DE60006365T2 - Akustische oberflächenwellenanordnung verbunden mit einem sockel durch einen leitenden klebstoff - Google Patents

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Description

  • Das Gebiet der Erfindung ist jenes der Oberflächenwellenbauelemente, die auf dem elektronischen Gebiet, insbesondere als HF- oder ZF-Filter, mit dem Ziel, Frequenzbereiche auszuwählen, verwendet werden.
  • Diese Bauelemente wenden das Prinzip der Schallausbreitung der Oberflächenwellen auf der Oberfläche eines piezoelektrischen Substrats an. Um eine zufriedenstellende Ausbreitung der Oberflächenschallwellen sicherzustellen, muss die Oberfläche des Bauelements vor jeglichen Verunreinigungen und jeglichen mechanischen Beanspruchungen geschützt sein.
  • Da sich ferner die Schallwellen auf der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats ausbreiten, muss diese Oberfläche frei gelassen werden, um die Ausbreitung der Wellen nicht zu behindern, was eine zusätzliche Randbedingung für das Kapselungsgehäuse darstellt.
  • Die heutigen Techniken zur Kapselung der Oberflächenwellenfilter beruhen auf einem zweiteiligen Gehäuse, wie es in 1 gezeigt ist: einer keramischen oder organischen Basis 01 und einer keramischen, metallischen oder organischen Kappe 02, deren Verschluss durch Schweißung oder Klebung die Luft- und Wasserundurchlässigkeit des Bauelements unter Ausbildung des erforderlichen Hohlraums sicherstellt. Bei diesem Typ von Gehäusen können die Oberflächenwellenvorrichtungen (DOS) 03 durch Kleben auf die Basis zusammengefügt sein. Die elektrischen Verbindungen zwischen den internen Anschlusspunkten 011, 012 der DOS und den externen Anschlusspunkten 071 und 072 sind durch metallisierte Durchgangswege durch die Basis 01 hindurch sichergestellt.
  • 1 zeigt ein Beispiel des Standes der Technik, in dem die elektrischen Verbindungen der DOS mit der Umgebung vom Typ Draht sind. Um eine höhere Kompaktheit sicherzustellen, wird heutzutage die Punkttechnik ("Flip-Chip-Technik") (wobei das Bauelement umgedreht ist) angewandt. 2 zeigt ein Beispiel einer gekapselten DOS gemäß dem Stand der Technik, das eine Variante von 1 darstellt. Das Flip-Chip-Verfahren ist in dem Patent US 52 52 882 genau erläutert. Die DOS ist mit zur Basis gewandter aktiven Seite über kleine metallische Kugeln, die "Bumps" genannt werden und sowohl die elektrische Verbindung zwischen der DOS und der Basis als auch die mechanische Festigkeit dieser Baueinheit sicherstellen, zurückversetzt. Jedoch begrenzen die begrenzte Anzahl und die kleine Größe dieser Kugeln die mechanische Festigkeit der Baueinheit.
  • Deshalb ist vorgeschlagen worden, ein Kapselungsharz zu verwenden, um die mechanische Festigkeit dieser Kugeln, die die elektrischen Verbindungen zwischen der DOS und der Basis sicherstellen, zu erhöhen. Solche Harze sind insbesondere in dem europäischen Patent EP 08 96 427 A2 beschrieben.
  • In diesem Zusammenhang schlägt die Erfindung ein neuartiges Oberflächenwellenbauelement vor, das eine DOS umfasst, die mit zur Basis gewandter aktiver Seite angebracht und mittels eines anisotropen leitenden Klebstoffs an die Basis angefügt ist.
  • Der anisotrope leitende Klebstoff erfüllt vorteilhafterweise die Funktion einer elektrischen Verbindung.
