CN101505143B - 表面声波器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及表面声波器件及其制造方法。一种表面声波器件包括：压电基板；设置在所述压电基板的第一表面上的梳状电极；以及设置在所述压电基板的所述第一表面和所述压电基板的与所述第一表面相对的第二表面中的至少一个上的绝缘膜，所述绝缘膜的厚度比所述压电基板的厚度大，并且在表面声波的传播方向上所述绝缘膜的线膨胀系数比所述压电基板的线膨胀系数小。

Description

表面声波器件及其制造方法
技术领域
本发明总体上涉及表面声波器件，更具体地，涉及对表面声波器件的温度特性的改进。此外，本发明涉及上述表面声波器件的制造方法。
背景技术
本申请基于2008年2月8日提交的日本专利申请No.2008-028269并要求其优先权，在此以引证的方式将其全部内容并入本文中。
表面声波器件(SAW器件)能够通过将功率施加到形成在压电基板上的叉指式换能器(IDT)的梳状电极来激励声波。SAW器件被广泛地用于对例如45MHz到2GHz的频带内的无线电信号进行处理的各种电路。这些电路的例子有用于发送的带通滤波器、用于接收的带通滤波器、本地振荡滤波器、天线双工器、中频滤波器、以及FM调制器。
SAW器件需要位于由梳状电极组成的SAW元件的功能部件(IDT的电极指)上方的空腔以确保SAW元件的性能。常规的SAW器件采用具有其中安装有SAW元件的凹槽的陶瓷封装。金属盖覆盖所述凹槽，从而能够在SAW元件的功能部件的上方限定空腔。使用引线接合以在SAW元件与设置在陶瓷封装上的互连线之间构成电连接。
然而，引线接合使用导线，这妨碍了SAW器件尺寸的减小。为了减小SAW器件的尺寸，开发了倒装式接合(flip-chip bonding)。由于倒装式接合不使用导线进行安装，因而实现了SAW器件尺寸的减小。
近来，已经对减小SAW器件尺寸有了更严格的要求。在某些情况下，甚至倒装式接合也不能实现所需的尺寸减小。于是提出了进一步减小尺寸的提议。日本专利申请公开No.2000-261284描述了设置在压电基板表面上的SAW元件。在压电基板的表面上设置有盖，以在SAW元件的功能部件的上方限定空腔。所述盖被用作封装。该类型的封装被称为晶片级封装(WLP：wafer level package)。这实现了进一步的小型化。
使用压电基板的SAW器件存在的问题是由于压电基板的膨胀和收缩而使频率特性受到影响。压电基板的膨胀和收缩量越大，则SAW器件的频率特性所受到的影响越大。压电基板由于温度变化而以取决于线膨胀系数的膨胀和收缩量来膨胀和收缩。压电基板通常由具有大的机电耦合系数的钽酸锂(LiTaO3)或铌酸锂(LiNbO3)制成。然而，这些基板具有大的线膨胀系数，由于温度变化而极大地膨胀和收缩。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种表面声波器件，该表面声波器件包括：压电基板；设置在所述压电基板的第一表面上的梳状电极；限定了位于所述梳状电极上方的空腔的树脂部；以及设置在所述压电基板的所述第一表面上以覆盖所述树脂部的绝缘膜，所述绝缘膜的厚度比所述压电基板的厚度大，并且在表面声波的传播方向上所述绝缘膜的线膨胀系数比所述压电基板的线膨胀系数小。
根据本发明的另一方面，提供了一种制造表面声波器件的方法，该方法包括：在压电基板的第一表面上形成梳状电极；在形成所述梳状电极后使所述压电基板变薄；形成限定了位于所述梳状电极上方的空腔的树脂部；以及在所述压电基板的第一表面上形成绝缘膜以覆盖所述树脂部，所述绝缘膜的厚度比所述压电基板的厚度大，并且在表面声波的传播方向上所述绝缘膜的线膨胀系数比所述压电基板的线膨胀系数小。
通过在权利要求书中具体指出的要素以及组合能够实现并获得本发明的目的和优点。
应当理解的是，前面的一般描述和下面的详细描述是示例性和说明性的，并不是对所要求保护的发明加以限制。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施方式的SAW器件的截面图；
