Gps和bds用聲表面波濾波器及其小型化封裝工藝的製作方法
2023-04-22 22:27:16 2
Gps和bds用聲表面波濾波器及其小型化封裝工藝的製作方法
【專利摘要】本發明公開了GPS和BDS用聲表面波濾波器及其小型化封裝工藝，涉及聲表面波濾波器領域。所述GPS和BDS用聲表面波濾波器包括壓電基片和設置於壓電基片上的輸入換能器、輸出換能器、頻帶控制換能器。本發明還公開了GPS和BDS用聲表面波濾波器的小型化封裝工藝。該GPS和BDS用聲表面波濾波器可以實現GPS和BDS通信互相兼容而不產生幹擾。
【專利說明】GPS和BDS用聲表面波濾波器及其小型化封裝工藝
【技術領域】
[0001]本發明涉及聲表面波濾波器領域，具體地，涉及一種可以兼容GPS和BDS頻帶的聲面波濾波器及其小型化封裝的工藝。
【背景技術】
[0002]全球主流的導航系統有美國的GPS、俄羅斯的「格魯納斯」、歐洲的「伽利略」以及中國的BDS即北鬥衛星導航系統。其中，俄羅斯的「格魯納斯」導航系統是在蘇聯時期就已經開始發展，但隨著蘇聯的解體此導航系統也沒落了 ；對於歐洲的「伽利略」導航系統，因為歐盟內部的種種問題此導航系統也是前路坎坷。而美國的GPS導航系統，則是產業鏈布局成熟和完整，在全球的民用和商用領域中取得了壟斷的地位。根據全球導航定位協會的數據統計，中國衛星導航市場目前規模有1200多億元，而GPS導航系統則佔據了 95%的市場份額。
[0003]隨著BDS即北鬥衛星導航系統不斷的完善，BDS的定位精度和授時精度在地理區域服務方面已經接近或不輸於美國的GPS，而且BDS獨有的「報文」服務更是GPS所不具備的特色服務。BDS的產業化發展，是國家現在及未來重點發展的項目。
[0004]聲表面波濾波器作為GPS和BDS中的核心元器件，在導航系統設計中是比不可少的，但是GPS和BDS中聲表面波濾波器因為頻段不一樣很難兼容；另外，目前聲表面波濾波器的封裝結構大多集中於SMD3*3或者大於SMD3*3的封裝結構上，因其設計結構本身的原因尺寸很難再小型化。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是為了解決上述問題而提出GPS和BDS用聲表面波濾波器及其小型化封裝工藝；該GPS和BDS用聲表面波濾波器可以實現GPS和BDS通信互相兼容而不產生幹擾，而針對GPS和BDS用聲表面波濾波器的小型化封裝工藝，採用SMD2520封裝結構，縮小了該GPS和BDS用聲表面波濾波器的封裝尺寸。
[0006]本發明的技術方案如下:
本發明提出了 GPS和BDS用聲表面波濾波器，其包括壓電基片以及設置於壓電基片上的輸入換能器、輸出換能器、頻帶控制換能器；
所述輸入換能器由互相串聯的第一換能器和第五換能器組成；
所述輸出換能器由互相串聯的第四換能器和第六換能器組成；
所述頻帶控制換能器包括第二換能器和第三換能器；
所述第五換能器與第六換能器串聯；所述第二換能器一端連在第一換能器和第五換能器的連線上，另一端接地；所述第三換能器一端連在第四換能器和第六換能器的連線上，另一端接地。
[0007]較優地，所述壓電基片材料為鉭酸鋰LiTaO3 ;所述第一換能器、第二換能器、第三換能器、第四換能器、第五換能器和第六換能器均為叉指換能器，其中，第一換能器和第四換能器的指對數均為75對，孔徑AP=18* A1, λ 1=2.5 μ m ;第五換能器和第六換能器的指對數均為52對，孔徑AP=18.5* λ 2，λ 2=2.4ym ;第二換能器和第三換能器的指對數均為280對，孔徑 AP=17.1* λ 3, λ 3=2.6 μ m。
[0008]較優地，該GPS和BDS用聲表面波濾波器還包括用於抗高壓靜電破壞的第一電阻和第二電阻；所述第一電阻並聯在第一換能器兩端，第二電阻並聯在第五換能器兩端。
[0009]本發明還公開了 GPS和BDS用聲表面波濾波器的小型化封裝工藝，此小型化封裝工藝包括以下步驟:
