CN110649909A - 一种声表面波滤波器件晶圆级封装方法及其结构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于声表面波滤波器晶圆封装技术领域，具体涉及一种声表面波滤波器件晶圆级封装方法及其结构，所述结构包括功能晶圆和有机感光膜盖板，在功能晶圆的中央包括多个工作面朝向相同的功能芯片；有机感光膜盖板位于功能晶圆的正上方，在有机感光膜盖板的四周向下叠放有多层台阶，其中，距离有机感光膜盖板最近的为第一层台阶，第一层台阶为有机感光膜台阶、第二层台阶为焊盘电极，且所述焊盘电极固定在功能晶圆上；在盖板的部分上表面、外表面以及每一层台阶的外表面制备有连续导通的金属种子层；在盖板的部分上表面的金属种子层上还包括外部焊球。本发明通过有机感光膜的方式避免了键合和刻蚀过程造成的裂片，缩短了工艺流程，降低了加工成本。

Description

一种声表面波滤波器件晶圆级封装方法及其结构
技术领域
本专利涉及一种声表面波(SurfaceAcousticWave，简称SAW)滤波器件晶圆级封装(WaferLevelPackage，简称WLP)方法及其结构，属于声表面波滤波器晶圆封装技术领域。
背景技术
声表面波器件具有体积小、重量轻、一致性好、可靠性高、损耗低和频率选择性好等优势，是移动通讯和汽车电子的核心元器件。传统声表面波器件封装形式有两种，第一种采用的是无引脚陶瓷外壳和引线键合的SMD封装，其尺寸为3.0*3.0mm2，其厚度达到1.2mm，封装面积：芯片面积≥2；另一种为陶瓷基板和倒装技术相结合的CSP封装，其尺寸为尺寸缩小到1.1*0.9mm2，器件的厚度为0.5mm，封装面积：芯片面积≤1.5mm2。
随着市场对移动通讯电子产品日益轻、薄、短、小，集成化和低价化的要求，传统的SMD封装和CSP封装已无法满足市场的需求。有公司采用铌酸锂(LN)或钽酸锂(LT)与硅(Si)进行键合，但是硅(Si)的热膨胀系数(CTE)为2.4ppm/℃，铌酸锂(LN)和钽酸锂(LT)是各向异性的材料，依据晶圆的切型不同，热膨胀系数从7到16ppm/℃不等，由于热膨胀系数不同，在键合时加热加压会导致热失配造成Si和LN/LT键合晶圆翘曲甚至裂片，例如专利CN109286385A中的方法。
为了避免在键合时晶圆翘曲和裂片，该公司是将铌酸锂(LN)或钽酸锂(LT)晶圆切割成单颗芯片，通过聚合物框粘接在硅片上进行封装，再切割成单颗器件；但是该封装形式可靠性不高，效率低，不适合大规模的批量生产。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种声表面波滤波器件晶圆级封装方法及其结构，本发明采用压电材料作功能晶圆和有机膜作封盖材料。可避免因为不同材料的热膨胀系数不同造成的晶圆或芯片裂片。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种声表面波滤波器件晶圆级封装方法，所述方法包括以下步骤：
1)在同一片压电材料的功能晶圆上加工形成多个功能芯片，所有功能芯片的工作面朝向相同，所有功能芯片基于同一功能晶圆而连接成为整体；
2)在功能晶圆的芯片工作面采用专用贴膜机贴上厚度为15～20um的有机感光膜；
3)将贴膜后的功能晶圆依次进行曝光、显影和固化，从而在焊盘电极上方形成厚度为15～20um的有机感光膜台阶；
4)在固化后的功能晶圆上采用专用贴膜机再次贴有厚度为20～30um的有机感光膜，构成有机感光膜盖板；
5)将再次贴膜后的功能晶圆进行曝光、显影和固化，让功能晶圆的工作区完全包覆在有机感光膜中，使得有机感光膜台阶、有机感光膜盖板、焊盘电极以及功能晶圆共同形成一个谐振腔；
6)把二次固化后的功能晶圆进行磁控溅射镀膜，并在有机感光膜盖板外表面和部分上表面、有机感光膜台阶和焊盘电极的外表面以及功能晶圆的部分上表面形成厚度为100～1000nm的金属种子层；
7)对功能晶圆进行电镀使金属种子层加厚到2～3um，在有机感光膜盖板的表面以及焊盘电极的外表面制作出外电极，去除外电极以外的金属种子层；
8)在外电极的外表面向外制作有外部焊球。
进一步的，固化过程采用的温度为200～300℃，持续的时间为30～60min。
进一步的，本发明还提出了一种声表面波滤波器件晶圆级封装结构：
