CN102545828B - 石英振荡器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种石英振荡器及其制造方法。该石英振荡器包括一盖体、一石英振荡元件及一集成电路芯片。盖体具有一表面、一凹陷于表面的凹槽、多个导电接点及一导电密封环，其中这些导电接点配置在表面上，且导电密封环配置在表面上且围绕这些导电接点。集成电路芯片连接这些导电接点及导电密封环，并与盖体及导电密封环形成一气密空腔。石英振荡元件位于气密空腔内，并电连接集成电路芯片。此外，在此也揭露一种石英振荡器制造方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种电子元件及其制造方法，特别是涉及一种石英振荡器及其制造方法。
背景技术
在3C电子产品市场趋势上，无线通讯与宽频网络的整合已经是无可避免的趋势。随着系统越来越复杂，系统稳定度的要求也越来越高。另一方面，若IC元件也要能正确无误地进行工作，就必须仰赖高稳定性的振荡器(例如石英振荡器)来提供精准的时脉信号，以确保整体系统的稳定度。
振荡器要能被3C电子产品所应用，就必须符合轻、薄、短、小的要求，因此，振荡器的开发就必须达成微小化及低制造成本的目标。也因此，如何将振荡元件(例如石英晶体片)与集成电路芯片整合制造，就成了开发微小化及低成本的石英振荡器的重大技术挑战。
发明内容
本发明的目的在于提出一种石英振荡器，其具有较薄的结构厚度及较短的信号路径。
本发明另一目的在于提出一种石英振荡器制造方法，可应用于晶片级制造设备。
为达上述目的，本发明提出一种石英振荡器，其包括一盖体、一石英振荡元件及一集成电路芯片。盖体具有一表面、一凹陷于该表面的凹槽、多个导电接点及一导电密封环，其中这些导电接点配置在表面上，且导电密封环配置在表面上且围绕这些导电接点。集成电路芯片连接这些导电接点及导电密封环，并与盖体及导电密封环形成一气密空腔。石英振荡元件位于气密空腔内，并电连接集成电路芯片。
本发明还提出一种石英振荡器制造方法。首先，提供一盖体，盖体具有一第一面、一第二面、一凹槽、一第一盖体导电层、多个导电柱、一元件导电接点、多个导电接点及一导电密封环。第二面相背对于第一面，凹槽凹陷于第一面，第一盖体导电层配置在凹槽的内面并延伸至第一面，这些导电柱个别穿设于盖体并将第一面与第二面连接，至少一导电柱连接于第一盖体导电层，元件导电接点配置在凹槽内且连接于第一盖体导电层，这些导电接点配置在第一面上且连接于第一盖体导电层，而导电密封环配置在第一面上且围绕这些导电接点。接着，将一振荡元件连接于元件导电接点。之后，将一集成电路晶片连接于这些导电接点及导电密封环，以与盖体及导电密封环形成包围振荡元件的一气密空腔。
基于上述，在本发明的石英振荡器中，将导电柱穿设于盖体或集成电路芯片作为垂直的信号路径，故可降低结构厚度及降低零件和组装成本，并可缩短信号路径以降低噪音干扰。此外，在本发明的石英振荡器制造方法中，在安装石英振荡元件至盖体的凹槽内后，将盖体接合至集成电路晶片，故可相容于晶片级制造设备。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。
附图说明
图1A是本发明的第一实施例的石英振荡器的剖视图；
图1B是图1A的石英振荡器的分解图；
图2-1至图2-18以剖面绘示本发明的第一实施例的石英振荡器制造方法；
图3是本发明的第二实施例的石英振荡器的剖视图；
图4是本发明的第三实施例的石英振荡器的剖视图；
图5是本发明的第四实施例的石英振荡器的剖视图；
图6是本发明的第五实施例的石英振荡器的剖视图。
主要元件符号说明
100、100’、100”、100’”、100””：石英振荡器
110：盖体 110a：第一面
