CN1638274B - 表面声波器件 - Google Patents

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Abstract

表面声波器件。本发明使得能够进一步小型化和缩短表面声波器件，同时避免表面声波器件对螺旋电感器的电感值和性能指标，即Q值的影响。其上形成有螺旋电感器的芯片与另一表面声波器件芯片一起倒装安装在封装中。该封装具有气密密封的盖。在该封装的与螺旋电感器相对的表面上形成导体图案。此外，螺旋电感器的区域和导体图案的区域之间的交叠为7％或更小。

Description

表面声波器件
技术领域
本发明涉及一种表面声波器件，该表面声波器件包括其上形成有螺旋电感器的芯片。 
背景技术
例如，在便携式电话或其它微型无线设备的高频电路组件(例如与发送/接收公共天线相连的分离器(双工器))中采用表面声波器件。在这种情况下，为了小型化，将表面声波器件构成为使得在一公共封装内安装：SAW滤波器，其使用表面声波元件；相移电路或者相位匹配电路，该相移电路用于分离发送和接收频带。 
已经提出了进一步小型化和降低这种表面声波器件的高度的建议，以及提高分离器中所使用的相移电路或相位匹配电路的特性的多种建议(例如，日本专利申请特开No.H10-126213、No.2001-127588，以及No.H8-32402)。 
在日本专利申请特开No.H10-126213中所示的发明将相位匹配电路形成为多层结构，并且通过安装在该多层结构上的SAW滤波器空腔结构来实现分离器的小型化。此外，日本专利申请特开No.2001-127588中的发明提出了一种结构，其中将一集成电路元件安装在上基板的与底基板(该底基板不满足制造方便以及进一步小型化和缩短传统结构的要求)相对的侧面上，在这些传统结构中，将两个发送和接收滤波器、构成外围电路(例如相位匹配电路)的集成电路元件共同设置在底基板上。 
此外，在日本专利申请特开No.H8-32402中所示的发明提供了一种解决方案，用于解决由于在匹配电感基板的表面与封装的盖之间的寄生电容而导致发生特性变化的问题，以及用于解决在下述结构中产生的损失劣化，在该结构中，将表面声波元件和匹配电感设置于同一封装中。 因此，通过将所安装的盖与容纳在封装中的匹配电感基板的表面分开0.5mm或更大的距离，来抑制寄生电容。 
在研究包括芯片(其上形成有螺旋电感器)的表面声波器件的进一步小型化和缩短的过程中，发明人发现：在将芯片(其上形成有螺旋电感器)倒装安装在空腔基板表面上的结构的情况下，可以避免螺旋电感器与金属(导体)图案(设置在与螺旋电感器相对的空腔基板表面上)的距离以及与该金属(导体)图案的交叠量对螺旋电感器的电感值和性能指标(Q值)的影响，并且由此找到与设置在空腔基板表面上的金属(导体)图案的特定距离以及与该金属(导体)图案的特定交叠量，以获得最优特性。 
发明内容
因此，本发明的一个目的是在这些所发现的事实的基础上，提供一种具有密封结构的表面声波器件，其中改善了插入损失，同时在进行缩短时没有使特性劣化。这里，在本发明的说明中，密封结构表示气密密封的结构。 
根据本发明的第一方面，实现本发明该目的的表面声波器件是具有其上形成有螺旋电感器的芯片的表面声波器件，其中其上形成有螺旋电感器的芯片与另一表面声波器件芯片一起倒装安装在一封装内；该封装具有气密密封的盖；在该封装的与该螺旋电感器相对的表面上形成导体图案；并且该螺旋电感器区域和该导体图案区域的交叠部分为7％或更少。 
