TW498612B - Surface acoustic wave device communication device using the same, and antenna duplexer - Google Patents

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 498612 A7 ----- ---B7 ___ 五、發明說明（1 ) 本發明有關一種表面聲波裝置及一使用此種裝置的 通訊裝置。本發明尤指利用反置晶片接合技術的表面聲波 裝置’可以縮小其大小，並有高可靠度，及一使用此種裝 置的通訊裝置。 在最近幾年，由於可攜帶電話開始風行，縮小通訊 裝置的尺寸巳成為注目焦點。伴隨此種縮小裝置尺寸的趨 勢’縮小及降低組件高度的需求亦增加。 特別是在通訊裝置中，一濾波器，一振盪器及一延 遲線裝置皆係主要組件，而其縮小尺寸即利用反置晶片接 合技術的表面聲波裝置來實現。 第1Α與1Β圖係在封裝上裝設此種表面聲波裝置方法 的橫戴面圖示。 第1A圖係以線接合技術在表面聲波裝置上裝設於封 裝上的方法。表面聲波元件係形成於一壓電元件（晶片）！ 上。 此壓電元件1係裝設在具有以如陶瓷等介電材料形成 凹部的封裝2上’並以傳導黏合材料3塗層及固定。在壓電 元件1裝設在封裝2之後，以帽5加以密封。另外，在封裝2 外表面或金屬板上提供有與反面接地端子4連接的導體金 屬板。 此處在壓電元件1上有一適當電極，經由一 A】線6連 接於對應封裝2的電極。因此，在高度上需有一根據八丨線 6的預定尺寸。 在第1A圖線接合技術的情況，以此方式降低高度會 本紙張尺錢中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公复^ - > ^---------^— 請先閱讀f面之注意事項再填寫本頁) 4

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 受到限制。 與第1A圖相比較，第iB圖的反置晶片接合技術，在 壓電元件1上有一適當電極，經由一 Au隆起部7，連接至 對應封裝2的電極。因此與A1線6情況的高度相比較，可 以降低其高度。 此處第1B圖反置晶片接合技術中，壓電元件1與封裝 2之間的連接係*Au隆起部7尺寸決定，且比線接合技術 中的情況還要小。另方面，一般用途的壓電元件丨與封裝2 之間存在有不同的線性擴展係數。 因此在測試階段的加溫循環中，在隆起部7上施加的 應力負荷增加。此即為降低裝置可靠度的因素（中斷等）之 這也疋無法採用反置晶片接合技術來減少尺寸的因素 因此，本發明即在解決此一問題，即提供一種表面 聲波裝置致能縮小尺寸及高可靠度，及使用此裝置的通訊 裝置。 為解決此種缺點，根據本發明第一特點，提供一種 表面聲波裝置，包含一種封裝具有線性擴展係數的封裝； 及一壓電元件形成一表面聲波元件，及以反置晶片接合裝 設在封裝上。壓電元件在由表面聲波元件指間電極產生之 表面聲波傳播方向及其垂直方向有不同的線性擴展係數， 及另有一長邊存在於具有與封裝線性擴展係數接近之線性 擴展係數的方向上。 壓電元件宜另有電極式樣，及連接電極式樣與封裝 本紙張尺度刺巾闕家鮮（CNS)A4規格（21〇 297公釐）

