WO2012089443A1 - Elektronisches bauelement und verfahren zur herstellung des elektronischen bauelements - Google Patents

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Definitions

  • An electronic component is specified as well as a method for producing the electronic component.
  • surface wave-based or volume-wave-based components generally require cavities.
  • Generated methods including, for example, the structure of a frame structure, for example, on a ceramic as a spacer and lateral boundary, flip-chip of
  • An electronic component comprising a housing which is reduced in size and has an improved stability over conventional housings.
  • Another object of the invention is the provision of a method for producing such an electronic component.
  • Electrode is electrically coupled, and comprises a housing, wherein the housing contains monoatomic carbon layers at least in some areas.
  • electrically coupled is meant in this context an ohmic or an electromagnetic contact.
  • an electronic component which, at least in partial areas of its housing
  • the monoatomic carbon layers can also be conductive, so that by their use the housing has a high frequency (RF) shielding function.
  • RF radio frequency
  • monoatomic carbon layers may also be modified with fluorine, for example, so that they are insulating.
  • the monoatomic carbon layers may be planar, formed into tubes, or partially planar and partially formed into tubes.
  • Planar monatomic carbon layers may be referred to as graphene, tube-shaped monoatomic carbon layers as nanotubes.
  • Graphene is a defined, polycyclic aromatic hydrocarbon that can also be functionalized. It can be a yellow or orange solid. Its basic structure is based on hexa-peri- hexabenzocoronene (HBC), which is insoluble in most solvents. This basic structure can be substituted, for example by alkyl chains, whereby the substituted graphene becomes soluble in solvents.
  • HBC hexa-peri- hexabenzocoronene
  • the columnar graphenes can be applied in the so-called edge-on arrangement on, for example, a substrate.
  • the individual columns are arranged parallel to the substrate.
  • the graph may be arranged in its columnar arrangement in the so-called face-on orientation on a substrate.
  • the individual columns are arranged perpendicular to the substrate. Both arrangements are characterized by a high order within the graphene layer.
  • the graphene as well as the nanotubes, ie the monoatomic carbon layers, can be used as monolayers or as nanoparticles
  • Multilayers be arranged in the electronic component.
  • the carbon layers may be present in the housing of the electronic device as isolated layers or as superimposed layers which may have a high order.
  • the arrangement as a multilayer causes a
  • the housing may be a so-called thin film package, which is scratch resistant and the active area of the
  • Thin film package is understood to mean a layer sequence that has several layers arranged one above the other. To achieve sufficient stability, thick nitride, oxide or epoxy layers have hitherto been used for this purpose. Through the use of mono- or multilayers mono-atomic
  • the housing thickness can be reduced because the monoatomic carbon layers in a thinner version have increased stability over previous materials.
  • a housing which is designed as a thin film package, can already during the production of electronic
  • Component be applied to the active area before a separation of the components takes place.
  • the electronic component may be an electro-acoustic component, wherein the active region a
  • piezoelectric layer comprises.
  • the piezoelectric layer comprises.
  • Layer may contain, for example, A1N.
  • the first and second electrodes may be disposed on one side of the piezoelectric layer or on opposite sides of the piezoelectric layer.
  • the first variant is a surface wave-based component
  • the second variant is a volume-wave-based component.
  • the first and / or the second electrode may have a plurality of superposed ones
  • Layers include, leaving a sandwich structure
  • Exemplary materials are selected from a group comprising Ti, Mo, mixtures of Ti and Mo, Pt, Ru, W, Al, Cu and mixtures of Al and Cu.
  • a sandwich structure may be formed, which has the following structure: Ti, Al / Cu, W.
  • Such a sandwich structure may Example ⁇ as the electrode of a volume-wave-based device represent, at the end remote from the piezoelectric layer on a substrate, the first electrode between the substrate and the piezoelectric layer and the second electrode on the piezoelectric layer to that of the substrate Side is arranged.
  • the sandwich structure can form, for example, the first electrode of the component.
  • Another example of a sandwich structure is an Al or an Al / Cu layer. Such an electrode can
  • Component may have a so-called comb structure in which fingers of the comb of the first and second electrodes are arranged alternately successively on the piezoelectric substrate.
  • electromagnetic waves can form between the respective first and the second electrode.
  • the electronic component may have a housing which has a cavity which is arranged on the active region. Furthermore, a layer sequence spanning the cavity can be arranged on the cavity.
  • the arrangement may be as follows: first electrode, active region on the first electrode, second electrode on the active region, cavity on the second electrode and the active region, layer sequence of the housing on the cavity.
  • the structure could also be as follows: Active region, first and second electrode on the active region, cavity on the first and second electrode and the active region, layer sequence of the housing on the cavity.
  • the layer sequence can be at least one stabilizing
  • the monoatomic carbon layers includes.
  • the stabilizing layer can be arranged within the layer sequence, as the layer completely enclosing the cavity, or as the layer sequence outwardly terminating layer. This means that the stabilizing layer can in principle be arranged at any location of the housing. It can be arranged so that it completely surrounds the cavity. She can be within the
  • Layer sequence for example, be arranged centrally or as the last layer of the layer sequence, the entire
  • Layer sequence ie from above and to the side, encloses. In each of these positions, the monoatomic
  • a first stabilizing layer can be arranged between the cavity and the layer sequence. This may additionally or alternatively to the at least one stabilizing layer of the layer sequence monoatomic
  • the first stabilizing layer can be arranged as the layer directly spanning the cavity and optionally also have structurings.
  • The, at least one stabilizing layer of the layer sequence ⁇ additionally be high-frequency (HF) protectively and / or dissipate heat formed.
  • the RF shielding can be effected by the conductivity of the monoatomic carbon layer.
