專利名稱：表面聲波裝置以及包括該裝置的通信設備的制作方法
背景技術：
1.發明領域本發明的涉及一種表面聲波裝置，該裝置包括一壓電基片，該壓電基片具有若干個設置在位于壓電基片上的一電極極板上的金屬凸起物，并且通過倒裝片法或其它適當的方法，使該基片與由陶瓷或其它適當的材料制成的電子元件封裝件的內部電極圖紋相結合；以及本發明還涉及一種通信設備，該通信設備包括此種新穎的表面聲波裝置。
2.相關技術的描述目前，要求能夠減小便攜式通信終端中使用的電子元件的尺寸與高度(厚度)，而同時還要實現便攜式通信終端的充分的小型化以及功能改進。在使用于便攜式通信終端的電子元件中，表面聲波裝置是必須被減小尺寸與高度的最重要的電子元件之一。
為了實現表面聲波裝置的尺寸與高度的減小，使用了一種倒裝片法作為表面聲波裝置的組裝方法。用于組裝表面聲波裝置的倒裝片法是這樣一種方法預先在表面聲波裝置的電極極板上設置若干金屬凸起物，將表面聲波裝置的功能表面壓在與之相對的一電子元件封裝件之上，使金屬凸起物與設置在電子元件封裝件的安裝表面上的電極圖紋相結合。
在倒裝片法之前，有一種普遍使用的方法，該方法在下文中被稱為“導線結合法”。在導線結合法中，表面聲波裝置以一種粘合劑與電子元件封裝件相固定，以使用由Al或Au制成的金屬導線與電子元件相導通。
當使用倒裝片法時，與使用導線結合法的結構相比，這些金屬凸起物必須具有能充分地將表面聲波裝置與電子元件封裝件固定的機械強度與導電性。因此，在金屬凸起物與表面聲波裝置之間的或者在金屬凸起物與電子元件封裝件之間的結合部必須具有顯著的可靠性。在結合部中的間隔的產生會引起導電線路的斷路，這將會損壞表面聲波裝置。
一般而言，在聲波裝置的表面中，通常使用鉭酸鋰與鈮酸鋰作為一壓電基片，而通常使用氧化鋁陶瓷作為電子元件封裝件。在這種情況下，表面聲波裝置與電子元件封裝件將具有不同的線性熱膨脹系數。
因此，在倒裝片法中，具有不同線性熱膨脹系數的表面聲波裝置與電子元件封裝件通過金屬凸起物而結合在一起。然而，當具有不同的線性熱膨脹的材料被結合在一起并受到溫度變化影響時，由于線性熱膨脹系數之間的差異，會在結合部會產生應力。結果，使用倒裝片法的表面聲波裝置在受到較大的溫度差或重復的溫度變化影響時，在該裝置中就會存在由于應力而產生的結合部斷開的問題。
導線結合法引起上述問題會少一些。這是因為，使用導線結合法的表面聲波裝置包括設置在表面聲波元件的背部充足區域上的一種粘合劑，以防止表面聲波裝置從電子元件封裝件上分開。在某些情況下，使用導線結合法的結構也可使用一些附加的技術以緩減應力，例如可使用一種固化后會變軟的粘合材料。另外，在導電部分中，由于將表面聲波元件與電子元件相連的金屬導線細長又軟且被形成環狀，因此，通過金屬導線的變形，線性熱膨脹系數之間的差異所產生的應力可顯著地被緩解。出于這些因素，導線結合法不會引起由于溫度變化而產生的應力問題。
另外，表面聲波裝置不能包括禁止表面聲波元件的功能板振動的材料。因此，通常使用在半導體裝置中的下面薄膜樹脂不能被用于表面聲波裝置來抑制由線性熱膨脹系數之間的差異所引起的應力。
如上所述，在倒裝片法中，表面聲波元件僅通過帶有相對較小的結合面積的若干金屬凸起物與電子元件封裝件固定并電氣連接。因此，由于線性熱膨脹系數之間的差異而產生的應力的問題是嚴重的。
