CN113556098B - 体声波谐振器封装结构 - Google Patents

体声波谐振器封装结构 Download PDF

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Abstract

本申请涉及体声波谐振器技术领域，公开一种体声波谐振器封装结构，包括：谐振器盖体、体声波谐振结构、谐振器载体；通过谐振器盖体上设置有第一凸点下金属化层、第二凸点下金属化层；在第一凸点下金属化层上设置有第一焊锡凸点；在第二凸点下金属化层上设置有第二焊锡凸点；谐振器载体包括牺牲层、截止边界层、衬底；截止边界层位于牺牲层和衬底之间；截止边界层形成位于牺牲层内的第一凸起和第二凸起，谐振器载体通过第一凸起、第二凸起与体声波谐振结构围合形成第二空腔。这样，通过这种结构限定出来的空腔，不需在硅衬底内形成第二空腔，如此衬底可以选择完全绝缘的材料，从而避免衬底硅界面的存在而产生寄生导电沟道问题。

Description

体声波谐振器封装结构
技术领域
本申请涉及体声波谐振器技术领域，例如涉及一种体声波谐振器封装结构。
背景技术
随着通信技术的不断发展，对滤波器的要求越来越高，体声波谐振结构利用压电薄膜的压电效应，在上、下电极之间施加一个电信号，由于压电薄膜的压电效应会产生声信号，声信号在电极之间振荡，声波分为沿厚度方向的振动模式和横向振动模式，其中只有满足声波全反射条件的沿厚度方向的振动模式的声波才会被保留下来，横向振动模式的声波将被消耗，保留下来的声信号再转化为电信号输出。在使用过程中，需要通过谐振器盖体对体声波谐振结构和谐振器载体进行封装。
现有技术中，谐振器载体中的衬底通常采用硅来制作，并形成空腔，尽管硅衬底是高阻值的硅，但是在某些谐振器结构的硅衬底界面上还是会形成寄生导电沟道，进而由若干个这种谐振器结构组成的滤波器的性能也会受到影响。
发明内容
为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键／重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。
本公开实施例提供一种体声波谐振器封装结构，以能够抑制体声波谐振器的寄生导电沟道。
在一些实施例中，体声波谐振器封装结构包括：谐振器盖体，与体声波谐振结构的一侧连接，形成第一空腔；所述谐振器盖体上未与所述体声波谐振结构形成所述第一空腔的部分设置有第一通孔和第二通孔；第一金属层位于所述第一通孔和所述第一通孔外围的所述谐振器盖体的表面上；第二金属层位于所述第二通孔和所述第二通孔外围的所述谐振器盖体的表面上；所述第一金属层穿过所述第一通孔连接所述体声波谐振结构；所述第二金属层穿过所述第二通孔连接所述体声波谐振结构；位于所述第一通孔外围的所述谐振器盖体的表面上的第一金属层上设置有第一凸点下金属化层；位于所述第二通孔外围的所述谐振器盖体的表面上的第二金属层上设置有第二凸点下金属化层；在所述第一凸点下金属化层上设置有第一焊锡凸点；在所述第二凸点下金属化层上设置有第二焊锡凸点；所述体声波谐振结构，另一侧与谐振器载体连接；所述谐振器载体，所述谐振器载体包括牺牲层、截止边界层和衬底；所述截止边界层位于所述牺牲层和所述衬底之间；所述截止边界层形成位于所述牺牲层内的第一凸起和第二凸起，所述谐振器载体通过所述第一凸起、所述第二凸起与所述体声波谐振结构围合形成第二空腔。
本公开实施例提供的体声波谐振器封装结构，可以实现以下技术效果：
通过谐振器盖体上设置有第一通孔、第二通孔，第一金属层、第二金属层，位于第一通孔外围的谐振器盖体的表面上的第一金属层上设置有第一凸点下金属化层；位于第二通孔外围的谐振器盖体的表面上的第二金属层上设置有第二凸点下金属化层；在第一凸点下金属化层上设置有第一焊锡凸点；在第二凸点下金属化层上设置有第二焊锡凸点；谐振器载体包括牺牲层、截止边界层、衬底；截止边界层位于牺牲层和衬底之间；截止边界层形成位于牺牲层内的第一凸起和第二凸起，谐振器载体通过第一凸起、第二凸起与体声波谐振结构围合形成第二空腔。这样，通过这种结构限定出来的空腔，不需像传统体声波谐振器那样在硅衬底内形成第二空腔，如此衬底可以灵活选择硅材料以外的完全绝缘的材料，从而避免衬底硅界面的存在而产生寄生导电沟道问题，进而由若干个该体声波谐振器构成的滤波器的性能得到提升。
