CN108352822B

CN108352822B - 弹性波装置

Info

Publication number: CN108352822B
Application number: CN201680062237.XA
Authority: CN
Inventors: 高田忠彦; 矢田优
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2016-10-04
Publication date: 2021-12-07
Anticipated expiration: 2036-10-04
Also published as: KR20180050737A; WO2017110198A1; KR102091424B1; CN108352822A

Abstract

提供一种即便是在施加了热量的情况下也不易产生平面面积相对较大的弹性波元件的金属凸块的剥离的弹性波装置。一种弹性波装置(1)，俯视情况下的平面面积较大的第1弹性波元件(11)和俯视情况下的平面面积较小的第2弹性波元件(12)分别隔着第1金属凸块(16a～16f)及第2金属凸块(26a～26f)而被安装在封装基板(2)上，密封树脂层(5)被设置成覆盖第1弹性波元件(11)及第2弹性波元件(12)，第1金属凸块(16a～16f)比第2金属凸块(26a～26f)大。

Description

弹性波装置

技术领域

本发明涉及在封装基板上搭载有多个弹性波元件的弹性波装置。

背景技术

以往，公知各种将多个弹性波元件搭载于封装基板上的弹性波装置。例如，在下述的专利文献1所述的弹性波装置中，使用相同尺寸的金属凸块，将俯视的情况下的平面面积相对较大的弹性波元件和平面面积相对较小的弹性波元件搭载于封装基板上。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2004-7372号公报

发明内容

-发明所要解决的技术问题-

若金属凸块的尺寸相对于弹性波元件而言较小，则变得容易受到热应力所带来的形变的影响。因此，会对平面面积相对较大的弹性波元件的金属凸块施加大的热应力，平面面积相对较大的弹性波元件的金属凸块有可能剥离。

本发明的目的在于，提供一种即便在施加了热量的情况下、平面面积相对较大的弹性波元件的金属凸块也不易剥离的弹性波装置。

-用于解决技术问题的手段-

本发明涉及的弹性波装置具备：封装基板；第1弹性波元件，隔着第1金属凸块而被安装于所述封装基板上；第2弹性波元件，隔着第2金属凸块而被安装于所述封装基板上，且与所述第1弹性波元件相比，该第2弹性波元件的俯视情况下的平面面积较小；和密封树脂层，被设置成覆盖所述第1弹性波元件及所述第2弹性波元件，所述第1金属凸块比所述第2金属凸块大。

在本发明涉及的弹性波装置的某一特定的方面中，所述封装基板包括陶瓷基板或者印刷基板。

本发明涉及的弹性波装置的其他特定的方面中，所述第2金属凸块的俯视情况下的平面面积小于所述第1金属凸块的俯视情况下的平面面积。

本发明涉及的弹性波装置的另一特定的方面中，所述第1及第2金属凸块分别存在多个，所述密封树脂层未抵达所述第1及第2弹性波元件中被所述多个第1金属凸块围起来的区域及被所述多个第2金属凸块围起来的区域。

本发明涉及的弹性波装置的又一特定的方面中，所述第1弹性波元件具有：具有一对主面和将主面彼此连结的侧面的第1压电基板；以及设置在所述第1压电基板上的第1IDT电极，所述第2弹性波元件具有：具有一对主面和将主面彼此连结的侧面的第2压电基板；以及设置在所述第2压电基板上的第2IDT电极，在所述第1弹性波元件中，将所述密封树脂层的外侧面和所述第1压电基板的所述侧面之间的距离之中最小的距离设为第1密封宽度，所述第1压电基板的所述侧面是指与该外侧面对置并且距所述第1金属凸块最近的所述侧面，在所述第2弹性波元件中，将所述密封树脂层的外侧面和所述第2压电基板的侧面之间的距离之中最小的距离设为第2密封宽度，所述第2压电基板的侧面是指与该外侧面对置并且距所述第2金属凸块最近的所述侧面，此时，所述第2密封宽度比所述第1密封宽度宽。该情况下，热引起的凸块的剥离更加不易产生。