根据本发明的第二方面，实现本发明该目的的表面声波器件是具有其上形成有螺旋电感器的芯片的表面声波器件，其中其上形成有螺旋电感器的芯片与另一表面声波器件芯片一起倒装安装在一封装内；该封装具有气密密封的盖；在该封装的与该螺旋电感器相对的表面上形成导体图案；并且该螺旋电感器和该导体图案之间的间隙至少是该螺旋电感器的线宽的四倍或更多倍。 
根据本发明的第三方面，实现本发明该目的的表面声波器件是根据 第一方面或第二方面的表面声波器件，其中该表面声波器件包括两个表面声波元件，这两个表面声波元件之一是接收表面声波滤波器，其使从公共天线接收到的接收信号通过，而另一个是发送表面声波滤波器，其使提供给该公共天线的发送信号通过；并且其上形成有螺旋电感器的芯片具有与该螺旋电感器并联形成的电容器，并且具有相移电路的功能，该相移电路与该接收表面声波滤波器的输入端相连。 
根据本发明的第四方面，实现本发明该目的的表面声波器件是根据第三方面的表面声波器件，其中与该螺旋电感器相对的表面上的该导体图案是用于与该接收表面声波滤波器相连的导体以及接地导体。 
根据本发明的第五方面，实现本发明该目的的表面声波器件是具有其上形成有螺旋电感器的芯片的表面声波器件，其包括：第一芯片，其中在绝缘体基板上形成该螺旋电感器；以及第二芯片，其上形成有表面声波器件芯片，其中该第二芯片倒装安装在该第一芯片上，以使该螺旋电感器与该表面声波器件芯片彼此相对设置；通过密封结构将该第一芯片和第二芯片的边缘密封；并且形成该螺旋电感器的区域和该相对的表面声波器件芯片的区域，而没有交叠。 
根据本发明的第六方面，实现本发明该目的的表面声波器件是下述表面声波器件，其中该表面声波器件芯片包括两个表面声波元件，这两个表面声波元件之一是接收表面声波滤波器，其使从公共天线接收到的接收信号通过，而另一个是发送表面声波滤波器，其使提供给该公共天线的发送信号通过；并且其上形成有螺旋电感器的芯片具有与该螺旋电感器并联形成的电容器，并且具有相移电路的功能，该相移电路与该接收表面声波滤波器的输入端相连。 
通过下面参照附图对本发明实施例的说明，本发明的特征将变得更加明显。 
作为本发明的结果，可以避免螺旋电感器与金属(导体)图案(设置在与该螺旋电感器相对的表面上)的距离以及与该金属(导体)图案的交叠量对螺旋电感器的电感值和性能指标(Q值)的影响。结果，可以进一步小型化和缩短该表面声波器件。 
附图说明
图1A和1B表示其上仅安装有一个电感器的芯片，以说明本发明的基本原理； 
图2A、2B和2C表示一种结构，其中将其上仅安装有图1所示螺旋电感器2的芯片8倒装安装在一封装中； 
图3A表示与该螺旋电感器2相对的表面，图3B是在图1A中的芯片被前后侧翻转的情况下芯片8的透视图，图3C表示通过图3A和图3B的叠加而获得的状态。 
图4是一曲线图，表示螺旋电感器2和与该螺旋电感器2相对的表面上的金属图案9a之间的距离变化对Q值的影响； 
图5A和5B表示芯片8，其中在图1的芯片结构中，在信号检波器3和螺旋电感器2之间并联地插入多个电容器； 
图6是模拟结果的曲线图，表示螺旋电感器2和与该螺旋电感器2相对的表面上的金属图案9a之间的距离与滤波器插入损失之间的关系； 
图7A和7B表示双工器的结构示例； 
图8表示典型的接收平衡滤波器的结构示例； 
图9A和9B表示一实施例，其中将本发明应用于图7A中所示的相移电路23； 
图10A、10B和10C为了简化仅表示了构成相移电路23的芯片8在封装9中的倒装安装； 
图11表示存在于与芯片8相对的小片安装(die-attach)表面10上的金属图案； 
图12表示下述情况，其中与螺旋电感器2相对的区域和接地金属(导体)图案9a2的区域交叠； 
图13表示与螺旋电感器2相对的表面上的金属表面(接地图案)的面积变化与随之产生的插入损失之间的关系； 
