CN1167192C - 声表面波器件制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用倒装片工艺的声表面波器件制造方法，包括下列步骤：在压电基板上形成至少一个叉指式换能器和与该叉指式换能器电连接的多个电极盘；在各个电极盘上形成各凸部；以及在形成有凸部区域的以外区域提供一绝缘膜。

Description

声表面波器件制造方法
技术领域
本发明涉及一种诸如声表面波滤波器或其他器件这类声表面波器件的制造方法，具体来说，涉及一种靠倒装片工艺形成有凸部的声表面波器件的制造方法。
背景技术
近几年，移动通信设备在尺寸和重量方面大大地减小。而且，还需要该移动通信设备所用电子部件的尺寸减小。这样，对于用作移动通信器件中频带滤波器的声表面波器件来说，更加需要小型化。
传统的声表面波器件，声表面波单元包含在封装中。声表面波单元的电极盘通过导线与该封装提供的电极图案电连接。因而，声表面波器件的小型化存在限制。
近几年，更为常用的是倒装片工艺，其中在声表面波单元上的电极盘上形成凸部，这类凸部配置为与封装上的电极图案接触，并通过例如应用超声波与该图案结合。
日本专利申请公报特开平9-172341号揭示一例用上述倒装片工艺的声表面波器件制造方法。作为现有技术说明的声表面波器件中，声表面波单元覆盖有一电介质层来增强防尘和耐腐蚀性。
具体来说，先在压电性基板上形成叉指式电极和限定电极盘的平面电极。接下来，在压电性基板上形成一限定保护层的电介质层。在平面图中看去各自具有与平面电极相同区域的外部上部电极，与其的电连接配置成该上部电极经过电介质层与该平面电极重叠。而且，通过将金属凸部与上部电极结合在一起，由上部电极使该电介质层破裂，以便该平面电极和上部电极互相直接电连接。这些金属凸部如上面所述与平面电极连接后，与上述倒装片工艺中的封装基板连接。
而日本专利申请公报特开平10-163789号则揭示了不必使声表面波单元包含在一封装内便可将这些单元安装到电路板上的结构。具体来说，声表面波单元52如图8所示直接安装到电路板51上。为了实现上述安装，如后面所述形成声表面波单元52。
也就是说，首先在压电基板上形成叉指式电极、反射器、输入电极盘和输出电极。接着形成膜厚为200A至15μm的SiO2的保护膜。接下来使输入-输出电极盘52a的中央部位从保护膜53当中露出。使得导电性粘结剂54与其粘结。作为该导电性粘结剂54，可采用焊锡球、金凸部或导电性树脂。配置该导电性粘结剂54与电路板51的相应电极图案51a接触。在声表面波单元52放置在电路板上的状态下，加热并熔融诸如焊锡球这种导电性粘结剂，由此使声表面波滤波器单元直接安装至电路板51上。
日本专利申请公报特开平4-371009号揭示了这样一种问题，声表面波器件很可能由于压电基板上淀积一钝化膜所形成的电位差和该钝化膜中形成窗口期间所加上的热量而经历一热电断裂。为此，该公报揭示一种在钝化膜形成前通过连接导线在输入端和输出端之间连接，在该钝化膜形成后再断开该连接导线，因此靠输入端和输出端之间的短路来防止热电断裂。
在利用一凸部将声表面波单元与一封装基板或电路板结合在一起的场合，需要在凸部形成工序期间对压电基板加热来促进金属的相互扩散作用，以便可提高凸部剪切应变强度。
但在利用具有热电特性的压电基板的场合，由于上述加热所引起的温度变化，因而在诸如声表面波单元这种叉指式换能器各电极之间产生电位差，这样便发生放电。问题是，这种放电使得叉指式换能器会被热电断裂，因而成品率降低。