本发明涉及的弹性波装置的又一特定的方面中，所述金属凸块为Au凸块或者焊料凸块。

本发明涉及的弹性波装置的另一特定的方面中，所述第1弹性波元件为第1带通型滤波器，所述第2弹性波元件为第2带通型滤波器，所述第1带通型滤波器的通带位于比所述第2带通型滤波器的通带更靠低频侧的位置。

本发明涉及的弹性波装置的又一特定的方面中，还具备电连接于所述第1弹性波元件及所述第2弹性波元件的至少一方的半导体元件。

-发明效果-

根据本发明涉及的弹性波装置，即便是将平面面积大的弹性波元件和平面面积小的弹性波元件搭载到封装基板上，在平面面积相对较大的弹性波元件中也不易产生金属凸块的剥离。

附图说明

图1(a)及图1(b)是本发明的第1实施方式涉及的弹性波装置的剖面主视图及将密封树脂层刨除来表示的第1实施方式的弹性波装置的俯视图。

图2是表示凸块的直径、热冲击试验中的循环数和故障率的关系的图。

图3是表示实验例1～4的弹性波元件中的元件的大小与凸块的大小、和安装后-40℃下的凸块上表面的最大主应力的关系的图。

图4是用于说明图3示出的实验例1～4中的凸块与电极连接盘的位置关系的示意性俯视图。

图5(a)～图5(d)是用于说明施加了热应力之际的金属凸块的变形及断裂机理的示意性局部切口剖面主视图。

图6是表示密封宽度和安装后-40℃下的Au凸块上表面的最大主应力的关系的图。

图7是用于说明模块部件中的密封宽度的示意性剖面主视图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的具体的实施方式，由此使得本发明明了。

另外，指出：本说明书所述的各实施方式是示例性的内容，在不同的实施方式间能够实现结构的局部性的置换或者组合。

图1(a)是本发明的第1实施方式涉及的弹性波装置的剖面主视图，图1(b)是在第1实施方式的弹性波装置中将密封树脂层去除后加以表示的俯视图。

弹性波装置1具有封装基板2。封装基板2具有相对置的第1、第2主面2a、2b。在本实施方式中。封装基板2包括氧化铝。不过，作为封装基板2的材料，也可以使用其他绝缘性陶瓷或合成树脂等。即，封装基板也可以包括陶瓷基板或者印刷基板等。

在封装基板2的第1主面2a上设置有多个电极连接盘3a、3b、4a、4b。电极连接盘3a、3b、4a、4b包括W、Mo、Ag、Cu或者以这些金属为主体的合金等适当的金属。

在封装基板2上安装有第1、第2弹性波元件11、12。弹性波装置1是具有第1及第2带通型滤波器的双工器。

第1弹性波元件11具有第1压电基板13。第1压电基板13具有相对置的第1及第2主面13a、13b和将第1主面13a与第2主面13b连结的侧面13c～13f。在第1主面13a上设置有IDT电极14。在图1(a)中，虽然仅图示IDT电极14，但在第1主面13a上为了构成多个弹性波谐振器而设置有多个IDT电极。由此，可构成第1带通型滤波器。

在第1主面13a上设置有端子电极15a、15b。端子电极15a、15b通过作为金属凸块的第1Au凸块16a、16b而被接合于电极连接盘3a、3b。如图1(b)所示，在上述第1压电基板13的第1主面13a上配置有6个第1Au凸块16a～16f。即，以面朝下方式，使用第1Au凸块16a～16f将第1弹性波元件11安装于封装基板2。

与第1弹性波元件11的俯视时的平面面积相比，第2弹性波元件12的俯视时的平面面积更小。第2弹性波元件12具有第2压电基板23。第2压电基板23具有相对置的第1、第2主面23a、23b。再有，如图1(b)所示，第2压电基板23具有侧面23c～23f。

在第2压电基板23的第1主面23a上设置IDT电极24。在第2弹性波元件12中，也在第2压电基板23的第1主面23a上设置有多个IDT电极。由此，可构成第2带通型滤波器。

