DE19910889C2 - Oberflächenwellenvorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Oberflächenakustikwellenvorrichtung (SAW-Vorrich­ tung) nachfolgend immer Oberflächenwellenvorrichtung genannt, und speziell eine Oberflä­ chenwellenvorrichtung zur Verwendung in einem relativ hochfrequenten Bereich in einem Radiokommunikationssystem oder Funkverkehrssystem oder ähnlichem.

Bei einem Fertigungsprozess einer solchen Oberflächenwellenvorrichtung kann es vorkommen, dass Interdigitalwandler elektrostatisch durch Hitze zerstört werden, welche angewendet wird, wenn ein piezoelektrisches Substrat mit einem Gehäuse verbunden oder gebondet wird, oder durch Temperaturerhöhung, die entsteht wenn eine Abdeckung oder Kappe geschweißt wird, oder dergleichen. Diese elektrostatische Zerstörung wird durch die Pyroelektrizität des piezo­ elektrischen Substrats hervorgerufen. Um dies zu verhindern, gibt es einen Vorschlag, der aus der JP-A-6-224682 hervorgeht.

In diesem Vorschlag sind elektrostatisch zerstörbare Opferelektroden als Teil der Ein- und Ausgangselektroden vorgesehen, so dass diese Opferelektroden aktiv elektrostatisch zerstört werden, um dadurch zu verhindern, dass die Anregungsteile oder -bereiche der Ein- und Ausgangselektroden zerstört werden.

Es ist außerdem bekannt, dass ein möglichst vollständiges Abdecken der Oberfläche eines piezoelektrischen Substrats mit einer Dünnfilmelektrode effektiv ist, da sich Ladungen, die durch Pyroelektrizität hervorgerufene spontane Polarisation erzeugt werden, in einer freien Oberfläche, wo die Substratoberfläche nicht kurzgeschlossen ist, ansammeln.

Wenn jedoch die elektrostatisch zerstörbaren Opferelektroden gemäß der zuvor genannten Publikation als Teil von Ein- und Ausgangselektroden vorgesehen sind, entsteht das Problem, dass sich die Frequenzcharakteristik aufgrund der elektrostatischen Kapazität der elektrostatisch zerstörbaren Opferelektroden verschlechtert, insbesondere, bei einer hohen Betriebsfrequenz.

Zusätzlich entsteht das Problem, dass sich, wenn die Opferelektro­ den durch statische Elektrizität zerstört werden, geschmolzenes Elektrodenmaterial zwischen ihnen absetzt, wodurch der Isolationswider­ stand an der betreffenden Stelle reduziert wird. Weiterhin können, wenn auch selten, die Opferelektroden durch das geschmolzene Elektrodenmaterial kurzgeschlossen werden. Da in diesem Falle entweder eine der Eingangs- oder Ausgangselekt­ roden kurzgeschlossen wird, entsteht die sehr schwerwiegende Fehlfunktion, dass hochfre­ quente Signale diese Stelle nicht passieren können. Zusätzlich kann der Fall eintreten, dass, selbst wenn die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats so weitgehend wie möglich mit einer Dünnfilmelektrode abgedeckt ist, eine elektrostatische Zerstörung der Interdigitalwandler nicht verhindert werden kann.

Fig. 5 zeigt schematisch eine Oberflächenwellenvorrichtung gemäß dem Stand der Technik. Die Ein- und Ausgangsinterdigitalwandler 2 sind auf dem piezoelektrischen Substrat 1 ausgebildet. Diese Elektroden sind mit der/dem Eingangsdrahtverbindungsfläche bzw. -pad 3 und der/dem Ausgangsdrahtverbindungsfläche bzw. -pad 4 durch gemeinsame Elektroden 6 verbunden. Zusätzlich ist eine Erdungsverbindungsfläche bzw. -pad 5 an jeden der Interdigitalwandler 2 angeschlossen. Die Dünnfilmelektroden 7i und 7j zur Kurzschließung von Ladungen, die durch spontane Polarisation hervorgerufen werden, sind zwischen diesen Elektroden und der Chip­ randoberfläche angeordnet.

Die Dünnfilmelektroden 7i und 7j sind nicht bis zur Randoberfläche des piezoelektrischen Substrats 1 ausgebildet, sondern es befindet sich ein Zerteilungs-Randteilstück 9 zwischen der Randoberfläche des piezoelektrischen Substrats 1 und den Kanten der Dünnfilmelektroden 7i und 7j. Dies ist so vorgesehen, da dadurch verhindert wird, dass die Interdigitalwandler 2 wegen eines gebrochenes Stücks, welches durch das Zerteilen des Wafers zum Ausschneiden des piezoelektrischen Substrats 1 entsteht, kurzgeschlossen werden.