图2A到2D是例示制造根据第一实施方式的SAW器件的方法的第一部分的截面图；
图3A到3C是例示第一部分之后的该方法的第二部分的截面图；
图4是描述根据第一实施方式的SAW器件的频率的温度相关性的图；
图5是根据本发明的第二实施方式的SAW器件的截面图；
图6A到6C是例示制造根据第二实施方式的SAW器件的方法的第一部分的截面图；
图7A到7C是例示第一部分之后的该方法的第二部分的截面图；
图8是根据第三实施方式的SAW器件的截面图；以及
图9是根据第四实施方式的SAW器件的截面图。
具体实施方式
现在将参照附图对本发明的实施方式进行说明。
[第一实施方式]
图1是沿着一条线截取从而呈现出梳状电极和列电极的截面的根据本发明的第一实施方式的SAW器件的截面图。
参照图1，SAW器件10具有压电基板12，该压电基板12具有其上具有梳状电极14和反射电极(为简化起见未示出)的主表面。压电基板12可以由钽酸锂(LiTaO3)或铌酸锂(LiNbO3)制成。梳状电极14和反射电极可以是铝(Al)或其中加入了铜(Cu)的Al合金。互连电极16设置在压电基板12的主表面上并且电连接到梳状电极14。互连电极16可以由Al或其中加入了铜的Al合金制成。
树脂部20设置在压电基板12的主表面上以限定设置在梳状电极14上方的空腔18。树脂部20可以由环氧树脂制成。列电极22设置在互连电极16上并且贯通树脂部20。列电极22可以由铜、镍(Ni)或金(Au)制成。焊凸24设置在列电极22上。列电极22与焊凸24的组合在SAW器件的倒装式接合安装中充当与外部部件进行电连接的端子。
绝缘膜26设置在压电基板的后表面上。绝缘膜26的厚度大于压电基板12的厚度。绝缘膜26由在SAW传播方向上热膨胀系数小于压电基板12的热膨胀系数的物质制成。例如，绝缘膜26可以由氧化铝(Al2O3)制成。
现在将参照图2A到3C对制造根据第一实施方式的SAW器件的方法进行说明。在图2A到3C中，压电基板12是晶片的形式，在晶片上有用于得到多个SAW器件10的区域。为了简化起见，在图2A到3C中仅示出了多个SAW器件中的一个。在图3C中，晶片沿切割区(dicingregion)划分为多个部分，使得晶片上的SAW器件能够彼此分离。
参照图2A，梳状电极14、反射电极(未示出)以及互连电极16形成在压电基板12的主表面上。梳状电极14、反射电极以及互连电极16可由Al或其中加入了Cu的Al合金制成，并且它们的厚度可以是例如0.1-0.5μm。
参照图2B，从压电基板12的后表面开始执行研磨处理或喷砂处理以使压电基板12变薄。在变薄处理之后，压电基板12的厚度可以是例如30μm-40μm。
参照图2C，在压电基板12的主表面得到保护以防止梳状电极14、反射电极以及互连电极16的功能被损坏的情况下，在压电基板12的后表面上形成绝缘膜26。绝缘膜26可以由例如氧化铝(Al2O3)的陶瓷制成，并且其厚度可以是例如200-350μm。可以通过等离子体喷涂法或气溶胶沉积法来形成绝缘膜26。
参照图2D，将负型光敏环氧树脂20a涂在压电基板12的主表面上并进行烘烤。可以通过旋涂(spin coating)法来涂布环氧树脂20a。使用掩模对环氧树脂20a施加紫外线。在本申请中，对应当在梳状电极14上方形成空腔18的区域以及应当在互连电极16上方形成列电极22的区域未施加紫外线。随后，将环氧树脂20a显影以去除未施加紫外线的区域中的环氧树脂20a。这使得在应当形成空腔18的区域中以及应当形成列电极22的区域中形成了开口28。随后，在氮气氛中以200℃的温度对环氧树脂20a进行一小时的热处理，由此使环氧树脂20a固化。
参照图3A，负型光敏环氧树脂20b形成在环氧树脂20a上以覆盖开口28。可以通过诸如层压机(laminator)的压力轧制来形成环氧树脂20b。使用掩模对环氧树脂20b施加紫外线。在本申请中，对应当形成位于互连电极16上方的列电极22的区域未施加紫外线。随后，将环氧树脂20b显影以去除未施加紫外线的区域中的环氧树脂20b。然后，在氮气氛中以200℃的温度对环氧树脂20b进行热处理一小时，由此使环氧树脂20b固化。这就产生了树脂部20，其由环氧树脂20a与环氧树脂20b形成并具有位于梳状电极14上方的空腔18和位于互连电极16上方的开口。
