電気的構成素子および製造方法
本発明は、モジュール様式に構成された電気的構成素子に関する。ここでこれは有利にはSiから成るモジュール基板と、このモジュール基板上に配置され、電気的にこのモジュール基板と接続された、1つまたは複数の、有利にはハウジングされていないチップを有する。ここでこのチップはそれぞれモジュール基板と、例えばダイレクトウェハボンディングよって接続されている。モジュール基板内には凹部が設けられており、従ってモジュール基板とチップの接続時には閉鎖された中空空間が形成される。この中空空間はここで、チップを取り囲み全面でモジュール基板と接続している保護キャップによって生じるのではなく、相互に対向しているチップ下面のコンタクト領域とモジュール基板の上面の接続によって生じる。本発明の構成素子では中空空間を実現するために保護キャップは必要ないので、廉価に製造可能である。本発明はこの利点の他に、機能ユニットのモノリシック集積に対して、より高い歩留まりに関して利点を有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、殊に電気音響変換器および共振器等の感応性構成素子構造体を有する、有利には表面実装可能で、かつモジュール様式に構成された電気的構成素子に関する。
【0002】
音響構成素子構造体は周辺影響に反応するので、周辺影響から保護されなければならない。他方では、この構造体を、容易に、例えば注型コンパウンドによってカプセル封入することはできない。なぜなら、注型コンパウンドは音響波の拡がりに影響を与えてしまうからである。これに相応して、音響構成素子は今日では、中空空間内に配置される。このような中空空間を設け、密閉するのにはコストがかかる。
【0003】
必要な中空空間は、例えば保護キャップによって実現される。自身のアクティブな表面上に音響構成素子構造体を担うチップは、その背面でモジュール基板上に接着されている。このモジュール基板は同時にハウジングの一部を構成する。チップは保護キャップによって覆われる。ここで保護キャップは密閉してモジュール基板と接続している。
【0004】
自身のアクティブな表面上に音響構成素子構造体を担うチップを、フリップチップ構造で、複数の、例えばセラミック層を有するモジュール基板上に取り付けることが公知である。チップとモジュール基板の間の空間は、例えばシーリングフレームによって密閉される。
【0005】
チップ上に、構成素子構造体を収容する保護キャップを構成することも可能である。この場合には、チップの電気的接続端子は、保護キャップによって覆われている面の外に位置する。「裸の」、すなわち、自身の表面上で露出している構成素子構造体を有するハウジングされていなチップを、以下で「ベアダイ」と称し、離散した構成部分と区別する。反応性の構成素子構造体を有する、離散した構成部分は、ベアダイとは異なり、ハウジングされている、または少なくとも保護キャップが設けられている。
【0006】
通常は多層のセラミックモジュール基板上に直接的に構成された構成部分が取り付けられているモジュール構造構成素子も公知である。離散した電子構成部分、例えば音響表面波またはバルク波で作動するフィルタのこれまでのモジュール組み込みは次のような形状で行われてきた。すなわち、ハウジングされた構成部分がモジュール基板上に取り付けられ、ハウジングされた構成部分の接続端子がモジュール基板の電気的接続端子と、公知の結合技術(例えばボンディングワイヤ、バンプ)を用いて結合される。通常は、露出している構成素子構造体を有する電子構成部分のハウジングが必要である。なぜなら、これらは周辺環境に対して反応するからである。このハウジングは例えばボンディングワイヤまたはスタッドバンプによるプラスチックハウジングまたはセラミックハウジング、CSPパッケージ技術(CSP=Chip Sized Package:チップサイズドパッケージ)または例えばシリコンベースまたはガラスベースでのウェハレベルパッケージによって行われる。マイクロ音響構成部分の場合には、アクティブな構成部分領域の材料負荷が回避されなければならない。これはハウジング内に中空空間を形成することによって保証される。このようにハウジングされた構成部分が引き続きモジュール基板に取り付けられる。付加的な能動的および/または受動的コンポーネントがモジュールの基板材料内に組み込まれるか、または離散構成部分としてモジュール基板上に載置され、相応の接続端子によって電気的にこのモジュール基板と接続される。引き続き、完全に取り付けられたモジュールに適切な材料(例えばGlobe-Topコンパウンド)が注がれ、これによって平らな表面が得られ、反応性構成部分構造体が周辺影響から保護される。
【0007】
多数の異なる種類の能動コンポーネントおよび/または受動コンポーネントを有するマルチ機能モジュールを製造する別の方法は、共通の基板(有利にはシリコン等の半導体基板)内に種々の回路をモノリシックに組み込むことである。ここで実現されるべき構造体の複雑さに応じて、多数の順次連続するプロセスシーケンスが実行される。しかし音響波によって作動する構成素子構造体を低コストでモジュール内にモノリシックに組み込むことはできない。
【0008】
2つのウェハを接続することによって構成素子を製造することが知られている(ダイレクトウェハボンディングによるウェハレベルパッケージ)。ここで第1のウェハ上に構成された構成素子構造体は、第2のウェハ内に構成された凹部内に封入され、このようにしてハウジングされる。ここでウェハはまず相互に接続され、ウェハ結合体が構成素子に個別化される。
【0009】
本発明の課題は、保護されるべき構成素子構造体を有している、廉価に製造される電気的構成素子並びに、この電気的構成素子の製造方法を提供することである。
【0010】
上述の課題は、請求項1によって解決される。本発明の有利な構成および発展形態は、従属請求項に記載されている。
【0011】
本発明は、モジュール様式に構成されており、モジュール基板を有している電気的構成素子を提供する。ここでこのモジュール基板はモジュールのベースとして用いられる。モジュール基板の上面には、1つまたは複数のチップの接触接続のためのコンタクト面が設けられている。チップはモジュールの構成要素であり、これは電気的に、モジュール基板内に集積された回路と接続され、これによって相互に板張りもされる。モジュール基板の下面には、構成素子を外部の導体プレートと接触接続させるための外部コンタクトが設けられている。
【0012】
モジュール基板の上面には少なくとも1つのチップが取り付けられている。このチップは電気的にモジュール基板と接続されている。チップまたは−複数のチップの場合には−これらのチップのうちの少なくとも1つがベアダイ(「裸の」チップ)である。このベアダイは、その上面に配置された露出している構成素子構造体と、モジュール基板の接触接続のための接続面を伴うチップ基板を有している。チップ基板の接続面は電気的に直接的に、モジュール基板のコンタクト面と接続されている。構成素子構造体はモジュール基板へ向けられている。
【0013】
少なくとも1つのさらなるチップが、ハウジングされた離散構成部分としてこのモジュール基板上に配置されてよい。
【0014】
モジュール基板へ向けられた、チップ基板の表面は、取り囲んでいる縁部領域を有している。この縁部領域は、全面で機械的に固定して、直接的にその下に位置しているモジュール基板コンタクト領域と接続されている。ここでモジュール基板とチップ基板の間に閉鎖された中空空間が構成されている。この中空空間は構成素子構造体を収容する。チップ下面の縁部領域は、構成素子構造体の領域を完全に取り囲む。
【0015】
モジュール基板内、ないしはモジュール基板の上面にはベアダイを装備するための取付場所が設けられている。
【0016】
ハウジングされていないチップを、モジュール構成要素として使用することは、別個にされた構成部分が装備されているモジュールと異なって、次のような利点を有している。すなわち、「裸」のチップをモジュール基板上に取り付けるときに同時に、チップの反応性構成素子構造体のハウジングを行うという利点を有する。
【0017】
モジュール基板の上面に機能ユニットを集積することは、モノリシック集積(すなわち、全ての回路を唯一のモノリシック様式に構成された構成素子内に集積すること)に対して設計の柔軟性が高くなるという利点を有している。なぜなら、(例えば異なるチップ基板を有する、または異なる供給元の)種々異なる構成部分を1つのモジュール内に組み合わせることができるからである。機能ユニットを実現する際に、唯一の基板材料、例えばSiに制限されない。むしろ1つのモジュール内でそれぞれ異なる基板材料を有するベアダイを組み合わせることができる。個々の構成要素(機能ユニット)から成る本発明のモジュールの構成は、殊にモジュール全体の設計変更の際に有利である。さらに、個々の構成要素を有するモジュールの取り付けは次のような利点を提供する。すなわち、テストされ、正常に機能性すると評価された構成要素(Known Good Dies:品質保証されたダイ)のみを取り付けに使用することができるという利点である。
【0018】
本発明の有利な実施形態:
モジュール基板は有利にはシリコンから成る少なくとも1つの領域、例えば層を有している。
【0019】
有利な実施形態では、本発明による構成素子はSiから成るモジュール基板を有している。
【0020】
有利には、複数のハウジングされていない個々のコンポーネント(チップ)がモジュール基板上に配置されており、電気的にこのモジュール基板と接続されている。個々のコンポーネントはモジュール基板内および/またはモジュール基板上に設けられた接続線路を介して電気的に相互に接続されている。
【0021】
モジュール基板上に取り付けられるべきチップは例えば音響バルク波によって作動するフィルタ(BAWフィルタ、Bulk Acoustic Wave Filter)である。
【0022】
露出しており、保護されるべき構成素子構造体とは、本発明では殊に、マイクロエレクトロメカニカル技術によるコンポーネントおよび/または音響波によって作動する電気音響構成素子構造体のことである。これは例えば音響バルク波によって作動する共振器または音響表面波によって作動する変換器である。
【0023】
露出している構成素子構造体の他に、チップ基板は基板内部に埋設され、組み込まれたおよび/または集積された、能動的および/または非線形ないし能動的な電子コンポーネントを含む。
【0024】
組み込まれたコンポーネントとは、本発明では次のようなコンポーネントのことである。すなわち、既に完成された、有利には表面実装可能な離散した構成素子、例えばSMDコンデンサとして設けられ、基板の製造中に基板ないしは基板層内に装入されるコンポーネントのことである。これはコンタクト面と電気的に接触接続されており、引き続き、別の被着されるべき基板層によって基板内に隠される。
【0025】
これに対して集積されたコンポーネントは、基板の構成部分として、基板の製造時に、例えば基板材料のドーピングによって一緒に製造される、または構造化された導体路として、2つの誘電層の間に、一緒に製造される。ここでこのコンポーネントは、基板の製造前には構成部分としては存在しない。
【0026】
集積ベースとしてのモジュール基板は、有利にはその内部に組み込まれたおよび/または集積された回路を含む。この回路は受動的および/または能動的ないし非線形のコンポーネントを含む。これは有利には、厚膜技術および/または薄膜技術によって生成される。構造化された導体路として構成された集積コンポーネントは、有利には、モジュール基板の、内部に位置する構造化された金属層内に実現されるか、または少なくとも電気的にこれと接触接続される。ここでこの金属層は、誘電層または半導体層によって相互に別個にされている。モジュール基板内には、水平ないしは垂直な電気的接続部が設けられている。これは集積されたコンポーネントを一方ではベアダイ(チップ)と電気的に接続させ、他方では外部コンタクトと電気的に接続させる。ここでこの外部コンタクトは外部コンポーネント(例えば導体プレート)との接続のために用いられる。
【0027】
ベアダイ取り付けのための取付場所は例えば凹部としてモジュール基板内に構成される。ここでこの凹部は、取り付けられるべきベアダイの基本面積よりも小さい底面積を有している。従ってベアダイの取り付け時にはこれは凹部の上方の遮断部ないしカバーとして用いられる。凹部の外に位置する、モジュール基板の領域は、ベアダイにとって、機械的な保護エレメントとして用いられる。モジュール基板の方を向いているチップ基板表面の縁部領域は、凹部に接している、モジュール基板コンタクト領域と接続される。モジュール基板とベアダイとの間の機械的な接続は有利には、適切な、以降で挙げられるウェハボンディング方法によって行う。
