專利名稱：聲表面波器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聲表面波器件。
背景技術(shù)：
各種射頻下用的聲表面波過濾器通常要在寬頻帶范圍而且是低損耗下工作。因此，把兩種機(jī)電耦合系數(shù)較大的鈦酸鋰(LiTaO3)或鈮酸鋰(LiNbO3)用于壓電基板。由于這樣的壓電基板具有壓電效應(yīng)，一旦在激勵(lì)電極上形成因溫度變化所產(chǎn)生的熱電電荷，各電極之間就會(huì)發(fā)生靜電放電，從而損壞它們。為了防止電極的這種熱電損壞，一種制作工藝所采用的方法系將各電極與一導(dǎo)體互相電連接，使它們具有相同的電位。然后再去掉此導(dǎo)體。因而，使制作過程復(fù)雜。另外，由于最終要使各電極彼此電分離，因此，這以后就不再能避免各電極的熱電損壞。此外，在把聲表面波濾波器安裝于比如便攜式裝置的電路板上的步驟中，可能會(huì)因加熱而產(chǎn)生熱電電荷，繼而可能引起其它電子部件受損，這顯然是不利的。
專利文獻(xiàn)1教導(dǎo)，通過控制晶體結(jié)構(gòu)，可以減少在鈦酸鋰或鈮酸鋰上蓄積表面電荷。
專利文獻(xiàn)1日本未審專利申請公開No.11-92147。

發(fā)明內(nèi)容
使用由那些不會(huì)蓄積熱電電荷的材料所制成的壓電基板，可以避免電極的熱電損壞，使熱電效應(yīng)可以忽略。因此，認(rèn)為可以排除一些在針對熱電損壞測量時(shí)所實(shí)行的特定步驟，比如電連接各電極的步驟。
然而，即使其中熱電效應(yīng)應(yīng)該是可以忽略的壓電基板，實(shí)際上，也能恢復(fù)熱電效應(yīng)，繼而，在一些情況下，熱電電荷會(huì)引起問題。
鑒于上述情況，本發(fā)明提供一種聲表面波器件，它包含不致恢復(fù)熱電效應(yīng)的壓電基板，還提供一種制作隨時(shí)裝置的方法。
為了解決上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種如下結(jié)構(gòu)的聲表面波器件。
這種聲表面波器件包括聲表面波元件，該元件在壓電基板上具有至少一個(gè)激勵(lì)電極和與激勵(lì)電極相連的墊片；一個(gè)封裝，具有延伸到外面的外部電極，該封裝裝著帶有與墊片電連接之外部電極的聲表面波元件；一個(gè)帽蓋覆蓋住所述聲表面波元件，以密封材料封住所述封裝與帽蓋之間的空間；所述壓電基板的電阻率在1.0×107Ω·cm-1.0×1013Ω·cm范圍內(nèi)，而且所述密封材料的熔點(diǎn)為300℃或更低。
按照上述結(jié)構(gòu)，如果壓電基板的電阻率在1.0×1013Ω·cm或更小，則時(shí)間常數(shù)減小到電阻率約為1.0×1015Ω·cm的公知壓電基板時(shí)間常數(shù)的1/100或更小，并因此而使熱電電荷在1/100的時(shí)間內(nèi)消失。例如，在可能會(huì)因熱電電荷受到消極影響的軟熔步驟中，即使在升溫過程中產(chǎn)生熱電電荷，由于軟熔爐的溫度通常會(huì)在整個(gè)幾個(gè)小時(shí)的期間內(nèi)達(dá)到最大溫度，所以也不會(huì)形成它們。因而，可使壓電基板的熱電效應(yīng)變得可以忽略。
