CN111010102B - 考虑形状的薄膜封装的mems器件组件及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种MEMS器件组件，包括：MEMS器件，具有功能部件；封装薄膜，用于形成封装所述MEMS器件的功能部件的封装空间，所述封装空间具有封装边缘，所述封装边缘包括多个顶部以及连接在顶部之间的多个边部，其中：所述顶部为弧形。本发明还涉及一种包括多个上述MEMS器件组件的电子设备，其中：至少两个MEMS器件组件彼此相邻且分隔开布置；且相邻布置的两个MEMS器件组件的封装薄膜的彼此相对的边部大体平行布置。
Description
技术领域
本发明的实施例涉及半导体领域，尤其涉及一种MEMS器件组件，以及一种具有该组件的电子设备。
背景技术
基于半导体微加工的MEMS器件具有体积小、功耗低、集成性强、耐用性好、价格低廉、性能稳定等优点。作为体声波(BAW)谐振器的一种，薄膜体声波谐振器(Film BulkAcoustic Resonator，简称FBAR)作为MEMS器件的重要成员正在通信领域发挥着重要作用，特别是FBAR滤波器在射频滤波器领域市场占有份额越来越大，FBAR滤波器由于具有尺寸小(um级)、谐振频率高(GHz)、品质因数高(1000)、功率容量大、滚降效应好等优良特性，在2-10GHz频段已逐步取代传统的声表面波(SAW)滤波器。
对于BAW谐振器，目前商业化的主要有两种结构：空腔型结构(Film BulkAcoustic Wave,FBAR)和固体装配型结构(Solidly Mounted Resonator,SMR)。这两种体声波谐振器的原理相同，主要区别就是谐振能量的限制方式。FBAR谐振器通过下部空腔将压电薄膜的主体部分悬于硅基底上，谐振时能量就被限制在这部分中。SMR谐振器是在电极下面形成对声波起反射作用的“镜面”，这些“镜面”被称为布拉格反射层，由一些声阻抗相差很大的膜层交替构成，如W和SiO2(约4：1的阻抗比)，AlN和SiO2(约3：1的阻抗比)，可以将声波反射回核心的谐振部分，起到了限制能量耗散的作用。
通常，BAW谐振器要求特定的应用环境，例如，特定范围的湿度或压力或在惰性气体中。此外，有的体声波谐振器对特定污染源敏感。因此，需要对BAW谐振器封装。
薄膜封装是对MEMS器件进行封装的一种方式，其有助于获得缩小封装尺寸、简化封装工艺步骤、节省封装成本、提高密封强度等中的至少一个方面的优点。
薄膜封装也可以用于体声波谐振器，下面以薄膜体声波谐振器的封装进行简单说明。
图1为现有技术中的FBAR谐振器的俯视图，其中17为谐振器底部的空气腔，18为底部空气腔的释放孔，10为谐振器的底电极，11为谐振器的压电层，12为谐振器的顶电极，13为封装薄膜,16为封装薄膜上的释放孔。
从图1中可以看出，封装薄膜的封装边缘的顶角19较为尖锐，应力会发生聚集，如果应力过大，很容易造成边界处应力集中的地方开裂，导致器件密封失效。另外，应力太大会造成多层膜的粘附性变差，机械性能降低。此外，应力过大会造成晶格不匹配，导致成膜质量变差。
图2为现有技术中的FBAR滤波器的俯视图，其中示出了封装薄膜。其中40、41、42为串联谐振器，43、44为并联谐振器，45为封装薄膜上的释放孔，48和49分别为滤波器的信号输入端和输出端。从图2中可以看出，由于封装薄膜的尺寸不规则，谐振器布置并不紧凑，不利于器件的小型化。
发明内容
为缓解或解决现有技术中的上述问题中的至少一个方面，提出本发明。
