CN104521140B - 电子元件 - Google Patents

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Abstract

一种电子元件，包括基板、设置在所述基板上的功能部件、以及设置在所述基板上并且密封所述功能部件的密封体。在最低温度至少与密封体的玻璃转变温度一样高的温度范围中，密封体的线性膨胀系数大于基板的线性膨胀系数。在最高温度低于密封体的玻璃转变温度的温度范围中，密封体的线性膨胀系数小于基板的线性膨胀系数。即使长期使用，电子元件也表现出良好的可靠性。

Description

电子元件
技术领域
本发明涉及在各种电子设备中使用的电子元件。
背景技术
图14A和图14B是传统电子元件1的示意性横截面视图，电子元件1是弹性波器件。电子元件1具有由压电单晶体组成的压电基板2、设置在压电基板2上的梳形电极3、设置在压电基板2上的布线4、由梳形电极3激励的空间5、覆盖空间5的盖体6、从盖体6上方密封空间5的密封体7、设置在密封体7上的端子电极8、以及穿透密封体7并且连接布线4和端子电极8的连接电极9。
在电子元件1中，长期使用有时会导致在压电基板2中形成裂缝11，从而破坏所述电子元件。
与电子元件1相似的另一种传统电子元件被公开在日本专利申请No.JP 2001-185976 A。
发明内容
根据一方面，一种电子元件包括基板、设置在所述基板上的功能部件、以及设置在所述基板上并且密封所述功能部件的密封体。在最低温度至少与所述密封体的玻璃转变温度一样高的温度范围内，所述密封体的线性膨胀系数大于所述基板的线性膨胀系数。在最高温度比所述密封体的玻璃转变温度更低的温度范围内，所述密封体的线性膨胀系数小于所述基板的线性膨胀系数。
该电子元件即使在长期使用时也表现出优良的可靠性。
附图说明
图1是电子元件的一实施例的示意性横截面视图；
图2是示出图1的电子元件的密封体的第一组温度特性的图；
图3是示出图1的电子元件的密封体的第二组温度特性的图；
图4是示出图1的电子元件的密封体的第三组温度特性的图；
图5是示出图1的电子元件的密封体的第四组温度特性的图；
图6是电子元件的另一实施例的示意性横截面视图；
图7是比较例的电子元件的示意性横截面视图；
图8是示出图6的电子元件的密封体的第一组温度特性的图；
图9是示出图6的电子元件的密封体的第二组温度特性的图；
图10是示出图7的电子元件的密封体的第一组温度特性的图；
图11是示出图7的电子元件的密封体的第二组温度特性的图；
图12是电子元件的另一实施例的示意性横截面视图；
图13是电子元件的另一实施例的示意性横截面视图；
图14A是传统电子元件的示意性横截面视图；以及
图14B是传统电子元件的示意性横截面视图。
具体实施方式
图1是本发明一实施例中的电子元件21的示意性横截面视图。电子元件21是弹性波器件。电子元件21包含基板22、设置在基板22的上表面22A上的梳形电极23、设置在基板22的上表面22A上的布线24、位于梳形电极23的上表面23A上方的空间25、从上方覆盖空间25的盖体26，从盖体26的上表面26A覆盖空间25的密封体27、设置在密封体27的上表面27A上的端子电极28、以及穿透密封体27并且连接布线24和端子电极28的连接电极29。梳形电极23激励空间25。电子元件21占据与基板22相同的表面积，并且非常小。可以在将基板22分割成单个元件之前的晶片状态下执行密封和形成端子电极28。电子元件21可被称为晶片级芯片尺寸封装(CSP)。
电子元件21不是必需具有连接电极29和端子电极28。在这种实施方式中，通过裸露布线24以及使用裸露的布线作为电极，可以从电子元件21提取来自梳形电极23的信号。
在图1所示的实施例中，基板22由压电材料形成，更具体地，由旋转的Y切割X传播(Y-cut X-propagation)钽酸锂单晶体构成。基板厚度，即从基板22的上表面22A到下表面22B的距离，大约为100μm到350μm。表面弹性波在基板22的上表面22A传播。如图1所示，定义电子元件21的X轴、Y轴和Z轴。表面弹性波沿上表面22A传播的方向定义为X轴方向。沿上表面22A与X轴正交的方向定义为Y轴方向。与X轴和Y轴正交的方向，即基板22的厚度方向，定义为Z轴方向。基板22在X轴方向上的线性膨胀系数αX是16.2ppm/℃，在Y轴方向上的线性膨胀系数αY是9.7ppm/℃。基板22具有解理面30，其在相对于Y轴方向具有锐角的方向上延伸。