110b：第二面 110c：凹槽
110c’：底面 110c”：侧面
110d：通孔 110e：绝缘层
111：第一盖体导电层 112：第二盖体导电层
113：导电柱 115：导电接点
116：元件导电接点 117：导电密封环
118：绝缘层 119：导电接合层
120：石英振荡元件 130：集成电路芯片
132：硅基底 134：集成电路层
134a：导电接合环 134b：导电接合垫
134A：集成电路区 134B：导电接合区
134C：内连接线路 136：背面
137：芯片接合垫 138：芯片导电层
140：气密空腔
202：硅晶片 204：第一面
206：第二面 208：凹槽
208a：底面 208b：侧面
210：盲孔 212：氧化物
214：导电柱 216：氧化物
218：第一盖体导电层 220：元件导电接点
222：导电接点 224：导电密封环
226：盖体 228：石英振荡元件
230：集成电路晶片 232：硅基底
234：集成电路层 236：导电接合垫
238：导电接合环 239：气密空腔
240：氧化物 242：第二盖体导电层
244：绝缘层 246：导电接合层
具体实施方式
图1A及图1B分别是本发明的第一实施例的石英振荡器的剖视图及分解图。请参考图1A及图1B，本实施例的石英振荡器100包括一盖体110、一石英振荡元件120及一集成电路(IC)芯片130，其中该石英振荡元件120连接于该盖体110，该盖体110连接于该集成电路芯片130，使得该石英振荡元件120位于该盖体110与该集成电路芯片130之间。
该盖体110具有一第一面110a、一相对应于第一面110a的第二面110b及一凹槽110c、一第一盖体导电层111及多个导电柱113。该凹槽110c凹陷于该第一面110a且包含一底面110c’及环绕该底面110c’的一侧面110c”，该第一盖体导电层111与该石英振荡元件120均配置在该凹槽110c的该底面110c’上，并延伸至该第一面110a，用以传递信号。
该些导电柱113分别设置穿过于该盖体110，并与设置于该盖体110上的一第二盖体导电层112与一导电接合层119连接，且至少一导电柱113连接于该第一盖体导电层111，以将信号从该第一盖体导电层111传递至该第二盖体导电层112与该导电接合层119。
该盖体110还具有一导电接点115，该导电接点115配置在该盖体110与该芯片130之间，且分别连接该第一盖体导电层111与该芯片130的导电接合垫134b。该石英振荡元件120与该第一盖体导电层111电连接，使该石英振荡元件120的信号能够传至其它电子元件。
该盖体110还包括一元件导电接点116，该元件导电接点116配置在该凹槽110c的内面上且连接位于该凹槽110c内面的第一盖体导电层111。
该盖体110还包括一导电密封环117，使该导电密封环117配置在该盖体110与该芯片130间且围绕该导电接点115与该第一盖体导电层111的外侧，使该盖体110与该芯片130间形成一密闭空腔。
在本实施例中，该盖体110还包括一第二盖体导电层112，该第二盖体导电层112配置在第二面110b上，并电连接于至少一导电柱113。该第一盖体导电层111可通过该导电柱113而与该第二盖体导电层112电连接。
在本实施例中，该盖体110还具有一绝缘层118，该绝缘层118配置在该盖体110的第二面110b及该第二盖体导电层112上，并暴露出部分该第二盖体导电层112，使与外部电子元件电连接。
在本实施例中，该盖体110还具有至少一导电接合层119，且该导电接合层119配置在该盖体110的第二面110b，并经该第二盖体导电层112而与该导电柱113电连接，使该导电接合层119可为导电接合用。