另一方面，電阻率為1.0×107Ω·cm或更大的壓電基板具有約為1.0×107Ω或更大的寄生電阻，比如，至少比射頻聲表面波濾波器的阻抗50Ω至幾百歐姆大五個(gè)數(shù)量級。壓電基板的這種電阻率根本不會(huì)影響插入損耗，因此不使聲表面波器件的電特性變差。
然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，即使是電阻率為1.0×107Ω·cm到1.0×1013Ω·cm(這當(dāng)中的熱電效應(yīng)應(yīng)予忽略)的壓電基板，在高溫下也會(huì)恢復(fù)熱電效應(yīng)，并且，在溫度超過350℃時(shí)，這種壓電基板快速恢復(fù)熱電效應(yīng)。如果采用通常所用的熔點(diǎn)在300℃或更高的焊料或密封材料，壓電基板的溫度升高，以致恢復(fù)熱電效應(yīng)，并因此而在制作過程中發(fā)生問題。
如上所述，通過把密封材料的熔點(diǎn)降低到300℃或更低，使制作過程中壓電基板的溫度低于快速恢復(fù)時(shí)的溫度(約350℃)，則可使壓電基板避免恢復(fù)熱電效應(yīng)。
最好使外部電極與墊片電連接的區(qū)域包含熔點(diǎn)為300℃或更低的焊料。
使用熔點(diǎn)為300℃或更低的焊料，就使得在制作過程中壓電基板的溫度低于快速恢復(fù)壓電效應(yīng)時(shí)的溫度(約350℃)，從而避免壓電基板恢復(fù)熱電效應(yīng)。
最好由AgSn合金或AuSn合金制成密封材料和焊料中的至少一種。
很容易使AgSn合金或AuSn合金的熔點(diǎn)為300℃或更低。另外，出于環(huán)境保護(hù)，要加強(qiáng)對Pb的使用的限制，可將這些合金制備成不含Pb。
最好用LiTaO3或LiNbO3制成壓電基板。
借助氧的還原處理，可使LiTaO3或LiNbO3在保持壓電特性的狀態(tài)下，電阻率在1.0×107Ω·cm-1.0×1013Ω·cm內(nèi)。
為了解決上述問題，本發(fā)明還提供一種制作聲表面波器件的方法。
這種方法制作的聲表面波器件包括聲表面波元件，該元件在壓電基板上具有至少一個(gè)激勵(lì)電極和與激勵(lì)電極相連的墊片；還包括一個(gè)封裝，它裝入所述聲表面波元件并具有延伸到外面的外部電極。所述方法包括使所述外部電極與墊片選擇地連接的步驟；和以帽蓋密封所述封裝的步驟。所述壓電基板的電阻率在1.0×107Ω·cm-1.0×1013Ω·cm范圍內(nèi)。在惰性氣體氛圍中實(shí)行使外部電極與墊片電連接的步驟或用帽蓋密封所述封裝的步驟。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)為什么電阻率在1.0×107Ω·cm-1.0×1013Ω·cm范圍(熱電效應(yīng)應(yīng)予忽略)的壓電基板恢復(fù)熱電效應(yīng)的原因在于，空氣中的氧，以及加熱引起壓電基板再氧化。
通過有如上述那樣，在惰性氣體氛圍實(shí)行聲表面波元件的墊片的連接以及密封所述封裝，使得即使壓電基板的溫度升高，也能防止壓電基板恢復(fù)熱電效應(yīng)。有鑒于此，墊片與外部電極之間的電連接所用的焊料，以及密封所述封裝與帽蓋之間的空間所用密封材料都無需具有低熔點(diǎn)。比如，可將一般所用的熔點(diǎn)高于300℃的焊料用作所述焊料或所述密封材料。