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的隆起部係置於與壓電元件中心點對稱的位置。 較佳的’形成之電極式樣，其與壓電元件中心之距 離宜為壓電元件短邊1/2或小於。 較佳的，表面聲波元件宜有一電極式樣組態成一梯 形濾波器。所有連接電極式樣與封裝的隆起部位置宜置於 較接近壓電元件中心的一邊，即較置於梯形濾波器短邊一 邊的振盪器還要接近。 為解決上述的缺點，根據本發明第二特點提供一種 表面聲波裝置，包含一封裝具有線性擴展係數；及兩壓電 元件形成一表面聲波元件，及以反置晶片接合裝設在封裝 上。兩壓電元件的每一個在由表面聲波元件指間電極產生 之表面聲波傳播方向及其垂直方向有不同的線性擴展係數 ，及具有一長邊存在於具有與封裝線性擴展係數接近之線 性擴展係數的方向上，另具有不同的中心頻率。 較佳的，分別形成於兩壓電元件上的表面聲波元件 接地電極係共用於封裝内。 較佳的，分別形成於兩壓電元件上的表面聲波元件 接地電極係分別獨立於封裝内。 較佳的，表面聲波元件係雙模型濾波器，其中濾波 器-輸人側接地電極及輸出側接地電極係分離於封裝内。 較佳的，形成於兩壓電元件中任一個的表面聲波元 件係-串級連接的雙模型m ’其令毅器—輸入側接 地電極及輸出側接地電極係分離於封裝内。 壓電元件係由具有χ，γΜ結晶轴的單結晶切割形成

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I- ^-------- 請先閉熗背面之;x意事項再填寫本頁) -線丨！ 498612 A： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制私

五、發明說明（4 ) ，及X結晶軸與表面聲波傳播方向相符。 壓電元件可由圍繞著X軸的LiTA03結晶，自γ軸至z 轴轉動一角度切割而成，其轉動角度範圍在4〇。與44。之 間。 上述本發明其他目的，特點，特性及優點可由以下 相關圖示說明而更加明瞭。 第1A與1B圖係在表面聲波裝置封裝上裝設方法的橫 截面圖示； 第2圖係以傳統表面聲波元件形成的壓電元件平面圖 第3圖係第2圖表面聲波元件梯形濾波器等效電路； 第4圖係為解決第2圖組態問題，根據本發明實施例 的組態圖示； 第5圖係說明裝設於壓電元件陶瓷封裝的圖示； 第6圖係具有本發明指間電極組態表面聲波元件的例 子’圖示為指間置的指間轉換器型（IIDT)濾波器； 第7圖係根據本發明串級連接雙模型濾波器的例子； 第8圖係形雙模型另一表面聲波濾波器壓電元件1的 頂視圖； 第9圖係說明太發明特性的圖示； 第10 A與10B圖係說明本發明另一特性的實施例； 第11圖係一無線電通訊裝置定中心的方塊圖，例如， 一可攜帶電話的高頻電路； 第12圖係可攜帶電話另一高頻電路定中心的方塊圖 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I----·1111111 ^ ·1111111« (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 498612 A： B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（ 第13圖係應小尺寸表面聲波裝置的需求，根據本發 裝設表面聲波裝置的實施例說明； 第14圖係根據第13圖裝設前情況的實施例及其裝設 後的情況； 第15圖係另一例子，其中裝在共用封裝2上的兩壓電 元件接地電極塾片係分開成封裝2的接地端子4，以便連接 :及 第16圖係另一例子，其中形成於一壓電元件1上面的 雙模型濾波器的輸入及輸出接地電極墊片係彼此分離，供 封裝2的接地端子4連接。 以下說明本發明實施例，其中相同或相似組件或元 件係以相同參考號碼或符號表示說明。 第2圖係以傳統表面聲波元件形件成之壓電元件1的 平面圖示。 此處壓電元件1係進一步分割以與單結晶成一預定角 度切割出來的壓電基片（晶圓），例如，LiTA03具有X，γ ，及Z結晶軸，分割成多數平行四邊形的晶片。壓電元件 1有一邊係沿著結晶軸。在第2圖的例子中，一長邊lx係 沿著X軸的邊，及一短邊LZ係沿著Z軸的邊。 形成於壓電元件1上的表面聲波元件有指間電極1 〇， 12, 11，連接於一輸入電極墊片？1，一輸入電極墊片匕， 及一接地電極墊片Ps，其中指間電極10, 12係組態成並聯 振盪器，及指間電極11係組態成串聯振盪器，並組成一梯 I I--—--^ · I I I--— II I I (請乇閱ίτ背面之注意事項再填寫本頁)