而且，若输入端和输出端在形成钝化膜之前短路来防止热电断裂，便无法测定器件在钝化膜形成之前的频率特性。结果，无法通过改变钝化膜的厚度来调节器件的工作频率。即便可以在钝化膜形成后通过断开连接导线来测定器件的工作频率并改变钝化膜厚度来调节器件的工作频率，但由于连接导线在凸部形成期间被切断，因而仍存在热电断裂这种问题。
发明内容
为了克服上述问题，本发明的较佳实施例提供一种利用倒装片工艺生产一安装到封装基板或电路板上的声表面波器件的制造方法，其中防止凸部形成期间加热所引起的叉指式换能器的热电断裂，并避免特性变动，从而使成品率大大提高。
按照本发明较佳实施例，一种利用倒装片工艺的声表面波器件制造方法，其特征在于，包括下列步骤：在压电基板上形成至少一个叉指式换能器和与该叉指式换能器电连接的多个电极盘；在各个电极盘上形成各凸部；以及在形成有凸部区域的以外区域提供一绝缘膜。
本较佳实施例中，该绝缘膜大大提高声表面波器件中防尘和耐腐蚀性能。而且，可以使诸如通信装置等电子装置小型化，其中声表面波器件用作为可以靠利用凸部的倒装片结合方法使之安装在电路板上的声表面波器件。
该方法还可以包括下列步骤：在压电基板整个表面上形成一绝缘膜；以及去除至少在各凸部上的绝缘膜部分。
在此场合，由于去除了各凸部上部分绝缘膜，因此能够靠倒装片结合方法方便地将声表面波器件安装在电路板上。
该方法在形成绝缘膜的步骤后，还包括蚀刻电极表面的步骤。
在这种情形下，去除电极盘和凸部之间界面处的残留物。因而，可以提高电极盘和凸部之间的粘结强度。而且，靠应用超声能量进行粘结期间由于对凸部加压使该凸部区域扩大，因而该凸部的扩大部分会进一步改善粘结。
形成至少一个叉指式换能器和电极盘的步骤可包括：形成一短路导线用于在至少一个叉指式换能器的信号端一侧和接地端一侧之间短路的步骤，该方法在该方法第二和第三步骤之间还包括一切断该短路导线的步骤。
该较佳实施例中，用于短路的短路导线可防止由热电效应引起的放电。所以，消除了对叉指式换能器中各电极指的破坏，从而防止声表面波器件特性的偏离。
而且，还能在绝缘膜形成前测定频率特性。这样，便能够可靠地提供具有预定特性的声表面波器件。此外，还可以防止凸部形成处的热电断裂。
该方法还可以在第一和第二步骤之间包括下列步骤：在与形成有叉指式换能器一侧相对的压电基板的背面上形成一导电膜；以及利用一导电膜或导电夹具使该压电基板正面上的电极与背面上的导电膜短路。
这些步骤可防止电荷在压电基板表面上累积和放电。这样，便可以省略短路导线，并减少该制造步骤数目。
该方法第一步骤中，可在该压电基板上形成多个叉指式换能器和与该叉指式换能器电连接的多个电极盘以便形成一滤波电路，并在该压电基板上形成基本上环绕该滤波电路的导电图案。
这样一种导电图案有助于使处于该压电基板正面的电荷移至该压电基板背面，因而进一步增强电荷的迁移。
该凸部可以由与接收该凸部的金属盘的材料相同的材料制成，以便改善电极盘和凸部之间的相互扩散。
可以对第三步骤中形成的绝缘膜的厚度进行选择以便调节该声表面波器件的频率。在这种情况下可以减少制造步骤。
作为替代，第三步骤可以包括下列步骤：在该压电基板整个表面上形成一绝缘膜；以及减小该绝缘膜厚度以便调节该声表面波器件的频率。
而且，本发明较佳实施例的方法，在调节该声表面波器件频率这一步骤之前，还包括测定该声表面波器件频率的步骤。
在这种情况下，可实现高正确度的频率调节，从而提高生产量。
本发明第一方面的利用倒装片工艺的声表面波器件制造方法，其特征在于，包括下列步骤：
(A)在压电基板上形成至少一个叉指式换能器和与该叉指式换能器电连接的多个电极盘；
(B)在各个电极盘上形成各凸部；以及
(C)在形成有凸部区域的以外区域提供一绝缘膜，
其中，步骤(A)包括：形成一短路导线用于在至少一个叉指式换能器的信号端一侧和接地端一侧之间短路的步骤，所述方法在步骤(B)之后进行步骤(C)，步骤(B)和步骤(C)之间还包括一切断该短路导线的步骤。