参照图3B，开口30填充有例如Cu、Ni或Au之类的金属以形成列电极22。该工序可以采用电镀或无电镀。可以在树脂部20上进行刮印(squeegee printing)以在开口30中形成列电极22。
参照图3C，在列电极22上形成焊凸24。焊凸24可以是SnAg焊球(solder ball)。随后，通过在切割区中进行切割将晶片切成多个片，从而能够获得具有WLP结构的单个SAW器件10。
图4是使用通过第一实施方式构造的SAW器件的滤波器的频率的温度相关性图。图4还示出了使用常规SAW器件的滤波器的频率的温度相关性的比较例。表1描述了在测量中所使用的第一实施方式的SAW器件与常规SAW器件的细节。
                      表1
  第一实施方式   比较例
  压电基板   LiTaO3，厚度40μm   LiTaO3，厚度180μm
  绝缘膜   Al2O3，厚度310μm   无
  形成绝缘膜的方法   等离子体喷涂
参照表1，第一实施方式的SAW器件使用40μm厚的、由LiTaO3制成的压电基板12以及310μm厚的、由氧化铝(Al2O3)制成的绝缘膜26。氧化铝制成的绝缘膜26是通过等离子体喷涂形成。其它的规格与已经参照图1描述的规格相同。比较例的SAW器件使用厚度为180μm的、由LiTaO3制成的压电基板12，但是其不具有绝缘膜26。其它的规格与测量中所使用的第一实施方式的规格相似。
图4中的图的水平轴表示温度(℃)，而垂直轴表示频率变化(ppm)。图4中的实线是第一实施方式的SAW器件的测量结果，而虚线是常规SAW器件的测量结果。在滤波器的通带(大致等于1GHz)的中心频率处进行测量。从图4可以看出，由于温度变化，使用第一实施方式的SAW器件的滤波器的频率变化小于使用常规SAW器件的滤波器的频率变化。
根据第一实施方式，如图1所示，梳状电极14形成在压电基板12的主表面上，而厚度大于压电基板12的绝缘膜26设置在压电基板12的后表面上。绝缘膜26是由在SAW传播方向上膨胀系数小于压电基板12的热膨胀系数的物质制成。例如，用于压电基板12的LiTaO3的热膨胀系数约为16ppm/℃，而用于绝缘膜26的氧化铝的热膨胀系数约为7ppm/℃。当单独使用压电基板12时，其膨胀与收缩量取决于压电基板12的热膨胀系数。相反，其后表面上增加了绝缘膜26的压电基板12由于绝缘膜26的存在从而膨胀和收缩受到限制。因此，如图4所示，能够减少由温度变化导致的频率变化并且能够制造具有改善的温度特性的SAW器件。
根据第一实施方式的制造方法，如图2A所示，在压电基板12的主表面上形成梳状电极14。此后，如图2B所示，使压电基板12变薄。随后，如图2C所示，以喷涂法或气溶胶沉积法在压电基板12的后表面上形成绝缘膜26。例如，当以接合方式在压电基板12的后表面上形成绝缘膜26的情况下，在接合之后在压电基板12的主表面上形成梳状电极14。在压电基板12上存在绝缘膜26可能增大压电基板12的翘曲(warpage)。然而，根据第一实施方式，在形成绝缘膜26之前在压电基板12的主表面上形成梳状电极14。因此能够很容易地在尚未严重翘曲的压电基板12上形成梳状电极14的图案。喷涂法或气溶胶沉积法能够在不影响已经变薄的压电基板12的表面上的梳状电极14的情况下在压电基板12的后表面上可靠地形成绝缘膜26。此外，压电基板12变薄使得压电基板12更多地受到绝缘膜26的影响并且更大地限制由温度变化导致的膨胀和收缩。
此外，如图2A和3A所示，由光敏环氧树脂制成的树脂部20限定了设置在梳状电极14上方的空腔18。因此能够容易地形成空腔18。
[第二实施方式]
第二实施方式具有在压电基板12的主表面上形成有绝缘膜26的示例性结构。图5是沿一条线截取从而呈现出梳状电极14和列电极的截面的根据第二实施方式的SAW器件的截面图。