根據本發明的較佳實施例的一種表面聲波裝置包括一壓電基片，該基片通過若干金屬凸起物與封裝件相連，其中壓電基片在設有金屬凸起物的結合表面的兩個不同的方向中具有不同的線性熱膨脹系數，在壓電基片與封裝件具有的線性熱膨脹系數之差較大的兩方向之一中所設置的金屬凸起物之間的最大距離小于在壓電基片與封裝件具有的線性熱膨脹系數之差較小的另一個方向中所設置金屬凸起物之間的最大距離。
在本發明的另一個實施例中，一表面聲波裝置包括一通過若干金屬凸起物而與封裝件相結合的壓電基片，其中，該壓電基片具有一設有若干金屬凸起物的、大致為矩形的結合表面，并且該基片沿結合表面的兩側的方向具有不同的線性熱膨脹系數，以及在壓電基片與封裝件具有的線性熱膨脹系數之差較大的兩個方向中的一個中所設置的金屬凸起物之間的最大距離比在壓電基片與封裝件具有的線性熱膨脹系數之差較小的另一個方向中所設置金屬凸起物之間的最大距離小。
在上述獨特的結構中，若干金屬凸起物被設置成，在壓電基片與封裝件具有的線性熱膨脹系數之差較大的兩方向之一中所設置的金屬凸起物之間的最大距離小于在壓電基片與封裝件具有的線性熱膨脹系數之差較小的另一個方向中所設置金屬凸起物之間的最大距離。
這樣可減少由溫度引起的壓電基片與封裝件的位移之間的差，并且可以使由于溫度變化而在金屬凸起物中所產生的應力最小化。這樣，可以防止由于溫度變化而在壓電基片與封裝件之間的結合部分中產生斷路。
因此，表面聲波元件可以牢靠地與封裝件固定，并且僅通過具有相對較小面積的金屬凸部就可以在它們之間可靠地實現導電。由此，可以大大提高采用倒裝片法制造的尺寸與厚度減小的表面聲波裝置的可靠性。
在根據本發明的另一實施例的表面聲波裝置中，至少三個金屬凸起物設置在壓電基片的結合表面的任何四個角中附近。
在上述獨特的結構中，使表面聲波元件與封裝件相結合的金屬凸起物無偏差地設置在壓電基片上的最大距離處。
因此，表面聲波元件可以牢靠地與封裝件相固定，并且僅通過具有相對較小面積的金屬凸部就可以實現穩定的導電。由此，采用倒裝片法的表面聲波裝置的可靠性得以大大提高。
在根據本發明的又一種較佳實施例的表面聲波裝置中，壓電基片較佳地是由鉭酸鋰與鈮酸鋰中的一種作為主要成分制成的，而封裝件較佳地是以氧化鋁陶瓷作為主要成分制成的。
鉭酸鋰與鈮酸鋰適于作為壓電基片的主要成分。氧化鋁陶瓷適于作為封裝件的主要成分。
根據本發明的另一較佳實施例，提供了一種通信設備，該設備至少包括如上所述的本發明的較佳實施例的表面聲波裝置中的任何一種。
根據上述獨特的結構，表面聲波裝置是采用倒裝片法生產的，由此可以大大減小表面聲波裝置的尺寸與厚度。通過設置本發明的較佳實施例的表面聲波裝置，通信裝置的尺寸可以大大減小。
從下列參照附圖對本發明的較佳實施例所述的描述中將可以顯而易見本發明的其它特征、特點、元件以及優點。
圖1B為圖1A所示的表面聲波裝置的側視圖。
圖2為示出了包括圖1A與1B中的表面聲波裝置的一通信設備的示意框圖。
較佳實施例的詳細描述本發明的一較佳實施例將參照圖1A、圖1B與圖2進行描述。
如圖1A與1B所示，根據此較佳實施例的表面聲波裝置10包括一表面聲波元件，該表面聲波元件具有一梳狀的電極(未圖示)以及設置在一壓電基片1的表面(一電極成形表面或結合表面)上的若干電極極板，而該壓電基片1通過金屬凸起物3c與3m與一電子元件封裝件(封裝件)2相結合。
壓電基片1較佳地由鉭酸鋰(或鈮酸鋰)制成，并且包括若干電極極板，這些極板設置在面向電子元件封裝件2的表面(結合表面)的幾個位置處，在這些極板處設有若干金屬凸起物3c與3m。電子元件封裝件2較佳地以氧化鋁陶瓷作為主要成分而制成的，而金屬凸起物3c與3m是以Au作為主要成分而制成的。