由于被裝在聲表面波器件中的聲表面波元件被保持在惰性氣體氛圍內(nèi)，所以，即使在將聲表面波器件安裝到比如便攜式裝置的印刷電路板過程的軟熔步驟中該裝置的溫度升高，聲表面波元件也不會(huì)恢復(fù)熱電效應(yīng)。因此，在安裝聲表面波器件時(shí)，不需要嚴(yán)格的溫度控制，并因此而可以快速地進(jìn)行所述安裝。
所述惰性氣體最好是N2。
N2能夠使成本降低，而且比其它惰性氣體更容易使用。
最好通過超聲振動(dòng)并在300℃或更低的溫度下加熱Au凸塊結(jié)合，使所述墊片與外部電極連接。
在使外部電極與墊片電連接的步驟中，由于可使壓電基板的溫度降低到低于或等于快速恢復(fù)熱電效應(yīng)的溫度(約350℃)，所以，即使在非惰性氣體氛圍中，也能夠避免壓電基板恢復(fù)熱電效應(yīng)。
按照本發(fā)明的聲表面波器件及其制作方法，能使壓電基板避免恢復(fù)熱電效應(yīng)。


圖1是一種實(shí)施例聲表面波元件的外觀示意圖；圖2是表示一種實(shí)施例聲表面波器件的結(jié)構(gòu)斷面視圖；圖3是表示一種改型例聲表面波器件的結(jié)構(gòu)斷面視圖；圖4是表示作為實(shí)施例及公知過程的壓電基板溫度與感應(yīng)電壓之間關(guān)系的圖線。
圖中的參考標(biāo)號(hào)10，10x聲表面波元件12，12x壓電基板15a，15b，15c，15x墊片16a，16b，16c，16x激勵(lì)電極17a，17b，17c，17x墊片22封裝24帽蓋26凸塊(焊料)28密封材料32封裝34帽蓋38密封材料具體實(shí)施方式
以下將參照圖1-4描述本發(fā)明的具體實(shí)施例。
如圖1以外觀方式所示出的那樣，聲表面波元件10包括在壓電基板12的一個(gè)表面上的梳狀(日本的竹柵狀)外部電極16a，16b和16c；反射器14和18；以及分別與其外部電極16a，16b和16c連接的焊接墊片15a，15b，15c和17a，17b，17c。
壓電基板12由經(jīng)過氧的還原作用的鈦酸鋰(LiTaO3)或鈮酸鋰(LiNbO3)制成。這種還原作用可使壓電基板12的電阻率降低到1.0×1013Ω·cm或更小，以防止蓄積熱電電荷，使壓電基板保持壓電特性。
最好將所述壓電基板12的電阻率設(shè)定在1.0×107Ω·cm-1.0×1013Ω·cm范圍內(nèi)。
電阻率為1.0×1013Ω·cm或更小的壓電基板12的時(shí)間常數(shù)為公知的電阻率為1.0×1015Ω·cm或更小的壓電基板的時(shí)間常數(shù)的1/100或更小，并因此而使熱電電荷在公知壓電基板中熱電電荷的1/100的時(shí)間內(nèi)消失。例如，在可能會(huì)因熱電電荷受到消極影響的軟熔焊接步驟中，即使在溫度增高期間產(chǎn)生熱電電荷，由于軟熔爐的溫度通常會(huì)在整個(gè)幾個(gè)小時(shí)的期間內(nèi)達(dá)到最大溫度，所以也不會(huì)蓄積它們。因此，可使壓電基板的熱電效應(yīng)變得可予忽略。
另一方面，電阻率為1.0×107Ω·cm或更大的壓電基板12的寄生電阻約為1.0×107Ω或更大，比如，至少比射頻聲表面波濾波器的阻抗50Ω至幾百歐姆大五個(gè)數(shù)量級。壓電基板的這種電阻率根本不會(huì)影響插入損耗，因此不使聲表面波器件的電特性變差。
壓電基板12的電阻率指的是通過測量在壓電基板12(JIS C 2141)的前后表面上為測量所設(shè)的各電極墊片之間的電阻所得結(jié)果的計(jì)算值。換句話說，所述電阻率是沿厚度方向所見到的電阻率。同樣用于下面的描述。
