DE10156357B4 - Anbringen von akustischen Filmvolumenresonatoren in Mikrowellengehäusen unter Verwendung einer Flip-Chip-Bondtechnik - Google Patents

Anbringen von akustischen Filmvolumenresonatoren in Mikrowellengehäusen unter Verwendung einer Flip-Chip-Bondtechnik Download PDF

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Abstract

Vorrichtung mit folgenden Merkmalen:
einem Chip (12), der eine Filterschaltung (64–70) enthält, wobei die Filterschaltung (64–70) unter Verwendung von akustischen Filmvolumenresonatoren (50–53, 64–70) implementiert ist;
einem Gehäuse (10), das den Chip (12) enthält, wobei das Gehäuse (10) eine Basisschicht (18) umfasst, und wobei Signalpfade (19, 20) sich durch die Basisschicht (18) erstrecken; und
Lötverbindungen (13, 14), durch die der Chip (12) an der Basisschicht (18) befestigt ist, wobei die Lötverbindungen (13, 14) Anschlussflächen auf dem Chip (12) elektrisch mit den Signalpfaden (19, 20) in der Basisschicht (18) verbinden, und wobei die Lötverbindungen (13, 14) keine Bonddrähte umfassen und statt derselben verwendet werden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Hochfrequenzfilter (RF-Filter) und insbesondere auf das Anbringen von akustischen Filmvolumenresonatorfiltern in Mikrowellengehäusen unter Verwendung einer Flip-Chip-Bondtechnik.
  • Für Anwendungen, wie z. B. Mobiltelephone, ist es wünschenswert, die Größe von Komponenten zu reduzieren. Es ist insbesondere wünschenswert, HF-Duplexer und -Filter mit einer Herstellungstechnik als Teil einer Funkeinrichtung auf einem Chip zu integrieren.
  • Akustische Volumenresonatoren wurden verwendet, um Filter zu implementieren. Ein Vorteil der Verwendung von akustischen Resonatoren besteht darin, daß die Schallgeschwindigkeit etwa drei oder vier Größenordnungen kleiner als die Lichtgeschwindigkeit ist, wodurch die Wellenlängen und so die Abmessungen einer Vorrichtung verglichen mit herkömmlichen (L-C) Tankschaltungen klein werden.
  • Chips mit akustischen Filmvolumenresonatorfiltern werden in hermetisch abgedichtete Gehäuse plaziert. Beim Stand der Technik werden Drahtverbindungen verwendet, um einen Chip an Anschlußleitungen eines Gehäuses zu befestigen.
  • Das Flip-Chip-Bonden wurde zum Herstellen von Verbindungen zwischen einem Halbleiterchip und einem Gehäuse verwendet. Beim Flip-Chip-Bonden werden keine Drahtverbindungen zwischen dem Chip und dem Gehäuse geleitet. Stattdessen werden perlenartige Vorsprünge mittels Elektroaufbringung als Anschlüsse um eine Fläche des Chips aufgebracht. Die Flache des Chips wird dann mit den Gehäuseanschlüssen ausgerichtet und mit denselben verbunden.
  • US 5 872 493 A offenbart einen Bulk Acoustic Wave (BAW) Filter. Dieser Filter weist zumindest eine Resonatorstruktur auf, die auf einem Substrat aufgebracht ist, und einen akustischen Spiegel, der auf der Resonatorstruktur aufgebracht ist. Der akustische Spiegel weist eine Mehrzahl von Schichten auf. Der akustische Spiegel isoliert im Wesentlichen akustische Vibrationen, die durch den Resonator erzeugt werden, beim Erreichen einer oberen Oberfläche des akustischen Spiegels.
  • US 5 406 682 A offenbart ein Verfahren zum Aufbringen einer piezo-elektrischen Vorrichtung auf einem Substrat. Zuerst werden äußere Teile eines piezo-elektrischen Elements selektiv metallisiert. Anschließend wird eine Aluminiumschicht selektiv auf dem piezo-elektrischen Element verteilt. Danach wird ein unvulkanisiertes leitendes Material auf einem Substrat angeordnet. Anschließend wird das piezo-elektrische Element auf dem leitenden Material angeordnet, so dass beim Vulkanisieren das leitende Material ein Fundament bildet, das die äußeren metallisierten Teile des piezo-elektrischen Elements mit dem Substrat verbindet.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Chipvorrichtung mit verbesserten Charakteristika und ein verbessertes Verfahren zum Anbringen von akustischen Filmvolumenresonatoren in Mikrowellengehäusen zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Chipvorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Anbringen von akustischen Filmvolumenresonatoren in Mikrowellengehäusen gemäss Anspruch 5 oder 9 gelöst.