【0028】
ベアダイをモジュール基板と接続した後に、モジュール基板内の凹部によって、閉成され、かつ外部からアクセス不可能な中空空間が形成される。この中空空間内に、ベアダイの露出している構成素子構造体が配置され、保護される、ないしは適切なウェハボンディング方法が使用される場合にはハーメチックに周囲からカプセル封入される。
【0029】
本発明の別の形態では(図2b参照)、モジュール基板の凹部内にコンタクト面が配置される。このコンタクト面はベアダイの電気的な接触接続のために用いられる。取り付けられたベアダイとモジュール基板との間の接続は、このコンタクト面と、このコンタクト面に対向するベアダイの接続面を介して、例えばバンプによって行われる。
【0030】
本発明の別の形態では、ベアダイを接触接続させるためのコンタクト面は、凹部の外で、凹部の周辺に配置されている。ここで、取り付けられたベアダイとモジュール基板の間の接続は、このコンタクト面と、このコンタクト面に相応する、ベアダイの接続面を介して例えばボンディングワイヤによって行われる。
【0031】
ベアダイ取り付けのための取付場所は、モジュール基板内に構成された凹部と択一的または付加的に、モジュール基板上に配置され、これと固定接続されている接続フレームによって定められる。これは一方では、チップ基板とモジュール基板の間の間隔保持部として用いられ、他方では、この2つの基板を機械的に固定して結合させる。この場合には、接続フレームおよびこの接続フレームによって取り囲まれているモジュール基板面はともに凹部ないしチップ用の取付場所を構成する。チップの縁部領域は固定的に接続フレームと接続される。チップ下面、接続フレームおよびモジュール基板の表面は閉鎖された中空空間を構成する。
【0032】
文献DE10164494A1号から、モジュール基板とチップ下面の間に金属フレームが設けられている構成素子が公知である。このフレームは、モジュール基板と固定して接続されており、チップ用の間隔保持部として用いられる。しかしチップ下面と固定的に接続されない。この文献から、このようなフレームを介してモジュール基板およびチップの表面が固定的に相互に接続されることは公知でなく、またここからこれを想到することもできない。チップをモジュール基板上に固定するために、チップの側面は金属化されなければならず、付加的に取り付けられたはんだフレームによって金属フレームと固定的に接続されなければならない。本発明はこのような構成素子に対して次の利点を有している。すなわち、チップ側面の金属化も付加的なはんだフレームも必要ないという利点を有している。
【0033】
本発明の構成素子は例えば以下の方法で製造される。すなわち:
a)第1のウェハを準備する。このウェハは多数の構成素子領域を有している。ここで各構成素子領域内に、取付場所が、チップに対する接続フレームの形状で設けられる。
b)個々のチップ(ベアダイコンポーネント)を準備する。これは例えば少なくとも1つの第2のウェハが個々のチップに個別化されることによって行われる。
c)第1のウェハにチップを取り付け、これによって取付場所の領域内に閉鎖された中空空間が、第1のウェハと各チップの間に構成される。
d)チップをこの第1のウェハと電気的かつ機械的に固定して接続する。
e)このようにして構成素子領域内に設けられた構成素子を個別化する。
【0034】
本発明では、感応性構成素子構造体のカプセル封入が、ウェハとして設けられているモジュール基板を、個別化され、ハウジングされていないチップと接続することだけによって実現される。このような新たなカプセル封入では、露出している構成素子構造体に対する閉鎖された中空空間を設けるために、チップを付加的にハウジングする必要性がない。取り付けられるべき構成部分のための固有のハウジングを省くことによって、相応するハウジングコストがなくなる。
【0035】
本発明のベアダイ取付によるモジュール製造時の全体的な歩留まりは、モノリシック集積による構成素子と異なり、ウェハ上の個々の機能ユニットないし回路を実現するための個々のプロセスシーケンスの歩留まりの積として得られるのではなく、チップ製造時およびモジュール基板とチップの接続時にあらわれる歩留まりから得られる。ここでチップは取り付け前にテストされ、エラーを有するチップが外される。従って本発明の方法によって高い歩留まりが得られる。
【0036】
すなわちこの方法の主要な利点は低いハウジングコスト、低いモジュール高さおよび高い歩留まりである。
【0037】
第1のウェハは有利にはSiウェハである。この第1のウェハは、Siから成る部分領域のみを有するウェハであってもよい。これは部分的にまたは完全にセラミックから成っていてもよい。
【0038】
取付場所は有利には、凹部の形状でモジュール基板の上面に構成される。ここでチップは直接的に、この凹部を取り囲むモジュール基板のコンタクト領域上に取り付けられ、固定的にこれと接続される。チップとモジュール基板の間の機械的な接続はこの場合には、ウェハボンディング、例えばAnodic Surface Bonding、Direct Surface Bonding、Suface-actuvated Bondingによって行われる。
【0039】
しかし、凹部の周辺に配置され、チップと接続されるべき、モジュール基板のコンタクト領域と、これに対向しているチップ基板のコンタクト領域との間に、接続層ないし接続フレームを加えることも可能である。この接続フレームはチップ下面を基板の表面と接続し、閉鎖された中空空間の密閉に用いられる。
【0040】
別の形態では、モジュール基板の上面に接続フレームが構成され、当該接続フレームはそれぞれモジュール基板の凹部を取り囲み、それぞれ1つのチップが取り付けられる。接続フレームの使用時には中空空間が取り付け後に、付加的な凹部なしでモジュール基板内に生じる。引き続き、接続フレームは機械的にチップの縁部領域と固定接続され、ここで閉鎖された中空空間が生じる。
【0041】
択一的に、取付場所を接続フレームの形状で、付加的な凹部なしに、モジュール基板の上面に構成する、ないし取り付けることが可能である。接続フレームは、第2のウェハの下面に、ないしはハウジングされるべき構成素子構造体を担う面、ないしはチップの縁部領域内に構成される。ここで第2のウェハはその後、複数のチップに個別化される。モジュール基板にはチップが次のように取り付けられる。すなわち接続フレームがモジュール基板の上面を指すように取り付けられる。引き続き、接続フレームはモジュール基板の表面と機械的に固定接続され、ここで閉鎖された中空空間が生じる。
【0042】
本発明の別の形態では、電気的に絶縁された材料、例えばガラスフリット、酸化ケイ素または接着材料から成る接続フレームが選択される。別の形態では、金属ないしはんだから成る接続フレームが選択される。ここでこの層は例えば共晶結合または熱圧縮着によって一方では機械的にチップ基板の表面と固定接続され、他方ではモジュール基板の表面と接続される。有利には、モジュール基板の上面では、凹部の周辺に第1の金属構造体が、基板表面の積層化によって形成される。このような金属構造体は凹部を全面で取り囲み、はんだから成る接続フレームに対する基礎として用いられる。チップ基板の下面には、少なくとも縁部領域において、相応する第2の金属構造体が形成される。これはチップの取り付け時に、第1の金属構造体ないしはんだフレームに対向する。はんだフレームは自身の溶解温度を超えて加熱され、ここでチップ基板とモジュール基板を接続させる。
【0043】
モジュール基板内の凹部は有利には、図1cに示されているように、階段状に構成されており、ここで、全チップを収容することができる第1の凹部内に、第1の凹部に比べて床面積的に小さい第2の凹部が形成される。さらに第2の凹部の床面積はチップ底面積よりも小さい。従ってチップは第1の凹部内で、第2の凹部によって構成されたステップ上に載置される。
【0044】
第1の凹部の床面積が、チップの底面積より大きく構成されてもよい。この場合には、隙間は、注形コンパウンドによってシーリングされる。
【0045】
チップの高さが第1の凹部の深さを超える場合、構成素子の上面は有利には平坦化される。ここでチップ基板の一部は、背面から、例えば化学的機械的研磨を用いて、またはサンドブラストによって削り取られる。
【0046】
以下で本発明を実施例およびこれに属する図面を用いてより詳細に説明する。図面は、概略的で、縮尺通りでない表示に基づいて本発明の種々異なる実施例を示している。同じ、または同じ作用を有する部分には同じ参照符号が付与されている。概略的な横断面図において部分的に示す。
【0047】
図1aは、例示されたベアダイであり、ここでは接続線路が、構成素子構造体と接続面の間で、チップ基板の表面上に配置されており、
図1b、1cは、それぞれ、本発明による構成素子であり、ここでチップはダイレクトウェハボンディングによってモジュール基板と接続されており、
図1dは、本発明による構成素子であり、ここではチップはモジュール基板とフレームによって接続されており、
図1e、1f、1gは、それぞれ、図1dに示された構成素子の変形であり、
図2a、3aは、それぞれ例として示されたベアダイであり、ここで接続線路は構成素子構造体と接続面との間で、チップ基板内に隠されており、
図2bは、図2aに示されたベアダイを有する本発明による構成素子であって、ここでチップはダイレクトウェハボンディングによってモジュール基板と接続されており、
図2c、2dは、それぞれ、図2aに示されたベアダイを有する本発明の構成素子であって、ここでチップはモジュール基板とフレームによって接続されており、
図3bはそれぞれ、図3aに示されたベアダイを有する本発明の構成素子である。
【0048】
第1の実施例(図1a〜1d)
ハウジングされていない構成部分(ベアダイ、英語でBare Die)として、モジュール基板とのさらなる接続のために準備されるチップは、構成素子構造体を有するチップ基板を含む。これは有利にはフィルタ回路を実現する。図1aは概略的な断面でベアダイBDの例を示している。このベアダイは構成素子構造体BSとして、簡易化して示された音響バルク波共振器を有する。この共振器は、薄膜技術で、チップ基板DS上に構成されており、実質的に2つの共振器電極E1,E2およびこれらの電極の間に配置された圧電層PSから成る。この共振器の音響的にアクティブな領域は、2つの電極E1とE2のオーバーラップ領域によって定められる。電極E1は電気的に接続面E3と接続されている。電極E2は電気的に接続面E4と接続されている。電極と接続面との間の接続線路はこの場合には、チップ基板DSの表面上に位置する。
【0049】
チップ基板の表面上で露出している構成素子構造体は、音響表面波で作動する変換器、受動的および/または能動的な、ないし非線形の電子コンポーネントを含む。
【0050】
図1bは部分的に、本発明に相応の構成素子を示している。これはモジュール基板MSと、図1aに示されている、このモジュール基板の上に取り付けられているベアダイBDを有している。このベアダイはバルク波共振器を有している。本発明による構成素子はさらに少なくとも1つの別の、モジュール基板MSの上面に配置されたチップまたは別のベアダイを含む。これは図示されていない。
【0051】
ベアダイの接続面E3、E4は電気的に、モジュール基板MSのコンタクト面E5、E6とバンプBUによって接続されている。ベアダイBDは、モジュール基板MSとダイレクトウェハボンディング方法によって機械的に固定して接続されており、コンタクト領域KOにおいてモジュール基板MSとチップ基板DSの間に、機械的に安定し、かつ密閉する接続部が設けられる。
【0052】
構成素子と外部導体プレートの接続は、モジュール基板の下面に配置された外部コンタクトE7、E8を介して行われる。
【0053】
モジュール基板MSは、本発明のこの形態では多層に構成されており、基板内で内部に位置している構造化された少なくとも1つの金属層MLを有している。
【0054】
モジュール基板MSは、接続線路と集積された電子コンポーネントとを有している。これらは金属層ML内に構成されている。ここで内部に位置している各金属層MLは例えば、2つの半導体層(Si層)の間に配置されている。この半導体層は有利には高抵抗である。この層が多層であり、1つまたは複数のSi部分層の他にさらに、有利には、電気的に導電性ではない部分層、例えばSiO2から成る部分層を有していることも可能である。導電性ではない部分層は層結合体において有利には外層である。
【0055】
モジュール基板またはチップ基板内に組み込まれているコンポーネントは受動的な回路素子(例えばコイル、コンデンサ、抵抗、ストリップまたはトリプレートライン、変圧器)または非線形ないし能動的な回路素子(ダイオード、スイッチ、トランジスタ)である。受動的なコンポーネントは、有利には導体路として実現される。