将上述第1带通型滤波器及第2带通型滤波器的通带分别设为第1通带及第2通带。第1通带位于比第2通带更靠低频侧的位置。因此，IDT电极14的电极指间距大于IDT电极24的电极指间距。再有，一般而言，位于低频侧的弹性波元件的尺寸更大。由此，在本实施方式中，第2压电基板23的平面面积要比第1压电基板13的平面面积小。

在第2压电基板23的第1主面23a上设置有端子电极25a、25b。端子电极25a、25b通过作为金属凸块的第2Au凸块26a、26b而被接合于电极连接盘4a、4b。实际上，如图1(b)所示，在第2压电基板23的下表面设置有6个第2Au凸块26a～26f。

第2弹性波元件12也与第1弹性波元件11同样地，以面朝下方式被安装于封装基板2上。

上述第1、第2压电基板13、23包括LiTaO₃或LiNbO₃等的压电单晶体或者压电陶瓷。再有，IDT电极14、24及端子电极15a、15b、25a、25b包括Al、Cu、Ag或者以这些金属为主体的合金等适当的金属。

如图1(a)所示，设置密封树脂层5，以使得覆盖第1、第2弹性波元件11、12。密封树脂层5包括环氧树脂等适当的合成树脂。密封树脂层5并未抵达被多个第1Au凸块16a～16f包围的区域、以及被多个第2Au凸块26a～26f包围的区域内。这是因为形成中空空间A及B的缘故。

弹性波装置1的特征在于：作为第1金属凸块的第1Au凸块16a～16f大于作为第2金属凸块的第2Au凸块26a～26f。即，在相对较大的第1弹性波元件11中所采用的第1Au凸块16a～16f要比作为相对较小的第2弹性波元件12所采用的第2金属凸块的第2Au凸块26a～26f大。由此，在回流时，即便在热冲击试验时或者实际使用时施加了热冲击，也不易产生热应力所引起的第1Au凸块16a～16f及第2Au凸块26a～26f的剥离。参照图2～图5来对此进行说明。

另外，第1Au凸块16a～16f及第2Au凸块26a～26f的大小在被接合的状态下由俯视情况下的第1Au凸块16a～16f的平面面积及第2Au凸块26a～26f的平面面积来决定。因此，只要根据与上述平面面积成比例的Au凸块16a～16f、26a～26f的直径的大小来决定Au凸块的大小即可。

本申请发明人们针对上述热应力引起的金属凸块的剥离进行了各种研究，结果发现了：在尺寸相对较大的第1弹性波元件11侧，如果使用相对较大的第1Au凸块16a～16f，那么能够有效地抑制第1Au凸块16a～16f的剥离。

针对Au凸块的大小和施加了热应力的情况下的影响进行了各种研究。图2是表示Au凸块的直径、热冲击(HS)试验中的循环数和故障率Ft(％)的关系的图。在此，在热冲击试验中，将在空气中于-60℃维持30分钟的工序和接着在190℃的温度维持30分钟的工序作为1个循环，并且进行了多个循环。图2中，实线表示Au凸块的直径为100μm的情况下的结果、虚线表示Au凸块的直径为120μm的情况下的结果、单点划线表示Au凸块的直径为150μm的情况下的结果。

根据图2可知，若热冲击试验的循环数增加，则故障率升高。而且，可知：随着Au凸块的直径从100μm向120μm及150μm增大，耐热冲击性升高。

在此，故障率Ft(％)是在热冲击试验后求取滤波器特性、滤波器特性较试验前恶化的弹性波装置的比例。

接着，在上述实施方式的弹性波装置1中，依据倒装芯片接合法在250℃的温度下将第1及第2弹性波元件11、12安装至封装基板2。然后，冷却至-40℃，通过应力解析模拟测定了维持30分钟的情况下的第2弹性波元件12侧的Au凸块上表面的最大主应力。该情况下，实施了以下的实验例1～4。

实验例1：第2弹性波元件12的尺寸：大。具体是，作为第2压电基板23而使用了0.85mm×1.32mm×0.2mm的尺寸的基板。第2Au凸块26a～26f的大小：小。具体是，将第2Au凸块26a～26f的直径设为110μm。