  • Gemäss dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vorrichtung einen Chip, der eine Filterschaltung enthält. Das Filter ist unter Verwendung von akustischen Filmvolumenresonatoren implementiert. Ein Gehäuse enthält den Chip. Das Gehäuse umfasst einen Basisabschnitt. Signalpfade sind in den Basisabschnitt eingebaut. Lötverbindungen befestigen den Chip an dem Basisabschnitt. Die Lötverbindungen verbinden Anschlussflächen auf dem Chip elektrisch mit den Signalpfaden in dem Basisabschnitt. Die Lötmittelverbindungen umfassen keine Drahtverbindungen und werden statt derselben verwendet.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht das Gehäuse aus einem Keramikmaterial und ist hermetisch abgedichtet. Alternativ kann das Gehäuse aus den anderen Materialien hergestellt sein.
  • Die Verwendung der vorliegenden Erfindung erleichtert das Bewegen einer Masseebene näher an den Chip, wodurch die gegenseitige Induktivität reduziert wird. Die Verwendung der vorliegenden Erfindung führt auch zu einer grossen Reduktion einer parasitären Induktivität aufgrund langer Bonddrähte.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Filterschaltung, die unter Verwendung von akustischen Filmvolumenresonatoren (FBAR) gemäß dem Stand der Technik implementiert ist;
  • 2 eine Schnittansicht eines grundsätzlichen akustischen Volumenresonators gemäß dem Stand der Technik;
  • 3 eine gleichwertige Schaltung für einen akustischen Volumenresonator gemäß dem Stand der Technik; und
  • 4 einen Chip mit einem akustischen Filmvolumenresonatorfilter, der in einem Mikrowellengehäuse unter Verwendung einer Flip-Chip-Bondtechnik gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angebracht ist.
  • 1 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Filterschaltung, die unter Verwendung von akustischen Filmvolumenresonatoren (FBAR; FBAR = film bulk acoustic resonator) implementiert ist, die in einer herkömmlichen Leiterkonfiguration verbunden sind. Die in 1 gezeigte Konfiguration ist eine Beispielkonfiguration. Wie für Fachleute verständlich ist, könnten viele andere Konfigurationen verwendet werden.
  • In 1 sind ein akustischer Filmvolumenresonator (FBAR) 64, ein FBAR 65 und ein FBAR 66 in Serie zwischen einen Filtereingang 61 geschaltet. Ein FBAR 67 ist in einer Parallel-Konfiguration bzw. Nebenschlußkonfiguration mit einem Masseknoten 71 verbunden. Ein FBAR 68 ist in einer Parallel-Konfiguration mit einem Masseknoten 72 verbunden. Ein FBAR 69 ist in einer Parallel-Konfiguration mit einem Masseknoten 73 verbunden. Ein FBAR 70 ist in einer Parallel-Konfiguration mit einem Masseknoten 74 verbunden. Bei komplexeren Filterschaltungen können zusätzliche FBAR verwendet werden, wodurch zusätzliche Masseknoten erfordert werden. Der FBAR 64, der FBAR 65 und der FBAR 66 weist z. B. jeweils eine Durchlaßbandfrequenz, die mittig um eine Frequenz f0 angeordnet ist, auf. Der FBAR 67, der FBAR 68, der FBAR 69 und der FBAR 70 weist jeweils eine Durchlaßbandfrequenz auf, die mittig um eine Frequenz f0 + Af0 angeordnet ist.
