專利名稱：電子元件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電子元件，其中諸如表面聲波單元或半導體單元的電子元件單元經撞擊鍵合與底板構件電氣和機械連接。
作為通過撞擊鍵合將電子元件單元安裝到底板構件上的電子元件，表面聲波器件是已知的，例如，它具有圖8所示的結構。在這種表面聲波器件中，表面聲波單元20被電學和機械鍵合到底板構件10上。雖然表面聲波單元20的傳播表面與底板構件10相對，輸入/輸出電極襯墊25a和25b和表面聲波單元20的接地電極襯墊25c經凸起51a-51c(由諸如Au的材料形成)分別連接于相應的輸入/輸出電極襯墊12a和12b和底板構件10的接地電極襯墊12c。形成的每個凸起51a-51c具有相同高度。然后，將蓋板構件30連接到底板構件10上，覆蓋表面聲波單元20，使得表面聲波單元20密封在由底板構件10和蓋板構件30限定的封殼中。
然而，在傳統(tǒng)的表面聲波器件中，當對其施加機械應力(如掉落器件引起的碰撞)或者熱應力(如環(huán)境溫度變化)時，在凸起51a和51b和電極襯墊25a和25b(被分別撞擊鍵合到其上)中產生諸如斷裂和脫落的機械損傷。這種機械損傷通常出現(xiàn)在底板構件10和表面聲波單元20的周邊部分，撞擊鍵合過程中的失誤引起電子器件特性失效。這是因為由機械應力或熱應力引起的損傷通常集中在位于周邊部分的凸起上，而不是位于中心部分的凸起上。
為了克服上述問題，本發(fā)明的較佳實施例提供一種電子元件波器件，該器件通過解除施加于位于底板構件和電子元件單元周邊部分凸起上的應力，獲得高的可靠性以及防止在撞擊鍵合期間通常出現(xiàn)的問題和連接失誤。
根據本發(fā)明的較佳實施例，電子元件包括具有多個電極接合區(qū)的底板構件、具有多個電極襯墊和與底板構件電氣和機械連接的電子元件單元、位于電子元件單元與底板構件之間的多個凸起、電子元件單元的多個電極襯墊與底板構件的相應電極接合區(qū)(經凸起分別連接，以致于電子元件與底板構件相對)，這里位于電子元件單元周邊部分的凸起的高度大于位于電子元件單元中心部分的凸起的高度。
作為這一獨特結構的結果，施加于位于周邊部分的凸起的應力被解除，因為應力傾向集中于此的位于周邊部分的凸起的高度大于位于中心部分的凸起的高度，因此，可以可靠地防止諸如對電極或撞擊鍵合部分損傷和脫落的鍵合問題，從而改善電子元件的可靠性。
為了獲得周邊部分凸起高度大于位于中心部分凸起高度的凸起，可以采用多種不同方法，如改變在底板構件上形成的電極接合區(qū)的薄膜厚度、形成凸形的底板構件、形成曲面形的底板構件，或者改變表面聲波單元的電極襯墊的薄膜厚度。此外，還可以采用這些方法的組合。
在上述的結構中，凸起的高度差最好約為1至10微米。
此外，本發(fā)明的較佳實施例提供一種電子元件，其中，表面聲波單元或半導體單元或其它合適的電子元件單元經撞擊鍵合與底板構件電氣和機械連接。
根據本發(fā)明的較佳實施例，應力傾向集中于此的位于周邊部分的凸起的高度大于位于中心部分的凸起的高度，從而解除施加于位于周邊部分凸起上的應力，以致于可以可靠地防止諸如傷害位于凸起處電極或撞擊鍵合部分和脫落的焊接問題。
為了說明本發(fā)明，附圖中示出幾種較佳形式，然而，應當明白，本發(fā)明并不局限于圖中所示的嚴格安排和手段。


圖1是根據本發(fā)明第一較佳實施例的表面聲波器件的截面圖。
圖2是根據本發(fā)明第一較佳實施例的表面聲波器件的平面圖。
圖3是根據本發(fā)明第二較佳實施例的表面聲波器件的截面圖。