根据本发明的实施例的一个方面，提出了一种MEMS器件组件，包括：
MEMS器件，具有功能部件；
封装薄膜，用于形成封装所述MEMS器件的功能部件的封装空间，所述封装空间具有封装边缘，所述封装边缘包括多个顶部以及连接在顶部之间的多个边部，
其中：
所述顶部为弧形。
可选的，至少一个边部为与所述顶部相接的弧形。
进一步的，所有边部为与所述顶部相接的弧形。
可选的，所述封装边缘为大体四边形，或者为大体三角形，或者为大体五边形。所述封装边缘可为大体方形或者为大体梯形。
可选的，所述功能部件包括构成三明治结构的顶电极、压电层和底电极。进一步的，所述MEMS器件为体声波谐振器。可选的，所述谐振器为薄膜体声波谐振器。
根据本发明的实施例的另一方面，提出了一种电子设备，包括多个上述的MEMS器件组件。
可选的，相邻布置的两个MEMS器件组件的封装薄膜的彼此相对的边部大体平行布置。进一步的，至少两个MEMS器件组件彼此相邻且分隔开布置；且相邻布置的两个MEMS器件组件的封装薄膜的彼此相对的边部之间的最大距离与最小距离的差值在0-10微米的围内。
可选的，所述封装边缘为大体四边形；且至少两个MEMS器件组件的封装薄膜的彼此相对的边部分别为凹入的弧形和凸出的弧形。
进一步的，横向相邻并排布置的至少两个MEMS器件组件的封装薄膜的彼此相对的边部分别为凹入的弧形和凸出的弧形。
更进一步的，纵向并排布置的至少两个MEMS器件组件的封装薄膜的彼此相对的边部分别为直边或者弧形边。所述封装边缘可为大体梯形。进一步的，横向相邻并排布置的至少两个MEMS器件组件的封装薄膜的封装边缘分别为正置的梯形与倒置的梯形。
可选的，所述封装边缘为大体三角形；且横向相邻并排布置的至少两个MEMS器件组件的封装薄膜的封装边缘分别为正置的三角形与倒置的三角形。更进一步的，所述MEMS器件组件包括至少两个横排布置的MEMS器件组件；处于一个横排的一个MEMS器件组件与处于纵向方向上相邻的另一个横排的另一个MEMS器件组件之间的纵向距离不大于零。
可选的，所述电子设备包括滤波器。
附图说明
以下描述与附图可以更好地帮助理解本发明所公布的各种实施例中的这些和其他特点、优点，图中相同的附图标记始终表示相同的部件，其中：
图1为示出现有技术的薄膜体声波谐振器的封装的俯视示意图；
图2为示出现有技术的滤波器的封装的俯视示意图；
图3为根据本发明的一个示例性实施例的已经进行了薄膜封装的薄膜体声波谐振器的示意性俯视图；
图4为根据本发明的另一个示例性实施例的已经进行了薄膜封装的薄膜体声波谐振器的示意性俯视图；
图5为根据本发明的再一个示例性实施例的已经进行了薄膜封装的薄膜体声波谐振器的示意性俯视图；
图6为根据本发明的一个示例性实施例的已经进行了薄膜封装的滤波器的示意性俯视图；
图7为根据本发明的另一个示例性实施例的已经进行了薄膜封装的滤波器的示意性俯视图；
图8为根据本发明的再一个示例性实施例的已经进行了薄膜封装的滤波器的示意性俯视图；
图9为根据本发明的还一个示例性实施例的已经进行了薄膜封装的滤波器的示意性俯视图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
下面参照附图3-5，以薄膜体声波谐振器的封装为例，示例性描述根据本发明的实施例的MEMS器件的薄膜封装。在本发明中以薄膜体声波谐振器为例说明其封装方式，但是对于其他的MEMS器件如表面声波谐振器(SAW)等来说都适用。
