CN100508386C

CN100508386C - 弹性波装置

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Publication number: CN100508386C
Application number: CNB2005100735687A
Authority: CN
Inventors: 江畑泰男; 川内治
Original assignee: Fujitsu Media Devices Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2004-06-02
Filing date: 2005-06-02
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2025-06-02
Also published as: CN1705227A

Abstract

一种弹性表面波装置，具有：压电基板；弹性表面波元件，具有在所述压电基板上由导电膜形成的至少1个以上的叉指式电极；和非线性电阻薄膜，形成在所述压电基板上，被电连接在与所述叉指式电极的电极指连接的端子之间，具有非线性电阻特性。利用本发明的弹性表面波装置，使得弹性表面波滤波器或天线共用器无论是在被单体放置的状态下，还是在被组装到机器设备中后，都可防止静电的破坏。

Description

弹性波装置

技术领域

本发明涉及使用弹性表面波(SAW)元件的弹性表面波装置，以及使用薄膜谐振子(FBAR)的弹性波装置，尤其涉及在被组装在移动电话机等移动体通信设备等中的使用了弹性表面波(SAW)或薄膜谐振子(FBAR)的滤波器和在天线共用器中使用的弹性表面波装置以及弹性波装置。

背景技术

弹性表面波装置由于其具有小型化的特性，所以近年来为了满足移动设备的小型化的要求被组装在移动电话机等中，用于发挥滤波器和天线共用器的功能。

另外，一般的移动电话机等，在人体或物体上积蓄的静电会通过天线外加到内部元件上。作为受影响的内部元件，弹性表面波装置有由梳状(IDT：叉指)电极指构成的弹性表面波元件，该电极指由在压电晶体基板上的以铝为主要成分的薄膜导电体所构成。

叉指式电极指的间隔主要根据滤波器的中心频率来决定，在1-2GHz带宽的滤波器中，相邻电极指之间的间隔为0.1～0.5μm。因此，当电极被外加了大于50～100V的静电时，则会在电极指之间产生放电。此时，在放电部分的电极指中瞬间流过放电电流，该电流密度大，会熔断电极指，导致滤波器的特性下降，甚至损坏。

特别是作为天线共用器而使用的弹性表面波装置，由于其位于与天线构成最近距离的电连接的位置，因此最容易受到这种静电放电(ESD)的影响。

但是，现有的弹性表面波滤波器或天线共用器个体，未对静电放电采取措施，只是在天线与弹性表面波滤波器之间插入附加的部件，通过使静电电荷流入地(接地)来保护弹性表面波滤波器不受静电放电的影响。

例如，在1998年IEEE Ultrasonics Symp.pp.9-12中，在pp.11的图5中，福岛等人提出了这样的方案，即，在天线与弹性表面波滤波器之间插入π型LC高通型匹配电路，通过并联连接的电感使静电电荷从热端子流入地侧，由此来保护弹性表面波滤波器。

另外，作为用于防止静电放电的附加器件，使用了非线性电阻。非线性电阻具有在外加电压低时为高阻抗，而当外加电压变高时，阻抗值急剧下降的非线性阻抗特性，因此，在外加了高电压时，使静电电荷流入地，由此能够保护器件不受静电放电的影响。

但是，具有以往的附加部件的结构的非线性电阻，为了增加流过的电流值，其电容容量增加到相对1-2GHz的频率而不容忽略的程度，因此，如果把非线性电阻与弹性表面波滤波器并联连接，则存在着弹性表面波滤波器的特性发生变化的缺点。因此，非线性电阻目前被用于在工作频率为100MHz以下的比较低的频带下对器件的保护。

并且，作为在弹性表面波装置中防止静电放电对策的现有技术，提出有使用薄膜电阻体的技术(专利文献1)、使用阻抗匹配线圈的技术(专利文献2)或使用电容元件的技术(专利文献3)。

专利文献1以及专利文献2所记载的发明分别是使静电电流通过电阻或线圈流入地的结构，然而，由于是与弹性表面波元件并联地插入电阻或线圈，所以，与上述使用大电容容量的非线性电阻的情况相同，不能避免对弹性表面波滤波器的特性产生影响。

