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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines BAW-Bauelements und ein BAW-Bauelement, welches auf zumindest einer Oberseite eines Substrats empfindliche Bauelementstrukturen aufweist.
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Solche empfindlichen Bauelementstrukturen sind Dünnschicht-Resonatoren, die auf einem Trägersubstrat angeordnet sein können.
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In allen Fällen ist es bei solchen Bauelementen für eine ungestörte und fehlerfreie Bauelementfunktion erforderlich, die Bauelementstrukturen z. B. durch ein entsprechendes Gehäuse gegen Umwelteinflüsse zu schützen.
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Es besteht die Möglichkeit, das Substrat oder Trägersubstrat mit auf seiner Oberseite ausgebildeten Bauelementstrukturen in einer Vertiefung eines Gehäuses zu platzieren und diese Vertiefung von oben dicht abzuschließen. Die elektrische Verbindung der Bauelementstrukturen mit auf der Unterseite des Gehäuses vorgesehenen Anschlussflächen des Bauelements erfolgt z. B. durch Bonddrähte und vertikale elektrische Verbindungen (Durchkontaktierungen) im Gehäuse.
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Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das Bauelement in Flip-Chip-Anordnung auf einem Träger aufzubringen und von der Rückseite des Bauelements her mit einer auf dem Bauelement aufsitzenden und mit dem Träger abschließenden Abdeckung, z. B. mit einer Laminatfolie abzudecken. Die Bauelementstrukturen sind dann in einem Hohlraum zwischen Bauelement und Träger angeordnet, der rundum von der Abdeckung abgedichtet ist. Dieses Verfahren erfordert eine getrennte Handhabung jedes Bauelementchips, der dann mit der erforderlichen Genauigkeit in einem aufwändigen Verfahren auf dem Träger aufgelötet werden muss.
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Eine bekannte Häusungstechnik, die bereits auf Waferebene einsetzt (Wafer Level Package), besteht darin, das Trägersubstrat mit einer Deckplatte z. B. durch ein Waferbond-Verfahren zu verbinden, wobei in der Deckplatte Ausnehmungen vorgesehen sind, die zusammen mit der Oberseite des Trägersubstrats Hohlräume bilden, in denen dann die empfindlichen Bauelementstrukturen angeordnet sind. Dabei sind die nach außen führenden vertikalen elektrischen Verbindungen bereits vorher in der Deckplatte ausgebildet, siehe z. B. die Druckschrift
EP 1071126 A2 . Kontaktflächen des Trägersubstrats und Anschlussflächen der Deckplatte werden durch eine Lötverbindung elektrisch miteinander verbunden und müssen daher genau aufeinander ausgerichtet sein, was einen hohen Aufwand bedeutet, da andernfalls elektrische Eigenschaften des Bauelements beeinträchtigt werden können.
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Bei auf Trägersubstraten aufgebrachten Dünnschichtresonatoren tritt als weiteres Problem hinzu, dass ein Schichtaufbau, der zumindest aus dem Substrat, einer unteren Elektrode, einer piezoelektrischen Schicht und einer oberen Elektrode besteht, auf zwei unterschiedlichen Ebenen kontaktiert werden muss, um sowohl obere als auch untere Elektrode elektrisch mit den Außenkontakten des Bauelements zu verbinden. Da alle Schichten des Schichtaufbaus zunächst ganzflächig aufgebracht und gegebenenfalls anschließend strukturiert werden, ist insbesondere zum Anschluss der unteren Elektrode eine Strukturierung der piezoelektrischen Schicht erforderlich. Um dieses durchzuführen, sind sowohl zusätzliche Schichten wie beispielsweise Ätzstoppschichten als auch zusätzlicher Aufwand wie zum Beispiel Photomaske und Photolithographie erforderlich.
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In bekannten Bauelementen und den entsprechenden Herstellverfahren wird der Anschluss für die untere Elektrode vorzugsweise ebenfalls auf die Oberfläche der piezoelektrischen Schicht verlegt, wobei die elektrische Verbindung zur unteren Elektrode dann mittels einer Durchkontaktierung, die ebenfalls zu ätzen beziehungsweise zu strukturieren ist, hergestellt wird.