  • Monoatomic carbon layers have an electrical conductivity that is higher than, for example, that of copper.
  • graphene can have a conductivity of 108 S / m.
  • Additions, for example metals, can further increase the conductivity of graphene and nanotubes, so that high-frequency shielding is designed to be particularly reliable.
  • the thermal conductivity can by additives in the
  • stabilizing layer containing graphene and / or nanotubes can be controlled. So, for example
  • the monoatomic carbon layers may be modified with fluorine, resulting in, for example, fluorographs.
  • Oxygen or fluorine additive be modified so that it is electrically insulated.
  • the remaining layers of the layer sequence of the housing may contain conventional materials, which may, however, be formed with thinner layer thicknesses than conventional since the required stability of the housing can be achieved by the monatomic carbon layers.
  • the electronic component can be designed as a surface-wave-based component, as a volume-wave-based component or as a micro-electro-mechanical component.
  • a surface wave-based component can also be called a SAW component (SAW: surface acoustic wave).
  • SAW surface acoustic wave
  • a volume-wave-based component can also be referred to as a BAW component (BAW: bulk acoustic wave).
  • SAW or BAW filters For example, SAW or BAW filters,
  • Delay lines are provided with the electronic component. Furthermore, the electronic circuit
  • a housing which is formed according to the above embodiments, that includes graphene and / or nanotubes, at least in some areas, has a high resistance
  • graphene is 200 times more stable than steel, for example.
  • graphene and / or nanotubes can be rendered conductive by the addition of other materials such that a layer in the housing, the
  • Graphene and / or nanotubes also retain these advantageous properties when applied as multilayers one above the other. Furthermore, such layers can be structured by means of conventional semiconductor processes. Thus, a stabilizing layer, the graphene and / or
  • Containing nanotubes reduce the thickness of the layer sequence of the housing while increasing the stability and the saulei ⁇ tion. Due to the conductivity, graphene and / or nanotubes can additionally provide the high frequency shielding of the
  • a method for producing an electronic component comprises the method steps A) applying a temporary layer on an assembly comprising the first electrode, the second electrode B) placing a first stabilizing layer having openings on the temporary layer, C) removing the temporary layer through the openings, and D) applying a layer sequence on the first stabilizing layer.
  • the first stabilizing layer and / or the layer sequence can be applied by means of a method which comprises a
  • a group comprising chemical vapor deposition, physical vapor deposition, solution application and chemical surface reactions is selected.
  • the housing can be produced by a variety of techniques and arranged on the active layer.
  • the mare monoato- carbon layers containing layer, which follow directly on the cavity, in the layer sequence or as the layers ⁇ final layer is applied, may be applied by any of these methods.
  • the invention is based on the figures and
  • Figure 1 shows the schematic side view of a
  • Figure 2a shows the schematic side view of another
  • Figure 2b shows a schematic plan view of the
  • FIG. 3 a) to d) show schematic side views of various embodiments of a housing on an electronic component according to FIG. 1.
  • Figure 1 shows the schematic side view of a
  • volume wave based electroacoustic device This comprises a substrate 40, in each case two first reflective layers 51 and second reflective layers 52, a first electrode 10, a second electrode 20 and a
  • the reflective layers represent Bragg mirrors, with the first reflective layer 51 having a high acoustic impedance and the second reflective layer having a low acoustic impedance.
  • the first reflective layer 51 may be, for example
  • the second reflective layer 52 SiO 2.
  • Such arranged reflective layers have a high reflectivity for both longitudinal waves and shear waves. Thus, these waves can be reflected so that they are conducted back into the piezoelectric layer.
  • the substrate 40 may include, for example, Si or SiO 2.
  • the actual resonator is located on the reflec ⁇ leaders layers and the first electrode 10, second electrode 20 and the piezoelectric layer 30 comprising the piezoelectric layer may for example AIN contain two electrodes, metals such as Ti, Mo, mixtures of Ti and Mo, Pt, Ru, W, Al, Cu and mixtures of Al and Cu exhibit.
  • the electrodes may also include a plurality of sub-layers stacked on top of each other, each one
  • Partial layer another material that made the top
  • an electrode may have the sandwich structure Ti, Al / Cu, W.
  • Another possible sandwich structure has the structure Mo, Ti / Mo, Ru.
  • a final oxide layer may be applied as a passivation (not shown here).
  • FIG. 2 a shows the schematic side view of a surface-wave-based component. This comprises the piezoelectric layer 30, a first electrode 10 and a second electrode 20. In FIG. 2b, such a component is shown in a schematic plan view. It can be seen from this figure that the first electrode 10 and the second electrode 20 each have a comb-like structure
  • each comb has a short and a long finger alternately.
  • the fingers of the different combs are along the longitudinal axis of the piezoelectric
  • FIGS. 3a to d Side view of Figure 2a recognizable. Between the individual fingers of the electrodes 10, 20 thus form electromagnetic waves, which can be converted from the piezoelectric layer into mechanical waves and vice versa. Furthermore, a housing 100, which has a cavity, can be applied over the components, as shown schematically in FIGS. 1 and 2, as shown in FIGS. 3a to d. In FIGS. 3 a to d, the schematic side view of a housing 100 on the arrangement according to FIG. 1 is shown by way of example. However, the housing 100 can equally be applied to the arrangement according to FIG. 2 as well as other arrangements of electronic components.
  • FIGS. 3a to d the reference symbols for the arrangement of the active layer
  • FIG. 3 a shows a cavity 60 over the active region, a structured first stabilizing layer 70 above the cavity and a layer sequence 80.
  • the first stabilizing layer 70 is made of a monatomic carbon layer, graphene
  • the structuring of the first stabilizing layer 70 makes it possible to produce the cavity 60 in the housing 100.