实验例2：第2弹性波元件12的尺寸：大。具体是，作为第2压电基板23而使用了0.85mm×1.32mm×0.2mm的尺寸的基板。第2Au凸块26a～26f的尺寸：大。具体是，将第2Au凸块26a～26f的直径设为150μm。

实验例3：第2弹性波元件12的尺寸：小。具体是，作为第2压电基板23而使用了0.81mm×1.11mm×0.2mm的尺寸的基板。第2Au凸块26a～26f的大小：小。具体是，将第2Au凸块26a～26f的直径设为110μm。

实验例4：第2弹性波元件12的尺寸：小。具体是，作为第2压电基板23而使用了0.81mm×1.11mm×0.2mm的尺寸的基板。第2Au凸块26a～26f的尺寸：大。具体是，将第2Au凸块26a～26f的直径设为150μm。

图4是表示实验例1中的将第2弹性波元件12接合的第2Au凸块26a～26f和电极连接盘的位置关系的示意性俯视图。

求得图4所示的第2Au凸块26a～26f之中Au凸块26e的上表面的最大主应力。图3是表示实验例1～4的弹性波元件中的元件的大小与凸块的大小、和安装后-40℃下的凸块上表面的最大主应力的关系的图。纵轴是上述第2Au凸块26e的上表面的最大主应力。

根据图3可知：施加于第2Au凸块26e的最大主应力因第2弹性波元件12的平面面积的大小和第2Au凸块26e的大小而较大地变化。在图3中，虽然仅示出了第2Au凸块26e上的最大主应力，但可查明其他第2Au凸块26a～26d、26f中也存在同样的倾向。

再有，图3中，根据实验例1与实验例2的对比可知：在元件的平面面积相同的情况下，通过增大第2Au凸块26e，从而能够减小热应力。再有，根据实验例3与实验例4的对比可知：在第2弹性波元件的平面面积较小的情况下，如果也是相同的平面面积，那么通过增大第2凸块，从而能够减小热应力。

根据实验例1～4可知：通过增大第2Au凸块26a～26f，从而能够减小施加于第2弹性波元件12中的第2Au凸块26a～26f的热应力。即，在使用了Au凸块的安装构造中，期待增大Au凸块。

可是，在施加了热冲击的情况下，与平面面积相对较小的第2弹性波元件12相比，向尺寸相对较大的第1弹性波元件11施加大的热应力。因此，在相对较大的第1弹性波元件11中期待设置更大的第1Au凸块16a～16f。由此，根据本实施方式，施加更大的热应力的第1弹性波元件11侧的第1Au凸块16a～16f比上述第2Au凸块26a～26f大。由此，不易产生施加了热冲击的情况下的第1Au凸块16a～16f及第2Au凸块26a～26f的剥离。

而且，在相对较小的第2弹性波元件12中，第2Au凸块26a～26f相对地减小。因此，也能够推进小型化。

图5(a)～图5(d)中表示上述HS试验中的Au凸块的变形及断裂机理。

图5(a)表示初始状态、处于25℃程度的温度下的状态。Au凸块101对弹性波元件104的端子电极102和封装基板106上的电极连接盘103进行接合。在HS试验中，首先在125℃维持30分钟。该情况下，如图5(b)以箭头X所示，由于压电基板105的热膨胀系数比封装基板106的热膨胀系数大，故Au凸块101的上部欲向作为封装件的外侧方向的X方向移动。

接下来，在已冷却到-40℃的状态下，如图5(c)所示，向-X方向施加应力。即，由于压电基板105的线膨胀系数要比封装基板106的线膨胀系数大，故朝着内侧而较大地移位。因此，图5(c)所示的裂缝C在Au凸块101与端子电极102之间产生。进而，若再次将温度提高至125℃，则如图5(d)以箭头X所示，再次在弹性波元件104侧朝着封装件的外侧产生大的应力。认为这种热应力反复施加于相反方向，由此上述裂缝C变大而导致断裂。因此，不只是上述HS试验时，在回流值或实际使用时，若施加热，则也会施加热应力，由此Au凸块101有可能自端子电极102剥离。

