CN102332882A - 表面粘着微机电震荡器的结构及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种表面粘着微机电震荡器的制造方法及其结构，其优点为：1.以微机电方式在玻璃晶圆上批量制造2.能够与集成电路元件完全整合3.可与其他电子晶粒整合封装入同一集成电路，有效减少单一电子元件使用数量，大幅降低制造成本4.特殊上胶区域设计提高生产精度，以减少溢胶或空胶等情况并且降低不合格率。
Description
技术领域
本发明涉及一种表面粘着(Surface Mount Device，SMD)微机电(Micro ElectroMechanical Systems，MEMS)震荡器的结构及其制造方法，尤适用于提高制造效率，可与微处理机控制器(Microprocessor control unit，MCU)晶粒(Die)整合封装，以减少产品设计上的外部元件的使用量，并经简电子产品制造流程的技术领域。
背景技术
随着科技进步，只要需要计时信号，或用来稳定无线电发送器频率的产品，都需要震荡器作为其信号源，例如电视机(TV)、收音机(Radio)、个人电脑(PC)、打印机(Printer)、网路卡(Network Interface Card)、蓝牙产品(Bluetooth Products)、手机(Mobile Phone)等。
而震荡器的类型，主要有RC震荡器、RLC震荡器、LC震荡器以及石英震荡器(Crystal Oscillator)；其中，石英震荡器相较于其他震荡器，具有下列优点1.稳定性佳；2.频率精确度高；3.所需驱动功率小，因此，如需要较精准的计时或稳定信号源，都以石英震荡器为较佳选择。
石英震荡器的基本震荡原理，是通过一石英晶体，其主要成份为二氧化硅(SiO2)，为一种压电材料(Piezoelectric Material)，利用外电压加于晶体的两侧产生电场(Electric Field)，由于压电材料本身机械与电性耦合(Coupling)作用，使石英晶体本身产生机械变形(Transformation)，由晶体的切割面受到机械应力的作用，晶体的两相对面又会产生一电位差(Potential Difference)，这种特性称为压电效应(Piezoelectric Effect)；当加一交流电(Alternating Current)于石英晶体上，即可产生循环不已的晶体震荡。
而现行SMD石英震荡器的制造方式，都是以单一陶瓷基座加上金属上盖，或者是基座与上盖都为陶瓷材质，以完成石英震荡子封装作业，其封装时需耗费大量电力进行焊封，且因基座与上盖材质热膨胀系数(Coefficient of thermalexpansion，CTE)不同，封装完成后易造成负压腔气密不良，震荡器工作不稳定或停止震荡；且震荡器与集成电路作整合时，因为震荡器基座与上盖的材质与集成电路并不相同，所以增加整合的困难，此外如果需要直接置入集成电路之中，还需要增加额外机台，因此必须额外增加制造成本。
由此可见，上述现有的制造技术仍有诸多缺失，实非一良善的设计者，而亟待加以改良。
本案发明人鉴于上述现有的传统SMD石英震荡器制造方式各项缺点，乃亟思加以改良创新，并经多年苦心孤诣潜心研究后，终于成功研发完成本案表面粘着微机电震荡器的结构及其制造方法。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种表面粘着微机电震荡器的制造方法，其以微机电方式在玻璃晶圆上批量制造震荡器的方式，达到一种在玻璃晶圆基座上批量制造石英震荡器的方法，以减少因材质差异对环境温度变异所产生的不良，且使用该方法封合后具有易置入集成电路制造与独立运作的双向特性。
