具有凸塊電極的聲表面波器件及其製造方法
2023-12-03 06:20:06 2
專利名稱：具有凸塊電極的聲表面波器件及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種具有凸塊電極的聲表面波元件。本發明尤其涉及一種具有適合於在提供超聲波時封裝到其連接部分的凸塊電極的聲表面波元件。
隨著近年來，電子元件小型化和薄型化的趨勢，開發了通過倒裝焊接封裝電子元件(其中，通過將功能表面設置得直接相對於基片的封殼表面來封裝聲表面波元件的功能表面)。
參照
圖1到圖3，描述通過倒裝焊接封裝的聲表面波器件的一般結構。圖1示出了聲表面波元件的平面圖。圖2示出其中封裝了聲表面波元件的聲表面波器件的截面圖。圖3示出了聲表面波元件在凸塊電極區域中的截面圖。如圖1所示，聲表面波元件12包含壓電基片21、設置在壓電基片21上的梳形電極20(其中梳形電極20由主要含有Al的導電薄膜製成)、反射器電極19、輸入電極16、輸出電極17和接地電極18。在這些電極中，輸入電極16、輸出電極17和接地電極18還用作提供高頻電壓的電極片。參照圖2，在電極片16、17(圖中未示)和18上設置凸塊電極11。將聲表面波元件通過凸塊電極11連接到設置在封殼14上的封裝電極13，設置在壓電基片21上的電極16到20是通過光刻和蝕刻主要由Al製成，並且厚度大約0.1到0.2um的金屬薄膜，形成規定形狀的圖案而成的，其中金屬薄膜通過真空鍍膜或者濺射設置在基片上。由於這些電極是通過真空鍍膜同時形成的，所以電極16到18，或者電極片的薄膜厚度由梳形電極20的薄膜厚度確定。換句話說，當需要梳形電極20厚度為0.1到0.2um時，電極片16到18無法形成得比梳形電極更厚。因而，電極片16到18非常薄弱。結果，當梳形電極11直接形成在厚度為0.1到0.2um的電極片16到18上，並通過凸塊電極11將聲表面波元件12封裝在封殼14上時，無法得到足夠的結合強度，這引起例如電極片16到18的脫離。
如圖3所示，主要由Al製成的中間電極22具有大約1um的厚度，並通過真空鍍膜或濺射設置在電極片16到18上。由此，通過在電極片16到18上設置額外的電極層，得到足夠的結合強度。但是，由於電極片16到18的表面主要是由Al製成的，故它們容易生鏽。結果，如果中間電極22也是由Al製成，並且如果被直接設置在具有已經氧化的表面的電極片16到18上時，則電極片16到18與中間電極22之間的結合強度是不足的。相應地，由Ti(它與Al具有良好的結合強度)製成基底電極23設置在中間電極22的底表面處，以確保電極片16到18與中間電極22之間足夠的結合強度足夠。
相應地，由Ti製成的薄膜作為接地電極23，設置在電極片16到18上，Al層用作中間電極22，將凸塊電極11設置在中間電極22上，並且將聲表面波元件設置在封裝電極13和凸塊電極11相對的位置。這些元件在施加超聲波或加熱的同時，通過壓焊封裝在封殼14上。
但是，上述傳統的聲表面波元件具有下面的問題。當將聲表面波元件21設置得通過凸塊電極11與設置在封殼14上的封裝電極13相對，並且在施加超聲波或加熱的同時將封裝電極13壓焊到封殼14時，聲表面波元件的凸塊電極11的連接部分或者電極片16和18以及其上的中間電極22受到大應力。由於通過在中間電極22的底部設置了由諸如與Al具有高結合強度的Ti製成的基底電極23，增強了電極片16到18與中間電極22之間的結合強度，在將封裝電極13結合到凸塊電極11時產生的應力集中到壓電基片21上電極片16到18的底部，而不集中在電極片16到18與中間電極22之間的連接部分。結果，在壓電基片21上引起破裂，這引起元件的損壞，元件和封殼14之間結合強度減小，並且引起電氣連續性有故障。
為了克服上述問題，本發明的較佳實施例提供了一種製造聲表面波元件的設備和方法，其中該聲表面波元件在提供超聲波或加熱時設置得和封裝電極相對時，沒有元件損壞、元件和封殼之間的結合強度減小、或者電氣連續性的問題。
