CN111082190A - 一种双工器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种双工器，该双工器从下至上依次包括：封装载板、下晶圆、隔离晶圆和上晶圆；所述下晶圆中设置有发射滤波器，所述上晶圆中设置有接收滤波器；所述隔离晶圆的上表面与所述上晶圆的下表面键合，所述隔离晶圆的下表面与所述下晶圆的上表面键合。本发明的双工器通过在上晶圆与下晶圆之间插入隔离晶圆拉开了上下晶圆的间距，从而拉开了发射滤波器和接收滤波器的间距，进而减小了电容耦合，提高了器件性能。
Description
技术领域
本发明涉及通信用滤波类器件领域，特别涉及一种高功率容量的双工器。
背景技术
近年来，随着市场的迅猛发展，无线通讯终端和设备不断朝着小型化、多模-多频段的方向发展，无线通讯终端和设备不断朝着小型化，多模-多频段的方向发展，无线通信终端中的用于FDD(Frequency Division Duplexing，频分复用双工)的双工器的数量也随之增加。特别是随着5G商用的临近，高性能的双工器的需求量也越来越大。
目前，能够满足通讯终端使用的小尺寸滤波器主要是压电声波滤波器，构成此类声波滤波器的谐振器主要包括：FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator，薄膜体声波谐振器)，SMR(Solidly Mounted Resonator，固态装配谐振器)和SAW(Surface Acoustic Wave，表面声波谐振器)。其中基于体声波原理制造的FBAR和SMR双工器，相比基于表面声波原理制造的SAW双工器，具有更低的插入损耗，更高的功率容量的特点。
双工器的低插入损耗可以确保在相同的天线发射功率(由国际统一的通信协议规定)前提下，发射信道的放大器可以发送更小的功率以节省终端设备的电源消耗，从而延长同样电量条件下的使用时间，并减小发送通路中的热量产生，带来更好的终端用户使用体验。
而双工器具有更高的功率容量，则意味着可以通过适当地提升终端设备的发射功率等级，扩大终端发送信号的覆盖范围，从而降低运营商基站的组网密度，节约运营商的组网成本。目前支持更高的功率等级已经逐渐成为4G+以及5G通信终端的基本要求。
一般的双工器均采用两颗滤波器芯片封装在一起的方式来制作。由两颗芯片与封装基板形成的双工器，由于装配工艺对芯片之间的间距要求，导致封装效率偏低，一般只有50％～60％。但如果直接将两片分别制作有滤波器的晶圆利用晶圆级封键合在一起，双工器的隔离度性能会因为上下晶圆之间的电容耦合变得非常差，隔离度只有-30dB～-40dB，性能下降太多导致无法使用。
因此，如何实现隔离度好、电性能优秀的小尺寸双工器，成为设计工程师亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种隔离度好、电学性能优秀的双工器。
本发明的目的是提供一种双工器，该双工器从下至上依次包括：封装载板、下晶圆、隔离晶圆和上晶圆；所述下晶圆中设置有发射滤波器，所述上晶圆中设置有接收滤波器；所述隔离晶圆的上表面与所述上晶圆的下表面键合，所述隔离晶圆的下表面与所述下晶圆的上表面键合。
可选地，所述发射滤波器和所述接收滤波器在器件俯视方向上二者呈部分交叠设置。
可选地，所述发射滤波器和所述接收滤波器在器件俯视方向上投影的交并比为0.2至0.8。
可选地，所述隔离晶圆的材料为硅。
可选地，所述隔离晶圆的厚度为30-150微米。
可选地，所述上晶圆与所述下晶圆的距离为50-200微米。
