CN109088614A - 声表面波滤波器及其封装方法和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种声表面波滤波器及其封装方法和电子设备，通过在基板上制作叉指换能器和金属电极，并制作第一盖板和第二盖板，与基板一起形成容纳叉指换能器的密闭腔体，实现了声表面波滤波器的晶圆级封装技术应用，实现了封装结构的小型化，使得声表面波滤波器的封装尺寸可以制作的更小。

Description

声表面波滤波器及其封装方法和电子设备

技术领域

本发明属于电子技术领域，尤其涉及一种声表面波滤波器及其封装方法和电子设备。

背景技术

随着技术的快速发展，电子设备的射频部分的封装尺寸要求逐渐减小，而且先进的无线通信系统的多模式、多频带的发展趋势强烈要求发展需要更小的元器件，以进一步减少射频部件的尺寸。声表面波滤波器是电子设备中至关重要的元器件，其具有优越的滤波功能，声表面波滤波器的大小和高度主要由封装结构决定。

目前的标准封装技术是CSP(Chip Scale Package芯片式)封装技术，与以往的SMD封装技术相比，其体积小型化约为60％。声表面波滤波器的封装技术为CSP(Chip ScalePackage芯片式)封装技术为在陶瓷基板上制作器件，并与芯片键合而得到。目前的技术由于陶瓷基板的使用，以及芯片封装的工艺限制，使得最终形成的声表面波滤波器存在尺寸偏大的缺陷，难以满足小型化封装的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种声表面波滤波器的封装方法，能实现封装结构的小型化。

为实现本发明的目的，本发明提供了如下的技术方案：

第一方面，本发明实施例提供一种声表面波滤波器的封装方法，包括如下步骤：

在基板上制作叉指换能器和电连接所述叉指换能器的金属电极，所述金属电极分别设于所述叉指换能器相对的两侧；

制作第一盖板，所述第一盖板与所述叉指换能器相对的位置形成第一凹槽，所述叉指换能器容纳于所述第一凹槽和所述基板形成的空间内；

制作第二盖板，所述第二盖板覆盖所述第一盖板，以使所述第一凹槽、所述基板和所述第二盖板围合形成封闭腔体；

在所述第二盖板上制作第二凹槽，所述第二凹槽贯穿所述第二盖板与所述金属电极连接；

制作金属柱台，所述金属柱台填满所述第二凹槽；

制作金属凸点，所述金属凸点层叠在所述金属柱台上。

其中，在制作所述第一盖板时，形成所述第一凹槽的步骤包括：

在所述基板上制作牺牲层，所述牺牲层覆盖所述叉指换能器；

制作所述第一盖板，所述第一盖板覆盖所述牺牲层；

除去所述牺牲层，得到所述第一凹槽。

其中，所述牺牲层为有机化合物，除去所述牺牲层的方法为使用有机溶剂清洗。

其中，制作所述金属柱台的步骤包括：

在所述金属电极上进行至少一次镀锌工序，得到镀锌层；

在所述镀锌层进行镀镍工序，得到镍银层；

在所述镍银层上进行镀金工序，得到镀金层，所述镀金层朝向外部空间。

其中，制作所述金属凸点的步骤包括：

提供掩膜版，所述掩膜版上设有通孔；

将所述掩膜版覆盖在所述第二盖板上，所述通孔对准所述金属柱台的位置；

在所述通孔处印刷金属焊剂；

加热所述金属焊剂，得到所述金属凸点。

其中，制作完成所述金属凸点后，还进行切割工序，得到声表面波滤波器。

其中，设置所述基板为压电晶片，所述第一盖板和所述第二盖板的材质为树脂，所述金属电极的材质为铝，所述金属凸点的材质为金。

第二方面，本发明实施例提供一种声表面波滤波器，包括基板、第一盖板和第二盖板，所述基板上设有叉指换能器和金属电极，所述金属电极分别设于所述叉指换能器相对的两侧，所述第一盖板与所述叉指换能器相对的位置形成第一凹槽，所述叉指换能器容纳于所述第一凹槽和所述基板形成的空间内，所述第二盖板覆盖所述第一盖板，以使所述第一凹槽、所述基板和所述第二盖板围合形成封闭腔体，所述第二盖板上设有第二凹槽，所述第二凹槽贯穿所述第二盖板与所述金属电极连接，所述第二凹槽内填满金属柱台，所述金属柱台上层叠有金属凸点。