所述封装结构包括功能晶圆和有机感光膜盖板，在功能晶圆的中央包括多个工作面朝向相同的功能芯片；有机感光膜盖板位于功能晶圆的正上方，在有机感光膜盖板的四周向下叠放有多层台阶，其中，距离有机感光膜盖板最近的为第一层台阶，第一层台阶为有机感光膜、第二层台阶为焊盘电极，且所述焊盘电极固定在功能晶圆上；在盖板的部分上表面、外表面以及每一层台阶的外表面制备有连续导通的金属种子层；在盖板的部分上表面的金属种子层上还包括外部焊球。
进一步的，所述功能晶圆采用的压电材料为铌酸锂或钽酸锂。
优选的，在有机感光膜盖板上进行光刻和固化，在功能晶圆的芯片上通过贴膜的方式，使得有机感光膜盖板在功能晶圆上形成空腔，功能晶圆的芯片被包裹在空腔内得到保护，该空腔最后形成一个谐振腔；通过镀膜和电镀的方式把焊盘电极引到有机感光膜的表面形成外电极，包括有机感光膜盖板外表面和部分上表面、有机感光膜台阶的外表面；在外电极上制作外部焊球，依次通过焊盘电极、外电极和外部焊球实现电连接。
本发明的有益效果：
(1)本发明采用铌酸锂(LN)或钽酸锂(LT)与有机感光膜进行封装，避免了两个晶圆因为键合和打孔造成的晶圆或芯片裂片。
(2)该封装采用的是有机感光膜和压电材料直接进行贴膜封装，不需制作键合金属种子层、刻蚀盖帽晶圆导通孔和键合等工艺，大大缩短了工艺流程，同时降低加工成本。
(3)由于WLP封装的功能芯片无需切割成单颗芯片，采用有机感光膜作为盖帽材料，只需要贴膜、光刻和固化，即可将整片包括多片芯片的功能晶圆直接进行贴膜封装，也不会降低每片芯片的封装效果，大大提高加工效率，更适合大规模稳定量产。与芯片级封装(ChipScalePackage，简称CSP)相比，WLP封装采用的硅片较陶瓷基板成本低。
(4)WLP封装后的器件尺寸可以减少到0.8*0.6mm2，其厚度可达到0.25mm，大大降低了声表面波滤波器件的尺寸，更有利于器件的小型化和集成化。
附图说明
图1为本发明的封装方法流程图；
图2为本发明的封装结构示意图；
图中，1、功能芯片，2、外部电极，3、焊盘电极，4、功能芯片，5、有机感光膜台阶，6、有机感光膜盖板，7、外部焊球。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合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。
如图1所示，本发明的一种声表面波滤波器件晶圆级封装方法，所述方法包括以下步骤：
S1、在同一片压电材料的功能晶圆上加工形成多个功能芯片，所有功能芯片的工作面朝向相同，所有功能芯片基于同一功能晶圆而连接成为整体；
S2、在功能晶圆的芯片工作面采用专用贴膜机贴上一定厚度的有机感光膜；
在一个实施例中，该厚度为15～20um；优选该厚度为15um或18um或20um。
S3、将贴膜后的功能晶圆依次进行曝光、显影和固化，从而在焊盘电极上方形成一定厚度的有机感光膜台阶；
在一个实施例中，该有机感光膜台阶的厚度与贴膜厚度一致；
在另一个实施例中，该有机感光膜台阶的厚度略小于上述有机感光膜的厚度，其相差的厚度可以为0.1um～1um。
在一个实施例中，该固化过程采用的温度为200～300℃，持续的时间为30～60min；本实施例优选温度为230℃，持续的时间为40min。
S4、在固化后的功能晶圆上采用专用贴膜机再次贴有一定厚度的有机感光膜，构成有机感光膜盖板；
在一个实施例中，有机感光膜盖板的厚度厚于有机感光膜台阶的厚度。
可选的，有机感光膜盖板的厚度为20～30um，优选该厚度为20um或30um。
S5、将再次贴膜后的功能晶圆进行曝光、显影和固化，让功能晶圆的工作区完全包覆在有机感光膜中，并形成一个空腔；
在一个实施例中，该固化过程采用的温度为200～300℃，持续的时间为30～60min；本实施例优选温度为260℃，持续的时间为50min。
该空腔是一个谐振腔，该谐振腔由有机感光膜台阶、有机感光膜盖板、焊盘电极以及功能晶圆构成，该谐振腔能够使声波在其中进行传播。
S6、把二次固化后的功能晶圆进行磁控溅射镀膜，并在有机感光膜外表面镀膜有金属种子层；
在一个实施例中，该金属种子层能够导通焊盘电极、有机感光膜台阶、有机感光膜盖板。