498612 A： 五、發明說明（6 形遽波器。第3圖係由第2圖表面聲波元件組成之梯形濾波 器的等效電路，具有二階串聯振盪電路丨丨及三階並聯振盪 電路。 第2圖中，壓電元件1一長邊Lx係與表面聲波元件表 面聲波傳播方向（SAW)相符。另外，此壓電元件1在長邊Lx 方向的線性擴展係數與在短邊LZ方向的線性擴展係數之 間不同。 這些表面聲波（SAW)傳播方向的結晶軸及各邊方向的 線性擴展係數係依切割的壓電基片單結晶的切割角與類型 而為早一有效者。 訂 例如，由UTAO3切割的壓電基片，單結晶，表面聲 波傳播方向(沿X軸方向）的線性擴展係數係α χ;=丨6 · ipp m，及垂直方向（沿ζ軸方向）的線性擴展係數係α ζ = 9.5ΡΡ m 線 另方面，在第2圖以反置晶片接合技術裝在封裝上的 壓電元件1的情況，壓電元件1係以隆起部7連接至封裝2上 的電極，其位置對應個別之電極墊片Ρι，p2，P3，如第1 圖示。 但封裝2本身有線性擴展係數。例如，在利用陶瓷封 裝的情況’其線性擴展係數係約α = 7至8ppm。 因此，在第2圖的壓電元件1中，表面聲波傳播方向 邊的線性擴展係數，即長邊以，與封裝2線性擴展係數之 間的差增加，在此情況，大的應力施加於隆起部7上，造 成連接可靠度的問題。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公餐 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制π 498612 A： _ B7 五、發明說明（7 ) 本發明解決這樣的問題，如第4圖之實施例組態所示 ，與第2圖相同係壓電元件1的平面圖。根據第4圖的實施 例’與第2圖相比較，壓電元件1的長邊係與其中短邊相對 ’即長邊LZ係沿Z軸，而短邊Lx係沿X軸。 根據本發明此種方式，接近封裝2線性擴展係數的邊 LZ係組態成長邊。故與第2圖先前技藝相比較，可減少隆 起部7的應力。 上述由繞著X軸，自Y軸至Z軸方向，轉動40度，42度 ’及44度角的單結晶LiTA03切割出來的壓電基片，沿X轴 方向的線性擴展係數係α x= 16 · IPPm，及沿Z軸各線性 擴展係數係 α Z = 9 · IPPm，9 · 5PPm，及9 · 9PPm。因 此’即使壓電基片係以任意轉動角度切割出來，此種情況 與沿X軸方向相比較，陶瓷封裝的線性擴展係數接近α = 7至 8PPm。 另外，有一例係利用Li N BO;的情況，其自Y軸至Z軸 ’繞著X軸轉動的角度為41度，X軸方向的線性擴展係數 係α x = 15 · 4PPm，及z方向的線性擴展係數係α z = 10 • 9PPm，及在64度的情況，χ軸方向的線性擴展係數係 α x = 15 · 4PPm，及Z方向的線性擴展係數係α z = 13 · 9PP m。在此種情況中，沿2軸方向的線性擴展係數，較接近 於陶瓷封裝的α==7至8PPm，而不是接近X軸的線性擴展 係數。 在任何情況’沿Z軸方向的線性擴展係數較接近於陶 瓷封裝的線性擴展係數，將其設定為長邊，可減少隆起部 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公爱） 一 ： ------^---------^---AWI (請先閱^背面之^意事項再填寫本頁) 10 498612 A： 五、發明說明（8 ) 的應力荷。根據本發明的此一方式，利用沿結晶軸方向線 性擴展係數較接近封裝2線性擴展係數的壓電元件1，將其 設定成長邊，此壓電元件1係裝設在陶瓷封裝2上，如第5 圖示，響應封裝2經由隆起部7連接於電極。故表面聲波裝 置可獲得高可靠度。 參考第4圖說明本發明另一特性。