WO2009019308A2 - Bauelement mit reduziertem temperaturgang und verfahren zur herstellung - Google Patents

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Hans Krüger
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    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/42—Piezoelectric device making

Definitions

  • a disadvantageous characteristic of SAW filters is their frequency drift as a function of the temperature. This influence tends to increase with the electro-acoustic coupling factor of the piezoelectric substrate used.
  • common substrates such as LiTa ⁇ 3 are unsuitable for the difficult requirements over a wide operating temperature range (eg: -40 0 C to + 85 ° C) fulfill.
  • TCF center frequency
  • US Pat. No. 6,563,133 B1 discloses a SAW component in which a wafer bonding method is used to connect the substrate to a compensation wafer.
  • the surfaces to be bonded of the substrate and the compensation wafer must have an extremely high smoothness and Have particle freedom.
  • special ion implantation techniques and plasma activations are needed.
  • the object of the present invention is therefore to specify a component which has a reduced temperature response, without thereby unduly impairing other component properties.
  • Another object to be solved is to improve the temperature response of a device with less expensive means than before, in particular as regards the treatment and quality of the surfaces to be joined.
  • the invention proposes a device in which the desired effect of a minimized temperature response is achieved without the simultaneous occurrence of usually associated disadvantages.
  • the device according to the invention comprises a substrate, which is mechanically fixedly connected to the underside with a compensation layer.
  • the thermal expansion coefficient TCE1 of the substrate is greater than the thermal expansion coefficient TCE2 of the compensation layer.
  • the topography on the lower side of the substrate and on the upper side of the compensation wafer, hereinafter referred to as the two layers to be joined, has the advantage that correspondingly selected topographies increase the surface area of the two layers to be joined. Furthermore, the topography achieves a type of toothing or interlocking of the two layers to be joined.
  • LiTa ⁇ 3 and LiNbÜ3 other piezoelectric crystals come into question as a substrate.
  • glass, LiTaO 3 , glass ceramic, quartz, silicon, ZrO 2 , Al 2 O 3 , sapphire, SiC or B 4 C are suitable for the compensation wafer. These materials are each monocrystalline, polycrystalline as amorphous glass or ceramic.
  • the substrate of the device according to the invention can be bonded to the compensation wafer.
  • other possible methods joining, bonding, melting, cementing, sintering
  • the adhesive to be used it is advantageous to match the properties of the adhesive to the thickness of the adhesive joint and the roughness of the surfaces to be joined.
  • the adhesive used has an E modulus> 2 * 10 9 N / m 2 (at room temperature) and the glass transition temperature of the adhesive is at least 85 0 C, preferably above 125 0 C. ,
  • thermoplastics There are in principle adhesives based on epoxy resin, polyimide, acrylate, silicone resin, polyester resin, or high-melting thermoplastics such
  • Polyphenylene sulfide or LCP (Liquid Crystal Polymers).
  • mineral cement or cement are also suitable.
  • the adhesive may be filled.
  • Good examples are metals, oxides, carbides and nitrides.
  • the particle sizes are below the desired thickness of the adhesive layer, so preferably below 1 micron.
  • correspondingly thin fibers of the mentioned materials, glass or carbon are also suitable. Preferably, these are oriented along or parallel to the acoustic propagation direction.
  • so-called “nanotubes” made of carbon are to be regarded as particularly advantageous.
  • the modulus of elasticity of carbon present as “nanotubes" has a comparable value to that of diamond.
  • the topography on the underside of the substrate and on the top of the compensation layer is realized in a simple manner in the form of a suitably high roughness of the two joining surfaces. This roughness can cause the roughness As a result, it is necessary that the mean distance between the substrate and the compensation layer is smaller than the roughness amplitude of the two joining surfaces The distance to the roughness amplitude is the better the toothing effect and the better the clamping can be achieved, for example at advantageous values of less than 0.5 and preferably less than 0.25.
  • roughness and interlocking profiles of the surfaces are suitable. These can be formed by applying material on both sides (eg by vapor deposition, sputtering, electroplating, printing or comparable methods), by material removal on both sides (eg by sawing, drilling, grinding, sandblasting, erosion, lasering, etching or similar methods) or by a combination thereof ,
  • the substrate For the production of the device according to the invention, starting thicknesses of 30 to 500 ⁇ m are preferred for the substrate and 100 to 500 ⁇ m are preferred for the compensation wafer.