【0056】
モジュール基板の方に向けられているチップ基板表面は、ここで、モジュール基板の上面に構成された凹部内の床面積よりも大きい面積を有している。
【0057】
2つの基板は次のように相互に接続される。すなわち、構成素子構造体の領域において、すなわち少なくとも音響的にアクティブな共振器領域とモジュール基板MSとの間で、中空空間HRないしエアギャップが、感応構成素子構造体とモジュール基板との間に残るように接続される。バンプはベアダイの載置の前に、選択的にベアダイの接続面E3,E4上に被着されるか、またはモジュール基板MSのコンタクト面E5,E6の上に被着される。
【0058】
本発明の構成素子は、この形態では表面実装(表面実装設計)に適している。コンタクト面E5,E6および外部コンタクトE7,E8は電気的に、モジュール基板内に配置された接続線路、ビアホールDKおよび場合によっては埋設された集積電子コンポーネントを介して相互に接続される。
【0059】
理想的には、チップ基板に対してもモジュール基板に対しても同一の材料、例えばシリコンが使用され、2つの基板のコンタクト箇所で、異なる熱膨張係数によって生じるひずみが最小化される。基板が多層に構成されている場合には、次のことが有利である。すなわち、少なくとも相互に向かい合っている層が同じ材料、殊にSiから成るのは有利である。
【0060】
さらに、モジュール基板としてのSiは、使用可能なウェハ直径をより大きくするという利点を提供する。これによって、各ウェハから多数の構成素子が得られる。さらにシリコンは次のような利点を有している。すなわち、この材料に対して有効である、高いラテラル方向の精度を伴う、機能を有する構成部分の実現のための薄膜プロセスが10GHzを上回っても存在し、並びに有効である、低い構成部分高さを得るための、ウェハに対する薄化方法が存在するという利点を有している。
【0061】
しかし他の材料もモジュール基板に対して使用可能である。これは例えば、集積されたおよび/または組み込まれた電子コンポーネントを有する多層セラミック(例えばLTCC:低温同時焼成セラミックス)または多層有機基板(例えばFR4)である。使用されている材料に応じてウェハボンディング方法に対して、コンタクト面として設けられるチップ基板および/またはモジュール基板の表面領域を準備するための異なった措置が必要である。これは例えば、適切な材料(例えば樹脂、SiO2、有機または無機接着剤、金属/はんだ)による表面積層化、物理的および/または化学的な処理(例えばウェットエッチング方法またはドライエッチング方法、プラズマ処理、化学物質による表面の濡れ化(Benetzung))による表面活性化、平らなコンタクト面を形成するための研磨ステップ(例えば科学的機械的研磨)である。
【0062】
図1cは、図1bに示された本発明の変形の有利な発展形態を示している。ここでは、構成素子構造体を収容するために用いられる凹部が、チップ基板DSを収容するために用いられる別の凹部内に構成される。チップ基板DSは、凹部のインタリーブ化によって構成された段の上に載置されている。コンタクト領域KOでは、基板DSとMSは次のように相互に接続されている。すなわち、閉鎖されたかつ有利にはハーメチックに密閉された中空空間HRが生じるように接続されている。
【0063】
モジュール基板MS内に階段状に構成された凹部は次のような利点を有している。すなわち、これによって、構成素子の上面に、ベアダイの載置後、ないし相応する平坦化プロセス後に平坦な表面が得られるという利点を有している。
【0064】
図1dは、モジュール基板MS上のベアダイの択一的な配置を示している。チップ基板の接続面E3、E4と、モジュール基板のコンタクト面E5、E6の間の接続はこの場合には、バンプを用いずに行われる。この接続面ないしコンタクト面は、例えば金属表面による熱作用のもとで強い結合を生じさせる材料(例えばはんだ)を含む、またはこのような材料から成る薄い層を含む。
【0065】
モジュール基板とベアダイの間の接続部はこの実施例では、シーリングフレームDR(接続フレーム)によって形成される。これは適切な材料から成る。
【0066】
シーリングフレームは金属フレームであり得る。これはモジュール基板またはチップ基板の表面上に例えば積層方法によって被着される。しかし次のことも可能である。すなわち、金属フレームがはんだ接続によって、相応する基板表面上に設けられた金属構造体と接続されることも可能である。これは構成素子構造体を全面で取り囲む。
【0067】
シーリングフレームははんだフレームであり得る。これは直接的に基板表面上に被着されるのではなく、金属積層化部上に被着される。この金属積層化部は基板表面上にこのフレームの下に位置する領域内に設けられている。
【0068】
シーリングフレームは別の形態では、電気的に絶縁された材料からなり得る。ここでこのシーリングフレームDRは例えば樹脂等の注型材料または接着性の特性を有する他の材料である。有機または無機の接着剤からなる接続フレームを選択することも可能である。
この実施例でも中空空間ないしエアギャップがアクティブな共振領域ないし感応構成素子構造体とモジュール基板MSの表面との間に設けられている。閉鎖された中空空間はここではモジュール基板、チップ基板およびシーリングフレームDRの間に構成されている。
【0069】
図1dに示された実施例では、コンタクト面E5、E6が、モジュール基板MSの上面に、モジュール基板内に設けられた凹部外に配置されている。しかし、コンタクト面E5、E6並びに接続面E3、E4は有利には閉鎖された中空空間内に位置する。
【0070】
コンタクト面E5、E6をモジュール基板の凹部内に配置することも可能である。この場合には接続面E3、E4とコンタクト面E5ないしE6の間にバンプ接続部が設けられる。ここで同時に、モジュール基板MSとベアダイの間にはシーリングフレームが使用される。
【0071】
図1dに示された実施例では、構成素子の外部コンタクトE7、E8は、モジュール基板の上面に、チップ基板によって覆われた面の外に設けられている。このような外部コンタクトを介して例えばボンディングワイヤによって、外部導体プレートへの構成素子の電気的接続が形成される。
【0072】
コンタクトE7、E8はこの実施例では、同じモジュールの別の(有利にはハウジングされた)チップを接触接続するためにも使用される。モジュール基板上に配置された異なるモジュール構成要素の間の接続部は、モジュール基板内に埋設された接続線路を介しても形成される。接続線路ないし外部コンタクトの実現は、別の形態では、相応のスルーホールを伴うモジュール基板の下面でも可能である(図1bを参照)。
【0073】
図1eには、本発明の別の有利な形態が示されている。ここでは、平らな表面を有する、ないし凹部を有していないモジュール基板MS上に複数のチップBD、BD1がシーリングフレームDRによって固定されている。シーリングフレームはDRここでは、モジュール基板とチップの間の距離素子として用いられ、チップの縁部領域とモジュール基板のコンタクト領域を機械的に固定的に接続する。これによって、閉鎖された中空空間HRが生じる。この実施例では、構成素子構造体を収容する凹部は、図1dのようにモジュール基板MS自体内に構成されるのではなく、シーリングフレームと、このシーリングフレームによって取り囲まれている、シーリングフレームより深くに位置する、モジュール基板の平らな表面によって規定されている。シーリングフレームDRは、この場合には、構成素子構造体を収容するために充分な高さを有している。
【0074】
図1eでは、第2のチップBD1が、表面波によって作動する構成素子構造体BS1を有していることが示されている。モジュール基板の金属層ML内には、集積されたコンポーネントIEが構成されている。
【0075】
シーリングフレームに類似した構造体が、図1fに示された別の形態内に、チップ基板DSの縁部領域内に構成されてもよい。これはチップ下面に、構成素子構造体の領域内に、ないしは縁部領域外に凹部が設けられていることによって実現される。
【0076】
択一的に、接続フレームを、図1gに示されているように、モジュール基板MSの上面の構造化によって設けることが可能である。
【0077】
フレームを構成するための別の形態は、文献DE10164494A1号で提示された実施例図1〜11と組み合わせて可能である。この文献はここで、完全に内容的に参照されている。
【0078】
第2の実施例(図2a〜2d)
図2aは概略的な断面図で薄膜技術で構成されたバルク波共振器を示している。これは組み込まれた電子回路素子を伴うチップ基板DS上に設けられている。共振器電極E1、E2は、チップ基板DS内に埋設された電子回路コンポーネントと電気的接続部を介してベアダイの接続面E3、E4と接続されている。集積された回路コンポーネントは、例えば構造化された金属化面ME、ME1内に構成されている。
【0079】
金属化面ME、ME1は、2つの誘電層の間に配置されている。
【0080】
図1bと同じように、図2bに示された実施例では、ベアダイBDはウェハボンディング方法によって、コンタクト領域KOにおいて、モジュール基板MSと接続されている。モジュール基板は有利には集積された電子回路素子を含む。この場合にも、同じように中空空間ないしエアギャップがアクティブな共振器領域とモジュール基板の表面との間に設けられる。ここでバンプは接続面E3、E4をコンタクト領域E5、E6と接続する。接続パッドE7およびE8は、図1bに示されたように、モジュール基板の下面に設けられている。
【0081】
図2cは、図2aに示されたベアダイを使用して、実質的に図1dに相当する構成を有する本発明の別の構成素子を示している。チップ基板DSの接続面E3、E4は、電気的に直接的に、かつバンプなしに、モジュール基板MSの相当するコンタクト面E5、E6と接続されている。シーリングフレームDR、チップ基板およびモジュール基板によって閉鎖された中空空間が構成されている。ここで2つの基板DSとMSの電気的な接続はこの中空空間内で行われる。接続パッドE7、E8は、モジュール基板の下面に設けられている。
【0082】
図2dではモジュール基板MSは、少なくとも図示された領域において集積された電子構成部分を含まない。モジュール基板MS上のコンタクト面E5、E6は、構成素子を外部導体プレートと接続するために用いられるか、またはこの構成素子のここには図示されていない別のチップまたはベアダイへの接続線路の一部をあらわす。
【0083】
接続面E3、E4および相応するコンタクト面E5、E6は、この実施例では、閉鎖された中空空間(HR)外に配置されている。ここでチップ基板の接続面はモジュール基板のコンタクト面と直接的に対向して位置している。
【0084】
図2dに示された実施例の形態では、モジュール基板のコンタクト面E5およびE6を基板凹部内に配置し、接続面E3、E4とコンタクト面E5ないしE6の間の電気的接続をバンプによって形成することが可能である。
【0085】
第3の実施例(図3a〜3d)
図3aは、薄膜技術で構成されたバルク波共振器を有するベアダイをあらわしている。このバルク波共振器は、チップ基板DS上に配置されている。チップ基板DSは、集積された電子回路を含む。この回路は電気的に共振器と接続されている。接続面E3およびE4は、この形態では、共振器電極E1、E2に対向しているチップ基板DS表面上に位置している。
【0086】
図3bは、図3aに示されたベアダイを有する本発明による構成素子を示している。ここでこのベアダイは、集積された電子回路コンポーネントを有するモジュール基板MS上に配置されている。コンタクト面E5、E6はモジュール基板MSの上面に配置されており、外部コンタクトE7、E8は下面に配置されている。
【0087】
接続面E3、E4と相応するコンタクト面E5、E6の間の電気的接続は、接続線路VLを介して行われる。ここでこの接続線路はチップ基板DSの縁部に沿って案内されている。チップ基板の側面で十分にエッジを覆うために、ここでは90°対向して平らにされたエッジ角度が有利であり得る。これは例えば適切なソーイング方法を介してダイの個別化する際に得られる。
【0088】
図3bとは異なって、図3cに示された形態では、接続面E3、E4とコンタクト面E5ないしE6の間の接続はボンディングワイヤBOを介して行われる。
【0089】
図3dにおけるモジュール基板MSは、少なくとも図示された領域において、集積された電子構成部分を含まない。ボンディングワイヤBOは同じように、接続面E3、E4とコンタクト面E5、E6を接続する。別の(図示されていない)構成素子領域または外部導体プレートへの構成素子の示された領域の別の接続は、コンタクト面E5およびE6を介して行われる。