其中，所述金属电极沿同一方向延伸，所述金属凸点在所述第二盖板上呈阵列排列。

第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括第二方面各种实施例所述的声表面波滤波器。

本发明的有益效果：

本发明通过在基板上制作叉指换能器和金属电极，并制作第一盖板和第二盖板，与基板一起形成容纳叉指换能器的密闭腔体，实现了声表面波滤波器的晶圆级封装技术应用，实现了封装结构的小型化，使得声表面波滤波器的封装尺寸可以制作的更小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1a是一种实施例的声表面波滤波器的封装方法的一个步骤的结构示意图；

图1b是一种实施例的声表面波滤波器的封装方法的一个步骤的结构示意图；

图1c是一种实施例的声表面波滤波器的封装方法的一个步骤的结构示意图；

图1d是一种实施例的声表面波滤波器的封装方法的一个步骤的结构示意图；

图1e是一种实施例的声表面波滤波器的封装方法的一个步骤的结构示意图；

图2a是一种实施例的声表面波滤波器的封装方法的一个步骤的结构示意图；

图2b是一种实施例的声表面波滤波器的封装方法的一个步骤的结构示意图；

图2c是一种实施例的声表面波滤波器的封装方法的一个步骤的结构示意图；

图2d是一种实施例的声表面波滤波器的封装方法的一个步骤的结构示意图；

图3a是一种实施例的声表面波滤波器的封装方法的一个步骤的结构示意图；

图3b是一种实施例的声表面波滤波器的封装方法的一个步骤的结构示意图；

图3c是一种实施例的声表面波滤波器的封装方法的一个步骤的结构示意图；

图3d是一种实施例的声表面波滤波器的封装方法的一个步骤的结构示意图；

图4a是一种实施例的声表面波滤波器的封装方法的一个步骤的掩膜版的结构示意图；

图5是一种实施例的声表面波滤波器与传统的CSP封装技术封装的声表面波滤波器进行GSM 1900标准的仿真对比结果示意图。

具体实施例

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种声表面波滤波器的封装方法，包括如下步骤：

请参考图1a，一个步骤中，在基板10上制作叉指换能器11和电连接所述叉指换能器11的金属电极12，所述金属电极12分别设于所述叉指换能器11相对的两侧。制作叉指换能器11和金属电极12的工艺可以采用现有技术中的光刻技术，也可以采用现有的其他工艺。叉指换能器11可以采用任意可行的结构。请结合参考图3a，叉指换能器11与金属电极12之间连接有连接片111，连接片111实现两者之间的电连接。基板10为压电基板，例如，LiTaO₃(钽酸锂)晶片或LiNbO₃(铌酸锂)晶片等，具有较好的介电、压电、非线性光学、光折变和高损失阈等特性，具有较高的声波速度和良好的机电耦合性能，是制作声表面波滤波器的优选材料。金属电极12的材质优选为铝，具有成本低的优势，但在使用时易在表面形成氧化膜，在后续的工艺中需要注意。

请参考图1b，一个步骤中，制作第一盖板20，所述第一盖板20与所述叉指换能器11相对的位置形成第一凹槽15，所述叉指换能器15容纳于所述第一凹槽15和所述基板10形成的空间内。基于声波的传播的特性，任何封装材料不能接触叉指换能器11区域，因为这将会影响声波的传播，因此，设置第一凹槽15，以提供给叉指换能器11的工作空间。请结合图3a，由于金属电极12的长度一般较长，为了更好的保护金属电极12，制作第一盖板20时还可使其覆盖部分金属电极12，应当理解的是，第一盖板20覆盖金属电极12的位置远离第一凹槽15，使得第一凹槽15形成完整的整体，即第一凹槽15的侧壁与基板10连接，以避免破坏叉指换能器11的工作环境。第一盖板20的材质优选为树脂材料，例如环氧树脂SU-8。