相对于此，在上述实施方式中，通过在平面面积大的第1弹性波元件11侧设置相对较大的第1Au凸块16a～16f，从而能够减小上述热应力。因此，上述第1Au凸块16a～16f的剥离不易产生。再有，由于对第2Au凸块26a～26f难以施加并不那么大的热应力，故剥离不易产生。

还有，即便是相对较小的第2Au凸块26a～26f，为了缓和上述热应力，也期待使得以下所描述的第2弹性波元件12中的基于密封树脂层5的第2密封宽度W2比第1弹性波元件11的基于密封树脂层5的第1密封宽度W1大。在此，第1、第2密封宽度W1、W2指的是：第1、第2弹性波元件11、12的第1、第2压电基板13、23的侧面13c～13f、23c～23f内的、距第1Au凸块16a～16f、第2Au凸块26a～26f中任一个最近的侧面、和密封树脂层5的外侧面之间的距离之中最小的距离。在图1(a)及图1(b)表示第1弹性波元件11中的密封宽度W1。在图1(a)及图1(b)也表示第2弹性波元件12的第2密封宽度W2。即，第1密封宽度W1是距第1Au凸块16a最近的第1压电基板13的侧面13d、和与该侧面13d对置的密封树脂层5的外侧面5a之间的距离。再有，第2密封宽度W2是距第2Au凸块26b最近的第2压电基板23的侧面23f、和与侧面23f对置的密封树脂层5的外表面5b之间的距离。

图6是表示密封宽度与施加于Au凸块的上表面的最大主应力的关系的图。该最大主应力是封装基板安装后于-40℃维持30分钟之后的施加于第2Au凸块的上表面的应力。图6中的监视器是2.1mm×1.6mm×0.4mm的尺寸的密封树脂层、将第2弹性波元件12的尺寸设为0.75mm×1.32mm的平面形状、将第1弹性波元件11的平面形状设为0.85mm×1.32mm、将第2弹性波元件12中的密封宽度设为150μm的情况下的结果。根据图6可知：若与上述监视器的密封宽度相比，使密封宽度窄50μm或100μm，热应力就增大。因此，相对地密封宽度的影响增大，期待在相对较小的第2弹性波元件12侧将第2密封宽度扩宽。由此，优选在热应力的变化大幅度影响的、第2弹性波元件12侧将上述第2密封宽度W2扩宽得比第1密封宽度W1更宽。

另外，如上所述，密封宽度是利用将第1、第2弹性波元件自身被覆的密封树脂层的外侧面和第1、第2弹性波元件的第1、第2压电基板的侧面之间的距离来定义的。因此，例如在图7所示的变形例的模块部件31中，也可以不考虑位于模块部件3的最外侧的树脂层34。图7所示的模块部件31中，在模块基板32上，不只是上述实施方式的弹性波装置1，还搭载有其他电子部件33。而且，上述弹性波装置1与电子部件33由树脂层34被覆。该树脂层34并不相当于将第1、第2弹性波元件11、12直接被覆的密封树脂层。在模块部件31中，只要也将密封树脂层5的最外侧面作为基准来定义上述密封宽度即可。

再有，上述实施方式，作为第1、第2金属凸块虽然使用的是第1、第2Au凸块16a～16f、26a～26f，但也可以使用焊料凸块。

焊料凸块中，在将凸块的直径设为80μm的情况下和设为100μm的情况下进行了HS试验。即，将上述在-40℃维持30分钟的工序和在125℃维持30分钟的工序作为1个循环，测定了导致故障的数量。将结果是示于下述的表1。

[表1]

根据表1可知，在为焊料凸块的情况下，若凸块的直径增大，则故障率也会下降。因此，在使用了焊料凸块的情况下，也和上述第1实施方式同样，在第1弹性波元件11侧通过相对地增大凸块，从而能够有效地实现焊料凸块的剥离的抑制。