  • the sandwich can be thinned down on one or both sides to a total thickness of 100 - 500 ⁇ m.
  • the substrate Preferably, the substrate then has a thickness that is less than half the total thickness.
  • FIG. 1 shows a first component with a non-optimal topography
  • FIG. 2 shows a first component according to the invention with a suitable topography
  • FIG. 3a shows a substrate and a compensation layer with structures which have been produced by application of material
  • FIG. 3b shows a component obtained after joining the two layers according to FIG. 3a
  • FIG. 4 a shows a substrate and a compensation layer with structures that have been produced by material application and material removal
  • FIG. 4b shows a component obtained after joining the two layers according to FIG. 4a
  • FIG. 5a shows a substrate and a compensation layer with structures that have been produced by material removal
  • FIG. 5b shows a component obtained after joining the two layers according to FIG. 5a.
  • FIG. 1 shows a first component in a schematic cross section. Construction of this device, the roughness amplitude of the two joining surfaces is not sufficiently large compared to the thickness of the joint. As a result, an adequately high shear stress can not be transmitted through an adhesive layer 7 between the substrate 1 and the compensation wafer 2 in order to meet the desired stress conditions.
  • FIG. 2 shows a first component according to the invention in schematic cross-section in which the thickness of the adhesive joint is suitably dimensioned relative to the roughness of the two joining surfaces.
  • the joining surfaces are designed so that the surface profiles often interlock.
  • the bonding can be carried out under pressure, whereby it can still come to pointwise mechanical contacts of the joining surfaces on the teeth shown. At these points, the thickness of the intermediate layer 7 then goes to zero.
  • FIG. 3a shows a further possible embodiment of the topography of the joining surfaces of the component according to the invention in schematic cross section, in which periodic regular structures 7 having a period of preferably several tens to several 100 .mu.m have been produced on the two joining surfaces, eg by application of material on both sides.
  • the structures on the two joining surfaces are such that the structures 7 can interlock with one another.
  • the illustrated structures 7 have a rectangular shape, but other possible shapes can be used which contribute to an enlargement of the surface.
  • the height of the structures is preferably in a range of 1 to 50 microns.
  • FIG. 3b shows a component according to the invention in schematic cross section, in which the substrate 1 and the compensation wafer 2 according to FIG. 3a are mechanically interconnected. It is easy to see that the structures in this design fit snugly into each other and thus obtain a maximum contact surface between the two connected surfaces.
  • FIG. 4a shows a possible embodiment of the topography of the joining surfaces of the component according to the invention in schematic cross section, in which periodic regular structures 71 having a period of preferably several tens to several 100 .mu.m are produced on one of the two joining surfaces, but preferably not necessarily by material application methods.
  • the other of the two surfaces to be joined has structures 72, which are preferably but not necessarily formed by material removal and are arranged so that they are complementary to the structures 71 on the opposite side.
  • the structures 71, 72 on the two joining surfaces are arranged in such a way that they can interlock with one another. You have here a rectangular cross-sectional shape, but it can also be used other possible forms that contribute to an increase in the surface.
  • FIG. 4b shows a component according to the invention in schematic cross section, in which the substrate 1 and the compensation wafer 2 are mechanically connected to one another according to FIG. 4a.
  • FIG. 5a shows a possible embodiment of the topography of the joining surfaces of the component according to the invention in FIG schematic cross section, in which periodic regular structures 8 have been formed with a period of preferably several tens to several 100 microns on the two joining surfaces by material removal on both sides.
  • the structures 8 on the two joining surfaces are such that the structures 8 interlock and, in particular, can fit into one another with a precise fit.
  • the embodiment shown here has on the two joining surfaces on a wave pattern that has been formed complementary to each other on the two joining surfaces.
  • the structures may optionally be punctiform or otherwise, in the form of elongated straight or curved or wavelike structures or parallel to each other.
  • the structure should be oriented in such a way that the stress component in the acoustic propagation direction is maintained.