圖4是根據本發(fā)明第三較佳實施例的表面聲波器件的截面圖。
圖5是根據本發(fā)明第四較佳實施例的表面聲波器件的截面圖。
圖6是凸起高度與由熱應力引起的應力之間的關系圖。
圖7是凸起高度差與由應力造成的失效率之間的關系圖。
圖8是傳統(tǒng)的表面聲波器件的截面圖。
以下將參考附圖詳細地說明本發(fā)明的較佳實施例。
關于表面聲波器件，下面將描述根據本發(fā)明一個較佳實施例的電子元件。然而，在本發(fā)明的其它類型的電子元件中也可以包括其它的電子元件單元。
圖1和2示出根據本發(fā)明第一較佳實施例的表面聲波器件的結構。圖是表面聲波器件的截面圖，而圖2是表面聲波器件的平面圖。
在根據本較佳實施例的表面聲波器件中，表面聲波單元20的多個電極襯墊25a-25c與底板構件10凹陷區(qū)內頂部表面上的多個電極接合區(qū)12a-12c經凸起51a-51c分別被撞擊鍵合在一起，將蓋板構件30與底板構件10接合，覆蓋表面聲波單元20，以致于表面聲波單元20被氣密密封在由底板構件10和蓋板構件30限定的封殼內(空間內)。
底板構件10最好為凹陷形狀且最好通過將多層陶瓷材料或其它合適材料堆疊而形成。在凹陷區(qū)的頂部表面上，這是表面聲波單元的安裝表面，提供包括輸入-輸出電極接合區(qū)12a和12b及接地電極接合區(qū)12c的電極圖案。在底板構件10的底部表面上，提供輸入-輸出端子電極14a和14b及接地端子電極14c。電極接合區(qū)12a-12c最好由W或Mo或其它合適材料的厚膜電極制成，其上最好鍍有Ni或Au。電極接合區(qū)12a、12b和12c經通孔電極或邊緣電極(未示出)分別連接于端子電極14a、14b和14c。利用底板構件10的底部表面作為安裝表面，將這一表面聲波器件安裝在安裝基板(電路板)上。
表面聲波單元20最好包括壓電基板21，例如如圖2所示。在壓電基板21的頂部表面上，提供包括IDT電極22、反射器電極23和連接于每個IDT電極22的電極襯墊25a-25c的電極圖案。電極圖案最好由Al或包含Al的合金制成并利用已知的薄膜形成方法形成。此外，在圖2中，由虛線圓所表示的部分表示撞擊鍵合部分的位置。壓電基板21最好由諸如鉭酸鋰、鈮酸鋰的壓電材料和晶體或其它合適材料制成。
表面聲波單元20以面向下結構與底板構件10電氣和機械連接，即其上設置IDT電極22和其它元件的表面聲波器件的傳播表面與底板構件10的元件安裝表面相對。
電極襯墊25a、25b、25c經各個凸起51a、51b和51c與底板構件10的相應電極襯墊12鍵合。這一鍵合是通過施加熱或同時施加熱和超聲波使凸起51a-51c熔化進行的。凸起51a-51c最好由Au或以Au作為主要成分的金屬制成。凸起51a-51c最好采用球鍵合方法事先設置在表面聲波單元20的電極襯墊25a-25c上。此外，可以采用焊料形成凸起，它們可以采用諸如印刷的方法形成在底板構件的電極接合區(qū)上。
最好采用合適的金屬材料，如含有Fe-Ni的合金來形成蓋板構件30，根據需要其上可以鍍膜。經焊接材料，如高熔點焊料、Au-Sn合金或低熔點的玻璃或其它合適材料，將蓋板構件30連接于底板構件10，以覆蓋表面聲波單元20。
在根據本較佳實施例的表面聲波器件中，位于底板構件10中心部分附近的接地電極接合區(qū)12c薄膜的厚度大于周邊部分的輸入-輸出電極接合區(qū)12a和12b薄膜的厚度。即，接地電極接合區(qū)12c的頂部表面高于輸入-輸出電極接合區(qū)12a和12b。由此，位于表面聲波單元20周邊部分的凸起51a和51b的高度“h1”大于位于表面聲波單元20中心部分的凸起51c的高度“h2”。為了增加接地電極接合區(qū)12c的薄膜厚度，最好由W或Mo或Ni或Au鍍層制成的電極薄膜的厚度大于輸入-輸出電極接合區(qū)12a和12b的厚度。