  • a temporary layer (not shown here) may be deposited and patterned on the active layer 30 and the second electrode 20, respectively.
  • This temporary layer can consist of a photoresist, for example.
  • the first stabilizing layer 70 is applied to the temporary layer and patterned to form openings in the first stabilizing layer 70.
  • the temporary layer may be selectively removed through the openings in the first stabilizing layer 70.
  • the cavity is formed.
  • oxides or nitrides can be used. To close the cavity, more will be added stabilizing layers applied to the first stabilizing layer 70, which form the layer sequence 80.
  • the layer sequence 80 causes a further stabilization and seals the active region 30 from moisture.
  • At least some of the layers of the layer sequence 80 here may also be conductive and thus protectively out forms ⁇ RF.
  • Layers of the layer sequence 80 can be
  • Epoxy material which is applied by means of a Druckverfah-, or, if they are to be conductive, consist of metals.
  • the housing 100 according to FIG. 3b can be produced analogously.
  • a stabilizing layer 81 in the layer sequence 80 is shown, which on the first
  • the layer 81 contains graphene and / or nanotubes, stabilizes the first stabilizing layer 70 and simultaneously carries the
  • Layer sequence 80 Another function of the layer 81 is the sealing of the cavity with respect to the layer sequence 80.
  • the housing 100 according to FIG. 3c can also be produced analogously to the abovementioned method.
  • a layer 82 is shown within the layer sequence 80, which contains graphene and / or nanotubes. Such a layer increases the stability within the layer sequence 80.
  • the housing 100 according to FIG. 3d can likewise be produced by means of a method as explained above.
  • the stabilizing layer 83 is shown, the layer sequence 80 from above and from the side edges
  • a housing 100 which has in combination a plurality of graphene- and / or nanotube-containing stabilizing layers 70, 81, 82 and 83 (not shown in the figures).
  • the stabilizing layers 81 and 83 may also have a high frequency shielding function as well as a thermally conductive function in addition to functions to be stabilized.
  • a housing is provided that has an increased reliabil ⁇ stechnik, and is stable to high pressure, high humidity and high temperatures. High temperatures and process pressures must be kept away from the active area during further processing of an electronic device, such as when the flip-chip of a module generates 10 bar and more. This can also be done by the stable housing 100 according to the above

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Abstract

Es wird ein elektronisches Bauelement angegeben, das eine erste Elektrode (10), eine zweite Elektrode (20), einen aktiven Bereich (30), der mit der ersten Elektrode (10) und der zweiten Elektrode (20) elektrisch gekoppelt ist, und ein Gehäuse (100) aufweist, wobei das Gehäuse (100) zumindest in Teilbereichen monoatomare Kohlenstoffschichten enthält.

Description

Beschreibung
Elektronisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung des elektronischen Bauelements
Es wird ein elektronisches Bauelement angegeben sowie ein Verfahren zur Herstellung des elektronischen Bauelements.
Gehäuse von elektronischen Bauelementen, unter denen auch mikromechanische Bauelemente verstanden werden, wie
beispielsweise oberflächenwellenbasierten oder volumenwellen- basierten Bauelementen benötigen in der Regel Kavitäten.
Gehäuse mit Kavitäten werden bisher mit verschiedenen
Methoden erzeugt, dazu gehören beispielsweise der Aufbau einer Rahmenstruktur beispielsweise auf einer Keramik als Abstandshalter und seitliche Begrenzung, Flip-Chip des
Bauelements und Überziehen mit einem Kunststoff, oder auch das Erzeugen einer Vertiefung in einem Wafer, Aufbau einer Rahmenstruktur zur Verbindung und als seitliche Begrenzung, Flip-Chip des kompletten Wafers und nachfolgendes Wafer- bonding, das heißt Verfestigen der Verbindung. Der Wafer kann dabei beispielsweise aus Silizium oder aus Niobaten/Tanta- laten bestehen. Danach werden die Chips vereinzelt. Aufgabe mindestens einer Aus führungs form der Erfindung ist die Bereitstellung eines elektronischen Bauelements umfassend ein Gehäuse, das in seiner Größe reduziert ist und eine verbesserte Stabilität gegenüber herkömmlichen Gehäusen aufweist. Aufgabe einer weiteren Aus führungs form ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines solchen elektronischen Bauelements. Diese Aufgaben werden durch ein elektronisches Bauelement gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 14 gelöst. Es wird ein elektronisches Bauelement angegeben, das eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode, einen aktiven
Bereich, der mit der ersten Elektrode und der zweiten
Elektrode elektrisch gekoppelt ist, und ein Gehäuse umfasst, wobei das Gehäuse zumindest in Teilbereichen monoatomare Kohlenstoffschichten enthält.
Unter "elektrisch gekoppelt" wird in diesem Zusammenhang ein ohmscher oder ein elektromagnetischer Kontakt verstanden.
Damit wird ein elektronisches Bauelement bereitgestellt, das zumindest in Teilbereichen seines Gehäuses einen
synthetischen Werkstoff in Form von monoatomaren
Kohlenstoffschichten enthält. Aufgrund der monoatomaren
Kohlenstoffschichten weist das Gehäuse eine erhöhte
mechanische und statische Stabilität auf. Die monoatomaren Kohlenstoffschichten können zudem leitfähig sein, sodass durch ihre Verwendung das Gehäuse eine Hochfrequenz (HF) - schirmende Funktion aufweist. Alternativ können die
monoatomaren Kohlenstoffschichten auch beispielsweise mit Fluor modifiziert sein, so dass sie isolierend sind.