可选地，所述接收滤波器中，需要与外部相连的接收谐振器通过制作在所述下晶圆上的导通孔连接到位于所述下晶圆下表面的焊盘上，再通过焊球与下方的所述封装载板连接；所述发射滤波器中，需要与外部相连的发射谐振器通过制作在所述上晶圆上的导通孔连接到位于所述上晶圆上表面的焊盘上，再通过键合线与所述封装载板上的键合手指相连。
可选地，所述接收滤波器中，需要与外部相连的接收谐振器通过制作在所述上晶圆上的导通孔连接到位于所述上晶圆上表面的焊盘上，再通过键合线与所述封装载板上的键合手指相连；所述发射滤波器中，需要与外部相连的发射谐振器通过制作在所述下晶圆上的导通孔连接到位于所述下晶圆下表面的焊盘上，再通过焊球与下方的所述封装载板连接。
可选地，所述键合线的材料为金、铜或者铝。
本发明实施例的双工器通过在上晶圆与下晶圆之间插入隔离晶圆拉开了上下晶圆的间距，从而拉开了发射滤波器和接收滤波器的间距，进而减小了电容耦合，提高了器件性能。
附图说明
附图用于更好地理解本发明，不构成对本发明的不当限定。其中：
图1是现有双工器的剖面示意图；
图2是现有双工器的电路原理示意图；
图3是本发明实施例一双工器的剖面示意图；
图4是本发明实施例二双工器的剖面示意图；
图5是本发明实施例三双工器的剖面示意图；
图6是本发明实施例二以及实施例三的双工器的电路原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
图1是现有双工器的剖面示意图，从下至上依次包括：封装载板SU、下晶圆W2和上晶圆W1。上晶圆W1的下表面与下晶圆W2的上表面键合。下晶圆W2中设置有发射滤波器Tx，上晶圆W1中设置有接收滤波器Rx，发射滤波器Tx和接收滤波器Rx在器件俯视方向上二者呈错开设置。图2为现有双工器的电路示意图。为了示例的方便，该双工器中的发送滤波器和接收滤波器中分别包括四个串联单元和四个并联单元。如图1和图2所示，现有双工器中的下晶圆W2中的发送滤波器Tx和上晶圆中的W1中的接收滤波器Rx之间，形成了耦合电容C，双工器的隔离度性能会因为该电容耦合C而变差。
本发明旨在是提供一种双工器，该双工器从下至上依次包括：封装载板、下晶圆、隔离晶圆和上晶圆；所述下晶圆中设置有发射滤波器，所述上晶圆中设置有接收滤波器；所述隔离晶圆的上表面与所述上晶圆的下表面键合，所述隔离晶圆的下表面与所述下晶圆的上表面键合。通过在上晶圆与下晶圆之间插入隔离晶圆拉开了上下晶圆的间距，从而拉开了收发射滤波器的间距，进而减小了电容耦合，提高了器件性能。
传统双工器中，收发滤波器在器件俯视方向上二者呈错开设置。本发明实施例的双工器中，由于插入隔离晶圆导致上下晶圆距离拉大，从而导致收发滤波器之间的寄生电容已经有了明显的降低，其实可以使得收发滤波器之间没有必要完全错开，即可以实现更大面积的交叠，从而进一步缩小芯片的尺寸。因此，本发明实施例的双工器中，优选所述发射滤波器和所述接收滤波器在器件俯视方向上二者呈部分交叠设置。所述发射滤波器和所述接收滤波器在器件俯视方向上投影的交并比为0.2至0.8。
图3是本发明实施例一双工器100的剖面示意图。该双工器100从下至上依次包括：封装载板SU、下晶圆W2、隔离晶圆W3和上晶圆W1。下晶圆W2中设置有发射滤波器Tx，上晶圆W1中设置有接收滤波器Rx。发射滤波器Tx和接收滤波器Rx在器件俯视方向上二者呈局部交叠设置。隔离晶圆W3的上表面与上晶圆W1的下表面键合，隔离晶圆W3的下表面与下晶圆W2的上表面键合。该实施例的双工器100中，通过在上晶圆W1与下晶圆W2之间插入隔离晶圆W3拉开了上下晶圆的间距，从而拉开了发射滤波器Tx和接收滤波器Rx的间距，进而减小了Tx滤波器与Rx滤波器之间因为图形交叠产生的耦合电容C，提高了器件性能，另外允许发射滤波器Tx和接收滤波器Rx有部分交叠，有效地缩小器件尺寸。