以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件，附图不构成比例限制，并且其中：
图1是本公开实施例提供的一个体声波谐振器封装结构的剖面结构示意图；
图2是本公开实施例提供的一个滤波器的频率响应曲线示意图。
附图标记：
100：盖板；110：第一键合层；120：氮化铝层；130：上电极层；140：压电层；150：下电极层；160：下电极边缘凸点层；170：第一钝化层；180：牺牲层；190：截止边界层；200：第二键合层；210：衬底；220：第二导通层；230：第一导通层；240：第一金属层；250：第二金属层；260：第一凸点下金属化层；270：第二凸点下金属化层；280：第一焊锡凸点；290：第二焊锡凸点；300：第二钝化层。
具体实施方式
为了能够更加详尽地了解本公开实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本公开实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本公开实施例。在以下的技术描述中，为方便解释起见，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而，在没有这些细节的情况下，一个或多个实施例仍然可以实施。在其它情况下，为简化附图，熟知的结构和装置可以简化展示。
本公开实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开实施例的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
本公开实施例中，术语“上”、“下”、“内”、“中”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本公开实施例及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本公开实施例中的具体含义。
另外，术语“设置”、“连接”、“固定”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开实施例中的具体含义。
除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。
本公开实施例中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，A/B表示：A或B。
术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，表示：A或B，或，A和B这三种关系。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开实施例中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
结合图1所示，本公开实施例提供一种体声波谐振器封装结构，包括谐振器盖体、体声波谐振结构、谐振器载体，其中，谐振器盖体包括盖板100、第一键合层110，体声波谐振结构包括氮化铝层120、第一导通层230、上电极层130、压电层140、第二导通层220、下电极层150、下电极边缘凸点层160、第一钝化层170，谐振器载体包括牺牲层180、截止边界层190、衬底210。