CN104467734A - Gps和bds用声表面波滤波器及其小型化封装工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了GPS和BDS用声表面波滤波器及其小型化封装工艺，涉及声表面波滤波器领域。所述GPS和BDS用声表面波滤波器包括压电基片和设置于压电基片上的输入换能器、输出换能器、频带控制换能器。本发明还公开了GPS和BDS用声表面波滤波器的小型化封装工艺。该GPS和BDS用声表面波滤波器可以实现GPS和BDS通信互相兼容而不产生干扰。

Description

GPS和BDS用声表面波滤波器及其小型化封装工艺

技术领域

    本发明涉及声表面波滤波器领域，具体地，涉及一种可以兼容GPS和BDS频带的声面波滤波器及其小型化封装的工艺。

背景技术

全球主流的导航系统有美国的GPS、俄罗斯的“格鲁纳斯”、欧洲的“伽利略”以及中国的BDS即北斗卫星导航系统。其中，俄罗斯的“格鲁纳斯”导航系统是在苏联时期就已经开始发展，但随着苏联的解体此导航系统也没落了；对于欧洲的“伽利略”导航系统，因为欧盟内部的种种问题此导航系统也是前路坎坷。而美国的GPS导航系统，则是产业链布局成熟和完整，在全球的民用和商用领域中取得了垄断的地位。根据全球导航定位协会的数据统计，中国卫星导航市场目前规模有1200多亿元，而GPS导航系统则占据了95%的市场份额。

随着BDS即北斗卫星导航系统不断的完善，BDS的定位精度和授时精度在地理区域服务方面已经接近或不输于美国的GPS，而且BDS独有的“报文”服务更是GPS所不具备的特色服务。BDS的产业化发展，是国家现在及未来重点发展的项目。

声表面波滤波器作为GPS和BDS中的核心元器件，在导航系统设计中是比不可少的，但是GPS和BDS中声表面波滤波器因为频段不一样很难兼容；另外，目前声表面波滤波器的封装结构大多集中于SMD3*3或者大于SMD3*3的封装结构上，因其设计结构本身的原因尺寸很难再小型化。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题而提出GPS和BDS用声表面波滤波器及其小型化封装工艺；该GPS和BDS用声表面波滤波器可以实现GPS和BDS通信互相兼容而不产生干扰，而针对GPS和BDS用声表面波滤波器的小型化封装工艺，采用SMD2520封装结构，缩小了该GPS和BDS用声表面波滤波器的封装尺寸。

       本发明的技术方案如下：

本发明提出了GPS和BDS用声表面波滤波器，其包括压电基片以及设置于压电基片上的输入换能器、输出换能器、频带控制换能器；

所述输入换能器由互相串联的第一换能器和第五换能器组成；

所述输出换能器由互相串联的第四换能器和第六换能器组成；

所述频带控制换能器包括第二换能器和第三换能器；

所述第五换能器与第六换能器串联；所述第二换能器一端连在第一换能器和第五换能器的连线上，另一端接地；所述第三换能器一端连在第四换能器和第六换能器的连线上，另一端接地。

较优地，所述压电基片材料为钽酸锂LiTaO₃；所述第一换能器、第二换能器、第三换能器、第四换能器、第五换能器和第六换能器均为叉指换能器，其中，第一换能器和第四换能器的指对数均为75对，孔径AP=18*λ₁，λ₁=2.5μm；第五换能器和第六换能器的指对数均为52对，孔径AP=18.5*λ₂，λ₂=2.4μm；第二换能器和第三换能器的指对数均为280对，孔径AP=17.1*λ₃，λ₃=2.6μm。

较优地，该GPS和BDS用声表面波滤波器还包括用于抗高压静电破坏的第一电阻和第二电阻；所述第一电阻并联在第一换能器两端，第二电阻并联在第五换能器两端。

本发明还公开了GPS和BDS用声表面波滤波器的小型化封装工艺，此小型化封装工艺包括以下步骤：

第一步，植金球：在劈刀毛细管顶部打火熔球，再降低劈刀使所熔金球与芯片焊点接触；将芯片加热后，再加上压力和超声功率，使之变形并与芯片焊点键合在一起形成金凸点；再提升劈刀毛细管以在所熔金球的上方拉断金丝，仅在金凸点上端残留少量微丝；通过劈刀对金凸点向下施加压力，使金凸点的顶端变得平坦；