本发明的另一目的在于提供一种表面粘着微机电震荡器的结构，其以微机电方式在玻璃晶圆上批量制造震荡器的方式，达到一种较佳的表面粘着微机电震荡器结构，且该结构具有特殊胶合区域的设计以减少溢胶或空胶等制造过程中不良的反应。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案包括：
一种表面粘着微机电震荡器的制造方法，其特征在于，包含下列步骤：
a.清洁蚀刻，清洁至少一玻璃晶圆基材基座，于该玻璃晶圆基材基座上光阻且蚀刻出至少一孔洞与至少一第一凹槽以及复数个固定凹槽；清洁至少一玻璃晶圆基材上盖，于该玻璃晶圆基材上盖上光阻且蚀刻出至少一第二凹槽；
b.电镀，于该玻璃晶圆基材基座的正反面上电镀出至少一输出接脚与至少一金属导电电路；
c.填胶，于该玻璃晶圆基材基座所需的复数个固定凹槽内填上银胶供放置震荡子于该玻璃晶圆基材基座上，并第二次填上银胶以固定该震荡子；
d.封合固化，于负压常温下，以紫外线硬化胶将该玻璃晶圆基材基座与该玻璃晶圆基材上盖封合，并以紫外线曝光固化该紫外线硬化胶以达到将该玻璃晶圆基材基座与该玻璃晶圆基材上盖做粘合，形成一玻璃晶圆；
e.晶圆黏片，将该玻璃晶圆放置于蓝膜上，并以紫外线曝光胶化以固定该玻璃晶圆于该蓝膜上；以及
f.切割，将该玻璃晶圆切割成复数个晶粒，该晶粒即为表面粘着微机电震荡器；
凭借上述步骤所制成的表面粘着微机电震荡器可直接与集成电路元件完全整合于半导体制成粘晶与切晶粒，与封装步骤。
其中：填上银胶的方式是网版上银胶或单点上银胶。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案还包括：
一种表面粘着微机电震荡器的结构，其特征在于，包括：
一玻璃晶圆基材基座，其上设有一第一凹槽，至少一输出接脚作为与外部电路的连结，至少一金属导电电路连结震荡子并与该输出接脚作连结，至少一蚀刻孔洞为该玻璃晶圆基材基座中该金属导电电路的接线通道，与复数个填上银胶的固定凹槽以固定该震荡子；以及
一设有第二凹槽的玻璃晶圆基材上盖，其粘合于该玻璃晶圆基材基座的上方；
如此，该玻璃晶圆基材基座与该玻璃晶圆基材上盖通过紫外线硬化胶封合后，其上的该第一凹槽与该第二凹槽会粘合成一负压腔，以容置该震荡子。
其中：该玻璃晶圆基材基座大小至少为三英寸。
其中：该震荡子的材料是石英或压电陶瓷。
其中：该复数个填上银胶的固定凹槽为圆形且为二个。
与现有技术相比较，本发明具有的有益效果是：
1.于负压腔内内置震荡子，与震荡子的胶合区域具有特殊设计，使之不易产生溢胶、空胶等不良情况。
2.玻璃晶圆基材上下同材质可避免因环境温度变化剧烈，热膨胀或冷收缩率不均造成腔体微裂缝，气密不良影响元件工作表现。
3.以网印方式批次上胶以固定震荡子，有别传统单点点胶，有效提高生产效率。
4.使用紫外线硬化胶粘合玻璃晶圆基材基座与玻璃晶圆基材上盖，别于传统单颗金属焊封上盖或瓷基座封盖能有效提高生产效率。
5.以晶圆方式批量生产，别于传统单颗制成，有效提高生产效率，降低生产成本。
6.粘合完毕后可置于蓝膜上作晶圆方式切割，有别传统石英震荡器制造方式以单颗焊封制成。
7.能完全整合入集成电路封装制程如：系统级封装(System in Package，SIP)及晶片直接封装(Chip on Board，COB)等。有效降低因不同元件制程整合的设备支出。
8.玻璃晶圆基材基座与上盖和中央处理器等集成电路晶粒相类似，系同一的硅化合物具相近的热膨胀系数，制程上容易整合并提升整体成品的品质可靠度。
附图说明
图1为表面粘着微机电震荡器制造方法流程图；