在聲波裝置10中，壓電基片較佳地大致為矩形或正方形。壓電基片1被構造成，短邊的方向形成一側邊方向，在該側邊方向中壓電基片1與電子元件封裝件2的線性熱膨脹系數之間有較大的差別。金屬凸起物3c的位置被選定為，在較短側的方向中的金屬凸起物3之間的最大的距離(L1)比較長側的方向中的最大距離(L2)小。
具體地說，例如如圖1所示，四個金屬凸起物3c設置在大致矩形的壓電基片1的四個角處，而金屬凸起物3m設置在基片的大致中心處。在短邊方向中的金屬凸起物3c之間的中心距離L1較佳地可以約為1.0毫米，而長邊方向中的金屬凸起物3c的中心距離L2較佳地約為1.5毫米。
表面聲波裝置10被構造成，電子元件封裝件2(氧化鋁陶瓷)的線性熱膨脹系數較佳地可以為7×10-6/℃，壓電基片1(鉭酸鋰)的長邊方向的熱膨脹系數較佳可以約為8×10-6/℃，而壓電基片1的短邊方向的熱膨脹系數較佳可約為14×10-6/℃，壓電基片1的長邊與短邊是根據電極成形表面的外部尺寸而確定的。
以下，將描述壓電基片1的線性熱膨脹系數。鉭酸鋰(LT)與鈮酸鋰(LN)的線性熱膨脹系數根據切割的角度與晶向會有所不同。同樣，線性熱膨脹系數也被描述為晶向的物理參數值。
因此，以上述用于表面聲波元件的基片的材料，可用作一表面聲波的傳播方向的晶向將被限定為一定范圍內的某種程度。更具體地說，表面聲波元件的基片較佳地具有一種晶向，在此種晶向中在表面聲波的傳播方向的線性熱膨脹系數較大，而在與傳播方向基本垂直的方向中的則較小。
具體地，表面聲波元件的基片較佳地具有一種晶向，在該種晶向中，在表面聲波的傳播方向中的線性熱膨脹系數較佳地可以約為14×10-6/℃，而與傳播方向基本垂直的方向的線性熱膨脹系數較佳地可以約為6×10-6/℃。
在具有上述結構的表面聲波裝置10中，壓電基片1與電子元件封裝件2具有不同的線性熱膨脹系數，因此，當溫度變化時，結合表面上的金屬凸起物3c與3m中所產生的應力會施加在表面聲波裝置10中。最大的應力產生在設置在最大距離的金屬凸起物3c之間。因此，現在要對在四個角處的金屬凸起物中所產生的應力加以考慮，而該應力主要是由于溫度變化而引起的。
由于溫度變化而在金屬凸起物3c中產生應力要歸因于電子元件封裝件2的位移與壓電基片1的位移之間的差，而該位移差是由溫度變化而引起的。應力的大小大致與位移差成正比。
即使當溫度改變時，在中心處(接近金屬凸起物3m處)也不會產生應力。因此，在設置在四個角上的各個金屬凸起物3c的位置處，由于溫度變化而產生的壓電基片1與電子元件封裝件2的位移可相對于壓電基片1的中心計算。
表1示出了如圖1A與圖1B中的表面聲波裝置10發生溫度變化時，位于四個角處的各個金屬凸起物3c的位置處的電子元件封裝件2與壓電基片1的位移以及相對于中心表面聲波元件(壓電基片1)的位移之間的差。表1還示出了在一個比較實例中，在四個角上的各個金屬凸起物3c的位置處的壓電基片與電子元件封裝件的位移以及該位移的差，在該比較實例中，表面聲波元件被構造成，其長邊與短邊方向的線性熱膨脹系數相對于圖1A與圖1B中的表面聲波裝置那些系數相反。表1
在表1中，“自芯片中心線的長度”表示從基片1的中心到各個側邊方向的中的四個角的各金屬凸起物3c的距離。“位移”是作為各側邊方向的線性熱膨脹系數與自芯片中心線的長度的乘積而確定的。另外，“位移的合成分量”是作為兩側邊方向中的位移的均方值而確定。