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1 zeigt verschiedene bekannte Möglichkeiten zur Kontaktierung eines mit akustischen Wellen arbeitenden Bauelements, hier speziell eines Bauelements mit Dünnschichtresonatoren. 1a zeigt das Bauelement, bestehend aus einem Substrat SU, einer piezoelektrischen Schicht PZ, einer unteren Elektrode BE, einer oberen Elektrode TE und einer Kontaktfläche KF auf der Oberseite der piezoelektrischen Schicht, die über eine Durchkontaktierung V mit der unteren Elektrode BE verbunden ist. Der Anschluss zur Außenwelt ist hier über eine Bonddrahtverbindung BO hergestellt, die jeweils an die obere Elektrode TE beziehungsweise an die Kontaktfläche KF angebondet ist.
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1b zeigt die Möglichkeit, das oben dargestellte Bauelement in einer Flipchip-Anordnung auf einem Träger CA anzuordnen. Die Bonddrahtverbindung wird hier durch Bumps BU ersetzt, die die entsprechenden Elektroden beziehungsweise Kontaktflächen mit ebensolchen elektrischen Anschlussflächen auf der Oberseite des Trägersubstrats CA verbinden.
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1c zeigt die bereits beschriebene Gehäusetechnik, bei der das Bauelement mit einer Kappe CAP abgedeckt ist, in der entsprechende Durchkontaktierungen beziehungsweise elektrische Anschlüsse bereits vorgefertigt sind und über Kontaktflächen auf der Oberseite des Bauelements die Außenanschlüsse des Bauelements zur Verfügung stellen.
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Aus der Veröffentlichungsschrift
US 2002/0027296 A1 sind MEMS-Bauelemente bekannt, wobei Leiterstrukturen, z. B. von SAN-Bauelementen, über an einer Außenseite geführte Metallisierungen an eine Unterseite des Bauelements geführt werden.
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Aus der Veröffentlichungsschrift
US 2004/0157367 A1 sind FBAR-Bauelemente und verschiedene Optionen zur Kontaktierung deren Elektrodenstrukturen bekannt.
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Aus der Veröffentlichungsschrift
US 2002/0093398 A1 sind BAW-Bauelemente mit einer Vielzahl von BAW-Resonatoren auf einem Trägersubstrat bekannt.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10253163 A1 sind Bauelemente mit hermetischer Verkapselung, z. B. durch eine Metallisierung an der Oberfläche des Bauelements, bekannt.
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In allen Fällen ist die genannte Strukturierung der piezoelektrischen Schicht zur Herstellung der Durchkontaktierung erforderlich, was mit den genannten Nachteilen verbunden ist.
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Auch bei der Herstellung integriert zu einem Reaktanzfilter verschalteter Dünnschichtresonatoren sind Durchkontaktierungen erforderlich, obwohl Verschaltungen ”durch die Resonatoren hindurch” erfolgen kann.
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2 zeigt ein beispielhaftes Filter im schematischen Schaltbild, bei dem fünf Resonatoren miteinander verschaltet sind. Jeweils die mit B bezeichnete Elektrode wird dabei durch die untere Elektrode, die mit T bezeichnete durch die obere Elektrode gebildet. Im dargestellten Beispiel sind dennoch zwei Durchkontaktierungen V erforderlich, um die untere Elektrode BE anzuschließen und vorzugsweise mit entsprechenden Kontaktflächen auf der oberen Seite der piezoelektrischen Schicht zu verbinden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfaches Verfahren zur Herstellung eines BAW-Bauelements anzugeben, welches einen Außenanschluss aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sowie ein entsprechendes Bauelement sind weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung schlägt vor, vollständig auf die Durchkontaktierungen zu verzichten und die Anschlüsse dafür an der Außenkante des Bauelementes entlang hin zu der Oberfläche zu führen, an der die Anschlusskontakte des Bauelements angeordnet werden. Um dies zu erreichen, wird die jeweilige zu kontaktierende Elektrode bis an die Außenkante des Bauelementes geführt. Eine dort aufgebrachte Metallisierung verbindet die entsprechende Elektrode mit dem Anschlusskontakt auf einer der Hauptoberflächen des Bauelements.