【0090】
示された全ての実施例において、モジュール基板とベアダイの接続後に、周辺環境から保護された、むしろ、相応した接続技術選択時にはハーメチックに周辺環境から密閉された領域が生じる。この領域は中空空間ないしエアギャップをアクティブ共振器面とモジュール基板の表面の間に有している。
【0091】
本発明は、図示された実施例、形状、機能または図に概略的に示されたエレメントの数に制限されない。
【0092】
本発明のモジュールでは、チップが保護キャップによって覆われてよい。この保護キャップはモジュール基板の上面と接続している。この保護キャップは付加的な中空空間を形成する。この中空空間内には複数のチップがともに配置される。しかし、各チップに対する保護キャップ内に相応する凹部を設けることも可能である。モジュール内でチップに注型コンパウンドを注ぐことも可能である。しかしこの付加的なカプセル封入素子および密閉部は、露出しているチップ構成素子構造体を保護するためではなく、チップ全体を保護するために使用される。
【0093】
モジュール基板もチップ基板も多層に構造されてよく、かつ複数の誘電層を含むことができる。誘電層はセラミックまたは有機材料(例えばポリマー)から成り得る。
【図面の簡単な説明】
【0094】
【図1A】例示されたベアダイであり、ここでは接続線路が、構成素子構造体と接続面の間で、チップ基板の表面上に配置されている。
【図1B】本発明による構成素子であり、ここでチップはダイレクトウェハボンディングによってモジュール基板と接続されている。
【図1C】本発明による構成素子であり、ここでチップはダイレクトウェハボンディングによってモジュール基板と接続されている。
【図1D】本発明による構成素子であり、ここではチップはモジュール基板とフレームによって接続されている。
【図1E】図1Dに示された構成素子の変形である。
【図1F】図1Dに示された構成素子の変形である。
【図1G】図1Dに示された構成素子の変形である。
【図2A】例として示されたベアダイであり、ここで接続線路は構成素子構造体と接続面との間で、チップ基板内に隠されている。
【図2B】図2Aに示されたベアダイを有する本発明による構成素子であって、ここでチップはダイレクトウェハボンディングによってモジュール基板と接続されている。
【図2C】図2Aに示されたベアダイを有する本発明の構成素子であって、ここでチップはモジュール基板とフレームによって接続されている。
【図2D】図2Aに示されたベアダイを有する本発明の構成素子であって、ここでチップはモジュール基板とフレームによって接続されている。
【図3A】例として示されたベアダイであり、ここで接続線路は構成素子構造体と接続面との間で、チップ基板内に隠されている。
【図3B】図3Aに示されたベアダイを有する本発明の構成素子である。
【図3C】図3Aに示されたベアダイを有する本発明の構成素子である。
【図3D】図3Aに示されたベアダイを有する本発明の構成素子である。
【技術分野】
【0001】
本発明は、殊に電気音響変換器および共振器等の感応性構成素子構造体を有する、有利には表面実装可能で、かつモジュール様式に構成された電気的構成素子に関する。
【0002】
音響構成素子構造体は周辺影響に反応するので、周辺影響から保護されなければならない。他方では、この構造体を、容易に、例えば注型コンパウンドによってカプセル封入することはできない。なぜなら、注型コンパウンドは音響波の拡がりに影響を与えてしまうからである。これに相応して、音響構成素子は今日では、中空空間内に配置される。このような中空空間を設け、密閉するのにはコストがかかる。
【0003】
必要な中空空間は、例えば保護キャップによって実現される。自身のアクティブな表面上に音響構成素子構造体を担うチップは、その背面でモジュール基板上に接着されている。このモジュール基板は同時にハウジングの一部を構成する。チップは保護キャップによって覆われる。ここで保護キャップは密閉してモジュール基板と接続している。
【0004】
自身のアクティブな表面上に音響構成素子構造体を担うチップを、フリップチップ構造で、複数の、例えばセラミック層を有するモジュール基板上に取り付けることが公知である。チップとモジュール基板の間の空間は、例えばシーリングフレームによって密閉される。
【0005】
チップ上に、構成素子構造体を収容する保護キャップを構成することも可能である。この場合には、チップの電気的接続端子は、保護キャップによって覆われている面の外に位置する。「裸の」、すなわち、自身の表面上で露出している構成素子構造体を有するハウジングされていなチップを、以下で「ベアダイ」と称し、離散した構成部分と区別する。反応性の構成素子構造体を有する、離散した構成部分は、ベアダイとは異なり、ハウジングされている、または少なくとも保護キャップが設けられている。
【0006】
通常は多層のセラミックモジュール基板上に直接的に構成された構成部分が取り付けられているモジュール構造構成素子も公知である。離散した電子構成部分、例えば音響表面波またはバルク波で作動するフィルタのこれまでのモジュール組み込みは次のような形状で行われてきた。すなわち、ハウジングされた構成部分がモジュール基板上に取り付けられ、ハウジングされた構成部分の接続端子がモジュール基板の電気的接続端子と、公知の結合技術(例えばボンディングワイヤ、バンプ)を用いて結合される。通常は、露出している構成素子構造体を有する電子構成部分のハウジングが必要である。なぜなら、これらは周辺環境に対して反応するからである。このハウジングは例えばボンディングワイヤまたはスタッドバンプによるプラスチックハウジングまたはセラミックハウジング、CSPパッケージ技術(CSP=Chip Sized Package:チップサイズドパッケージ)または例えばシリコンベースまたはガラスベースでのウェハレベルパッケージによって行われる。マイクロ音響構成部分の場合には、アクティブな構成部分領域の材料負荷が回避されなければならない。これはハウジング内に中空空間を形成することによって保証される。このようにハウジングされた構成部分が引き続きモジュール基板に取り付けられる。付加的な能動的および/または受動的コンポーネントがモジュールの基板材料内に組み込まれるか、または離散構成部分としてモジュール基板上に載置され、相応の接続端子によって電気的にこのモジュール基板と接続される。引き続き、完全に取り付けられたモジュールに適切な材料(例えばGlobe-Topコンパウンド)が注がれ、これによって平らな表面が得られ、反応性構成部分構造体が周辺影響から保護される。
【0007】
多数の異なる種類の能動コンポーネントおよび/または受動コンポーネントを有するマルチ機能モジュールを製造する別の方法は、共通の基板(有利にはシリコン等の半導体基板)内に種々の回路をモノリシックに組み込むことである。ここで実現されるべき構造体の複雑さに応じて、多数の順次連続するプロセスシーケンスが実行される。しかし音響波によって作動する構成素子構造体を低コストでモジュール内にモノリシックに組み込むことはできない。
【0008】
2つのウェハを接続することによって構成素子を製造することが知られている(ダイレクトウェハボンディングによるウェハレベルパッケージ)。ここで第1のウェハ上に構成された構成素子構造体は、第2のウェハ内に構成された凹部内に封入され、このようにしてハウジングされる。ここでウェハはまず相互に接続され、ウェハ結合体が構成素子に個別化される。
【0009】
本発明の課題は、保護されるべき構成素子構造体を有している、廉価に製造される電気的構成素子並びに、この電気的構成素子の製造方法を提供することである。
【0010】
上述の課題は、請求項1によって解決される。本発明の有利な構成および発展形態は、従属請求項に記載されている。
【0011】
本発明は、モジュール様式に構成されており、モジュール基板を有している電気的構成素子を提供する。ここでこのモジュール基板はモジュールのベースとして用いられる。モジュール基板の上面には、1つまたは複数のチップの接触接続のためのコンタクト面が設けられている。チップはモジュールの構成要素であり、これは電気的に、モジュール基板内に集積された回路と接続され、これによって相互に板張りもされる。モジュール基板の下面には、構成素子を外部の導体プレートと接触接続させるための外部コンタクトが設けられている。
【0012】
モジュール基板の上面には少なくとも1つのチップが取り付けられている。このチップは電気的にモジュール基板と接続されている。チップまたは−複数のチップの場合には−これらのチップのうちの少なくとも1つがベアダイ(「裸の」チップ)である。このベアダイは、その上面に配置された露出している構成素子構造体と、モジュール基板の接触接続のための接続面を伴うチップ基板を有している。チップ基板の接続面は電気的に直接的に、モジュール基板のコンタクト面と接続されている。構成素子構造体はモジュール基板へ向けられている。
【0013】
少なくとも1つのさらなるチップが、ハウジングされた離散構成部分としてこのモジュール基板上に配置されてよい。
【0014】
モジュール基板へ向けられた、チップ基板の表面は、取り囲んでいる縁部領域を有している。この縁部領域は、全面で機械的に固定して、直接的にその下に位置しているモジュール基板コンタクト領域と接続されている。ここでモジュール基板とチップ基板の間に閉鎖された中空空間が構成されている。この中空空間は構成素子構造体を収容する。チップ下面の縁部領域は、構成素子構造体の領域を完全に取り囲む。
【0015】
モジュール基板内、ないしはモジュール基板の上面にはベアダイを装備するための取付場所が設けられている。
【0016】
ハウジングされていないチップを、モジュール構成要素として使用することは、別個にされた構成部分が装備されているモジュールと異なって、次のような利点を有している。すなわち、「裸」のチップをモジュール基板上に取り付けるときに同時に、チップの反応性構成素子構造体のハウジングを行うという利点を有する。
【0017】
モジュール基板の上面に機能ユニットを集積することは、モノリシック集積(すなわち、全ての回路を唯一のモノリシック様式に構成された構成素子内に集積すること)に対して設計の柔軟性が高くなるという利点を有している。なぜなら、(例えば異なるチップ基板を有する、または異なる供給元の)種々異なる構成部分を1つのモジュール内に組み合わせることができるからである。機能ユニットを実現する際に、唯一の基板材料、例えばSiに制限されない。むしろ1つのモジュール内でそれぞれ異なる基板材料を有するベアダイを組み合わせることができる。個々の構成要素(機能ユニット)から成る本発明のモジュールの構成は、殊にモジュール全体の設計変更の際に有利である。さらに、個々の構成要素を有するモジュールの取り付けは次のような利点を提供する。すなわち、テストされ、正常に機能性すると評価された構成要素(Known Good Dies:品質保証されたダイ)のみを取り付けに使用することができるという利点である。
【0018】
本発明の有利な実施形態:
モジュール基板は有利にはシリコンから成る少なくとも1つの領域、例えば層を有している。
【0019】
有利な実施形態では、本発明による構成素子はSiから成るモジュール基板を有している。
【0020】
有利には、複数のハウジングされていない個々のコンポーネント(チップ)がモジュール基板上に配置されており、電気的にこのモジュール基板と接続されている。個々のコンポーネントはモジュール基板内および/またはモジュール基板上に設けられた接続線路を介して電気的に相互に接続されている。
【0021】
モジュール基板上に取り付けられるべきチップは例えば音響バルク波によって作動するフィルタ(BAWフィルタ、Bulk Acoustic Wave Filter)である。
【0022】
露出しており、保護されるべき構成素子構造体とは、本発明では殊に、マイクロエレクトロメカニカル技術によるコンポーネントおよび/または音響波によって作動する電気音響構成素子構造体のことである。これは例えば音響バルク波によって作動する共振器または音響表面波によって作動する変換器である。
【0023】
露出している構成素子構造体の他に、チップ基板は基板内部に埋設され、組み込まれたおよび/または集積された、能動的および/または非線形ないし能動的な電子コンポーネントを含む。
【0024】
組み込まれたコンポーネントとは、本発明では次のようなコンポーネントのことである。すなわち、既に完成された、有利には表面実装可能な離散した構成素子、例えばSMDコンデンサとして設けられ、基板の製造中に基板ないしは基板層内に装入されるコンポーネントのことである。これはコンタクト面と電気的に接触接続されており、引き続き、別の被着されるべき基板層によって基板内に隠される。