Die monoatomaren Kohlenstoffschichten können planar sein, zu Röhren geformt sein, oder teilweise planar und teilweise zu Röhren geformt sein. Planare monoatomare Kohlenstoffschichten können als Graphen bezeichnet werden, zu Röhren geformte monoatomare Kohlenstoffschichten als Nanoröhren.
Es können also in Teilbereichen des Gehäuses Graphen,
Nanoröhren oder Mischungen aus Graphen und Nanoröhren
vorhanden sein. Beide Arten der monoatomaren Kohlenstoffschichten weisen eine hohe mechanische und statische
Stabilität auf und können leitfähig ausgebildet sein. Aufgrund dieser Eigenschaften können sie in einem Gehäuse für elektronische Bauelemente eingesetzt werden.
Graphen ist ein definierter, polyzyklischer aromatischer Kohlenwasserstoff, der auch funktionalisiert sein kann. Es kann sich dabei um einen gelben oder orangefarbigen Feststoff handeln. Seine Grundstruktur basiert auf Hexa-peri- hexabenzocoronen (HBC) , das in den meisten Lösungsmitteln unlöslich ist. Diese Grundstruktur kann beispielsweise durch Alkylketten substituiert sein, wodurch das substituierte Graphen in Lösungsmitteln löslich wird.
Sowohl in kristalliner Form als auch in Lösung kann sich Graphen säulenartig anordnen. Aromatische Kerne können dabei direkt übereinander angeordnet sein. Die säulenartige
Anordnung wird als Selbstorganisation bezeichnet und bildet sich abhängig von den Substituenten an dem Graphen, der
Temperatur und der Konzentration, falls die Anordnung in Lösung erfolgt, aus. Durch die säulenartige Anordnung in Lösung können beispielsweise dünne Oberflächenfilme
hergestellt werden, die gut geordnete Schichten - im
Idealfall ohne Defekte - und eine hohe Ladungsträgerbeweg¬ lichkeit aufweisen.
Die säulenartig angeordneten Graphene können in der so genannten Edge-on-Anordnung auf beispielsweise einem Substrat aufgebracht sein. Dabei sind die einzelnen Säulen parallel zu dem Substrat angeordnet. Alternativ kann das Graphen in seiner säulenartigen Anordnung in der so genannten Face-on- Orientierung auf einem Substrat angeordnet werden. Dabei sind die einzelnen Säulen senkrecht zu dem Substrat angeordnet. Beide Anordnungen zeichnen sich durch eine hohe Ordnung innerhalb der Graphenschicht aus. Das Graphen wie auch die Nanoröhren, also die monoatomaren Kohlenstoffschichten, können als Monolagen oder als
Multilagen in dem elektronischen Bauelement angeordnet sein. Somit können die Kohlenstoffschichten als isolierte Schichten oder als übereinander angeordnete Schichten, die eine hohe Ordnung aufweisen können, in dem Gehäuse des elektronischen Bauelements vorhanden sein.
Insbesondere die Anordnung als Multilage bewirkt eine
besonders hohe mechanische und statische Stabilität in einem Gehäuse. Das Gehäuse kann ein so genanntes Thin Film Package sein, das kratzfest ist und den aktiven Bereich des
elektronischen Bauelements vor Umwelteinflüssen schützt.
Unter Thin Film Package wird eine Schichtenfolge verstanden, die mehrere übereinander angeordnete Schichten aufweist. Um ausreichende Stabilität zu erreichen, wurden bislang hierfür dicke Nitrid-, Oxid- oder Epoxidschichten verwendet. Durch die Verwendung von Mono- oder Multilagen monoatomarer
Kohlenstoffschichten zumindest in Teilbereichen des Gehäuses kann die Gehäusedicke reduziert werden, da die monoatomaren Kohlenstoffschichten in dünnerer Ausführung eine erhöhte Stabilität gegenüber bisherigen Materialien aufweisen. Ein Gehäuse, das als Thin Film Package ausgebildet ist, kann bereits während der Herstellung des elektronischen
Bauelements auf den aktiven Bereich aufgebracht werden, bevor eine Vereinzelung der Bauelemente erfolgt.
Mit der Bezeichnung „auf" wird hier und im Folgenden eine Reihenfolge verstanden, die sowohl direktes Aufeinanderfolgen als auch die relative Anordnung zueinander, bei der weitere Elemente zwischen den aufeinander folgenden Elementen
angeordnet sein können, umfasst. Das elektronische Bauelement kann ein elektroakustisches Bauelement sein, wobei der aktive Bereich eine
piezoelektrische Schicht umfasst. Die piezoelektrische
Schicht kann beispielsweise A1N enthalten.
In dem elektrischen Bauelement kann die erste und die zweite Elektrode auf einer Seite der piezoelektrischen Schicht oder auf sich gegenüberliegenden Seiten der piezoelektrischen Schicht angeordnet sein. Bei der ersten Variante handelt es sich um ein oberflächenwellenbasiertes Bauelement, bei der zweiten Variante um ein volumenwellenbasiertes Bauelement.