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Der Anschlusskontakt kann dabei auf der Unterseite des die Bauelementstrukturen und damit das Bauelement tragenden Substrats angeordnet sein. Möglich ist es jedoch auch, die Anschlusskontakte auf der Oberseite einer Abdeckung aufzubringen, die das Bauelement oberhalb der oberen Elektrode abdeckt. Im Ergebnis wird ein mit einer Abdeckung verkapseltes Bauelement erhalten, welches im Inneren weder Lötverbindungen noch Bondverbindungen erfordert.
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Das erfindungsgemäße Bauelement ist ein mit Volumenwellen arbeitendes Bauelement (Dünnschichtresonator). Bei einem Dünnschichtresonator ist eine obere und eine untere Elektrode vorgesehen, die die Außenkante des Bauelements auf unterschiedlicher Höhe schneidet. Dennoch ist es problemlos möglich, eine der beiden Elektroden gezielt mit der entsprechenden Metallisierung zu versehen, die die Elektroden mit der an einer Oberfläche des Bauelements angeordneten Anschlusskontakt verbindet.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die die Metallisierung tragende Außenkante so abgeschrägt, dass sich das Bauelement in Richtung derjenigen Oberfläche verjüngt, auf der die Anschlusskontakte angeordnet sind. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass sie besonders einfach herzustellen ist, da die Metallisierung auf der abgeschrägten Außenkante besonders einfach und sicher aufzubringen und zu strukturieren ist.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind Substrat und Abdeckung aus dem gleichen Material gefertigt. Dies hat den Vorteil, dass zwischen Substrat und Abdeckung bei Temperaturwechseln keine thermischen Spannungen auftreten können, da beide den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Ein spannungsfreies Bauelement wiederum lässt sich einfacher abdichten und weist eine erhöhte Alterungsbeständigkeit, insbesondere unter thermischer und sonstiger Belastung auf.
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Substrat und Abdeckung können bezüglich der Materialauswahl jedoch auch unabhängig voneinander optimiert sein. Als mögliche Materialien können einschichtige und damit homogene oder auch mehrschichtige Materialien eingesetzt werden. Die Materialien können ausgewählt sein aus Glas, Keramik, einem organische Schichten umfassenden Laminat, gemischten Laminaten oder Halbleitern. Bezüglich der besser optimierbaren Eigenschaften können auch Verbundmaterialien besonders bevorzugt sein, wobei eine Optimierung bezüglich des thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der einfachen Bearbeitbarkeit, der hermetischen Abdichtbarkeit oder des Preises vorgenommen werden können.
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Ein erfindungsgemäßes Bauelement kann ein einzelnes Bauelement sein, beispielsweise ein einzelner Resonator, der in Dünnschichttechnik ausgebildet ist. Ein erfindungsgemäßes Bauelement kann jedoch auch ein komplettes Filter darstellen, welches mehrere Resonatoren umfasst. Ein erfindungsgemäßes Bauelement kann zum Beispiel mehrere integriert auf einem Substrat erzeugte Dünnschichtresonatoren umfassen, die integriert zu einem Reaktanzfilter verschaltet sind. Dabei sind obere und untere Elektrode so in Elektrodenabschnitte strukturiert, dass sich aus zwei überlappend angeordneten Elektrodenabschnitten von oberer und unterer Elektrode mit dem dazwischen liegenden Resonatorkörper – beziehungsweise dem dazwischenliegenden Abschnitt der piezoelektrischen Schicht – ein Resonator ergibt. Elektrodenabschnitte, die sich über zwei benachbarte Resonatorkörper erstrecken, können benachbarte Resonatoren miteinander verschalten.
