Ein Verfahren zur hermetischen Verkapselung eines Bauelements ist beispielsweise aus der WO 99/43084 bekannt. Dort werden Bauelemente, insbesondere Oberflächenwellenbauelemente, auf einem mit lötbaren Anschlußflächen versehenen Substrat in Flipchiptechnik aufgebracht. Dabei ist das Bauelement, das auf einem Chip aufgebaut ist, über Bumps (Lotkugeln) im lich- ten Abstand zum Substrat so auf diesem aufgelötet, daß die auf dem Chip befindlichen Bauelementstrukturen zum Substrat weisen. Zur hermetischen Verkapselung der auf dem Substrat befindlichen Bauelemente werden diese schließlich mit einer Metallfolie oder einer metallbeschichteten Kunststoffolie (erste Metallschicht) auf dem'Substrat von der Rückseite her abgedeckt und verklebt oder laminiert. Die Folie schließt da- bei zwischen den Bauelementen dicht mit dem Substrat ab, so daß eine Verkapselung für die Bauelementstrukturen entsteht.

Häufig wird nach dem Aufbringen des elektrischen Bauelements auf das Substrat die Unterkante des Chips und an den Chip an- grenzende Bereiche des Substrats mit einem Material (Under- filler), beispielsweise Organosiliziumverbindungen oder mit Quarz gefüllten Epoxidharzen abgedeckt, auf denen anschlie- ßend die oben erwähnte erste Metallschicht aufgebracht wird.

In einer anderen Ausführungsform wird beispielsweise eine Kunststoffolie auf die Rückseite des Bauelement-Chips und an das Bauelement angrenzende Bereiche des Substrats aufgebracht und die Folie anschließend dicht mit dem Substrat verbunden.

Auf diese Folie danach die erste Metallschicht aufgebracht.

Um das Bauelement dicht zu verkapseln wird in der Regel auf diese erste Metallschicht galvanisch bzw. stromlos eine zwei- te Metallschicht abgeschieden. Während dieses Galvanikprozes- ses können geringe Mengen Wasser in das elektrische Bauele- ment eindringen. Aufgrund dieses Wassers kann es zur Lang-

zeitkorrosion des elektrischen Bauelements kommen. Bislang wird nach der galvanischen Verstärkung der ersten Metall- schicht diese Feuchtigkeit nur durch einen Temperschritt bei typisch 125°C homogen im Bauelement verteilt, ohne komplett aus diesem entfernt zu werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfah- ren zur hermetischen Verkapselung eines elektrischen Bauele- ments anzugeben, welches einfach durchzuführen ist und die oben genannten Nachteile vermeidet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfah- rens sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die Erfindung schlägt vor, ein auf einen Chip aufgebautes Bauelement zunächst in herkömmlicher Flipchipbauweise auf ei- nem Substrat aufzubringen (Verfahrensschritt A) und anschlie- ßend zumindest die Unterkante des Chips und an den Chip an- grenzende Bereiche des Substrats im Verfahrensschritt B) in herkömmlicher Weise mit einem Material abzudecken. Anschlie- ßend wird im Verfahrensschritt C) eine erste durchgehende Me- tallschicht auf die Rückseite des Chips, auf das Material und auf an das Material angrenzende Randbereiche des Substrats aufgebracht. Danach wird erfindungsgemäß eine zweite herme- tisch abschließende Metallschicht zumindest auf den Bereichen der ersten Metallschicht aufgebracht, die das Material bedek- ken wobei diese zweite Metallschicht mittels eines lösung- mittelfreien und insbesondere wasserfreien Prozesses aufge- bracht wird (Verfahrensschritt D). Alternativ ist auch eine wasserfreie organische Lösungsmittel verwendende Galvanik möglich.

Im Gegensatz zum Stand der Technik wird die zweite Metall- schicht damit nicht mittels eines galvanischen Prozesses auf- gebracht, bei dem Wasser als Lösungsmittel in das Bauelement eindringen und damit eine Korrosion des Bauelements verursa-

chen kann. Weiterhin wird die zweite Metallschicht nicht auf alle Bereiche aufgebracht auf denen die erste durchgehende Metallschicht vorhanden ist, sondern nur auf diejenigen Be- reiche der ersten Metallschicht, die das isolierende Material bedecken. Dies hat den Vorteil, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren der Verbrauch des Metalls für die zweite Metall- schicht erheblich reduziert werden kann.