第二步，倒装贴片和超声波焊接：将第一步中植好金球的芯片切成若干的小芯片，再对这些小芯片进行倒装贴片及焊接，其中，这些被倒装贴片的小芯片被焊接在陶瓷底座上；

第三步，将镀有金锡层的帽盖盖在陶瓷底座上；

第四步，将镀有金锡层的帽盖与陶瓷底座融合在一起。

较优地，在第一步植金球的步骤中，将芯片加热到150摄氏度。

较优地，第二步的步骤中，具体地，是将小芯片送入倒装焊的全自动贴片机上，再对这些贴装好的小芯片进行超声波焊接。

较优地，所述陶瓷底座的尺寸为2.5mm*2mm*0.65mm；所述镀有金锡层的帽盖的长度为2.35mm，宽度为1.85mm，金锡层的厚度为0.26um。

较优地，第四步的步骤中，具体地，是使用回流焊将帽盖与陶瓷底座整合在一起。

本发明的有益效果：

 1.本发明所述的GPS和BDS用声表面波滤波器不仅可以覆盖GPS和BDS通信的两个频段，还可以使整个滤波器的插入损耗降低，并提高了带外抑制；

2.第一接地电阻和第二接地电阻的引入，使得该GPS和BDS用声表面波滤波器的抗静电烧毁能力大大增强；

3.GPS和BDS用声表面波滤波器的小型化封装工艺使得该GPS和BDS用声表面波滤波器的封装尺寸极大的变小，从传统的SMD3*3或者大于SMD3*3的封装尺寸缩小到SMD2520封装尺寸，即缩小了该GPS和BDS用声表面波滤波器的封装尺寸，从而减少了要用到该GPS和BDS用声表面波滤波器的导航仪等相关机器的尺寸。

附图说明

图1为本发明所述的GPS和BDS用声表面波滤波器的芯片电路结构图；

图2为本发明所述的GPS和BDS用声表面波滤波器的电路示意图；

图3为本发明所述的GPS和BDS用声表面波滤波器的频率响应图；

图4为被植金球后的芯片；

图5为倒装贴片和超声波焊接图；

图6为陶瓷底座正面示意图；

图7为陶瓷底座的侧面示意图；

图8为镀有金锡层的帽盖的示意图；

图9为GPS和BDS用声表面波滤波器的封装示意图。

具体实施方式

为了更好地说明本发明，现结合实施例与附图作进一步说明。

本发明提出了GPS和BDS用声表面波滤波器。如图1所示为该GPS和BDS用声表面波滤波器的芯片电路结构图，图2为该GPS和BDS用声表面波滤波器的电路示意图。

该GPS和BDS用声表面波滤波器包括压电基片；还包括设置于压电基片上的输入换能器、输出换能器和频带控制换能器。其中，输入换能器由互相串联的第一换能器1和第五换能器5组成；输出换能器由互相串联的第四换能器4和第六换能器6组成；频带控制换能器包括第二换能器2和第三换能器3。

所述第五换能器5与第六换能器6串联；所述第二换能器2一端连在第一换能器1和第五换能器5的连线上，另一端接地；所述第三换能器3一端连在第四换能器4和第六换能器6的连线上，另一端接地。

上述的六个换能器——第一换能器1、第二换能器2、第三换能器3、第四换能器4、第五换能器5和第六换能器6，它们典型的结构为叉指结构的换能器。

上述压电基片材料为钽酸锂LiTaO₃；第一换能器1、第二换能器2、第三换能器3、第四换能器4、第五换能器5和第六换能器6均为叉指换能器，其中，第一换能器1和第四换能器4的指对数均为75对，孔径AP=18*λ₁，λ₁=2.5μm；第五换能器5和第六换能器6的指对数均为52对，孔径AP=18.5*λ₂，λ₂=2.4μm；第二换能器2和第三换能器3的指对数均为280对，孔径AP=17.1*λ₃，λ₃=2.6μm。

 

上述的六个换能器——第一换能器1、第二换能器2、第三换能器3、第四换能器4、第五换能器5和第六换能器6，组成输入换能器的第一换能器1和第五换能器5、组成输出换能器的第四换能器4和第六换能器6这四个换能器对该GPS和BDS用声表面波滤波器的中心频率起决定性作用，而组成频带控制换能器的第二换能器2和第三换能器3则对该GPS和BDS用声表面波滤波器的通带带宽起决定性作用。