  • Genauer gesagt hat die Erfindung ein gekapseltes Oberflächenwellenbauelement zum Gegenstand, mit:
    – einer Oberflächenwellenvorrichtung auf der Oberfläche eines piezoelektrischen Substrats, die aktive Oberfläche genannt wird, wobei die Vorrichtung interdigitale Elektroden aufweist, die mit Leiterbussen verbunden sind;
    – einer Basis, die Elektroden aufweist, die mit externen Leiterkontakten verbunden sind;
    dadurch gekennzeichnet, dass:
    die aktive Oberfläche der Oberflächenwellenvorrichtung mit der Basis über einen leitenden, anisotropen Klebstoff längs einer zu der Ebene der Oberflächen wellenvorrichtung senkrechten Z-Achse auf Höhe der Leiterbusse gegenüber den Elektroden der Basis in der Weise zusammengefügt ist, dass elektrische Verbindungen sichergestellt sind.
  • Gemäß einer Variante der Erfindung kann sich der anisotrope leitende Klebstoff außerdem auf dem gesamten Umfang der Oberflächenwellenvorrichtung befinden, um so die Kapselung der Vorrichtung zu schaffen.
  • Die Elektroden der Basis weisen eine Struktur auf, die dazu geeignet ist, den anisotropen leitenden Klebstoff lokal zu komprimieren, was eine notwendige Bedingung für das Stauchen der leitenden Partikel ist. Gemäß der Erfindung ist es folglich nicht erforderlich, Erhebungen (Bumps) auf der Basis oder auf der DOS herzustellen. Diese Struktur weist eine Folge von lokalen Überdicken auf, die die lokale Komprimierung ermöglichen und in der Größenordnung von einigen 10 Mikrometern liegen können.
  • Gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung ist der anisotrope leitende Klebstoff ein Verbundwerkstoff, der leitende Partikel und ein Bindemittel enthält.
  • Gemäß einer Variante der Erfindung bilden die Elektroden der Basis Sperren gegenüber einem Kriechen des anisotropen leitenden Klebstoffs in die aktiven Zonen der Oberflächenwellenvorrichtung. Vorteilhafterweise können diese Elektroden die Form eines Kamms besitzen, dessen Zähne zur Ausbreitungsrichtung der Schallwellen der Oberflächenwellenvorrichtung senkrecht sind.
  • Die Erfindung wird verständlicher und weitere Vorteile werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung, die als nicht einschränkend gegeben wird, und anhand der beigefügten Figuren, unter denen:
  • 1 und 2 gekapselte Oberflächenwellenvorrichtungen gemäß des Standes der Technik zeigen;
  • 3 den in der Erfindung verwendeten Zusammenfügungsprozess zeigt. 3a zeigt das anisotrope leitende Material in Ruhe zwischen zwei Elektroden, während 3b das zwischen zwei Elektroden komprimierte anisotrope leitende Material zeigt;
  • 4 ein Beispiel der Oberflächenwellenvorrichtung mit zwei Messgrößenumformern zeigt;
  • 5a bis 5c Beispiele der Basis zeigen, die in der Erfindung verwendet werden können;
  • 6 ein Beispiel des anisotropen leitenden Materials zeigt, das einer Oberflächenschallwellenvorrichtung überlagert ist;
  • 7 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen gekapselten Vorrichtung zeigt.
  • 8 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt, die in ein Standardgehäuse gekapselt ist.
  • Allgemein umfasst das Bauelement der Erfindung eine Oberflächenwellenvorrichtung, die die Besonderheit aufweist, dass sie mit zu einer Basis gewandter aktiver Seite angebracht ist und an diese Basis über einen anisotropen leitenden Klebstoff angefügt ist, der sowohl eine elektrische Funktion als auch eine mechanische Funktion erfüllt. Der gleiche Klebstoff kann außerdem eine schalldämpfende Funktion erfüllen.
  • Das anisotrope leitende Haftmaterial weist die Eigenschaft auf, in einer bevorzugten Richtung leitend zu sein, wie in 3 gezeigt ist, die einen leitenden Haftfilm schematisch darstellt, der aus einem Bindemittel und leitenden Partikeln gebildet ist. Typischerweise kann dieses Material, das zwischen zwei Elektroden eingefügt und anschließend heißgepresst worden ist, den elektrischen Kontakt nur in der Richtung Z sicherstellen. 3a zeigt den ACF-Film in Ruhe, während 3b den Heißpressvorgang zeigt, der es ermöglicht, den elektrischen Kontakt zwischen den zwei Elektroden sicherzustellen. Genauer gesagt zeigen diese Figuren eine Variante, in der die Basis E kammförmige Elektroden umfasst, deren der Elektrode der DOS gegenüberliegende Zähne DE in einem Schnitt gezeigt sind.