Als lösungsmittelfreier Prozeß im Verfahrensschritt B) zum Aufbringen der zweiten hermetisch abschließenden Metall- schicht, kommen eine ganze Reihe von Prozessen in Frage. So ist es beispielsweise möglich eine Metallfolie auf die erste Metallschicht aufzuschmelzen. Dabei wird diese Metallfolie vor dem Aufbringen vorteilhafterweise den Konturen der ersten Metallschicht angepaßt (geprägt), so daß sie formschlüssig auf der ersten Metallschicht anliegt. Dies hat den Vorteil, daß beim Aufschmelzen dieser Metallfolie auf die erste Me- tallschicht die zweite Metallschicht in homogener Schichtdik- ke erzeugt wird, so daß sie das Bauelement besonders dicht abschließt.

Weiterhin ist es möglich, daß im Verfahrensschritt D) Metall- partikel aufgebracht werden. Dies kann beispielsweise mit Hilfe eines Spritzverfahrens durchgeführt werden, bei dem flüssige Metallkügelchen aufgespritzt werden. Weiterhin kann in einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ver- fahrens eine Metallpaste aufgebracht und dann eingebrannt werden. Die zweite Metallschicht kann auch mittels Chemical Vapour Deposition (CVD) oder Physical Vapour Deposition (PVD) aufgebracht werden. Weiterhin kann die zweite Metallschicht auch aufgesputtert oder mit einem wasserfreien Elektrolyten galvanisch oder stromlos abgeschieden werden.

Die zweite Metallschicht kann durchgehend auf die erste Me- tallschicht aufgebracht werden. In diesem Fall bedeckt die zweite Metallschicht also nicht nur diejenigen Bereiche der ersten Metallschicht die das Material bedecken, sondern auch

weitere Bereiche der ersten Metallschicht, die beispielsweise die Rückseite des Chips bedecken.

In einer weiteren vorteilhaften Variante des erfindungsgemä- ßen Verfahrens kann vor dem Aufbringen der zweiten Metall- schicht eine Oberflächenschicht der ersten Metallschicht zur Verbesserung der Haftung entfernt werden. Aufgrund von Oxida- tionsprozessen bildet sich auf der ersten Metallschicht häu- fig eine Metalloxidschicht, auf der die zweite Metallschicht nur eingeschränkt haftet. Aus diesem Grunde wird vorteilhaf- terweise diese Oxidschicht vor dem Aufbringen der zweiten Me- tallschicht beispielsweise durch ein reduzierendes Wasser- stoffplasma entfernt.

In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ver- fahrens wird im Verfahrensschritt B) das Material beispiels- weise in Form einer Kunststoffolie so aufgebracht, daß die Kunststoffolie die Rückseite des Chips überdeckt und gleich- zeitig die Ränder der Folie den Chip überlappen. Anschließend wird die Folie dicht mit dem Substrat im gesamten Randbereich rund um den Chip verbunden. Auf diese Kunststoffolie wird dann im weiteren Verfahrensschritt C) die erste Metallschicht aufgebracht. Diese Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens hat den Vorteil, daß die Verfahrensschritte B) (Aufbringen der Kunststoffolie) und der Verfahrensschritt C) (Aufbringen der ersten durchgehenden Metallschicht) besonders gut unab- hängig voneinander optimiert werden können. So ist im Zusam- menwirken mit dem letzten Verfahrensschritt D) durch das Auf- bringen der zweiten Metallschicht eine besonders sichere her- metische Verkapselung des elektrischen Bauelements möglich.

Bei dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die zweite hermetisch abschließende Metallschicht vorteilhafter- weise über die gesamte erste durchgehende Metallschicht auf- gebracht. Dadurch wird besonders vorteilhaft sichergestellt, daß bei nach dieser Variante verkapselten Bauelementen keine Feuchtigkeit durch die beiden Metallschichten in die Kunst- stoffolie und damit auch in das Bauelement eindringen kann.

In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Metalle für die erste und zweite Metallschicht und die Prozeßbedingungen für das Aufbringen der zweiten Metall- schicht im Verfahrensschritt D) so ausgewählt, daß während des Aufbringens der zweiten Metallschicht an der Grenzfläche zwischen den beiden Metallschichten eine Metallegierung mit einem Schmelzpunkt von größer als 260°C gebildet wird. Dies hat den Vorteil, daß die Metallegierung beim Einlöten des er- findungsgemäß verkapselten Bauelements, die normalerweise bei Temperaturen unter 260°C erfolgt, nicht schmilzt und daher auch nicht undicht wird oder die Festigkeit verliert. Derart verkapselte Bauelemente können also ohne größere Probleme mittels Standardlötverfahren als SMD-Bauelemente eingelötet werden.