附图说明
本发明的其他要素、特征、特点以及优点将从下面参照附图对较佳实施例所作的具体说明当中变得更为清楚。
为了便于说明本发明，图中示出了目前较佳的若干形式，但应理解，本发明不限于所示的精确配置和手段。
图1A至图1D是示意本发明第一较佳实施例声表面波器件制造方法的平面图；
图2A至图2D是示意本发明第一较佳实施例声表面波器件制造方法的横向截面侧视图；
图3是示意第一较佳实施例制造方法获得的声表面波器件、作为修正例的制造方法获得的声表面波器件以及用于对比的声表面波器件其模具剪切应变强度的图表；
图4A示出本发明第二较佳实施例声表面波器件一例电路配置；
图4B是声表面波器件的示意性平面图；
图5A和图5B是示意本发明第二较佳实施例声表面波器件制造方法中减小绝缘膜厚度以调节频率的工艺的横向截面侧视图；
图6是示意本发明第二较佳实施例制造方法中执行频率调节时频率特性改变的曲线图；
图7是示意本发明较佳实施例一修正例的透视图；以及
图8是示意一例传统声表面波器件的透视图。
具体实施方式
接下来，本发明将从下面参照附图对特定较佳实施例所作的说明当中变得更为清楚。
图1A至图1D是示意本发明第一较佳实施例制造方法的平面图。图2A至图2D是示意该较佳实施例制造方法的横向截面图。
先制备一基本上呈长方形板状的压电基板。作为这种压电基板，可以采用诸如钛酸锆酸铅类陶瓷这种压电陶瓷或其他适宜材料。如下面述及的那样，按照本发明较佳实施例制造方法，即便压电基板1具有热电特性，也可防止热电断裂。
在一合适方法诸如气相沉积、溅射、镀层或其他适宜工艺中将诸如A1或其他适宜材料这种导电材料加到压电基板整个上表面来形成一导电膜。
接下来，在该导电膜上形成一正像光刻保护层。对叉指式换能器(下面称为IDT)、诸如反射器这类电极部分其相对应部分进行遮蔽的掩模位于覆盖光刻保护层的位置，接着使之曝光。此后，去除曝光的光刻保护剂部分，由此对光刻保护层形成图案。
然后，利用无法侵蚀光刻保护剂但能去除导电膜的蚀刻剂来进行蚀刻。这样，便如图1A所示，在压电基板1上形成IDT2、反射器3和4、电极盘5和6、导线电极9a和9b以及短路导线7。
这里，该IDT2包括一对叉指式电极，而反射器3和4配置在声表面波传播方向上IDT2的两侧。该电极盘5和6构成输入-输出电极盘，并分别与IDT2的叉指式电极连接。短路导线7分别将电极盘5和6与反射器3和4连接。也就是说，短路导线7将IDT2的输入-输出侧和互相与接地电位连接的IDT2两侧电连接。导线电极9a和9b分别将电极盘5和6与IDT2电连接。
参照上述蚀刻工艺，可以采用干湿两种蚀刻法。而且，各个电极还可以通过搬离法或其他适宜的工艺来形成各个电极。
接下来，将正像光刻保护剂加到压电基板1整个表面。然后，将IDT2的总线排2a和2b、电极盘5和6以及导线电极9a和9b重叠部分形成为开口的掩模迭层到光刻保护剂上，接着曝光。接下来去除经过曝光的光刻保护剂部分。这样，便如图1B所示，在光刻保护层8中形成开口8a。应注意，位于光刻保护层8下面的IDT2这种电极是隐蔽的，但在图1B中用实线图示。如上所述，透过该开口8a使电极盘5和6、总线排2a和2b以及导线电极9a和9b曝光。
接下来，对保护层8加热，以便大大提高光刻保护层8与压电基板1的粘合及其耐等离子性能。
在这种情况下，电极盘5和6以及反射器3和4通过短路导线7短路，故而各个部分具有相同电位。即便压电基板1具有热电特性，也没有会由热电效应所引起的放电发生。也就是说，没有IDT2和保护剂8被破坏的可能。