Obwohl die so ausgebildete Oberflächenakustikwellenvorrichtung die Eigenschaft besitzt, dass die Ansammlung von elektrischen Ladungen, infolge spontaner Polarisation mithilfe der Dünnfilmelektroden 7i und 7j eingedämmt werden kann, werden die Interdigitalwandler 2 dennoch elektrostatisch zerstört. Dies geschieht, weil die durch spontane Polarisation, die in dem Zerteilungs-Rand-Teilstück 9 erzeugt wird, das die größte freie Oberfläche auf dem piezoelektrischen Substrat 1 darstellt, erzeugten elektrischen Ladungen in die Interdigitalwand­ ler 2 mittels der Dünnfilmelektroden 7i und 7j entladen werden.

Um dies zu verhindern, körnen, wie in Fig. 6 gezeigt ist, Abstände S2 und S3 zwischen den Dünnfilmelektroden 7i und 7j und den Interdigitalwandlern 2 vorgesehen werden, um dadurch zu verhindern, dass diese jeweils miteinander elektrisch in Verbindung kommen. Hohe statische Elektrizität, die Werte von mehreren kV erreicht, kann die Isolation der Abstände S2 und S3 durchbrechen und somit zu einem elektrostatischen Durchbruch führen. Wenn aber die Isolation nicht durchbrochen wird, indem die Abstände S2 und S3 genügend erweitert werden, wird dadurch die freie Oberfläche durch die Abstände S2 und S3 so erweitert, dass die Dünnfilm­ elektroden i und j ihre ursprüngliche Aufgabe nicht lösen können.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Oberflächenakustikwellenvorrichtung bereitzustellen, mit der verhindert werden kann, dass Interdigitalwandler elektrostatisch zerstört werden, ohne dass sich dabei die elektrische Funktionsfähigkeit der Vorrichtung sowie ihr Isolationswiderstand verschlechtern.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der rückbezogenen Unteransprüche.

Dem gemäß wird eine Oberflächenwellenvorrichtung bereitgestellt, die eine Mehrzahl von Interdigitalwandlern aufweist, die auf der Oberfläche eines Akustikwellensubstrats angeordnet sind; und eine Mehrzahl von Dünnfilmelektroden, die zwischen den Interdigitalwandlern und dem Rand des Oberflächenakustikwellensubstrats elektrisch getrennt von den Interdigitalwand­ lern angeordnet sind, wobei wenigstens einer der Abstände zwischen benachbarten Dünnfilm­ elektroden geringer ausgelegt ist als der Abstand zwischen den Dünnfilmelektroden und den Interdigitalwandlern.

Vorzugsweise sind die Dünnfilmelektroden flächenförmig, d. h. eben ausgelegt.

Vorzugsweise, weist jede der Dünnfilmelektroden einen flächigen oder ebenen Bereich auf, und wenigstens ein Paar von Entladungsinterdigitalwandlern ist zwischen den Dünnfilmelektroden angeordnet.

Vorzugsweise, ist wenigstens eine der Dünnfilmelektroden zu einem Gehäuse mittels eines Verbindungsdrahts oder -bands oder einer Verbindungswölbung geerdet.

Mit einer solchen Konfiguration wird statische Elektrizität, die in dem Zerteilungsrandstück, in dem leicht spontane Polarisation hervorgerufen wird, erzeugt wird, nicht an die Interdigital­ wandler weitergeleitet, sondern zwischen den Dünnfilmelektroden entladen. Es ist deshalb möglich, die Ein- und Ausgangsinterdigitalenwandler vor Zerstörung zu schützen.

Fig. 1 ist eine Draufsicht, die die Anordnung einer Oberflächenwellenvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung illustriert;

Fig. 2 ist eine Draufsicht, die die Anordnung einer Oberflächenwellenvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung illustriert;

Fig. 3 ist eine Draufsicht, die die Anordnung einer Oberflächenwellenvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung illustriert;

Fig. 4 ist eine Draufsicht, die die Anordnung einer Oberflächenwellenvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung illustriert;

Fig. 5 ist eine Draufsicht, die die Anordnung einer Oberflächenwellenvorrichtung gemäß dem Stand der Technik illustriert;

Fig. 6 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration der Oberflächenwellenvorrichtung gemäß dem Stand der Technik illustriert; und

Fig. 7 ist eine Draufsicht, die die Anordnung einer Oberflächenwellenvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung illustriert.

Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren beschrieben. Fig. 1 zeigt eine Konfiguration der Elektroden gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform. Ein Lithiumniobat-Kristall, der durch Schneiden in einer Ebene, die senkrecht zu einer Achse steht, die um 64° von der y-Achse um die x-Achse gedreht ist, erhalten wird und bei dem die Ausbreitung der akustischen Oberflächenwellen entlang der x-Achse erfolgt, wird für das piezoelektrische Substrat 1 verwendet. Interdigitalwandler 2, eine Eingangsdrahtverbindungs- bzw. -bondingfläche 3, eine Ausgangsdrahtverbindungs- bzw. - bondingfläche 4, Erdungsdrahtverbindungs- bzw. -bondingflächen 5, gemeinsame Elektroden 6, und Dünnfilmelektroden 7a, 7b, 7c und 7d sind, wie in Fig. 1 gezeigt ist, auf dem piezo­ elektrischen Substrat 1 angeordnet.

Die Dünnfilmelektroden 7a, 7b, 7c und 7d sind nicht mit irgendeinem der Interdigitalwandler 2, der Eingangsdrahtverbindungsfläche 3, der Ausgangsdrahtverbindungsfläche 4, der Er­ dungsdrahtverbindungsflächen 5, und der gemeinsamen Elektroden 6 verbunden. Das heißt, die Dünnfilmelektroden 7a, 7b, 7c und 7d sind elektrisch getrennt bzw. unabhängig von den anderen Bestandteilen. Zusätzlich ist jeder der Abstände S1 zwischen den Dünnfilmelektroden 7a und 7b und zwischen 7c und 7d als 5 Mikrometer (µm) ausgewählt, während jeder der Abstände S2 und S3 zwischen den Dünnfilmelektroden 7a, 7b, 7c und 7d und den Interdigital­ wandlern 2 als 30 Mikrometer (µm) ausgewählt ist. Die Breite des Zerteilungs-Randteilstücks ist 100 Mikrometer (µm).

Als nächstes wird der Mechanismus zur Verhinderung der elektrostatischen Zerstörung gemäß der Erfindung beschrieben. Auf dem piezoelektrischen Substrat 1 erfolgt die Erzeugung von elektrischen Ladungen aufgrund von spontaner Polarisation nicht gleichmäßig, und die Stärke der Ladungserzeugung ist am größten in dem Zerteilungs-Randteilstück, welches das größte freie Oberflächenteilstück darstellt. Die in dem Zerteilungs-Randteilstück erzeugten elektrischen Ladungen wechselwirken mit Ionen in der Luft und werden stetig entladen, wenn sich die Temperatur leicht ändert. Falls die elektrischen Ladungen plötzlich erzeugt werden, werden die elektrischen Ladungen durch die Metallbereiche in der Nähe des Zerteilungs- Randteilstücks entladen.

In dieser Ausführungsform ist der Abstand S1 ausreichend geringer als jeweils die Abstände S2 und S3 so ausgelegt, dass statische Elektrizität wahlweise zwischen den Elektroden 7a, 7b, 7c und 7d entladen wird. Dem gemäß besteht keine Gefahr, dass die Interdigitalwandler 2 elektrostatisch zerstört werden.

Auf diese Weise sind die Dünnfilmelektroden 7a, 7b, 7c und 7d, die aktiv die elektrische Entladung hervorrufen, elektrisch getrennt von den Interdigitalwandlern 2 und anderen damit verbundenen Bestandteilen angeordnet. Deshalb besteht keine Gefahr, dass die Dünnfilmelekt­ roden 7a, 7b, 7c und 7d einen Einfluss auf die Hochfrequenzeigenschaften und die Isolations­ widerstandseigenschaften der Vorrichtung haben.

Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben. Zusätzlich zu der Konfiguration in Fig. 1 sind in Fig. 2 Entladungs- Interdigitalwandler 8 jeweils zwischen den Dünnfilmelektroden 7a und 7b sowie zwischen 7c und 7d angeordnet. Die anderen Bestandteile sind ansonsten dieselben wie die in der ersten Ausführungsform. Die Breite der Elektroden der Entla­ dungs-Interdigitalwandler 8 und der Abstand zwischen den Elektroden der Entladungs- Interdigitalwandler 8 sind jeweils als 1.0 und 0.7 Mikrometer (µm) ausgewählt, was dasselbe ist wie bei dem Interdigitalwandler 2. Die Anzahl der Elektrodenpaare ist als drei ausgewählt.