另外，专利文献3所记载的发明是在电容性电极上形成锐利的突起，利用电容性电极进行电弧放电的结构。但是这种结构当电容性电极发生一次电弧放电后，其突起的前端部被熔断，之后便不能诱发静电放电。

[专利文献1]特开平8-167826号公报

[专利文献2]特开平11-274886号公报

[专利文献3]特开2001-168672号公报

这里，移动电话机等的移动设备是手持移动设备，很难屏蔽掉外部的静电。而且，即使根据以上说明的现有技术，采用在电路上保护弹性表面波滤波器和天线共用器等不受静电放电的影响的方法，但是在移动电话制造者在移动电话机的组装工序中，对于被安装到移动电话机之前的弹性表面波滤波器个体来说，还是不具有抗静电放电的耐性。

发明内容

因此，本发明的目的是，提供一种具有避免静电破坏的结构的弹性表面波装置，使弹性表面波滤波器和天线共用器无论是在被个体放置的状态下、还是在被组装到设备内后，都能够避免受静电的破坏。

为了达到上述的目的，本发明之1的弹性表面波装置，其特征在于，具有：压电基板；弹性表面波元件，具有在所述压电基板上由导电膜形成的至少1个以上的叉指式电极；和非线性电阻薄膜，形成在所述压电基板上，被电连接在与所述叉指式电极的电极指连接的端子之间，具有非线性电阻特性，具有非线性电阻特性的所述薄膜，形成在所述压电基板上的除了所述叉指式电极的部分以及传播弹性表面波的部分以外的区域上。

为了达到上述的目的，本发明之2的弹性表面波装置是基于本发明之1的弹性表面波装置，其特征在于，所述具有非线性电阻特性的薄膜由在氧化锌或钛酸锶中添加微量的添加物的半导体陶瓷构成，其晶体粒径为1μm至50μm。

为了达到上述的目的，本发明之3的弹性表面波装置是基于本发明之1的弹性表面波装置，其特征在于，所述具有非线性电阻特性的薄膜具有1μm至100μm的膜厚。

为了达到上述的目的，本发明之4的弹性表面波装置是基于本发明之1的弹性表面波装置，其特征在于，所述具有非线性电阻特性的薄膜是通过采用把所述压电基板放置在负压气氛中，使具有非线性电阻特性的材料的微粉末加速撞击而成膜的悬浮微粒沉积法，在常温下在所述基板上成膜。

为了达到上述的目的，本发明之5的弹性表面波装置是基于本发明之1的弹性表面波装置，其特征在于，所述具有非线性电阻特性的薄膜，其一面侧电连接在与所述叉指式电极的电极指连接的端子之间，在其与所述一面侧相反的反面侧上形成有至少一部分与所述端子相互面对的电极。

为了达到上述的目的，本发明之6的弹性表面波装置具有：弹性表面波元件芯片，在压电基板上形成有具有由导电膜形成的至少1个以上的叉指式电极的弹性表面波元件；和封装座基板，具有与形成在所述弹性表面波元件芯片的所述压电基板上的端子电极通过凸台连接的端子电极，具有非线性电阻特性的薄膜，形成为电连接在与叉指式电极的电极指分别连接的端子之间、并形成在所述封装座基板上。

为了达到上述的目的，本发明之7的弹性表面波装置是基于本发明之6的弹性表面波装置，其特征在于，所述具有非线性电阻特性的薄膜形成在所述封装座基板的上面，或背面、或基板内部。

为了达到上述的目的，本发明之8的弹性表面波装置是基于本发明之6的弹性表面波装置，其特征在于，所述具有非线性电阻特性的薄膜，其一面侧电连接在与所述叉指式电极的电极指连接的端子之间，在其与所述一面侧相反的反面侧上形成有至少一部分与所述端子相互面对的电极。

另外，为了达到上述的目的，本发明的薄膜体声波装置，其特征在于，具有：基板，其具有在厚度方向进行例如各向异性蚀刻而形成的空洞区域；薄膜谐振子，其被配置在对应所述基板的空洞区域的位置上；和具有非线性电阻特性的薄膜，其形成在所述基板上的热电极与接地电极之间，并电连接在所述热电极与所述接地电极之间。