优选的，通过在有机感光膜盖板外表面和部分上表面、有机感光膜台阶和焊盘电极的外表面以及功能晶圆的部分上表面进行电镀，加厚金属层，使连通性更好。
可选的，电镀后的金属种子层的厚度为100～1000nm，本实施例优选500nm。
S7、对功能晶圆进行电镀使金属种子层加厚到2～3um，在有机感光膜盖板的表面以及焊盘电极的外表面制作出外电极，去除外电极以外多余的金属种子层；即去除其他部位不需要的金属层得到所需要的外电极。
作为一种可实现方式，本实施例还可采用步骤S8，使得经过步骤S8封装后的声表面波滤波器件即可直接通过外部焊球与PCB板电连接。
S8、在外电极的外表面向外制作有外部焊球。
如图2所示，本发明的一种声表面波滤波器件晶圆级封装结构：
所述封装结构包括功能晶圆1和有机感光膜盖板2，在功能晶圆1的中央包括多个工作面朝向相同的功能芯片4；有机感光膜盖板2位于功能晶圆1的正上方，在有机感光膜盖板2的四周向下叠放有多层台阶，其中，距离有机感光膜盖板最近的为第一层台阶，第一层台阶为有机感光膜台阶5、第二层台阶为焊盘电极3，且所述焊盘电极3固定在功能晶圆1上；在盖板的部分上表面、外表面以及每一层台阶的外表面制备有连续导通的金属种子层2；在盖板的部分上表面的金属种子层2上还包括外部焊球7。
在一个实施例中，所述功能晶圆采用的压电材料为铌酸锂或钽酸锂。
在一个实施例中，第一层台阶与第二层台阶之间的横向宽度为20um～30um，本实施例优选25um。
另外，本发明中各个台阶的形成，是为了金属层覆盖完整，使焊盘电极和外部焊球的电连通性能更好。本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：ROM、RAM、磁盘或光盘等。
以上所举实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所举实施例仅为本发明的优选实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种声表面波滤波器件晶圆级封装方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
1)在同一片压电材料的功能晶圆上加工形成多个功能芯片，所有功能芯片的工作面朝向相同，所有功能芯片基于同一功能晶圆而连接成为整体；
2)在功能晶圆的芯片工作面采用专用贴膜机贴上厚度为15～20um的有机感光膜；
3)将贴膜后的功能晶圆依次进行曝光、显影和固化，从而在焊盘电极上方形成厚度为15～20um的有机感光膜台阶；
4)在固化后的功能晶圆上采用专用贴膜机再次贴有厚度为20～30um的有机感光膜，构成有机感光膜盖板；
5)将再次贴膜后的功能晶圆进行曝光、显影和固化，让功能晶圆的工作区完全包覆在有机感光膜中，使得有机感光膜台阶、有机感光膜盖板、焊盘电极以及功能晶圆共同形成一个谐振腔；
6)把二次固化后的功能晶圆进行磁控溅射镀膜，并在有机感光膜盖板外表面和部分上表面、有机感光膜台阶和焊盘电极的外表面以及功能晶圆的部分上表面形成厚度为100～1000nm的金属种子层；
7)对功能晶圆进行电镀使金属种子层加厚到2～3um，在有机感光膜盖板的表面以及焊盘电极的外表面制作出外电极，去除外电极以外的金属种子层；
8)在外电极的外表面向外制作有外部焊球。
2.根据权利要求1所述的一种声表面波滤波器件晶圆级封装方法，其特征在于，固化过程采用的温度为200～300℃，持续的时间为30～60min。
3.一种声表面波滤波器件晶圆级封装结构，其特征在于，所述封装结构包括功能晶圆和有机感光膜盖板，在功能晶圆的中央包括多个工作面朝向相同的功能芯片；有机感光膜盖板位于功能晶圆的正上方，在有机感光膜盖板的四周向下叠放有多层台阶，其中，距离有机感光膜盖板最近的为第一层台阶，第一层台阶为有机感光膜台阶、第二层台阶为焊盘电极，且所述焊盘电极固定在功能晶圆上；在盖板的部分上表面、外表面以及每一层台阶的外表面制备有连续导通的金属种子层；在盖板的部分上表面的金属种子层上还包括外部焊球。
4.根据权利要求3所述的一种声表面波滤波器件晶圆级封装结构，其特征在于，所述功能晶圆采用的压电材料为铌酸锂或钽酸锂。
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