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Ein bekanntes aus Resonatoren aufgebautes Filter ist als Reaktanzfilter ausgebildet, welches zumindest einen in einem seriellen Zweig des Filters angeordneten seriellen Resonator und zumindest einen in einem parallelen Zweig des Filters angeordneten Parallelresonator umfasst. Ein funktionsfähiges Filter wird erhalten, wenn die beiden Enden des seriellen Zweigs mit Ein- und Ausgang des Filters verbunden werden. Die parallelen Zweige werden dabei auf Festpotential, vorzugsweise auf Masse gelegt. Durch das Vorsehen mehrerer serieller Resonatoren im seriellen Zweig und das Ausbilden weiterer paralleler Zweige können die Eigenschaften des Filters und insbesondere dessen Selektivität verbessert werden.
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Bei einem Dünnschichtresonator wird die in den Resonator eingespeiste Energie in eine stehenden Welle überführt und so einige Zeit gespeichert. Damit diese nicht den Resonatorkörper verlässt, wird zwischen unterer Elektrode und Substrat vorzugsweise ein akustischer Spiegel vorgesehen. Dieser besteht aus zumindest zwei Spiegelschichten mit unterschiedlicher akustischer Impedanz, deren Dicke jeweils etwa einer Viertelwellenlänge der in dem Material ausbreitungsfähigen akustischen Welle bei Mittenfrequenz entspricht. Möglich ist jedoch auch, den Resonator über einer Membran anzuordnen, wobei unter der Membran im Bereich eines jeden Resonators ein Luftspalt vorgesehen wird.
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Die Abdeckung kann für Dünnschichtresonatoren aus einem massiven Material ausgebildet sein, welches für die Bauelementstrukturen, insbesondere für die Resonatoren oder die Interdigitalwandler eine entsprechende Ausnehmung vorsieht, innerhalb der die Bauelementstrukturen wie in einem Hohlraum angeordnet und damit gegen Umwelteinflüsse geschützt sind. Die Kappe ist vorzugsweise auf der Oberseite der Schichtenfolge aus Substrat, piezoelektrischer Schicht und der oder den Elektroden aufgebracht, beispielsweise mittels eines Direktbondverfahrens. Möglich ist es jedoch auch, die Abdeckung aufzukleben oder anderweitig zu befestigen.
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Ein erfindungsgemäßes Bauelement kann inklusive Abdeckung und Außenkontaktierung komplett auf Waferebene gefertigt werden und ermöglicht daher ein echtes Wafer Level Package. Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Bauelements wird zunächst ein Schichtaufbau hergestellt, der ein großflächiges Substrat, insbesondere einen Substrat-Wafer, eine piezoelektrische Schicht und eine obere Elektrode umfasst. Durch Strukturieren zumindest der Elektrode wird eine Mehrzahl von Bauelementbereichen mit jeweils zumindest einer Bauelementstruktur darin vorgesehen.
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Ganzflächig wird anschließend über dem Substrat eine ebenfalls großflächige Abdeckung aufgebracht, die den gesamten Wafer abdeckt. In der Abdeckung sind über jedem Bauelementbereich Ausnehmungen vorgesehen, die die dem jeweiligen Bauelementbereich zugeordneten Bauelementstrukturen überdecken, so dass diese in einem Hohlraum angeordnet sind. Der Schichtaufbau mit den Bauelementstrukten ergibt zusammen mit der damit verbundenen Abdeckung einen Schichtverbund.
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Von einer Oberfläche des Schichtverbunds her werden nun erste Schnitte jeweils entlang der Trennlinien zwischen zwei benachbarten Bauelementbereichen so in den Schichtverbund geführt, dass an den Schnittkanten pro Bauelementbereich zumindest eine Elektrode angeschnitten wird und mit ihrer Stosskante an der Schnittkante frei liegt.