关于本发明的特征，以下，通过参照附图对本发明的实施例进行说明，可进一步理解。

根据上述本发明的结构，具有非线性电阻特性的薄膜在被施加了超过非线性电阻电压的高电压的静电时，在热端子与接地端子之间形成低电阻，使静电电荷流入地(接地)，从而可保护弹性表面波元件的叉指式电极。

而且，具有非线性电阻特性的薄膜由于一体地形成在形成有弹性表面波元件的压电基板上，所以，即使在组装工序中，进行把弹性表面波装置或弹性波装置组装到移动设备等中的操作时，也可以防止因静电放电而造成的破坏。

附图说明

图1是表示本发明的弹性表面波装置的第1实施例的结构的俯视图。

图2是表示非线性电阻特性的图。

图3是表示把本发明应用于梯形弹性表面波滤波器中的实施例的图。

图4是对应图3中的实施例的等效电路。

图5是把本发明应用于配置有3个叉指式电极和在其两侧配置有梯度反射器的纵模式耦合多重模式弹性表面波滤波器中的应用例。

图6是表示应用了本发明的弹性表面波装置的组装例的图。

图7式在封装座的表面上形成了非线性电阻薄膜的实施例。

图8把本发明应用于使用了薄膜谐振子(FBAR)的弹性波装置中的实施例。

图9A是表示不通过叠层非线性电阻薄膜来使非线性电阻电压上升的第1构造例的图。

图9B是表示不通过叠层非线性电阻薄膜来使非线性电阻电压上升的第1构造例的图。

图中：1-压电基板；11、12-叉指式电极；13、14-汇流条；15、16-非线性端子图形；17、171～175-非线性薄膜；18、19-端子焊盘；

20、21-焊丝；30-封装座基板；117、118、117A、117B-电极图形。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施例进行说明。

图1所示的结构，在以下的其他实施例中也相同。

在图1中，在石英或LiTa03、LINb03等的压电晶体基板1上形成弹性表面波(SAW)元件。弹性表面波(SAW)元件包括具有相互对面的叉指式电极11和12的谐振子2和配置在谐振子2两侧的反射器3、4。

这些谐振子2以及形成反射器3、4的电极以Al为主要成分，并利用光刻技术形成在压电晶体基板1上。

在从分别与利用光刻技术形成的相互对面的叉指式电极11、12的汇流条13、14引出的非线性电阻用端子图形15、16之间，形成有非线性电阻薄膜17。这里也可以把非线性电阻用端子图形15、16与非线性电阻薄膜17上下颠倒配置。

这里，非线性电阻薄膜17是指，具有如图2所表示的非线性特性那样的非线性阻抗特性的薄膜状的电阻，当外加电压超过非线性电压Vv时，其阻抗值急剧下降(电流i增大)。作为材料，例如可以是在氧化锌中添加微量的作为添加物的氧化镧或氧化镨、或氧化钴等的材料，或者是钛酸锶等的所谓的半导体陶瓷。

通过对这些利用溅射法或烧结法进行处理，而形成多结晶陶瓷的薄膜。该陶瓷由晶粒和晶粒边界构成，在晶粒边界部形成肖特基势垒。在电压小于等于肖特基电压时，电子不能超越势垒，因而呈现高电阻，但在成为高电压时，电子会越过势垒而形成电流，变成低电阻。

这里，关于非线性电阻薄膜17的形成，例如采用了基于水热处理的制造薄膜非线性电阻的方法，该方法被公开在例如特开平5-299210号公报中。该制造方法的特征是，在大于等于100℃的温度下进行水热处理。

这样，一般在成膜后，需要进行高温烧结或进行超过100℃的热处理。但是如果从防止电极劣化方面考虑，则不希望在压电基板1上形成了以Al为主要成分的电极图形后将基板升温。