梳形电极23由含有铝作为主要成分的金属构成，并且形成在基板22的上表面22A上。通过将电压施加到梳形电极23，在基板22的上表面22A处激励表面弹性波。由诸如硅氧化物之类的电介质材料形成的保护膜可以形成在梳形电极23的表面上。以此方式，梳形电极23作为使电子元件21能够用作弹性波器件的功能部件。
布线24由形成在基板22的上表面22A上的导体构成，并且电连接到梳形电极23。
空间25是设置在梳形电极23的上表面23A上方的密封腔，并且用于在基板22的上表面22A处激励表面弹性波。
盖体26由聚酰亚胺基树脂(polyimide-based resin)形成，并且从基板22的上表面22A覆盖梳形电极23，空间25设置于它们之间。
密封体27是绝缘体，其从盖体26上方覆盖空间25，并且通过热固化包括热固化树脂和无机填料的复合物而形成。
端子电极28是导体，其用作电子元件21的输入输出端子或接地端子，并且通过光刻法形成在密封体27的上表面27A上。
连接电极29是导体，其穿透密封体27且连接布线24和端子电极28，并且例如通过铜电解镀(electrolytic copper plating)而形成。
电子元件21不是必需具有盖体26和空间25。
图1所示的实施例中的电子元件21的密封体27通过热固化具有10±2wt％的热固化树脂和90±2wt％的无机填料的材料而形成，所述热固化树脂含有环氧树脂基(epoxy-based)成分和橡胶基(rubber-based)成分，所述无机填料含有二氧化硅作为主要成分。调整热固化树脂的成分以便密封体27的固化温度为180℃，并且使用DMA设备测量的密封体27的玻璃转变温度TgA为50℃。以此方式，密封体27的玻璃转变温度TgA被调整为落在电子元件21的-55℃至125℃的工作温度范围内。通过采用以此方式构成的密封体27，电子元件21能够抑制由在从-55℃到125℃的工作温度范围内的温度波动导致的对基板22的任何损坏，从而提高长期使用时的可靠性。
图2至图5是示出密封体27的特性的图。
图2示出密封体27在X轴方向和Y轴方向上的线性膨胀系数αA关于温度的变化，以及图14A所示的传统电子元件1的密封体7在X轴方向和Y轴方向上的线性膨胀系数αB关于温度的变化。在图2中，垂直轴表示线性膨胀系数，水平轴表示温度。图1所示的电子元件21的密封体27和图14A所示的传统电子元件1的密封体7不具有各向异性，因此沿X轴方向的线性膨胀系数和沿Y轴方向的线性膨胀系数相等。图2还示出图1所示的实施例中的电子元件21的基板22的沿X轴方向的线性膨胀系数αX和沿Y轴方向的线性膨胀系数αY。传统电子元件1的基板2的线性膨胀系数与图1所示的实施例中的基板22的线性膨胀系数相同。密封体7由典型的热固化树脂形成。
电子元件21的密封体27具有玻璃转变温度TgA，传统电子元件1的密封体7具有玻璃转变温度TgB。玻璃转变温度TgB为161℃。
对于由钽酸锂的单晶体构成的基板2和22，沿X轴方向的线性膨胀系数αX是16.2ppm/℃，沿Y轴方向的线性膨胀系数αY是9.7ppm/℃。因为沿X轴方向的线性膨胀系数αX大，所以温度变化导致的在X轴方向上的尺寸变化大，意味着电子元件21的电特性受温度变化影响。
传统电子元件1的密封体7的玻璃转变温度TgB是161℃，其高于电子元件1的-55℃到125℃的工作温度范围，并且代表电子元件中使用的典型热固化树脂的玻璃转变温度。传统电子元件1的密封体7的线性膨胀系数αB在不高于玻璃转变温度TgB的温度下设置为与基板2的沿X轴方向的线性膨胀系数αX相似的值。因此，密封体7的尺寸改变以便匹配基板2的X轴方向尺寸变化，因此从密封体7施加到基板2的沿X轴方向的应力量是小的。传统电子元件1的密封体7的线性膨胀系数αB在比玻璃转变温度TgB更高的温度下呈现出温度依赖性，但是该温度依赖性对传统电子元件1的可靠性的影响是微小的，并且没有在图2中示出。
如图2所示，图1所示的实施例中的电子元件21的密封体27的玻璃转变温度TgA设置为50℃，并且在比玻璃转变温度TgA更低的温度下，线性膨胀系数αA是7ppm/℃，其低于基板22的线性膨胀系数αX和αY，而在比玻璃转变温度TgA更高的温度下，线性膨胀系数αA是25ppm/℃，其大于基板22的线性膨胀系数αX和αY。
如图2所示，定义两个温度范围，从最低温度LB1到最高温度UB1的温度范围TB1、以及从最低温度LB2到最高温度UB2的温度范围TB2。温度范围TB1的最低温度LB1至少与密封体27的玻璃转变温度TgA一样高。温度范围TB2的最高温度UB2低于玻璃转变温度TgA。温度范围TB1的最高温度UB1等于或高于使用电子元件21的工作温度范围的最高温度，温度范围TB2的最低温度LB2等于或低于使用电子元件21的工作温度范围的最低温度。在温度范围TB1中，密封体27的线性膨胀系数αA大于基板22的线性膨胀系数αX和αY，在温度范围TB2中，密封体27的线性膨胀系数αA小于基板22的线性膨胀系数αX和αY。