接着在压电基板1上整个表面上形成第二导电膜。所加上的第二导电膜使得总线排2a和2b、输入-输出盘5和6以及导线电极9a和9b分别具有如后面述及的双层结构。也就是说，通过在开口8a内形成第二导电膜，总线排2a和2b、输入-输出盘5和6以及导线电极9a和9b分别希望具有一双层结构。
此后，使该光刻保护层8加上的第二导电膜部分与该光刻保护层8一起搬离。同样，如图2A中横向截面示意性图示的那样，在压电基板1上形成分别具有一双层结构的电极盘5A和6A以及总线排2A和2B。
图2A中，未示出短路导线7，是因为图2A是按图1C中A-A线示出的横向截面图。
如上所述，形成具有双层结构的电极膜，其原因在于，在形成金属凸部时为了防止压电基板1破裂。因而，希望将电极盘形成为具有一双层结构，而总线排和导线不必具有一双层结构。
接着，如图2B所示，分别在电极盘5A和6A上形成金属凸部11。作为金属凸部11的材料，可以采用导电性材料，诸如金、Al、Al合金或其他适宜材料。
形成上述金属凸部11时，该压电基板1受到加热。对该压电基板1的加热促使第二层中的金属和构成该金属凸部11的金属之间相互扩散，从而金属凸部11分别与电极盘5A和6A牢固地结合在一起。在这种情况下，由于电极盘5和6以及反射器3和4短路，其相应部分具有相同的电位，它们之间没有任何电位差。所以，没有放电发生。因而，可防止对IDT2和保护层8造成破坏。
接下来，如图1C所示，箭头B所示部分处短路导线7A被切断。
接着，如图1D和图2C所示，在近乎整个压电基板1上形成一绝缘膜12。该绝缘膜12希望通过例如溅射绝缘材料诸如SiO2或其他适宜材料来形成。
绝缘膜12的厚度最好安排为使声表面波频率具有理想值。
接下来，如图2D所示，在该较佳实施例中将位于金属凸部11上并在输入-输出盘5A和6A上的绝缘膜12去除，使得它们可与外部电路连接。这样，便可获得较高的模具剪切应变强度。
该较佳实施例的声表面波器件13在倒装片工艺中利用所加上的超声波，与电路基板上由金、Al、Al合金或其他适宜材料制成的电极图案结合在一起。对按此例制造的样品B模具剪切应变强度进行评估，图3示出其评估结果。
对于用于测定模具剪切应变强度的声表面波器件来说，采用钽酸锂作为压电基板材料。用于电极的材料希望为铝。希望用含金材料作为该凸部材料。而且，希望采用SiO2作为绝缘膜材料。
此外，作为样品A采用除了未形成绝缘膜12以外均按与样品B同样方式获得的声表面波器件，并同样对模具剪切应变强度进行评估。而且，制备其中位于金属凸部11上面的绝缘膜12未被去除的样品作为样品C，并同样评估。图3中分别示出这些评估结果。
如图3所示，样品C的模具剪切应变强度较低。而且，可以发现样品B以及样品A具有同样的高模具剪切应变强度。
接下来参照图4A至图6说明第二较佳实施例的声表面波器件及其制造方法。
图4A示出第二较佳实施例声表面波器件的电路配置。该较佳实施例中，将5个声表面波器件连接为确定一梯型电路配置。这样便提供一个梯型滤波器。具体来说，2个串联臂谐振器S1和S2连接在一输入端21和一输出端22之间。并联臂谐振器P1至P3连接在该串联臂和接地电位之间。
图4A示出的该串联臂谐振器S1和S2以及并联谐振器P1至P3分别具有与第一较佳实施例声表面波器件相类似的电极配置。也就是说，它们中每一个包括配置在其声表面波传播方向上接近中央位置的IDT，配置在该传播方向上IDT两侧的反射器，以及分别与一对IDT叉指式电极连接的电极盘。
图4B是该较佳实施例声表面波器件的示意性平面图。该串联臂谐振器S1和S2以及并联臂谐振器P1至P3设置于基本长方形的压电基板23上。
