einer ersten ausgesparten Schicht aus lichtempfindlichem Harz über der Gesamtheit der Oberflächenwellenvorrichtungen;
    • – das Kleben einer gedruckten Schaltung auf die erste Schicht;
    • – die Herstellung von Lücken, die die gedruckte Schaltung und die erste Schicht in Höhe der ersten inneren leitenden Kontaktpunkte der Oberflächenwellenvorrichtungen durchqueren;
    • – die Metallisierung der Lücken und die Definition von zweiten äußeren leitenden Kontaktpunkten, wobei die zweiten Kontaktpunkte mit den ersten Kontaktpunkten über die metallisierten Lücken verbunden sind; und
    • – das Schneiden der Einheit aus Substrat, erster Schicht und gedruckter Schaltung derart, dass die Oberflächenwellenbauelemente getrennt werden.
  • Die ausgesparte Schicht kann durch vorhergehendes Aufbringen einer gleichmäßigen Schicht, gefolgt vom Gravieren dieser Schicht, oder durch Walzen einer vorher ausgesparten Schicht oder auch durch Serigraphie erhalten werden.
  • Vorteilhafterweise kann die erste Schicht schallabsorbierende Eigenschaften aufweisen.
  • Im Rahmen der Herstellung von Oberflächenwellenvorrichtungen hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, ein kollektives Verfahren auf einem piezoelektrischen Substrat zu sein, was eine große Kostenreduzierung bewirkt. Außerdem ist ein solches kollektives Verfahren mit den üblicherweise für Halbleiter verwendeten Technologien (Verwendung von Überdeckungsharz, Fotolithographieverfahren) kompatibel.
  • Die Erfindung wird besser verstanden werden und weitere Vorteile gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, die als nicht einschränkend zu verstehendes Beispiel dient und sich auf die beiliegenden Figuren bezieht. Es zeigen:
  • die 1 und 2 Oberflächenwellenvorrichtungen, die gemäß dem Stand der Technik eingekapselt sind;
  • 3 einen Modul einer eingekapselten Oberflächenwellenvorrichtung;
  • die 4a bis 4g die Hauptschritte des kollektiven Verfahrens zu Herstellung von eingekapselten Oberflächenwellenvorrichtungen gemäß der Erfindung.
  • Allgemein kann die Oberflächenwellenvorrichtung ein Wandler, ein mindestens ein Gitter und einen Wandler aufweisender Resonator sein. In allen Fällen wird sie durch Aufbringen von Elektroden auf die Oberfläche eines piezoelektrischen Substrats erhalten. Um die Ausbreitung der Oberflächenwellen zu erlauben, versucht man dann, einen freien Hohlraum oberhalb der Elektroden entsprechend der aktiven Oberfläche des Bauelements zu erzeugen. Obwohl es sehr kompakt ist, ermöglicht das erfindungsgemäße Bauelement die Aufrechterhaltung des freien Hohlraums, wie es 3 zeigt. Das piezoelektrische Substrat 13 weist an der Oberfläche in Höhe der sogenannten aktiven Fläche 14 nicht dargestellte Elektroden auf. Die aktive Fläche ist nach außen durch die erste Schicht 11 isoliert, die auf dem piezoelektrischen Substrat aufliegt. Eine gedruckte Schaltung 12 gewährleistet die Dichtheit an der Oberfläche. Im hier dargestellten Schema kann ein zwei innere Kontaktpunkte 111 und 112 für die Stromversorgung aufweisender Wandler von außen über obere äußere Kontaktpunkte 171 und 172 und leitende Lücken angeschlossen sein, die sowohl die gedruckte Schaltung als auch die erste Schicht durchqueren. Im Fall eines komplexeren Bauelements, das von mehr als zwei Quellen gespeist werden muss, kann die Anzahl von Lücken und Kontaktpunkten in geeigneter Weise angepasst werden. Das Oberflächenwellenbauelement mit aktiver Fläche 14 kann als in ein Gehäuse eingekapselt angesehen werden, das vom piezoelektrischen Substrat, der ersten Schicht 11 und der gedruckten Schaltung definiert wird.