图3示出图1所示的实施例中的电子元件21的密封体27的杨氏模量EA关于温度的变化，以及传统电子元件1的密封体7的杨氏模量EB关于温度的变化。在图3中，垂直轴表示杨氏模量，水平轴表示温度。由钽酸锂的单晶体组成的基板2和22的杨氏模量大约是273GPa。
如图3所示，传统电子元件1的密封体7的杨氏模量EB随着温度下降到玻璃转变温度TgB以下而逐渐增大，在125℃或者更低的温度下，杨氏模量EB是10GPa或更大，随着温度朝向-55℃下降，杨氏模量EB逼近15GPa。
如图3所示，图1所示的实施例中的电子元件21的密封体27的杨氏模量EA在比玻璃转变温度TgA更高的温度处非常小，在75℃或更高温度处的杨氏模量EA是1GPa或更小，在100℃或更高温度处的杨氏模量EA是0.5GPa或更小。在比玻璃转变温度TgA更低的温度处，杨氏模量EA相当大，在0℃或更低温度处的杨氏模量EA至少是20GPa，在-25℃或更低温度处的杨氏模量EA是30GPa或更大。杨氏模量EA的这些类型的特性能够通过适当地调整热固化树脂和无机填料的成分和混合比例来获取。
如图3所示，定义两个温度范围，从最低温度LC1到最高温度UC1的温度范围TC1、以及从最低温度LC2到最高温度UC2的温度范围TC2。温度范围TC1的最低温度LC1至少与密封体27的玻璃转变温度TgA一样高。温度范围TC2的最高温度UC2低于玻璃转变温度TgA。温度范围TC1的最高温度UC1等于或高于使用电子元件21的工作温度范围的最高温度，温度范围TC2的最低温度LC2等于或低于使用电子元件21的工作温度范围的最低温度。温度范围TC1中的密封体27的杨氏模量是温度范围TC2中的密封体27的杨氏模量的1/10或更小。
图4示出在图1所示的实施例的电子元件21中由密封体27施加到基板22的X轴方向应力的相对值σAX关于温度的变化。图4还示出在传统电子元件1中由密封体7施加到基板2的X轴方向应力的相对值σBX关于温度的变化。所述应力可以通过使用线性膨胀系数和杨氏模量的仿真来确定。当X轴方向应力的相对值σAX和σBX为正时，在X轴方向上密封体7和27受到比各自的基板2和22更大的收缩，并且张应力被施加到基板2和22。当X轴方向应力的相对值σAX和σBX为负时，在X轴方向上密封体7和27受到比各自的基板2和22更大的膨胀，并且压应力被施加到基板2和22。
如图4所示，图1所示的实施例中的电子元件21的密封体27的应力的相对值σAX在密封体27的固化温度180℃处是零，随着温度下降而稍微增大，在玻璃转变温度TgA附近达到局部最大，然后在比玻璃转变温度TgA更低的温度处减小，在-55℃处达到大约-1.8的值。以此方式，电子元件21的密封体27的应力在工作温度范围的温度比玻璃转变温度TgA更高的从50℃到125℃的部分中是非常小的，并且接近于零，但是在工作温度范围的温度比玻璃转变温度TgA更低的从-55℃到25℃的部分中向基板22施加压应力。在低温度处，密封体27在电子元件21中产生X轴方向应力。但是，因为该应力是压应力，所以它不会以导致基板22在解理面30裂开的方式作用在基板22上。所述应力以在基板22的解理面30处挤压基板22的方式作用在基板22上，由此抑制基板22的破损并且使电子元件21的可靠性能够得到改善。
相反，如图4所示，传统电子元件1的密封体7的X轴方向应力的相对值σBX在密封体7的固化温度180℃处是零，然后随着温度降低而逐渐增大，在-55℃处达到大约+0.4的值。以此方式，在传统电子元件1中，密封体7的X轴方向应力是张应力，但是因为该应力的大小相当小，所以对电子元件1的影响是微小的。
图5示出在图1所示的实施例的电子元件21中由密封体27施加到基板22的Y轴方向应力的相对值σAY关于温度的变化。图5还示出在传统电子元件1中由密封体7施加到基板2的Y轴方向应力的相对值σBY关于温度的变化。应力的相对值σAY和σBY中的每个可以通过使用线性膨胀系数和杨氏模量的仿真来确定。当Y轴方向应力的相对值σAY和σBY为正时，在Y轴方向上密封体7和27受到比各自的基板2和22更大的收缩，并且张应力被施加到基板2和22。当Y轴方向应力的相对值σAY和σBY为负时，在Y轴方向上密封体7和27受到比各自的基板2和22更大的膨胀，并且压应力被施加到基板2和22。