第4圖中，電極塾 片A，A’及B，B’及C，C’係點對稱的分別置於壓電元件1 的中心。 以此種方式，電極墊片係點對稱的置於壓電元件1的 中心’響電極墊片位罝施加於隆起部的應力負荷可分別分 散，故其應力得以分散。 上述本發明的採用並不限於具有梯形指間電極構造 的表面聲波元件，如第4圖示表面聲波元件係形成於壓電 元件1上，可包含其他指間電極構造的表面聲波元件的情 況。 線 例如，第6至8圖所示，具有其他指間電極構造的表 面聲波元件的例子。特別是如第6圖係指間置指間轉換器 (IIDT)型之一的濾波器，沿z軸一邊係設定為長邊，其 與I/O電極墊片P!，P2的關係及與各接地電極墊片&之間 的關係成對稱放置。 3 第7圖係串級連接雙模型濾波器的例子，及其長邊係 設定於沿Z軸的方向。第7圖中，一第一雙模型遽波器⑻ 係經由連接電極103，104 串級連接至一第二隻模型濾波器1〇2，及一具有較高 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格⑵Gχ 297公[ 498612 五、發明說明（9 選擇性的遽波器係由兩級的雙模型濾波器所組成。 另外’第7圖中，電極墊片亦係點對稱的置於壓電元 件1的中心點。 第8圖係形成另一雙模型表面聲波濾波器的壓電元件 1的頂視圖。特別是此例有兩雙模型濾波器101，102串級 連接，及其輸出係取自兩輸出電極墊片P4的平衡型。 第9圖係說明本發明另一特性。此實施例亦有上述本 發明之第一特性，其長邊LZ係設定於線性擴展係數較接 近於封裝2線性擴展係數的結晶軸方向。另外，在第9圖的 貫施例中，自壓電元件丨中心位置至電極墊片P5〇至pq的距 離’其距離不得超過其短邊Lx的一半。 訂 故可進一步減少響應電極墊片P5〇至p54的應力負荷。 第10圖係說明本發明另一特性的實施例。此實施例 係延伸自第9圖電極墊片位置係置於接近壓電元件丨中心位 置的考量。 線 即如第10A圖所示之梯形濾波器，一並聯振盪器^的 接地墊片Ρά及一串聯振盪器R2接地電極墊片p7係分別位於 並聯振盪器Rl，R2的外側❶因此，由第9圖本發明特性的 延伸’接地電極墊片Ρδ及卩7係分別置於並聯振盪器R1，R2 的内側，如第10Β圖示。 此處考量通訊裝置所採用的濾波器。第丨1圖係一無線 電通訊裝置定中心的方塊圖，例如，一可攜帶電話的高頻 電路。一天線雙工器21鏈結於天線20,有一發射濾波器21〇 及一接收濾波器211。發射濾波器210及接收濾波器21分別 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 12 498612 Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（10 ) 有一預定通，及中心頻率不同。 發射側以聲音或數位信號，經由調變器22調變發射I F信號。調變之信號係與本地振盪器23以混波器24加以混 波，並轉變成一發射頻帶信號。接著，通過一級間濾波器 25，並以功率放大器26放大其功率，通過天線雙力器21， 以天線20送出。 另一方面，由天線接收的接收信號，通過天線雙工 器21的接收濾波器211，並由一前置放大器27加以放大。 前置放大器27的輸出通過一級間濾波器28後送至混波29。 一與發射頻率不同的頻率信號係由一濾波器3〇自本 地部分振盪器23的頻率信號輸出中摘出，然後由混波29將 接收信號轉變成I F信號。轉變成I ρ的信號以I F濾波器31 除去較面的諧波成分，並送至解調器32加以解調。 第12圖係可攜帶電話另一高頻電路定中心的另一方 塊圖。特別是此種攜帶電話高頻電路部分係使用於歐洲的 組態。即一電話係組態成對應兩系統。