因此，把实施了烧结或热处理的非线性电阻材料利用球式研磨机等磨成微粉末，通过采用把该粉末吹付在被放置在负压气氛中的压电基板上来形成密致的薄膜的悬浮微粒沉积法，能够在常温或100℃以下的较低的温度下形成非线性电阻薄膜。

在图1中，焊接导线20、21与外部封装壳端子连接，当通过端子焊盘18、19从外部施加了由静电所产生的高电压时，相邻的叉指式电极11、12的电极指之间形成的电场最高。此时，在1GHz～2GHz的弹性表面波元件中发生50-200V的放电。此时，放电电流和放电的发热使电极指熔断。因此，使得弹性表面波元件不能发挥本来的特性，由此导致所谓的元件损坏。

根据本发明，如图1所示，从相互对面的叉指式电极11、12并联引出非线性电阻用端子15、16，在其间隙中形成非线性电阻17。因此，当被外加了因静电引起的高电压时，使静电电荷通过该非线性电阻17流走，从而可避免叉指式电极指11、12的放电损坏。

非线性电阻电压根据晶体粒径、晶粒边界以及非线性电阻用端子15、16之间的距离而变化，根据所使用的条件进行最佳化设定。在一般的情况下，非线性电阻电压如果大于等于在叉指式电极指11、12之间产生放电的电压，则在叉指式电极指11、12之间会先行放电，因此不能发挥非线性电阻薄膜17的保护功能。另一方面，如果非线性电阻电压低，则非线性电阻薄膜17对外加在弹性表面波元件上的信号电压也呈现低电阻，因此不能发挥弹性表面波元件本来的特性。

因此，对于1-2GHz带宽的弹性表面波滤波器来说，非线性电阻电压最好为20-100V。

图3是在由多个单端口型弹性表面波谐振子构成的梯形弹性表面波滤波器中应用本发明的实施例。图4是图3的梯形弹性表面波滤波器的等效电路。

在压电晶体基板1上通过导电图形把多个(4个)单端口型弹性表面波谐振子SAW1～SAW4串联或并联连接，从而构成带通滤波器。这里，位于边缘部的芯片上的端子焊盘181～184通过焊接导线连接到未图示的封装壳的端子上。

从外部通过封装壳、焊接导线传导来的静电到达图3的弹性表面波装置的输入端子焊盘181，在与输入侧的接地端子焊盘182之间被施加高电压。

在该高电压超过非线性电阻电压的情况下，静电电荷通过非线性电阻薄膜171流入地(接地)，从而，可防止图3中的弹性表面波谐振子SAW1发生静电放电。

并且，在本实施例中，第2级的弹性表面波元件SAW2在叉指式电极指11、12之间连接了非线性电阻薄膜172。如果单纯从防止外部的静电方面考虑，从原理上讲，则不需要该非线性电阻薄膜172。但是，因压电基板1的热电效应而形成的高电压等，使得在元件内部产生电荷，该电荷会对叉指式电极指造成破坏，该非线性电阻薄膜172可有效地防止这种电荷对叉指式电极指造成的破坏。

图5是在具有3个叉指式电极和在其两侧配置了分级反射器的纵模式耦合多重模式弹性表面波滤波器中应用本发明的实施例。

外加在压电晶体基板1的输入端子焊盘185上的静电被传导至中央的叉指式电极，使得与输入侧接地焊盘186之间的电位差被施加在相邻的叉指式电极指11、12之间。

在图5中，在弹性表面波芯片的表面，导电膜图形未与输入侧接地焊盘186连接。这里，假定输入侧接地焊盘186与输出侧接地焊盘187、188在封装壳内电连接。因此，通过在输入侧，在输入端子焊盘185与输出侧接地焊盘187、188之间；而且在输出侧，在输出端子焊盘189、190与输入侧接地焊盘186之间，设置非线性电阻薄膜174，可防止全体叉指式电极受静电的破坏。

图6是表示应用了本发明的弹性表面波装置的组装例的图。是把倒装片组装技术应用在本发明的弹性表面波装置结构中的组装例。该组装技术是，首先把图1、图3所示的弹性表面波元件100上下反转，然后把芯片100表面上的端子焊盘18和封装座基板30上的导电图形301，不使用焊接导线而是通过金或焊锡球的凸台31来实现连接的组装方法。然后，通过封盖以及树脂塑封，可实现小而薄的弹性表面波滤波器。