注意，“中心部分中”的凸起和“周邊部分中”的凸起是指從表面聲波單元20的大致中心起的距離。更具體地說，正如圖2所示，電極襯墊25c上圓(它表示凸起51c的位置)與表面聲波單元20的大致中心“C”之間的距離小于電極襯墊25a和25b上圓(它表示凸起51a和51b的位置)與大致中心“C”之間的距離。即凸起51a和51b離表面聲波單元的大致中心的位置比凸起51c的遠。
由于這一獨特結構和安排，當施加機械或熱應力時，可以除除施加于位于周邊位置上的凸起51a和51b的應力(應力集中于此)，從而防止出現(xiàn)在凸起和撞擊鍵合于其上的電極襯墊中的諸如斷裂和脫落的機械損傷。因此，采用這一較佳實施例，能夠可靠地防止諸如凸起中引線斷開的連接失效和撞擊鍵合失效，極大地提高電子元件的可靠性。
參考圖3將描述根據第二實施例的表面聲波器件。在本較佳實施例中，在底板構件10上最好形成一個凸出部分16，使得形成接地電極接合區(qū)12c的部分，即單元安裝表面的大致中心部分向表面聲波單元20凸起。每個電極接合區(qū)12a-12c最好具有基本上相同的薄膜厚度。其它結構類似于第一較佳實施例。即在第二較佳實施例中，底板構件10的部分具有較大的厚度，使得接地電極接合區(qū)12c的頂部表面高于輸入-輸出電極接合區(qū)12a和12b。結果，位于表面聲波單元20周邊部分的凸起51a和51b的高度比位于大致中心部分的凸起51c的高度更高。作為這一獨特結構的結果，在第二較佳實施例中可以實現(xiàn)第一較佳實施例所實現(xiàn)的相同優(yōu)點。
參考圖4將描述根據第三較佳實施例的表面聲波器件。在本較佳實施例中，使底板構件10彎曲，使得接地電極接合區(qū)12c的形成部分(這是單元安裝表面的中心部分)靠近表面聲波單元20。每個電極接合區(qū)12a-12c最好具有相同的薄膜厚度。本較佳實施例的其它結構類似于第一較佳實施例的結構。即在第三較佳實施例中，底板構件10的截面最好具有粗略為圓形彎曲的表面，以增加單元安裝表面的中心部分的高度，使得接地電極接合區(qū)12c的頂部表面高于輸入-輸出電極接合區(qū)12a和12b。由此，位于表面聲波單元20周邊部分的凸起51a和51b的高度大于中心部分的凸起51c的高度。
由于這一獨特的結構和安排，在第三較佳實施例中也可以實現(xiàn)上述較佳實施例所實現(xiàn)的優(yōu)點。同第一和第二較佳實施例的結構相比，第三較佳實施例的結構簡單，因此易于制造。
參考圖5將描述根據第四較佳實施例的表面聲波器件。在本較佳實施例中，位于表面聲波單元大致中心部分的接地電極接合區(qū)25c的薄膜厚度大于位于表面聲波單元周邊部分的輸入-輸出電極接合區(qū)25a和25b的薄膜厚度。底板構件10的電極接合區(qū)12a-12c最好具有相同的薄膜厚度。第四較佳實施例的其它結構最好類似于第一較佳實施例的結構。即，在第四較佳實施例中，接地電極襯墊25c的底部表面低于輸入-輸出電極襯墊25a和25b的底部表面。由此，位于表面聲波單元20的周邊部分的凸起51a和51b的高度大于位于大致中心部分的凸起51c的高度。由于這一獨特的結構和安排，在第四較佳實施例中也可以實現(xiàn)上述較佳實施例所實現(xiàn)的優(yōu)點。
此外，可以將在上述較佳實施例中所描述的每一種結構進行組合，形成位于周邊部分的凸起，使其高度大于中心部分的凸起的高度。
