CN108735890A - 准气密性声表面波元件封装结构及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种准气密性声表面波元件封装结构及制作方法，所述封装结构包括基板阵列、屏蔽盖阵列和多颗声表面波芯片，所述多颗声表面波芯片贴装到基板阵列上，所述屏蔽盖阵列一次性压合到基板阵列上，形成多个空腔，所述基板阵列中的多块基板、屏蔽盖阵列的多个屏蔽盖、多个空腔和多颗声表面波芯片均为一一对应，每颗声表面波芯片位于对应的空腔内。本发明简化了传统声表面波元件的封装，大大增加了工艺的吞吐量，从而大大提高了生产效率。

Description

准气密性声表面波元件封装结构及制作方法

技术领域

本发明涉及一种声表面波元件封装结构，尤其是一种准气密性声表面波元件封装结构及制作方法，属于声表面波元件封装领域。

背景技术

声表面波(SAW，Surface Acoustic Wave)是沿物体表面传播的一种弹性波。声表面波是英国物理学家瑞利(Rayleigh)在19世纪80年代研究地震波的过程中偶尔发现的一种能量集中于地表面传播的声波。

1965年，美国的怀特(R.M.White)和沃尔特默(F.W.Voltmer)发表题为“一种新型声表面波声——电转化器”的论文，在压电材料表面制作可以激励声表面波的金属叉指换能器(Inter-digital Transducer，IDT)，实现声波和电磁波的相互转化，见附图一。

在此基础上，声表面波元件获得了快速发展，在通讯、电力及侦测方面获得大量应用。

传统的声表面波元器件如图1所示，是在压电基板(石英、铌酸锂及钽酸锂等)材料表面通过光刻工艺(与硅晶圆表面金属线路的制作工艺类似)，由于高频应用的需求，铌酸锂(LN)及钽酸锂(LT)在市面上应用较广。

现有的通用声表面波元件封装结构如图2所示，制作流程如下：

1)在晶圆状压电材料上制作好输入输出焊垫及叉指换能器；

2)将压电材料晶圆切割成单个声表面波元芯片(此时声表面波元件和集成电路的裸芯片非常类似)；由于压低按摩材料硬脆易碎的特性，造成压电晶圆的切割非常困难；

3)在陶瓷基板(通常是高温共烧陶瓷)上贴装声表波裸芯片，可以用打线工艺或者覆晶工艺；

4)使用金属盖密封焊接陶瓷基板

在这个封装结构当中，使用的陶瓷基板价格高；尺寸稳定性差(使用超过1000摄氏度的高温烧结)；另外是切割困难，当然现在也有预裂片工艺，使得陶瓷基板在封装工艺中极易断裂。

在这个结构中使用的金属盖来密封焊接，由于金属和陶瓷的膨胀系数差异较大，这样在封装工艺的高温环节中，就不能使用大面积一次性贴装焊接的方式，只能采用单个屏蔽盖(毫米大小)的方式进行焊接安装，限制了整个工艺的吞吐量。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种准气密性声表面波元件封装结构，该封装结构简化了传统声表面波元件的封装，大大增加了工艺的吞吐量，从而大大提高了生产效率。

本发明的另一目的在于提供一种基于上述封装结构的制作方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种准气密性声表面波元件封装结构，包括基板阵列、屏蔽盖阵列和多颗声表面波芯片，所述多颗声表面波芯片贴装到基板阵列上，所述屏蔽盖阵列一次性压合到基板阵列上，形成多个空腔，所述基板阵列中的多块基板、屏蔽盖阵列的多个屏蔽盖、多个空腔和多颗声表面波芯片均为一一对应，每颗声表面波芯片位于对应的空腔内。

进一步的，所述屏蔽盖阵列的每个屏蔽盖包括第一本体和金属层，所述金属层设置在第一本体的内表面，所述金属层通过导电粘合剂与对应的基板上表面固定连接。

进一步的，所述第一本体采用塑胶或树脂玻璃纤维压合而成。

进一步的，所述导电粘合剂为焊料、纳米金属胶体或金属-树脂混合物。

进一步的，所述屏蔽盖阵列的各个屏蔽盖之间设有排气槽。

进一步的，每颗声表面波芯片包括第二本体、叉指换能器、焊垫和凸块，所述叉指换能器和焊垫设置在第二本体的下表面，所述凸块焊接在焊垫上，且凸块通过覆晶方式与对应的基板上表面固定连接。