【0025】
これに対して集積されたコンポーネントは、基板の構成部分として、基板の製造時に、例えば基板材料のドーピングによって一緒に製造される、または構造化された導体路として、2つの誘電層の間に、一緒に製造される。ここでこのコンポーネントは、基板の製造前には構成部分としては存在しない。
【0026】
集積ベースとしてのモジュール基板は、有利にはその内部に組み込まれたおよび/または集積された回路を含む。この回路は受動的および/または能動的ないし非線形のコンポーネントを含む。これは有利には、厚膜技術および/または薄膜技術によって生成される。構造化された導体路として構成された集積コンポーネントは、有利には、モジュール基板の、内部に位置する構造化された金属層内に実現されるか、または少なくとも電気的にこれと接触接続される。ここでこの金属層は、誘電層または半導体層によって相互に別個にされている。モジュール基板内には、水平ないしは垂直な電気的接続部が設けられている。これは集積されたコンポーネントを一方ではベアダイ(チップ)と電気的に接続させ、他方では外部コンタクトと電気的に接続させる。ここでこの外部コンタクトは外部コンポーネント(例えば導体プレート)との接続のために用いられる。
【0027】
ベアダイ取り付けのための取付場所は例えば凹部としてモジュール基板内に構成される。ここでこの凹部は、取り付けられるべきベアダイの基本面積よりも小さい底面積を有している。従ってベアダイの取り付け時にはこれは凹部の上方の遮断部ないしカバーとして用いられる。凹部の外に位置する、モジュール基板の領域は、ベアダイにとって、機械的な保護エレメントとして用いられる。モジュール基板の方を向いているチップ基板表面の縁部領域は、凹部に接している、モジュール基板コンタクト領域と接続される。モジュール基板とベアダイとの間の機械的な接続は有利には、適切な、以降で挙げられるウェハボンディング方法によって行う。
【0028】
ベアダイをモジュール基板と接続した後に、モジュール基板内の凹部によって、閉成され、かつ外部からアクセス不可能な中空空間が形成される。この中空空間内に、ベアダイの露出している構成素子構造体が配置され、保護される、ないしは適切なウェハボンディング方法が使用される場合にはハーメチックに周囲からカプセル封入される。
【0029】
本発明の別の形態では(図2b参照)、モジュール基板の凹部内にコンタクト面が配置される。このコンタクト面はベアダイの電気的な接触接続のために用いられる。取り付けられたベアダイとモジュール基板との間の接続は、このコンタクト面と、このコンタクト面に対向するベアダイの接続面を介して、例えばバンプによって行われる。
【0030】
本発明の別の形態では、ベアダイを接触接続させるためのコンタクト面は、凹部の外で、凹部の周辺に配置されている。ここで、取り付けられたベアダイとモジュール基板の間の接続は、このコンタクト面と、このコンタクト面に相応する、ベアダイの接続面を介して例えばボンディングワイヤによって行われる。
【0031】
ベアダイ取り付けのための取付場所は、モジュール基板内に構成された凹部と択一的または付加的に、モジュール基板上に配置され、これと固定接続されている接続フレームによって定められる。これは一方では、チップ基板とモジュール基板の間の間隔保持部として用いられ、他方では、この2つの基板を機械的に固定して結合させる。この場合には、接続フレームおよびこの接続フレームによって取り囲まれているモジュール基板面はともに凹部ないしチップ用の取付場所を構成する。チップの縁部領域は固定的に接続フレームと接続される。チップ下面、接続フレームおよびモジュール基板の表面は閉鎖された中空空間を構成する。
【0032】
文献DE10164494A1号から、モジュール基板とチップ下面の間に金属フレームが設けられている構成素子が公知である。このフレームは、モジュール基板と固定して接続されており、チップ用の間隔保持部として用いられる。しかしチップ下面と固定的に接続されない。この文献から、このようなフレームを介してモジュール基板およびチップの表面が固定的に相互に接続されることは公知でなく、またここからこれを想到することもできない。チップをモジュール基板上に固定するために、チップの側面は金属化されなければならず、付加的に取り付けられたはんだフレームによって金属フレームと固定的に接続されなければならない。本発明はこのような構成素子に対して次の利点を有している。すなわち、チップ側面の金属化も付加的なはんだフレームも必要ないという利点を有している。
【0033】
本発明の構成素子は例えば以下の方法で製造される。すなわち:
a)第1のウェハを準備する。このウェハは多数の構成素子領域を有している。ここで各構成素子領域内に、取付場所が、チップに対する接続フレームの形状で設けられる。
b)個々のチップ(ベアダイコンポーネント)を準備する。これは例えば少なくとも1つの第2のウェハが個々のチップに個別化されることによって行われる。
c)第1のウェハにチップを取り付け、これによって取付場所の領域内に閉鎖された中空空間が、第1のウェハと各チップの間に構成される。
d)チップをこの第1のウェハと電気的かつ機械的に固定して接続する。
e)このようにして構成素子領域内に設けられた構成素子を個別化する。
【0034】
本発明では、感応性構成素子構造体のカプセル封入が、ウェハとして設けられているモジュール基板を、個別化され、ハウジングされていないチップと接続することだけによって実現される。このような新たなカプセル封入では、露出している構成素子構造体に対する閉鎖された中空空間を設けるために、チップを付加的にハウジングする必要性がない。取り付けられるべき構成部分のための固有のハウジングを省くことによって、相応するハウジングコストがなくなる。
【0035】
本発明のベアダイ取付によるモジュール製造時の全体的な歩留まりは、モノリシック集積による構成素子と異なり、ウェハ上の個々の機能ユニットないし回路を実現するための個々のプロセスシーケンスの歩留まりの積として得られるのではなく、チップ製造時およびモジュール基板とチップの接続時にあらわれる歩留まりから得られる。ここでチップは取り付け前にテストされ、エラーを有するチップが外される。従って本発明の方法によって高い歩留まりが得られる。
【0036】
すなわちこの方法の主要な利点は低いハウジングコスト、低いモジュール高さおよび高い歩留まりである。
【0037】
第1のウェハは有利にはSiウェハである。この第1のウェハは、Siから成る部分領域のみを有するウェハであってもよい。これは部分的にまたは完全にセラミックから成っていてもよい。
【0038】
取付場所は有利には、凹部の形状でモジュール基板の上面に構成される。ここでチップは直接的に、この凹部を取り囲むモジュール基板のコンタクト領域上に取り付けられ、固定的にこれと接続される。チップとモジュール基板の間の機械的な接続はこの場合には、ウェハボンディング、例えばAnodic Surface Bonding、Direct Surface Bonding、Suface-actuvated Bondingによって行われる。
【0039】
しかし、凹部の周辺に配置され、チップと接続されるべき、モジュール基板のコンタクト領域と、これに対向しているチップ基板のコンタクト領域との間に、接続層ないし接続フレームを加えることも可能である。この接続フレームはチップ下面を基板の表面と接続し、閉鎖された中空空間の密閉に用いられる。
【0040】
別の形態では、モジュール基板の上面に接続フレームが構成され、当該接続フレームはそれぞれモジュール基板の凹部を取り囲み、それぞれ1つのチップが取り付けられる。接続フレームの使用時には中空空間が取り付け後に、付加的な凹部なしでモジュール基板内に生じる。引き続き、接続フレームは機械的にチップの縁部領域と固定接続され、ここで閉鎖された中空空間が生じる。
【0041】
択一的に、取付場所を接続フレームの形状で、付加的な凹部なしに、モジュール基板の上面に構成する、ないし取り付けることが可能である。接続フレームは、第2のウェハの下面に、ないしはハウジングされるべき構成素子構造体を担う面、ないしはチップの縁部領域内に構成される。ここで第2のウェハはその後、複数のチップに個別化される。モジュール基板にはチップが次のように取り付けられる。すなわち接続フレームがモジュール基板の上面を指すように取り付けられる。引き続き、接続フレームはモジュール基板の表面と機械的に固定接続され、ここで閉鎖された中空空間が生じる。
【0042】
本発明の別の形態では、電気的に絶縁された材料、例えばガラスフリット、酸化ケイ素または接着材料から成る接続フレームが選択される。別の形態では、金属ないしはんだから成る接続フレームが選択される。ここでこの層は例えば共晶結合または熱圧縮着によって一方では機械的にチップ基板の表面と固定接続され、他方ではモジュール基板の表面と接続される。有利には、モジュール基板の上面では、凹部の周辺に第1の金属構造体が、基板表面の積層化によって形成される。このような金属構造体は凹部を全面で取り囲み、はんだから成る接続フレームに対する基礎として用いられる。チップ基板の下面には、少なくとも縁部領域において、相応する第2の金属構造体が形成される。これはチップの取り付け時に、第1の金属構造体ないしはんだフレームに対向する。はんだフレームは自身の溶解温度を超えて加熱され、ここでチップ基板とモジュール基板を接続させる。
【0043】
モジュール基板内の凹部は有利には、図1cに示されているように、階段状に構成されており、ここで、全チップを収容することができる第1の凹部内に、第1の凹部に比べて床面積的に小さい第2の凹部が形成される。さらに第2の凹部の床面積はチップ底面積よりも小さい。従ってチップは第1の凹部内で、第2の凹部によって構成されたステップ上に載置される。
【0044】
第1の凹部の床面積が、チップの底面積より大きく構成されてもよい。この場合には、隙間は、注形コンパウンドによってシーリングされる。
【0045】
チップの高さが第1の凹部の深さを超える場合、構成素子の上面は有利には平坦化される。ここでチップ基板の一部は、背面から、例えば化学的機械的研磨を用いて、またはサンドブラストによって削り取られる。
【0046】
以下で本発明を実施例およびこれに属する図面を用いてより詳細に説明する。図面は、概略的で、縮尺通りでない表示に基づいて本発明の種々異なる実施例を示している。同じ、または同じ作用を有する部分には同じ参照符号が付与されている。概略的な横断面図において部分的に示す。
【0047】
図1aは、例示されたベアダイであり、ここでは接続線路が、構成素子構造体と接続面の間で、チップ基板の表面上に配置されており、
図1b、1cは、それぞれ、本発明による構成素子であり、ここでチップはダイレクトウェハボンディングによってモジュール基板と接続されており、
図1dは、本発明による構成素子であり、ここではチップはモジュール基板とフレームによって接続されており、
図1e、1f、1gは、それぞれ、図1dに示された構成素子の変形であり、
図2a、3aは、それぞれ例として示されたベアダイであり、ここで接続線路は構成素子構造体と接続面との間で、チップ基板内に隠されており、
図2bは、図2aに示されたベアダイを有する本発明による構成素子であって、ここでチップはダイレクトウェハボンディングによってモジュール基板と接続されており、
図2c、2dは、それぞれ、図2aに示されたベアダイを有する本発明の構成素子であって、ここでチップはモジュール基板とフレームによって接続されており、
図3bはそれぞれ、図3aに示されたベアダイを有する本発明の構成素子である。
【0048】
第1の実施例(図1a〜1d)
ハウジングされていない構成部分(ベアダイ、英語でBare Die)として、モジュール基板とのさらなる接続のために準備されるチップは、構成素子構造体を有するチップ基板を含む。これは有利にはフィルタ回路を実現する。図1aは概略的な断面でベアダイBDの例を示している。このベアダイは構成素子構造体BSとして、簡易化して示された音響バルク波共振器を有する。この共振器は、薄膜技術で、チップ基板DS上に構成されており、実質的に2つの共振器電極E1,E2およびこれらの電極の間に配置された圧電層PSから成る。この共振器の音響的にアクティブな領域は、2つの電極E1とE2のオーバーラップ領域によって定められる。電極E1は電気的に接続面E3と接続されている。電極E2は電気的に接続面E4と接続されている。電極と接続面との間の接続線路はこの場合には、チップ基板DSの表面上に位置する。
【0049】