第一步，植金球:在劈刀毛細管頂部打火熔球，再降低劈刀使所熔金球與晶片焊點接觸；將晶片加熱後，再加上壓力和超聲功率，使之變形並與晶片焊點鍵合在一起形成金凸點；再提升劈刀毛細管以在所熔金球的上方拉斷金絲，僅在金凸點上端殘留少量微絲；通過劈刀對金凸點向下施加壓力，使金凸點的頂端變得平坦；
第二步，倒裝貼片和超聲波焊接:將第一步中植好金球的晶片切成若干的小晶片，再對這些小晶片進行倒裝貼片及焊接，其中，這些被倒裝貼片的小晶片被焊接在陶瓷底座上；第二步，將鍛有金錫層的帽蓋蓋在陶瓷底座上；
第四步，將鍍有金錫層的帽蓋與陶瓷底座融合在一起。
[0010]較優地，在第一步植金球的步驟中，將晶片加熱到150攝氏度。
[0011]較優地，第二步的步驟中，具體地，是將小晶片送入倒裝焊的全自動貼片機上，再對這些貼裝好的小晶片進行超聲波焊接。
[0012]較優地，所述陶瓷底座的尺寸為2.5mm*2mm*0.65mm ;所述鍍有金錫層的帽蓋的長度為2.35mm,寬度為1.85mm,金錫層的厚度為0.26um。
[0013]較優地，第四步的步驟中，具體地，是使用回流焊將帽蓋與陶瓷底座整合在一起。
[0014]本發明的有益效果:
1.本發明所述的GPS和BDS用聲表面波濾波器不僅可以覆蓋GPS和BDS通信的兩個頻段，還可以使整個濾波器的插入損耗降低，並提高了帶外抑制；
2.第一接地電阻和第二接地電阻的引入，使得該GPS和BDS用聲表面波濾波器的抗靜電燒毀能力大大增強；
3.GPS和BDS用聲表面波濾波器的小型化封裝工藝使得該GPS和BDS用聲表面波濾波器的封裝尺寸極大的變小，從傳統的SMD3*3或者大於SMD3*3的封裝尺寸縮小到SMD2520封裝尺寸，即縮小了該GPS和BDS用聲表面波濾波器的封裝尺寸，從而減少了要用到該GPS和BDS用聲表面波濾波器的導航儀等相關機器的尺寸。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明所述的GPS和BDS用聲表面波濾波器的晶片電路結構圖；
圖2為本發明所述的GPS和BDS用聲表面波濾波器的電路示意圖；
圖3為本發明所述的GPS和BDS用聲表面波濾波器的頻率響應圖；
圖4為被植金球後的晶片；
圖5為倒裝貼片和超聲波焊接圖；
圖6為陶瓷底座正面不意圖；
圖7為陶瓷底座的側面不意圖； 圖8為鍍有金錫層的帽蓋的示意圖；
圖9為GPS和BDS用聲表面波濾波器的封裝示意圖。
【具體實施方式】
[0016]為了更好地說明本發明，現結合實施例與附圖作進一步說明。
[0017]本發明提出了 GPS和BDS用聲表面波濾波器。如圖1所示為該GPS和BDS用聲表面波濾波器的晶片電路結構圖，圖2為該GPS和BDS用聲表面波濾波器的電路示意圖。
[0018]該GPS和BDS用聲表面波濾波器包括壓電基片；還包括設置於壓電基片上的輸入換能器、輸出換能器和頻帶控制換能器。其中，輸入換能器由互相串聯的第一換能器I和第五換能器5組成；輸出換能器由互相串聯的第四換能器4和第六換能器6組成；頻帶控制換能器包括第二換能器2和第三換能器3。
[0019]所述第五換能器5與第六換能器6串聯；所述第二換能器2 —端連在第一換能器I和第五換能器5的連線上，另一端接地；所述第三換能器3 —端連在第四換能器4和第六換能器6的連線上，另一端接地。
[0020]上述的六個換能器一第一換能器1、第二換能器2、第三換能器3、第四換能器4、第五換能器5和第六換能器6，它們典型的結構為叉指結構的換能器。
[0021]上述壓電基片材料為鉭酸鋰LiTaO3 ;第一換能器1、第二換能器2、第三換能器3、第四換能器4、第五換能器5和第六換能器6均為叉指換能器，其中，第一換能器I和第四換能器4的指對數均為75對，孔徑AP=18* A1, λ 1=2.5 μ m ;第五換能器5和第六換能器6的指對數均為52對，孔徑AP=18.5* λ 2，λ 2=2.4ym ;第二換能器2和第三換能器3的指對數均為 280 對，孔徑 AP=17.1* λ 3，λ 3=2.6 μ m。