表1表示出在根據本發明的較佳實施例的表面聲波裝置中，表面聲波元件與電子元件封裝件2的位移之間的差可顯著地減少為比較實例的約60％左右，而在比較實例中的長邊與短邊的線性熱膨脹系數是與本發明的較佳實施例的相比是被顛倒的。因此，在根據本發明的較佳實施例的結構中，由于溫度變化而在結合部分(金屬凸起物3c)產生的應力比比較實例的結構中的低得多。
如上所述，在表面聲波裝置10中，在金屬凸起物3c之間距離較大的壓電基片1的平面方向與壓電基片1與電子元件2具有較小的線性熱膨脹系數差的方向相一致。
如圖1所示，大致矩形的壓電基片1被構造成，金屬凸起物3之間的距離較大的側邊方向與線性熱膨脹系數較小的方向相一致。在這種情況下，壓電基片1與電子元件封裝件2具有的線性熱膨脹系數的差較大的側邊方向中所設置的金屬凸起物3之間的最大距離比壓電基片1與電子元件封裝件2具有的線性熱膨脹系數的差較小的側邊方向中設置的金屬凸起物3之間的最大距離短。
這樣可以大大減小由溫度變化所引起的壓電基片1與電子元件封裝件2的位移之間的差。由此，由于溫度變化而在金屬凸起物3中所產生的應力可達到最小化。這樣，可以防止在壓電基片1與電子元件封裝件2之間的結合部分中由于溫度變化引起的斷路的產生，并且可以大大提高表面聲波裝置10的可靠性。
以下，將參照圖2描述包括該表面聲波裝置10的一種通信設備100。
該通信設備100較佳地包括一用于接收信號的接收器，該接收器包括一天線101、一天線共用部分/RF頂部過濾器102、一放大器103、一Rx級間過濾器104、一混合器105、一一級IF過濾器106、一混頻器107、一二級IF過濾器108、一一級+二級局部合成器111、一TCXO(溫度補償晶體振蕩器)112、一分頻器113以及一局部過濾器114。
通信裝置100還包括一用于傳輸信號的收發器，該收發器包括一天線101、一天線共用部分/RF頂部過濾器102、一Tx IF過濾器121、一混合器122、一Tx級間過濾器123、一放大器124、一耦合器125、一隔離器126以及一APC(自動功率控制)127。
上述表面聲波裝置10適用于Rx級間過濾器104、一級IF過濾器106、TxIF過濾器121以及Tx級間過濾器123。由于表面聲波裝置10是以倒裝片法生產的，所以其尺寸與厚度可以大大地減小。因此，通過設置表面聲波裝置10可以實現通信設備100的小型化。因此，通信設備100最適宜用于移動通信中。
本發明不僅限于上述較佳實施例，在本發明的范圍內還可作出各種變型。例如，本發明可以按以下方式構造而成。
在表面聲波裝置10中，壓電基片1在沿電極成形表面(結合表面)的兩個不同方向中具有不同的線性熱膨脹系數，而金屬凸起物3c在壓電基片1上被設置成，在壓電基片1與電子元件封裝件2具有的線性熱膨脹系數之差較大的方向中所設置的金屬凸起物3c之間的最大的距離比在壓電基片1與電子元件封裝件2具有的線性熱膨脹系數之差較小的方向中所設置的金屬凸起物3c之間的最大的距離短。這兩個方向分別與壓電基片1與電子元件封裝件2的線性熱膨脹系數差最大的那個方向以及差最小的那個方向相一致。壓電基片1與電子元件封裝件2的形狀可以根據線性熱膨脹系數之間的最大差以及最小差所在的方向，以及根據這些方向中的線性熱膨脹系數的差而確定。
盡管，圖1中所示的壓電基片大致為矩形，但壓電基片1的形狀并不僅限于此。較佳地用于壓電基片1的材料包括鉭酸鋰以及鈮酸鋰，但也可以采用其它的壓電材料。
雖然，上述的實例中設置了五個金屬凸起物3c與3m，但金屬凸起物的數量并不僅限于此。上述實例中包括了設置在壓電基片1的四個角上的多金屬凸起物3c與3m，然而，該金屬凸起物3c與3m也可以設置在任何所需位置。同樣，此處金屬凸起物3c所作的材料為Au，但是，也可以使用含Au的金屬、焊錫或其它適合的材料。