图14表示下述情况，其中与螺旋电感器2相对的区域和信号金属图案9a1交叠； 
图15表示与螺旋电感器2相对的表面上的信号图案9a1的面积变化 与接收SAW滤波器21以及发送SAW滤波器22的插入损失之间的关系； 
图16A和16B表示一种结构的示例，其中仅倒装安装发送SAW滤波器和接收SAW滤波器，这表示根据本发明的用于方便制造的结构；以及 
图17A到17F表示可以替代圆形螺旋的其它螺旋的形状。 
具体实施方式
下面将参照附图来说明本发明的实施例。此外，下述实施例提供对于本发明的理解，但是本发明的技术范围并不限于这些实施例。 
这里，在描述这些实施例之前，首先描述由发明人发现的事实，这些事实构成本发明的基本原理。 
图1表示其上仅安装有一个电感器的芯片，以说明本发明的基本原理。图1A是其上仅安装有一个螺旋电感器2的芯片的平面图，图1B是沿线A-A的侧视剖面图。 
在图1中的芯片8的情况下，在由玻璃基板或通过硅氧化膜的绝缘膜覆盖的硅基板构成的绝缘体基板1上，通过内直径为0.225mm、线宽为0.01mm、线间隙为0.01mm并且为4.5圈的铜布线来形成螺旋电感器2。该芯片8包括分别位于螺旋外部和螺旋中心的多个信号检波器3。 
螺旋电感器2的周边由相对介电常数为2.8的绝缘体4覆盖，并且在螺旋电感器2的顶部形成0.001mm的封盖(cover)5。此外，在从信号检波器3引线的电极焊盘6上形成有凸点7，由此构成芯片8。凸点7的材料为Au或者可以是任何焊接材料，只要可以获得适用于本发明该目的的类似特性即可。 
图2表示一种结构，其中将其上仅安装有图1所示螺旋电感器2的芯片8倒装安装在一封装中。 
图2A是一平面图，图2B是一侧视剖面图，图2C是图2B的一部分18的放大视图。如这些图中所示，通过倒装芯片构造方法将芯片8安装在陶瓷封装9的小片安装表面10上，并且将封装盖91覆盖在陶瓷封装9上，并通过密封材料92气密地密封陶瓷封装9。陶瓷封装9的材料可以 是氧化铝或LTCC(低温共烧陶瓷)中的任何一种。 
在封装9的小片安装表面10上形成金属(导体)图案部分9a和非导体部分9b。此外，螺旋电感器2和小片安装表面10之间的间隙11为0.02mm。 
此外，图3表示与螺旋电感器2相对的表面。如图3A所示，与螺旋电感器2相对的表面12是没有形成金属图案的非导体部分9b的区域。芯片8的除形成有螺旋电感器2的区域以外的部分具有与金属图案9a交叠的部分13。 
图3B是在图1A中的芯片被前后侧翻转的情况下芯片8的透视图。图3C表示通过图3A和图3B的叠加而获得的状态。 
当如上制造封装电感元件并测量电感特性时，电感值为7.6nH，而性能指标(Q值)大约为25。 
接下来，作为比较示例，将与图3A中所示螺旋电感器2相对的整个表面的形成为金属图案9a，并研究在螺旋电感器2和与螺旋电感器2相对的表面上的金属图案9a之间的距离发生变化的情况下，对Q值的影响。 
图4是一曲线图，表示在与螺旋电感器2相对的表面上存在固定面积的金属图案9a的状态下，通过电磁场模拟在880MHz的频率下，螺旋电感器2和与螺旋电感器2相对的表面上的金属图案9a之间的距离变化对Q值的影响。 
从图4中的电磁场模拟的结果中可以看出，与图3A的结构相比，通过将与螺旋电感器2相对的表面和金属图案9a分开40μm或更大的距离(因此，为螺旋电感器线宽的四倍或更多倍)，可以获得相同的Q值(＝25)。 
接下来，图5表示芯片8，其中在图1的芯片结构中，在信号检波器3和螺旋电感器2之间并联地插入多个电容器。图5A是平面图，而图5B是沿线A-A的侧视剖面图。也就是说，在信号检波器3和螺旋电感器2之间形成平行板电容器14，以使各自的电容为3.4pF。电容器14大约为0.08mm2。通过这种结构来构造用于等效电路的滤波器。其它结构与图1至3的类似。 