图2A为玻璃晶圆基材基座的蚀刻完成正面图；
图2B为玻璃晶圆基材基座的蚀刻完成侧视图；
图2C为玻璃晶圆基材基座的电镀完成正面图；
图2D为玻璃晶圆基材基座的电镀完成背面图；
图3A为玻璃晶圆基材上盖的蚀刻上胶完成正面图；
图3B为玻璃晶圆基材上盖的蚀刻上胶完成侧视图；
图4A为于光罩托盘(Mask Tray)上分散式的复数个震荡子与机械手臂图；
图4B为震荡子固定完成正面放大图；
图5A为震荡子固定完成正面图；
图5B为震荡子固定完成测视图；
图6A为表面粘着微机电震荡器结构侧视图；
图6B为表面粘着微机电震荡器结构另一侧视图；
图7A为晶圆固化封合图；
图7B为为晶圆黏片切割图。
附图标记说明：：1表面粘着微机电震荡器的结构；10玻璃晶圆基材基座；11固定凹槽；12第一凹槽；13孔洞；14金属导电电路；15输出接脚；20玻璃晶圆基材上盖；21第二凹槽；30震荡子；40银胶；41紫外线硬化胶；50玻璃晶圆；51紫外线胶带外框；52蓝膜；53黏片晶圆；54圆盘锯片。
具体实施方式
请参阅图1，图1为表面粘着微机电震荡器制造方法流程图，本发明表面粘着微机电震荡器的制造方法，包含下列步骤：a.清洁蚀刻S1；b.电镀S2；c.填胶S3；d.封合固化S4；e.晶圆黏片S5；f.切割S6；以下将更详细说明步骤内容：
a.清洁蚀刻S1，请同时参阅图2A及图2B，图2A为玻璃晶圆基材基座的蚀刻完成正面图，图2B为玻璃晶圆基材基座的蚀刻完成侧视图，如图所示，在清洁过后的3到8英寸或以上玻璃晶圆基材基座10上光阻(Coating Photoresist)且蚀刻出复数个直径约100um到150um的孔洞13，与复数个直径约10um深度约3到5um的固定凹槽11，与复数个长宽为约1.7mm×2.0mm深度30um的第一凹槽12。
另请参阅图3B，图3B为玻璃晶圆基材上盖的蚀刻上胶完成侧视图，如图所示，在清洁过后的3到8英寸或以上玻璃晶圆基材上盖20上光阻(CoatingPhotoresist)且蚀刻出复数个与玻璃晶圆基材基座10上第一凹槽12相对应大小的第二凹槽21。
b.电镀，请同时参阅图2C及图2D，图2C为玻璃晶圆基材基座的电镀完成正面图，图2D为玻璃晶圆基材基座的电镀完成背面图，如图所示，在玻璃晶圆基材基座10其正面电镀出复数个金属导电电路14，且在玻璃晶圆基材基座10其背面电镀出复数个输出接脚15，并通过孔洞13，使得复数个金属导电电路14与复数个输出接脚15做连结。
c.填胶，请同时参阅图2A、图4A及图4B，图4A为于光罩托盘(Mask Tray)上分散式的复数个震荡子与机械手臂图，图4B为震荡子固定完成正面放大图，如图所示，机械手臂24使用单点或网印方式于图2A的复数个固定凹槽11填上银胶40后，机械手臂24将位于图4A光罩托盘23上的震荡子30一一放置于图2A的第一凹槽12处，接下来机械手臂24使用单点或网印方式第二次填上银胶40以固定震荡子30，其完成图如图4B所示；另提供震荡子固定完成正面图如图5A与震荡子固定完成侧视图如图5B。另请同时参阅图3A与图3B，图3A为玻璃晶圆基材上盖的蚀刻上胶完成正面图，如图所示，机械手臂24以网印方式于玻璃晶圆基材上盖20的第二凹槽21周围均匀涂布上紫外线硬化胶41。
d.固化封合，请参阅图7A，图7A为晶圆固化封合图，如图所示，在负压环境下使玻璃晶圆基材基座10与玻璃晶圆基材上盖20于室温下结合之后曝晒于200瓦的紫外光(Ultraviolet，UV)60下一小时，使的充分作用完成胶合作用，以形成玻璃晶圆50。
e.晶圆黏片，请参阅图7B，图7B为晶圆黏片切割图，如图所示，固化封合完成后，将玻璃晶圆50放置于紫外线胶带外框51与蓝膜52上方，并紫外光60照射后，即可制成黏片晶圆53，此黏片晶圆53可做后续扩片使用。