  • a groove profile or elongate structures 8 should run perpendicular to the propagation direction of the surface acoustic wave in order to achieve a maximum number of interlocked / hooked structures on the substrate and compensation wafer along the propagation direction.
  • FIG. 5b shows a component according to the invention in a schematic cross section, in which the substrate 1 and the compensation wafer 2 are mechanically connected to one another according to FIG. 5a.
  • One exemplary embodiment provides on one outer side component structures which serve as transducer structures for exciting and decoupling surface waves.
  • component structures for the design of, for example, MEMS, BAW or SAW components can be provided.
  • such component structures are impaired by a thermal expansion in their specifications and are positively influenced by an advantageous design of the topography of the joining surfaces of substrate and compensation wafer.
  • the invention has been described in terms of only a few embodiments, it is not limited thereto. Possible variations result from the type and shape of the compensation layer, the intermediate layer, from the exact design of the component structures. All versions have in common that they achieve a significant improvement of the temperature dependence, in particular with respect to the resonant frequency, with the stated inventive features, without the need for a single measure completely exhausted and the associated disadvantage would have to be accepted.
  • the invention provides a device which has an excellent device performance and a significantly improved or reduced temperature dependence of the device properties, such as the resonant frequency.

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Abstract

Es wird ein Bauelement vorgeschlagen, welches verschiedene Maßnahmen zur Absenkung des Temperaturgangs kombiniert. Das Bauelement kann ein piezoelektrisches Substrat aufweisen, und aus der Oberseite des Substrates können sich elektrisch leitende Bauelementstrukturen befinden. Die Unterseite des Substrates ist mit einer Kompensationsschicht mechanisch fest verbunden, so dass eine mechanische Verspannung entsteht. Die Unterseite des Substrates und die Oberseite der Kompensationsschicht weisen eine Topographie auf.

Description

Beschreibung
Bauelement mit reduziertem Temperaturgang und Verfahren zur Herstellung
Eine nachteilige Eigenschaft von SAW-Filtern ist ihre Frequenzdrift in Abhängigkeit von der Temperatur. Tendenziell nimmt dieser Einfluss mit dem elektro-akustischen Kopplungsfaktor des verwendeten piezoelektrischen Substrats zu. Für Anwendungen, in denen es auf hohe Selektion zwischen eng benachbarten Kanälen ankommt - etwa bei US UPC Duplexer - sind übliche Substrate wie LiTaθ3 ungeeignet, um die schwierigen Anforderungen über einen weiten Betriebstemperaturbereich (z.B.: -400C bis +85°C) zu erfüllen. Bei einem typischen Temperaturkoeffizienten der Mittenfrequenz (TCF, temperature coefficient of frequency) von ~-42ppm/K variiert diese dabei um mehr als 0.5%.
Aus der DE 10 2004 045 181 Al ist ein SAW Bauelement mit reduziertem Temperaturgang bekannt, bei dem zur Kompensation des Temperaturganges über den Bauelementstrukturen eine Siθ2~ Schicht aufgetragen ist und das Substrat mit einer Kompensationsschicht an der Unterseite verbunden ist. Die zusätzlichen Schichten und Prozessierungsschritte vergrößern die Fertigungsstreuungen des Produktes und erhöhen dadurch natürlich auch die Kosten.
Aus der US 6,563,133 Bl ist ein SAW Bauelement bekannt, bei dem zum Verbinden des Substrates mit einem Kompensationswafer ein Waferbondverfahren verwendet wird. Für dieses Verfahren müssen die zu verbindenden Flächen des Substrates und des Kompensationswafers eine extrem hohe Glätte und Partikelfreiheit aufweisen. Darüber hinaus werden besondere Ionenimplantionstechniken und Plasma-Aktivierungen benötigt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Bauelement anzugeben, das einen reduzierten Temperaturgang aufweist, ohne dass dadurch andere Bauelementeigenschaften übermäßig verschlechtert werden.
Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, den Temperaturgang eines Bauelements mit weniger aufwendigen Mitteln als bisher zu verbessern, insbesondere was die Behandlung und Qualität der zu verbindenden Oberflächen betrifft.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Bauelement nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sowie ein Verfahren zur Herstellung des Bauelements sind weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung schlägt ein Bauelement vor, bei dem der gewünschte Effekt eines minimierten Temperaturgangs ohne das gleichzeitige Auftreten üblicherweise damit verbundener Nachteile erreicht wird.
Das erfindungsgemäße Bauelement umfasst ein Substrat, das an der Unterseite mit einer Kompensationsschicht mechanisch fest verbunden ist. Die miteinander zu verbindenden Oberflächen, die Unterseite des Substrates und die Oberseite der Kompensationsschicht, weisen jeweils eine Topographie auf.
Vorteilhaft ist der thermische Ausdehnungskoeffizient TCEl des Substrats größer als der thermische Ausdehnungskoeffizient TCE2 der Kompensationsschicht. Die Topographie auf der Unterseite des Substrates und auf der Oberseite des Kompensationswafers, im Folgenden als die beiden zu verbindenden Schichten bezeichnet, hat den Vorteil, dass es durch entsprechend gewählte Topographien zu einer Vergrößerung der Oberflächen der beiden zu verbindenden Schichten kommt. Des Weiteren wird durch die Topographie eine Art von Verzahnung bzw. ein Ineinandergreifen der beiden zu verbindenden Schichten erreicht.
Als Substrat kommen neben LiTaθ3 und LiNbÜ3 auch andere piezoelektrische Kristalle in Frage. Für den Kompensationswafer eignen sich beispielsweise Glas, LiTaθ3, Glaskeramik, Quarz, Silizium, ZrO2, AI2O3, Saphir, SiC oder B4C. Diese Materialien liegen jeweils monokristallin, polykristallin als amorphes Glas oder Keramik vor.
Auf diese Weise wird eine mechanische Verspannung des piezoelektrischen Substrats erreicht, wobei die Verspannung eine Veränderung der elastischen Parameter bewirkt, die deren temperaturbedingter Veränderung entgegengesetzt ist. Diese Verspannung wirkt dabei vor allem über die Gestaltung der Topographie der zu verbindenden in der Folge als Fügeoberflächen bezeichneten Oberflächen. Sie führt dadurch zu einer Reduzierung des Temperaturgangs von mit der Ausdehnung des Substrats variierenden Bauelementparametern, insbesondere des Temperaturgangs der Frequenz bei elektroakustischen Bauelementen.
Das Substrat des erfindungsgemäßen Bauelements kann mit dem Kompensationswafer verklebt werden. Es bieten sich jedoch auch andere mögliche Verfahren (Fügen, Bonden, Schmelzen, Kitten, Sintern) zum Verbinden des Substrates mit dem Kompensationswafer an. - A -
Bei der Auswahl des zu verwendenden Klebestoffes ist es vorteilhaft, die Eigenschaften des Klebstoffes auf die Dicke der Klebefuge und die Rauhigkeit der zu verbindenden Oberflächen abzustimmen.
Für die Wahl des Klebstoffes sind zwei Eigenschaften von Vorteil: Wenn der verwendete Klebstoff ein E-Modul > 2*109 N/m2 (bei Raumtemperatur) aufweist und die Glasumwandlungstemperatur des Klebstoffes bei mindestens 85 0C, vorzugsweise über 125 0C liegt.
Es eignen sich prinzipiell Klebstoffe auf Basis von Epoxidharz, Polyimid, Acrylat, Siliconharz, Polyesterharz, oder auch hochschmelzende Thermoplaste wie
Polyphenylensulfid, oder LCP (Liquid Crystal Polymers) . Des Weiteren eignen sich auch mineralischer Kitt oder Zement.
Zur Steigerung des E-Moduls kann der Klebstoff gefüllt sein. Gut dafür eignen sich beispielsweise Metalle, Oxide, Carbide und Nitride. Die Teilchengrößen liegen unter der angestrebten Dicke der KlebstoffSchicht, also vorzugsweise unter 1 μm. Darüber hinaus eignen sich auch entsprechend dünne Fasern aus den genannten Materialien, Glas oder Kohlenstoff. Vorzugsweise sind diese entlang bzw. parallel der akustischen Ausbreitungsrichtung orientiert. Als besonders vorteilhaft anzusehen sind so genannte „Nanotubes" aus Kohlenstoff. Der E-Modul von als „Nanotubes" vorliegendem Kohlenstoff weist einen vergleichbaren Wert wie derjenige von Diamant auf.