进一步的，每颗声表面波芯片包括第二本体、叉指换能器和焊垫，所述叉指换能器和焊垫设置在第二本体的上表面，且焊垫通过打线方式与对应的基板上表面固定连接。

进一步的，所述第二本体采用锂盐材料制成。

进一步的，所述基板阵列的每块基板采用树脂-玻璃纤维复合材料制成。

本发明的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种上述封装结构的制作方法，所述方法包括：

采用注塑或热模压的方式制作屏蔽盖阵列；

在屏蔽盖阵列的每个屏蔽盖内表面镀上一层金属层；

在屏蔽盖阵列的每个屏蔽盖内表面金属层上印刷导电粘合剂；

将切割好的多颗声表面波芯片贴装到基板阵列上；

将屏蔽盖阵列与基板阵列进行对准；

在真空下利用外部气压将屏蔽盖阵列和基板阵列压合在一起；

加热使导电粘合剂固化，从而使屏蔽盖阵列固定在基板阵列上。

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本发明简化了传统声表面波元件的封装，采用屏蔽盖阵列直接一次性压合到基板阵列上，大大提高了生产效率，同时屏蔽盖阵列压合到基板阵列上后形成多个空腔，每个空腔可以容纳一颗已贴装在基板阵列上的声表面波芯片，使声表面波芯片密封，同时保护声表面波芯片。

2、本发明的基板阵列的每块基板采用树脂-玻璃纤维复合材料制成，并且屏蔽盖阵列的每个屏蔽盖采用塑胶或树脂玻璃纤维压合而成，降低了材料成本。

3、本发明的屏蔽盖阵列的每个屏蔽盖内表面添加一金属层，通过金属层可以实现对声表面波芯片的电磁屏蔽功能，同时金属层也可以起到加强气密性的作用。

4、本发明的屏蔽盖阵列的各个屏蔽盖之间设有排气槽，可以及时排放加工中产生的材料废气，避免废气残留，影响粘合强度。

附图说明

图1为传统的声表面波元件结构示意图。

图2为现有的通用声表面波元件封装结构示意图。

图3为本发明实施例1的准气密性声表面波元件封装结构示意图。

图4为本发明实施例1的每颗声表面波芯片与其对应的基板、屏蔽盖之间的关系示意图。

图5为本发明实施例1的基板阵列中每块基板的结构示意图。

图6为本发明实施例1的屏蔽盖阵列中每个屏蔽盖的结构示意图。

图7为本发明实施例1的每颗声表面波芯片的结构示意图。

图8为本发明实施例1的采用注塑或热模压制作屏蔽盖阵列的示意图。

图9为本发明实施例1的对成形后的屏蔽盖阵列进行金属化处理的示意图。

图10为本发明实施例1的在屏蔽盖阵列的每个屏蔽盖内表面金属上印刷导电粘合剂的示意图。

图11为本发明实施例1的将切割好的多颗声表面波芯片贴装到基板阵列上的示意图。

图12为本发明实施例2的准气密性声表面波元件封装结构示意图。

图13为本发明实施例2的每颗声表面波芯片与其对应的基板、屏蔽盖之间的关系示意图。

图14为本发明实施例2的基板阵列中每块基板的结构示意图。

图15为本发明实施例2的屏蔽盖阵列中每个屏蔽盖的结构示意图。

图16为本发明实施例2的每颗声表面波芯片的结构示意图。

图17为本发明实施例2的采用注塑或热模压制作屏蔽盖阵列成形的示意图。

图18为本发明实施例2的对成形后的屏蔽盖阵列进行金属化处理的示意图。

图19为本发明实施例2的在屏蔽盖阵列的每个屏蔽盖内表面金属上印刷导电粘合剂的示意图。

图20为本发明实施例2的将切割好的多颗声表面波芯片贴装到基板阵列上的示意图。

其中，1-基板阵列，11-基板，2-屏蔽盖阵列，21-屏蔽盖，211-第一本体，212-金属层，213-导电粘合剂，22-排气槽，3-声表面波芯片，31-第二本体，32-叉指换能器，33-焊垫，34-凸块，4-空腔。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