通过调整金或焊锡球凸台31的高度，可把弹性表面波芯片100的表面与封装座基板30的表面之间的间隙保持为10-50μm。由于形成在弹性表面波芯片表面上的非线性电阻薄膜17的厚度约为1-10μm，所以非线性电阻薄膜17不会接触到封装座基板30的表面。

在图6中，封装座基板30的导电图形301进一步通过通孔302连接到外部端子303。

图7是把非线性电阻薄膜17形成在封装座基板30的表面上的实施例。在图1所示的实施例中，在采用光刻技术等在压电基板1上形成具有弹性表面波电极图形的导电图形后，在基板表面上形成非线性电阻薄膜17时，由于把压电基板1暴露在高温下，所以会导致微细的电极图形受到破坏以及因基板具有的热电性使电极损坏。

因此，在本实施例中，是把非线性电阻薄膜17形成在封装座基板30侧，而不是形成在弹性表面波芯片表面。一般的情况下，弹性表面波元件的封装座30的材质是使用低温烧结的陶瓷(LTCC)或高温烧结的氧化铝陶瓷(HTCC)。但是在最近，除了这些，还开发出了单晶硅、玻璃、蓝宝石等。由于这些都具有良好的耐热性，所以可增加在形成非线性电阻薄膜17时设定升温和温度曲线的自由度。

因此，可形成便于进行晶体粒径和膜质管理的、非线性电阻特性差异小的非线性电阻薄膜。

并且，在封装座基板30为陶瓷的情况下，能够与用于烧结封装座的生片一起叠层非线性电阻薄膜用的生片，同时进行烧结。而且，非线性电阻薄膜除了形成在封装座的表面之外，也可以埋在封装座背面或封装座的中间层中。

之后，如图6所示，通过凸台31与只形成了弹性表面波元件的弹性表面波元件芯片100连接。

这里，在上述的实施例的说明中，只是对使用了弹性表面波谐振子的弹性表面波装置的示例进行了说明，但本发明的应用不限于此，也可以适用于使用薄膜谐振子(FBAR：Film Bulk Acoustic Resonator)的弹性表面波装置。

图8是在使用了上述薄膜谐振子(FBAR)的弹性表面波装置中应用本发明的实施例。薄膜谐振子(FBAR)是具有不利用表面波而是利用在薄膜内部传播的弹性波的谐振子特性的元件。

在图8中，在封装座30上，相对于配置薄膜谐振子(FBAR)的位置，具有通过各向异性蚀刻而形成的空洞区域40。并且，在该封装座基板30的空洞区域40的位置上，在上部侧配置有薄膜谐振子FBAR1、FBAR2。在对该薄膜谐振子施加了由蓄积电荷所产生的高电压的情况下，可能会发生放电破坏。因此，与以上说明的实施例同样，在作为必要的薄膜谐振子FBAR1、FBAR2的热电极与接地电极之间形成并连接形成在封装座基板30上的非线性电阻薄膜17。

由此，可防止因静电放电对薄膜谐振子FBAR1、FBAR2造成的破坏。

这里，为了调整放电破坏电压，必须根据需要提高非线性电阻电压。在这种情况下，通过隔着电极膜叠层多层非线性电阻薄膜，并串联连接，可提高非线性电阻的电压。但是，多次的非线性电阻薄膜电极膜的叠层成膜将会使制造工序变得复杂，必将导致制造成本的大幅上升。

对此，图9A、图9B是表示本发明的不需叠层多层非线性电阻薄膜便可提高非线性电阻电压的实施例的说明图。例如，图9A所示的实施例是在提高图1的非线性电阻薄膜17的非线性电阻电压的情况下的一例，表示沿A-B线的剖面图。

非线性电阻薄膜17的一面侧与被电连接在叉指式电极的电极指之间的非线性电阻端子图形15、16连接，在与该一面侧相反的反面侧上，形成有至少有一部分与所述非线性电阻端子图形15、16相互对面的电极图形117。