圖6是凸起高度與熱應力所給予的應力之間的關系圖。在圖6所示的例子中，當凸起的高度變化時，相對地示出了施加于凸起的應力，這里底板構件由氧化鋁形成，凸起直徑約120微米，評價了表面聲波單元的大致中心與凸起的約為300微米和600微米的兩個距離。此外，對于由熱應力造成的應力，存在當諸如撞擊鍵合的連接或底板構件與外殼構件的連接的溫度降低到室溫時產生的應力。
正如圖6所示，施加于凸起的應力隨凸起高度的增大而降低，隨表面聲波單元的大致中心與凸起之間距離的增大而增大。即，應力隨凸起形成位置與表面聲波單元的大致中心之間的間隔的增大而增大。因此，當凸起的高度相同時，施加于位于周邊部分的凸起上的應力要比位于大致中心部分的凸起的應力相對大一些。
于是，在本發(fā)明的較佳實施例中，施加于位于周邊部分的凸起的應力被大大降低，使得位于周邊部分的凸起的高度大于位于大致中心部分的凸起的高度。原因是隨著凸起高度的增加，應力會被吸入凸起本身。
即，在上述的每一個實施例中，電極接合區(qū)的薄膜厚度、凸起部分的厚度、或底板構件的彎曲程度或表面聲波單元中電極襯墊的薄膜厚度是這樣確立的，即按照從表面聲波單元的大致中心起的距離增大，每個凸起的高度增高。
接著，將考慮凸起高度差。圖7是位于周邊部分的凸起與位于大致中心部分的凸起之間的高度差與由機械和熱應力造成的失效率之間的關系圖。更具體地說，在圖7中，實線表示由機械和熱應力造成的較佳實施例各附圖中所示輸入-輸出電極接合區(qū)25a和25b的脫落引起的失效，而虛線表示由輸入-輸出電極接合區(qū)12a和12b于凸起51a和52b之間鍵合不充分引起的失效。
正如圖7所示，當位于周邊部分的凸起與位于大致中心部分的凸起之間的高度差大體上等于或高于約1微米時，可防止由機械和熱應力造成的失效。然而，當凸起之間的高度差不小于約10微米時，在表面聲波器件的組裝期間，凸起與電極接合區(qū)之間的鍵合會劣化，以致于出現(xiàn)由鍵合問題引起的失效，如電極接合區(qū)與凸起之間鍵合不夠。因此，凸起之間的高度差最好在約1微米至10微米的范圍內，而位于周邊部分的凸起的高度大于位于大致中心部分的凸起的高度。
此外，電極圖案不限于圖2所示的圖案。表面聲波單元可以具有由一個或不少于三個IDT所限定的電極圖案。即，表面聲波單元的電極襯墊的個數和位置和底板構件的電極接合區(qū)的個數和位置不限于上述較佳實施例中的個數和位置。輸入-輸出的電極襯墊和電極接合區(qū)可以位于朝向大致中心部分，而接地的電極襯墊和電極接合區(qū)可以位于周邊部分。
底板構件和蓋板構件的形狀不限于上述較佳實施例中的形狀。封裝可以由平板形底板構件和凹陷形蓋板構件形成。
關于表面聲波器件，已經描述了上述的較佳實施例。然而，本發(fā)明可以應用于半導體器件，其中半導體單元撞擊鍵合到底板構件或其它電子元件上。
雖然揭示了本發(fā)明的較佳實施例，但是，實現(xiàn)這里所揭示原理的各種模式被認為是在以下權利要求的范圍之內。因此，應當明白，除非權利要求書中另有限定，本發(fā)明的范圍不受限制。
權利要求
1.一種電子元件，所述電子元件包括具有多個電極接合區(qū)的底板構件；具有多個電極襯墊并可與底板構件電氣和機械連接的電子元件單元；位于電子元件單元與底板構件之間的多個凸起，電子元件單元的多個電極襯墊與底板構件的相應電極接合區(qū)經凸起被分別地連接在一起，使得電子元件與底板構件相對；其特征在于位于電子元件單元周邊部分的凸起的高度大于位于電子元件單元大致中心部分的凸起的高度。