在本發明的較佳實施例中，一種電子元件包含基片，設置在所述基片上的電極片；設置在所述電極片上的基底電極；設置在所述基底電極上的中間電極；和設置在所述中間電極上的凸塊電極；其中，所述基底電極包含減小所述中間電極的取向性的金屬材料。
在本發明的另一個較佳實施例中，聲表面波元件包含壓電基片、在壓電基片上的梳形電極；在壓電基片上的電極片；設置在電極片上的基底電極、設置在基底電極上的中間電極、設置在中間電極上的凸塊電極，其中凸塊電極由融點為大約450攝氏度或更高的金屬製成。另外，基底電極包含減小中間電極的取向性的金屬材料。
在本發明的另一個較佳實施例中，一種封裝電子元件的方法，包含以下步驟設置壓電基片；在所述壓電基片上形成電極片；在電極片上設置基底電極；在基底電極上設置中間電極，在所述中間電極上形成凸塊電極；其中凸塊電極由融點為大約450攝氏度或更高的金屬製成，將所述電子元件設置在封殼上，從而所述凸塊電極與所述封裝電極相對；和在施加超聲波或加熱的同時，將所述封裝電極壓焊到所述凸塊電極；另外，所述基底電極包含減小中間電極的取向性的金屬材料。
根據本發明的較佳實施例，將諸如NiCr之類的基底電極設置在中間電極的底部，以減小構成中間電極的鋁或者含鋁合金的取向性。當將聲表面波元件設置得通過凸塊電極與封殼上的封裝電極相對，和當在提供超聲波或加熱時壓焊元件時，施加到電極片和基片的應力耗散，因為中間電極中的鋁或含鋁合金具有低的取向性程度。由此，基片不產生裂化和破損。
下面將參照本發明的較佳實施例和附圖，詳細描述本發明特點、組成部分和優點。
從下面給出的詳細的描述以及附圖，將更加完全地理解本發明，其中描述和附圖用於說明而已，不限制本發明。這些附圖中圖1示出傳統的聲表面波元件；圖2是傳統封裝中聲表面波器件的截面圖；圖3示出具有聲表面波器件的傳統的封殼的凸塊電極部分中的放大的截面圖；圖4示出根據本發明較佳實施例的封殼的凸塊電極部分中的放大的截面圖；圖5示出根據本發明的較佳實施例，由Al製成的中間電極的(111)平面的X射線衍射鎖定曲線；圖6示出傳統聲表面波器件封殼中由Al製成的中間電極的(111)平面的X射線衍射鎖定曲線；圖7示出由Al製成的中間電極的(111)平面的X射線衍射鎖定曲線的半寬度與基片中的裂化率(incidence of裂化ing*)。
圖8是根據本發明的另一個較佳實施例的封殼的凸塊電極部分的放大的截面圖。
根據本發明的較佳實施例的電子元件包含基片、在基片上的電極片、設置在電極片上的中間電極，和在中間電極上的凸塊電極。電子元件還包含設置在合金導電件底部上的基底電極。注意，將基底電極的金屬材料設置並構成得減小中間電極的取向性。通過上述安排，使封裝過程中施加到電極片和壓電基片上的應力最小並耗散，從而基片不發生裂化和破損。
最好凸塊電極由融點為大約450攝氏度或者更高的金屬製成，以避免焊塊，因為在施加超聲波或加熱的同時進行壓接時，為了防止基片破裂，不能使用加熱焊接。
電極片最好主要由Al或者含Al的合金製成，基底電極最好具有一種金屬材料，它可以使從構成中間電極的Al的(111)平面增加的X射線衍射峰的鎖定曲線的半寬度，使其從構成中間電極的Al的(111)平面增加到大於大約15度。最好基底電極由NiCr製成。
在一個較佳實施例中，電子元件是一種包含壓電基片的聲表面波元件。在壓電基片的表面上設置梳形電極，在壓電基片的表面上設置電極片，在電極片上設置中間電極，而且由融點為大約450攝氏度或者更高的金屬製成凸塊電極，並設置在中間電極上。由於應該將聲表面波元件設置在由元件的梳形電極形成允許表面波振蕩的空間的那側，故無法通過在元件和封殼之間填充粘劑結合該元件。相應地，應該設置凸塊電極以達到元件和封殼之間的電氣連續性，以及它們之間的機械連接。由此，對於凸塊電極尤其需要高強度和可靠性。
本發明還提供了一種將電子元件或聲表面波元件封裝在封殼中的方法，包含以下步驟放置電子元件或者聲表面波元件，使凸塊電極與封殼上的封殼電極相對，並通過超聲波或者加熱將封裝電極，壓焊到凸塊電極。當施加到凸塊電極連接部分的應力因壓焊而增加時，施加到壓電基片的應力也增加。