如图3～图7所示，本实施例提供了一种准气密性声表面波元件封装结构，该封装结构包括基板阵列1、屏蔽盖阵列2和五颗声表面波芯片3。

所述基板阵列1具有五块基板11，每块基板11对应一颗声表面波芯片3，其采用树脂-玻璃纤维复合材料制成，可以降低成本，提升基板11尺寸精度和工艺适应性，包括上、下表面电路和贯穿孔，基板11采用通用的高密度互连(High Density Interconnector，简称HDI)的工艺制作，由于树脂有一定的吸水性，因此本实施例的封装结构为准气密性。

所述五颗声表面波芯片3均为声表面波晶圆，并贴装到基板阵列1上，具体地，每颗声表面波芯片3包括第二本体31、叉指换能器32、焊垫33和凸块34，第二本体31采用锂盐材料制成，叉指换能器32和焊垫33设置在第二本体31的下表面，切割时容易发生崩裂，特别是在和其他种类的材料层叠在一起时，更易发生边缘崩裂，影响表面波，因此在本实施例中，提前将做好叉指换能器32和焊垫33的晶圆切割分离，凸块34焊接在焊垫33上，凸块34通过覆晶方式与对应的基板11上表面固定连接。

所述屏蔽盖阵列2具有五个屏蔽盖21，每个屏蔽盖21对应一块基板11，其包括第一本体211和金属层212，第一本体21采用塑胶或树脂玻璃纤维压合而成，金属层212设置在第一本体21的内表面，具体地，金属层212镀在第一本体21的内表面，实现了对声表面波芯片3的电磁屏蔽，因此金属层212可视为电磁屏蔽层，同时金属层212也可以起到加强气密性的作用，金属层212采用的金属材料可以使用铜、铝、银等，优选地，金属层212的厚度大于1微米；屏蔽盖阵列2一次性压合到基板阵列1上，具体地，通过在每个屏蔽盖21的金属层212上印刷导电粘合剂213，通过导电粘合剂213与对应的基板11上表面固定连接，其中导电粘合剂213可以为焊料、纳米金属胶体或金属-树脂混合物，通过加热使导电粘合剂213固化，在屏蔽盖阵列2压合到基板阵列1后，形成多个空腔4，每个空腔4用于容纳一颗声表面波芯片3，使声表面波芯片3密封，同时保护声表面波芯片3；为了及时排放加工中产生的材料(焊料、纳米金属胶体或金属-树脂混合物在固化时的废气)废气，屏蔽盖阵列2的五个屏蔽盖21之间设有排气槽22。

本实施例中，屏蔽盖阵列2和已贴装声表面波芯片3的基板阵列1通过阵列式压合进行组装，大大增加了工艺的吞吐量。

结合图3～图7，本实施例还提供了一种上述封装结构的制作方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、采用注塑或热模压的方式制作屏蔽盖阵列2，成形后如图8所示。

步骤二、成形后对屏蔽盖阵列2进行金属化处理，具体地，在屏蔽盖阵列2的每个屏蔽盖21内表面镀上一层金属层212，如图9所示；其中，金属层212可以由物理气相沉积形成，采用的金属材料可以使用铜、铝、银等，金属层212的厚度需要大于1微米。

步骤三、进行金属化处理后，在屏蔽盖阵列2的每个屏蔽盖21内表面金属层212上印刷导电粘合剂213；其中，导电粘合剂213可以为焊料、纳米金属胶体或金属-树脂混合物，如图10所示。