如图3的频率响应图可知，通过以上的结构设计，该GPS和BDS用声表面波滤波器的通信频段能够实现覆盖GPS频段和BDS频段，其中，GPS频段为：中心频率为1575.4MHz，带宽为4M，频段1573.4M~1577.4MHZ；BDS频段为：中心频率为1561MHz，带宽为4M，频段1559~1563MHz。

另外，通过以上的结构设计，该GPS和BDS用声表面波滤波器不仅可以覆盖GPS和BDS两个频段，而且可以使整个滤波器的插入损耗降低，并提高了带外抑制。

为了提高抗高压静电破坏的能力，该GPS和BDS用声表面波滤波器还包括第一电阻7和第二电阻8，其中第一电阻7并联在第一换能器1的两端，第二电阻8并联在第五换能器5的两端。

为了缩小声表面波滤波器的封装尺寸，本发明提出了SMD2520封装工艺。具体地，本发明是提出了GPS和BDS用声表面波滤波器的小型化封装工艺，此小型化封装工艺包括以下步骤：

第一步，植金球：在劈刀毛细管顶部打火熔球，再降低劈刀使所熔金球与芯片焊点接触；将芯片加热后，再加上压力和超声功率，使之变形并与芯片焊点键合在一起形成金凸点；再提升劈刀毛细管以在所熔金球的上方拉断金丝，仅在金凸点上端残留少量微丝；通过劈刀对金凸点向下施加压力，使金凸点的顶端变得平坦；较优地，在第一步植金球的步骤中，将芯片加热到150摄氏度，这个加热的温度是根据芯片指条间距而定，如果温度过高，芯片指条间打火严重，会发生严重的静电破坏。在图4中，圆圈为金球，其他部分为芯片。

第二步，倒装贴片和超声波焊接：将第一步中植好金球的芯片切成若干的小芯片，再对这些小芯片进行倒装贴片及焊接，其中，这些被倒装贴片的小芯片被焊接在陶瓷底座上。在这一步中，较优地，是将小芯片送入倒装焊的全自动贴片机上，再对这些贴装好的小芯片进行超声波焊接。在图5中，可以看到小芯片10，金球20和陶瓷底座30，另外，图6为陶瓷底座30正面示意图，图7为陶瓷底座30的侧面示意图。

第三步，将镀有金锡层的帽盖盖在陶瓷底座上；图8为镀有金锡层的帽盖的示意图，其中外面一圈为镀的金锡。

第四步，将镀有金锡层的帽盖与陶瓷底座融合在一起。具体地，是使用回流焊将帽盖与陶瓷底座整合在一起。图9为GPS和BDS用声表面波滤波器的封装示意图，其中可以看到小芯片10，金球20、陶瓷底座30和镀有金锡层的帽盖40。

考虑到封装尺寸，较优地，上述陶瓷底座的尺寸为2.5mm*2mm*0.65mm；所述镀有金锡层的帽盖的长度为2.35mm，宽度为1.85mm，金锡层的厚度为0.26um。

该GPS和BDS用声表面波滤波器的小型化封装工艺的第一步的植金球步骤中，实际上可概括为四个阶段，分别是打火熔球、键合、拉断金丝形成金凸点和整平金凸点这四个阶段。植金球制作过程与金丝球焊机机理基本相同。另外，在芯片的金凸点制作中，整个芯片上金凸点高度的一致性是一个十分关键的参数，如果高度不一致的话，倒装芯片时会造成金凸点损伤或断路。为了得到高度一致的金凸点，需要对金凸点进行整平，在通过劈刀对金凸点向下施加压力使金凸点的顶端变得平坦的同时，还需要综合优化包括温度、功率和压力等各项工艺参数。