Die Topographie auf der Unterseite des Substrates und auf der Oberseite der Kompensationsschicht wird in einfacher Weise in Form einer geeignet hohen Rauhigkeit der beiden Fügeflächen realisiert. Durch diese Rauhigkeit können die die Rauhigkeit bildenden „Unebenheiten" - Erhebungen und Vertiefungen - ineinander greifen, sodass bei Temperaturänderungen eine Verspannung der beiden Schichten entsteht. Dazu ist es notwendig, dass der mittlere Abstand zwischen Substrat und Kompensationsschicht kleiner ist als die Rauhigkeitsamplitude der beiden Fügeoberflächen. Je kleiner das Verhältnis aus mittlerem Abstand zur Rauhigkeitsamplitude ist, desto besser wirkt die Verzahnung und eine umso bessere Verspannung kann erreicht werden. Vorteilhafte Verhältnisse liegen beispielsweise bei Werten kleiner 0,5 und vorzugsweise kleiner 0,25.
Neben der Rauhigkeit sind auch ineinander greifende Profilierungen der Oberflächen geeignet. Diese können durch beidseitigen Materialauftrag (z.B. durch Aufdampfen, Aufsputtern, Galvanisieren, Aufdrucken oder vergleichbare Verfahren), durch beidseitigen Materialabtrag (z.B. durch Sägen, Bohren, Schleifen, Sandstrahlen, Erodieren, Lasern, Ätzen oder vergleichbare Verfahren) oder durch eine Kombination daraus gebildet werden.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Bauelements sind Ausgangsdicken von 30 bis 500 μm für das Substrat und 100 bis 500 μm für den Kompensationswafer bevorzugt. Nach dem Verkleben kann der Sandwich ein- oder beidseitig auf eine Gesamtdicke von 100 - 500 μm heruntergedünnt werden. Vorzugsweise hat das Substrat anschließend eine Dicke, die weniger als die Hälfte der Gesamtdicke beträgt.
Die beschriebene Methode kann mit anderen bekannten Methoden kombiniert werden um eine Reduktion des TCF zu erreichen. Im Folgenden wird die Erfindung anhand von
Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren dienen der Veranschaulichung der Erfindung und sind daher nur schematisch und nicht maßstabsgetreu ausgeführt. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Figur 1 zeigt ein erstes Bauelement mit nicht optimaler Topographie
Figur 2 zeigt ein erstes erfindungsgemäßes Bauelement mit geeigneter Topographie
Figur 3a zeigt ein Substrat und eine Kompensationsschicht mit Strukturen, die durch Materialauftrag erzeugt wurden
Figur 3b zeigt ein Bauelement, erhalten nach dem Verbinden der beiden Schichten nach Figur 3a,
Figur 4a zeigt ein Substrat und eine Kompensationsschicht mit Strukturen, die durch Materialauftrag und Materialabtrag erzeugt wurden,
Figur 4b zeigt ein Bauelement, erhalten nach dem Verbinden der beiden Schichten nach Figur 4a,
Figur 5a zeigt ein Substrat und eine Kompensationsschicht mit Strukturen die durch Materialabtrag erzeugt wurden
Figur 5b zeigt ein Bauelement, erhalten nach dem Verbinden der beiden Schichten nach Figur 5a. Figur 1 zeigt ein erstes Bauelement im schematischen Querschnitt. Bau diesem Bauelement ist die Rauhigkeitsamplitude der beiden Fügeoberflächen im Vergleich zu der Dicke der Fuge nicht ausreichend groß genug. Dadurch kann durch eine KlebstoffSchicht 7 zwischen dem Substrates 1 und dem Kompensationswafer 2 keine ausreichend hohe Scherspannung übertragen werden, um den gewünschten Stressbedingungen zu genügen .