聲表面波元件10被裝在帶外部電極(未示出)之封裝22的空置空間23中，如圖2所示，所述外部電極露出到外部并被叩焊焊接。具體地說，將聲表面波元件10的位置固定，使連接的墊片15a，15b，15c和17a，17b，17c直接與它們的設(shè)在封裝22中的相應(yīng)凸塊26相對，然后通過加熱、加壓，使聲表面波元件10被固定。使各凸塊26與外部電極(未示出)電連接，從而使焊接墊片15a，15b，15c和17a，17b，17c經(jīng)各凸塊26與外部電極電連接。
用可在300℃或更低條件下建立連接的焊料制成各凸塊26。比如可用AgSn合金或AuSn合金制得它們。另外，通過加給超聲振動(dòng)和重量，恰好可使Au凸塊在300℃或更低條件下建立連接。
在叩焊焊接(flip chip bonding)之后，將帽蓋24放在封裝22上，蓋住聲表面波元件10，并以密封材料28密封所述封裝22與帽蓋24之間的空間。比如，可以預(yù)先將密封材料28放在封裝22或帽蓋24上，然后再加熱，與放在封裝22上的帽蓋24熔合，從而封住封裝22與帽蓋24之間的空間。
由熔點(diǎn)為300℃或更低的物質(zhì)制作密封材料28。比如可由AgSn合金或AuSn合金制成，這比一般所用的焊料的熔點(diǎn)更低。
例如，由含百分之96.5(重量)AgSn合金和百分之3.5(重量)Ag制成凸塊26和密封材料28。這種AgSn合金的熔點(diǎn)為221℃，是易熔的。可以采用任何其它有不同組分的AgSn合金或AuSn合金，只要熔點(diǎn)在300℃或更低即可。
也可以采用通常所用的主要含Pb的焊料，只要其熔點(diǎn)在300℃或更低即可。不過，鑒于環(huán)境保護(hù)，最好是無Pb焊料。
通過降低凸塊26和密封材料28的熔點(diǎn)，可使用來叩焊焊接聲表面波元件10以及用密封材料28密封帽蓋24與封裝22之間的空間的溫度降低到300℃或更低。由于這樣能夠使壓電基板12的溫度升高受到抑制，所以壓電基板12可以避免恢復(fù)熱電相應(yīng)。這將在后面有所詳述。
現(xiàn)在參照圖3來描述一種改型例，其中利用導(dǎo)線連接來連接聲表面波元件。
如圖3所示，聲表面波元件10x實(shí)際上與前述聲表面波元件10的結(jié)構(gòu)相同，它在壓電基板12x的一個(gè)表面上包括梳狀(日本的竹柵狀)外部電極16x；以及與外部電極16x連接的墊片15x和17x。壓電基板12x的電阻率在1.0×107Ω·cm-1.0×1013Ω·cm范圍內(nèi)，從而可以避免形成熱電電荷。
用芯片固定件35以及再用導(dǎo)線連接，將聲表面波元件10x固定在封裝32的空置空間33內(nèi)。具體地說，由連接導(dǎo)線37使聲表面波元件10x的墊片15x和17x與封裝32的各接線端(未示出)相連。對各連接導(dǎo)線的端部加壓，并使其經(jīng)受超聲振動(dòng)或加熱，或者二者同時(shí)，從而實(shí)現(xiàn)連接。
在把聲表面波元件10x裝入封裝32中并導(dǎo)線連接之后，以帽蓋34蓋注封裝32，并由密封材料38密封。所述密封材料38的熔點(diǎn)為300℃或更低。比如，使用AgSn合金或AuSn合金。
使用熔點(diǎn)為300℃或更低的凸塊26和密封材料28及38，可以防止壓電基板12或12x的溫度升高，從而避免壓電基板恢復(fù)熱電效應(yīng)。以下將參照圖4有述。