此时，因静电在非线性电阻薄膜17上形成的电场，使得在非线性电阻端子图形15和与电极图形117相互对面的部分a、非线性电阻端子图形16和与电极图形117相互对面的部分b形成串联连接的状态。由此，即使不叠层多层的非线性电阻薄膜和导电膜，也可以实质提高非线性电阻电压。

而且，在串联连接的级数多，进一步提高非线性电阻电压的情况下，如图9B所示，通过将电极图形117分割成117A、117B，并形成具有与这些电极117A、117B相互对面的部分的电极图形118，可提高非线性电阻电压。

如上所述，根据本发明，在被施加了超过非线性电阻电压的高电压的静电时，在热端子与接地端子之间变成低阻抗，使静电电荷流入地线(接地)，可保护弹性表面波元件的叉指式电极、或薄膜谐振子。

另外，具有非线性电阻特性的薄膜由于被一体地形成在形成有弹性表面波元件或薄膜谐振子的压电基板上，所以，即使在组装工序中，在进行把该元件组装到移动设备等中的各种操作时，也可以防止因静电放电而造成的破坏。因此，可提高移动设备的可靠性，并可提高生产效率。

Claims

1.一种弹性表面波装置，其特征在于，具有：

压电基板；

弹性表面波元件，具有在所述压电基板上由导电膜形成的至少1个以上的叉指式电极；和

非线性电阻薄膜，形成在所述压电基板上，被电连接在与所述叉指式电极的电极指连接的端子之间，具有非线性电阻特性，

具有非线性电阻特性的所述薄膜，形成在所述压电基板上的除了所述叉指式电极的部分以及传播弹性表面波的部分以外的区域上。

2.根据权利要求1所述的弹性表面波装置，其特征在于，所述具有非线性电阻特性的薄膜由在氧化锌或钛酸锶中添加微量的添加物的半导体陶瓷构成，其晶体粒径为1μm至50μm。

3.根据权利要求1所述的弹性表面波装置，其特征在于，所述具有非线性电阻特性的薄膜具有1μm至100μm的膜厚。

4.根据权利要求1所述的弹性表面波装置，其特征在于，所述具有非线性电阻特性的薄膜是通过采用把所述压电基板放置在负压气氛中，使具有非线性电阻特性的材料的微粉末加速撞击而成膜的悬浮微粒沉积法，在常温下在所述基板上成膜。

5.根据权利要求1所述的弹性表面波装置，其特征在于，所述具有非线性电阻特性的薄膜，其一面侧电连接在与所述叉指式电极的电极指连接的端子之间，在其与所述一面侧相反的反面侧上形成有至少一部分与所述端子相互面对的电极。

6.一种弹性表面波装置，其特征在于，具有：

弹性表面波元件芯片，在压电基板上形成有具有由导电膜形成的至少1个以上的叉指式电极的弹性表面波元件；和

封装座基板，具有与形成在所述弹性表面波元件芯片的所述压电基板上的端子电极通过凸台连接的端子电极，

具有非线性电阻特性的薄膜，形成为电连接在分别与叉指式电极的电极指连接的端子之间、并形成在所述封装座基板上。

7.根据权利要求6所述的弹性表面波装置，其特征在于，所述具有非线性电阻特性的薄膜形成在所述封装座基板的上面，或背面、或基板内部。

8.根据权利要求6所述的弹性表面波装置，其特征在于，所述具有非线性电阻特性的薄膜，其一面侧电连接在与所述叉指式电极的电极指连接的端子之间，在其与所述一面侧相反的反面侧上形成有至少一部分与所述端子相互面对的电极。

9.一种薄膜体声波装置，其特征在于，具有：

基板，其具有通过在厚度方向进行各向异性蚀刻而形成的空洞区域；

薄膜谐振子，其被配置在对应所述基板的空洞区域的位置上；

具有非线性电阻特性的薄膜，其形成在所述基板上的所述薄膜谐振子的热电极与接地电极之间，并电连接在所述热电极与所述接地电极之间。