与串联臂谐振器S1的一IDT总线排连接的电极盘25A上设有一个电极凸部11。同样，与串联臂谐振器S2的一IDT总线排连接的电极盘26A上形成有另一凸部11。而且，该串联臂谐振器S1和S2互相通过导线电极26电连接。该导线电极26将该串联臂谐振器S1和S2与并联谐振器P2连接。
而且，导线电极27的一端与该电极盘25A连接，而导线电极27的另一端则与该并联臂谐振器P1的一端连接。
导线电极28与该并联臂谐振器P1的另一端连接，而该导线电极28的另一端则与一电极盘29连接。该电极盘29上还形成另一凸部11。并联臂谐振器P2处于同导线电极26与该电极盘29和该并联臂谐振器P3一端连接侧的相对一侧。该并联臂谐振器P3的另一端通过导线电极31与电极盘26A连接。
该较佳实施例中，形成一绝缘膜(未图示)以便覆盖压电基板和除了电极盘25A、16A和29以外的电极结构。
而且，图4B中用于调节频率的探测电极41至43与电极盘25A、26A以及29相接触。对圆片电极执行该探测电极41至43的接触。在这种情况下，希望该探测电极41至43不与凸部11直接接触。而且，为了获得更为接近成品的频率，将输入-输出侧的短路导线32和33切断，具有接地电位的短路导线34与包容声表面波器件全部电路的基本上长方形格栅35短路。
如图7所示，在圆片61背面上形成由金、Al、Al合金或其他适宜材料制成的导电膜62。该圆片可由其正向和背面之间设置用于电气上短路的合适夹具63(诸如夹子或其他工具)夹住。在该处理过程中，该圆片61正面上形成的格栅35与该圆片背面上的导电膜62在电气上短路。
图5A是示意其上形成有绝缘膜31的压电基板23的示意性横向截面图。尽管未图示，如箭头X所示的电极盘25A和26A之间区域形成有该串联臂谐振器S1和S2以及导线电极26。在这种情况下，对于绝缘膜31形成前声表面波器件的频率特性来说，希望高于所需频率。接着，在图5A所示状态下，形成较厚的绝缘膜31以便该频率特性低于所需频率。
接下来，利用探测电极41至43测定声表面波器件的频率特性。根据该测定结果，确定频率特性的调节量。也就是说，确定形成该绝缘膜后的频率和所需频率之间的差。
此后，根据上述频率差来蚀刻该绝缘膜31，以便减小该绝缘膜31的厚度。与该频率差相对应获得该绝缘膜31的厚度减小量。结果，如图5B所示形成厚度与该频率调节量相对应减小的绝缘膜31A。对于此蚀刻，可以采用湿蚀刻、或利用等离子的干蚀刻或其他适宜工艺。
如上所述，该较佳实施例的声表面波器件中，可在利用探测电极41至43测定实际制造的声表面波器件的频率特性的同时减小绝缘膜31的厚度。这样，便可确保提供具有所需频率特性的声表面波器件。
图6是示意该较佳实施例声表面波器件频率特性变化的曲线图。图6中，实线表示绝缘膜31形成前声表面波器件的频率特性。虚线表示形成了厚度约29nm的绝缘膜31的声表面波器件的频率特性。而点划线则表示经过频率调节(绝缘膜厚度减小为大约13nm)的声表面波器件的频率特性。如图6所示，可通过对最好由SiO2制成的绝缘膜31进行蚀刻减小其厚度，来进行频率调节。
第一和第二较佳实施例的声表面波器件及其制造方法可应用于各种声表面波器件，例如第二较佳实施例中所示的多个谐振器连接的梯型滤波器或其他适宜配置。也就是说，本发明可应用于诸如声表面波谐振器、声表面波滤波器、声表面波双工器等种种声表面波器件。而且，可将本发明较佳实施例应用于无反射器的声表面波器件。
而且，压电基板不限于钛酸锆酸铅类陶瓷，也可以利用诸如LiTaO3、LiNbO3、石英、四硼酸锂、朗格塞特〔langasite〕或其他适宜材料这种压电单晶。而且，可以采用在氧化铝或其他适宜材料制成的绝缘基板上形成的包括由ZnO或其他适宜材料制成的压电薄膜在内的压电基板。
IDT、反射器、短路导线以及其他元件的电极材料，除了Al和Al合金以外可包括另外可选的导电材料。