但是，當在中間電極的底部上形成含有減小中間電極的取向性的金屬材料的基底電極時，使施加到電極片和壓電基片的應力最小並耗散。通過本發明較佳實施例的方法，防止了基片的裂化和破裂。
可以如上所述地封裝電子元件或聲表面波元件，並且可以通過用罩子密封封殼以達到密封來製造電子元件或者聲表面波器件。
圖4示出根據本發明另一個較佳實施例的凸塊電極的部分中的截面圖。
參照圖4，根據本發明的較佳實施例的聲表面波元件包含最好由鉭酸製成的壓電基片1、設置在壓電基片的表面上，並由厚度大約0.1到大約0.2pm的鋁薄膜製成的梳形電極(圖中未示)，和設置在壓電基片1的和梳形電極相同的表面上的電極片2，並使電極片電氣連接到梳形電極。由鋁製成的中間電極3厚度大約10nm，並設置在電極片2上。最好由NiCr製成的基底電極4厚度大約10nm，並設置在中間電極3的底部。最好由Au製成的凸塊電極6設置在中間電極3上。
下面，描述根據本發明另一個較佳實施例的聲表面波元件的製造方法。在通過真空鍍膜或濺射，在基片1上形成0.1pm厚的鋁製薄膜後，通過光刻和蝕刻，使薄膜形成規定的形狀的圖案，形成梳形電極和電極片2。然後，使用光刻方法，通過真空鍍膜或者濺射，在電極片2上形成基底電極4，它最好包含NiCr薄膜，並且厚度大約10nm。然後，通過真空鍍膜或濺射，在基底電極4上形成厚度大約1um的中間電極3。通過球體焊接方法，在中間電極3上形成凸塊電極。更具體地說，在施加超聲波時，將Au線的頂端形成的球壓焊到中間電極3上，並通過將球由Au線上切掉形成凸出部。
將由所示步驟形成的聲表面波元件的表面與形成在封殼8上的封裝電極7相對而置，然後，通過施加超聲波，將凸塊電極6壓焊到封裝電極7。最好通過使用密封罩子(圖中未示)密封封殼8完成聲表面波器件。
圖5(本發明的例子)和圖6(比較例子)示出從中間電極3的鋁(111)平面的X射線衍射鎖定曲線測量的結果，其中將作為基底電極4的NiCr層(本發明的例子)或Ti層(比較例子)設置在中間電極3的底部。如附圖中可見，在本發明的例子中(其中在中間電極的底部提供NiCr層)的鎖定曲線的半寬度是大約20度，這表示，和中間電極底部具有Ti層的比較例子(鎖定曲線半寬度大約15度)相比，鋁的取向性減小。在中間電極3的底部提供NiCr層代替Ti層作為基底電極4，可使中間電極3的鋁的取向性減小。
在表1中示出當提供NiCr層(本發明)或Ti層(比較例子1)作為中間電極3的底部上的基底電極4時，每一種情況下，基片上的裂化率。<
如表1所示，比較例子1中產生的裂化在本發明的較佳實施例中不產生。當通過設置由NiCr層製成的基底電極4時，中間電極3的鋁的取向性減小，或者，換句話說，當鋁的取向性減小，從而從鋁的(111)平面的X射線衍射鎖定曲線的半寬度為大約15度或更大時，當通過超聲波將封裝電極7壓焊到凸塊電極6時，使施加到電極片2和基片11的應力最小並耗散。由此，大大減少了由基片1中的裂化和破損引起的問題。
在比較例子2中，進一步增加了中間電極3中的鋁的取向性。當在比較例子1的安排中提供厚度大約5nm的Ti層(比較例子2)時，中間電極3中的鋁的(111)平面的X射線鎖定曲線的半寬度為大約2.45度。這示出進一步增加了取向性，由此，可使基片中的裂化率增加到92％。
從不同觀點調查鎖定曲線的半寬度和裂化率之間的關係。結果與本發明較佳實施例中的結果，以及比較例子1和2中的結果一起示於圖7中。圖7中的結果提出，減小中間電極3中鋁的取向性和減小基片1中的裂化率相關。還推斷，當Al的取向性減小，從而鎖定曲線的半寬度增加到大約15度時，基片中的裂化率顯著減小。
雖然在本發明的較佳實施例中示出由鋁製成電極片2和中間電極3的例子，但是，當這些部件由含鋁合金製成時，也得到相同效果。
NiCr與鋁具有高度的結合強度，Ti也是如此，所以NiCr能夠大大增加電極片2和中間電極3之間的結合強度。注意，基底電極3不限於本發明中的NiCr，但是，金屬最好具有減小中間電極3中金屬的取向性的特性。