f.切割，请参阅图7B，如图所示，使用厚度约100um到120um的圆盘锯片54将黏片晶圆53切开成个别晶粒。
通过上述步骤，即可完成本发明所称的表面粘着微机电震荡器结构1，请同时参阅图6A与图6B，图6A为表面粘着微机电震荡器结构侧视图，图6B为表面粘着微机电震荡器结构另一侧视图，如图所示，本发明表面粘着微机电震荡器的结构1包括：一至少为三英寸玻璃晶圆基材基座10，其上设有一第一凹槽12，至少一输出接脚15作为与外部电路的连结，至少一金属导电电路14连结震荡子30并与输出接脚15作连结，至少一蚀刻孔洞13为玻璃晶圆基材基座10中金属导电电路14的接线通道，与复数个填上银胶40的固定凹槽11以固定震荡子30，其中复数个填上银胶40的固定凹槽11形状适合为圆形且更适为二个，且震荡子30可为石英或压电陶瓷；以及一至少为三英寸设有第二凹槽21的玻璃晶圆基材上盖20，粘合于玻璃晶圆基材基座10的上方；如此，玻璃晶圆基材基座10与玻璃晶圆基材上盖20通过紫外线硬化胶41封合后，其上的第一凹槽12与第二凹槽21会粘合成一负压腔，以容置该震荡子。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种表面粘着微机电震荡器的制造方法，其特征在于，包含下列步骤：
a.清洁蚀刻，清洁至少一玻璃晶圆基材基座，于该玻璃晶圆基材基座上光阻且蚀刻出至少一孔洞与至少一第一凹槽以及复数个固定凹槽；清洁至少一玻璃晶圆基材上盖，于该玻璃晶圆基材上盖上光阻且蚀刻出至少一第二凹槽；
b.电镀，于该玻璃晶圆基材基座的正反面上电镀出至少一输出接脚与至少一金属导电电路；
c.填胶，于该玻璃晶圆基材基座所需的复数个固定凹槽内填上银胶供放置震荡子于该玻璃晶圆基材基座上，并第二次填上银胶以固定该震荡子；
d.封合固化，于负压常温下，以紫外线硬化胶将该玻璃晶圆基材基座与该玻璃晶圆基材上盖封合，并以紫外线曝光固化该紫外线硬化胶以达到将该玻璃晶圆基材基座与该玻璃晶圆基材上盖做粘合，形成一玻璃晶圆；
e.晶圆黏片，将该玻璃晶圆放置于蓝膜上，并以紫外线曝光胶化以固定该玻璃晶圆于该蓝膜上；以及
f.切割，将该玻璃晶圆切割成复数个晶粒，该晶粒即为表面粘着微机电震荡器；
凭借上述步骤所制成的表面粘着微机电震荡器可直接与集成电路元件完全整合于半导体制成粘晶与切晶粒，与封装步骤。
2.根据权利要求1所述的表面粘着微机电震荡器的制造方法，其特征在于：填上银胶的方式是网版上银胶或单点上银胶。
3.一种表面粘着微机电震荡器的结构，其特征在于，包括：
一玻璃晶圆基材基座，其上设有一第一凹槽，至少一输出接脚作为与外部电路的连结，至少一金属导电电路连结震荡子并与该输出接脚作连结，至少一蚀刻孔洞为该玻璃晶圆基材基座中该金属导电电路的接线通道，与复数个填上银胶的固定凹槽以固定该震荡子；以及
一设有第二凹槽的玻璃晶圆基材上盖，其粘合于该玻璃晶圆基材基座的上方；
如此，该玻璃晶圆基材基座与该玻璃晶圆基材上盖通过紫外线硬化胶封合后，其上的该第一凹槽与该第二凹槽会粘合成一负压腔，以容置该震荡子。
4.根据权利要求3所述的表面粘着微机电震荡器的结构，其特征在于：该玻璃晶圆基材基座大小至少为三英寸。
5.根据权利要求3所述的表面粘着微机电震荡器的结构，其特征在于：该震荡子的材料是石英或压电陶瓷。
6.根据权利要求3所述的表面粘着微机电震荡器的结构，其特征在于：该复数个填上银胶的固定凹槽为圆形且为二个。
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