隔离晶圆W3的材料可以是硅。硅晶圆具有成本较低，易于加工等优点。隔离晶圆W3的厚度可以为30-150微米。上晶圆W1与下晶圆W2的距离可以为50-200微米。
上述的双工器中，无论发射滤波器还是接收滤波器，都是通过导通孔实现谐振器与封装载板电连接。该双工器内部，发射滤波器和接收滤波器之间通常形成了耦合电感，损害了器件性能。为此，考虑对电连接方式进行改进，提出本发明实施例二双工器200以及本发明实施例三双工器300。
图4是本发明实施例二双工器200的剖面示意图。如图4所示，该双工器200中，接收滤波器Rx中需要与外部相连的接收谐振器通过制作在下晶圆W2上的导通孔VRx连接到位于下晶圆W2下表面的焊盘上，再通过焊球与下方的封装载板SU连接；发射滤波器Tx中需要与外部相连的发射谐振器通过制作在上晶圆W1上的导通孔VTx连接到位于上晶圆W1上表面的焊盘上，再通过键合线LTx与封装载板SU上的键合手指相连。
图5是本发明实施例三双工器300的剖面示意图。如图5所示，该双工器300中，接收滤波器Rx中需要与外部相连的接收谐振器通过制作在上晶圆W1上的导通孔V连接到位于上晶圆W1上表面的焊盘上，再通过键合线LRx与封装载板SU上的键合手指相连；发射滤波器Tx中需要与外部相连的发射谐振器通过制作在下晶圆W2上的导通孔VTx连接到位于下晶圆W2下表面的焊盘上，再通过焊球与下方的封装载板SU连接。
图6是本发明实施例二以及实施例三的双工器的电路原理示意图。为了示例的方便，图6所示的双工器中的发送滤波器和接收滤波器中分别包括四个串联单元和四个并联单元。由于发送滤波器或接收滤波器中的部分谐振器不再通过导通孔而是通过键合线与封装载板进行电学连接，所以拉远了谐振器之间的互感距离，降低了耦合电感，提升了双工器的电学性能。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (9)
1.一种双工器，其特征在于：
所述双工器从下至上依次包括：封装载板、下晶圆、隔离晶圆和上晶圆；
所述下晶圆中设置有发射滤波器，所述上晶圆中设置有接收滤波器；
所述隔离晶圆的上表面与所述上晶圆的下表面键合，所述隔离晶圆的下表面与所述下晶圆的上表面键合。
2.根据权利要求1所述的双工器，其特征在于，在器件俯视方向上，所述发射滤波器和所述接收滤波器呈部分交叠设置。
3.根据权利要求2所述的双工器，其特征在于，所述发射滤波器和所述接收滤波器在器件俯视方向上投影的交并比为0.2至0.8。
4.根据权利要求1所述的双工器，其特征在于，所述隔离晶圆的材料为硅。
5.根据权利要求1所述的双工器，其特征在于，所述隔离晶圆的厚度为30-150微米。
6.根据权利要求1所述的双工器，其特征在于，所述上晶圆与所述下晶圆的距离为50-200微米。
7.根据权利要求1所述的双工器，其特征在于，
所述接收滤波器中，需要与外部相连的接收谐振器通过制作在所述下晶圆上的导通孔连接到位于所述下晶圆下表面的焊盘上，再通过焊球与下方的所述封装载板连接；
所述发射滤波器中，需要与外部相连的发射谐振器通过制作在所述上晶圆上的导通孔连接到位于所述上晶圆上表面的焊盘上，再通过键合线与所述封装载板上的键合手指相连。
8.根据权利要求1所述的双工器，其特征在于，
所述接收滤波器中，需要与外部相连的接收谐振器通过制作在所述上晶圆上的导通孔连接到位于所述上晶圆上表面的焊盘上，再通过键合线与所述封装载板上的键合手指相连；
所述发射滤波器中，需要与外部相连的发射谐振器通过制作在所述下晶圆上的导通孔连接到位于所述下晶圆下表面的焊盘上，再通过焊球与下方的所述封装载板连接。
9.根据权利要求7或8所述的双工器，其特征在于，所述键合线的材料为金、铜或者铝。
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