In dem elektronischen Bauelement können die erste und/oder die zweite Elektrode mehrere übereinander angeordnete
Schichten umfassen, so dass eine Sandwich-Struktur
resultiert. Beispielhafte Materialien sind aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Ti, Mo, Mischungen aus Ti und Mo, Pt, Ru, W, AI, Cu und Mischungen aus AI und Cu umfasst. Beispielsweise kann eine Sandwich-Struktur gebildet sein, die folgenden Aufbau aufweist: Ti, Al/Cu, W. Eine weitere
mögliche Sandwich-Struktur weist den folgenden Aufbau auf: Mo, Ti/Mo, Ru. Eine solche Sandwich-Struktur kann beispiels¬ weise die Elektrode eines volumenwellenbasierten Bauelements darstellen, bei dem die piezoelektrische Schicht auf einem Substrat, die erste Elektrode zwischen dem Substrat und der piezoelektrischen Schicht, und die zweite Elektrode auf der piezoelektrischen Schicht auf der von dem Substrat abgewandten Seite angeordnet ist. Die Sandwich-Struktur kann dabei beispielsweise die erste Elektrode des Bauelements bilden . Ein weiteres Beispiel für eine Sandwich-Struktur ist eine Al- oder einer Al/Cu-Schicht . Eine solche Elektrode kann
beispielsweise die erste und/oder die zweite Elektrode eines oberflächenwellenbasierten Bauelements darstellen, bei dem beide Elektroden auf einer Seite der piezoelektrischen
Schicht angeordnet sind.
Die beiden Elektroden eines oberflächenwellenbasierten
Bauelements können eine so genannte Kammstruktur aufweisen, bei der Finger des Kamms der ersten und zweiten Elektrode abwechselnd nacheinander auf dem piezoelektrischen Substrat angeordnet sind. Dabei können sich zwischen der jeweils ersten und der zweiten Elektrode elektromagnetische Wellen ausbilden .
Weiterhin kann gemäß einer weiteren Aus führungs form das elektronische Bauelement ein Gehäuse aufweisen, das eine Kavität aufweist, die auf dem aktiven Bereich angeordnet ist. Weiterhin kann auf der Kavität eine die Kavität überspannende Schichtenfolge angeordnet sein.
So kann beispielsweise die Anordnung folgendermaßen sein: Erste Elektrode, aktiver Bereich auf der ersten Elektrode, zweite Elektrode auf dem aktiven Bereich, Kavität auf der zweiten Elektrode und dem aktiven Bereich, Schichtenfolge des Gehäuses auf der Kavität. Alternativ könnte der Aufbau auch folgendermaßen aussehen: Aktiver Bereich, erste und zweite Elektrode auf dem aktiven Bereich, Kavität auf der ersten und zweiten Elektrode und dem aktiven Bereich, Schichtenfolge des Gehäuses auf der Kavität.
Die Schichtenfolge kann mindestens eine stabilisierende
Schicht aufweisen, die monoatomare Kohlenstoffschichten umfasst. Dabei kann die stabilisierende Schicht innerhalb der Schichtenfolge, als die Kavität vollständig umschließende Schicht, oder als die Schichtenfolge nach außen abschließende Schicht angeordnet sein. Das bedeutet, die stabilisierende Schicht kann prinzipiell an einem beliebigen Ort des Gehäuses angeordnet sein. Sie kann so angeordnet sein, dass sie die Kavität vollständig umschließt. Sie kann innerhalb der
Schichtenfolge beispielsweise mittig angeordnet sein oder als letzte Schicht der Schichtenfolge, die die gesamte
Schichtenfolge, also von oben und seitlich, umschließt. In jeder dieser Positionen bewirken die monoatomaren
Kohlenstoffschichten eine erhöhte Stabilität des Gehäuses.
Zwischen der Kavität und der Schichtenfolge kann weiterhin eine erste stabilisierende Schicht angeordnet sein. Diese kann zusätzlich oder alternativ zu der mindestens einen stabilisierenden Schicht der Schichtenfolge monoatomare
Kohlenstoffschichten aufweisen. Die erste stabilisierende Schicht kann als die die Kavität direkt überspannende Schicht angeordnet sein und optional auch Strukturierungen aufweisen.
Die mindestens eine stabilisierende Schicht der Schichten¬ folge kann zusätzlich Hochfrequenz (HF) schirmend und/oder wärmeableitend ausgebildet sein. Die HF-Schirmung kann durch die Leitfähigkeit der monoatomaren KohlenstoffSchicht bewirkt werden. Monoatomare Kohlenstoffschichten weisen eine elektrische Leitfähigkeit auf, die höher ist als beispielsweise diejenige von Kupfer. So kann Graphen beispielsweise eine Leitfähigkeit von 108 S/m aufweisen. Durch Zusätze, bei- spielsweise Metalle, kann die Leitfähigkeit von Graphen und auch von Nanoröhren noch weiter erhöht werden, sodass die Hochfrequenzschirmung besonders zuverlässig ausgebildet ist. Auch die Wärmeleitfähigkeit kann durch Zusätze in der
stabilisierenden Schicht, die Graphen und/oder Nanoröhren enthält, gesteuert werden. So können beispielsweise
monoatomare Kohlenstoffschichten mit anorganischen
Materialien kombiniert werden. Beispielsweise können die monoatomaren Kohlenstoffschichten mit Fluor modifiziert sein, so dass zum Beispiel Fluorgraphene resultieren.
Soll keine elektrische Leitfähigkeit in der stabilisierenden Schicht vorhanden sein, kann diese beispielsweise durch
Sauerstoff- oder Fluorzusatz so modifiziert sein, dass sie elektrisch isolierend ausgebildet ist.
Die übrigen Schichten der Schichtenfolge des Gehäuses können herkömmliche Materialien enthalten, die jedoch mit dünneren Schichtdicken als herkömmlich ausgebildet sein können, da die erforderliche Stabilität des Gehäuses durch die monoatomaren Kohlenstoffschichten erreicht werden kann.
Das elektronische Bauelement kann als oberflächenwellen- basiertes Bauelement, als volumenwellenbasiertes Bauelement oder als mikro-elektro-mechanisches Bauelement ausgebildet sein. Ein oberflächenwellenbasiertes Bauelement kann auch a SAW-Bauelement (SAW: surface acoustic wave) bezeichnet werden. Ein volumnewellenbasiertes Bauelement kann auch als BAW-Bauelement (BAW: bulk acoustic wave) bezeichnet werden.