Figur 2 zeigt ein erstes erfindungsgemäßes Bauelement im schematischen Querschnitt bei dem die Dicke der Klebefuge relativ zur Rauhigkeit der beiden Fügeoberflächen geeignet dimensioniert ist. Die Fügeoberflächen sind so gestaltet, so dass die Oberflächenprofile vielfach ineinander verzahnen. Die Verklebung kann unter Druck vorgenommen werden, wobei es noch über die dargestellte Verzahnung hinaus zu punktweisen mechanischen Kontakten der Fügeoberflächen kommen kann. An diesen Stellen geht die Dicke der Zwischenschicht 7 dann gegen Null.
Figur 3a zeigt eine weitere mögliche Ausführung der Topographie der Fügeoberflächen des erfindungsgemäßen Bauelements im schematischen Querschnitt, bei dem periodisch regelmäßige Strukturen 7 mit einer Periode von vorzugsweise einigen 10 bis einigen 100 μm auf den beiden Fügeoberflächen z.B. durch beidseitigen Materialauftrag erzeugt worden sind. Die Strukturen auf den beiden Fügeoberflächen sind in der Art, dass die Strukturen 7 ineinander verzahnen können. Die dargestellten Strukturen 7 haben eine rechteckige Form, es können aber auch andere mögliche Formen verwendet werden die zu einer Vergrößerung der Oberfläche beitragen. Die Höhe der Strukturen liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1 bis 50 μm. Figur 3b zeigt ein erfindungsgemäßes Bauelement im schematischen Querschnitt, bei dem das Substrat 1 und der Kompen- sationswafer 2 gemäß Figur 3a mechanisch miteinander verbunden sind. Es ist gut zu erkennen, dass die Strukturen in dieser Ausführung passgenau ineinander passen und so eine maximale Kontaktfläche zwischen den beiden verbundenen Oberflächen erhalten wird.
Figur 4a zeigt eine mögliche Ausführung der Topographie der Fügeoberflächen des erfindungsgemäßen Bauelements im schematischen Querschnitt, bei dem periodisch regelmäßige Strukturen 71 mit einer Periode von vorzugsweise einigen 10 bis einigen 100 μm auf einer der beiden Fügeoberflächen erzeugt sind, vorzugsweise aber nicht zwingend durch Materialauftragsverfahren .
Die andere der beiden zu verbindenden Oberflächen weist Strukturen 72 auf, die vorzugsweise aber nicht zwingend durch Materialabtrag entstanden sind und so angeordnet sind, dass sie komplementär zu den Strukturen 71 auf der Gegenseite sind. Die Strukturen 71,72 auf den beiden Fügeoberflächen sind in der Art angeordnet, dass sie ineinander verzahnen können. Sie haben hier eine rechteckige Querschnittsform, es können aber auch andere mögliche Formen verwendet werden, die zu einer Vergrößerung der Oberfläche beitragen.
Figur 4b zeigt ein erfindungsgemäßes Bauelement im schematischen Querschnitt, bei dem das Substrat 1 und der Kompensationswafer 2 gemäß Figur 4a mechanisch miteinander verbunden sind.
Figur 5a zeigt eine mögliche Ausführung der Topographie der Fügeoberflächen des erfindungsgemäßen Bauelements im schematischen Querschnitt, bei dem periodisch regelmäßige Strukturen 8 mit einer Periode von vorzugsweise einigen 10 bis einigen 100 μm auf den beiden Fügeoberflächen durch beidseitigen Materialabtrag gebildet worden sind. Die Strukturen 8 auf den beiden Fügeoberflächen sind in der Art, dass die Strukturen 8 ineinander verzahnen und insbesondere passgenau ineinander greifen können. Die hier gezeigte Ausführung weist auf den beiden Fügeoberflächen ein Wellenmuster auf, das komplementär zueinander auf den beiden Fügeoberflächen gebildet wurde. Es sind auch weitere Strukturen für diesen Zweck vorstellbar, die zu einer Vergrößerung der Oberfläche beitragen und komplementär ineinander passen. Es sind auch unregelmäßige und nichtperiodische Strukturen geeignet, die jedoch vorzugsweise komplementär zueinander ausgebildet sind.