  • Für einen ordnungsgemäßen Betrieb der Filterschaltung müssen der Masseknoten 71, der Masseknoten 72, der Masseknoten 73 und der Masseknoten 74 unabhängig voneinander sein. Dies erfordert mehrere (d. h. zahlreiche) Eingangs/Ausgangsanschlußflächen auf einen Chip, der die Filterschaltung enthält. Die Verwendung eines herkömmlichen Häusens mit Drahtverbindungen kann dazu führen, daß jeder Masseknoten einen leicht unterschiedlichen parasitären Wert (insbesondere Induktivität) aufweist. Dies kann zu Leistungsproblemen führen, insbesondere für lineare, rauscharme und/oder Leistungsanwendungen. Es ist wichtig anzumerken, daß die Verwendung eines herkömmlichen Häusens mit Drahtverbindungen zu größeren gegenseitigen Induktivitäten zwischen Verbindungen führt.
  • 2 ist eine Schnittansicht eines grundsätzlichen akustischen Volumenresonators. Ein Aluminiumnitrid-Film 52 ist sandwichartig zwischen einer Elektrode 53 und einer Elektrode 51 angeordnet. Die Elektrode 51 ist auf einem Substrat 50 plaziert.
  • 3 ist eine gleichwertige Schaltung für den akustischen Volumenresonator aus 2. Ein Eingang 61 stellt eine Verbindung mit der Elektrode 53, die in 2 gezeigt ist, dar. Ein Eingang 62 stellt eine Verbindung mit der Elektrode 51 durch das Substrat 50, wie in 2 gezeigt ist, dar. Ein Induktor 67 stellt eine Serieninduktivität dar. Ein Kondensator 64 stellt eine Bewegungskapazität durch den Aluminiumnitrid-Film 52 (in 2 gezeigt) dar. Ein Widerstand 65 stellt einen Bewegungswiderstandswert durch den Aluminiumnitrid-Film 52 (in 2 gezeigt) dar. Ein Induktor 66 stellt eine Bewegungsinduktivität durch den Aluminiumnitrid-Film 52 (in 2 dargestellt) dar. Ein Kondensator 68 stellt eine Kapazität in der Elektrode 51 und der Elektrode 52 (in 2 dargestellt) dar. Ein Widerstand 69 stellt einen Widerstandswert in der Elektrode 51 und der Elektrode 52 (in 2 dargestellt) dar.
  • 4 zeigt einen Chip 12 mit einem akustischen Filmvolumenresonatorfilter (FBAR-Filter), der unter Verwendung einer Flip-Chip-Bondtechnik gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einem Mikrowellengehäuse angebracht ist. Der FBAR-Filter-Chip 12 umfaßt eine Schaltung eines akustischen Filmvolumenresonatorfilters, wie die, die in 1 gezeigt ist. Bondanschlußflächen des FBAR-Filter-Chips 12 sind über Lötverbindungen mit Signalpfaden in einer unteren Schicht 18 eines Keramikgehäuses 10 befestigt. Dies ist in 4 durch eine Lötverbindung 13, die verwendet wird, um eine Bondanschlußfläche des FBAR-Filter-Chips 12 an einem Signalpfad 19, der sich in der unteren Schicht 18 des Keramikgehäuses 10 befindet, zu befestigen, und durch eine Lötverbindung 14, die verwendet wird, um eine andere Bondanschlußfläche des FBAR-Filter-Chips 12 an einem Signalpfad 20, der sich in der unteren Schicht 18 des Keramikgehäuses 10 befindet, zu befestigen, dargestellt.
  • Wenn die untere Schicht 18 an einer gedruckten Schaltungsplatine (PCB) befestigt ist, ist der Signalpfad 19 an einer Verbindung 21 elektrisch mit einer Anschlußleitung auf der PCB verbunden. Ähnlich ist der Signalpfad 20 an einer Verbindung 22 elektrisch mit einer Anschlußleitung auf der PCB verbunden.
  • Zusätzlich zu einer unteren Schicht 18 umfaßt das Keramikgehäuse 10 einen Keramikabschnitt 15, der den FBAR-Filter-Chip 12 umgibt. Das Keramikgehäuse 10 umfaßt auch einen Keramikdeckel 17, der den FBAR-Filter-Chip 12 bedeckt. Das Keramikgehäuse 10 liefert eine hermetische Abdichtung um den FBAR-Filter-Chip 12. In dem Keramikgehäuse 10 trennt Luft/Gas 11 den FBAR-Filter-Chip 12 von dem Keramikgehäuse 10. Luft/Gas 11 besteht z. B. aus Sauerstoff und/oder Stickstoff und/oder einer anderen Kombination von Gasen.
