1 引言
随着电子技术的发展，器件封装的小型化、片状化、波形化成为了必然趋势，全陶瓷酸锂声表面波SMD（surface mount devices）正是基于这一趋势而进行开发的，中频声表面波器件多为金属（TO39、F11、小松下等）封装，而全陶瓷封装的铌酸锂声表面波SMD具有体积小、厚度薄的优点，可以进行再流焊，利于表面贴装，根据用户要求，对该产品进行研究开发，声表面波SMD用管壳依赖进口，而全陶瓷封装的铌酸锂声表面波SMD的封装管壳是由中国电子科技集团公司第五十五研究所自主提供，整个器件具有自主知识产权，有利于该所产值和效益的提升。
文中对封装过程中出现的LiNbO3芯片开裂问题进行了分析研究，试验得出：通过在装架烧结工序中降低温度梯度、在封帽工序中降低温度梯度、环氧树脂中掺入晶态二氧化硅等方法可以减少作用于LiNbO3芯片上的应力，解决了LiNbO3芯片开裂的技术难点，实现了铌酸锂声表面波SMD的全陶瓷封装。
2 封装技术
全陶瓷封装的铌酸锂声表面波SMD的结构如图1，用吸声胶在附有金属电极的陶瓷基片上装上LiNbO3芯片，吸声胶固化后进行内引线粘接，封帽是用环氧树脂将陶瓷帽和陶瓷基片粘合，形成密封腔体。
封装工艺流程如图2所示，下面分析以下工艺要点。
2.1 铌酸锂的特性
铌酸锂材料压电性能好、制得的器件损耗小、传播损失小、但它的温度性能差、易裂、对生产工艺的要求比较高、必须减小各种应力（热、机械等）的影响。
2.2 环氧树脂的选择
环氧树脂的广泛应用主要得益于它粘接性能，耐腐蚀性好及电性能优异，但环氧树脂固化物主要缺点是质脆、冲击强度低、容易产生应力开裂、从而影响成品的质量。
鉴于铌酸锂声表面波SMD的性能要求，装片环氧树脂采用吸声胶（掺杂弹性吸声材料的环氧树脂），从表1可以看到，陶瓷基片、吸声胶、LiNbO3芯片三者的热膨胀系数存在着很大差别，固晶过程中极易造成LiNbO3芯片开裂，生产工艺必须加以关注。
无论是在陶瓷基片上丝网印刷环氧树脂，还是在陶瓷帽上涂敷环氧树脂，都要求环氧树脂的黏度要低；器件使用时要经再流焊，温度在260℃以上，所以固化后的环氧树脂要耐高温；怎样减小固化产生的应力，这三点是本文研究的重点。
2.3 封帽气密性成品率的解决
用很薄的一层环氧树脂来实现全陶瓷密封，工艺中需注意的问题也很多。
3 实验与分析
3.1 装片工艺
装片工艺是将LiNbO3芯片用吸声胶烧结在附有电极的陶瓷基片上，然后进行后工序的内引线粘接的过程，在前文中已提到陶瓷基片、吸声胶、LiNbO3芯片三者的热膨胀系数存在着很大差别，烧结过程中极易造成LiNbO3芯片开裂，实验在初试阶段，就遇到了LiNbO3芯片开裂的现象，采用有弹性的硅橡胶取代吸声胶，可以解决LiNbO3芯片开裂问题，但制做的器件性能不符合要求。
经过对封装材料性能分析比较，决定采用降低温度梯度的方法，试验后得到了满意的结果，未出现LiNbO3芯片开裂现象。
固晶过程是先在陶瓷基片上需要的位置涂上吸声胶，再将LiNbO3芯片粘接在陶瓷基片固定的位置上，送入120℃烘箱固化4h，为了降低温度梯度，采用缓慢升温自然降温的方法，最后制定的固化方法如图3所示。
3.2 封帽工艺
3.2.1 封帽气密性成品率的解决
环氧树脂封装在电子器件封装中所占份额在80%以上，但多为和芯片接触式的实体封装，如：涂布（coating）法、滴灌（potting）法、浸渍（dipping）法等，而SAW器件芯片表面没有保护，哪怕微小的尘埃也能使器件失效，所以要用腔体型封装，整体结构如图1。
如图1所示，用很薄的一层环氧树脂来实现全陶瓷密封，首先要求陶瓷基片和陶瓷帽的封接面平整、吻合，环氧树脂黏度低，利于丝网印刷或涂敷；其次，封帽工艺是关键，根据以前的经验，我们采用加压固化法（如图3），施加压力的同时进行高温固化，利用该方法封装的器件气密性（酒精检漏）合格率在95%以上。
如图4所示，将已涂敷了环氧树脂的陶瓷帽盖在固晶压丝好的陶瓷基片上，采用120℃烧结4h进行固化，固化过程中施加一定的压力，这样既可以使封接面紧密接触，又可以避免因出现气孔而破坏密封。该种方法封装的器件气密性合格率问题能得到很好的解决，能稳定在95%以上，但也有其不利的一面，那就是环氧树脂固化过程中产生的收缩应力无法释放，全部集中施加在仅有0.4mm厚的陶瓷基片上，极易造成陶瓷基片形变，使LiNbO3芯片开裂失效，怎样减少环氧树脂固化过程中产生的收缩应力，保证LiNbO3芯片封帽过程中不开裂，就是下面研究的重点。
3.2.2 减少环氧树脂固化内应力
封帽环氧树脂我们选用黏度在5000（40℃，mpa.s）左右的日本产EPOXY RESIN 3501。国产环氧树脂黏度一般在7000（40℃，mpa.s）以上，固化后能耐260℃的高温（已由质量部门试验通过）。
在初试阶段，直接用EPOXY RESIN 3501进行封帽，气密性合格率能维持在95%以上，但是器件性能失效率却高达90%，经分析根本原因是芯片开裂造成的，表2列出了陶瓷与EPOXY RESIN 3501的热膨胀系数，由于温度系数的不同，固化过程中环氧树脂收缩产生的应力使很薄（0.4mm厚）的陶瓷基片出现形变，而对LiNbO3芯片造成了破坏。
首先，降低温度梯度以降低内应力，采用分段升温、自然降温法（如图5），参考国内外先进经验，在环氧树脂中填充无机填充剂可以减少内应力，在EPOXY RESIN501中，选用晶态二氧化硅作为无机填充剂来进行试验。
填充料含量对环氧树脂热膨胀系数的影响如图6所示，随着晶态二氧化硅含量的增加，对环氧树脂热膨胀系数的降低，从而有效地缓和环氧树脂固化中的热应力，试验数据如表3。
二氧化硅含量（体积分数/%）对封装器件失效率的影响曲线如图7所示，当二氧化硅含量达45%以上时，环氧树脂固化中的应热力就不足以使LiNbO3芯片开裂，但二氧化硅含量过高，封接剂的粘稠度变大，不利于丝网印刷或涂敷，因此选定在环氧树脂中添加45%晶态二氧化硅，在环氧树脂中添加晶态二氧化硅后要充分搅拌，搁置24h后搅拌均匀使用。
4 结束语
采用降低温度梯度，在环氧树脂中填充无机填充剂来减少内应力的方法，解决了铌酸锂声表面波SMD的全陶瓷封装工艺中LiNbO3芯片开裂的技术难点，为声表面波SMD全陶瓷封装的批量生产铺平了道路。
铌酸锂声表面波SMD的全陶瓷封装的技术攻关为今后SAW环氧树脂封装奠定了基础，实现声表器件品种多元化、提高市场占有量。