雖然，以上描述的電子元件封裝件具有一平板結構，但也可以采用凹腔結構。同樣，電子元件封裝件2可以采用除氧化鋁陶瓷之外的其它材料進行制造，并且其線性熱膨脹系數可以為各向異性，壓電基片1也同樣如此。
如上所述，根據本發明的較佳實施例的一種表面聲波裝置包括一壓電基片，該基片通過若干金屬凸起物與一封裝件相結合，其中該壓電基片在設有金屬凸起物的結合表面的兩個不同方向中具有不同的線性熱膨脹系數，而設置在壓電基片與封裝件具有的線性熱膨脹系數差較大的那個方向中的金屬凸起物之間的最大距離比設置在壓電基片與封裝件所具有的線性熱膨脹系數差較小的另一個方向中的金屬凸起物之間的最大距離要短。
或者，根據本發明的表面聲波裝置包括一壓電基片，該壓電基片通過若干金屬凸起物與一封裝件相結合，其中該壓電基片大致具有一矩形的表面，在該表面上設有金屬凸起物，并且該基片在結合表面兩側方向中具有不同的線性熱膨脹系數，而設置在壓電基片與封裝件所具有的線性熱膨脹系數差較大的那個方向中的金屬凸起物之間的最大距離比設置在壓電基片與封裝件所具有的線性熱膨脹系數差較小的另一個方向中的金屬凸起物之間的最大距離要短。
因此，金屬凸起物是基于壓電基片與封裝件的線性熱膨脹系數之間的差的。這樣，由溫度變化引起的壓電基片與封裝件的位移之間的差可以減少，從而使由于溫度變化而在金屬凸起物中產生的應力最小化。這樣，便可以可靠地防止由于溫度變化而在壓電基片與封裝件之間的結合部引起的斷路的發生。
因此，一表面聲波裝置可以被牢靠地與封裝件固定，而僅通過具有相對較小的結合面積的若干金屬凸起物便可獲得穩定的電氣連接。因此，本發明大大提高了通過倒裝片法而減小了尺寸與厚度的表面聲波裝置的可靠性。
如上所述，在本發明的表面聲波裝置中，在接近壓電基片的結合表面的四個角處的任何位置至少設置三個金屬凸起物。
另外，用于使基本矩形的壓電基片與封裝件相結合的金屬凸起物，被無偏差地設置在壓電基片上的最大距離處，其中的壓電基片也就是表面聲波元件。
這樣，一個表面聲波元件可以牢靠地與封裝件相固定，而僅通過具有相對較小的結合面積的若干金屬凸起物便可獲得穩定的電氣連接。因此，本發明大大提高了通過倒裝片法而減小了尺寸與厚度的表面聲波裝置的可靠性。
如上所述，在本發明的較佳實施例的表面聲波裝置中，壓電基片較佳地是以鉭酸鋰或鈮酸鋰作為主要成分而制成的，而封裝件較佳地是以氧化鋁陶瓷作為主要成分而制成的。鉭酸鋰和鈮酸鋰適于作為壓電基片的主要成分，而氧化鋁陶瓷適于作為封裝件的主要成分。
如上所述，本發明的一種通信裝置可包括上述的表面聲波裝置。
因此，由倒裝片法生產的表面聲波裝置的尺寸與厚度均得到了減小。通過將表面聲波裝置設置在通信裝置中，可有效地減小該通信裝置的體積。
需理解的是，上述描述僅對本發明起說明作用。本技術領域的人員在不脫離本發明的前提下，還可設計出各種替代方案與改進形式。因此，本發明將涵蓋在所附權利要求書的范圍內的所有的替代方案、改進形式與變化。
權利要求
1.一種表面聲波裝置，該裝置包括一封裝件；多個金屬凸起物；以及一壓電基片，該基片通過多個金屬凸起物與封裝件相結合；其中，在設有多個金屬凸起物的壓電基片的一個結合表面的兩個不同方向中，壓電基片具有不同的線性熱膨脹系數；以及在壓電基片與封裝件具有的線性熱膨脹系數之差較大的兩方向之一中所設置的金屬凸起物之間的最大距離小于在壓電基片與封裝件具有的線性熱膨脹系數之差較小的另一個方向中所設置金屬凸起物之間的最大距離。