チップ基板の表面上で露出している構成素子構造体は、音響表面波で作動する変換器、受動的および/または能動的な、ないし非線形の電子コンポーネントを含む。
【0050】
図1bは部分的に、本発明に相応の構成素子を示している。これはモジュール基板MSと、図1aに示されている、このモジュール基板の上に取り付けられているベアダイBDを有している。このベアダイはバルク波共振器を有している。本発明による構成素子はさらに少なくとも1つの別の、モジュール基板MSの上面に配置されたチップまたは別のベアダイを含む。これは図示されていない。
【0051】
ベアダイの接続面E3、E4は電気的に、モジュール基板MSのコンタクト面E5、E6とバンプBUによって接続されている。ベアダイBDは、モジュール基板MSとダイレクトウェハボンディング方法によって機械的に固定して接続されており、コンタクト領域KOにおいてモジュール基板MSとチップ基板DSの間に、機械的に安定し、かつ密閉する接続部が設けられる。
【0052】
構成素子と外部導体プレートの接続は、モジュール基板の下面に配置された外部コンタクトE7、E8を介して行われる。
【0053】
モジュール基板MSは、本発明のこの形態では多層に構成されており、基板内で内部に位置している構造化された少なくとも1つの金属層MLを有している。
【0054】
モジュール基板MSは、接続線路と集積された電子コンポーネントとを有している。これらは金属層ML内に構成されている。ここで内部に位置している各金属層MLは例えば、2つの半導体層(Si層)の間に配置されている。この半導体層は有利には高抵抗である。この層が多層であり、1つまたは複数のSi部分層の他にさらに、有利には、電気的に導電性ではない部分層、例えばSiO2から成る部分層を有していることも可能である。導電性ではない部分層は層結合体において有利には外層である。
【0055】
モジュール基板またはチップ基板内に組み込まれているコンポーネントは受動的な回路素子(例えばコイル、コンデンサ、抵抗、ストリップまたはトリプレートライン、変圧器)または非線形ないし能動的な回路素子(ダイオード、スイッチ、トランジスタ)である。受動的なコンポーネントは、有利には導体路として実現される。
【0056】
モジュール基板の方に向けられているチップ基板表面は、ここで、モジュール基板の上面に構成された凹部内の床面積よりも大きい面積を有している。
【0057】
2つの基板は次のように相互に接続される。すなわち、構成素子構造体の領域において、すなわち少なくとも音響的にアクティブな共振器領域とモジュール基板MSとの間で、中空空間HRないしエアギャップが、感応構成素子構造体とモジュール基板との間に残るように接続される。バンプはベアダイの載置の前に、選択的にベアダイの接続面E3,E4上に被着されるか、またはモジュール基板MSのコンタクト面E5,E6の上に被着される。
【0058】
本発明の構成素子は、この形態では表面実装(表面実装設計)に適している。コンタクト面E5,E6および外部コンタクトE7,E8は電気的に、モジュール基板内に配置された接続線路、ビアホールDKおよび場合によっては埋設された集積電子コンポーネントを介して相互に接続される。
【0059】
理想的には、チップ基板に対してもモジュール基板に対しても同一の材料、例えばシリコンが使用され、2つの基板のコンタクト箇所で、異なる熱膨張係数によって生じるひずみが最小化される。基板が多層に構成されている場合には、次のことが有利である。すなわち、少なくとも相互に向かい合っている層が同じ材料、殊にSiから成るのは有利である。
【0060】
さらに、モジュール基板としてのSiは、使用可能なウェハ直径をより大きくするという利点を提供する。これによって、各ウェハから多数の構成素子が得られる。さらにシリコンは次のような利点を有している。すなわち、この材料に対して有効である、高いラテラル方向の精度を伴う、機能を有する構成部分の実現のための薄膜プロセスが10GHzを上回っても存在し、並びに有効である、低い構成部分高さを得るための、ウェハに対する薄化方法が存在するという利点を有している。
【0061】
しかし他の材料もモジュール基板に対して使用可能である。これは例えば、集積されたおよび/または組み込まれた電子コンポーネントを有する多層セラミック(例えばLTCC:低温同時焼成セラミックス)または多層有機基板(例えばFR4)である。使用されている材料に応じてウェハボンディング方法に対して、コンタクト面として設けられるチップ基板および/またはモジュール基板の表面領域を準備するための異なった措置が必要である。これは例えば、適切な材料(例えば樹脂、SiO2、有機または無機接着剤、金属/はんだ)による表面積層化、物理的および/または化学的な処理(例えばウェットエッチング方法またはドライエッチング方法、プラズマ処理、化学物質による表面の濡れ化(Benetzung))による表面活性化、平らなコンタクト面を形成するための研磨ステップ(例えば科学的機械的研磨)である。
【0062】
図1cは、図1bに示された本発明の変形の有利な発展形態を示している。ここでは、構成素子構造体を収容するために用いられる凹部が、チップ基板DSを収容するために用いられる別の凹部内に構成される。チップ基板DSは、凹部のインタリーブ化によって構成された段の上に載置されている。コンタクト領域KOでは、基板DSとMSは次のように相互に接続されている。すなわち、閉鎖されたかつ有利にはハーメチックに密閉された中空空間HRが生じるように接続されている。
【0063】
モジュール基板MS内に階段状に構成された凹部は次のような利点を有している。すなわち、これによって、構成素子の上面に、ベアダイの載置後、ないし相応する平坦化プロセス後に平坦な表面が得られるという利点を有している。
【0064】
図1dは、モジュール基板MS上のベアダイの択一的な配置を示している。チップ基板の接続面E3、E4と、モジュール基板のコンタクト面E5、E6の間の接続はこの場合には、バンプを用いずに行われる。この接続面ないしコンタクト面は、例えば金属表面による熱作用のもとで強い結合を生じさせる材料(例えばはんだ)を含む、またはこのような材料から成る薄い層を含む。
【0065】
モジュール基板とベアダイの間の接続部はこの実施例では、シーリングフレームDR(接続フレーム)によって形成される。これは適切な材料から成る。
【0066】
シーリングフレームは金属フレームであり得る。これはモジュール基板またはチップ基板の表面上に例えば積層方法によって被着される。しかし次のことも可能である。すなわち、金属フレームがはんだ接続によって、相応する基板表面上に設けられた金属構造体と接続されることも可能である。これは構成素子構造体を全面で取り囲む。
【0067】
シーリングフレームははんだフレームであり得る。これは直接的に基板表面上に被着されるのではなく、金属積層化部上に被着される。この金属積層化部は基板表面上にこのフレームの下に位置する領域内に設けられている。
【0068】
シーリングフレームは別の形態では、電気的に絶縁された材料からなり得る。ここでこのシーリングフレームDRは例えば樹脂等の注型材料または接着性の特性を有する他の材料である。有機または無機の接着剤からなる接続フレームを選択することも可能である。
この実施例でも中空空間ないしエアギャップがアクティブな共振領域ないし感応構成素子構造体とモジュール基板MSの表面との間に設けられている。閉鎖された中空空間はここではモジュール基板、チップ基板およびシーリングフレームDRの間に構成されている。
【0069】
図1dに示された実施例では、コンタクト面E5、E6が、モジュール基板MSの上面に、モジュール基板内に設けられた凹部外に配置されている。しかし、コンタクト面E5、E6並びに接続面E3、E4は有利には閉鎖された中空空間内に位置する。
【0070】
コンタクト面E5、E6をモジュール基板の凹部内に配置することも可能である。この場合には接続面E3、E4とコンタクト面E5ないしE6の間にバンプ接続部が設けられる。ここで同時に、モジュール基板MSとベアダイの間にはシーリングフレームが使用される。
【0071】
図1dに示された実施例では、構成素子の外部コンタクトE7、E8は、モジュール基板の上面に、チップ基板によって覆われた面の外に設けられている。このような外部コンタクトを介して例えばボンディングワイヤによって、外部導体プレートへの構成素子の電気的接続が形成される。
【0072】
コンタクトE7、E8はこの実施例では、同じモジュールの別の(有利にはハウジングされた)チップを接触接続するためにも使用される。モジュール基板上に配置された異なるモジュール構成要素の間の接続部は、モジュール基板内に埋設された接続線路を介しても形成される。接続線路ないし外部コンタクトの実現は、別の形態では、相応のスルーホールを伴うモジュール基板の下面でも可能である(図1bを参照)。
【0073】
図1eには、本発明の別の有利な形態が示されている。ここでは、平らな表面を有する、ないし凹部を有していないモジュール基板MS上に複数のチップBD、BD1がシーリングフレームDRによって固定されている。シーリングフレームはDRここでは、モジュール基板とチップの間の距離素子として用いられ、チップの縁部領域とモジュール基板のコンタクト領域を機械的に固定的に接続する。これによって、閉鎖された中空空間HRが生じる。この実施例では、構成素子構造体を収容する凹部は、図1dのようにモジュール基板MS自体内に構成されるのではなく、シーリングフレームと、このシーリングフレームによって取り囲まれている、シーリングフレームより深くに位置する、モジュール基板の平らな表面によって規定されている。シーリングフレームDRは、この場合には、構成素子構造体を収容するために充分な高さを有している。
【0074】
図1eでは、第2のチップBD1が、表面波によって作動する構成素子構造体BS1を有していることが示されている。モジュール基板の金属層ML内には、集積されたコンポーネントIEが構成されている。
【0075】
シーリングフレームに類似した構造体が、図1fに示された別の形態内に、チップ基板DSの縁部領域内に構成されてもよい。これはチップ下面に、構成素子構造体の領域内に、ないしは縁部領域外に凹部が設けられていることによって実現される。
【0076】
択一的に、接続フレームを、図1gに示されているように、モジュール基板MSの上面の構造化によって設けることが可能である。
【0077】
フレームを構成するための別の形態は、文献DE10164494A1号で提示された実施例図1〜11と組み合わせて可能である。この文献はここで、完全に内容的に参照されている。
【0078】
第2の実施例(図2a〜2d)
図2aは概略的な断面図で薄膜技術で構成されたバルク波共振器を示している。これは組み込まれた電子回路素子を伴うチップ基板DS上に設けられている。共振器電極E1、E2は、チップ基板DS内に埋設された電子回路コンポーネントと電気的接続部を介してベアダイの接続面E3、E4と接続されている。集積された回路コンポーネントは、例えば構造化された金属化面ME、ME1内に構成されている。
【0079】
金属化面ME、ME1は、2つの誘電層の間に配置されている。
【0080】
図1bと同じように、図2bに示された実施例では、ベアダイBDはウェハボンディング方法によって、コンタクト領域KOにおいて、モジュール基板MSと接続されている。モジュール基板は有利には集積された電子回路素子を含む。この場合にも、同じように中空空間ないしエアギャップがアクティブな共振器領域とモジュール基板の表面との間に設けられる。ここでバンプは接続面E3、E4をコンタクト領域E5、E6と接続する。接続パッドE7およびE8は、図1bに示されたように、モジュール基板の下面に設けられている。
【0081】
図2cは、図2aに示されたベアダイを使用して、実質的に図1dに相当する構成を有する本発明の別の構成素子を示している。チップ基板DSの接続面E3、E4は、電気的に直接的に、かつバンプなしに、モジュール基板MSの相当するコンタクト面E5、E6と接続されている。シーリングフレームDR、チップ基板およびモジュール基板によって閉鎖された中空空間が構成されている。ここで2つの基板DSとMSの電気的な接続はこの中空空間内で行われる。接続パッドE7、E8は、モジュール基板の下面に設けられている。
【0082】
図2dではモジュール基板MSは、少なくとも図示された領域において集積された電子構成部分を含まない。モジュール基板MS上のコンタクト面E5、E6は、構成素子を外部導体プレートと接続するために用いられるか、またはこの構成素子のここには図示されていない別のチップまたはベアダイへの接続線路の一部をあらわす。
【0083】