Die Strukturen können wahlweise punkt- oder andersförmig, als Langestreckte gerade oder gekrümmte oder wellenartig verlaufende Strukturen oder zueinander parallel verlaufend vorliegen. Insofern die Struktur eine anisotrope Gestalt aufweist, ist sie so zu orientieren, dass die Stresskomponente in der akustischen Ausbreitungsrichtung erhalten bleibt. Beispielweise sollte bei SAW Bauelementen ein Rillenprofil bzw. langgestreckte Strukturen 8 senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle verlaufen, um entlang der Ausbreitungsrichtung eine maximale Anzahl an miteinander verschränkten/verhakten Strukturen auf Substrat und Kompensationswafer zu erzielen.
Figur 5b zeigt ein erfindungsgemäßes Bauelement im schematischen Querschnitt, bei dem das Substrat 1 und der Kompensationswafer 2 gemäß Figur 5a mechanisch miteinander verbunden sind. Ein Ausführungsbeispiel sieht auf einer Außenseite Bauelementstrukturen vor, die als Wandlerstrukturen zur Anregung und Auskopplung von Oberflächenwellen dienen. Außerdem können Bauelementstrukturen zur Gestaltung von z.B. MEMS, BAW oder SAW-Bauelementen vorgesehen sein. Im speziellen handelt es sich um solche Bauelementstrukturen die durch eine thermische Längenausdehnung in ihren Spezifikationen beeinträchtigt werden und die durch eine vorteilhafte Gestaltung der Topographie der Fügeflächen von Substrat und Kompensationswafer positiv beeinflusst werden.
Obwohl die Erfindung nur anhand weniger Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht auf diese beschränkt. Mögliche Variationen ergeben sich aus Art und Formgestaltung der Kompensationsschicht, der Zwischenschicht, aus der genauen Gestaltung der Bauelementstrukturen. Allen Ausführungen ist gemein, dass sie mit den angegebenen erfindungsgemäßen Merkmalen eine wesentliche Verbesserung der Temperaturabhängigkeit , insbesondere bzgl. der Resonanzfrequenz, erzielen, ohne dass dazu eine einzelne Maßnahme vollständig ausgereizt und die damit verbundene Nachteil in Kauf genommen werden müsste. Somit gibt die Erfindung ein Bauelement an, welches eine ausgezeichnete Bauelementperformance und eine wesentlich verbesserte bzw. verringerte Temperaturabhängigkeit der Bauelementeigenschaften, z.B. der Resonanzfrequenz aufweist. Bezugs zeichenliste
1 Substrat
2 Kompensationsschicht
3 Unterseite des Substrates 1
4 Oberseite der Kompensationsschicht 2
5 Bauelementstrukturen
6 Zwischenschicht
7 Struktur
71 erhabene Strukturen
72 als Vertiefungen ausgebildete Strukturen

Claims

Patentansprüche
1. Bauelement mit reduziertem Temperaturgang,
- mit einem Substrat (1) das Bauelementstrukturen und einen ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten TCEl aufweist
- mit einer mit der Unterseite des Substrats (1) mechanisch fest verbundenen Kompensationsschicht (2)
- wobei die Unterseite (3) des Substrates (1) und die Oberseite (4) der Kompensationsschicht (2) eine Topographie aufweisen.
2. Bauelement nach Anspruch 1, bei dem das Material der Kompensationsschicht (2) einen zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten TCE2 aufweist und so ausgewählt ist, dass TCE2 < TCEl.
3. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Substrat (1) piezoelektrische Eigenschaften aufweist .
4. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 - 3, bei dem auf der Oberseite des Substrates (1) elektrisch leitende Bauelementstrukturen (5) angeordnet sind.
5. Bauelement nach Anspruch 2, 3 oder 4, bei dem die Unterseite (3) des Substrats (1) und die Oberseite (4) der Kompensationsschicht (2) eine Topographie aufweisen, sodass die Topographie jeweils Strukturen (7), ausgewählt aus Erhebungen und Absenkungen aufweist, so dass die Oberseite (4) und die Unterseite (3) ineinander greifen.