Als erste Metallschicht wird vorteilhafterweise eine Titan- Kupferschicht aufgebracht, bei der auf eine sehr dünne Titan- schicht als Haftvermittler eine dickere Kupferschicht aufge- bracht wird. Als zweite Metallschicht wird vorteilhafterweise Zinn oder Eutektika wie zum Beispiel Zinn-Silber, Zinn-Kupfer oder Zinn-Silber-Kupfer-Legierungen oder eine Mischung aus den genannten Metallen aufgebracht. Dies hat den Vorteil, daß die genannten Metalle beziehungsweise Metallegierungen für die erste und zweite Metallschicht sehr billig sind, gleich- zeitig aber beim Aufbringen der zweiten Metallschicht an der Grenzfläche zwischen der ersten und der zweiten Metallschicht eine nicht eutektische Zinn-Kupfer-Legierung mit einem Schmelzpunkt von größer 260°C gebildet wird. Mittels dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es also beson- ders vorteilhaft möglich, mittels billiger Ausgangsmateriali- en für die beiden Metallschichten eine Legierung mit beson- ders hohem Schmelzpunkt zu erzeugen, die in Standardlötver- fahren bei Standardtemperatur nicht aufgeschmolzen werden kann. Die oben genannten Materialien für die zweite Metall- schicht weisen dabei vor der Legierungsbildung Schmelzpunkte zwischen etwa 217°C und 232°C auf.

In einer anderen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es auch möglich, von vorne herein im Verfahrensschritt D) eine Metallschicht aufzubringen, die einen Schmelzpunkt grö- ßer 260°C aufweist. Dafür kommen beispielsweise Zinn-Gold-Le- gierungen mit Schmelzpunkten von etwa 280°C in Frage.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur hermetischen Verkap- selung von verschiedensten in Flipchip-Bauweise montierbaren Bauelementen, beispielsweise Oberflächenwellen-Filtern oder anderen und insbesondere oberflächensensitiven Bauelementen verwendet werden.

Im Folgenden soll das erfindungsgemäße Verfahren anhand von Figuren noch näher erläutert werden.

Die Figur 1 zeigt den Verfahrensschritt A) des erfindungsge- mäßen Verfahrens.

Die Figuren 2A und 2B zeigen zwei Ausführungsvarianten des Verfahrensschrittes B).

Die Figuren 3A und 3B zeigen die beiden in 2A und 2B gezeig- ten Bauelemente nach dem Verfahrensschritt C) des erfindungs- gemäßen Verfahrens.

In den Figuren 4A und 4B ist das elektrische Bauelement nach dem Verfahrensschritt C), dem Aufbringen der zweiten Metall- schicht zu sehen.

In Figur 5 ist eine zwischen der ersten und zweiten Metall- schicht ausgebildete Legierung mit hohem Schmelzpunkt zu se- hen.

Die Figuren 6 bis 8 zeigen das Auftrennen des Substrats zwi- schen zwei Bauelementen, die gemäß den Verfahrensschritten A)

bis D) auf dem Substrat aufgebracht, kontaktiert und verkap- selt wurden.

Figur 1 zeigt ein elektrisches Bauelement nach dem Verfah- rensschritt A). Zu sehen ist, daß ein Chip 1 so auf einem Substrat 25 befestigt und kontaktiert ist, daß die auf dem Chip befindlichen Bauelementstrukturen 5 zum Substrat 25 zei- gen. Lotkugeln 10 (Bumps) fixieren dabei das Bauelement im lichten Abstand zum Substrat und verbinden gleichzeitig die auf dem Substrat 25 befindlichen Anschlußflächen 20 elek- trisch leitend mit dem Bauelement. Dabei sorgt eine Durchkon- taktierung 15 für elektrischen Kontakt zwischen den Anschluß- flächen 20 und den Bumps 10.

Die Figur 2A zeigt eine Variante des Verfahrensschrittes B) des erfindungsgemäßen Verfahrens. Eine Kunststoff-Folie 30 ist über die Rückseite des Chips 1 und an den Chip angrenzen- de Bereiche des Substrats 25 durchgehend aufgebracht und an- schließend dicht im gesamten Randbereich des Chips mit dem Substrat verbunden worden. In Figur 2B ist eine alternative Ausführung zu Fig. 2A zu sehen. Der Raum zwischen Unterkante des Chips 1 und den daran angrenzenden Bereichen des Sub- strats 25 wurden mit einem Material 35 bedeckt. Dieses Mate- rial kann beispielsweise aus siliziumorganischen Verbindungen bestehen.