谐振器盖体与体声波谐振结构的一侧连接，形成第一空腔；谐振器盖体上未与体声波谐振结构形成第一空腔的部分设置有第一通孔和第二通孔；第一金属层240位于第一通孔和第一通孔外围的谐振器盖体的表面上；第二金属层250位于第二通孔和第二通孔外围的谐振器盖体的表面上；第一金属层240穿过第一通孔连接体声波谐振结构；第二金属层250穿过第二通孔连接体声波谐振结构；位于第一通孔外围的谐振器盖体的表面上的第一金属层240上设置有第一凸点下金属化层260；位于第二通孔外围的谐振器盖体的表面上的第二金属层250上设置有第二凸点下金属化层270；在第一凸点下金属化层260上设置有第一焊锡凸点280；在第二凸点下金属化层270上设置有第二焊锡凸点290；体声波谐振结构的另一侧与谐振器载体连接；截止边界层190位于牺牲层180和衬底210之间；截止边界层190形成位于牺牲层180内的第一凸起和第二凸起，谐振器载体通过第一凸起、第二凸起与体声波谐振结构围合形成第二空腔。
本公开实施例提供的体声波谐振器封装结构，可以实现以下技术效果：
通过谐振器盖体上设置有第一通孔、第二通孔，第一金属层、第二金属层，位于第一通孔外围的谐振器盖体的表面上的第一金属层上设置有第一凸点下金属化层；位于第二通孔外围的谐振器盖体的表面上的第二金属层上设置有第二凸点下金属化层；在第一凸点下金属化层上设置有第一焊锡凸点；在第二凸点下金属化层上设置有第二焊锡凸点；谐振器载体包括牺牲层、截止边界层、衬底；截止边界层位于牺牲层和衬底之间；截止边界层形成位于牺牲层内的第一凸起和第二凸起，谐振器载体通过第一凸起、第二凸起与体声波谐振结构围合形成第二空腔。这样，通过这种结构限定出来的空腔，不需像传统体声波谐振器那样在硅衬底内形成第二空腔，如此衬底可以灵活选择硅材料以外的完全绝缘的材料，从而避免衬底硅界面的存在而产生寄生导电沟道问题，进而由若干个该体声波谐振器构成的滤波器的性能得到提升。
可选地，谐振器盖体形成有凹槽；谐振器盖体通过凹槽与体声波谐振结构形成第一空腔。
可选地，谐振器盖体包括：盖板100、第一键合层110；盖板100通过第一键合层110与体声波谐振结构连接；第一键合层110被限定为中空结构，第一键合层110的中空部分被限定为谐振器盖体的凹槽。
可选地，第一键合层110的中空外围的部分设置有第六通孔和第七通孔；盖板100上设置有第八通孔和第九通孔，其中第八通孔和第九通孔的开口尺寸比第六通孔和第七通孔大3微米以上；第六通孔与第八通孔对齐，第七通孔与第九通孔对齐；由第六通孔和第八通孔构成谐振器盖体的第一通孔，由第七通孔和第九通孔构成谐振器盖体的第二通孔。
可选地，体声波谐振结构包括氮化铝层120、第一导通层230、上电极层130、压电层140、第二导通层220、下电极层150、下电极边缘凸点层160、第一钝化层170；氮化铝层120设置有第三通孔；第一导通层230通过第三通孔连接上电极层130；第一金属层240穿过第一通孔与第一导通层230连接；上电极层130位于氮化铝层120与压电层140之间；压电层140一端与上电极层130连接，压电层140的另一端暴露于上电极层130外，压电层140未与上电极层130接触的部分设置有第四通孔；第二导通层220通过第四通孔连接下电极层150；第二金属层250穿过第二通孔与第二导通层220连接；下电极层150位于压电层140远离上电极层130的一侧，压电层140的一端与下电极层150连接，压电层140的另一端暴露于下电极层150外；压电层140远离上电极层130的一侧且未与下电极层150接触的部分，连接牺牲层180和第一凸起；下电极边缘凸点层160位于下电极层150与第一钝化层170之间；第一钝化层170部分置于下电极层150上，部分置于下电极边缘凸起层160上，第一钝化层170连接牺牲层180和第二凸起。
在一些实施例中，下电极边缘凸点层设置有第五通孔，第一钝化层通过第五通孔置于下电极层上。
可选地，谐振器载体还包括第二键合层200；第二键合层200位于截止边界层190与衬底210之间。
这样，在截止边界层与衬底之间增加第二键合层，可以使得体声波谐振器更加稳固，不容易被损坏。