此對應於一具有 900MHZ頻帶的EGSM系統及具有i · 8GHZ頻帶的Dcs系 統。 因此，提供有每一系統的發射及接收雙濾波器4〇 , 41 。另外，在有些情況中，可另裝設一 SAW濾波器於一鏈 結天線20的系統，例如用以分離發射與接收信號的雙工模 組30與放大器31，32之間。 每一後級的級間濾波器40，41係連接於調變及解調 電路，其方式如第11圖組態，由於此與本發明說明， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格⑵Q χ 297公餐- ^--------^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 498612 A： 五、發明說明（11 ) 故此處省略其說明。 由第11與12圖的說明巳知在通訊裝置使用多數濾波器 的情況，及攜▼電話需要縮小尺寸的要求，故這些濾波器 需要尺寸較小的表面聲波裝置。 第13圖係響應此種需求，根據本發明裝設表面聲波 裝置貫靶例的s兒明。第14圖係裝設後的情況。此實施例中 ，兩壓電元件1具有前述本發明特性，共同裝設於封裝2中 ，並以帽5密封。封裝2有一凹部，及接地端子與！/〇端 子係經由Au隆起部7連接於對應壓電元件丨的電極墊片， 並彼此固定。 此處如前述，壓電元件丨的長邊係選擇接近封裝2線 性擴展係數的軸方向，及電極墊片係置於與壓電元件1中 心對稱的位置。因此，在第14圖中，減少隆起部7的應力 第14圖的例子係兩壓電元件1接地電極墊片共同連接 於封裝2接地端子4的一種。 第15圖為另一例子，其中裝設在共用封裝2上的兩壓 電元件1接地電極墊片係分離供連接封裝2内的接地端子4 。故可防止兩壓電元件1之間的干擾。 第16圖係另一例子，其中形成於一壓電元件丨上的兩 表面聲波元件的輸入與輸出接地電極墊片係彼此分離，以 便連接於封裝2的接地端子4。故可防止輸入與輸出之間的 干擾。 此種例子可應用於如前述第7圖連接電極1〇3，1〇4内 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） -------------嬅 f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂-----I I I · I I · 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 14 498612 * . A： ______B7____ 、五、發明說明（12 ) - 串級連接的兩級雙模型濾波器，單級雙模型濾波器，或其 類似者。 此處在第13至16圖係說明兩壓電元件裝設於共用封 • 裝的例子，但採用本發明並不限於此種例子。在兩壓電元 ι 件裝設於共用封裝的情況，其圖示如第11圖的天線雙工器 21，或第12圖的雙濾波器40，41。 另外，在兩個或多個壓電元件裝設在共用封裝的情 φ 況，例如第11圖中，此種組態可包含級間濾波器，I F濾 波器，或一濾波器，供另一種系統使用。 在上述各實施例的說明中，係說明單一壓電元件上 單一濾波器組態的情況，但本發明並不限於此，亦可在單 一壓電元件上組態兩個或多個濾、波器。 如上述以圖示說明的實施例，根據本發明可縮小尺 寸，且具有高可靠度的表面聲波裝置，其中裝設在封裝上 的壓電元件係由反置晶片接合技術以表面聲波元件形成。 --------訂---I-----線 f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 準 標 國 國 中 用 適 度 尺 張 i紙 本 格 規 Α4 S) 97