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Anschließend wird eine Metallisierung auf der Oberfläche und in die Schnitte beziehungsweise über die Schnittkanten hinweg so aufgebracht und strukturiert, dass die jeweils in einem Schnitt angeschnittenen Elektroden unabhängig voneinander mit je einem auf der Oberfläche angeordneten Anschlusskontakt elektrisch leitend verbunden werden. Die Herstellung dieser Metallisierungen kann in herkömmlicher und an sich bekannter Weise erfolgen durch ganzflächiges Aufbringen einer Metallschicht und anschließendes Strukturieren mittels einer Ätzmaske. Möglich ist es jedoch auch, die Metallisierung mit einer Abhebetechnik aufzubringen, bei der zunächst ein Abdecklack entweder bereits strukturiert aufgebracht, oder ganzflächig aufgebracht und strukturiert wird. Anschließend wird die Metallisierung ganzflächig über dem strukturierten Abdecklack erzeugt. Durch Abheben der Lackstruktur samt darüber liegenden Bereichen der aufgebrachten Metallschicht verbleibt die gewünschte Metallisierung. Dabei ist es möglich, sowohl die an den Schnittkanten angeordneten Metallisierungen als auch die auf der Oberfläche angeordneten Anschlusskontakte in einem Schritt beziehungsweise gemeinsam zu erzeugen.
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Werden die obere und die untere Elektrode bei der Erzeugung des Schichtaufbaus entsprechend strukturiert, so ist es möglich, die jeweiligen Elektroden beziehungsweise Elektrodenabschnitte an unterschiedlichen Stellen in der jeweiligen Schnittkante der ersten Schnitte münden zu lassen. Damit ist es möglich, in einfacher Weise unterschiedliche Anschlüsse für jeden Bauelementbereich und das darin verwirklichte Bauelement zu schaffen, ohne diese dabei kurzzuschließen.
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Die ersten Schnitte werden vorzugsweise in Form zueinander paralleler gerader Linien geführt, die jeweils Reihen benachbarter Bauelementbereiche voneinander trennen. Durch quer dazu und vorzugsweise senkrecht dazu geführte erste Schnitte sind alle Begrenzungen zwischen benachbarten Bauelementbereichungen mit Schnitten versehen bzw. aufgetrennt. Die Schnitte werden dabei in ihrer Schnitttiefe kontrolliert so geführt, dass trotz der Schnitte ein ausreichend stabiler Schichtverbund verbleibt, der die Bauelementbereiche fest und sicher zusammenhält.
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In einem abschließenden Schritt werden die Bauelemente schließlich vereinzelt, indem zweite Schnitte vorzugsweise von der der ersten Oberfläche gegenüberliegenden Oberfläche des Schichtverbunds so geführt werden, dass die ersten Schnitte dabei „von unten” geöffnet werden und so die Bauelementbereiche benachbarter Bauelementbereiche vollständig getrennt und die Bauelemente somit vereinzelt werden.
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Es werden einzelne Bauelemente erhalten, deren Bauelementstrukturen sicher unter der Abdeckung geschützt angeordnet sind. Das Bauelement weist auf nur einer Oberseite angeordnete Anschlusskontakte auf, mit deren Hilfe das Bauelement mit der Außenwelt verbunden werden kann, beispielsweise durch Auflöten auf eine Leiterplatte. Die Anschlusskontakte sind flach ausgeführt und beispielsweise für SMD-Verfahren geeignet. Bis zur Vereinzelung der fertiggestellten Bauelemente ist das Verfahren vollständig auf Waferebene durchzuführen und ist daher besonders kostengünstig. Gegenüber bekannten Verkapselungsverfahren ist das Verfahren vereinfacht und sicherer durchzuführen. Die fertigen Bauelemente sind mechanisch stabil und gegen Umwelteinflüsse sicher verkapselt.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren dienen allein dem besseren Verständnis der Erfindung und sind daher nur schematisch und nicht maßstabsgetreu ausgeführt. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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1 zeigt verschiedene bekannte Möglichkeiten der Kontaktierung von Dünnschichtresonatoren
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2 zeigt ein auf Dünnschichtresonatoren aufgebautes Reaktanzfilter im schematischen Schaltbild
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3 zeigt ein erfindungsgemäßes Bauelement mit nach unten geführter Metallisierung
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4 zeigt ein erfindungsgemäßes Bauelement mit nach oben geführter Metallisierung
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5 zeigt ein erfindungsgemäßes Bauelement mit abgeschrägten Schnitten