可选地，谐振器盖体还包括第二钝化层300；第二钝化层300位于第一金属层240远离谐振器盖体的一侧、第二金属层250远离谐振器盖体的一侧和与第一金属层240和第二金属层250均不接触的谐振器盖体的表面上。
这样，在谐振器盖体上增加第二钝化层，能够更好的保护第一金属层和第二金属层。
可选地，第一钝化层由氮化硅SiN、氮化铝AlN、二氧化硅SiO2和氮氧化硅SiNO中的一种或多种制成。
可选地，第二钝化层由氮化硅SiN、氮化铝AlN、二氧化硅SiO2和氮氧化硅SiNO中的一种或多种制成。
可选地，第一焊锡凸点和第二焊锡凸点均由锡银合金制成，在一些实施例中，第一焊锡凸点和第二焊锡凸点均成球体状。
可选地，上电极层由具有导电性能的钼Mo、铝Al、铜Cu、铂Pt、钽Ta、钨W、钯Pd和钌Ru等金属材料中的一种或多种制成。
可选地，下电极层由具有导电性能的钼Mo、铝Al、铜Cu、铂Pt、钽Ta、钨W、钯Pd和钌Ru等金属材料中的一种或多种制成。
可选地，压电层由具有压电性能的氮化铝AlN 、氧化锌ZnO、铌酸锂LiNbO3、钽酸锂LiTaO3、锆钛酸铅PZT和钛酸锶钡BST等材料中的一种或多种制成。
可选地，压电层由掺杂5-30%比例稀土元素的氮化铝AlN制成。可选地，稀土元素包括：钪、铒和镧等中的一种或多种。例如：压电层由氮化铝制成，或，由掺杂10%比例钪的氮化铝制成。
可选地，下电极边缘凸点层由具有导电性能钼Mo、铝Al、铜Cu、铂Pt、钽Ta、钨W、钯Pd和钌Ru等金属材料中的一种或多种制成。
可选地，牺牲层的材料为二氧化硅。
可选地，截止边界层由氮化硅、氮化铝、多晶硅和非晶硅中的一种或多种制成。
可选地，衬底由氧化硅、三氧化二铝Al2O3、碳硅、多晶硅、非晶硅和单晶硅材料的一种或多种组合做成。
在一些实施例中，多晶硅可以做到比单晶硅更高的绝缘性，因而使用多晶硅做衬底也能带来滤波器性能的提升。
可选地，第二键合层由二氧化硅、氮化硅或有机膜材料制成。
在一些实施例中，有机膜材料包括：干膜Dry Film、芯片贴片膜Die Attach Film等。
可选地，第一键合层由二氧化硅、氮化硅、有机膜材料和硅酸乙酯的一种或多种组合制成。
可选地，盖板由硅、碳硅、氧化铝或二氧化硅制成。
在一些实施例中，第一导通层和第二导通层均包括电路导通引线和焊盘，电路导通引线和焊盘均由铝Al，铜Cu，金Au，钛Ti，钨W和铂Pt等金属中的一种或多种组合制成。
可选地，第一金属层与第二金属层均由铝Al，铜Cu，金Au，钛Ti，钨W和铂Pt等金属中的一种或多种制成。
在一些实施例中，第一凸点下金属化层与第二凸点下金属化层即UBM层（UnderBump Metal，凸点下金属化层）。
本发明的谐振器的第二空腔结构形成于衬底表面以上，空腔的形成无需借助衬底本身，因而衬底的材料可以灵活选择，而不必像传统谐振器结构的形成那样须拘泥于使用硅衬底，从而避免衬底硅界面的存在而产生寄生导电沟道问题，因而可以容易获得更好的滤波器性能。在一些实施例中，图2为滤波器的频率响应曲线示意图，如图2所示，曲线A为使用硅为衬底谐振器组成的滤波器的频率响应曲线，其S参数为S（3，4）。曲线B为使用二氧化硅、Al2O3等完全绝缘的材料为衬底的谐振器组成的滤波器的频率响应曲线，其S参数为S（2，1）。由图2可得，使用以二氧化硅、Al2O3为代表的完全绝缘的材料为衬底的谐振器组成的滤波器相较于由以硅为衬底的谐振器组成的滤波器在带外具有更低的响应，即有更好的带外滤波抑制性能。
以上描述和附图充分地示出了本公开的实施例，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施例可以包括结构的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施例的部分和特征可以被包括在或替换其他实施例的部分和特征。本公开的实施例并不局限于上面已经描述并在附图中示出的结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (11)