  • Die elektrische Leitfähigkeit wird durch Stauchen der Partikel auf der Z-Achse, die der Achse der Leitung entspricht, bei der gegenseitigen Verlagerung der zwei zusammenzufügenden Oberflächen durch Druck verwirklicht.
  • Im Rahmen der Erfindung entspricht eine der Elektroden jener der Oberflächenwellenschallvorrichtung, während die andere auf der Oberfläche der Basis ausgeführt sein kann, wie weiter unten genauer beschrieben wird.
  • Um die gesuchte Anisotropie des Bindemittels für die zwei zu verbindenden leitenden Oberflächen sicherzustellen, kann vorzugsweise ein wärmeaushärtendes oder thermoplastisches Polymer, das mit Polymerpartikeln befrachtet ist, die mit einem Metall insbesondere mit einem Gold- oder Nickelüberzug bedampft worden sind, verwendet werden. Die Größe der Partikel kann im Bereich zwischen einigen Mikrometern und etwa 20 Mikrometern liegen. Die Dichte der Partikel kann typischerweise in der Größenordnung von 1000 Kugeln/mm2 bis 15000 Kugeln/mm2 liegen.
  • Im Rahmen der Erfindung ermöglicht das anisotrope leitende Material das Verbinden der Schallwellenvorrichtung mit einer Basis.
  • Es wird nun in ausführlicherer Weise ein Beispiel der Oberflächenschallwellenvorrichtung beschrieben, die auf der Oberfläche eines piezoelektrischen Substrats des Typs Quarz, eines Lithiumtantalat-Substrats, ausgeführt ist, auf dem durch Verdampfung im Vakuum interdigitale Kammelektroden, die die aktive, Schallwellen erzeugende Oberfläche bilden, und Busse, im Allgemeinen aus Aluminium, die die elektrische Versorgung der Kämme ermöglichen, verwirklicht sind. Ein Beispiel einer solchen Vorrichtung ist in 4 gezeigt. Auf der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats sind zwei Messgrößenumformer T1 und T2 ausgeführt, wovon jeder zwei Busse B11, B12 bzw. B21, B22 und eine Kammelektrode P1 bzw. P2 umfasst. Die Rückseite der Oberflächenwellenvorrichtung kann gereft sein, um die Volumenwellen zu dämpfen.
  • Die Basis E ist in 5a gezeigt. Sie enthält auf einer ihrer Seiten Elektroden E11, E12, E21, E22, die dazu bestimmt sind, den Kontakt mit den Bussen B11, B12 bzw. B21, B22 der oben beschriebenen Messgrößenumformer T1 und T2 herzustellen, und auf der anderen, nicht gezeigten Seite leitende Anschlusspunkte, die das Herstellen des elektrischen Kontakts mit der Umgebung ermöglichen; es kann sich beispielsweise um eine mit der Oberflächenwellenvorrichtung zu verbindende gedruckte Schaltung handeln. Leitende Wege, die durch die Basis hindurch ausgeführt sind, stellen die elektrische Verbindung zwischen den, Elektroden E11, E12, E21, E22 und den externen leitenden Anschlusspunkten her. Bei dieser Technik kann die Basis aus Keramik (Al2O3) oder aus einem befrachteten Polymer (beispielsweise Epoxy-Glas-Harz) oder auch aus Polyimidfilm (beispielsweise Kapton) hergestellt sein.