如图5所示，由传统电子元件1的密封体7施加到基板2的Y轴方向应力的相对值σBY在密封体7的固化温度180℃处是零，并且然后随着温度从该固化温度下降而逐渐增大，在-55℃处达到大约+1.8的值。在-55℃处，传统电子元件1的密封体7施加张应力12到基板2，并且该张应力12随着温度下降而增大。因为基板2具有沿着相对于Y轴方向呈锐角的方向的解理面10，所以张应力12以在垂直于解理面10的方向上撕开基板2的方式作用在基板2上，其有时能够导致从基板2的边缘开始沿着解理面10形成裂缝11，如图14B所示。
如图5所示，图1所示的实施例中的电子元件21的密封体27的Y轴方向应力的相对值σAY在密封体27的固化温度180℃处是零，随着温度下降而稍微增大，在玻璃转变温度TgA附近达到局部最大值，然后在比玻璃转变温度TgA更低的温度处减小，在-55℃处达到大约-0.4的值。以此方式，在电子元件21的密封体27中，Y轴方向应力在工作温度范围的温度比玻璃转变温度TgA更高的从50℃到125℃的部分中是非常小的并且接近于零，并且在工作温度范围的温度比玻璃转变温度TgA更低的从-55℃到25℃的部分中具有相当小的Y轴方向压应力。以此方式，在密封体27的Y轴方向上，电子元件21呈现出微小的应力，而且，因为该应力是压应力，所以它不会以导致基板22在解理面30处裂开的方式作用在基板22上。因此，该应力对基板22的影响能得到减小，并且电子元件21的可靠性能够得到改善。
如上所述，在图1所示的实施例的电子元件21中，在最低温度LB1至少与密封体27玻璃转变温度TgA一样高的温度范围TB1中，密封体27的线性膨胀系数αA大于基板22的线性膨胀系数αX和αY，而在最高温度UB2低于玻璃转变温度TgA的温度范围TB2中，密封体27的线性膨胀系数αA小于基板22的线性膨胀系数αX和αY。结果，在密封体27的玻璃转变温度TgA两侧的温度处，由密封体27施加到基板22的应力能够从张应力反转到压应力。因此，由热膨胀或热收缩导致的对基板22的损坏能够得到减少，并且电子元件21的长期可靠性能够得到改善。
替选地，在图1所示的实施例中的电子元件21中，在最低温度LC1比密封体27的玻璃转变温度TgA更高的温度范围TC1中，密封体27的杨氏模量是在最高温度UC2比玻璃转变温度TgA更低的温度范围TC2中的密封体27的杨氏模量的1/10或更小。结果，在高温范围TC1中由密封体27施加到基板22的应力能够减小到非常低的水平，而在低温范围TC2中密封体27向基板22施加压应力。因此，对基板22的损坏能够得到抑制，并且电子元件21的长期可靠性能够得到改善。
此外，图1所示的实施例的电子元件21中的密封体27的玻璃转变温度TgA优选至少为40℃但不高于90℃。这使得在电子元件21的工作温度范围中由密封体27施加到基板22的张应力能够得到减小，使得基板22的损坏能够得到减少，并且使得电子元件21的长期可靠性能够得到改善。就减小由密封体27施加到基板22的应力而言，密封体27的玻璃转变温度TgA更优选地至少为40℃但不高于60℃。
图1所示的实施例中的电子元件21的密封体27中的无机填料的量是90±2wt％。密封体27优选包含从75wt％到94wt％的无机填料。这使得低温范围中的线性膨胀系数和杨氏模量设置为适当的值。
此外，在图1所示的实施例中的电子元件21中，用于密封体27的树脂是热固化树脂，并且包含环氧树脂基成分和橡胶基成分。但是，密封体27的热固化树脂可以包含环氧树脂基成分，但是不包含橡胶基成分。甚至在该实施例中，在低温范围和高温范围的线性膨胀系数和杨氏模量仍能设置为适当的值。
图6是根据本发明另一实施例的电子元件41的示意性横截面视图。在图6中，那些与图1所示的实施例中的电子元件21相同的部分使用相同的附图标记来标注。与图1所示的实施例中的电子元件21相似，图6所示的实施例中的电子元件41是弹性波器件。
代替图1所示的实施例的电子元件21的密封体27和连接电极29，图6所示的实施例中的电子元件41包括密封体43和连接电极44，并且还包括金属体42。金属体42连接到布线24，并且设置在盖体26的上表面26A上。金属体42设置在盖体26的与面对空间25的表面相反的表面上。密封体43从金属体42的上表面42A覆盖金属体42，并且由与图1所示的实施例中的密封体27相同的复合物形成。连接电极44穿透密封体43并且连接端子电极28和金属体42。金属体42确保电子元件41，尤其是空间25，具有符合要求的机械强度。金属体42通过在盖体26的上表面26A上的铜电解镀而形成，主要由金属铜组成，并且在制造期间在密封体43的180℃热固化处理步骤中经历结晶和收缩。在电子元件41的-55℃到125℃的工作温度范围中，金属体42的线性膨胀系数是20.5ppm/℃，杨氏模量是123GPa。图6所示的实施例中的电子元件41受密封体43和金属体42的热膨胀和热收缩的影响。