  • Nun werden die Schritte eines Beispiels eines kollektiven Verfahrens ausführlicher erläutert, das den Erhalt der erfindungsgemäßen Bauelemente ermöglicht.
  • Die gedruckte Schaltung
  • Es kann eine gedruckte Schaltung vom Typ gewalzt verkupfert, die mit Polyimid- oder Epoxydharz auf der Basis von ungewebten Aramidfasern imprägniert ist, verwendet werden. Die metallisierte Fläche wird für die spätere Definition der Lücken verwendet. Die Art der gedruckten Schaltung, d.h. die organischen Fasern, ermöglicht es dem so verstärkten Material, eine gute Abmessungsstabilität und einen geringen Wärmedehnungskoeffizienten in der Ebene mit einer geringen Permittivität und einer geringen Oberflächenrauheit zu kombinieren. Schließlich sind die Aramidfasern mit der Durchbohrung und der Metallisierung von Löchern kleiner Abmessungen kompatibel.
  • Vorzugsweise besitzt die gedruckte Schaltung auf der der metallisierten Fläche gegenüberliegenden Fläche eine zweite Schicht eines isolierenden Klebers, der vorgeklebt sein kann. 4a stellt die drei die erfindungsgemäß verwendete gedruckte Schaltung bildenden Schichten dar, die Metallschicht 120, die gedruckte Schaltung 12 und die Kleberschicht 121.
  • Herstellung der Hohlräume oberhalb der aktiven Flächen der Oberflächenwellenvorrichtung
  • Ein die erste Schicht 11 bildendes Harz vom Typ lichtempfindliches Epoxydharz wird mit dem Schleuderapparat durch Zentrifugieren auf das piezoelektrische Substrat aufgebracht. Nach einem Einbrennen wird das Harz belichtet und erfährt dann ein zweites Einbrennen. Nach der Entwicklung werden erst das Substrat und dann das Harz ofengetrocknet. 4b stellt das die Oberflächenwellenvorrichtung aufweisende piezoelektrische Substrat 13 dar, dessen aktive Oberflächen 14 von Harz 11 befreit sind. Ansonsten bleibt das Harz erhalten, und insbesondere auf den inneren Kontaktpunkten 111 und 112 der Oberflächenwellenvorrichtung. Aus Gründen der einfacheren Darstellung wurden nur zwei Oberflächenwellenvorrichtungen dargestellt, aber das piezoelektrische Substrat weist eine ganze Gruppe davon auf.
  • Kleben der gedruckten Schaltung auf die Schicht 11
  • Es geht genauer um einen Schritt des Pressens der schematisch in 4a dargestellten Schaltung auf das Substrat, das lokal das Harz aufweist und in 4b schematisch dargestellt ist. Die beiden Elemente werden heißgepresst, zum Beispiel in einem Autoklaven. Typischerweise ist der thermische Kreislauf ausgelegt, um die Spannungen der anwesenden Materialien freizusetzen und Wärmeschocks zu vermeiden.
  • Herstellung der Anschlüsse
  • Gravieren der leitenden Schicht 120, um die Lücken herzustellen
  • Nach einer Oberflächenvorbereitung der Schicht, typischerweise Kupfer (Entfetten, Mikroätzung), die es ermöglicht, die Rauheit des Kupfers und somit die Haftfähigkeit zu erhöhen, wird ein lichtempfindliches Harz mit dem Schleuderapparat durch Zentrifugieren auf die verkupferte Schicht 120 aufgebracht. Das Harz wird mit einem Photobelichter senkrecht zu den Lücken belichtet. Die Belichtungszeit hängt von der Dicke des Harzes ab. Das nicht vom Harz geschützte Kupfer wird zum Beispiel in einer Ammoniaklösung aufgelöst. Das Harz wird dann zum Beispiel mit Hilfe von Aceton und Alkohol entfernt. Auf diese Weise wird in der Schicht 120 eine Maske definiert (4c).