通过这种结构的滤波器，在测量插入损失时，同样具有大约-2.5dB的最小值。接下来，作为比较示例，当将图5的芯片8气密地密封在封装9中时，在与螺旋电感器2相对的表面上形成金属图案9a，以与螺旋电感器2的面积的40％交叠。其它结构与图1至3的类似。 
此外，类似地，通过电磁模拟来测量在880MHz的频率下当螺旋电感器2和与螺旋电感器2相对的表面上的金属图案9a之间的距离发生变化时，对滤波器插入损失的影响。 
图6是模拟结果的曲线图，表示螺旋电感器2和与螺旋电感器2相对的表面上的金属图案9a之间的距离与滤波器插入损失之间的关系。从图6可以看出，按照前面的示例，必须将螺旋电感器2和与螺旋电感器相对的表面上的金属图案9a(交叠了大约40％的区域)分开40μm或更大的距离(为螺旋电感器2的线宽的4倍)，以获得相同的插入损失(-2.5dB)。 
从上述研究可以看出，不论螺旋电感器的Q值或滤波器插入损失如何，在螺旋电感器2倒装安装在封装中的情况下，当和与螺旋电感器相对的表面上的金属图案存在交叠时，可以通过保持为螺旋电感器的线宽的四倍或更多倍的间隙来避免该影响。 
这里，假定分离器(双工器)为其中根据本发明倒装安装有芯片的封装的应用示例，在该芯片中，在绝缘体基板上形成所研究的螺旋电感器2。 
图7表示双工器的结构示例。图7所示的结构包括：接收表面声波(SAW)滤波器21，其使由公共天线24接收的接收信号通过；以及发送表面声波(SAW)滤波器22，其使提供给公共天线24的发送信号通过。 
在图7A中，相移电路23设置在接收表面声波滤波器21的输入端，以使得接收表面声波滤波器21的通带为发送表面声波滤波器22的阻带带宽。 
同时，在图7B中，通过利用各个阻抗匹配电路41来匹配公共天线24以及发送表面声波滤波器22和接收表面声波滤波器21的特性阻抗，来发送最大电功率。 
此外，图8中所示的示例表示典型的接收平衡滤波器的结构示例。通过平衡型阻抗匹配电路26，由接收SAW滤波器25将通过天线(未示出)接收的接收信号输入给低噪声放大器27。 
在以上的图7和8中，相移电路23以及阻抗匹配电路41和26具有在电路中包含电感的结构。因此，当将包括这些电路和SAW滤波器的结构容纳在单个气密密封的封装中时，可以实现根据前述的本发明原理的本发明的应用。 
图9表示一实施例，其中将本发明应用于图7A中所示的相移电路23。图9A是与图5中所示的相移电路相对应的芯片的平面结构图。 
在图9B中，相移电路23与双工器的图7A中所示的发送SAW滤波器22和接收SAW滤波器21构成单个封装结构34。 
在封装9中的各个区域15和16中设置发送SAW滤波器22和接收SAW滤波器21。此外，根据本发明，将构成相移电路23的芯片8安装在封装9中。通过倒装芯片结构方法，将构成发送SAW滤波器22、接收SAW滤波器21，以及相移电路23的各个芯片安装在陶瓷封装9的底面上。 
图10为了简化仅表示构成相移电路23的芯片8在封装9中的倒装安装。 
如图10A的平面图和图10C的侧视剖面图所示，构成相移电路23的芯片8通过内直径为0.225mm、线宽为0.01mm、线间隙为0.01mm并且为4.5圈的铜布线在玻璃基板1上形成螺旋电感器2，并且分别在螺旋电感器2的外部和螺旋电感器2的中心设置多个信号检波器3。此外，构成平行板电容器14，以使得在信号检波器3和螺旋电感器2之间并联的各个电容为3.4pF。电容器14大约为0.08mm2。螺旋电感器2的周边由相对介电常数为2.8的绝缘体4覆盖，并且在螺旋电感器2的顶部设置0.001mm的封盖5。接下来，在从信号检波器3引线的焊盘6上形成凸点7，以构成单个芯片8。 