图7是比较例的电子元件51的示意性横截面视图。在图7中，那些与图6所示的实施例中的电子元件41相同的部分使用相同的附图标记来标注。替代图6所示的实施例的电子元件41的密封体43，比较例的电子元件51包括由与图14A和图14B所示的传统电子元件1的密封体7相同的复合物形成的密封体52。
下面参照附图8-11描述在图6所示的实施例的电子元件41中，由密封体43和金属体42施加到基板22的应力。
图8和图9是示出图6所示的实施例中的电子元件41的密封体43的特性的图。
图8示出对于图6所示的实施例的电子元件41，由密封体43施加到基板22的X轴方向应力的相对值σAX关于温度的变化，以及由金属体42施加到基板22的X轴方向应力的相对值σMX关于温度的变化。在图8中，垂直轴表示应力的相对值，水平轴表示温度。应力的相对值σAX和σMX中的每个能够通过使用线性膨胀系数和杨氏模量的仿真来确定。图8还示出通过结合来自密封体43的X轴方向应力的相对值σAX和来自金属体42的X轴方向应力的相对值σMX而得到的总应力的相对值σAMX关于温度的变化。
如图8所示，结合了来自密封体43和金属体42的X轴方向应力的总应力的相对值σAMX在25℃或更低的温度以及在100℃或更高的温度处表现为压应力，并且在25℃到100℃的温度处表现为张应力，在约50℃张应力达到最大值。以此方式，金属体42的张应力随着温度下降而增大。但是，因为密封体43以压应力压在金属体42的上表面42A上，所以密封体43和金属体42的总体结合抵消了金属体42的张应力，并且能够减小张应力水平。因此，始于解理面30的基板22的损坏能够被抑制。
图9示出对于图6所示的实施例的电子元件41，由密封体43施加到基板22的Y轴方向应力的相对值σAY关于温度的变化，以及由金属体42施加到基板22的Y轴方向应力的相对值σMY关于温度的变化。在图9中，垂直轴表示应力的相对值，水平轴表示温度。应力的相对值σAY和σMY中的每个能够通过使用线性膨胀系数和杨氏模量的仿真来确定。图9还示出通过结合来自密封体43的Y轴方向应力的相对值σAY和来自金属体42的Y轴方向应力的相对值σMY而得到的总应力的相对值σAMY关于温度的变化。
如图9所示，结合了来自密封体43和金属体42的Y轴方向应力的总应力的相对值σAMY在100℃或更高的温度处表现为压应力，并且在100℃或更低的温度处表现为张应力，张应力达到约0.6的最大值。在Y轴方向上，因为金属体42的线性膨胀系数和基板22的线性膨胀系数之间的差别大，所以张应力随着温度下降而增大。但是，因为密封体43以压应力压在金属体42的上表面42A上，所以密封体27和金属体42的总体结合能够减小施加到基板22的张应力，由此抑制由金属体42的张应力导致的始于解理面30的对基板22的损坏。通过确保在低温范围中密封体43的杨氏模量足够大，由金属体42的收缩导致的张应力水平能够得到控制。
图10和图11是示出比较例的电子元件51的密封体52的特性的图。
图10示出对于比较例的电子元件51，由密封体52施加到基板22的X轴方向应力的相对值σBX关于温度的变化，以及由金属体42施加到基板22的X轴方向应力的相对值σMX关于温度的变化。在图10中，垂直轴表示应力的相对值，水平轴表示温度。应力的相对值σBX和σMX中的每个能够通过使用线性膨胀系数和杨氏模量的仿真来确定。图10还示出通过结合来自比较例的电子元件51的密封体52的X轴方向应力的相对值σBX和来自金属体42的X轴方向应力的相对值σMX而得到的总应力的相对值σBMX关于温度的变化。
如图10所示，在比较例的电子元件51中，结合了来自密封体52和金属体42的X轴方向应力的总应力的相对值σBMX在110℃或更高温度处表现为压应力，在110℃或更低温度处表现为张应力，在-55℃张应力达到约0.7。因此，在比较例的电子元件51中，随着温度下降，来自密封体52和金属体42的X轴方向张应力变得更强。但是，张应力的大小是相当小的，基板22从解理面30沿X轴方向裂开的可能性不是非常高。