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6 zeigt eine erfindungsgemäße Möglichkeit, einen aus Dünnschichtresonatoren ausgebildetes Reaktanzfilter ohne Durchkontaktierungen auszugestalten
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7 zeigt eine Ausgestaltung mit verbundener oberer und unterer Elektrode
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8 zeigt verschiedenen Verfahrensstufen bei der Herstellung erfindungsgemäßer Bauelemente
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3 zeigt ein erfindungsgemäßes Bauelement in schematischem Querschnitt. Dieses weist einen Schichtaufbau SA auf, bestehend aus einem Substrat SU, einer unteren Elektrode BE, einer piezoelektrischen Schicht PZ und einer oberen Elektrode TE. Mit jeweils einem Elektrodenabschnitt überlappen obere und untere Elektrode TE, BE und bilden samt dazwischenliegendem Abschnitt der piezoelektrischen Schicht, dem sogenannten Resonatorkörper, einen Resonator R aus. Auf der piezoelektrischen Schicht beziehungsweise auf Teilen der oberen Elektrode TE aufsitzend ist eine Abdeckung CAP angeordnet, die oberhalb der Bauelementstrukturen, hier oberhalb des Resonators R eine Ausnehmung AU aufweist. Die Abdeckung CAP ist mittels eines geeigneten Bondverfahrens fest mit dem Schichtaufbau SA verbunden, so dass im Bereich der Ausnehmung AU ein dichtgeschlossener Hohlraum entsteht, in den der Resonator beziehungsweise die Bauelementstruktur sicher eingebettet ist.
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Sowohl obere Elektrode TE als auch untere Elektrode BE sind bis an die Außenkante des Bauelements geführt, und dort mit einer Metallisierung ME, ME' verbunden. Die Metallisierung ist hier in 3 bis auf die Unterseite des Substrats SU geführt, wobei sie die jeweilige Elektrode mit den auf der Unterseite des Substrats SU verbundenen Anschlusskontakten AK, AK' verbindet.
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4 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, bei der Schichtaufbau und darauf angeordnete Abdeckung CAP in gleicher Weise ausgeführt sind. Im Unterschied zur Ausführung nach 3 sind jedoch hier die Metallisierungen ME, ME' nach oben geführt und verbinden die jeweilige Elektrode mit den Außenkontakten AK, AK', die auf der Oberseite der Abdeckung CAP angeordnet sind.
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5 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, bei der in Abwandlung der Variante nach 4 die Außenkante so abgeschrägt ist, dass sich der Schichtaufbau beziehungsweise das dargestellte Bauelement nach oben zu den Anschlusskontakten AK hin verjüngt. Solche abgeschrägten Außenkontakte sind auch mit einer Variante gemäß 3 möglich, wobei sich das Bauelement ebenfalls Richtung Außenkontakten hin verjüngt, die jedoch dann auf der Unterseite des Substrats angeordnet wären.
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6 zeigt in schematischer Darstellung ein Reaktanzfilter, das aus fünf Resonatoren R1 bis R5 aufgebaut ist. An jedem Resonator, der hier mit seinem Schaltungssymbol dargestellt ist, ist durch entsprechende Buchstaben T beziehungsweise B verdeutlicht, ob die jeweilige Elektrode mit der oberen Elektrode (TE) oder mit der unteren Elektrode (BE) verbunden ist. Aus der Figur geht hervor, dass die beiden parallelen Resonatoren R2 und R4 bezüglich ihrer in der Schaltung endständigen Elektroden mit unterschiedlichen Elektroden verbunden sind. So ist die in der Schaltung äußerste Elektrode des Resonators R2 mit der oberen Elektrode TE und die äußerste Elektrode des Resonators R4 mit der unteren Elektrode des Bauelements verbunden. In der Figur ist als Variante dargestellt, dass die entsprechenden endständigen Elektroden über ein Verbindungsstück VS elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
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7 zeigt anhand eines schematischen Querschnitts durch einen Teilbereich eines erfindungsgemäßen Bauelements, wie ein solches Verbindungsstück VS mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Metallisierung realisiert werden kann. Im Unterschied zu den übrigen Metallisierungen wird das Verbindungsstück VS so strukturiert, dass es zwei an einer Außenkante des Bauelements mündende Abschnitte der oberen Elektrode TE und der unteren Elektrode BE miteinander verbindet und so kurzschließt. Das Verbindungsstück VS kann ausschließlich der Verbindung beider Elektroden dienen oder, wie in der 7 dargestellt, so verlängert werden, dass zusätzlich eine Verbindung zu einem Anschlusskontakt AK hergestellt ist. Dieser Anschlusskontakt kann an der Unterseite des Substrats SU oder an der Oberseite der Abdeckung CAP angeordnet sein.