  • Das anisotrope leitende Material dient zum mechanischen Zusammenfügen und elektrischen Verbinden der Schallwellenvorrichtung mit der Basis. Dazu kann das anisotrope leitende Material (MCA) sowohl auf Seiten der Basis als auch auf Seiten der Vorrichtung angeordnet sein. Wenn ein MCA-Film gewählt wird, kann insbesondere ein im Voraus durch Laser oder ein anderes Verfahren ausgestanzter Vorformling verwendet werden. Wenn eine breiartige Masse gewählt wird, kann eine Ablagerung durch Serigraphie oder eine Ablagerung durch Aufspritzen ausgeführt werden. Es kann ebenso eine Ablagerung vorgenommen werden, die die gesamte Oberfläche des Substrats oder der Basis bedeckt und anschließend durch chemische oder mechanische Gravur oder Abschmelzen durch Laser lokalisiert wird, um so den zur Ausbreitung der Oberflächenwellen erforderlichen freien Raum zu schaffen. In jedem Fall erfolgt die Ablagerung des Materials auf Höhe der Bereiche der gegenüberliegenden elektrischen Verbindungen (Busse/Elektroden der Basis), jedoch ermöglicht die anisotrope Eigenschaft des leitenden Materials die Ablagerung auf Oberflächen, die größer als jene sind, die zu verbinden sind, ohne die unabhängigen leitenden Bereiche, die sich in derselben Ebene befinden, kurzzuschließen. Das Material kann insbesondere und vorteilhaft an den folgenden Stellen lokalisiert werden:
    – auf den nicht aktiven Oberflächen der Oberflächenwellenvorrichtung, um durch Vergrößern der Oberfläche für die Klebung und durch Verteilen der mechanischen Spannungen die mechanische Festigkeit der Baueinheit zu erhöhen;
    – auf spezifischen Zonen der Oberflächenwellenvorrichtung, um die Oberflächenschallwellen, falls erforderlich, zu dämpfen (es kann sich typischerweise um das Unterdrücken der Reflexionen von den Rändern der Vorrichtung oder das Unterdrücken der akustischen Kopplung zwischen verschiedenen aktiven Zonen handeln);
    – auf dem gesamten Umfang einer Oberflächenwellenvorrichtung, wie in 6 gezeigt ist, um die Dichtheit zu garantieren.
  • Ferner ist es möglich, zur Sicherstellung einer kalibrierten Dicke des anisotropen leitenden Materials und zur Kalibrierung der Höhe des so definierten Hohlraums (als Bumps bezeichnete) Metallkugeln zu verwenden, die auf Seiten der Oberflächenwellenvorrichtung angeordnet sind.
  • Es ist außerdem möglich, Reliefstrukturen auf Seiten der Vorrichtung oder auf Seiten der Basis zu verwirklichen, um den anisotropen leitenden Klebstoff lokal zu komprimieren, um das Kriechen des anisotropen leitenden Materials zu steuern und insbesondere sein Wandern zu den aktiven Oberflächen der Vorrichtung zu verhindern. Es handelt sich um kammförmige Elektroden, wie in 5b gezeigt ist. Tatsächlich wird beim Herstellen der Basis-Substrat-Baueinheit der anisotrope Leiter vorteilhaft auf den Zinken der Elektrodenkämme angeordnet. Unter der Wirkung des Drucks und der Temperatur wird das Kriechen des anisotropen Leiters durch die Sperren, die die Elektroden und insbesondere der Steg der Kämme bilden, wie in 5c gezeigt ist, gestoppt. Die Zähne DE12 besitzen eine Struktur, die aus Überdicken gebildet ist, die das lokale Komprimieren des Klebstoffs in den Zonen Zc ermöglichen. Gemäß der Erfindung ist es folglich nicht erforderlich, Bumps auf der Basis oder auf der DOS zu verwirklichen. Die Zonen Zf repräsentieren Kriechzonen gegenüber dem unkomprimierten leitenden Klebstoff. Die durch den Steg des Kamms gebildeten Zonen Zb bilden Sperrzonen gegenüber dem Kriechen des anisotropen leitenden Klebstoffs ACF in die aktiven Bereiche.