请参考图2a至图2c，3个图中均省略了基板10，在制作第一盖板20的步骤中，形成所述第一凹槽15的步骤包括：

在所述基板10上制作牺牲层50，所述牺牲层50覆盖所述叉指换能器11；牺牲层50采用有机化合物材料，旋涂在叉指换能器11上，叉指换能器11被牺牲层50完全包围。

制作所述第一盖板20，所述第一盖板20覆盖所述牺牲层50；第一盖板20可以形成台阶状，具体的，第一盖板20的厚度保持一致，在覆盖牺牲层50的位置向上凸出，而在牺牲层50的两侧形成台阶，与基板10贴合，两侧形成的台阶还可以覆盖部分金属电极12。

除去所述牺牲层50，得到所述第一凹槽15。除去所述牺牲层50的方法可为使用有机溶剂清洗。

请参考图2d，并结合图1b，一个步骤中，制作第二盖板60，所述第二盖板60覆盖所述第一盖板20，以使所述第一凹槽15、所述基板10和所述第二盖板60围合形成封闭腔体。形成封闭腔体，从而形成叉指换能器11的完整的密闭工作环境。第二盖板60的作用为与第一盖板20配合而形成封闭腔体，提供叉指换能器11的工作环境，此外，第二盖板60还保护第一盖板20及金属电极12，使得第一盖板20、金属电极12的结构更为稳定。第二盖板60可与第一盖板20上突出的部分齐平共面，即第一盖板20覆盖牺牲层50的位置的顶面与第二盖板60的顶面共面，而第一盖板20的台阶处被第二盖板60覆盖。第二盖板60与第一盖板20的材质可以相同，例如，第二盖板60的材质也为环氧树脂SU-8，使得形成的封闭腔体的四周的材质相同，使得叉指换能器11具有一致的工作环境，且第一盖板20和第二盖板60具有相同的热膨胀性能，利于保持整体结构的稳定。

请参考图2d，并结合图1c，一个步骤中，在所述第二盖板60上制作第二凹槽21，所述第二凹槽21贯穿所述第二盖板60与所述金属电极12连接。第二凹槽21可以为圆柱形通孔，并从第二盖板21顶面贯穿至底面。

请参考图1d，一个步骤中，制作金属柱台30，所述金属柱台30填满所述第二凹槽21。金属柱台30的作用为电连接金属电极12，为后续制作的器件提供导电。

请参考图3a至图3d，4个图中均省略了第一盖板20和第二盖板60，并结合图1d，一种实施例中，制作所述金属柱台30的步骤包括：

在所述金属电极12上进行一次镀锌工序，得到镀锌层301；再在镀锌层301上进行二次镀锌工序，得到另一镀锌层302。由于金属电极12为铝，如前所述，铝易形成氧化膜，会阻碍直接镀镍工序的进行，因此，进行至少一次镀锌工序，去除金属电极12上的氧化膜，从而消除金属电极12上的氧化膜的阻碍作用。优选的镀锌工序为两次，即在金属电极12上进行一次镀锌工序，再在形成的镀锌层301上进行二次镀锌工序，得到另一镀锌层302。镀锌工序采用化学镀方法，其具体操作步骤可以采用现有技术中的化学镀工艺，不再赘述。

然后，以采用两次镀锌工序为例，在所述另一镀锌层302进行镀镍工序，得到镍银层303；镀镍工序也可以采用现有技术中的化学镀工艺，最后形成的镍银层303的厚度例如可以为3μm。

最后，在所述镍银层303上进行镀金工序，得到镀金层304，所述镀金层304朝向外部空间。镀金工序也可以采用现有技术中的化学镀工艺，最后形成的镀金层304的厚度例如可以为0.05μm。由于金不易氧化，制作镀金层304可以防止最后形成的金属柱台30被氧化而导电不良。

上述制作金属柱台30的工艺均在第二凹槽21内进行，即采用在凹槽内的下凸电镀工艺。

请参考图1e，一个步骤中，制作金属凸点40，所述金属凸点40层叠在所述金属柱台30上。金属凸点40的作用为与电子设备的器件连接，从而使得电子设备的芯片提供的射频信号可以通过金属凸点40而进入金属柱台30，经金属电极12而到达叉指换能器11，实现声表面波滤波器的功能。金属凸点40的材质可以为金，具有良好的抗氧化性，能保持射频信号的稳定传输。