步骤四、将切割好的五颗声表面波芯片3贴装到基板阵列1上，具体采用覆晶方式贴装，如图11所示；

步骤五、将屏蔽盖阵列2与基板阵列1进行对准；

步骤六、在真空下利用外部气压将屏蔽盖阵列2和基板阵列1压合在一起，由于声表面波芯片3所在的空腔4是真空的，因此压合需要在真空下进行。

步骤七、加热使导电粘合剂213固化，从而使屏蔽盖阵列2固定在基板阵列1上，如图3所示。

在本实施例的封装结构制作完成后，可以将屏蔽盖阵列2、基板阵列1以及五颗声表面波芯片3切割成五份，每份形成一个声表面波元件产品，如图4所示。

实施例2：

如图12～图16所示，本实施例提供了一种准气密性声表面波元件封装结构，该封装结构包括基板阵列1、屏蔽盖阵列2和四颗声表面波芯片3。

所述基板阵列1具有四块基板11，每块基板11对应一颗声表面波芯片3，其采用树脂-玻璃纤维复合材料制成，可以降低成本，提升基板11尺寸精度和工艺适应性，包括上、下表面电路和贯穿孔，基板11采用通用的高密度互连(High Density Interconnector，简称HDI)的工艺制作，由于树脂有一定的吸水性，因此本实施例的封装结构为准气密性。

所述四颗声表面波芯片3均为声表面波晶圆，并贴装到基板阵列1上，具体地，每颗声表面波芯片3包括第二本体31、叉指换能器32和焊垫33，第二本体31采用锂盐材料制成，叉指换能器32和焊垫33设置在第二本体31的上表面，切割时容易发生崩裂，特别是在和其他种类的材料层叠在一起时，更易发生边缘崩裂，影响表面波，因此在本实施例中，提前将做好叉指换能器32和焊垫33的晶圆切割分离，焊垫通过打线方式与对应的基板11上表面固定连接。

所述屏蔽盖阵列2具有四个屏蔽盖21，每个屏蔽盖21对应一块基板11，其包括第一本体211和金属层212，第一本体21采用塑胶或树脂玻璃纤维压合而成，金属层212设置在第一本体21的内表面，具体地，金属层212镀在第一本体21的内表面，实现了对声表面波芯片3的电磁屏蔽，因此金属层212可视为电磁屏蔽层，同时金属层212也可以起到加强气密性的作用，金属层212采用的金属材料可以使用铜、铝、银等，优选地，金属层212的厚度大于1微米；屏蔽盖阵列2一次性压合到基板阵列1上，具体地，通过在每个屏蔽盖21的金属层212上印刷导电粘合剂213，通过导电粘合剂213与对应的基板11上表面固定连接，其中导电粘合剂213可以为焊料、纳米金属胶体或金属-树脂混合物，通过加热使导电粘合剂213固化，在屏蔽盖阵列2压合到基板阵列1后，形成多个空腔4，每个空腔4用于容纳一颗声表面波芯片3，使声表面波芯片3密封，同时保护声表面波芯片3；为了及时排放加工中产生的材料(焊料、纳米金属胶体或金属-树脂混合物在固化时的废气)废气，屏蔽盖阵列2的四个屏蔽盖21之间设有排气槽22。

本实施例中，屏蔽盖阵列2和已贴装声表面波芯片3的基板阵列1通过阵列式压合进行组装，大大增加了工艺的吞吐量。

结合图12～图16，本实施例还提供了一种上述封装结构的制作方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、采用注塑或热模压的方式制作屏蔽盖阵列2，成形后如图17所示。

步骤二、成形后对屏蔽盖阵列2进行金属化处理，具体地，在屏蔽盖阵列2的每个屏蔽盖21内表面镀上一层金属层212，如图18所示；其中，金属层212可以由物理气相沉积形成，采用的金属材料可以使用铜、铝、银等，金属层212的厚度需要大于1微米。

步骤三、进行金属化处理后，在屏蔽盖阵列2的每个屏蔽盖21内表面金属层212上印刷导电粘合剂213；其中，导电粘合剂213可以为焊料、纳米金属胶体或金属-树脂混合物，如图19所示。