  • Wenn die gewünschten Muster in Bezug auf das anisotrope leitende Material verwirklicht sind, wird das Zusammenfügen der drei Elemente Vorrichtung/leitendes Material/Basis vorgenommen. Dieser Vorgang wird bei einer Temperatur und einem Druck ausgeführt, die in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des anisotropen leitenden Materials bestimmt werden. Typischerweise liegt der Druck, der erforderlich ist, um das Kleben und das Herstellen des elektrischen Kontakts zu erreichen, im Bereich zwischen 10 und 30 bar, wobei die Temperatur im Bereich zwischen 150°C und 220°C liegt.
  • In dem oben zitierten Beispiel erfüllt das anisotrope leitende Material außerdem eine Dichtheitsfunktion, die es ermöglicht, eine insbesondere kompakte Oberflächenschallwellenvorrichtung aufzunehmen, da sie keinen verlorenen Platz aufweist, wie aus 7 hervorgeht, die die mit einer Basis zusammengefügte Vorrichtung von 6 in einer Schnittebene AA' zeigt.
  • Bei Anwendungen, in denen die Anforderungen an Dichtheit und Robustheit sehr hoch sind, kann die in 7 gezeigte Baueinheit genauso gut in einem Standard-Kapselungsgehäuse, wie es in 8 gezeigt ist, integriert sein und stellt das Material MCA stets die elektrische Verbindung zwischen der Basis und der Oberflächenschallwellenvorrichtung her. Wände m und eine Kappe C bilden den oberen Teil des Kapselungsgehäuses.

Claims (11)

  1. Gekapseltes Oberflächenwellenbauelement, mit: – einer Oberflächenwellenvorrichtung (DOS) auf der Oberfläche eines piezoelektrischen Substrats, die aktive Oberfläche genannt wird, wobei die Vorrichtung interdigitale Elektroden aufweist, die mit Leiterbussen verbunden sind; – einer Basis (E), die Elektroden aufweist, die mit externen Leiterkontakten verbunden sind; dadurch gekennzeichnet, dass: die aktive Oberfläche der Oberflächenwellenvorrichtung mit der Basis über einen leitenden, anisotropen Klebstoff längs einer zu der Ebene der Oberflächenwellenvorrichtung senkrechten Z-Achse auf Höhe der Leiterbusse gegenüber den Elektroden der Basis in der Weise zusammengefügt ist, dass elektrische Verbindungen sichergestellt sind, wobei die Elektroden der Basis Reliefstrukturen besitzen, die gegenüber einem Kriechen des anisotropen leitenden Klebstoffs in die aktiven Zonen der Oberflächenwellenvorrichtung Sperren bilden, wobei lokale Überdicken (Zc) ermöglichen, den anisotropen leitenden Klebstoff (ACF) lokal zu komprimieren.
  2. Oberflächenwellenbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden der Basis eine kammförmige Architektur besitzen, die einen Stiel (MO12) und Zähne (DE12) aufweist, wobei die Zähne zur Ausbreitungsrichtung der Schallwellen der Oberflächenwellenvorrichtung senkrecht sind.
  3. Oberflächenwellenbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der anisotrope leitende Klebstoff auf Höhe der Zähne (DE12) des Kamms abgelagert ist.
  4. Oberflächenwellenbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Überdicken in der Größenordnung von einigen 10 Mikrometern liegen.
  5. Oberflächenwellenbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der anisotrope leitende Klebstoff ein Verbundwerkstoff ist, der leitende Partikel und ein Bindemittel enthält.
  6. Oberflächenwellenbauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel ein wärmeaushärtendes oder thermoplastisches Polymer ist.
  7. Oberflächenwellenbauelement nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die leitenden Partikel Partikel aus metallisierten Polymeren sind.
  8. Oberflächenwellenbauelement nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die leitenden Partikel metallische Partikel sind.
  9. Oberflächenwellenbauelement nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel einen Durchmesser besitzen, der im Bereich von einigen Mikrometern bis etwa 20 Mikrometern liegt.
  10. Oberflächenwellenbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der anisotrope leitende Klebstoff schallabsorbierende Eigenschaften besitzt.
  11. Oberflächenwellenbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich der anisotrope leitende Klebstoff außerdem auf dem gesamten Umfang der Oberflächenwellenvorrichtung befindet, um so die Kapselung der Vorrichtung zu schaffen.
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