圖4表示退火1小時(shí)以后壓電基板晶片表面處感應(yīng)電壓的測量結(jié)果。橫軸表示退火溫度，縱軸表示感應(yīng)電壓。圖4中的“公知過程”指的是普通未還原鈦酸鋰(LiTaO3)壓電基板在空氣中受到熱處理的情況；“空氣”指的是所述實(shí)施例中所用還原鈦酸鋰(LiTaO3)壓電基板在空氣中受到熱處理的情況；“氮氛圍”指的是所述實(shí)施例中所用已還原鈦酸鋰(LiTaO3)壓電基板在N2氛圍中受到熱處理的情況。晶片表面處感應(yīng)的電壓是起因于壓電基板的熱電效應(yīng)。隨著感應(yīng)電壓的增大，更容易在電極內(nèi)發(fā)生熱電斷裂。
圖4表示，如果在空氣中受到熱處理，即使還原的壓電基板也恢復(fù)熱電效應(yīng)。具體地說，當(dāng)退火溫度達(dá)到約350℃或更高時(shí)，快速恢復(fù)熱電效應(yīng)，并且電壓達(dá)到有如原來具有熱電效應(yīng)的壓電基板在500℃下那樣的電壓水平。從而使熱電效應(yīng)被完全恢復(fù)。這是因?yàn)?，空氣中的氧以及受熱促進(jìn)了壓電基板的再氧化作用。相反，在氮?dú)夥諊型嘶鸬膲弘娀搴茈y恢復(fù)熱電效應(yīng)。
制作聲表面波器件的過程包括各種所需加熱的步驟。如果使用還原的壓電基板，則伴隨著低濃度的剩余氧在低溫下進(jìn)行加熱，從而避免恢復(fù)熱電效應(yīng)。
一般是通過焊接金屬帽蓋或者通過低溫軟焊實(shí)行密封。焊接會(huì)使溫度局部地升高到1000℃，相應(yīng)地也會(huì)使制品的內(nèi)部溫度升高。另一方面，低溫軟焊可在大約350℃的溫度，也即焊料的熔點(diǎn)下密封。在防止壓電基板再氧化方面，低溫軟焊更顯有效。
然而，即使是低溫軟焊，如果溫度升高到超過350℃，也會(huì)快速恢復(fù)壓電基板的熱電相應(yīng)。使用低熔點(diǎn)的AgSn合金或AuSn合金作為密封材料，可使密封溫度降低到300℃或更低，從而能有效地避免壓電基板的熱電效應(yīng)。
為了通過叩焊焊接來固定聲表面波元件，通常將高熔點(diǎn)焊料用作關(guān)于凸塊以及密封封裝與帽蓋之間空間所用的密封材料的焊料。這是因?yàn)?，?dāng)把最終的聲表面波器件安裝到印刷電路板上時(shí)，從防止凸塊的焊料和密封材料再熔的觀點(diǎn)出發(fā)，對于凸塊和密封材料而言，其焊料的熔點(diǎn)要高于把所述器件安裝到印刷電路板上所用焊料的熔點(diǎn)。
在公知的過程中，使用主要含Pb的高溫焊料，密封軟熔爐的最高溫度在330-360℃。例如，普通所用的高溫焊料含有百分之82(重量)的Pb、有百分之12(重量)的Sn、百分之1(重量)的Ag和百分之5(重量)的Sb。這種焊料的固相線在238℃，液相線在265℃。這種焊料在溫度低于或等于固相線的溫度下為固態(tài)；在固相線與液相線之間的溫度下為固態(tài)和液態(tài)的共存態(tài)。
由于本實(shí)施例所用焊料的熔點(diǎn)比像是凸塊的焊料和密封材料那樣的普通焊料的熔點(diǎn)低，必須用熔點(diǎn)比凸塊的焊料和密封材料的熔點(diǎn)低的焊料，或者使用導(dǎo)電涂料，實(shí)行在印刷電路板上的安裝。
以下將描述第二實(shí)施例的聲表面波器件。
除下述內(nèi)容外，第二實(shí)施例的聲表面波器件實(shí)際上具有與第一實(shí)施例相同的結(jié)構(gòu)。