图11示出对于比较例的电子元件51，由密封体52施加到基板22的Y轴方向应力的相对值σBY关于温度的变化，以及由金属体42施加到基板22的Y轴方向应力的相对值σMY关于温度的变化。在图11中，垂直轴表示应力的相对值，水平轴表示温度。应力的相对值σBY和σMY中的每个能够通过使用线性膨胀系数和杨氏模量的仿真来确定。图11还示出通过结合来自比较例的电子元件51的密封体52的Y轴方向应力的相对值σBY和来自金属体42的Y轴方向应力的相对值σMY而得到的总应力的相对值σBMY关于温度的变化。
如图11所示，在比较例的电子元件51中，结合了来自密封体52和金属体42的Y轴方向应力的总应力的相对值σBMY在130℃或更高温度处表现为压应力，在130℃或更低温度处表现为张应力。张应力随着温度下降而增大，并且在-55℃达到约2.7的值。以此方式，在比较例的电子元件51中，来自密封体52和金属体42的Y轴方向张应力随着温度降低而变得更强，并且因为张应力的大小变得很大，所以基板22从解理面30裂开的可能性高。
在图6所示的实施例的电子元件41中，以与图1所示的实施例的电子元件21中的密封体27和基板22的在图2中示出的方式相似的方式，在最低温度LB1至少与密封体43的玻璃转变温度TgA一样高的温度范围TB1中，密封体43的线性膨胀系数αA大于基板22的线性膨胀系数αX和αY，而在最高温度UB2低于玻璃转变温度TgA的温度范围TB2中，密封体43的线性膨胀系数αA小于基板22的线性膨胀系数αX和αY。结果，由密封体43施加到基板22的应力可以在高温度处为张应力，并且在低温度处为压应力。因此，由金属体42施加到基板22的应力能够抵消，并且基板22的损坏能够减少，意味着电子元件41的长期可靠性能够得到改善。
在图6所示的实施例的电子元件41中，以与图1所示的实施例的电子元件21中的密封体27的在图3中示出的方式相似的方式，在最低温度LC1高于密封体43的玻璃转变温度TgA的温度范围TC1中的密封体43的杨氏模量是在最高温度UC2低于玻璃转变温度TgA的温度范围TC2中的密封体43的杨氏模量的1/10或更小。结果，在高温处由密封体43施加到基板22的应力能够显著减小，并且在高温处由金属体42施加到基板22的张应力能够减小。因此，基板22的损坏能够被抑制，并且电子元件41的长期可靠性能够得到改善。
图1和图6分别示出的实施例中的电子元件21和41是弹性波器件。但是，只要器件是具有其中用密封体27(43)覆盖基板22的结构的电子元件，由于基板22和密封体27(43)的线性膨胀系数差异，就会在基板22或密封体27(43)中产生相对应力。该应力能够导致基板22中的裂缝，致使电子元件21和41可能损坏。因此，以上述方式设置电子元件21和41中的密封体27和43的温度系数使得在高温和低温处电子元件21和41中的内部应力能够减小，结果能够改善长期可靠性。
应理解，除了弹性波器件之外，减小弹性波器件的基板的应力的实施例和方法还能应用到其他电子元件。
图12是根据本发明另一实施例的电子元件121的示意性横截面视图。在图12中，那些与图1所示的实施例中的电子元件21相同的部分使用相同的附图标记来标注。与图1所示的实施例中的电子元件21相似，图12所示的实施例中的电子元件122是弹性波器件。
替代图1所示的在实施例中的电子元件21的密封体27，图12所示的实施例中的电子元件121包括密封体127。密封体127具有与图1所示的实施例中的密封体27相同的形状，并且从盖体26的上表面26A覆盖梳形电极23，空间25设置在它们之间。
密封体127由与图1所示的实施例中的密封体27不同的材料形成。密封体127是通过热固化含有30wt％的热固化树脂和70wt％的负膨胀材料的材料而形成的绝缘体。热固化树脂含有环氧树脂基成分和橡胶基成分。调整热固化树脂的成分以便密封体27的固化温度是180℃，并且使用DMA设备测量的玻璃转变温度TgA是50℃。通过使用此类配置，由从-55℃到125℃的工作温度范围内的温度波动导致的对电子元件121中的基板22的任何损坏能够得到抑制，因此改善了长期使用时的可靠性。
负膨胀材料具有一种属性，其中在特定温度范围内，材料的体积随着温度增大而减小，因此所述材料在该温度范围内表现出负的线性膨胀系数。可用作负膨胀材料的材料示例包括诸如钨酸锆(ZrW2O8)、硅氧化物(Li2O-Al2O3-nSiO2)、HfW2O8和BiNiO3之类的复合氧化物，以及具有反钙钛矿(inverse perovskite)结构的锰氮化物(Mn3XN)。
负膨胀材料优选在电子元件121的整个工作温度范围内具有负的线性膨胀系数。而且，负膨胀材料优选由在电子元件121的整个工作温度范围内具有负的线性膨胀系数的单种成分构成。但是，在具有负线性膨胀系数的温度范围狭窄的负膨胀材料的情况下，线性膨胀系数为负的温度范围不同的多种负膨胀材料成分可以组合，以便在电子元件121的基本整个工作温度范围内，负膨胀材料的总体组合具有负线性膨胀系数。