Es können also beispielsweise SAW- oder BAW-Filter,
Resonatoren oder Sensoren wie auch Wellenleiter oder
Verzögerungsleitungen mit dem elektronischen Bauelement bereitgestellt werden. Weiterhin kann das elektronische
Bauelement ein so genanntes Guide Bulk Acoustic Wave- basiertes Bauelement darstellen. Aus Filtern können weiterhin Duplexer aufgebaut werden sowie weitere komplexe Module dargestellt werden. Solche elektroakustischen Bauelemente können beispielsweise im Mobilfunk eingesetzt werden. Ein Gehäuse, das gemäß den obigen Ausführungen ausgebildet ist, also Graphen und/oder Nanoröhren zumindest in Teilbereichen umfasst, weist eine hohe Widerstandsfähigkeit
gegenüber Zug und Druck auf, da Graphen 200-mal stabiler als beispielsweise Stahl ist. Weiterhin kann Graphen und/oder Nanoröhren durch Zugabe von anderen Materialien so leitfähig gemacht werden, dass eine Schicht in dem Gehäuse, die
derartiges Material umfasst, bei Raumtemperatur eine bessere Leitfähigkeit als reines Silber aufweist. Da Graphen eine thermische Leitfähigkeit von 100 W/ (mK) aufweist, ist die Wärmeableitung innerhalb eines Gehäuses ebenso gewährleistet.
Graphen und/oder Nanoröhren behalten diese vorteilhaften Eigenschaften auch, wenn sie als Multilagen übereinander aufgebracht werden. Weiterhin können solche Schichten mittels herkömmlichen Halbleiterprozessen strukturiert werden. Somit kann eine stabilisierende Schicht, die Graphen und/oder
Nanoröhren enthält, die Dicke der Schichtenfolge des Gehäuses reduzieren und gleichzeitig die Stabilität und die Wärmelei¬ tung erhöhen. Durch die Leitfähigkeit kann Graphen und/oder Nanoröhren zusätzlich die Hochfrequenzschirmung des
elektronischen Bauteils verbessern. Es wird also ein
kleineres, stabileres und zuverlässigeres elektronisches Bauelement bereitgestellt. Gemäß einer weiteren Aus führungs form wird ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements angegeben, das die Verfahrensschritte A) Aufbringen einer temporären Schicht auf einer Anordnung, die die erste Elektrode, die zweite Elektrode und den aktiven Bereich umfasst, B) Anordnen einer ersten stabilisierenden Schicht, die Öffnungen aufweist, auf der temporären Schicht, C) Entfernen der temporären Schicht durch die Öffnungen und D) Aufbringen einer Schichtenfolge auf der ersten stabilisierenden Schicht, umfasst.
Durch das Aufbringen der temporären Schicht kann also eine Kavität auf dem aktiven Bereich erzeugt werden, und auf der Kavität eine stabile, die Kavität überspannende
Schichtenfolge angeordnet werden.
In dem Verfahrensschritt B) und/oder D) kann weiterhin die erste stabilisierende Schicht und/oder die Schichtenfolge mittels einer Methode aufgebracht werden, die aus einer
Gruppe ausgewählt ist, die chemische Gasphasenabscheidung, physikalische Gasphasenabscheidung, Aufbringen einer Lösung und chemische Oberflächenreaktionen umfasst. Somit kann das Gehäuse mittels vielfältiger Verfahrenstechniken erzeugt und auf der aktiven Schicht angeordnet werden. Auch die monoato- mare Kohlenstoffschichten enthaltende Schicht, die direkt auf der Kavität, in der Schichtenfolge oder als die Schichten¬ folge abschließende Schicht aufgebracht wird, kann mittels einer dieser Methoden aufgebracht werden. Die Erfindung wird anhand der Figuren und
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Figur 1 zeigt die schematische Seitenansicht einer
Aus führungs form des elektronischen Bauelements.
Figur 2a zeigt die schematische Seitenansicht einer weiteren
Aus führungs form des elektronischen Bauelements. Figur 2b zeigt eine schematische Draufsicht auf das
elektronische Bauelement gemäß Figur 2A.
Figur 3 a) bis d) zeigen schematische Seitenansichten verschiedener Aus führungs formen eines Gehäuses auf einem elektronischen Bauelement gemäß Figur 1.
Figur 1 zeigt die schematische Seitenansicht eines
volumenwellenbasierten elektroakustischen Bauelements. Dieses umfasst ein Substrat 40, jeweils zwei erste reflektierende Schichten 51 und zweite reflektierende Schichten 52, eine erste Elektrode 10, eine zweite Elektrode 20 und eine
piezoelektrische Schicht 30. Die reflektierenden Schichten stellen Bragg-Spiegel dar, wobei die erste reflektierende Schicht 51 eine hohe akustische Impedanz und die zweite reflektierende Schicht eine niedrige akustische Impedanz aufweist .
Die erste reflektierende Schicht 51 kann beispielsweise
Wolfram enthalten, die zweite reflektierende Schicht 52 Si02. Derart angeordnete reflektierende Schichten haben eine hohe Reflektivität sowohl für longitudinale Wellen als auch für Scherwellen. Damit können diese Wellen so reflektiert werden, dass sie zurück in die piezoelektrische Schicht geleitet werden.