在第二實(shí)施例的聲表面波器件中，通過在氮?dú)夥諊鷥?nèi)的叩焊焊接或?qū)Ь€連接，將聲表面波元件固定在封裝內(nèi)，然后再密封所述封裝。相應(yīng)地，給聲表面波器件中充以氮?dú)猓瑢⒙暠砻娌ㄔ３衷诘獨(dú)夥諊鷥?nèi)。
有如圖4所清楚地顯示的，即便是加熱溫度增高，任何氮?dú)夥諊挤乐箟弘娀寤謴?fù)熱電效應(yīng)；因此，不需要把凸塊的焊料和密封材料的熔點(diǎn)限制在300℃或更低。
在使所述基板于高溫下暴露幾個(gè)小時(shí)的過程中，在防止壓電基板恢復(fù)熱電效應(yīng)方面，氮?dú)夥諊欠浅Ｓ行У?。在將本?shí)施例的聲表面波器件安裝在比如便攜式裝置的印刷電路板上時(shí)，即使在高溫下實(shí)行軟熔步驟，壓電基板也不致恢復(fù)熱電效應(yīng)。因此，能夠防止因這種聲表面波器件的熱荷而造成其它元件故障的問題。
本發(fā)明的聲表面波器件并不限于所述各實(shí)施例，而可以做出多種改型。
權(quán)利要求
1.一種聲表面波器件包括聲表面波元件，它在壓電基板上具有至少一個(gè)激勵(lì)電極和與激勵(lì)電極相連的墊片；一個(gè)封裝，具有延伸到外面的外部電極，該封裝裝著帶有與墊片電連接之外部電極的聲表面波元件；一個(gè)帽蓋蓋住所述聲表面波元件，以密封材料密封所述封裝與帽蓋之間的空間；其中，所述壓電基板的電阻率在1.0×107Ω·cm-1.0×1013Ω·cm范圍內(nèi)，而且所述密封材料的熔點(diǎn)為300℃或更低。
2.如權(quán)利要求1所述的聲表面波器件，其中，所述外部電極與墊片電連接的區(qū)域包含熔點(diǎn)在300℃或更低的焊料。
3.如權(quán)利要求1或2所述的聲表面波器件，其中，所述密封材料與焊料中的至少一個(gè)由AgSn合金或AuSn合金組成。
4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的聲表面波器件，其中，所述壓電基板由LiTaO3或LiNbO3組成。
5.一種制作聲表面波器件的方法，所述聲表面波器件包括聲表面波元件，該元件在壓電基板上具有至少一個(gè)激勵(lì)電極和與激勵(lì)電極相連的墊片；還包括一個(gè)封裝，該封裝裝著所述聲表面波元件并具有延伸到外面的外部電極，所述方法包括如下步驟將外部電極與墊片電連接；以帽蓋密封所述封裝，其中，所述壓電基板的電阻率在1.0×107Ω·cm-1.0×1013Ω·cm范圍內(nèi)；在惰性氣體氛圍中實(shí)行使外部電極與墊片電連接的步驟或用帽蓋密封所述封裝的步驟。
6.如權(quán)利要求5所述的制作聲表面波器件的方法，其中，所述惰性氣體包括N2。
7.如權(quán)利要求5所述的制作聲表面波器件的方法，其中，利用超聲振動(dòng)和在300℃或更低的溫度下加熱Au凸塊結(jié)合，使所述墊片與外部電極連接。
全文摘要
一種包括不恢復(fù)熱電效應(yīng)之壓電基板的聲表面波器件及其制作方法。被裝入封裝22內(nèi)的聲表面波元件10包括電阻率在1.0×10
文檔編號(hào)H03H3/08GK1765050SQ20058000006
公開日2006年4月26日 申請日期2005年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月18日
發(fā)明者柴田治 申請人:株式會(huì)社村田制作所