In dieser Ausführungsform erfolgt die elektrische Entladung gleichmäßiger, da die Entladungs- Interdigitalwandler 8 vorgesehen sind. Das heißt, mit der selben Anordnung, wie die der Interdigitalwandler 2, können die Entladungs-Interdigitalwandler 8 die Entladung auch bei relativ geringer Spannung durchführen. Daher ist es möglich, einen wirksameren Schutz der Interdigitalwandler 2 zu erzielen.

Weiterhin sind in dieser Ausführungsform die Dünnfilmelektroden 7a, 7b, 7c und 7d und die Entladungs-Interdigitalwandler 8 elektrisch getrennt bzw. unabhängig von den Interdigital­ wandlern 2 und anderen Bestandteilen, die mit den Interdigitalwandlern 2 verbunden sind, angeordnet. Deshalb ist es offensichtlich, dass die Dünnfilmelektroden 7a, 7b, 7c und 7d und die Entladungs-Interdigitalwandler 8 keinen Einfluss auf das Hochfrequenzverhalten und das Isolationswiderstandsverhalten der Vorrichtung haben.

Obwohl die Breite der Elektroden und die Abstände zwischen den Elektroden der Entladungs- Interdigitalwandler 8 in dieser Ausführungsform dieselben sind wie die der Interdigitalwandler 2, ist es offensichtlich, dass die ersteren kleiner gewählt werden können als die letzteren. Selbst wenn die Breite der Elektroden und die Abstände zwischen den Elektroden der Entladungs- Interdigitalwandler 8 größer gewählt ist als die der Interdigitalwandler 2, kann ein ähnlicher Effekt erzielt werden, solange die Aperturlänge der Elektroden gering gewählt ist. Weiterhin ist es nicht immer notwendig, die Elektroden interdigitierend auszuführen, sondern diese können keilförmig mit scharfen Spitzen ausgeführt sein.

Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben. In Fig. 3 ist jede der Elektroden 7a, 7b, 7c und 7d in zwei geteilt, so dass zusätzlich zu der in Fig. 1 gezeigten Anordnung die Elektroden 7e, 7f, 7g und 7h gebildet werden. Die anderen Bestandteile sind dieselben wie die in der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.

Diese Ausführungsform hat das Merkmal, dass zwei Arten vor Dünnfilmelektroden zwischen den Interdigitalwandlern 2 und dem Zerteilungs-Randteilstück 9 angeordnet sind. Dem gemäß werden elektrische Ladungen, die in dem Zerteilungs-Randteilstück 9 erzeugt werden, durch die Dünnfilmelektroden 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g und 7h entladen. Es ist deshalb möglich, wirksam elektrostatischem Zerstörung bzw. Durchbruch vorzubeugen.

Das heißt, auch wenn die Entladung zwischen den Dünnfilmelektroden 7a und 7b nicht voll­ ständig stattfinden kann, so wird eine Entladung weiterhin zwischen den Elektroden 7a und 7e sowie 7b und 7f bewirkt. Dem gemäß wird der Schutzeffekt für die Interdigitalwandler weiter verbessert. Weiterhin ist es offensichtlich, dass der Effekt weiterhin verbessert werden kann, wenn die Anzahl der Unterteilungen der Dünnfilmelektroden erhöht wird.

Als nächstes wird eine vierte Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf Fig. 4 beschrieben. In Fig. 4 sind Dünnfilmelektroden 7e, 7f, 7g und 7h der in Fig. 1 gezeigten Konfiguration hinzugefügt. Die weiteren Bestandteile sind die selben wie in der ersten Ausführungsform.