利用倒装芯片结构方法，还通过凸点7将构成相移电路23的芯片8安装在陶瓷封装9的小片安装表面10上。这时，螺旋电感器2和小片安装表面10之间的间隙为0.02mm。 
这里，在与构成相移电路23的芯片8相对的小片安装表面10上，存在用于与天线24和接收SAW滤波器21相连的金属(导体)图案。图11示出了这种状态。 
在图11中，在与构成相移电路23的芯片8相对的小片安装表面10的区域中，存在与天线24和接收SAW滤波器21相连的金属(导体)图案9a1以及接地金属(导体)图案9a2。 
因此，存在下述的情况：与螺旋电感器2相对的区域和金属(导体)图案9a1或接地金属(导体)图案9a2的区域交叠。 
图12表示下述的情况，其中与螺旋电感器2相对的区域和接地金属(导体)图案9a2的区域交叠。图12中的“A”将接地金属(导体)图案9a2表示为表面积，“B”表示螺旋电感器2的表面积，因此“C”表示接地金属(导体)图案9a2的表面积A和螺旋电感器2的表面积B的交叠。可以确定两个表面积之间的交叠量。 
这里，如图9中所示，将螺旋电感器2与接收SAW滤波器21以及发送SAW滤波器22一起倒装安装在陶瓷封装9中，并且随后对该封装9进行密封，以获得单个产品。 
对该产品的接收SAW滤波器21和发送SAW滤波器22的插入损失进行测量，由此确定与螺旋电感器2相对的表面上的金属表面(接地图案)的表面积的变化和随之产生的插入损失之间的关系。图13是表示这种关系的曲线图。横轴将相对接地图案9a2的交叠面积相对于螺旋电感器2的总面积的比率表示为百分比(A/B)。纵轴是根据以下条件的插入损失(-2.5dB)的变化：如果螺旋电感器2和接地图案9a2之间没有交叠，则插入损失为0。 
基于该测量结果，为了使插入损失相对于绝对没有交叠的情况的变化为0.1dB或更小，必须使小片安装表面10上的接地图案9a2和螺旋电感器2之间的平面交叠为7％或更小。 
图14表示下述的情况，其中螺旋电感器2不与接地图案9a2交叠， 而是与信号图案9a1交叠。在图14中，“D”表示信号图案9a1的表面积，而“E”表示螺旋电感器2和信号图案9a1的面积之间的交叠。 
对接收SAW滤波器21和发送SAW滤波器22的插入损失进行测量，并且图15表示与螺旋电感器2相对的表面上的金属表面(信号图案9a1)的表面积的变化和随之产生的插入损失之间的关系。这里，按照图13，横轴将相对信号图案9a1的交叠面积相对于螺旋电感器2的总面积的比率(E/B)表示为百分比。纵轴是根据以下条件的插入损失(-2.5dB)的变化：如果螺旋电感器2和信号图案9a1之间没有交叠，则插入损失为0。 
根据该测量结果可以看出，为了获得最优的插入损失差0.1dB或者更小，相对于与信号图案9a1的交叠，必须按照接地图案交叠使小片安装表面10上的接地图案9a2和螺旋电感器2之间的平面交叠为7％或更小。 
以上实施例为下述的结构，在该结构中同样地通过倒装安装将螺旋电感器2与发送SAW滤波器22和接收SAW滤波器21一起安装在封装中，然后气密地密封盖91。同时，图16是根据本发明的另一实施例，该实施例为下述结构的示例，在该结构中仅倒装安装发送SAW滤波器和接收SAW滤波器，这种结构尤其便于制造并且代表了一种可以进一步小型化的结构。图16A是一立体图，其中为了便于理解，将双层结构分为上层和下层。图16B是沿图16A中的下层的线B-B的侧视剖面图。 