图12所示的实施例中的电子元件121的密封体127具有与图1所示的实施例中的电子元件21的密封体27的图2到图5所示的特性相同的特性，并且因此具有相同的效果。
就密封体127的杨氏模量而言，通过调整负膨胀材料的成分以及热固化树脂和负膨胀材料之间的混合比例，能够获得与图1所示的实施例中的密封体27的杨氏模量EA的图3所示的温度特性相同的温度特性。
通过在电子元件121的密封体127中包括具有负线性膨胀系数的负膨胀材料，以与图1所示的实施例中的密封体27类似的方式，密封体127的线性膨胀系数能够被抑制到非常小的值。结果，由于温度波动引起的电子元件121中的内部应力能够减小，并且电子元件121的故障能够减少。
图12所示的实施例中的密封体127中的负膨胀材料的量是70％，但是通过将密封体127中的负膨胀材料的量调整到从65％到80％范围内的值，每个温度范围TB1、TB2、TC1和TC2内的线性膨胀系数和杨氏模量能够被设置到合适的值。
密封体127包含作为填料加入到热固化树脂的负膨胀材料。当诸如SiO2之类的无机材料用作密封体127的填料时，超过80％的填充比例使得密封体127的线性膨胀系数能够满足上述条件。如果无机填料的填充比例高，则当以片材形式操纵密封体127时，其可能变脆且更可能造成裂纹或者裂缝。然而，通过使用负膨胀材料作为热固化树脂的填料，填充比例能够减小到80％或者更低。因此，与使用诸如SiO2之类的无机材料的实施例相比，裂纹或者裂缝较少可能出现在片材形式的密封体127中，由此操纵片材形式的密封体127变得不那么困难。当期望更小外形的电子元件121时，使用片材形式的密封体127允许以高精度控制高度。当使用液体密封材料形成密封体127时，可利用研磨步骤以控制电子元件121的高度。然而，通过使用片材形式的密封体127，能够在制造阶段减小密封体127的厚度，意味着所述研磨步骤能够被省略，由此使得电子元件121的制造成本能够下降。
此外，在对电子元件121的加工中，可以在诸如将半导体晶片分割成单个片以及钻通孔之类的步骤中使用激光加工。在激光加工中，如果密封体127的填料含量高，并且大量填料存在于由激光照射的部分处，则填料分离能导致加工精度降低或者加工速度下降，使得难以加工密封体127。但是，当负膨胀材料用作填料时，因为密封体127中的填料的量减小，所以激光加工能够更容易地进行。
图13是根据本发明另一实施例的电子元件141的示意性横截面视图。在图13中，那些与图6所示的实施例中的电子元件41相同的部分使用相同的附图标记来标注。与图6所示的实施例中的电子元件41相似，图13所示的实施例中的电子元件141是弹性波器件。
代替图6所示的实施例中的电子元件41的密封体43，图13所示的实施例中的电子元件141包括密封体143。密封体143具有与图6所示的实施例中的密封体43相同的形状，并且从金属体42的上表面42A以及盖体26的上表面26A覆盖梳形电极23，空间25设置在它们之间。密封体143具有与图12所示的实施例中的电子元件121的密封体127相同的成分，并且包括负膨胀材料。
图13所示的实施例中的电子元件141的密封体143具有与图6所示的实施例中的电子元件41的密封体43的在图8到图11中示出的特性相同的特性，并且因此具有相同的效果。
图12和图13分别示出的实施例中的电子元件121和141是弹性波器件。但是，只要器件是具有其中用密封体127(143)覆盖基板22的结构的电子元件，由于基板22和密封体127(143)的线性膨胀系数差异，就在基板22或密封体127(143)中产生相对应力。该应力能够导致基板22中的裂缝，致使电子元件121和141可能损坏。因此，在电子元件121和141的密封体127和143中包括负膨胀材料使得在高温和低温处电子元件121和141中的内部应力能够减小，结果能够改善长期可靠性，而且除了弹性波器件之外，本发明还能够应用于其他电子元件。
在上述实施例中，诸如“上表面”和“下表面”之类的表示方向的术语用于指示仅与电子元件的结构部件诸如基板和密封体之间的相对位置关系相关的相对方向，而不以任何方式指示诸如垂直方向等之类的绝对方向。
这里公开的电子元件的实施例可用于在各种电子设备中使用的电子元件，尤其可用于使用也称为晶片级封装的包封(housing)技术的电子元件中，在晶片级封装中基板和电子元件的外形尺寸基本相等，还用于诸如主要用在移动通信设备中的高频滤波器，分频器和双工器之类的弹性波器件。