在本实施例中，该盖体110的材质包括硅或其它等效的材料，该盖体110还包括多个通孔110d及一绝缘层110e，该些导电柱113形成于该些通孔110d内，而该绝缘层110e配置在该盖体110的第一面110a、第二面110b及该些通孔110d的内面，以使该盖体110电性隔绝于该第一盖体导电层111、该第二盖体导电层112及该些导电柱113。
在本实施例中，该石英振荡元件120可为一石英振荡元件，而该集成电路芯片130可为一特殊应用集成电路(ASIC)芯片。当然本发明并不限于上述材料的限制，凡符合本发明精神的材料，均包括在本发明的创作精神内。
在本实施例中，该集成电路芯片130包括一硅基底132及一集成电路层134，该集成电路层134配置在该硅基底132上，并且该集成电路层134包括一导电接合环134a及多个导电接合垫134b，使该些导电接合垫134b电连接该些导电接点115，而该导电密封环117连接至该导电接合环134a。
在本实施例中，该集成电路层130包括多个集成电路区134A、多个导电接合区134B及多个内连接线路134C。该些导电接合区134B包括该些导电接合环134a及该导电接合垫134b。该些内连接线路134C分别连接该导电接合区134B与该集成电路区134A。
该集成电路芯片130电连接该导电接合垫134b，接着依序电连接该导电接点115、该第一盖体导电层111及该元件导电接点116而最后电连接上该石英振荡元件120。此外，该集成电路芯片130连接于该导电密封环117，使得该盖体110、该导电密封环117及该集成电路芯片130共同形成包围该石英振荡元件120的一气密空腔140。
上文揭露本发明的一个石英振荡器的实施例，而下文将揭露本发明的一个石英振荡器制造方法的实施例。
图2-1至图2-18以剖面绘示本发明第一实施例的石英振荡器制造方法。请参考图2-1，提供一硅晶片202，该硅晶片202具有一第一面204及一第二面206，该硅晶片202的第二面206相对应于该第一面204。
请参考图2-2，在该硅晶片202上形成一凹槽208及多个盲孔210，该凹槽208凹陷于该第一面204，该凹槽208凹陷于该第一面204且包含一底面208a及环绕该底面208a的一侧面208b，该些盲孔210凹陷于该第二面206。在本实施例中，形成该凹槽208及该些盲孔210的步骤包括蚀刻该硅晶片202及其等效的蚀刻步骤或等效的其它方法步骤。
请参考图2-3，绝缘化凹槽208的内面及该些盲孔210的内面。在本实施例中，绝缘化的步骤包括沉积氧化物212及其等效的绝缘步骤。
请参考图2-4，将多个导电柱214分别形成于该些盲孔210内，而该些导电柱214分别设置于该盖体202上。在本实施例中，形成该些导电柱214的步骤包括电镀金属及其等效方法步骤。
请参考图2-5，薄化硅晶片202的第一面204，以暴露出该些导电柱214。在本实施例中，薄化硅晶片202的步骤包括研磨(grinding)及其等效方法步骤。
请参考图2-6，绝缘化该硅晶片202的第一面204。在本实施例中，绝缘化第一面204的步骤包括沉积氧化物216及其等效方法步骤。
请参考图2-7，移除位在这些导电柱214靠近第一面204的端面上所沉积的氧化物216，使该导电柱214的端面外露。
请参考图2-8，形成一第一盖体导电层218于该凹槽208的该底面208a及该第一面204上，使该第一盖体导电层218配置在该凹槽208的该底面208a并经过该侧面208b延伸至该第一面204，其中至少一导电柱214连接于该第一盖体导电层218。在本实施例中，形成该第一盖体导电层218的步骤包括溅镀金属及其等效方法步骤。