雖然在本發明的上述較佳實施例中，中間電極組成一層，如圖8所示，它也可以包含兩層，或者組成三層或更多層，以確保中間電極的高度，並足夠地減小鋁的取向性。雖然通過在施加超聲波的同時通過壓焊封裝元件，可以在超聲波同時加熱，或僅僅加熱以進行壓焊。
雖然已經參照本發明的較佳實施例具體示出和描述了本發明，熟悉本領域的技術人員應該知道，在不背離本發明的主旨和範圍的情況下，可以有上述和其它的形式和細節上的變化。
權利要求
1.一種電子元件，其特徵在於包含基片、所述基片上的電極片、所述電極片上的基底電極、所述基底電極上的中間電極，和所述中間電極上的凸塊電極；其中，所述基底電極包含減小所述中間電極的取向性的金屬材料。
2.如權利要求1所述的電子元件，其特徵在於所述凸塊電極由融點為大約450攝氏度或更高的金屬製成。
3.如權利要求1所述的電子元件，其特徵在於所述中間電極由鋁和含鋁的合金中的至少一種材料製成。
4.如權利要求1所述的電子元件，其特徵在於所述基底電極具有一種金屬材料，所述金屬材料將從所述中間電極中的鋁的(111)平面的X射線衍射峰的鎖定曲線的半寬度增加到大於大約15度。
5.如權利要求1所述的電子元件，其特徵在於所述中間電極具有大約1微米的厚度。
6.如權利要求1所述的電子元件，其特徵在於所述基底電極具有大約10納米的厚度。
7.如權利要求1所述的電子元件，其特徵在於所述基底已經由NiCr製成
8.一種聲表面波元件，其特徵在於包含壓電基片；所述壓電基片上的電極片；包含設置在其底表面上的基底電極的中間電極，所述中間電極的底表面設置在所述電極片上；所述中間電極上的凸塊電極，所述凸塊電極由融點大約450攝氏度或更高的金屬材料製成；其中，所述基底電極包含減小中間電極的取向性的金屬材料。
9.如權利要求8所述的聲表面波元件，其特徵在於每一個中間電極具有多個層，並且在所述中間電極的每一層之間包含所述基底電極，所述基底電極具有減小所述中間電極的取向性的所述金屬材料。
10.如權利要求8所述的聲表面波元件，其特徵在於中間電極由鋁和含鋁合金中的至少一種材料製成。
11.如權利要求10所述的聲表面波元件，其特徵在於基底電極包含一種金屬材料，所述金屬材料將從所述中間電極中的鋁的(111)平面的X射線衍射峰的鎖定曲線的半寬度增加到大於大約15度。
12.如權利要求8所述的聲表面波元件，其特徵在於基底電極包含NiCr。
13.如權利要求8所述的聲表面波元件，其特徵在於電極片包含鋁或者含鋁合金。
14.如權利要求8所述的聲表面波元件，其特徵在於還包含具有封裝電極的封殼，所述凸塊電極結合到所述封裝電極。
15.如權利要求14所述的聲表面波元件，其特徵在於還包含設置得密封所述封裝的罩子。
16.一種電子元件的製造方法，其特徵在於包含以下步驟設置壓電基片；在所述壓電基片上形成電極片；在所述電極片上設置中間電極，所述中間電極包含位於所述電極片和所述中間電極之間的基底電極；在所述中間電極上形成凸塊電極；將所述電子元件設置在封殼上，使所述凸塊電極與所述封裝電極相對；和在施加超聲波或加熱同時，將所述封裝電極壓焊到所述凸塊電極；其中所述基底電極包含減小中間電極的取向性的金屬材料。
17.如權利要求16所述的方法，其特徵在於還包含用罩子密封封殼。
18.如權利要求16所述的方法，其特徵在於還包含設置中間電極，所述中間電極具有多個層，並在所述中間電極的所述層之間設置所述基底電極。
19.如權利要求16所述的方法，其特徵在於所述凸塊電極由融點大約450攝氏度或更高的金屬製成。
20.如權利要求16所述的方法，其特徵在於所述中間電極由鋁和含鋁合金中的至少一種材料製成。
全文摘要
本發明提供了一種電子元件,包含其上設置有電極片的基片。中間電極的底表面上有基底電極,並且中間電極的底表面設置在電極片上。凸塊電極設置在中間電極上,並包含融點大約450攝氏度或更高的金屬。另外,基底電極包含可以減小中間電極的取向性的金屬材料。
文檔編號H02N2/00GK1271999SQ0010818
公開日2000年11月1日 申請日期2000年4月28日 優先權日1999年4月28日
發明者田賀重人 申請人:株式會社村田製作所