Somit gibt es bei dieser vierten Ausführungsform zwei Arten von Dünnfilmelektroden: Zwi­ schen den Interdigitalwandlern 2 und den Zerteilungs-Randteilstücken sind die gleichen Dünn­ filmelektroden wie in der dritten Ausführungsform angeordnet und zusätzlich sind die Dünn­ filmelektroden 7e, 7f, 7g und 7h zu den Teilstücken nahe den Rändern des piezoelektrischen Substrats 1 hinzugefügt. Die Betriebsweise dieser vierten Ausführungsform ist dieselbe wie die der dritten Ausführungsform. In dieser Ausführungsform wird jedoch die elektrische Entladung in einem Teilbereich nahe des Randbereiches des piezoelektrischen Substrats 1 durchgeführt, welcher sich genügend weit entfernt von den Interdigitalwandlern 2 befindet. Dem gemäß sammelt sich das durch die Entladung zerstreute Elektrodenmaterial in der Nähe der Randberei­ che des piezoelektrischen Substrats an, und auch wenn sich dieses Elektrodenmaterial dort wieder festsetzt, besteht keine Gefahr, dass das Elektrodenmaterial die Interdigitalwandler 2 negativ beeinflusst.

Als nächstes wird eine fünfte Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf Fig. 7 beschrieben. In Fig. 7 sind ein Gehäuse 10 und Verbindungsdrähte bzw. Bonding­ drähte 13 der Anordnung in Fig. 1 hinzugefügt. Die anderen Bestandteile sind dieselben wie die in der ersten Ausführungsform.

In dieser Ausführungsform ist das piezoelektrische Substrat 1 mittels eines Verbindungs- bzw. Bondingmittels mit dem Gehäuse 10 verbunden (nicht gezeigt). Zur elektrischen Verbindung mit dem Gehäuses 10 ist ein Eingangsanschluss 12a mit der Eingangs-Verbindungsfläche 3 mittels eines Verbindungsdrahts 13 verbunden, während ein Ausgangsanschluss 12b mit der Ausgangsverbindungsfläche 4 mittels eines Verbindungsdrahts 13 verbunden ist. Auf dieselbe Weise sind die Erdungsanschlüsse 11 mit der Erdverbindungsfläche 5 mittels der Verbindungsdrähte 13, und die Dünnfilmelektroden 7a, 7b, 7c und 7d mit den Erdanschlüssen 11 mittels der Verbindungsdrähte 13 verbunden.

Gemäß dieser Ausführungsform "floaten" die Dünnfilmelektroden 7a, 7b, 7c und 7d nicht elektrisch, so dass das elektrostatische Potential stabilisiert ist. Dem gemäß erhöht sich die Zuverlässigkeit der Vorrichtung im Hochfrequenzbereich.

Weiterhin sind in diesem Fall die Ein- und Ausgangs-Verbindungsflächen 3 und 4 für die Interdigitalwandler 2 und die Dünnfilmelektroden 7a, 7b, 7c und 7d nicht miteinander elekt­ risch verbunden, das heißt sie sind unabhängig voneinander. Auf dieselbe Weise wie in der ersten Ausführungsform ist es daher offensichtlich, dass der Effekt zur Vorbeugung eines elektrostatischen Durchbruches nicht verloren geht und die elektrische Funktionsfähigkeit der Vorrichtung nicht gemindert wird. Es ist nicht immer notwendig, das piezoelektrische Substrat 1 mittels Verbindungsdrähten 13 mit dem Gehäuse 10 zu verbinden, sondern die Verbindung kann auch mittels einer Verbindungswölbung oder eines Bondinghügels oder ähnlichem erzielt werden.

Claims (4)

1. Oberflächenwellenvorrichtung, die
eine Mehrzahl von Interdigitalwandlern aufweist, die auf einem Oberflächenakustik­ wellensubstrat angeordnet sind, sowie
eine Mehrzahl von Dünnfilmelektroden, die zwischen den Interdigitalwandlern und dem Rand des Oberflächenakustikwellensubstrats elektrisch getrennt von den Interdigitalwandlern angeordnet sind, wobei wenigstens einer der Abstände zwischen benachbarten Dünnfilmelekt­ roden geringer ausgelegt ist als der Abstand zwischen den Dünnfilmelektroden und den Interdi­ gitalwandlern.

2. Oberflächenwellenvorrichtung gemäß Anspruch 1, worin die Dünnfilmelektro­ den flächenförmig ausgebildet sind.

3. Oberflächenwellenvorrichtung nach Anspruch 1, worin jede der Dünnfilmelektro­ den einen flächenförmigen Bereich aufweist, und wenigstens ein Paar von Entladungsinterdigi­ talwandlern zwischen den Dünnfilmelektroden angeordnet ist.

4. Oberflächenwellenvorrichtung gemäß Anspruch 1, worin wenigstens eine der Dünnfilmelektroden zu einem Gehäuse mittels eines Bonding- oder Verbindungsdrahts oder einer Verbindungswölbung oder eines Bondinghügels geerdet ist.