  • Abbrennen der Einheit aus gedruckter Schaltung, Haftschicht und Harz durch die Kupfermaske hindurch
  • Die Herstellung der Lücken durch die Einheit hindurch kann zum Beispiel mittels Excimer-Laser oder CO2 erfolgen und dann zum Beispiel durch RIE-Ätzen ("Reactive Ionic Etching") unter Sauerstoffplasma beendet werden. Die Lücken sind in 4d dargestellt.
  • Metallisierung der Oberfläche des Substrats und der Lücken Nach dem Abbrennen der Lücken kann die Kupfermaske ggf. graviert werden. Anschließend wird die Metallisierung der Schaltung zum Beispiel durch Zerstäuben durchgeführt. Eine Chromschicht, und dann zum Beispiel eine Kupferschicht 122 mit einer Dicke von einigen Mikron werden gleichmäßig über die ganze Oberfläche der gedruckten Schaltung und im Inneren der Löcher aufgebracht. Der im verwendeten Zerstäubungsgehäuse durchgeführte Zyklus kann typischerweise folgendermaßen sein:
    • – ein Argonplasma, um mechanisch die dünne Schicht aus nativem Aluminiumoxid anzugreifen, wenn nötig;
    • – eine Chromzerstäubung: Die Chromschicht hat die Aufgabe einer Sperrschicht;
    • – eine Kupferzerstäubung.
  • Dann kann man eine elektrolytische Kupferzufuhr durchführen, um die Dicke der Metallisierung auf einige zehn Mikron zu erhöhen und so eine bessere thermomechanische Beständigkeit der Lücken zu gewährleisten (4e).
  • Herstellung der äußeren Kontaktpunkte
  • Auf die ganze leitende Oberfläche (Substrat + Lücken) wird ein lichtempfindliches Harz aufgebracht. Das Harz wird senkrecht zu den äußeren Kontaktpunkten mit einem Photobelichter belichtet, um Harz auf äußeren Kontaktpunkten, auch "Pastillen" genannt, um die Lücken herum und Harz, das sich den Wänden der Lücken anpasst, beizubehalten (im Fall eines positiven Harzes).
  • Das nicht vom Harz geschützte Kupfer wird chemisch graviert, das Harz wird dann zum Beispiel mit Hilfe von Aceton und Alkohol entfernt.
  • So erhält man kollektiv die Gesamtheit der eingekapselten Bauelemente, mit den äußeren Kontaktpunkten wie in 4f gezeigt.
  • Ausschneiden der einzelnen Bauelemente
  • Schließlich wird das mechanische Ausschneiden der Bauelemente durchgeführt. Man kann eine dritte Schicht 18 aufbringen, die den hermetischen Verschluss der Einheit mit den geeigneten dielektrischen Eigenschaften gewährleistet, wie in 4g gezeigt. Diese Schicht kann durch Metallzerstäubung, ein Aufbringen einer dünnen Schicht eines leitenden oder dielektrischen Materials, durch Aufbringen eines Lacks oder durch Giessen eines Harzes, oder auch durch Aufbringen eines Polymers vom Typ Parylen in der Dampfphase erhalten werden. Der Vorteil dieser Verfahren liegt darin, dass sowohl die untere Fläche des Substrats als auch die Flanken des vorher hergestellten Bauelements bedeckt werden können.
  • Dieser Schutz wirkt als mechanischer Schutz, Träger für eine Beschriftung, Abschirmung gegen elektromagnetische Felder, hermetische Abschirmung vor der Umgebung.