请参考图2-9，形成一元件导电接点220、多个导电接点222及一导电密封环224分别位于该凹槽208的该底面208a及该第一面204上。该元件导电接点220位于该凹槽208的该底面208a且连接于该第一盖体导电层218。该元件导电接点220可设置于该第一盖体导电层218上。该些导电接点222配置在该硅晶片202的第一面204上且连接于该第一盖体导电层218。该导电密封环224配置在该硅晶片202的第一面204上且围绕该些导电接点222的外侧。在本实施例中，形成该元件导电接点220、该些导电接点222及该导电密封环224的步骤包括电镀金属及其等效方法步骤。
在完成此步骤后，目前的结构将形成一盖体226。
请参考图2-10，将一石英振荡元件228连接于元件导电接点220上，使该石英振荡元件228位于该凹槽208内。。
请参考图2-11，将一集成电路晶片230连接该硅晶片202。使该集成电路晶片230连接于该些导电接点222及该导电密封环224，以与该硅晶片202及该导电密封环224形成包围该石英振荡元件220的一气密空腔239。在本实施例中，该集成电路晶片230包括一硅基底232及一集成电路层234。该集成电路层234配置在该硅基底232上。该集成电路层234包括多个导电接合垫236及一导电接合环238，其中该些导电接合垫236分别连接于该些导电接点222，而该导电接合环238连接于该导电密封环224。
请参考图2-12，绝缘化该硅晶片202的第二面206。在本实施例中，绝缘化第二面206的步骤包括沉积氧化物240及其等效方法步骤。
请参考图2-13，移除位在该些导电柱214且靠近第二面206的端面上所沉积的氧化物240，使该导电柱214的端面外露。
请参考图2-14，形成一第二盖体导电层242于该硅晶片202的第二面206，使该第二盖体导电层242连接于至少一导电柱214。
请参考图2-15，形成一绝缘层244在该硅晶片202的第二面206及该第二盖体导电层242上。
请参考图2-16，将该绝缘层244图案化，以暴露出部分该第二盖体导电层242。
请参考图2-17，形成至少一导电接合层246在该绝缘层244所暴露出的部分该第二盖体导电层242上。
请参考图2-18，薄化该集成电路晶片230。在本实施例中，特别是薄化该集成电路晶片230的该硅基底232。
除了图1A的第一实施例的石英振荡器以外，以下再提出四个石英振荡器的的实施例。
图3是本发明的第三实施例的石英振荡器的剖视图。相较于图1A的石英振荡器100，在图3的石英振荡器100’中，该些导电柱113设置穿过该集成电路芯片130且连接该些导电接合垫134b，故可通过该些导电柱113形成对外的电性连结通道。此外，在本实施例中，该些导电柱113还分别连接该集成电路芯片130的一背面136上的多个芯片接合垫137。
图4是本发明的第二实施例的石英振荡器的剖视图。相较于图1A的石英振荡器100，在图4的石英振荡器100”中，该至少一该导电柱113贯穿至该凹槽110c的该底面110c’，且与该第一盖体导电层111连接。元件导电接点116连接该第一盖体导电层111。
图5是本发明的第四实施例的石英振荡器的剖视图。相较于图1A的石英振荡器100，在图5的石英振荡器100’”中，该石英振荡元件120位于气密空腔140内并经由该元件导电接点116连接至该集成电路芯片130的一芯片导电层138。此外，在本实施例中，该芯片导电层138的多个部分也分别形成该导电接合区134B的该导电接合环134a及该些导电接合垫134b。
图6是本发明的第五实施例的石英振荡器的剖视图。相较于图5的石英振荡器100’”，在图6的石英振荡器100””中，该些导电柱113设置穿过该集成电路芯片130，故可通过该些导电柱113形成对外的电性连结通道。此外，在本实施例中，该些导电柱113还分别连接该集成电路芯片130的一背面136上的多个芯片接合垫137。