  • Eine Beseitigung von Drahtverbindungen führt bei dem Häusen eines FBAR-Filter-Chips zu einer Reduzierung einer parasitären Induktivität aufgrund langer Bonddrähte. Die Beseitigung von Bonddrähten erleichtert auch ein Bewegen einer Masseebene mit dem Keramikgehäuse 10 näher an den FBAR-Filter-Chip 12, wodurch die gegenseitige Induktivität reduziert wird.

Claims (12)

  1. Vorrichtung mit folgenden Merkmalen: einem Chip (12), der eine Filterschaltung (64–70) enthält, wobei die Filterschaltung (64–70) unter Verwendung von akustischen Filmvolumenresonatoren (50–53, 64–70) implementiert ist; einem Gehäuse (10), das den Chip (12) enthält, wobei das Gehäuse (10) eine Basisschicht (18) umfasst, und wobei Signalpfade (19, 20) sich durch die Basisschicht (18) erstrecken; und Lötverbindungen (13, 14), durch die der Chip (12) an der Basisschicht (18) befestigt ist, wobei die Lötverbindungen (13, 14) Anschlussflächen auf dem Chip (12) elektrisch mit den Signalpfaden (19, 20) in der Basisschicht (18) verbinden, und wobei die Lötverbindungen (13, 14) keine Bonddrähte umfassen und statt derselben verwendet werden.
  2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der das Gehäuse (10) aus einem Keramikmaterial besteht.
  3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der das Gehäuse (10) hermetisch abgedichtet ist.
  4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der das Gehäuse (10) hermetisch abgedichtet ist.
  5. Verfahren mit folgenden Schritten: (a) Herstellen einer Filterschaltung (64–70) in einem Chip (12), wobei das Filter unter Verwendung von akustischen Filmvolumenresonatoren (50–53, 64–70) implementiert ist; und (b) Platzieren des Chips (12) in einem Gehäuse (10), mit folgendem Teilschritt: (b.1) Befestigen des Chips (12) an einer Basisschicht (18) des Gehäuses (10) unter Verwendung von Lötverbindungen (13, 14), wobei die Lötverbindungen (13, 14) Anschlussflächen auf dem Chip (12) elektrisch mit Signalpfaden (19, 20) verbinden, die sich durch die Basisschicht (18) erstrecken, und wobei die Lötverbindungen (13, 14) keine Bonddrähte umfassen und statt derselben verwendet werden.
  6. Verfahren gemäß Anspruch 5, bei dem Schritt (b) zusätzlich folgenden Teilschritt umfasst: (b.2) hermetisches Abdichten des Chips (12) in dem Gehäuse (10).
  7. Verfahren gemäß Anspruch 6, bei dem bei Schritt (b) das Gehäuse (10) aus einem Keramikmaterial besteht.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 5, bei dem bei Schritt (b) das Gehäuse (10) aus einem Keramikmaterial besteht.
  9. Verfahren mit folgenden Schritten: (a) Herstellen einer Filterschaltung (64–70) in einem Chip (12), wobei das Filter unter Verwendung von akustischen Filmvolumenresonatoren (50–53, 64–70) implementiert ist; und (b) Platzieren des Chips (12) unter Verwendung von Flip-Chip-Bonden in einem Gehäuse (10), mit folgendem Teilschritt: (b.1) Befestigen des Chips (12) an einer Basisschicht (18) des Gehäuses (10) unter Verwendung von Lötverbindungen (13, 14), wobei die Lötverbindungen (13, 14) Anschlussflächen auf dem Chip (12) elektrisch mit Signalpfaden (19, 20) verbinden, die sich durch die Basisschicht (18) erstrecken.
  10. Verfahren gemäß Anspruch 9, das zusätzlich folgenden Schritt aufweist: (c) hermetisches Abdichten des Chips (12) in dem Gehäuse (10).
  11. Verfahren gemäß Anspruch 10, bei dem bei Schritt (b) das Gehäuse (10) aus einem Keramikmaterial besteht.
  12. Verfahren gemäß Anspruch 9, bei dem bei Schritt (b) das Gehäuse (10) aus einem Keramikmaterial besteht.
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