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8 zeigt anhand verschiedener, im schematischen Querschnitt dargestellter Verfahrensstufen die Herstellung erfindungsgemäßer Bauelemente und insbesondere die Herstellung der erfindungsgemäßen Kontaktierungen der Elektroden.
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Im ersten Schritt wird ein Schichtaufbau SA hergestellt, in dem auf einem Substrat SU eine untere Elektrodenschicht BE aufgebracht und strukturiert wird. Anschließend wird ein piezoelektrische Schicht PZ aufgebracht und nicht strukturiert. Im letzten Schritt wird eine obere Elektrode TE aufgebracht und strukturiert. Über die Strukturierung sind unterschiedliche Bauelementbereiche entstanden, die jeweils die Strukturen für ein Bauelement umfassen. In der Figur sind drei Bauelementbereiche BB1 bis BB3 dargestellt.
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Auf dem großflächigen Schichtaufbau SA ist eine ebenfalls großflächige Abdeckung CAP so aufgebracht, dass sie in jedem Bauelementbereich oberhalb der Bauelementstrukturen, hier der dargestellten Resonatoren R1 bis R3, jeweils eine Ausnehmung AU aufweist. Die Abdeckung wird fest mit dem Schichtaufbau verbunden. 8a zeigt die Anordnung auf dieser Verfahrensstufe.
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Mit Hilfe eines geeigneten Werkzeugs, beispielsweise einer Säge SA, deren Sägeblatt hier einen solchen Querschnitt aufweist, dass es einen Einschnitt mit V-förmigem Querschnitt erzeugen kann, werden nun erste Schnitte in den Schichtverbund, bestehend aus dem Schichtaufbau SA und der Abdeckung CAP eingebracht. 8b zeigt eine Ausführung, bei der die ersten Sägeschnitte durch die Abdeckung hindurch entlang von Trennlinien TL vorgenommen sind, die die einzelnen Bauelementbereiche BB voneinander trennen. Die Einschnitte werden so tief geführt, dass sie bis in das Substrat SU hineinreichen, keinesfalls aber bis zur gegenüberliegenden Oberfläche des Substrats, so dass ein ausreichend stabiler Schichtenverbund SV verbleibt, der die Bauelementbereiche BB zusammenhält. Die Sägeschnitte werden so geführt, dass die zu kontaktierenden Elektroden TE, BE angeschnitten werden und deren Enden somit an den entsprechenden Schnittkanten der Sägeschnitte ST frei liegen. 8b zeigt die Anordnung nach der Herstellung der Sägeschnitte ST.
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Anschließend wird eine Metallschicht ganzflächig aufgebracht und anschließend strukturiert, wobei sowohl die Anschlusskontakte auf der Oberfläche der Abdeckung CAP als auch Metallisierungen ME, ME' entstehen, die die jeweils eine Elektrode TE, BE, mit dem entsprechenden Anschlusskontakt AK, AK' verbinden. Dementsprechend weist die Anordnung nun pro Bauelementbereich für jede Elektrode beziehungsweise für jeden Elektrodenanschluss einen auf der Oberseite der Abdeckung CAP angeordneten Außenkontakt AK auf. Die Bauelemente sind nun voll funktionsfähig und könnten über die Außenkontakte AK angeschlossen werden. Vorzugsweise werden die Bauelemente jedoch durch zweite Schnitte vereinzelt, die vorzugsweise entlang der Trennlinien TL durch das Substrat hindurch so geführt werden, dass die ersten Schnitte getroffen und geöffnet werden.