在本发明的石英振荡器中，将导电柱穿设于盖体或集成电路芯片作为垂直的信号路径。这可省去传统用来传递信号的基板，以降低结构厚度及降低零件和组装成本，并可缩短信号路径以降低噪音干扰。此外，盖体上的导电层、导电密封环及集成电路芯片的接地线路可形成防止电磁干扰的屏蔽。
在本发明的石英振荡器制造方法中，在安装石英振荡元件至盖体的凹槽内后，将盖体接合至集成电路晶片，这可相容于晶片级制造设备。此外，还可从硅晶片开始制作盖体，并在安装石英振荡元件至凹槽内后，将硅晶片接合至集成电路晶片，这也可相容于晶片级制造设备。另外，还可将盖体的第二面组装至下一层级的元件(例如印刷电路板)，故可相容于表面粘着技术(SMT)。
虽然合以上实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。
Claims (16)
1.一种石英振荡器，包括：
盖体，其具有第一面、第二面、凹槽、第一盖体导电层、元件导电接点、多个导电接点及导电密封环，该第二面相背对于该第一面，该凹槽凹陷于该第一面且包含一底面及环绕该底面的一侧面，该第一盖体导电层配置在该凹槽的该底面上，该元件导电接点配置在该第一盖体导电层上，该些导电接点配置在第一面上，而该导电密封环配置在该第一面上且围绕该些导电接点；
石英振荡元件，连接于该元件导电接点；以及
集成电路芯片，包括硅基底及集成电路层，其中该集成电路层配置在该硅基底上，该集成电路层具有多个集成电路区、多个导电接合区及多个将该些导电接合区与该些集成电路区电连接的内连接线路，该些导电接合区具有多个导电接合垫及导电接合环，该些导电接合垫分别连接于该些导电接点，该导电接合环连接于该导电密封环，且该集成电路芯片与该盖体及该导电密封环形成包围该石英振荡元件的气密空腔。
2.如权利要求1所述的石英振荡器，还包括：
多个导电柱，分别设置穿过该盖体且连接该些导电接点，其中该盖体具有第二盖体导电层、绝缘层及至少一导电接合层，该第二盖体导电层配置在该第二面上，该第二盖体导电层连接于至少一该导电柱，该绝缘层配置在该第二面及该第二盖体导电层上，并暴露出部分该第二盖体导电层，且该导电接合层配置在暴露出的部分该第二盖体导电层上。
3.如权利要求1所述的石英振荡器，还包括：
多个导电柱，分别设置穿过该盖体且连接该导电接点，其中该第一盖体导电层沿着该凹槽的该侧面延伸至该第一面上且与至少一该导电接点连接。
4.如权利要求1所述的石英振荡器，还包括：
多个导电柱，分别设置穿过该集成电路芯片，且一端连接该导电接合垫及该导电接点，其中该第一盖体导电层沿着该凹槽的该侧面延伸至该第一面上且与至少一该导电接点连接。
5.如权利要求1所述的石英振荡器，还包括：
多个导电柱，分别设置穿过该盖体，其中至少一该导电柱贯穿至该凹槽的该底面，且与该第一盖体导电层连接。
6.一种石英振荡器，包括：
盖体，具有第一面、第二面、凹槽、多个导电接点及导电密封环，该第二面相背对于该第一面，该凹槽凹陷于该第一面，该些导电接点配置在第一面上，而该导电密封环配置在该第一面上且围绕该些导电接点；
集成电路芯片，包括硅基底、集成电路层、第一芯片导电层及元件导电接点，其中该集成电路层配置在该硅基底上，该集成电路层具有多个集成电路区、多个导电接合区及多个将该些导电接合区与该些集成电路区电连接的内连接线路，该些导电接合区具有多个导电接合垫及导电接合环，该些导电接合垫分别连接于该些导电接点，该导电接合环连接于该导电密封环，该集成电路芯片与该盖体及该导电密封环形成气密空腔，该第一芯片导电层配置在该集成电路层上，且该元件导电接点配置在该第一芯片导电层；以及
石英振荡元件，位于该气密空腔内，并连接于该元件导电接点。
7.如权利要求6所述的石英振荡器，还包括：
多个导电柱，分别设置穿过该盖体且连接该导电接点及该导电接合垫，其中至少一该导电接合垫连接该第一芯片导电层。
8.如权利要求6所述的石英振荡器，还包括：