Das Substrat 40 kann beispielsweise Si oder Si02 aufweisen. Der eigentliche Resonator befindet sich auf den reflektie¬ renden Schichten und umfasst die erste Elektrode 10, die zweite Elektrode 20 und die piezoelektrische Schicht 30. Die piezoelektrische Schicht kann beispielsweise AIN enthalten, die beiden Elektroden können Metalle wie Ti, Mo, Mischungen aus Ti und Mo, Pt, Ru, W, AI, Cu und Mischungen aus AI und Cu aufweisen. Die Elektroden können auch mehrere Teilschichten, die übereinander gestapelt sind, enthalten, wobei jede
Teilschicht ein anderes Material, das aus den oben
aufgezählten ausgewählt sein kann, enthält. Beispielsweise kann eine Elektrode die Sandwich-Struktur Ti, Al/Cu, W aufweisen. Eine weitere mögliche Sandwich-Struktur weist den Aufbau Mo, Ti/Mo, Ru auf.
Auf der Anordnung, wie sie in Figur 1 gezeigt ist, kann weiterhin eine abschließende Oxidschicht als Passivierung aufgebracht sein (hier nicht gezeigt) .
Figur 2a zeigt die schematische Seitenansicht eines ober- flächenwellenbasierten Bauelements. Dieses umfasst die piezoelektrische Schicht 30, eine erste Elektrode 10 und eine zweite Elektrode 20. In Figur 2b ist ein solches Bauelement in einer schematischen Draufsicht gezeigt. Anhand dieser Figur ist erkennbar, dass die erste Elektrode 10 und die zweite Elektrode 20 jeweils eine kammartige Struktur
aufweisen, wobei jeder Kamm abwechselnd einen kurzen und einen langen Finger aufweist. Die Finger der verschiedenen Kämme sind entlang der Längsachse der piezoelektrischen
Schicht 30 abwechselnd nacheinander auf der piezoelektrischen Schicht angeordnet. Dies ist auch in der schematischen
Seitenansicht der Figur 2a erkennbar. Zwischen den einzelnen Fingern der Elektroden 10, 20 bilden sich somit elektromagnetische Wellen aus, die von der piezoelektrischen Schicht in mechanische Wellen umgewandelt werden können und umgekehrt. Über den Bauelementen, wie sie schematisch in den Figuren 1 und 2 dargestellt sind, kann weiterhin jeweils ein Gehäuse 100, das eine Kavität aufweist, aufgebracht sein, wie in den Figuren 3a bis d gezeigt. In den Figuren 3a bis d wird beispielhaft die schematische Seitenansicht eines Gehäuses 100 auf der Anordnung gemäß Figur 1 gezeigt. Das Gehäuse 100 kann jedoch gleichermaßen auf der Anordnung gemäß Figur 2 sowie anderen Anordnungen elektronischer Bauelemente aufgebracht sein.
Der Übersichtlichkeit halber sind in den Figuren 3a bis d die Bezugszeichen für die Anordnung aus aktiver Schicht,
reflektierende Schichten, Elektroden und aktiver Bereich nicht mehr gezeigt. Figur 3a zeigt eine Kavität 60 über dem aktiven Bereich, eine strukturierte erste stabilisierende Schicht 70 über der Kavität und eine Schichtenfolge 80. In dieser Aus führungs form ist die erste stabilisierende Schicht 70 aus einer monoatomaren KohlenstoffSchicht , Graphen
und/oder Nanoröhren, gebildet. Aufgrund ihrer hohen
mechanischen Stabilität kann sie die Kavität 60 stabil überspannen und gleichzeitig die Schichtenfolge 80 tragen.
Die Strukturierung der ersten stabilisierenden Schicht 70 ermöglicht die Herstellung der Kavität 60 in dem Gehäuse 100. Um die Kavität 60 zu erzeugen, kann beispielsweise auf die aktive Schicht 30 beziehungsweise die zweite Elektrode 20 eine temporäre Schicht (hier nicht gezeigt) abgeschieden und strukturiert werden. Diese temporäre Schicht kann beispiels- weise aus einem Fotolack bestehen. Die erste stabilisierende Schicht 70 wird auf die temporäre Schicht aufgebracht und strukturiert, sodass Öffnungen in der ersten stabilisierenden Schicht 70 entstehen. Die temporäre Schicht kann selektiv durch die Öffnungen in der ersten stabilisierenden Schicht 70 entfernt werden. Dadurch wird die Kavität gebildet. Als temporäre Schicht können beispielsweise Oxide oder Nitride verwendet werden. Um die Kavität zu schließen, werden weitere stabilisierende Schichten auf der ersten stabilisierenden Schicht 70 aufgebracht, die die Schichtenfolge 80 bilden.
Die Schichtenfolge 80 bewirkt eine weitere Stabilisation und dichtet den aktiven Bereich 30 gegen Feuchtigkeit ab.
Zumindest einige der Schichten der Schichtenfolge 80 können dabei auch leitfähig und damit Hochfrequenz schirmend ausge¬ bildet sein. Schichten der Schichtenfolge 80 können ein
Epoxymaterial aufweisen, welches mittels eines Druckverfah- rens aufgebracht wird, oder, wenn sie leitfähig sein sollen, aus Metallen bestehen.
Das Gehäuse 100 gemäß Figur 3b kann analog hergestellt werden. Hier ist beispielhaft eine stabilisierende Schicht 81 in der Schichtenfolge 80 gezeigt, die auf der ersten
stabilisierenden Schicht 70 aufgebracht ist. Die Schicht 81 enthält Graphen und/oder Nanoröhren, stabilisiert die erste stabilisierende Schicht 70 und trägt gleichzeitig die
Schichtenfolge 80. Eine weitere Funktion der Schicht 81 ist die Abdichtung der Kavität gegenüber der Schichtenfolge 80.