参照图5，SAW器件10具有压电基板12，该压电基板12具有其上形成有梳状电极14、反射电极(未示出)以及互连电极16的主表面。梳状电极14与互连电极16电连接。树脂部20位于压电基板12的表面上以便能够在梳状电极14上方限定空腔18。绝缘膜26比压电基板12厚，并且在SAW传播方向上绝缘膜26的线膨胀系数比压电基板12的线膨胀系数小。列电极22设置在互连电极16上从而贯穿绝缘膜26。焊凸24设置在列电极22上。
现在将参照图6A到7C对制造第二实施方式的SAW器件的方法进行说明。在图6A到7C中，压电基板12是以晶片的形式，在晶片上有用于得到多个SAW器件10的区域。为了简化起见，在图6A到7C中仅示出了多个SAW器件中的一个。在图7C中，晶片沿切割区划分为多个部分，使得晶片上的SAW能够彼此分离。
首先，执行涉及第一实施方式的图2A和2B的制造步骤。接下来，参照图6A，在压电基板12的主表面上形成树脂部20，从而限定梳状电极14上方的空腔18。可以由已经参照图2D和3A描述的方法来形成树脂部20。参照图6B，在压电基板12的表面上涂光刻胶，并随后对其进行烘烤。然后，执行曝光、显影以及烘烤以在应当在互连电极16上方形成列电极22的区域中限定开口38。参照图6C，将列电极22形成为埋在开口38中。
参照图7A，去除光刻胶36并且在压电基板12的主表面上形成绝缘膜26以覆盖开口38和列电极22。可以通过等离子体喷涂法或气溶胶沉积法来形成绝缘膜26。参照图7B，通过研磨或喷砂来使绝缘膜26变薄，直到露出列电极22的表面。参照图7C，在列电极22上形成焊凸24。随后，通过切割来将晶片形式的压电基板12划分为多个，从而能够完成根据第二实施方式的具有WLP结构的SAW器件。
根据第二实施方式，如图5所示，SAW器件10具有设置在压电基板12上的绝缘膜26，其中绝缘膜26的厚度大于压电基板12的厚度，并且在SAW传播方向上绝缘膜26的热膨胀系数小于压电基板12的热膨胀系数。因此能够限制由温度变化导致的压电基板12的膨胀和收缩，并且改善温度特性。
如图5中所示，绝缘膜26被形成为覆盖位于压电基板12的表面上的树脂部20。梳状电极14上方的空腔18由树脂部20限定。如果绝缘膜26被形成为不覆盖树脂部20，则树脂部20可能由于外部压力而凹陷并且空腔18可能发生破坏。相反，第二实施方式采用绝缘膜26来覆盖树脂部26，从而能够加强树脂部20以防止空腔18发生破坏。
[第三实施方式]
第三实施方式具有在压电基板12的前表面和后表面两者上具有绝缘膜26的示例性结构。图8是沿一条线截取从而呈现出梳状电极14和列电极22的截面的根据第三实施方式的SAW器件的截面图。
参照图8，SAW器件10具有其上形成有梳状电极14、反射电极(未示出)以及互连电极16的压电基板12。梳状电极14与互连电极16电连接。树脂部20形成在压电基板12的主表面上，使得能够在梳状电极14上方限定空腔18。在压电基板12的主表面上形成有绝缘膜26以覆盖树脂部20。列电极22设置在互连电极16上以贯穿压电基板12的主表面上的绝缘膜26。焊凸24形成在列电极22上。在压电基板12的后表面上设置有绝缘膜26。设置在压电基板12的前表面与后表面上的绝缘膜26的厚度都大于压电基板12的厚度，并且在SAW传播方向上绝缘膜26的线膨胀系数比压电基板12的线膨胀系数小。
现在将对制造第三实施方式的SAW器件的方法进行说明。首先，执行结合第一实施方式描述的图2A到2C的制造步骤。接下来，执行结合第二实施方式描述的图6A到7C的制造步骤。因此，完成了具有WLP结构的SAW器件10。
根据第三实施方式，如图8所示，在压电基板12的前表面与后表面上均形成绝缘膜26。因此，与第一实施方式以及第二实施方式相比，能够极大地抑制由温度变化导致的压电基板12的膨胀和收缩，并且获得具有进一步改善的温度特性的SAW器件。
如图8所示，形成在压电基板12的主表面上的绝缘膜26覆盖了整个树脂部20。因此能够加强树脂部20并防止空腔18发生破坏。
形成在压电基板12的前表面与后表面上的绝缘膜26可以由相同的材料或不同的材料制成。