Claims (13)

  1. Oberflächenwellenbauelement, das mindestens eine Oberflächenwellenvorrichtung aufweist, die in ein Gehäuse eingekapselt ist, wobei die Vorrichtung an der Oberfläche eines piezoelektrischen Substrats (13) mit Hilfe von ineinander verzinkten Elektroden hergestellt wird, die von ersten inneren leitenden Kontaktpunkten (111, 112) an der Oberfläche des Substrats gespeist werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse außer dem Substrat aufweist: – eine erste, auf dem Substrat befindliche Schicht (11) aus lichtempfindlichem Harz, die lokal mindestens in Höhe der aktiven Fläche (14) der Oberflächenwellenvorrichtung ausgespart ist und die ersten inneren leitenden Kontaktpunkte bedeckt; – eine gedruckte Schaltung (12), die die Gesamtheit der ersten Schicht bedeckt, wobei die gedruckte Schaltung zweite äußere leitende Kontaktpunkte (171, 172) aufweist; und – leitende Lücken, die die aus der ersten Schicht und der gedruckten Schaltung bestehende Einheit durchqueren und die ersten inneren leitenden Kontaktpunkte mit den zweiten äußeren leitenden Kontaktpunkten verbinden.
  2. Oberflächenwellenbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse eine zweite, sogenannte Kleberschicht (121) aufweist, die sich zwischen der ersten Schicht und der gedruckten Schaltung befindet.
  3. Oberflächenwellenbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche des Substrats und die Seitenflächen des Bauelements mit einer dritten, hermetisch dichten Schicht (18) bedeckt sind.
  4. Oberflächenwellenbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gedruckte Schaltung an der Oberfläche metallisiert ist.
  5. Oberflächenwellenbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht schallabsorbierende Eigenschaften aufweist.
  6. Verfahren zur kollektiven Herstellung von Oberflächenwellenbauelementen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das die Herstellung von Oberflächenwellenvorrichtungen auf einem piezoelektrischen Substrat (13) und: – die Herstellung einer ersten ausgesparten Schicht (11) aus lichtempfindlichem Harz über der Gesamtheit der Oberflächenwellenvorrichtungen; – das Kleben einer gedruckten Schaltung (12) auf die erste Schicht; – die Herstellung von Lücken, die die gedruckte Schaltung und die erste Schicht in Höhe der ersten inneren leitenden Kontaktpunkte (111, 112) der Oberflächenwellenvorrichtungen durchqueren; – die Metallisierung der Lücken und die Definition von zweiten äußeren leitenden Kontaktpunkten (171, 172), wobei die zweiten Kontaktpunkte mit den ersten Kontaktpunkten über die metallisierten Lücken verbunden sind; und – das Gravieren der Einheit aus Substrat, erster Schicht und gedruckter Schaltung derart aufweist, dass die Oberflächenwellenbauelemente getrennt werden.
  7. Verfahren zur kollektiven Herstellung von Bauelementen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung der ersten ausgesparten Schicht durch vorhergehendes Aufbringen einer gleichmäßigen Schicht, gefolgt vom Gravieren dieser Schicht, erfolgt.
  8. Verfahren zur kollektiven Herstellung von Bauelementen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung der ersten ausgesparten Schicht durch Walzen einer vorher ausgesparten Schicht erfolgt.
  9. Verfahren zur kollektiven Herstellung von Bauelementen nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kleben der gedruckten Schaltung auf die erste Schicht umfasst: – das Aufbringen einer zweiten, sogenannten Kleberschicht (121) auf die gedruckte Schaltung; – das Warmpressen der gedruckten Schaltung/zweiten Schicht auf die Einheit aus erster Schicht und piezoelektrischem Substrat.
  10. Verfahren zur kollektiven Herstellung von Bauelementen nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es die Herstellung einer dritten, sogenannten Umhüllungsschicht (18) auf der Unterseite des Substrats und den Seitenflächen des Bauelements aufweist.
  11. Verfahren zur kollektiven Herstellung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Schicht durch Zerstäuben hergestellt wird.
  12. Verfahren zur kollektiven Herstellung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Schicht durch Aufbringen eines Polymers vom Typ Parylen in der Dampfphase hergestellt wird.
  13. Verfahren zur kollektiven Herstellung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Schicht durch Aufbringen eines Lacks erhalten wird.
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