2.如權利要求1所述的電子元件，其特征在于位于底板構件大致中心部分的電極接合區(qū)的厚度大于位于周邊部分的電極接合區(qū)的厚度。
3.如權利要求1所述的電子元件，其特征在于底板構件是這樣安排的，即位于大致中心部分的電極接合區(qū)的形成部分向電子元件單元凸起。
4.如權利要求1所述的電子元件，其特征在于使底板構件彎曲以致于位于大致中心部分的電極接合區(qū)的形成部分靠近電子元件單元。
5.如權利要求1所述的電子元件，其特征在于位于電子元件單元大致中心部分的電極襯墊的厚度大于位于周邊部分的電極襯墊的厚度。
6.如權利要求1所述的電子元件，其特征在于凸起高度之間的差約為1微米至10微米。
7.如權利要求1所述的電子元件，其特征在于電子元件單元是表面聲波單元。
8.如權利要求1所述的電子元件，其特征在于進一步包括與底板構件連接的蓋板構件以覆蓋電子元件單元，并使得電子元件單元氣密密封在由底板構件和蓋板構件限定的封裝內。
9.如權利要求1所述的電子元件，其特征在于電極接合區(qū)由W或Mo厚膜電極制成，其上鍍有Ni或Au。
10.如權利要求1所述的電子元件，其特征在于電極襯墊是由Al或含有Al的合金之一制成的。
11.如權利要求1所述的電子元件，其特征在于凸起由Au、以Au作為主要成分的金屬和焊料中的一種制成。
12.一種制造電子元件的方法，所述方法包括以下步驟提供具有多個電極接合區(qū)的底板構件；提供具有多個電極襯墊并可與底板構件電氣和機械連接的電子元件單元；在底板構件和電子元件單元構件之一上形成多個凸起；將電子元件單元安排成與底板構件相對；以及經電子元件單元與底板構件之間的多個凸起將底板構件與電子元件單元相連接，電子元件單元的多個電極襯墊與底板構件的相應電極接合區(qū)經凸起被分別地連接在一起，使得電子元件與底板構件相對；其特征在于形成凸起的步驟包括形成位于電子元件單元周邊部分的凸起，使其高度大于位于電子元件單元大致中心部分的凸起的高度。
13.如權利要求12所述的方法，其特征在于位于底板構件大致中心部分的電極接合區(qū)的厚度大于位于周邊部分的電極接合區(qū)的厚度。
14.如權利要求12所述的方法，其特征在于底板構件是這樣安排的，即位于大致中心部分的電極接合區(qū)的形成部分向電子元件單元凸起。
15.如權利要求12所述的方法，其特征在于使底板構件彎曲以致于位于大致中心部分的電極接合區(qū)的形成部分靠近電子元件單元。
16.如權利要求12所述的方法，其特征在于位于電子元件單元大致中心部分的電極襯墊的厚度大于位于周邊部分的電極襯墊的厚度。
17.如權利要求12所述的方法，其特征在于凸起高度之間的差約為1微米至10微米。
18.如權利要求12所述的方法，其特征在于電子元件單元是表面聲波單元。
19.如權利要求12所述的方法，其特征在于進一步包括在將底板構件與電子元件構件連接的步驟期間施加熱和超聲波中的至少一種，從而使凸起熔化。
20.如權利要求12所述的方法，其特征在于進一步包括經球鍵合過程在電子元件單元的電極襯墊上形成凸起。
全文摘要
一種電子元件,包括與底板構件電氣和機械連接的電子元件單元,電子元件單元的多個電極襯墊和底板構件的相應電極接合區(qū)經凸起分別連接在一起,使得電子元件單元與底板構件相對。位于電子元件單元周邊部分的凸起的高度大于位于電子元件單元中心部分的凸起的高度。
文檔編號H03H9/05GK1269638SQ0010534
公開日2000年10月11日 申請日期2000年3月31日 優(yōu)先權日1999年4月1日
發(fā)明者下江一伸 申請人:株式會社村田制作所