接続面E3、E4および相応するコンタクト面E5、E6は、この実施例では、閉鎖された中空空間(HR)外に配置されている。ここでチップ基板の接続面はモジュール基板のコンタクト面と直接的に対向して位置している。
【0084】
図2dに示された実施例の形態では、モジュール基板のコンタクト面E5およびE6を基板凹部内に配置し、接続面E3、E4とコンタクト面E5ないしE6の間の電気的接続をバンプによって形成することが可能である。
【0085】
第3の実施例(図3a〜3d)
図3aは、薄膜技術で構成されたバルク波共振器を有するベアダイをあらわしている。このバルク波共振器は、チップ基板DS上に配置されている。チップ基板DSは、集積された電子回路を含む。この回路は電気的に共振器と接続されている。接続面E3およびE4は、この形態では、共振器電極E1、E2に対向しているチップ基板DS表面上に位置している。
【0086】
図3bは、図3aに示されたベアダイを有する本発明による構成素子を示している。ここでこのベアダイは、集積された電子回路コンポーネントを有するモジュール基板MS上に配置されている。コンタクト面E5、E6はモジュール基板MSの上面に配置されており、外部コンタクトE7、E8は下面に配置されている。
【0087】
接続面E3、E4と相応するコンタクト面E5、E6の間の電気的接続は、接続線路VLを介して行われる。ここでこの接続線路はチップ基板DSの縁部に沿って案内されている。チップ基板の側面で十分にエッジを覆うために、ここでは90°対向して平らにされたエッジ角度が有利であり得る。これは例えば適切なソーイング方法を介してダイの個別化する際に得られる。
【0088】
図3bとは異なって、図3cに示された形態では、接続面E3、E4とコンタクト面E5ないしE6の間の接続はボンディングワイヤBOを介して行われる。
【0089】
図3dにおけるモジュール基板MSは、少なくとも図示された領域において、集積された電子構成部分を含まない。ボンディングワイヤBOは同じように、接続面E3、E4とコンタクト面E5、E6を接続する。別の(図示されていない)構成素子領域または外部導体プレートへの構成素子の示された領域の別の接続は、コンタクト面E5およびE6を介して行われる。
【0090】
示された全ての実施例において、モジュール基板とベアダイの接続後に、周辺環境から保護された、むしろ、相応した接続技術選択時にはハーメチックに周辺環境から密閉された領域が生じる。この領域は中空空間ないしエアギャップをアクティブ共振器面とモジュール基板の表面の間に有している。
【0091】
本発明は、図示された実施例、形状、機能または図に概略的に示されたエレメントの数に制限されない。
【0092】
本発明のモジュールでは、チップが保護キャップによって覆われてよい。この保護キャップはモジュール基板の上面と接続している。この保護キャップは付加的な中空空間を形成する。この中空空間内には複数のチップがともに配置される。しかし、各チップに対する保護キャップ内に相応する凹部を設けることも可能である。モジュール内でチップに注型コンパウンドを注ぐことも可能である。しかしこの付加的なカプセル封入素子および密閉部は、露出しているチップ構成素子構造体を保護するためではなく、チップ全体を保護するために使用される。
【0093】
モジュール基板もチップ基板も多層に構造されてよく、かつ複数の誘電層を含むことができる。誘電層はセラミックまたは有機材料(例えばポリマー)から成り得る。
【図面の簡単な説明】
【0094】
【図1A】例示されたベアダイであり、ここでは接続線路が、構成素子構造体と接続面の間で、チップ基板の表面上に配置されている。
【図1B】本発明による構成素子であり、ここでチップはダイレクトウェハボンディングによってモジュール基板と接続されている。
【図1C】本発明による構成素子であり、ここでチップはダイレクトウェハボンディングによってモジュール基板と接続されている。
【図1D】本発明による構成素子であり、ここではチップはモジュール基板とフレームによって接続されている。
【図1E】図1Dに示された構成素子の変形である。
【図1F】図1Dに示された構成素子の変形である。
【図1G】図1Dに示された構成素子の変形である。
【図2A】例として示されたベアダイであり、ここで接続線路は構成素子構造体と接続面との間で、チップ基板内に隠されている。
【図2B】図2Aに示されたベアダイを有する本発明による構成素子であって、ここでチップはダイレクトウェハボンディングによってモジュール基板と接続されている。
【図2C】図2Aに示されたベアダイを有する本発明の構成素子であって、ここでチップはモジュール基板とフレームによって接続されている。
【図2D】図2Aに示されたベアダイを有する本発明の構成素子であって、ここでチップはモジュール基板とフレームによって接続されている。
【図3A】例として示されたベアダイであり、ここで接続線路は構成素子構造体と接続面との間で、チップ基板内に隠されている。
【図3B】図3Aに示されたベアダイを有する本発明の構成素子である。
【図3C】図3Aに示されたベアダイを有する本発明の構成素子である。
【図3D】図3Aに示されたベアダイを有する本発明の構成素子である。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電気的構成素子であって、
モジュール基板(MS)を伴い、当該モジュール基板は自身の上面にコンタクト面(E5、E6)と、フレーム状に閉鎖されたコンタクト領域を有し、自身の上面または下面に外部コンタクト(E7、E8)を有しており、
少なくとも1つのチップを伴い、当該チップはチップ基板(DS)と、該チップ基板上に配置された、前記モジュール基板の方を向いている構成素子構造体と、接続面(E3、E4)を有しており、
前記チップ基板(DS)は取り囲む縁部領域を有しており、当該縁部領域は全面でかつ完全にモジュール基板の前記コンタクト領域上に載置されており、機械的に当該コンタクト領域と固定して接続されており、
前記モジュール基板(MS)とチップ基板(DS)との間に閉鎖された中空空間(HR)が構成され、当該中空空間内に前記構成素子構造体が配置されるように前記チップ基板が載置されている、
ことを特徴とする電気的構成素子。
【請求項2】
前記チップはハウジングされていない、請求項1記載の構成素子。
【請求項3】
前記モジュール基板(MS)はシリコンから成る少なくとも1つの領域を有している、請求項1または2記載の構成素子。
【請求項4】
・前記モジュール基板の上面に凹部が構成されており、当該凹部は前記構成素子構造体の領域に対向しており、
・モジュール基板の方を向いている前記チップ基板(DS)の表面は、モジュール基板(MS)の上面に凹部によって形成された面積より大きい面積を有しており、
・チップ基板(DS)とモジュール基板の凹部との間に閉鎖された中空空間(HR)が構成されている、請求項1から3記載の構成素子。
【請求項5】
・モジュール基板の方を向いている前記チップ基板(DS)の表面のコンタクト領域は、直接的にモジュール基板(MS)のコンタクト領域上に載置されており、ダイレクトウェハボンディング方法によって機械的に当該コンタクト領域と固定して接続されている、請求項4記載の構成素子。
【請求項6】
電気的構成素子であって、
モジュール基板(MS)を伴い、当該モジュール基板は自身の上面にコンタクト面(E5、E6)と、フレーム状に閉鎖されたコンタクト領域を有し、自身の上面または下面に外部コンタクト(E7、E8)を有しており、
少なくとも1つのチップを伴い、当該チップはチップ基板(DS)と、該チップ基板上に配置された、前記モジュール基板の方を向いている構成素子構造体と、接続面(E3、E4)を有しており、
取り囲んでいる縁部領域を有している前記チップ基板(DS)と、モジュール基板(MS)の間にシーリングフレーム(DR)が配置されており、当該シーリングフレームは前記コンタクト領域上にも、前記縁部領域上にも全面でかつ完全に載置されており、機械的に固定して前記コンタクト領域および前記縁部領域と接続されており、
シーリングフレーム(DR)、チップ基板(DS)およびモジュール基板(MS)の間には、閉鎖された中空空間(HR)が形成されており、当該中空空間内には構成素子構造体が配置されている、
ことを特徴とする電気的構成素子。
【請求項7】
前記シーリングフレーム(DR)は、モジュール基板内に形成された凹部を取り囲んでおり、当該凹部は構成素子構造体を収容している、請求項6記載の構成素子。
【請求項8】
前記シーリングフレームは金属から成る、請求項6または7記載の構成素子。
【請求項9】
前記シーリングフレームは電気的に絶縁された材料から成る、請求項6または7記載の構成素子。
【請求項10】
前記モジュール基板は、内部に位置している金属層(ML)と、当該金属層の間に配置されている誘電層を有しており、
前記金属層(ML)は重なり合って、外部コンタクト(E7、E8)およびコンタクト面(E5、E6)とビアホールによって電気的に接続されている、請求項1から9記載の構成素子。
【請求項11】
前記モジュール基板(MS)の内部に、集積されたおよび/または組み込まれた受動的および/または能動的な電子コンポーネントが構成されている、請求項1から9記載の構成素子。
【請求項12】
前記接続面(E3、E4)は前記モジュール基板の方に向けられている、請求項1から11記載の構成素子。
【請求項13】
前記接続面(E3、E4)は前記コンタクト面(E5、E6)と直接対向しており、
前記接続面(E3、E4)と前記コンタクト面(E5、E6)は閉鎖された中空空間(HR)内に配置されており、前記コンタクト面は前記凹部外に位置している、請求項1から12記載の構成素子。
【請求項14】
前記接続面(E3、E4)とコンタクト面(E5、E6)は閉鎖された中空空間(HR)外に配置されている、請求項1から12記載の構成素子。
【請求項15】
前記接続面(E3、E4)は、前記モジュール基板の方を向いていないチップ基板(TS)の上面に配置されており、電気的に、ビアホールによって前記構成素子構造体と接続されている、請求項1から12記載の構成素子。
【請求項16】
前記接続面(E3、E4)とコンタクト面(E5、E6)はボンディングワイヤによって相互に接続されている、請求項15記載の構成素子。
【請求項17】
前記接続面(E3、E4)とコンタクト面(E5、E6)は、接続線路(VL)によって相互に接続されており、当該接続線路は前記チップ基板の外縁に沿って延在している、請求項16記載の構成素子。
【請求項18】
前記チップ基板(DS)は複数の誘電層および/または半導体層と、当該層の間に位置する金属化面を有しており、
前記接続面(E3、E4)は前記構成素子構造体と、電気的に、チップ基板(DS)内に内部に位置する金属化面およびビアホールを介して接続されている、請求項1から17記載の構成素子。
【請求項19】
前記チップ基板(DS)内に、集積された能動的電子コンポーネントまたは受動的電子コンポーネントが構成されている、請求項18記載の構成素子。
【請求項20】
前記構成素子構造体のうちの少なくとも1つは、音響的なバルク波によって作動する共振器である、請求項1から19のうちいずれか1項記載の構成素子。
【請求項21】
前記構成素子構造体のうちの少なくとも1つは、音響的な表面波によって作動する変換器である、請求項1から20記載のうちいずれか1項記載の構成素子。
【請求項22】
前記構成素子構造体のうちの少なくとも1つは、マイクロエレクトロメカニカル技術によるコンポーネント、MEMSである、請求項1から21記載のうちいずれか1項記載の構成素子。
【請求項23】
請求項1から21いずれか1項記載の構成素子を製造する方法であって、以下のステップを有しており、すなわち:
a)第1のウェハをモジュール基板として準備し、当該モジュール基板は多数の構成素子領域を有しており、各構成素子領域内にチップ用の取付場所が設けられており、
b)個々のチップを準備し、
c)前記構成素子領域内で、前記第1のウェハにチップを次のように取り付け、すなわち、前記第1のウェハと各チップの間にそれぞれ閉鎖された中空空間が構成されるように取り付け、
d)前記チップを前記第1のウェハと電気的かつ機械的に固定して接続し、
e)このようにして構成された、構成素子領域に割り当てられた各構成素子を個別化する、
ステップを有する、ことを特徴とする構成素子を製造する方法。
【請求項24】
各構成素子領域内でチップ用の取付場所を凹部の形状で構成し、
前記第1のウェハにチップを次のように取り付ける、すなわち、前記凹部の領域内で、第1のウェハと各チップの間に閉鎖された中空空間が形成されるように取り付ける、請求項23記載の方法。
【請求項25】
前記第1のウェハ上へのチップの機械的な接続を、ダイレクトウェハボンディング方法によって行う、請求項23または24記載の方法。