498612 A7 _B7_ 五、發明說明（13 ) 元件標號對照 經濟部智慧財產局員工消費合作社印？衣 1···壓電元件 26…功率放大器 2…封裝 27…前置放大器 4…接地端子 28…級間濾、波器 7…隆起部 29…混波 10，11，12…指間電極 30…濾、波器 21…雙工器 31…IF濾波器 2 0…天線 32…解調器 22…調變器 40,41…級間濾波器 23…本地振盪器 103,104···連接電極 24…混波器 210…發射濾波器 25…級間濾波器 211…接收濾波器 ^_M_W-------^---------—AW. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 16

Claims (1)

1. L 一種表面聲波裝置，包含： 一封裝具有一線性擴展係數；及 壓電元件形成一表面聲波元件，及以反置晶片 接合裝設於封裝上，摩電元件在由表面聲波元件指間 電極產生之表面聲波，播方向及其垂直方向有不同的 線性擴展係數，及另有一長邊存在於具有與封裝線性 擴展係數接近之線性擴展係數的方向上。 2.根據申請專利範圍第丨項之表面聲波裝置，其中 壓電元件另極式樣，及連接電極式樣與封裝 的隆起部係置於件中心點對稱的位置。 3·根據申請專㈣聲波裝置，其巾形成之電 極式樣，其與壓電元件中心之距離宜為壓電元件短邊ι / 2或小於。 4_根據申請專利範圍第ι項之表面聲波裝置，其中， 表面聲波元件有一電極式樣組態成一梯形濾波器

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   5·根據申請專利範圍第4項之表面聲波裝置，其中 所有連接電極式樣與封裝的隆起部位置宜置於較 接近壓電元件中心的一邊，即較置於梯形濾波器短邊 一邊的振盪器還要接近。 6· —種表面聲波裝置，包含 一封裝具有一線性擴展係數；及 兩壓電元件形成一表面聲波元件，及以反置晶片 接合裝設在封裝上，兩壓電元件的每一個在由表面聲

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   17 經濟部智慧財產„局員工消費合作社印製 §S8 ___ C8 -- ~ ---—) _ 六、申請專利範圍 ~' 波疋件指間電極產生之表面聲波傳播方向及其垂直方 σ有不同的線性擴展係數，及具有一長邊存在於具有 〃封裝線性擴展係數接近之線性擴展係數的方向上， 另具有不同的中心頻率。 7·根據中請專利範圍第6項之表面聲波裝置，其中 刀別形成於兩壓電元件上的表面聲波元件接地電 極係共用於封裝内。 8.根據申請專利範圍第6項之表面聲波裝置，其中 分別形成於兩壓電元件上的表面聲波元件接地電 極係分別獨立於封裝内。 9·根據申請專利範圍第1項之表面聲波裝置，其中 表面聲波元件係雙模型濾波器，其中濾波器一輸 入側接地電極及輸出側接地電極係分離於封裝内。 1〇·根據申請專利範圍第6項之表面聲波裝置，其中 形成於兩壓電元件中任一個的表面聲波元件係一 串級連接的雙模型濾波器，其中濾波器一輸入側接地 電極及輸出側接地電極係分離於封裝内。 11·根據申請專利範圍第1項之表面聲波裝置，其中 壓電元件係由具有X，γ與Ζ結晶軸的單結晶切割 形成’及X結晶軸與表面聲波傳播方向相符。 12·根據申請專利範圍第丨丨項之表面聲波裝置，其中 壓電元件可由圍繞著Υ軸的LiTA03結晶，自Υ軸 至Z軸轉動一角度切割而成，其轉動角度範圍在40。 與44°之間。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — — — —— — — — — — — — — ·1111111 ^ ·1111111 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 18 、申請專利範圍 13. —種通訊裝置，包含·· 一封裝具有一線性擴展係數；及 一壓電元件形成一表面聲波元件，及以反置晶片 接合裝設於封裝上，壓電元件在由表面聲波元件指間 電極產生之表面聲波傳播方向及其垂直方向有不同的 線性擴展係數，及另有一長邊存在於具有與封裝線性 擴展係數接近之線性擴展係數的方向上。 14· 一種天線雙工器，包含： 一封裝具有一線性擴展係數；及 兩壓電元件形成一表面聲波元件，及以反置晶片 接合裝設在封裝上，兩壓電元件的每一個在由表面聲 波元件指間電極產生之表面聲波傳播方向及其垂直方 向有不同的線性擴展係數，及具有一長邊存在於具有 與封裝線性擴展係數接近之線性擴展係數的方向上， 其中 形成於兩壓電元件上之表面聲波濾波器個別中心 頻率係分別不同。 請 先 Μ 讀 背 面 之 注 意 事 項 再 填 寫 本 頁 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 19