图3为根据本发明的一个示例性实施例的已经进行了薄膜封装的薄膜体声波谐振器的示意性俯视图。图3所示的实施例中，10为底电极，11为压电层，12为顶电极；13为封装薄膜，14为顶电极的连接结构，15为底电极的连接结构，16为封装薄膜的释放孔；封装薄膜13的形状为边和顶角都为弧形的五边形形状，需要说明的是，边也可以为非弧形，例如为直边。弧形的封装薄膜在沉积过程中能够有效避免应力的集中，使封装薄膜中的应力更为均匀，从而可以使得谐振器的封装结构更为稳固、可靠；同时在封装薄膜的顶角处，由于其为弧形结构，所以封装薄膜下的牺牲层在释放的过程中，能够保证其更快、更好的释放干净。
图4为根据本发明的另一个示例性实施例的已经进行了薄膜封装的薄膜体声波谐振器的示意性俯视图。图4所示的谐振器结构与图3所示的实施例结构类似，它们都包括谐振器的膜层结构和封装结构。不同之处在于封装薄膜13的形状不同。在本实施例中封装薄膜的形状为边和顶角都为弧形的四边形结构，需要说明的是，边也可以为非弧形，例如为直边。这样的形状能够在沉积过程中有效避免应力的集中，使封装薄膜中的应力更为均匀，从而可以使得谐振器的封装结构更为稳固、可靠；同时在封装薄膜的顶角处，由于其为弧形结构，所以封装薄膜下的牺牲层在释放的过程中，能够保证其更快、更好的释放干净。
图5为根据本发明的再一个示例性实施例的已经进行了薄膜封装的薄膜体声波谐振器的示意性俯视图。在图5所示的谐振器结构与图3所示的实施例结构类似，它们都包括谐振器的膜层结构和封装结构。不同之处在于封装薄膜13的形状不同。在本实施例中封装薄膜的形状为边和顶角都为弧形的三角形结构，需要说明的是，边也可以为非弧形，例如为直边。这样的形状能够在沉积过程中有效避免应力的集中，使封装薄膜中的应力更为均匀，从而可以使得谐振器的封装结构更为稳固、可靠；同时在封装薄膜的顶角处，由于其为弧形结构，所以封装薄膜下的牺牲层在释放的过程中，能够保证其更快、更好的释放干净。
基于以上，本发明的实施例提出了一种MEMS器件组件，包括：MEMS器件，具有功能部件；封装薄膜，用于形成封装所述MEMS器件的功能部件的封装空间，所述封装空间具有封装边缘，所述封装边缘包括多个顶部以及连接在顶部之间的多个边部，其中：所述顶部为弧形。
图6为根据本发明的一个示例性实施例的已经进行了薄膜封装的滤波器的示意性俯视图；图7为根据本发明的另一个示例性实施例的已经进行了薄膜封装的滤波器的示意性俯视图；图8为根据本发明的再一个示例性实施例的已经进行了薄膜封装的滤波器的示意性俯视图；图9为根据本发明的还一个示例性实施例的已经进行了薄膜封装的滤波器的示意性俯视图。
图6所示为由谐振器组成的梯形滤波器的示意图，其中，40、41、42为串联谐振器，43和44为并联谐振器，45为封装薄膜的释放孔，46为并联谐振器43封装薄膜的一个边界，47为并联谐振器44封装薄膜的另一边界，50为串联谐振器40封装薄膜的一个边界，51为串联谐振器41封装薄膜的另一边界。在本实施例中，封装薄膜的形状为边和顶角都为弧形的四边形状，特别的在本实施例中，弧形边界46和47是大体平行的(或者弧形边界46和47之间的最大距离与最小距离的差值在0-5微米范围内)，弧形50和51是平行的。这样使得并联谐振器之间和串联谐振器之间彼此都是平行的。由于谐振器的封装薄膜的相对边之间是平行排布的，因此可以减小谐振器之间封装的尺寸面积，进而能够减小滤波器的封装面积，便于滤波器与其余电子器件的集成应用。