【請求項26】
前記第1のウェハにチップを取り付ける前に、第1のウェハ上で接続フレームを取付場所に配置し、機械的に当該ウェハと接続させ、
前記チップを相応する接続フレーム上に配置し、機械的に固定して当該接続フレームと接続させる、請求項23または24記載の方法。
【請求項27】
それぞれ接続フレームを有するチップを準備し、当該接続フレームは自身に割り当てられているチップと機械的に固定して接続され、
前記接続フレームがその間に位置するように前記チップをモジュール基板上に取り付け、
前記接続フレームを機械的に固定してモジュール基板と接続する、請求項23または24記載の方法。
【請求項28】
前記接続フレームとして、電気的に絶縁しているフレームを使用し、当該フレームを介して、第1のSiウェハとチップの間に機械的に固定した接続を設ける、請求項24から27記載の方法。
【請求項29】
前記フレームとして金属フレームを使用し、第1のSiウェハとチップのコンタクト領域の間に機械的な接続を、熱圧着、はんだ付けまたは共晶結合によって設ける、請求項24から27記載の方法。
【請求項30】
Si基板を含むチップを取り付ける、請求項23から29記載の方法。
【請求項31】
内部に埋設して集積されたおよび/または組み込まれた電子的な受動的コンポーネントおよび/または能動的コンポーネントを伴う第1のウェハを提供する、請求項23から30記載の方法。
【請求項32】
内部に埋設して集積された電子的な受動的コンポーネントおよび/または能動的コンポーネントを伴うチップを提供する、請求項23から31記載の方法。
【請求項1】
電気的構成素子であって、
モジュール基板(MS)を伴い、当該モジュール基板は自身の上面にコンタクト面(E5、E6)と、フレーム状に閉鎖されたコンタクト領域を有し、自身の上面または下面に外部コンタクト(E7、E8)を有しており、
少なくとも1つのチップを伴い、当該チップはチップ基板(DS)と、該チップ基板上に配置された、前記モジュール基板の方を向いている構成素子構造体と、接続面(E3、E4)を有しており、
前記チップ基板(DS)は取り囲む縁部領域を有しており、当該縁部領域は全面でかつ完全にモジュール基板の前記コンタクト領域上に載置されており、機械的に当該コンタクト領域と固定して接続されており、
前記モジュール基板(MS)とチップ基板(DS)との間に閉鎖された中空空間(HR)が構成され、当該中空空間内に前記構成素子構造体が配置されるように前記チップ基板が載置されている、
ことを特徴とする電気的構成素子。
【請求項2】
前記チップはハウジングされていない、請求項1記載の構成素子。
【請求項3】
前記モジュール基板(MS)はシリコンから成る少なくとも1つの領域を有している、請求項1または2記載の構成素子。
【請求項4】
・前記モジュール基板の上面に凹部が構成されており、当該凹部は前記構成素子構造体の領域に対向しており、
・モジュール基板の方を向いている前記チップ基板(DS)の表面は、モジュール基板(MS)の上面に凹部によって形成された面積より大きい面積を有しており、
・チップ基板(DS)とモジュール基板の凹部との間に閉鎖された中空空間(HR)が構成されている、請求項1から3記載の構成素子。
【請求項5】
・モジュール基板の方を向いている前記チップ基板(DS)の表面のコンタクト領域は、直接的にモジュール基板(MS)のコンタクト領域上に載置されており、ダイレクトウェハボンディング方法によって機械的に当該コンタクト領域と固定して接続されている、請求項4記載の構成素子。
【請求項6】
電気的構成素子であって、
モジュール基板(MS)を伴い、当該モジュール基板は自身の上面にコンタクト面(E5、E6)と、フレーム状に閉鎖されたコンタクト領域を有し、自身の上面または下面に外部コンタクト(E7、E8)を有しており、
少なくとも1つのチップを伴い、当該チップはチップ基板(DS)と、該チップ基板上に配置された、前記モジュール基板の方を向いている構成素子構造体と、接続面(E3、E4)を有しており、
取り囲んでいる縁部領域を有している前記チップ基板(DS)と、モジュール基板(MS)の間にシーリングフレーム(DR)が配置されており、当該シーリングフレームは前記コンタクト領域上にも、前記縁部領域上にも全面でかつ完全に載置されており、機械的に固定して前記コンタクト領域および前記縁部領域と接続されており、
シーリングフレーム(DR)、チップ基板(DS)およびモジュール基板(MS)の間には、閉鎖された中空空間(HR)が形成されており、当該中空空間内には構成素子構造体が配置されている、
ことを特徴とする電気的構成素子。
【請求項7】
前記シーリングフレーム(DR)は、モジュール基板内に形成された凹部を取り囲んでおり、当該凹部は構成素子構造体を収容している、請求項6記載の構成素子。
【請求項8】
前記シーリングフレームは金属から成る、請求項6または7記載の構成素子。
【請求項9】
前記シーリングフレームは電気的に絶縁された材料から成る、請求項6または7記載の構成素子。
【請求項10】
前記モジュール基板は、内部に位置している金属層(ML)と、当該金属層の間に配置されている誘電層を有しており、
前記金属層(ML)は重なり合って、外部コンタクト(E7、E8)およびコンタクト面(E5、E6)とビアホールによって電気的に接続されている、請求項1から9記載の構成素子。
【請求項11】
前記モジュール基板(MS)の内部に、集積されたおよび/または組み込まれた受動的および/または能動的な電子コンポーネントが構成されている、請求項1から9記載の構成素子。
【請求項12】
前記接続面(E3、E4)は前記モジュール基板の方に向けられている、請求項1から11記載の構成素子。
【請求項13】
前記接続面(E3、E4)は前記コンタクト面(E5、E6)と直接対向しており、
前記接続面(E3、E4)と前記コンタクト面(E5、E6)は閉鎖された中空空間(HR)内に配置されており、前記コンタクト面は前記凹部外に位置している、請求項1から12記載の構成素子。
【請求項14】
前記接続面(E3、E4)とコンタクト面(E5、E6)は閉鎖された中空空間(HR)外に配置されている、請求項1から12記載の構成素子。
【請求項15】
前記接続面(E3、E4)は、前記モジュール基板の方を向いていないチップ基板(TS)の上面に配置されており、電気的に、ビアホールによって前記構成素子構造体と接続されている、請求項1から12記載の構成素子。
【請求項16】
前記接続面(E3、E4)とコンタクト面(E5、E6)はボンディングワイヤによって相互に接続されている、請求項15記載の構成素子。
【請求項17】
前記接続面(E3、E4)とコンタクト面(E5、E6)は、接続線路(VL)によって相互に接続されており、当該接続線路は前記チップ基板の外縁に沿って延在している、請求項16記載の構成素子。
【請求項18】
前記チップ基板(DS)は複数の誘電層および/または半導体層と、当該層の間に位置する金属化面を有しており、
前記接続面(E3、E4)は前記構成素子構造体と、電気的に、チップ基板(DS)内に内部に位置する金属化面およびビアホールを介して接続されている、請求項1から17記載の構成素子。
【請求項19】
前記チップ基板(DS)内に、集積された能動的電子コンポーネントまたは受動的電子コンポーネントが構成されている、請求項18記載の構成素子。
【請求項20】
前記構成素子構造体のうちの少なくとも1つは、音響的なバルク波によって作動する共振器である、請求項1から19のうちいずれか1項記載の構成素子。
【請求項21】
前記構成素子構造体のうちの少なくとも1つは、音響的な表面波によって作動する変換器である、請求項1から20記載のうちいずれか1項記載の構成素子。
【請求項22】
前記構成素子構造体のうちの少なくとも1つは、マイクロエレクトロメカニカル技術によるコンポーネント、MEMSである、請求項1から21記載のうちいずれか1項記載の構成素子。
【請求項23】
請求項1から21いずれか1項記載の構成素子を製造する方法であって、以下のステップを有しており、すなわち:
a)第1のウェハをモジュール基板として準備し、当該モジュール基板は多数の構成素子領域を有しており、各構成素子領域内にチップ用の取付場所が設けられており、
b)個々のチップを準備し、
c)前記構成素子領域内で、前記第1のウェハにチップを次のように取り付け、すなわち、前記第1のウェハと各チップの間にそれぞれ閉鎖された中空空間が構成されるように取り付け、
d)前記チップを前記第1のウェハと電気的かつ機械的に固定して接続し、
e)このようにして構成された、構成素子領域に割り当てられた各構成素子を個別化する、
ステップを有する、ことを特徴とする構成素子を製造する方法。
【請求項24】
各構成素子領域内でチップ用の取付場所を凹部の形状で構成し、
前記第1のウェハにチップを次のように取り付ける、すなわち、前記凹部の領域内で、第1のウェハと各チップの間に閉鎖された中空空間が形成されるように取り付ける、請求項23記載の方法。
【請求項25】
前記第1のウェハ上へのチップの機械的な接続を、ダイレクトウェハボンディング方法によって行う、請求項23または24記載の方法。
【請求項26】
前記第1のウェハにチップを取り付ける前に、第1のウェハ上で接続フレームを取付場所に配置し、機械的に当該ウェハと接続させ、
前記チップを相応する接続フレーム上に配置し、機械的に固定して当該接続フレームと接続させる、請求項23または24記載の方法。
【請求項27】
それぞれ接続フレームを有するチップを準備し、当該接続フレームは自身に割り当てられているチップと機械的に固定して接続され、
前記接続フレームがその間に位置するように前記チップをモジュール基板上に取り付け、
前記接続フレームを機械的に固定してモジュール基板と接続する、請求項23または24記載の方法。
【請求項28】
前記接続フレームとして、電気的に絶縁しているフレームを使用し、当該フレームを介して、第1のSiウェハとチップの間に機械的に固定した接続を設ける、請求項24から27記載の方法。
【請求項29】
前記フレームとして金属フレームを使用し、第1のSiウェハとチップのコンタクト領域の間に機械的な接続を、熱圧着、はんだ付けまたは共晶結合によって設ける、請求項24から27記載の方法。
【請求項30】
Si基板を含むチップを取り付ける、請求項23から29記載の方法。
【請求項31】
内部に埋設して集積されたおよび/または組み込まれた電子的な受動的コンポーネントおよび/または能動的コンポーネントを伴う第1のウェハを提供する、請求項23から30記載の方法。
【請求項32】
内部に埋設して集積された電子的な受動的コンポーネントおよび/または能動的コンポーネントを伴うチップを提供する、請求項23から31記載の方法。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図1E】
【図1F】
【図1G】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図1E】
【図1F】
【図1G】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【公表番号】特表2007−522730(P2007−522730A)
【公表日】平成19年8月9日(2007.8.9)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−551742(P2006−551742)
【出願日】平成17年1月11日(2005.1.11)
【国際出願番号】PCT/EP2005/000178
【国際公開番号】WO2005/076470
【国際公開日】平成17年8月18日(2005.8.18)
【出願人】(300002160)エプコス アクチエンゲゼルシャフト (318)
【氏名又は名称原語表記】EPCOS AG
【住所又は居所原語表記】St.−Martin−Strasse 53, D−81669 Muenchen, Germany
【Fターム(参考)】
【公表日】平成19年8月9日(2007.8.9)
【国際特許分類】
【出願日】平成17年1月11日(2005.1.11)
【国際出願番号】PCT/EP2005/000178
【国際公開番号】WO2005/076470
【国際公開日】平成17年8月18日(2005.8.18)
【出願人】(300002160)エプコス アクチエンゲゼルシャフト (318)
【氏名又は名称原語表記】EPCOS AG
【住所又は居所原語表記】St.−Martin−Strasse 53, D−81669 Muenchen, Germany
【Fターム(参考)】
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