该GPS和BDS用声表面波滤波器的小型化封装工艺的第二步的倒装贴片和超声波焊接步骤中，将植好金球的芯片送往自动划片机上切成一个个小芯片，切割完成的小芯片进入倒装焊的全自动贴片机上，其实，倒装芯片之所以被称为“倒装”，是相对于传统的金属线键合连接方式（Wire Bonding）与植球后的工艺而言，传统的通过金属线键与基板连接的芯片电气面朝上，而倒装芯片的电气面朝下，相当于将前者翻转过来，故称为“倒装芯片”。芯片被植完金球后，需要将其翻转，送入反贴片机以便于贴装，然后进行超声波焊接。这第二步的工序步骤是本发明公开的小型化封装工艺的关键步骤，使之区别于其他相对较大尺寸封装的关键工序。

综上所述，本发明公开了GPS和BDS用声表面波滤波器，它将GPS和BDS导航卫星通信的两个频段集成在一颗声表面波滤波器中，能够实现GPS和BDS导航通信互相兼容而不产生干扰；另外，本发明还公开了GPS和BDS用声表面波滤波器的小型化封装工艺，采用SMD2520封装结构工艺，长度为2.5mm，宽度为2.0mm，厚度为0.65mm，缩小了声表面波滤波器如该GPS和BDS用声表面波滤波器的封装尺寸，从而减少要用到本GPS和BDS用声表面波滤波器的导航仪等机器的整机尺寸。

Claims (8)

1.GPS和BDS用声表面波滤波器，其特征在于包括：

压电基片；

设置于压电基片上的输入换能器、输出换能器和频带控制换能器；

所述输入换能器由互相串联的第一换能器和第五换能器组成；

所述输出换能器由互相串联的第四换能器和第六换能器组成；

所述频带控制换能器包括第二换能器和第三换能器；

所述第五换能器与第六换能器串联；所述第二换能器一端连在第一换能器和第五换能器的连线上，另一端接地；所述第三换能器一端连在第四换能器和第六换能器的连线上，另一端接地。

2.如权利要求1所述的GPS和BDS用声表面波滤波器，其特征在于：

所述压电基片材料为钽酸锂LiTaO₃；

所述第一换能器、第二换能器、第三换能器、第四换能器、第五换能器和第六换能器均为叉指换能器，其中，第一换能器和第四换能器的指对数均为75对，孔径AP=18*λ₁，λ₁=2.5μm；第五换能器和第六换能器的指对数均为52对，孔径AP=18.5*λ₂，λ₂=2.4μm；第二换能器和第三换能器的指对数均为280对，孔径AP=17.1*λ₃，λ₃=2.6μm。

3.如权利要求1所述的GPS和BDS用声表面波滤波器，其特征在于：还包括设置于压电基片上的用于抗高压静电破坏的第一电阻和第二电阻；所述第一电阻并联在第一换能器两端，第二电阻并联在第五换能器两端。

4.GPS和BDS用声表面波滤波器的小型化封装工艺，其特征在于：

包括以下步骤：

第一步，植金球：在劈刀毛细管顶部打火熔球，再降低劈刀使所熔金球与芯片焊点接触；将芯片加热后，再加上压力和超声功率，使之变形并与芯片焊点键合在一起形成金凸点；再提升劈刀毛细管以在所熔金球的上方拉断金丝，仅在金凸点上端残留少量微丝；通过劈刀对金凸点向下施加压力，使金凸点的顶端变得平坦；

第二步，倒装贴片和超声波焊接：将第一步中植好金球的芯片切成若干的小芯片，再对这些小芯片进行倒装贴片及焊接，其中，这些被倒装贴片的小芯片被焊接在陶瓷底座上；

第三步，将镀有金锡层的帽盖盖在陶瓷底座上；

第四步，将镀有金锡层的帽盖与陶瓷底座融合在一起。

5.如权利要求4所述的小型化封装工艺，其特征在于：在第一步植金球的步骤中，将芯片加热到150摄氏度。

6.如权利要求4所述的小型化封装工艺，其特征在于：第二步的步骤中，具体地，是将小芯片送入倒装焊的全自动贴片机上，再对这些贴装好的小芯片进行超声波焊接。

7.如权利要求4所述的小型化封装工艺，其特征在于：所述陶瓷底座的尺寸为2.5mm*2mm*0.65mm；所述镀有金锡层的帽盖的长度为2.35mm，宽度为1.85mm，金锡层的厚度为0.26μm。

8.如权利要求4所述的小型化封装工艺，其特征在于：第四步的步骤中，具体地，是使用回流焊将帽盖与陶瓷底座整合在一起。