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In Abwandlung des Verfahrens können die in 8b und 8c dargestellten Sägeschnitte, Metallisierungen und Außenkontakte jedoch auch von der Seite des Substrats her geführt werden, wobei die Außenkontakte dann natürlich auf der Unterseite des Substrats SU aufliegen. Daraus entstehende erfindungsgemäße Bauelemente sind beispielsweise in ähnlicher Form in 3 dargestellt mit dem Unterschied, dass hier die Sägeschnitte mit V-förmigem Querschnitt geführt sind, was die Herstellung der Metallisierung ME erleichtert.
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In einfacher Weise ist es möglich, das Verfahren auch auf die Herstellung und Verkapselung von SAW-Bauelementen auszudehnen. Diese weisen im Unterschied zu den Dünnschichtresonatoren nur eine obere Elektrode beziehungsweise eine obere Elektrodenschicht auf, die in entsprechende Elektrodenabschnitte und damit realisierte Bauelementstrukturen strukturiert ist. Mittels der Sägeschnitte müssen also nur die in einer Ebene innerhalb der Schnittkanten mündenden Elektrodenabschnitte getroffen beziehungsweise geöffnet und mittels Metallisierungen kontaktiert werden.
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Obwohl die Erfindung nur anhand weniger Ausführungsbeispiele dargestellt ist, ist sie nicht auf diese beschränkt. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung betreffen die hier nur schematisch dargestellte genaue Ausgestaltung der Bauelementstrukturen, der Aufbauten für Substrat und Abdeckung sowie genauer Führungen der Metallisierungen und Anordnung der Außenkontakte. Nicht dargestellt ist es beispielsweise, das Substrat SU als Verbundsubstrat auszugestalten, beispielsweise als eine mehrschichtige Keramik, beispielsweise eine LTCC- oder HTCC-Keramik. Möglich ist es auch, ein beispielsweise aus einem Halbleiter bestehendes Substrat zum Aufbau des beispielsweise in 8a dargestellten Schichtverbunds zu nützen. Auf dieser Stufe, die mittels der mechanisch stabilen Abdeckung CAP eine erhöhte Stabilität aufweist, ist es möglich, das Substrat SU von der Unterseite her zu dünnen. Alternativ kann zusätzlich auf der Unterseite des Substrats vor oder nach dem Dünnen eine weitere Substratschicht aufgebracht werden, die durchaus auch gattungsfremd sein kann. So ist es beispielsweise möglich, ein beispielsweise als Halbleiter ausgebildetes Substrat anschließend mit einem billigeren oder mechanisch stabileren Material zu verbinden, beispielsweise durch Bonden oder Kleben. Auch die Oberseite der Abdeckung CAP kann nachträglich oder zusätzlich mit entsprechenden unterschiedlichen Materialien verstärkt werden.
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Bezugszeichenliste
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- SV
- Schichtverbund (= Schichtaufbau plus Abdeckung)
- SA
- Schichtaufbau (= Substrat, untere und obere Elektrode, piezoelektrische Schicht)
- SU
- Substrat
- BE
- untere Elektrode
- TE
- obere Elektrode
- PZ
- piezoelektrische Schicht
- CAP
- Abdeckung (= Kappe)
- AK
- Erster und zweiter Anschlusskontakt
- ME
- Erste und zweite Metallisierung
- ST
- Erste und zweite Schnitte
- BB
- Bauelementbereich
- AU
- Ausnehmung
- R
- Resonator
- VS
- Verbindungsstück
- CA
- Träger
- BO
- Bondverbindung
- KF
- Kontaktfläche
- V
- Durchkontaktierung (Via)
- SÄ
- Säge