步骤四、将切割好的四颗声表面波芯片3贴装到基板阵列1上，具体采用打线方式贴装，如图20所示；

步骤五、将屏蔽盖阵列2与基板阵列1进行对准；

步骤六、在真空下利用外部气压将屏蔽盖阵列2和基板阵列1压合在一起，由于声表面波芯片3所在的空腔4是真空的，因此压合需要在真空下进行。

步骤七、加热使导电粘合剂213固化，从而使屏蔽盖阵列2固定在基板阵列1上，如图12所示。

在本实施例的封装结构制作完成后，可以将屏蔽盖阵列2、基板阵列1以及四颗声表面波芯片3切割成四份，每份形成一个声表面波元件产品，如图13所示。

综上所述，本发明简化了传统声表面波器件的封装，采用屏蔽盖阵列直接一次性压合到基板阵列上，大大提高了生产效率，同时屏蔽盖阵列压合到基板阵列上后形成多个空腔，每个空腔可以容纳一颗声表面波芯片，使声表面波芯片密封，同时保护声表面波芯片；基板阵列的每块基板采用树脂-玻璃纤维复合材料制成，并且屏蔽盖阵列的每个屏蔽盖采用塑胶或树脂玻璃纤维压合而成，降低了材料成本；屏蔽盖阵列的每个屏蔽盖内表面添加一金属层，通过金属层可以实现对声表面波芯片的电磁屏蔽功能，同时金属层也可以起到加强气密性的作用；屏蔽盖阵列的各个屏蔽盖之间设有排气槽，可以及时排放加工中产生的材料废气，避免废气残留，影响粘合强度。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本发明专利的说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明专利的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明专利的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种准气密性声表面波元件封装结构，其特征在于：包括基板阵列、屏蔽盖阵列和多颗声表面波芯片，所述多颗声表面波芯片贴装到基板阵列上，所述屏蔽盖阵列一次性压合到基板阵列上，形成多个空腔，所述基板阵列中的多块基板、屏蔽盖阵列的多个屏蔽盖、多个空腔和多颗声表面波芯片均为一一对应，每颗声表面波芯片位于对应的空腔内。

2.根据权利要求1所述的一种准气密性声表面波元件封装结构，其特征在于：所述屏蔽盖阵列的每个屏蔽盖包括第一本体和金属层，所述金属层设置在第一本体的内表面，所述金属层通过导电粘合剂与对应的基板上表面固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种准气密性声表面波元件封装结构，其特征在于：所述第一本体采用塑胶或树脂玻璃纤维压合而成。

4.根据权利要求2所述的一种准气密性声表面波元件封装结构，其特征在于：所述导电粘合剂为焊料、纳米金属胶体或金属-树脂混合物。

5.根据权利要求1所述的一种准气密性声表面波元件封装结构，其特征在于：所述屏蔽盖阵列的各个屏蔽盖之间设有排气槽。

6.根据权利要求1所述的一种准气密性声表面波元件封装结构，其特征在于：每颗声表面波芯片包括第二本体、叉指换能器、焊垫和凸块，所述叉指换能器和焊垫设置在第二本体的下表面，所述凸块焊接在焊垫上，且凸块通过覆晶方式与对应的基板上表面固定连接。

7.根据权利要求1所述的一种准气密性声表面波元件封装结构，其特征在于：每颗声表面波芯片包括第二本体、叉指换能器和焊垫，所述叉指换能器和焊垫设置在第二本体的上表面，且焊垫通过打线方式与对应的基板上表面固定连接。

8.根据权利要求6或7所述的一种准气密性声表面波元件封装结构，其特征在于：所述第二本体采用锂盐材料制成。

9.根据权利要求1-6任一项所述的一种准气密性声表面波元件封装结构，其特征在于：所述基板阵列的每块基板采用树脂-玻璃纤维复合材料制成。

10.一种权利要求1-9任一项所述封装结构的制作方法，其特征在于：所述方法包括：

采用注塑或热模压的方式制作屏蔽盖阵列；

在屏蔽盖阵列的每个屏蔽盖内表面镀上一层金属层；

在屏蔽盖阵列的每个屏蔽盖内表面金属层上印刷导电粘合剂；

将切割好的多颗声表面波芯片贴装到基板阵列上；

将屏蔽盖阵列与基板阵列进行对准；

在真空下利用外部气压将屏蔽盖阵列和基板阵列压合在一起；

加热使导电粘合剂固化，从而使屏蔽盖阵列固定在基板阵列上。