而且，构成用于频率调节的绝缘膜的材料不限于SiO2，也可以采用SiN、ZnO或其他适宜材料。
对本发明说明了较佳实施例，但实现在此揭示的原理的种种方式可在后面权利要求的范围内加以实施。因而，应理解本发明的保护范围只由权利要求所提出的内容限定。

Claims (19)

1.一种利用倒装片工艺的声表面波器件制造方法，其特征在于，包括下列步骤：
(A)在压电基板上形成至少一个叉指式换能器和与该叉指式换能器电连接的多个电极盘；
(B)在各个电极盘上形成各凸部；以及
(C)在形成有凸部区域的以外区域提供一绝缘膜，
其中，步骤(A)包括：形成一短路导线用于在至少一个叉指式换能器的信号端一侧和接地端一侧之间短路的步骤，所述方法在步骤(B)之后进行步骤(C)，步骤(B)和步骤(C)之间还包括一切断该短路导线的步骤。
2.如权利要求1所述的声表面波器件制造方法，其特征在于，步骤(C)包括下列步骤：
在压电基板整个表面上形成一绝缘膜；以及
去除至少在各凸部上的绝缘膜部分。
3.如权利要求2所述的声表面波器件制造方法，其特征在于，步骤(C)后还包括蚀刻电极表面的步骤。
4.如权利要求1所述的声表面波器件制造方法，其特征在于，在步骤(A)和步骤(B)之间还包括下列步骤：
在与形成有叉指式换能器一侧相对的压电基板的背面上形成一导电膜；以及
使该压电基板正面上的电极与背面上的导电膜短路。
5.如权利要求4所述的声表面波器件制造方法，其特征在于，步骤(A)中，在该压电基板上形成多个叉指式换能器和与该叉指式换能器电连接的多个电极盘以便形成一滤波电路，并在该压电基板上形成环绕该滤波电路的导电图案。
6.如权利要求1所述的声表面波器件制造方法，其特征在于，凸部由与接收该凸部的金属盘的材料相同的材料制成。
7.如权利要求1所述的声表面波器件制造方法，其特征在于，对步骤(C)中形成的绝缘膜的厚度进行选择以便调节该声表面波器件的频率。
8.如权利要求1所述的声表面波器件制造方法，其特征在于，步骤(C)包括下列步骤：
在该压电基板整个表面上形成一绝缘膜；以及
减小该绝缘膜厚度以便调节该声表面波器件的频率。
9.如权利要求7所述的声表面波器件制造方法，其特征在于，在调节该声表面波器件频率这一步骤之前，还包括测定该声表面波器件频率的步骤。
10.如权利要求1所述的声表面波器件制造方法，其特征在于，该压电基板呈长方形板状，由压电陶瓷制成。
11.如权利要求1所述的声表面波器件制造方法，其特征在于，至少一个叉指式换能器包括配置在该叉指式换能器两侧的一对叉指式电极和反射器。
12.如权利要求11所述的声表面波器件制造方法，其特征在于，短路导线将电极盘与反射器连接。
13.如权利要求1所述的声表面波器件制造方法，其特征在于，还包括形成导线电极以便将电极盘与至少一个叉指式换能器连接的步骤。
14.如权利要求1所述的声表面波器件制造方法，其特征在于，还包括通过湿蚀刻工艺和干蚀刻工艺其中之一去除部分绝缘膜的步骤。
15.如权利要求1所述的声表面波器件制造方法，其特征在于，还包括加热光刻保护层的步骤。
16.如权利要求1所述的声表面波器件制造方法，其特征在于，包括压电基板整个表面上的第二导电性膜。
17.如权利要求1所述的声表面波器件制造方法，其特征在于，还包括形成总线排、输入-输出盘和导线电极的步骤。
18.如权利要求17所述的声表面波器件制造方法，其特征在于，各个总线排、输入-输出盘和导线电极分别具有一双层结构。
19.如权利要求1所述的声表面波器件制造方法，其特征在于，多个电极盘每一个具有一双层结构。
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