再有，在弹性波装置1中，虽然示出了应用于双工器的例子，但本发明涉及的弹性波装置能够广泛应用于多个弹性波元件被搭载于封装基板的各种各样的弹性波装置。

进而，在本发明涉及的弹性波装置中，也可以具备电连接于第1及第2弹性波元件的至少一方的半导体元件。该情况下，半导体元件也可以被搭载于上述封装基板上。作为弹性波元件或半导体元件的基板的材料，并未特别地加以限定。例如，可列举出LiTaO₃、LiNbO₃等的压电单晶体或者压电陶瓷的压电体、或者、Si或GaAs的半导体。或者，如图7示出的模块部件31那样，作为被搭载于模块基板32上的其他电子部件33，也可以搭载上述半导体元件。

-符号说明-

1...弹性波装置

2...封装基板

2a、2b...第1、第2主面

3a、3b、4a、4b...电极连接盘

5...密封树脂层

5a...外侧面

5b...外表面

11、12...第1、第2弹性波元件

13...压电基板

13a、13b...第1、第2主面

13c～13f...侧面

14...IDT电极

15a、15b...端子电极

16a～16f...第1Au凸块

23...压电基板

23a、23b...第1、第2主面

23c～23f...侧面

24...IDT电极

25a、25b...端子电极

26a～26f...第2Au凸块

31...模块部件

32...模块基板

33...电子部件

34...树脂层

101...Au凸块

102...端子电极

103...电极连接盘

104...弹性波元件

105...压电基板

106...封装基板

W1、W2...密封宽度。

Claims

1.一种弹性波装置，具备：

封装基板；

第1弹性波元件，隔着第1金属凸块而被安装于所述封装基板上；

第2弹性波元件，隔着第2金属凸块而被安装于所述封装基板上，且与所述第1弹性波元件相比，该第2弹性波元件的俯视情况下的平面面积较小；和

密封树脂层，被设置成覆盖所述第1弹性波元件及所述第2弹性波元件，

所述第1金属凸块比所述第2金属凸块大，

所述第1弹性波元件具有：具有一对主面和将主面彼此连结的侧面的第1压电基板；以及设置在所述第1压电基板上的第1IDT电极，

所述第2弹性波元件具有：具有一对主面和将主面彼此连结的侧面的第2压电基板；以及设置在所述第2压电基板上的第2IDT电极，

在所述第1弹性波元件中，将所述密封树脂层的外侧面和所述第1压电基板的所述侧面之间的距离之中最小的距离设为第1密封宽度，所述第1压电基板的所述侧面是指与该外侧面对置并且距所述第1金属凸块最近的所述侧面，

在所述第2弹性波元件中，将所述密封树脂层的外侧面和所述第2压电基板的侧面之间的距离之中最小的距离设为第2密封宽度，所述第2压电基板的侧面是指与该外侧面对置并且距所述第2金属凸块最近的所述侧面，

此时，所述第2密封宽度比所述第1密封宽度宽。

2.根据权利要求1所述的弹性波装置，其中，

所述封装基板包括陶瓷基板或者印刷基板。

3.根据权利要求1或2所述的弹性波装置，其中，

所述第2金属凸块的俯视情况下的平面面积小于所述第1金属凸块的俯视情况下的平面面积。

4.根据权利要求1或2所述的弹性波装置，其中，

所述第1金属凸块及第2金属凸块分别存在多个，

所述密封树脂层未抵达所述第1弹性波元件及第2弹性波元件中被多个所述第1金属凸块围起来的区域及被多个所述第2金属凸块围起来的区域。

5.根据权利要求1或2所述的弹性波装置，其中，

所述第1金属凸块以及所述第2金属凸块为Au凸块或者焊料凸块。

6.根据权利要求1或2所述的弹性波装置，其中，

所述第1弹性波元件为第1带通型滤波器，

所述第2弹性波元件为第2带通型滤波器，

所述第1带通型滤波器的通带位于比所述第2带通型滤波器的通带更靠低频侧的位置。

7.根据权利要求1或2所述的弹性波装置，其中，

还具备电连接于所述第1弹性波元件及所述第2弹性波元件的至少一方的半导体元件。