2.如權利要求1所述的表面聲波裝置，其特征在于，至少三個金屬凸起物設置在壓電基片的結合表面的四個角的任何位置的附近。
3.如權利要求1所述的表面聲波裝置，其特征在于，壓電基片是由鉭酸鋰與鈮酸鋰中的一種作為主要成分制成的，而封裝件是以氧化鋁陶瓷作為主要成分制成的。
4.如權利要求1所述的表面聲波裝置，其特征在于，每一個金屬凸起物設置在壓電基片結合表面的四個角中的每一個的附近。
5.如權利要求1所述的表面聲波裝置，其特征在于，至少三個金屬凸起物設置在壓電基片的結合表面的四個角的任意位置的附近，而至少一個金屬凸起物設置在壓電基片的結合表面的大致中心處。
6.如權利要求1所述的表面聲波裝置，其特征在于，壓電基片大致為矩形。
7.如權利要求1所述的表面聲波裝置，其特征在于，金屬凸起物由Au制成。
8.如權利要求1所述的表面聲波裝置，其特征在于，金屬凸起物由焊錫制成。
9.如權利要求1所述的表面聲波裝置，其特征在于，金屬凸起物由含有Au的金屬制成。
10.一種通信設備，該設備包括如權利要求1所述的表面聲波裝置。
11.一種表面聲波裝置，該裝置包括一封裝件；多個金屬凸起物；以及一壓電基片，該基片通過多個金屬凸起物與封裝件相結合；其中，該壓電基片具有一設有若干金屬凸起物的、大致為矩形的結合表面，并且該基片沿結合表面的兩側的方向具有不同的線性熱膨脹系數；以及在壓電基片與封裝件具有的線性熱膨脹系數之差較大的兩個方向中的一個中所設置的金屬凸起物之間的最大距離小于在壓電基片與封裝件具有的線性熱膨脹系數之差較小的另一個方向中所設置金屬凸起物之間的最大距離。
12.如權利要求11所述的表面聲波裝置，其特征在于，至少三個金屬凸起物設置在壓電基片的結合表面的四個角的任意地方的附近。
13.如權利要求11所述的表面聲波裝置，其特征在于，壓電基片是由鉭酸鋰與鈮酸鋰中的一種作為主要成分制成的，而封裝件是以氧化鋁陶瓷作為主要成分制成的。
14.如權利要求11所述的表面聲波裝置，其特征在于，一個金屬凸起物設置在壓電基片的結合表面的四個角的每一個的附近。
15.如權利要求11所述的表面聲波裝置，其特征在于，至少三個金屬凸起物設置在壓電基征的結合表面的四個角的任意位置的附近，而至少一個金屬凸起物設置在壓電基片的結合表面的大致中心處。
16.如權利要求11所述的表面聲波裝置，其特征在于，金屬凸起物由Au制成。
17.如權利要求11所述的表面聲波裝置，其特征在于，金屬凸起物由焊錫制成。
18.如權利要求11所述的表面聲波裝置，其特征在于，金屬凸起物由含有Au的金屬制成。
19.一種通信設備，該設備包括如權利要求11所述的表面聲波裝置。
全文摘要
一種表面聲波裝置,該裝置以倒裝片法構造并生產,這樣可以使由于溫度而在一表面聲波元件與一電子元件封裝件之間的結合部分所產生的應力最小化。該表面聲波裝置包括一壓電基片,該基片通過多個金屬凸起物與電子元件封裝件相結合,其中壓電基片具有設有金屬凸起物的一個大致矩形的結合表面,并且沿結合表面的兩側的方向具有不同的線性熱膨脹系數,在壓電基片與封裝件具有的線性熱膨脹系數之差較大的兩方向之一中所設置的金屬凸起物之間的最大距離小于在壓電基片與封裝件具有的線性熱膨脹系數之差較小的另一個方向中所設置金屬凸起物之間的最大距離。
文檔編號H03H9/145GK1375930SQ0210730
公開日2002年10月23日 申請日期2002年3月12日 優先權日2001年3月14日
發明者田賀重人 申請人:株式會社村田制作所