图7所示为由谐振器组成的梯形滤波器的示意图，其中，40、41、42为串联谐振器，43和44为并联谐振器，45为封装薄膜的释放孔，46为并联谐振器43封装薄膜的一个边界，47为并联谐振器44封装薄膜的另一边界。在本实施例中，封装薄膜的形状为边和顶角都为弧形的三角形形状，特别的在本实施例中，圆弧边界46和47是平行的，这样使得并联谐振器之间和串联谐振器之间彼此都是平行的。由于谐振器的封装薄膜的相对边之间是平行排布的，因此可以减小谐振器之间封装的尺寸面积，进而能够减小滤波器的封装面积，便于滤波器与其余电子器件的集成应用。
进一步参见图7，在图7中，谐振器布置为两个横排。可以看到，在上横排的两个封装薄膜的封装边缘分别为正置的三角形与倒置的三角形，即一个正放的三角形，另一个为倒置的三角形。进一步的，可以从图7中看到，第一横排右侧的谐振器与第二横排右侧的谐振器两者的纵向距离不大于零。
图8所示为由谐振器组成的梯形滤波器的示意图，其中，40、41、42为串联谐振器，43和44为并联谐振器，45为封装薄膜的释放孔，46为并联谐振器43封装薄膜的一个边界，47为并联谐振器44封装薄膜的另一边界。在本实施例中，封装薄膜的形状为边和顶角都为弧形的梯形形状，特别的在本实施例中，弧形边界46和47是平行的，这样使得并联谐振器之间和串联谐振器之间彼此都是平行的。由于谐振器的封装薄膜的相对边之间是平行排布的，因此可以减小谐振器之间封装的尺寸面积，进而能够减小滤波器的封装面积，便于滤波器与其余电子器件的集成应用。
图6与图8均示出了四边形的封装薄膜。需要指出的是，在可选的实施例中，至少两个谐振器的封装薄膜的彼此相对的边部分别为凹入的弧形和凸出的弧形。例如在图6和图8中，上横排的两个谐振器的边部一个为凹入的弧形，另一个为凸出的弧形，两者形成凹凸配合的大致平行关系。再如，在图6和图8中，可以看到，上横排的谐振器的封装薄膜与下横排的彼此相对的谐振器的封装薄膜的边部分别为直边，该直边也可以为弧形边。
图9所示为由谐振器组成的梯形滤波器的示意图，其中，40、41、42为串联谐振器，43和44为并联谐振器，45为封装薄膜的释放孔，46为并联谐振器43封装薄膜的一个边界，47为并联谐振器44封装薄膜的另一边界。在本实施例中，封装薄膜的形状为边和顶角都为弧形的五边形形状，特别的在本实施例中，弧形边界46和47是平行的。相邻并联谐振器之间的边部可以彼此平行，相邻串联谐振器之间的边部可以彼此平行。由于谐振器的封装薄膜的相对边之间是平行排布的，因此可以减小谐振器之间封装的尺寸面积，进而能够减小滤波器的封装面积，便于滤波器与其余电子器件的集成应用。
需要指出的是，虽然在本发明的实施例中，主要以相邻的封装薄膜的相对的边部彼此平行为例进行说明，但是，本发明中不限于彼此平行的实施例，在本发明的实施例中，可以的方案是：相邻布置的两个MEMS器件组件的封装薄膜的彼此相对的边部之间的最大距离与最小距离的差值在0-10微米的范围内。
基于以上，本发明的实施例还提出了一种电子设备，包括多个上述的MEMS器件组件。可选的，至少两个MEMS器件组件彼此相邻且分隔开布置；且相邻布置的两个MEMS器件组件的封装薄膜的彼此相对的边部大体平行布置。
在本发明中，电极组成材料可以是金(Au)、钨(W)、钼(Mo)、铂(Pt)，钌(Ru)、铱(Ir)、钛钨(TiW)、铝(Al)、钛(Ti)等类似金属形成。
压电层材料可以为氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、锆钛酸铅(PZT)、铌酸锂(LiNbO3)、石英(Quartz)、铌酸钾(KNbO3)或钽酸锂(LiTaO3)等材料。
牺牲层材料可以为有机材料、聚合物、硅、非晶硅、二氧化硅、PSG、金属(如Ge、Ti、Cu)、金属氧化物(如MgO、ZnO)、光刻胶(如SU-8)等易溶性的材料。