In Figur 3A ist das in Figur 2A dargestellte Bauelement nach dem Verfahrensschritt C) zu sehen. Auf die Kunststoffolie 30 wurde die erste Metallschicht 40, beispielsweise eine Titan- kupferschicht aufgebracht. Figur 3B zeigt das in Figur 2B dargestellte Bauelement ebenfalls nach dem Verfahrensschritt C). In diesem Fall wurde auf das Material 35 und die Rücksei- te des Chips ebenfalls die erste Metallschicht 40 aufge- bracht. Die erste Metallschicht 40 kann beispielsweise aufge- sputtert werden.

Figur 4A zeigt das Bauelement aus Figur 3A nach dem Aufbrin- gen der zweiten Metallschicht (Verfahrensschritt D). In die- sem Fall wurde die zweite Metallschicht so auf die erste auf- gebracht, daß die erste Metallschicht komplett von der zwei- ten Metallschicht bedeckt wird. Figur 4B zeigt das in Figur 3B dargestellte Bauelement ebenfalls nach dem Verfahrens- schritt D). Bei dieser Ausführungsform ist die zweite Metall- schicht nur auf diejenigen Bereiche der ersten Metallschicht aufgebracht, die das Material 35 bedecken, was zur Verkapse- lung ausreichend ist.

Figur 5 zeigt eine Schicht 50, die an der Grenzfläche der er- sten Metallschicht 40 und der zweiten Metallschicht 45 beim Aufbringen der zweiten Metallschicht 45 gebildet wurde. Diese Zwischenschicht 50 weist vorteilhafterweise einen Schmelz- punkt von größer 260°C auf, so daß die erfindungsgemäße Ver- kapselung des Bauelements beim Einlöten nicht mehr auf- schmilzt. Wird als erste Schicht eine Titan-Kupferschicht aufgebracht, so kann vorteilhafterweise als zweite Schicht entweder Zinn oder eutektische Zinn-Legierungen, beispiels- weise Zinn-Silber, Zinn-Silber-Kupfer oder Zinn-Kupfer- Legierungen verwendet werden. Diese Eutektika weisen eine ho- mogene Zusammensetzung auf und haben definierte Schmelzpunkte von etwa 217°C bis 232°C. Wird die zweite Metallschicht bei Temperaturen von größer als etwa 280°C, also dem Schmelzpunkt von Zinn/Gold, auf die erste Metallschicht aufgebracht, so bildet sich durch Verbinden von Teilen des Kupfers der ersten Schicht mit Bestandteilen der zweiten Schicht eine nicht eu- tektische Zinn-Kupfer-Legierung aus, die einen Schmelzpunkt von größer 260°C aufweist. Diese nicht eutektische Legierung weist höhere Anteile an Kupfer auf als die oben genannten Kupfer-haltigen eutektischen Legierungen.

Figur 6 zeigt mehrere Bauelemente die gemäß den Verfahrens- schritten A) bis D) auf das Substrat aufgebracht, kontaktiert und verkapselt wurden. Dabei ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, gleiche oder verschiedene Bauelemente auf

das Substrat aufzubringen und zu verkapseln. Die Chips können anschließend an der mit 55 bezeichneten Trennlinie vereinzelt werden. Dazu kann wie in Figur 6 gezeigt die zweite Metall- schicht 45 beispielsweise mittels eines Lasers in dem Bereich abgetragen werden, in dem das Substrat 25 aufgetrennt wird.

Figur 7 zeigt, wie mittels eines selektiven chemischen Ätzens die erste Metallschicht 40, die aufgrund des oben genannten Laserverfahrens freigelegt wurde, entfernt wird. So ist es beispielsweise möglich Eisenchloridlösung zu verwenden, die selektiv die aus Titan und Kupfer bestehende erste Metall- schicht 40 ätzt, ohne die aus Zinn beziehungsweise Zinn- Legierungen bestehende zweite Metallschicht 45 anzugreifen.

Nach dem Entfernen der ersten und zweiten Metallschicht kön- nen die Chips beispielsweise durch Sägen des Substrats ver- einzelt werden, wie in Fig. 8 gezeigt.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die hier gezeigten Ausführungsbeispiele. Weitere Variationen sind sowohl bezüg- lich der Materialien für die erste und zweite Metallschicht als auch bezüglich der Art der verkapselten Bauelemente mög- lich.