多个导电柱，分别设置穿过该集成电路芯片且连接该导电接合垫及该导电接点，其中至少一该导电接合垫连接该第一芯片导电层。
9.一种石英振荡器，包括：
盖体，具有第一面、第二面、凹槽、多个导电接点及导电密封环，该第二面相背对于该第一面，该凹槽凹陷于该第一面且包含底面及环绕该底面的一侧面，该些导电接点配置在第一面上，而该导电密封环配置在该第一面上且围绕该些导电接点；
集成电路芯片，包括多个导电接合区，设置于该集成电路芯片的表面，该些导电接合区具有多个导电接合垫及导电接合环，该些导电接合垫分别连接于该些导电接点，该导电接合环连接于该导电密封环，且该集成电路芯片与该盖体及该导电密封环形成气密空腔；
导电层，配置在该气密空腔内且与至少一该导电接点电连接，而该导电接点可与对外的电性通道电连接；
元件导电接点，位于该气密空腔内且配置在该导电层上；以及
石英振荡元件，位于该气密空腔内且配置在该元件导电接点上。
10.一种石英振荡器制造方法，包括：
提供一盖体，该盖体具有第一面、第二面、凹槽、第一盖体导电层、多个导电柱、元件导电接点、多个导电接点及导电密封环，该第二面相背对于该第一面，该凹槽凹陷于该第一面，该第一盖体导电层配置在该凹槽的内面并延伸至该第一面，该些导电柱个别穿设于该盖体并将该第一面与该第二面连接，至少一该导电柱连接于该第一盖体导电层，该元件导电接点配置在该凹槽内且连接于该第一盖体导电层，该些导电接点配置在第一面上且连接于该第一盖体导电层，而该导电密封环配置在该第一面上且围绕该些导电接点；
将石英振荡元件连接于该元件导电接点；
提供集成电路晶片，该集成电路晶片具有硅基底、集成电路层，配置在该硅基底上，并具有多个导电接合垫及导电接合环；
将集成电路晶片的该些导电接合垫及该导电接合环分别连接于该盖体的该些导电接点及该导电密封环，以与该盖体及该导电密封环形成包围该石英振荡元件的气密空腔；以及
薄化该集成电路晶片。
11.如权利要求10所述的石英振荡器制造方法，其中提供该盖体的步骤包括：
提供硅晶片，该硅晶片具有第一面及第二面，该第二面相背对于该第一面；
蚀刻该硅晶片以形成凹槽及多个盲孔，该凹槽凹陷于该第一面，该些盲孔凹陷于该第二面；
绝缘化该凹槽的内面及该些盲孔的内面；
利用电镀金属制作工艺，将该些导电柱分别形成于该些盲孔内；
薄化该硅晶片的该第二面，以暴露出该些导电柱；
绝缘化该第一面；形成该第一盖体导电层，且至少一该导电柱连接于该第一盖体导电层；以及
形成元件导电接点、多个导电接点及导电密封环，其中该元件导电接点位于该凹槽内且连接于该第一盖体导电层，该些导电接点配置在第一面上，该导电密封环配置在该第一面上且围绕该些导电接点。
12.如权利要求11所述的石英振荡器制造方法，其中绝缘化该凹槽的内面及该些盲孔的内面的步骤包括沉积氧化物。
13.如权利要求11所述的石英振荡器制造方法，其中绝缘化该第一面的步骤包括：
沉积氧化物在该第一面；以及
移除位在至少一该导电柱靠近该第一面的端面上的氧化物。
14.如权利要求11所述的石英振荡器制造方法，其中形成该第一盖体导电层的步骤包括溅镀金属。
15.如权利要求11所述的石英振荡器制造方法，其中形成该元件导电接点、该些导电接点及该导电密封环的步骤包括电镀金属。
16.如权利要求10所述的石英振荡器制造方法，还包括：
沉积氧化物在该第二面以绝缘化该第二面；
移除位在至少一该导电柱靠近该第二面的端面上的氧化物；
形成第二盖体导电层于该第二面，该第二盖体导电层连接于至少一该导电柱；
形成绝缘层在该第二面及该第二盖体导电层上，并暴露出部分该第二盖体导电层；以及
形成至少一导电接合层在该绝缘层所暴露出的部分该第二盖体导电层上。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant |