CN109103328B - 一种声表面波芯片及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种声表面波芯片，包括：轴向依次设置的衬底、叉指电极、保护层和吸声胶。一种声表面波芯片制作方法，其具体步骤为：第一步，掩膜版图形排版；第二步，制作叉指电极；第三步，制作保护层；第四步，基片开槽；第五步，涂覆吸声胶；第六步，吸声胶和基片切割；第七步，分片；从而完成声表面波芯片的制作。本发明工艺方法简单，可在整个基片上进行集成化的加工，通过掩膜版叉指电极图形排布控制芯片形状为平行四边形，不同的倾斜角度和不同的开槽形状使传播到芯片端面的SAW发生反射偏离原来的方向。采用先开槽再涂覆吸声胶之后切割的方法，实现了在芯片的侧边端面形成吸声胶覆盖，可吸收传播到端面的声表面波。

Description

一种声表面波芯片及其制作方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种声表面波芯片及其制作方法。
背景技术
声表面波(Surface Acoustic Wave，SAW)是一种传播时能量主要集中在表面几十个微米以内的特殊声波，在压电基片表面制作输入叉指换能器可激发一定频率的SAW，再通过接收叉指换能器可转换为电学信号输出，利用声表面波进行信号处理制备的SAW器件具有工艺简单、体积小、一致性好的优点，广泛应用于通信系统的射频接收模块中。SAW器件采用集成化的平面半导体工艺加工，首先在掩膜版上制作出方阵排布的叉指图形，再通过光刻、镀膜等工艺进行大批量加工将图形复制到压电基片上的金属层，之后经过封装工序形成独立元件。在SAW器件工作时，声电信号转换过程中会有部分SAW传播到芯片的侧面边缘，由于端面的声阻抗不连续，SAW会发生反射形成虚假信号，当反射的SAW回传到接收换能器时会对主信号造成干扰，从而影响器件的性能，尤其对于频率小于500M的常规SAW器件，产品的通带波动、阻带抑制等性能变差。因此，芯片端面的声表面波需要加以抑制，目前常用的方法有两种：一是工艺方面，在整个基片上采用丝网印刷的方法在芯片两边涂覆吸声胶，目的是吸收虚假信号；二是设计方面，采用倾斜反射栅的方法，使声表面波的反射与入射方向形成一定的角度，SAW因传播长度的不同产生相互抵消的相位差，目的是使虚假信号发生衰减。
然而，上述方法存在如下问题：丝网印刷是在基片的表面涂覆吸声胶，切割后无法在芯片的侧边形成覆盖，端面吸声效果不理想、倾斜反射栅的设计需要对SAW的分布进行推导和建模，设计难度大，反射栅抑制虚假信号的同时也会对主信号产生影响，使SAW器件的损耗增大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种声表面波芯片及其制作方法，解决过去的SAW抑制方法中涂覆吸声胶无法在芯片侧边端面形成覆盖，吸声效果不理想、倾斜反射栅设计难度大，容易使器件损耗增大的问题。
一种声表面波芯片，包括：轴向依次设置的衬底、叉指电极、保护层和吸声胶，其中，
所述衬底材料为钽酸锂、铌酸锂、石英类压电晶体，衬底的至少一面为抛光面，衬底的厚度大于0.2mm小于1.2mm，形状为平行四边形。
所述叉指电极为Al、Cu类金属膜或Ti/Al、Al/Cu类复合金属膜，叉指电极是通过溅射或电子束蒸发镀膜方法与光刻技术相结合并采用剥离或刻蚀工艺在所述衬底材料的抛光面上制作出的指条形状的金属膜图形。
所述保护层为SiO2、Si3N4类非金属膜，保护层是通过溅射或化学气相沉积镀膜方法与光刻技术相结合并采用剥离或刻蚀工艺在所述衬底材料的抛光面上制作出的覆盖叉指电极非键合区的钝化层。
所述叉指电极的指条垂直于所述衬底的两个边，所述衬底的另外两个斜边与叉指电极存在夹角且边缘端面设有凹槽。
所述吸声胶覆盖所述衬底的凹槽和部分叉指电极的非换能器图形。
所述凹槽内设有切割道沟槽，所述切割道沟槽横截面宽度小于所述凹槽的横截面宽度，所述切割道沟槽轴向延伸至所述衬底。
优选的，所述衬底的斜边与所述叉指电极的夹角大于5°。
优选的，所述凹槽采用砂轮划片工艺切割而成，凹槽的横截面形状为“V”型或“U”型，凹槽在横截面上的宽度大于100μm小于400μm，凹槽的轴向深度大于20μm小于250μm。
一种声表面波芯片制作方法，其具体步骤为：
第一步 掩膜版图形排版
与方阵排布方式不同，根据掩膜版叉指电极排布图进行图形排布，设SAW的传播方向为X轴，垂直于SAW的传播方向为Y轴。
在X轴方向将叉指电极图形按照间距A进行横向直线排步，在纵向上按照间距B进行倾斜直线排布，倾斜直线与Y轴之间的夹角θ大于5°。
B的宽度大于基片横向开槽或切割时形成的包含崩边的划道宽度。
A*cosθ的宽度大于基片纵向开槽或切割时形成的包含崩边的划道宽度。
第二步 制作叉指电极
通过光刻、镀膜、剥离或刻蚀工艺加工压电基片，将掩膜版上的叉指电极图形转移到基片抛光面上的金属层。
第三步 制作保护层
通过光刻、溅射或化学气相沉积、剥离或刻蚀工艺加工压电基片，在叉指电极图形上的非键合区制作非金属保护层。
第四步 基片开槽
采用砂轮划片机在基片表面间距A的中心沿着纵向的倾斜直线开槽，开槽深度大于20μm，且开槽深度保证基片不发生分离或碎裂，开槽造成的崩边不损伤叉指电极。选择不同刀刃形状的砂轮划片刀控制开槽的形状，“V”型刀片开“V”型凹槽、“U”型刀片开“U”型凹槽。
第五步 涂覆吸声胶
选择用砂轮划片工艺切割的吸声胶，采用丝网印刷或喷胶工艺在芯片间距A和开槽后的凹槽内涂覆吸声胶，控制吸声胶的宽度大于开槽的宽度覆盖崩边和部分叉指电极的非换能器图形，之后将涂覆完吸声胶的基片进行烘烤固化。
第六步 吸声胶和基片切割
将基片贴在蓝膜、UV膜等有粘性的承载膜上，选择厚度小于开槽宽度、刀刃长度大于基片厚度的砂轮划片刀，采用砂轮划片机分别沿着芯片间距A和B的中心进行切割，切割深度大于基片厚度。
第七步 分片
采用烘烤或紫外光照射工艺降低承载膜的粘性，采用剥膜或拾取工艺将基片分成多个独立的芯片。
至此，完成了声表面波芯片的制作。
本发明工艺方法简单，可在整个基片上进行集成化的加工，通过掩膜版叉指电极图形排布控制芯片形状为平行四边形，不同的倾斜角度和不同的开槽形状使传播到芯片端面的SAW发生反射偏离原来的方向。采用先开槽再涂覆吸声胶之后切割的方法，实现了在芯片的侧边端面形成吸声胶覆盖，可吸收传播到端面的声表面波。采用本发明制作的SBP28声表面波滤波器通带波动减小0.4dB，阻带抑制增加5dB。
附图说明
图1一种声表面波芯片及其制作方法的芯片结构示意图；
图2一种声表面波芯片及其制作方法的芯片俯视图；
图3一种声表面波芯片及其制作方法的掩膜版叉指电极排布图；
图4一种声表面波芯片及其制作方法的工艺流程图。
1.衬底 2.叉指电极 3.保护层 4.吸声胶 5.换能器 6.键合区 7.凹槽 8.切割道沟槽
具体实施方式
实施例1
一种声表面波芯片，包括：轴向依次设置的衬底1、叉指电极2、保护层3、吸声胶4，其中，
所述衬底1材料为钽酸锂压电晶体，衬底1的至少一面为抛光面，衬底1的厚度为0.8mm，形状为平行四边形。
所述叉指电极2为Ti/Al复合金属膜，叉指电极2是通过电子束蒸发镀膜方法与光刻技术相结合并采用剥离工艺在所述衬底1材料的抛光面上制作出的指条形状的金属膜图形。
所述保护层3为SiO2非金属膜，保护层3是通过溅射镀膜方法与光刻技术相结合并采用剥离工艺在所述衬底1材料的抛光面上制作出的覆盖叉指电极2非键合区6的钝化层。
所述叉指电极2的指条垂直于所述衬底1的两个边，所述衬底1的另外两个斜边与叉指电极2存在夹角且边缘端面设有凹槽7。
所述吸声胶4覆盖所述衬底1的凹槽7和部分叉指电极2的非换能器5图形。
所述凹槽7内设有切割道沟槽8，所述切割道沟槽8横截面宽度为50μm，所述切割道沟槽8轴向延伸至所述衬底1。
优选的，所述衬底1的斜边与所述叉指电极2的夹角为10°。
优选的，所述凹槽7采用砂轮划片工艺切割而成，凹槽7的横截面形状为“U”型，凹槽7在横截面上的宽度为250μm，凹槽7的轴向深度为200μm。
一种声表面波芯片制作方法，其具体步骤为：
第一步 掩膜版图形排版
与方阵排布方式不同，根据掩膜版叉指电极2排布图进行图形排布，设SAW的传播方向为X轴，垂直于SAW的传播方向为Y轴。
在X轴方向将叉指电极2图形按照间距A＝400μm进行横向直线排步，在纵向上按照间距B＝200μm进行倾斜直线排布，倾斜直线与Y轴之间的夹角θ＝10°。
A*cosθ＝394μm。
第二步 制作叉指电极2
通过光刻、镀膜、剥离工艺加工压电基片，将掩膜版上的叉指电极2图形转移到基片抛光面上的金属层。
第三步 制作保护层3
通过光刻、溅射、剥离工艺加工压电基片，在叉指电极2图形上的非键合区6制作非金属保护层3。
第四步 基片开槽
采用砂轮划片机在基片表面间距A的中心沿着纵向的倾斜直线开槽，开槽深度为200μm，且开槽深度保证基片不发生分离或碎裂，开槽造成的崩边不损伤叉指电极2。选择不同刀刃形状的砂轮划片刀控制开槽的形状，“U”型刀片开“U”型凹槽7。
第五步 涂覆吸声胶4
选择可以用砂轮划片工艺切割的吸声胶4，采用丝网印刷工艺在芯片间距A和开槽后的凹槽7内涂覆吸声胶4，控制吸声胶4的宽度大于开槽的宽度覆盖崩边和部分叉指电极2的非换能器5图形，之后将涂覆完吸声胶4的基片进行烘烤固化。
第六步 吸声胶4和基片切割
将基片贴在蓝膜、UV膜等有粘性的承载膜上，选择厚度为50μm的砂轮划片刀，采用砂轮划片机分别沿着芯片间距A和B的中心进行切割，切割深度为0.81mm。
第七步 分片
采用烘烤或紫外光照射等工艺降低承载膜的粘性，采用剥膜或拾取工艺将基片分成多个独立的芯片。
至此，完成了声表面波芯片的制作。
实施例2
一种声表面波芯片，包括：轴向依次设置的衬底1、叉指电极2、保护层3、吸声胶4，其中，
所述衬底1材料为铌酸锂压电晶体，衬底1的至少一面为抛光面，衬底1的厚度为1.0mm，形状为平行四边形。
所述叉指电极2为Al金属膜，叉指电极2是通过电子束蒸发镀膜方法与光刻技术相结合并采用刻蚀工艺在所述衬底1材料的抛光面上制作出的指条形状的金属膜图形。
所述保护层3为Si3N4非金属膜，保护层3是通过化学气相沉积镀膜方法与光刻技术相结合并采用剥离工艺在所述衬底1材料的抛光面上制作出的覆盖叉指电极2非键合区6的钝化层。
所述叉指电极2的指条垂直于所述衬底1的两个边，所述衬底1的另外两个斜边与叉指电极2存在夹角且边缘端面设有凹槽7。
所述吸声胶4覆盖所述衬底1的凹槽7和部分叉指电极2的非换能器5图形。
所述凹槽7内设有切割道沟槽8，所述切割道沟槽8横截面宽度100μm，所述切割道沟槽8轴向延伸至所述衬底1。
优选的，所述衬底1的斜边与所述叉指电极2的夹角为12°。
优选的，所述凹槽7采用砂轮划片工艺切割而成，凹槽7的横截面形状为“V”型，凹槽7在横截面上的宽度为300μm，凹槽7的轴向深度为150μm。
一种声表面波芯片制作方法，其具体步骤为：
第一步 掩膜版图形排版
与方阵排布方式不同，根据掩膜版叉指电极2排布图进行图形排布，设SAW的传播方向为X轴，垂直于SAW的传播方向为Y轴。
在X轴方向将叉指电极2图形按照间距A＝450μm进行横向直线排步，在纵向上按照间距B＝300μm进行倾斜直线排布，倾斜直线与Y轴之间的夹角θ＝12°。
A*cosθ＝440μm。
第二步 制作叉指电极2
通过光刻、镀膜、刻蚀工艺加工压电基片，将掩膜版上的叉指电极2图形转移到基片抛光面上的金属层。
第三步 制作保护层3
通过光刻、化学气相沉积、剥离工艺加工压电基片，在叉指电极2图形上的非键合区6制作非金属保护层3。
第四步 基片开槽
采用砂轮划片机在基片表面间距A的中心沿着纵向的倾斜直线开槽，开槽深度150μm，且开槽深度保证基片不发生分离或碎裂，开槽造成的崩边不损伤叉指电极2。选择不同刀刃形状的砂轮划片刀控制开槽的形状，“V”型刀片开“V”型凹槽7。
第五步 涂覆吸声胶4
选择可以用砂轮划片工艺切割的吸声胶4，采用喷胶工艺在芯片间距A和开槽后的凹槽7内涂覆吸声胶4，控制吸声胶4的宽度大于开槽的宽度覆盖崩边和部分叉指电极2的非换能器5图形，之后将涂覆完吸声胶4的基片进行烘烤固化。
第六步 吸声胶4和基片切割
将基片贴在蓝膜、UV膜等有粘性的承载膜上，选择厚度为100μm、刀刃长度3.3mm，采用砂轮划片机分别沿着芯片间距A和B的中心进行切割，切割深度1.01mm。
第七步 分片
采用烘烤或紫外光照射等工艺降低承载膜的粘性，采用剥膜或拾取工艺将基片分成多个独立的芯片。
至此，完成了声表面波芯片的制作。

Claims (4)

1.一种声表面波芯片，其特征在于包括：轴向依次设置的衬底(1)、叉指电极(2)、保护层(3)和吸声胶(4)，其中，所述衬底(1)材料为钽酸锂、铌酸锂和石英中的任意一种，衬底(1)的至少一面为抛光面，衬底(1)的厚度大于0.2mm小于1.2mm，形状为平行四边形；所述叉指电极(2)为Al或Cu或者Ti/Al或Al/Cu，叉指电极(2)是通过溅射或电子束蒸发镀膜方法与光刻技术相结合并采用剥离或刻蚀工艺在所述衬底(1)材料的抛光面上制作出的指条形状的金属膜图形；所述保护层(3)为SiO2或Si3N4，保护层(3)是通过溅射或化学气相沉积镀膜方法与光刻技术相结合并采用剥离或刻蚀工艺在所述衬底(1)材料的抛光面上制作出的覆盖叉指电极(2)非键合区(6)的钝化层；所述叉指电极(2)的指条垂直于所述衬底(1)的两个边，所述衬底(1)的另外两个斜边与叉指电极(2)存在夹角且边缘端面设有凹槽(7)；所述吸声胶(4)覆盖所述衬底(1)的凹槽(7)和部分叉指电极(2)的非换能器(5)图形；所述凹槽(7)内设有切割道沟槽(8)，所述切割道沟槽(8)横截面宽度小于所述凹槽(7)的横截面宽度，所述切割道沟槽(8)轴向延伸至所述衬底(1)。
2.根据权利要求1所述的声表面波芯片，其特征在于：所述衬底(1)的斜边与所述叉指电极(2)的夹角大于5゜。
3.根据权利要求1所述的声表面波芯片，其特征在于：所述凹槽(7)采用砂轮划片工艺切割而成，凹槽(7)的横截面形状为“V”型或“U”型，凹槽(7)在横截面上的宽度大于100μm小于400μm，凹槽(7)的轴向深度大于20μm小于250μm。
4.一种声表面波芯片制作方法，其特征在于具体步骤为：
第一步 掩膜版图形排版与方阵排布方式不同，根据掩膜版叉指电极(2)排布图进行图形排布，设SAW的传播方向为X轴，垂直于SAW的传播方向为Y轴；在X轴方向将叉指电极(2)图形按照间距A进行横向直线排布，在纵向上按照间距B进行倾斜直线排布，倾斜直线与Y轴之间的夹角θ大于5゜；B的宽度大于基片横向开槽或切割时形成的包含崩边的划道宽度；A*cosθ的宽度大于基片纵向开槽或切割时形成的包含崩边的划道宽度；
第二步 制作叉指电极(2)
通过光刻、镀膜、剥离或刻蚀工艺加工压电基片，将掩膜版上的叉指电极(2)图形转移到基片抛光面上的金属层；
第三步 制作保护层(3)
通过光刻、溅射或化学气相沉积、剥离或刻蚀工艺加工压电基片，在叉指电极(2)图形上的非键合区(6)制作非金属保护层(3)；
第四步 基片开槽
采用砂轮划片机在基片表面间距A的中心沿着纵向的倾斜直线开槽，开槽深度大于20μm，且开槽深度保证基片不发生分离或碎裂，开槽造成的崩边不损伤叉指电极(2)；选择不同刀刃形状的砂轮划片刀控制开槽的形状，“V”型刀片开“V”型凹槽(7)、“U”型刀片开“U”型凹槽(7)；
第五步 涂覆吸声胶(4)
选择用砂轮划片工艺切割的吸声胶(4)，采用丝网印刷或喷胶工艺在芯片间距A和开槽后的凹槽(7)内涂覆吸声胶(4)，控制吸声胶(4)的宽度大于开槽的宽度覆盖崩边和部分叉指电极(2)的非换能器(5)图形，之后将涂覆完吸声胶(4)的基片进行烘烤固化；
第六步 吸声胶(4)和基片切割
将基片贴在蓝膜或UV膜上，选择厚度小于开槽宽度、刀刃长度大于基片厚度的砂轮划片刀，采用砂轮划片机分别沿着芯片间距A和B的中心进行切割，切割深度大于基片厚度；
第七步 分片、
采用烘烤或紫外光照射工艺降低承载膜的粘性，采用剥膜或拾取工艺将基片分成多个独立的芯片；
至此，完成了声表面波芯片的制作。
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