附图标记列表
21：电子元件
22：基板
23：梳形电极(功能部件)
24：布线
25：空间
26：盖体
27：密封体
28：端子电极
29：连接电极
41：电子元件
43；密封体
121：电子元件
127：密封体
141：电子元件
143：密封体
TB1：温度范围(第一温度范围)
TB2：温度范围(第二温度范围)
TC1：温度范围(第一温度范围)
TC2：温度范围(第二温度范围)
TgA：玻璃转变温度

Claims (19)

1.一种电子元件，包括：
基板；
设置在所述基板上的功能部件；以及
密封体，其设置在所述基板上，并且密封所述功能部件，在最低温度高于所述密封体的玻璃转变温度的第一温度范围内，所述密封体的杨氏模量是在最高温度低于所述密封体的玻璃转变温度的第二温度范围内的所述密封体的杨氏模量的1/10或更低，所述密封体包括树脂和具有负线性膨胀系数的负膨胀材料，或者所述密封体包括树脂和无机填料。
2.根据权利要求1所述的电子元件，其中在最低温度至少与所述密封体的玻璃转变温度一样高的第三温度范围内，所述密封体的线性膨胀系数大于所述基板的线性膨胀系数，在最高温度低于所述密封体的玻璃转变温度的第四温度范围内，所述密封体的线性膨胀系数小于所述基板的线性膨胀系数。
3.根据权利要求2所述的电子元件，其中在工作温度范围内的在所述密封体的玻璃转变温度以下的温度处，所述密封体向所述基板施加压应力。
4.根据权利要求3所述的电子元件，其中在所述工作温度范围内的在所述密封体的玻璃转变温度两侧的温度处，所述密封体向所述基板施加压应力。
5.根据权利要求2所述的电子元件，其中所述密封体的玻璃转变温度在40℃和90℃之间。
6.根据权利要求1所述的电子元件，其中所述基板包括压电材料。
7.根据权利要求6所述的电子元件，其中所述功能部件包括梳形电极。
8.根据权利要求7所述的电子元件，其中所述密封体限定在所述梳形电极上方的空间并且将所述梳形电极密封在所述空间中。
9.根据权利要求8所述的电子元件，还包括封围所述空间的盖体，所述密封体覆盖所述盖体的上表面，所述盖体的上表面与所述盖体的面对所述空间的表面相反。
10.根据权利要求9所述的电子元件，还包括设置在所述盖体的与面对所述空间的所述表面相反的所述上表面上的金属体，所述密封体覆盖所述金属体的与所述金属体的面对所述空间的表面相反的表面。
11.根据权利要求1所述的电子元件，其中所述密封体在-55℃和125℃之间的工作温度范围内抑制由温度波动引起的对所述基板的损坏。
12.根据权利要求1所述的电子元件，其中所述密封体包括多种负膨胀材料，各种负膨胀材料具有不同的温度范围，在所述温度范围中所述多种负膨胀材料中的各种负膨胀材料的线性膨胀系数为负。
13.根据权利要求1所述的电子元件，其中所述密封体包括75wt％到94wt％的所述无机填料。
14.根据权利要求1所述的电子元件，其中所述树脂包括环氧树脂基成分和橡胶基成分。
15.一种电子元件，包括：
基板，其包括压电材料；
功能部件，其设置在所述基板上且包括梳形电极；以及
密封体，其设置在所述基板上，并且将所述功能部件密封在设置于所述基板上方的空间内，在最低温度高于所述密封体的玻璃转变温度的第一温度范围内，所述密封体的杨氏模量是在最高温度低于所述密封体的玻璃转变温度的第二温度范围内的所述密封体的杨氏模量的1/10或更低，所述密封体包括树脂和具有负线性膨胀系数的负膨胀材料，或者所述密封体包括树脂和无机填料。
16.根据权利要求15所述的电子元件，其中所述密封体的玻璃转变温度在40℃和60℃之间。
17.根据权利要求15所述的电子元件，其中所述密封体包括90±2wt％的所述无机填料。
18.根据权利要求15所述的电子元件，还包括设置在所述空间和所述密封体之间的金属体。
19.一种电子元件，包括：
基板；
设置在所述基板上的功能部件；以及
设置在所述基板上并且密封所述功能部件的密封体，在最低温度高于所述密封体的玻璃转变温度的第一温度范围内，所述密封体的杨氏模量是在最高温度低于所述密封体的玻璃转变温度的第二温度范围内的所述密封体的杨氏模量的1/10或更低，所述密封体包括树脂和具有负线性膨胀系数的负膨胀材料，或者所述密封体包括树脂和无机填料，所述密封体通过在-55℃和125℃之间的工作温度范围内的在所述密封体的玻璃转变温度以下的温度处向所述基板施加压应力，来在所述工作温度范围内抑制由温度波动引起的对所述基板的损坏。
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