[0022]上述的六個換能器一第一換能器1、第二換能器2、第三換能器3、第四換能器4、第五換能器5和第六換能器6,組成輸入換能器的第一換能器I和第五換能器5、組成輸出換能器的第四換能器4和第六換能器6這四個換能器對該GPS和BDS用聲表面波濾波器的中心頻率起決定性作用，而組成頻帶控制換能器的第二換能器2和第三換能器3則對該GPS和BDS用聲表面波濾波器的通帶帶寬起決定性作用。
[0023]如圖3的頻率響應圖可知，通過以上的結構設計，該GPS和BDS用聲表面波濾波器的通信頻段能夠實現覆蓋GPS頻段和BDS頻段，其中，GPS頻段為:中心頻率為1575.4MHz，帶寬為4M，頻段1573.4M?1577.4MHZ ;BDS頻段為:中心頻率為1561MHz，帶寬為4M，頻段1559?1563MHz。
[0024]另外，通過以上的結構設計，該GPS和BDS用聲表面波濾波器不僅可以覆蓋GPS和BDS兩個頻段，而且可以使整個濾波器的插入損耗降低，並提高了帶外抑制。
[0025]為了提高抗高壓靜電破壞的能力，該GPS和BDS用聲表面波濾波器還包括第一電阻7和第二電阻8，其中第一電阻7並聯在第一換能器I的兩端，第二電阻8並聯在第五換能器5的兩端。
[0026]為了縮小聲表面波濾波器的封裝尺寸，本發明提出了 SMD2520封裝工藝。具體地，本發明是提出了 GPS和BDS用聲表面波濾波器的小型化封裝工藝，此小型化封裝工藝包括以下步驟:
第一步，植金球:在劈刀毛細管頂部打火熔球，再降低劈刀使所熔金球與晶片焊點接觸；將晶片加熱後，再加上壓力和超聲功率，使之變形並與晶片焊點鍵合在一起形成金凸點；再提升劈刀毛細管以在所熔金球的上方拉斷金絲，僅在金凸點上端殘留少量微絲；通過劈刀對金凸點向下施加壓力，使金凸點的頂端變得平坦；較優地，在第一步植金球的步驟中，將晶片加熱到150攝氏度，這個加熱的溫度是根據晶片指條間距而定，如果溫度過高，晶片指條間打火嚴重，會發生嚴重的靜電破壞。在圖4中，圓圈為金球，其他部分為晶片。
[0027]第二步，倒裝貼片和超聲波焊接:將第一步中植好金球的晶片切成若干的小晶片，再對這些小晶片進行倒裝貼片及焊接，其中，這些被倒裝貼片的小晶片被焊接在陶瓷底座上。在這一步中，較優地，是將小晶片送入倒裝焊的全自動貼片機上，再對這些貼裝好的小晶片進行超聲波焊接。在圖5中，可以看到小晶片10，金球20和陶瓷底座30，另外，圖6為陶瓷底座30正面不意圖，圖7為陶瓷底座30的側面不意圖。
[0028]第三步，將鍍有金錫層的帽蓋蓋在陶瓷底座上；圖8為鍍有金錫層的帽蓋的示意圖，其中外面一圈為鍍的金錫。
[0029]第四步，將鍍有金錫層的帽蓋與陶瓷底座融合在一起。具體地，是使用回流焊將帽蓋與陶瓷底座整合在一起。圖9為GPS和BDS用聲表面波濾波器的封裝示意圖，其中可以看到小晶片10，金球20、陶瓷底座30和鍍有金錫層的帽蓋40。
[0030]考慮到封裝尺寸，較優地,上述陶瓷底座的尺寸為2.5mm*2mm*0.65mm ;所述鍍有金錫層的帽蓋的長度為2.35mm,寬度為1.85mm，金錫層的厚度為0.26um。
[0031]該GPS和BDS用聲表面波濾波器的小型化封裝工藝的第一步的植金球步驟中，實際上可概括為四個階段，分別是打火熔球、鍵合、拉斷金絲形成金凸點和整平金凸點這四個階段。植金球製作過程與金絲球焊機機理基本相同。另外，在晶片的金凸點製作中，整個晶片上金凸點高度的一致性是一個十分關鍵的參數，如果高度不一致的話，倒裝晶片時會造成金凸點損傷或斷路。為了得到高度一致的金凸點，需要對金凸點進行整平，在通過劈刀對金凸點向下施加壓力使金凸點的頂端變得平坦的同時，還需要綜合優化包括溫度、功率和壓力等各項工藝參數。
[0032]該GPS和BDS用聲表面波濾波器的小型化封裝工藝的第二步的倒裝貼片和超聲波焊接步驟中，將植好金球的晶片送往自動劃片機上切成一個個小晶片，切割完成的小晶片進入倒裝焊的全自動貼片機上，其實，倒裝晶片之所以被稱為「倒裝」，是相對於傳統的金屬線鍵合連接方式(Wire Bonding)與植球後的工藝而言,傳統的通過金屬線鍵與基板連接的晶片電氣面朝上，而倒裝晶片的電氣面朝下，相當於將前者翻轉過來，故稱為「倒裝晶片」。晶片被植完金球後，需要將其翻轉，送入反貼片機以便於貼裝，然後進行超聲波焊接。這第二步的工序步驟是本發明公開的小型化封裝工藝的關鍵步驟，使之區別於其他相對較大尺寸封裝的關鍵工序。