1.一种体声波谐振器封装结构，其特征在于，包括：
谐振器盖体，与体声波谐振结构的一侧连接，形成第一空腔；所述谐振器盖体上未与所述体声波谐振结构形成所述第一空腔的部分设置有第一通孔和第二通孔；第一金属层位于所述第一通孔和所述第一通孔外围的所述谐振器盖体的表面上；第二金属层位于所述第二通孔和所述第二通孔外围的所述谐振器盖体的表面上；所述第一金属层穿过所述第一通孔连接所述体声波谐振结构；所述第二金属层穿过所述第二通孔连接所述体声波谐振结构；位于所述第一通孔外围的所述谐振器盖体的表面上的第一金属层上设置有第一凸点下金属化层；位于所述第二通孔外围的所述谐振器盖体的表面上的第二金属层上设置有第二凸点下金属化层；在所述第一凸点下金属化层上设置有第一焊锡凸点；在所述第二凸点下金属化层上设置有第二焊锡凸点；
所述体声波谐振结构，另一侧与谐振器载体连接；
所述谐振器载体，所述谐振器载体包括牺牲层、截止边界层和衬底；所述截止边界层位于所述牺牲层和所述衬底之间；所述截止边界层形成位于所述牺牲层内的第一凸起和第二凸起，所述谐振器载体通过所述第一凸起、所述第二凸起与所述体声波谐振结构围合形成第二空腔。
2.根据权利要求1所述的体声波谐振器封装结构，其特征在于，所述谐振器盖体形成有凹槽；所述谐振器盖体通过所述凹槽与所述体声波谐振结构形成所述第一空腔。
3.根据权利要求2所述的体声波谐振器封装结构，其特征在于，所述谐振器盖体包括：
盖板，通过第一键合层与所述体声波谐振结构连接；
所述第一键合层，被限定为中空结构，所述第一键合层的中空部分被限定为所述谐振器盖体的凹槽。
4.根据权利要求1所述的体声波谐振器封装结构，其特征在于，所述体声波谐振结构，包括：
氮化铝层，设置有第三通孔；
第一导通层，通过所述第三通孔连接上电极层；所述第一金属层穿过所述第一通孔与所述第一导通层连接；
所述上电极层，位于所述氮化铝层与压电层之间；
所述压电层，一端与所述上电极层连接，所述压电层的另一端暴露于所述上电极层外，所述压电层未与所述上电极层接触的部分设置有第四通孔；
第二导通层，通过所述第四通孔连接下电极层；所述第二金属层穿过所述第二通孔与所述第二导通层连接；
所述下电极层，位于所述压电层远离所述上电极层的一侧，所述压电层的一端与所述下电极层连接，所述压电层的另一端暴露于所述下电极层外；所述压电层远离所述上电极层的一侧且未与所述下电极层接触的部分，连接所述牺牲层和所述第一凸起；
下电极边缘凸点层，位于所述下电极层与第一钝化层之间；
所述第一钝化层部分置于所述下电极层下，部分置于所述下电极边缘凸起层下，所述第一钝化层连接所述牺牲层和所述第二凸起。
5.根据权利要求1所述的体声波谐振器封装结构，其特征在于，所述谐振器载体还包括第二键合层；所述第二键合层位于所述截止边界层与所述衬底之间。
6.根据权利要求5所述的体声波谐振器封装结构，其特征在于，所述第二键合层由二氧化硅、氮化硅或有机膜材料制成。
7.根据权利要求1所述的体声波谐振器封装结构，其特征在于，所述谐振器盖体还包括第二钝化层；所述第二钝化层位于所述第一金属层远离所述谐振器盖体的一侧、所述第二金属层远离所述谐振器盖体的一侧和与所述第一金属层和所述第二金属层均不接触的所述谐振器盖体的表面上。
8.根据权利要求3所述的体声波谐振器封装结构，其特征在于，所述第一键合层由二氧化硅、氮化硅、有机膜材料和硅酸乙酯中的一种或多种制成。
9.根据权利要求3所述的体声波谐振器封装结构，其特征在于，所述盖板由硅、碳硅、氧化铝或二氧化硅制成。
10.根据权利要求1至9任一项所述的体声波谐振器封装结构，其特征在于，所述衬底是由氧化硅、三氧化二铝、碳硅、多晶硅、非晶硅和单晶硅材料中的一种或多种组合制成。
11.根据权利要求1至9任一项所述的体声波谐振器封装结构，其特征在于，所述截止边界层由氮化硅、氮化铝、多晶硅或非晶硅制成。
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