在图16中，通过内直径为0.225mm、线宽为0.01mm、线间隙为0.01mm并且为4.5圈的铜布线，在绝缘体基板1的中心形成螺旋电感器2，并且分别在螺旋电感器2外部和螺旋电感器2中心设置多个信号检波器3，由此构成下层的芯片8。 
在信号检波器3和螺旋电感器2之间并联地形成平行板电容器14，以使各个电容为3.4pF。电容器14大约为0.08mm2。螺旋电感器2的周边由相对介电常数为2.8的绝缘体4覆盖，并且在螺旋电感器2的顶部设置0.001mm的封盖5。此外，在螺旋电感器2的周边构成焊盘28，并且形成通孔29以用于通路布线(through wiring)。结果，构成了具有螺旋电感器2的芯片8，该芯片8将成为下层。 
同时，在形成有发送SAW滤波器和接收SAW滤波器(发送滤波器30和接收滤波器31)图案并安装在一芯片(该芯片的下层构成电感器和电容器)上的单个芯片18上形成多个凸点7，以通过倒装芯片结构方法与芯片18相对。 
在安装之后，通过金属33将芯片的外围边缘形成密封结构。这时，螺旋电感器2的图案表面和与螺旋电感器相对的表面之间的间隙40大约为20μm，并且与螺旋电感器2相对的表面32处于没有金属图案的状态。在这种情况下，与螺旋电感器2相对的表面32是没有金属图案的区域，并且因此间隙40的尺寸不必是螺旋电感器2的线宽(0.01mm)的四倍或更多倍。 
这里，在对实施例的上述说明中，螺旋电感器2的形状被表示为完整的圆形螺旋。然而，本发明的应用并不限于这种情况。图17表示可以替代该圆形螺旋(图17A)的其它螺旋形状。 
图17B表示方形螺旋；图17C表示回路表面积相等的螺旋；图17D表示曲折型螺旋；图17E表示互绕螺旋；而图17F表示双螺旋。 
尽管在对本发明实施例的说明中采用了具有图17A的圆形图案的螺旋电感器2，但是也可以通过具有图17中所示的多种图案中的任何一种的螺旋电感器来获得本发明的效果。 
此外，可以与该芯片的电感器部分(在该电感器部分形成有本发明的螺旋电感器)串联或并联地形成电阻器部分，并且还可以采取措施来消除由于表面声波器件芯片的ESD(静电放电)而导致的损伤。 
工业实用性 
作为以上参照附图描述的本发明的应用的结果，可以提供一种表面声波器件，该表面声波器件具有缩短的密封结构以及改善的插入损失，并且不存在特性劣化，这对于其中安装有表面声波器件的设备的小型化具有实质性的帮助。 

Claims (4)

1.一种表面声波装置，该表面声波装置具有其上形成有螺旋电感器的芯片，
其中其上形成有所述螺旋电感器的所述芯片与一表面声波器件的另一芯片一起被倒装安装在一封装内；
所述封装具有气密密封的盖；
在所述封装的与所述螺旋电感器相对的表面上形成有导体图案；并且
所述螺旋电感器的区域和所述导体图案的区域之间交叠的面积为7％或更少。
2.根据权利要求1所述的表面声波装置，其中所述螺旋电感器和所述导体图案之间的间隙为所述螺旋电感器的线宽的至少四倍或更多倍。
3.根据权利要求1或2所述的表面声波装置，其中表面声波器件的所述芯片包括两个表面声波元件，这两个表面声波元件之一是接收表面声波滤波器，其使从公共天线接收的接收信号通过，而另一个表面声波元件是发送表面声波滤波器，其使提供给所述公共天线的发送信号通过；并且
其上形成有所述螺旋电感器的所述芯片具有与所述螺旋电感器并联形成的电容器，并且具有相移电路或阻抗匹配电路的功能，该相移电路或阻抗匹配电路与所述接收表面声波滤波器的输入端相连。
4.根据权利要求3所述的表面声波装置，其中在与所述螺旋电感器相对的表面上的所述导体图案是用于与所述接收表面声波滤波器相连的导体，以及接地导体。
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