[0033]綜上所述，本發明公開了 GPS和BDS用聲表面波濾波器，它將GPS和BDS導航衛星通信的兩個頻段集成在一顆聲表面波濾波器中，能夠實現GPS和BDS導航通信互相兼容而不產生幹擾；另外，本發明還公開了 GPS和BDS用聲表面波濾波器的小型化封裝工藝，採用SMD2520封裝結構工藝，長度為2.5mm，寬度為2.0mm，厚度為0.65mm，縮小了聲表面波濾波器如該GPS和BDS用聲表面波濾波器的封裝尺寸，從而減少要用到本GPS和BDS用聲表面波濾波器的導航儀等機器的整機尺寸。
【權利要求】
1.GPS和BDS用聲表面波濾波器，其特徵在於包括: 壓電基片； 設置於壓電基片上的輸入換能器、輸出換能器和頻帶控制換能器； 所述輸入換能器由互相串聯的第一換能器和第五換能器組成； 所述輸出換能器由互相串聯的第四換能器和第六換能器組成； 所述頻帶控制換能器包括第二換能器和第三換能器； 所述第五換能器與第六換能器串聯；所述第二換能器一端連在第一換能器和第五換能器的連線上，另一端接地；所述第三換能器一端連在第四換能器和第六換能器的連線上，另一端接地。
2.如權利要求1所述的GPS和BDS用聲表面波濾波器，其特徵在於: 所述壓電基片材料為鉭酸鋰LiTaO3 ； 所述第一換能器、第二換能器、第三換能器、第四換能器、第五換能器和第六換能器均為叉指換能器，其中，第一換能器和第四換能器的指對數均為75對，孔徑ΑΡ=18* λ Pλ 1=2.5 μ m ;第五換能器和第六換能器的指對數均為52對，孔徑AP=18.5* λ 2，λ 2=2.4ym；第二換能器和第三換能器的指對數均為280對，孔徑AP=17.1* λ 3，λ 3=2.6 μ m。
3.如權利要求1所述的GPS和BDS用聲表面波濾波器，其特徵在於:還包括設置於壓電基片上的用於抗高壓靜電破壞的第一電阻和第二電阻；所述第一電阻並聯在第一換能器兩端，第二電阻並聯在第五換能器兩端。
4.GPS和BDS用聲表面波濾波器的小型化封裝工藝，其特徵在於: 包括以下步驟: 第一步，植金球:在劈刀毛細管頂部打火熔球，再降低劈刀使所熔金球與晶片焊點接觸；將晶片加熱後，再加上壓力和超聲功率，使之變形並與晶片焊點鍵合在一起形成金凸點；再提升劈刀毛細管以在所熔金球的上方拉斷金絲，僅在金凸點上端殘留少量微絲；通過劈刀對金凸點向下施加壓力，使金凸點的頂端變得平坦； 第二步，倒裝貼片和超聲波焊接:將第一步中植好金球的晶片切成若干的小晶片，再對這些小晶片進行倒裝貼片及焊接，其中，這些被倒裝貼片的小晶片被焊接在陶瓷底座上；第二步，將鍛有金錫層的帽蓋蓋在陶瓷底座上； 第四步，將鍍有金錫層的帽蓋與陶瓷底座融合在一起。
5.如權利要求4所述的小型化封裝工藝，其特徵在於:在第一步植金球的步驟中，將晶片加熱到150攝氏度。
6.如權利要求4所述的小型化封裝工藝，其特徵在於:第二步的步驟中，具體地，是將小晶片送入倒裝焊的全自動貼片機上，再對這些貼裝好的小晶片進行超聲波焊接。
7.如權利要求4所述的小型化封裝工藝，其特徵在於:所述陶瓷底座的尺寸為2.5mm*2mm*0.65mm ;所述鍍有金錫層的帽蓋的長度為2.35mm,寬度為1.85mm,金錫層的厚度為 0.26 μ m。
8.如權利要求4所述的小型化封裝工藝，其特徵在於:第四步的步驟中，具體地，是使用回流焊將帽蓋與陶瓷底座整合在一起。
【文檔編號】H03H9/64GK104467734SQ201410621766
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月7日 優先權日:2014年11月7日
【發明者】董啟明, 劉紹侃, 姚豔龍 申請人:深圳華遠微電科技有限公司