6. Bauelement nach Anspruch 5, bei dem die Topographie eine unsystematische und unregelmäßige Rauhigkeit aufweist.
7. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 - 6 bei dem zwischen Substrat (1) und Kompensationsschicht (2) eine relativ zur Kompensationsschicht dünne Zwischenschicht (6) angeordnet ist.
8. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 - 7, bei dem die Zwischenschicht (6) aus einer Klebstoffschicht besteht.
9. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 - 7, bei dem die Zwischenschicht (6) aus mineralischem Kitt oder Zement besteht.
10. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 - 7, bei dem die Zwischenschicht (6) aus Metall besteht.
11. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 - 10, bei dem die Unterseite (3) und die Oberseite (4) jeweils eine Topographie aufweisen, die durch strukturierten Materialauftrag oder Materialabtrag gebildet ist.
12. Bauelement nach einem der Ansprüche 7 - 11, bei dem eine durch Materialauftrag oder -abtrag gebildete Struktur (7) periodisch regelmäßig ist und eine Periode von 10 bis 100 μm aufweist.
13. Bauelement nach Anspruch 5, 6, 11 und 12, bei dem die Höhe der Topographie einen Wert im Bereich von 1 bis 50 μm aufweist.
14. Bauelement nach Anspruch 11, 12 oder 13, bei dem die Struktur (7) aus Metallen wie Ti, Ni, Cr, Cu oder keramischen oder glasartigen Materialien besteht.
15. Bauelement nach einem der Ansprüche 8 - 14, bei dem der für die Zwischenschicht (6) verwendete Klebstoff ein E-Modul von > 2*109 N/m2 aufweist und die Glasumwandlungstemperatur bei mindestens +85°C, vorzugsweise über 125°C liegt.
16. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 - 15, bei dem es sich um ein SAW-, ein BAW- oder ein MEMS- Bauelement handelt.
17. Verfahren zur Herstellung eines Bauelements mit reduziertem Temperaturgang
- bei dem ein Substrat (1), das einen ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten TCEl aufweist, über seine Unterseite mit einem eine Kompensationsschicht (2) aufweisenden Kompensationswafer mechanisch fest verbunden wird,
- bei dem vor dem Verbinden auf der Unterseite (3) des Substrates (1) und auf der Oberseite (4) der Kompensationsschicht (2) jeweils Strukturen (7) erzeugt werden, die eine Topographie bilden.
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Kompensationsschicht (2) einen zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten TCE2 besitzt und wobei das Material der Kompensationsschicht (2) so gewählt ist, dass TCE2 < TCEl.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, bei dem für das Substrat (1) Materialien mit piezoelektrischen Eigenschaften verwendet werden.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 - 19, bei dem auf der Oberseite des Substrates (1) elektrisch leitenden Bauelementstrukturen (5) aufgebracht werden.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, bei dem das Substrat (1) und die Kompensationsschicht (2) mit Hilfe einer Zwischenschicht (6) verbunden werden.
22. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem die Struktur (7) durch Materialauftrag erzeugt wird, wobei als Auftragsverfahren Aufdampfen, Aufsputtern, Galvanisieren oder Aufdrucken eingesetzt wird.
23. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem die Struktur (7) durch Materialabtrag erzeugt wird, wobei als Abtragsverfahren Ätzen, Sägen, Bohren, Schleifen, Sandstrahlen, Erodieren oder Lasern eingesetzt wird.
24. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem die Struktur (7) durch Kombination von Materialauftrag und Materialabtrag erzeugt wird.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 - 24, bei dem die Absenkungen durch Materialabtrag und die Erhöhungen durch Materialauftrag so gebildet werden, dass sie beim Verbinden ineinander greifen.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 - 21, bei dem eine unregelmäßige Rauhigkeit erzeugt wird, so dass die Rauhigkeitsamplitude der Oberseite (4) und der Unterseite (3) größer ist als die mittlere Dicke der Zwischenschicht (6) .
27. Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, bei dem das Bauelement nach einem ein- oder zweiseitigen Herunterdünnen vorzugsweise eine Gesamtdicke von 100 - 500 μm aufweist.
28. Verfahren nach Anspruch 27, bei dem das Substrat (1) auf die Hälfte der ursprünglichen Gesamtdicke heruntergedünnt wird.
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