[第四实施方式]
第四实施方式具有在压电基板12的后表面上形成有由包含玻璃的陶瓷制成的绝缘膜26a的示例性结构。图9是根据第四实施方式的SAW器件的截面图。压电基板12是以晶片的形式，在晶片上具有用于得到多个SAW器件10的区域。为了简化起见，在图9中仅示出了多个SAW器件中的一个。
首先，执行了图2A到2C的制造步骤。接下来，参照图9，在压电基板12的后表面上形成由包含玻璃的陶瓷制成的绝缘膜26a。通过旋涂法来将玻璃包含到陶瓷中，其中在陶瓷上涂布硅烷醇化合物液体溶液(silanol compound liquid solution)，并且随后对其进行烘烤。硅醇化合物液体溶液渗入陶瓷中，从而能够获得由包含玻璃的陶瓷制成的绝缘膜26a。随后，执行图2D到3C中例示的制造步骤，从而能够完成根据第四实施方式的具有WLP结构的SAW器件10。
根据第四实施方式，如图9所示，在压电基板12的后表面上形成由包含玻璃的陶瓷制成的绝缘膜26a。绝缘膜26a的杨氏模量比不包含玻璃的绝缘膜的杨氏模量大。随着杨氏模量的增大，绝缘膜变得更加坚硬和更加不易变形。因此，通过在压电基板12的后表面上采用具有大杨氏模量的绝缘膜26a，能够进一步抑制由温度变化导致的压电基板12的膨胀和收缩，并且实现具有进一步改善的温度特性的SAW器件。
第四实施方式可以有各种变型。由包含玻璃的陶瓷制成的绝缘膜26a可以形成在压电基板12的主表面上，而不是形成在压电基板12的后表面上。还可以在压电基板12的前表面和后表面上均形成绝缘膜26a。这些变型能够进一步抑制由温度变化导致的压电基板12的膨胀和收缩，并且提供具有进一步改善的温度特性的SAW器件。
在第一实施方式到第四实施方式中，变薄了的压电基板12的前表面与后表面中的至少一个具有绝缘膜26。可以不使压电基板12变薄。即使当使用没有变薄的压电基板12时，也能够限制压电基板的膨胀和收缩，并实现具有改善的温度特性的SAW器件。
此处叙述的全部示例和条件性语言旨在出于教示目的而帮助读者理解本发明以及发明人对现有技术做出贡献的原理，并且应当被解释为不限于如此具体叙述的示例和条件，并且说明书中对这种示例的组织也与展示本发明的优点和缺点无关。尽管已经详细描述了本发明的实施方式，但应当理解的是在不偏离本发明的精神和范围的情况下可对其做出各种变化、替换和修改。

Claims (9)

1.一种表面声波器件，其包括：
压电基板；
设置在所述压电基板的第一表面上的梳状电极；
限定了位于所述梳状电极上方的空腔的树脂部；以及
设置在所述压电基板的所述第一表面上以覆盖所述树脂部的绝缘膜，
所述绝缘膜的厚度比所述压电基板的厚度大，并且在表面声波的传播方向上所述绝缘膜的线膨胀系数比所述压电基板的线膨胀系数小。
2.根据权利要求1所述的表面声波器件，其中所述绝缘膜设置在所述压电基板的所述第一表面和所述压电基板的与所述第一表面相对的第二表面上。
3.根据权利要求1所述的表面声波器件，其中所述绝缘膜包括陶瓷。
4.根据权利要求1所述的表面声波器件，其中所述绝缘膜包括含有玻璃的陶瓷。
5.一种制造表面声波器件的方法，该方法包括以下步骤：
在压电基板的第一表面上形成梳状电极；
在形成所述梳状电极后使所述压电基板变薄；
形成限定了位于所述梳状电极上方的空腔的树脂部；以及
在所述压电基板的第一表面上形成绝缘膜以覆盖所述树脂部，
所述绝缘膜的厚度比所述压电基板的厚度大，并且在表面声波的传播方向上所述绝缘膜的线膨胀系数比所述压电基板的线膨胀系数小。
6.根据权利要求5所述的方法，其中形成绝缘膜的步骤包括以下步骤：在所述压电基板的所述第一表面和所述压电基板的与所述第一表面相对的第二表面上形成所述绝缘膜。
7.根据权利要求5所述的方法，其中形成绝缘膜的步骤包括以下步骤：以喷涂法或气溶胶沉积法中的一种形成所述绝缘膜。
8.根据权利要求5所述的方法，其中所述绝缘膜包括陶瓷。
9.根据权利要求5所述的方法，其中所述绝缘膜包括含有玻璃的陶瓷。
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