请参考图4a，并结合图1e和图2d，一种实施例中，制作所述金属凸点40的步骤包括：

提供掩膜版70，所述掩膜版70上设有通孔71；

将所述掩膜版70覆盖在所述第二盖板60上，所述通孔71对准所述金属柱台30的位置；

在所述通孔71处印刷金属焊剂；金属焊剂的材料可以为Sn/Ag/Cu焊锡膏。

加热所述金属焊剂，得到所述金属凸点40。加热的方法可以采用红外加热。

一个步骤中，制作完成所述金属凸点40后，还进行切割工序，得到声表面波滤波器。在制作声表面波滤波器时，往往是一次性制作多个，制作完成后，再通过切割而形成单个的声表面波滤波器，单个声表面波滤波器可以应用于电子设备内，实现滤波的功能。

本发明通过在基板10上制作叉指换能器11和金属电极12，并制作第一盖板20和第二盖板60，与基板10一起形成容纳叉指换能器11的密闭腔体，实现了声表面波滤波器的晶圆级封装技术应用，实现了封装结构的小型化，使得声表面波滤波器的封装尺寸可以制作的更小。

本发明实施例提供一种电子设备，包括本发明实施例提供的声表面波滤波器。本发明实施例提供的声表面波滤波器采用晶圆级封装技术制作，具有尺寸小的特点，适用于在各种电子设备上应用。具体的，电子设备可以为智能手机、移动平板电脑、手提式计算机等。

请参考图1e，并结合图2d，本发明实施例提供一种声表面波滤波器，包括基板10、第一盖板20和第二盖板60，所述基板10上设有叉指换能器11和金属电极12，所述金属电极12分别设于所述叉指换能器11相对的两侧，所述第一盖板20与所述叉指换能器11相对的位置形成第一凹槽15，所述叉指换能器11容纳于所述第一凹槽15和所述基板10形成的空间内，所述第二盖板60覆盖所述第一盖板20，以使所述第一凹槽15、所述基板10和所述第二盖板60围合形成封闭腔体，所述第二盖板60上设有第二凹槽21，所述第二凹槽21贯穿所述第二盖板60与所述金属电极12连接，所述第二凹槽21内填满金属柱台30，所述金属柱台30上层叠有金属凸点40。

本发明通过设置基板10及叉指换能器11和金属电极12，以及设置第一盖板20和第二盖板60，与基板10一起形成容纳叉指换能器11的密闭腔体，实现了声表面波滤波器的晶圆级封装技术应用，实现了封装结构的小型化，使得声表面波滤波器的封装尺寸可以制作的更小。

一种实施例中，请参考图3a，并结合图1e和图2d，所述金属电极12沿同一方向延伸，所述金属凸点40在所述第二盖板60上呈阵列排列。阵列排列的金属凸点40可以更好的与电子设备的器件连接，提高金属凸点40的导电性能。

利用本发明提供的声表面波滤波器的封装方法，制作了一种尺寸为0.8mm×0.6mm(长×宽)，由于声表面波滤波器的高度取决于第一盖板20和第二盖板60的高度，而基板10、第一凹槽15和第二盖板60所形成的密闭腔体仅需要提供给叉指换能器11上的声波传播一个安全的空间即可，因此，声表面波滤波器的高度可以不大于0.3mm，其尺寸比目前采用CSP封装技术所不能达到的水平。

对本发明提供的晶圆级的声表面波滤波器与传统的CSP封装技术封装的声表面波滤波器进行GSM 1900标准的仿真对比，其中本发明提供的晶圆级的声表面波滤波器的尺寸为0.8mm×0.6mm(长×宽)，而CSP封装技术封装的声表面波滤波器的尺寸为1.4mm×1.1mm(长×宽)，其结果如图5所示，图中实线为本发明提供的晶圆级的声表面波滤波器，虚线为CSP封装技术封装的声表面波滤波器，横坐标为频率(单位MHz)，纵坐标为插入损耗(单位为dB)，可以看到，本发明提供的晶圆级的声表面波滤波器最小插入损耗为1.1dB，通带最大损耗为1.4dB。这是由于本发明提供的晶圆级的声表面波滤波器中缺少陶瓷基板的额外损耗所致。结果表明，本发明提供的晶圆级的声表面波滤波器的插入损耗优于CSP封装技术封装的声表面波滤波器。两种封装技术在通带附近的衰减特性相似，但在远带端的衰减不同。本发明提供的晶圆级的声表面波滤波器在较高的频率范围内表现出较好的衰减特性，这是由于陶瓷基片中缺少寄生耦合所致。

此外，还测量了本发明提供的晶圆级的声表面波滤波器的频率温度系数，其结果与CSP封装技术封装的声表面波滤波器测试结果相近。

对本发明提供的晶圆级的声表面波滤波器进行可靠性验证：

以60℃和95％相对湿度为测试条件，评价了湿度对本发明提供的晶圆级的声表面波滤波器性能的影响。一千小时后，本发明提供的晶圆级的声表面波滤波器的电学特性没有发生变化，并且对湿度具有很强的抗干扰性。对本发明提供的晶圆级的声表面波滤波器进行了在线试验，它们安装在PCB基板上，然后在室温和常压条件下在其上印刷环氧树脂。观察到的电特性没有任何变化。因此，基于本发明提供的晶圆级的声表面波滤波器适用于高性能射频前端模块。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种声表面波滤波器，其特征在于，包括基板、第一盖板和第二盖板，所述基板上设有叉指换能器和金属电极，所述金属电极分别设于所述叉指换能器相对的两侧，所述第一盖板与所述叉指换能器相对的位置形成第一凹槽，所述叉指换能器容纳于所述第一凹槽和所述基板形成的空间内，所述第二盖板覆盖所述第一盖板，以使所述第一凹槽、所述基板和所述第二盖板围合形成封闭腔体，所述第二盖板上设有第二凹槽，所述第二凹槽贯穿所述第二盖板与所述金属电极连接，所述第二凹槽内填满金属柱台，所述金属柱台上层叠有金属凸点。

2.如权利要求1所述的声表面波滤波器，其特征在于，所述金属电极沿同一方向延伸，所述金属凸点在所述第二盖板上呈阵列排列。

3.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1或2所述的声表面波滤波器。

4.一种声表面波滤波器的封装方法，其特征在于，包括如下步骤：

在基板上制作叉指换能器和电连接所述叉指换能器的金属电极，所述金属电极分别设于所述叉指换能器相对的两侧；

制作第一盖板，所述第一盖板与所述叉指换能器相对的位置形成第一凹槽，所述叉指换能器容纳于所述第一凹槽和所述基板形成的空间内；

制作第二盖板，所述第二盖板覆盖所述第一盖板，以使所述第一凹槽、所述基板和所述第二盖板围合形成封闭腔体；

在所述第二盖板上制作第二凹槽，所述第二凹槽贯穿所述第二盖板与所述金属电极连接；

制作金属柱台，所述金属柱台填满所述第二凹槽；

制作金属凸点，所述金属凸点层叠在所述金属柱台上。

5.如权利要求4所述的声表面波滤波器的封装方法，其特征在于，在制作所述第一盖板时，形成所述第一凹槽的步骤包括：

在所述基板上制作牺牲层，所述牺牲层覆盖所述叉指换能器；

制作所述第一盖板，所述第一盖板覆盖所述牺牲层；

除去所述牺牲层，得到所述第一凹槽。

6.如权利要求5所述的声表面波滤波器的封装方法，其特征在于，所述牺牲层为有机化合物，除去所述牺牲层的方法为使用有机溶剂清洗。

7.如权利要求4所述的声表面波滤波器的封装方法，其特征在于，制作所述金属柱台的步骤包括：

在所述金属电极上进行至少一次镀锌工序，得到镀锌层；

在所述镀锌层进行镀镍工序，得到镍银层；

在所述镍银层上进行镀金工序，得到镀金层，所述镀金层朝向外部空间。

8.如权利要求4所述的声表面波滤波器的封装方法，其特征在于，制作所述金属凸点的步骤包括：

提供掩膜版，所述掩膜版上设有通孔；

将所述掩膜版覆盖在所述第二盖板上，所述通孔对准所述金属柱台的位置；

在所述通孔处印刷金属焊剂；

加热所述金属焊剂，得到所述金属凸点。

9.如权利要求4所述的声表面波滤波器的封装方法，其特征在于，制作完成所述金属凸点后，还进行切割工序，得到声表面波滤波器。

10.如权利要求4所述的声表面波滤波器的封装方法，其特征在于，设置所述基板为压电晶片，所述第一盖板和所述第二盖板的材质为树脂，所述金属电极的材质为铝，所述金属凸点的材质为金。