封装薄膜材料可以为硅、二氧化硅、氮化硅、氮化铝、氧化铝、金属、光刻胶、高分子聚合物、石墨烯、纳米管等材料。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (21)
1.一种MEMS器件组件，包括：
MEMS器件，具有功能部件；
封装薄膜，所述封装薄膜覆盖所述MEMS器件的功能部件用于形成封装所述MEMS器件的功能部件的封装空间，在所述MEMS器件组件的俯视图中，所述封装薄膜具有封装边缘，且所述封装边缘的外侧边缘包括多个顶部以及连接在顶部之间的多个边部，
其中：
所述顶部为弧形。
2.根据权利要求1所述的组件，其中：
至少一个边部为与所述顶部相接的弧形。
3.根据权利要求2所述的组件，其中：
所有边部为与所述顶部相接的弧形。
4.根据权利要求3所述的组件，其中：
所述封装边缘为大体四边形。
5.根据权利要求4所述的组件，其中：
所述封装边缘为大体方形或者为大体梯形。
6.根据权利要求3所述的组件，其中：
所述封装边缘为大体三角形。
7.根据权利要求3所述的组件，其中：
所述封装边缘为大体五边形。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的组件，其中：
所述功能部件包括构成三明治结构的顶电极、压电层和底电极。
9.根据权利要求8所述的组件，其中：
所述MEMS器件为体声波谐振器。
10.根据权利要求9所述的组件，其中：
所述谐振器为薄膜体声波谐振器。
11.一种电子设备，包括多个根据权利要求1-10中任一项所述的MEMS器件组件。
12.根据权利要求11所述的电子设备，其中：
相邻布置的两个MEMS器件组件的封装薄膜的彼此相对的边部大体平行布置。
13.根据权利要求12所述的电子设备，其中：
至少两个MEMS器件组件彼此相邻且分隔开布置；且
相邻布置的两个MEMS器件组件的封装薄膜的彼此相对的边部之间的最大距离与最小距离的差值在0-10微米的范围内。
14.根据权利要求12或13所述的电子设备，其中：
所述封装边缘为大体四边形；且
至少两个MEMS器件组件的封装薄膜的彼此相对的边部分别为凹入的弧形和凸出的弧形。
15.根据权利要求14所述的电子设备，其中：
横向相邻并排布置的至少两个MEMS器件组件的封装薄膜的彼此相对的边部分别为凹入的弧形和凸出的弧形。
16.根据权利要求15所述的电子设备，其中：
纵向并排布置的至少两个MEMS器件组件的封装薄膜的彼此相对的边部分别为直边或者弧形边。
17.根据权利要求14所述的电子设备，其中：
所述封装边缘为大体梯形。
18.根据权利要求17所述的电子设备，其中：
横向相邻并排布置的至少两个MEMS器件组件的封装薄膜的封装边缘分别为正置的梯形与倒置的梯形。
19.根据权利要求12或13所述的电子设备，其中：
所述封装边缘为大体三角形；且
横向相邻并排布置的至少两个MEMS器件组件的封装薄膜的封装边缘分别为正置的三角形与倒置的三角形。
20.根据权利要求19所述的电子设备，其中：
所述MEMS器件组件包括至少两个横排布置的MEMS器件组件；且
处于一个横排的一个MEMS器件组件与处于纵向方向上相邻的另一个横排的另一个MEMS器件组件之间的纵向距离不大于零。
21.根据权利要求11-13中任一项所述的电子设备，所述电子设备包括滤波器。
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