Auch das Gehäuse 100 gemäß Figur 3c kann analog dem oben genannten Verfahren hergestellt werden. Hier ist beispielhaft eine Schicht 82 innerhalb der Schichtenfolge 80 gezeigt, die Graphen und/oder Nanoröhren enthält. Eine solche Schicht erhöht die Stabilität innerhalb der Schichtenfolge 80.
Das Gehäuse 100 gemäß Figur 3d kann ebenfalls mittels eines Verfahrens wie oben erläutert hergestellt werden. Hier ist beispielhaft die stabilisierende Schicht 83 gezeigt, die die Schichtenfolge 80 von oben und von den Seitenrändern
gegenüber der Atmosphäre abdichtet. Sie enthält in dieser Aus führungs form Graphen und/oder Nanoröhren enthalten. Es ist auch ein Gehäuse 100 denkbar, das in Kombination mehrere graphen- und/oder nanoröhrenhaltige stabilisierende Schichten 70, 81, 82 und 83 aufweist (nicht in den Figuren gezeigt) .
Die stabilisierenden Schichten 81 und 83 können zusätzlich zu stabilisierenden Funktionen auch eine Hochfrequenz schirmende Funktion sowie eine wärmeleitende Funktion aufweisen. Damit wird ein Gehäuse bereitgestellt, dass eine erhöhte Zuverläs¬ sigkeit aufweist, und stabil gegenüber hohem Druck, hoher Feuchtigkeit und hohen Temperaturen ist. Hohe Temperaturen und Prozessdrücke müssen während der weiteren Verarbeitung eines elektronischen Bauelements von dem aktiven Bereich abgehalten werden, beispielsweise wenn beim Flip-Chip eines Moduls 10 bar und mehr entstehen. Dies kann ebenfalls durch das stabile Gehäuse 100 gemäß den obigen Ausführungen
geschehen .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die
Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von
Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugs zeichenliste
10 erste Elektrode
20 zweite Elektrode
30 piezoelektrische Schicht
40 Substrat
51 erste reflektierende Schicht
52 zweite reflektierende Schicht
60 Kavität
70 erste stabilisierende Schicht
80 Schichtenfolge
81 stabilisierende Schicht
82 stabilisierende Schicht
83 stabilisierende Schicht
100 Gehäuse

Claims

Patentansprüche
1. Elektronisches Bauelement aufweisend
- eine erste Elektrode (10),
- eine zweite Elektrode (20),
- einen aktiven Bereich (30), der mit der ersten Elektrode (10) und der zweiten Elektrode (20) elektrisch gekoppelt ist, und
- ein Gehäuse (100),
wobei das Gehäuse (100) zumindest in Teilbereichen
monoatomare Kohlenstoffschichten enthält.
2. Elektronisches Bauelement nach dem vorhergehenden
Anspruch, wobei die monoatomaren Kohlenstoffschichten planar sind, zu Röhren geformt sind oder teilweise planar und teilweise zu Röhren geformt sind.
3. Elektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die monoatomaren Kohlenstoffschichten als Monolagen oder als Multilagen angeordnet sind.
4. Elektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ein elektroakustisches Bauelement ist, wobei der aktive Bereich (30) eine piezoelektrische Schicht
umfasst.
5. Elektronisches Bauelement nach dem vorhergehenden
Anspruch, wobei die erste und die zweite Elektrode (10,20) auf einer Seite der piezoelektrischen Schicht (30) oder auf sich gegenüberliegenden Seiten der piezoelektrischen Schicht (30) angeordnet sind.
6. Elektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (100) eine Kavität (60)
aufweist, die auf dem aktiven Bereich (30) angeordnet ist.
7. Elektronisches Bauelement nach dem vorhergehenden
Anspruch, wobei auf der Kavität (60) eine die Kavität
überspannende Schichtenfolge (80) angeordnet ist.
8. Elektronisches Bauelement nach dem vorhergehenden
Anspruch, wobei zwischen der Kavität (60) und der
Schichtenfolge (80) eine erste stabilisierende Schicht (70) angeordnet ist.
9. Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die Schichtenfolge (80) mindestens eine
stabilisierende Schicht (81,82,83) aufweist, die monoatomare Kohlenstoffschichten umfasst.
10. Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei die erste stabilisierende Schicht (70) monoatomare
Kohlenstoffschichten umfasst.
11. Elektronisches Bauelement nach Anspruch 9, wobei die stabilisierende Schicht (81,82,83) innerhalb der
Schichtenfolge (80), als die Kavität (60) vollständig
umschließende Schicht (81) oder als die Schichtenfolge (80) nach außen abschließende Schicht (83) angeordnet ist.
12. Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 9 oder 11, wobei die stabilisierende Schicht (81,83) zusätzlich HF- schirmend und/oder Wärme ableitend ist.
13. Elektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das als oberflächenwellenbasiertes Bauelement, als volumenwellenbasiertes Bauelement oder als mikro-elektro- mechanisches Bauelement ausgebildet ist.
14. Verfahren zur Herstellung eines elektronischen
Bauelements nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
aufweisend die Verfahrensschritte
A) Aufbringen einer temporären Schicht auf einer Anordnung, die die erste Elektrode (10), die zweite Elektrode (20) und den aktiven Bereich (30) umfasst,
B) Anordnen einer ersten stabilisierenden Schicht (70), die Öffnungen aufweist, auf der temporären Schicht,
C) Entfernen der temporären Schicht durch die Öffnungen und D) Aufbringen einer Schichtenfolge (80) auf der ersten stabilisierenden Schicht.
15. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Verfahrensschritte B) und/oder D) mittels einer Methode durchgeführt wird, die aus einer Gruppe ausgewählt ist, die chemische Gasphasenabscheidung, physikalische
Gasphasenabscheidung, Aufbringen in Lösung und chemische Oberflächenreaktionen umfasst.
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