CN113972900B - 一种声表面滤波器的键合方法及其键合结构 - Google Patents

一种声表面滤波器的键合方法及其键合结构 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种声表面滤波器的键合方法及其键合结构。所述键合结构包括第一键合金属层、第二键合金属层和第三键合金属层；所述第三键合金属层设置于所述声表面滤波器的盖板下表面的键合面上；所述第一键合金属层设置于所述第三键合金属层非盖板一侧的表面上；所述第二键合金属层设置于所述声表面滤波器的基体上表面与所述盖板进行键合的键合面上；所述第一键合金属层上设有多组键合凹槽；所述第二键合金属层上设置有与所述键合凹槽形状和数量相同，但高度与所述键合凹槽深度尺寸不同的多组键合凸起。

Description

一种声表面滤波器的键合方法及其键合结构
技术领域
本发明提出了一种声表面滤波器的键合方法及其键合结构，属于薄膜滤波器技术领域。
背景技术
声表面滤波器是在一块具有压电效应的材料基片上蒸发一层金属膜，然后经光刻，在两端各形成一对叉指形电极组成。当在发射换能器上加上信号电压后，就在输入叉指电极间形成一个电场使压电材料发生机械振动以超声波的形式向左右两边传播，向边缘一侧的能量由吸声材料所吸收。在接收端，由接收换能器将机械振动再转化为电信号，并由叉指形电极输出。但是，由于声表面滤波器的持续机械振动，如果其键合密封空间的牢固性不足，则会导致在长时间运行之后声表面滤波器发生崩裂损坏，进而降低声表面滤波器的运行稳定性和使用寿命。
发明内容
本发明提供了一种声表面滤波器的键合方法及其键合结构，用以解决声表面滤波器的晶圆密封结构中盖板与基体键合稳固性低，声表面滤波器的晶圆密封性差的问题，所采取的技术方案如下：
一种声表面滤波器的键合结构，所述键合结构包括第一键合金属层、第二键合金属层和第三键合金属层；所述第三键合金属层设置于所述声表面滤波器的盖板下表面的键合面上；所述第一键合金属层设置于所述第三键合金属层非盖板一侧的表面上；所述第二键合金属层设置于所述声表面滤波器的基体上表面与所述盖板进行键合的键合面上；所述第一键合金属层上设有多组键合凹槽；所述第二键合金属层上设置有与所述键合凹槽形状和数量相同，但高度与所述键合凹槽深度尺寸不同的多组键合凸起。
进一步地，每组所述键合凸起包括一个中心键合凸起和两个侧边键合凸起；所述中心键合凸起和侧边键合凸起的高度大于与所述中心键合凸起和侧边键合凸起对应的键合凹槽的深度。
进一步地，所述中心键合凸起和侧边键合凸起的高度尺寸相比于所述中心键合凸起和侧边键合凸起对应的键合凹槽的深度尺寸的余量高度范围为3.0μm-5.0μm，优选为，3μm。
进一步地，所述侧边键合凸起等间距分布于所述中心键合凸起的两侧；所述中心键合凸起和侧边键合凸起位于同一直线上；所述侧边键合凸起与所述中心键合凸起之间的直线距离范围为1.5μm-2μm，优选为，1.5μm。
进一步地，所述中心键合凸起采用顶部为圆弧状的柱体结构；所述侧边键合凸起采用等边梯形柱体结构。
进一步地，所述侧边键合凸起的上表面为正方形表面，并且，所述正方形表面的边长范围为0.7-1.2μm，优选为1μm。
进一步地，所述第一键合金属层与第三键合金属层的厚度之间的比例关系如下：
H 3=αH 1，α∈[0.28,0.4]
其中，所述第一键合金属层的厚度范围为200μm-280μm；α表示厚度调整系数，α的最优值取0.3；H 1和H 3分别表示第一键合金属层与第三键合金属层的厚度值。
进一步地，多组所述键合凸起在所述基体的键合面上的边沿处按照每两组键合凸起相互成100°-120°夹角的方式进行排列；并且，形成夹角的每两组键合凸起之间，向夹角收敛一侧的侧边键合之间最短直线距离凸范围为8μm-15μm，优选为10μm。
一种声表面滤波器的键合方法，所述键合方法包括：
步骤1、在临时衬底上按照键合凹槽的形状和尺寸设置牺牲层区域；
步骤2、在所述牺牲层区域上表面制备第一键合金属层；其中，所述第一键合金属层的上表面相距于所述牺牲层区域最高顶点之间的垂直距离大于1.5μm且不得超过2.5μm；
步骤3、在所述声表面滤波器的基体的键合面上制备第二键合金属层；在所述声表面滤波器的盖板的键合面上制备第三键合金属层；
步骤4、在所述第一键合金属层和第三键合金属层的键合表面上进行研磨和活性处理，并在研磨和活性处理后将所述第一键合金属层与所述第三键合金属层进行键合连接；
步骤5、利用湿法腐蚀或干法蚀刻的方式去除临时衬底和牺牲层区域，使所述第一键合金属层上形成键合凹槽；
步骤6、将带有第二键合金属层的基体与带有第一键合金属层和第三键合金属层的盖板进行键合对接。
进一步地，步骤6所述将带有第二键合金属层的基体与带有第一键合金属层和第三键合金属层的盖板进行键合对接，包括：
步骤601、对所述第二键合金属层及键合凸起的表面进行研磨和活性处理，同时，对所述第一键合金属层及键合凹槽的表面进行研磨和活性处理；
步骤602、将所述第二键合金属层及键合凸起嵌于所述第一键合金属层及键合凹槽上；
步骤603、对所述基体和盖板进行相互挤压，使所述键合凸起在抵住所述键合凹槽底端时，继续向前延展挤压，直至所述第一键合金属层表面和第二键合金属层表面相抵，并且所述键合凸起探伸至所述第三键合金属层内；
步骤604、持续挤压所述基体和盖板直至所述第一键合金属层与第二键合金属层和第三键合金属层键合稳固。
本发明有益效果：
本发明提出的一种声表面滤波器的键合方法及其键合结构在键合金属层活性处理后存在一定软度易产生凹陷导致键合巩固性和强度较差的情况下，通过设置高度和深度不同的键合凸起和键合凹陷，使建和过程中通过高强度挤压使键合凸起连续穿过两层键合进出层，使第二键合金属层能够于第一键合金属层和第三键合金属层同时键合连接，进而最大程度上提高第二键合金属层与第一键合金属层和第三键合金属层之间，以及，第一键合金属层和第三键合金属层之间的键合稳固性和强度。另一方面，通过键合凸起的形状和尺寸设置能够在增加键合接触面积的同时，能够使键合凸起易最快的速度探伸至所述第三键合金属层内，防止尺寸和形状设计的缺陷导致键合凸起无法进入第三键合金属层内的问题发生。
附图说明
图1为本发明所述键合结构的结构示意图一；
图2为本发明所述键合结构的结构示意图二；
图3为本发明所述键合凸起在第二键合金属层表面分布示意图；
图4为本发明所述键合方法的流程图；
（1，盖板；2，基体；3，第一键合金属层；4，第二键合金属层；5，第三键合金属层；6，键合凹槽；7，键合凸起）。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提出了一种声表面滤波器的键合结构，如图1至图3所示，所述键合结构包括第一键合金属层、第二键合金属层和第三键合金属层；所述第三键合金属层设置于所述声表面滤波器的盖板下表面的键合面上；所述第一键合金属层设置于所述第三键合金属层非盖板一侧的表面上；所述第二键合金属层设置于所述声表面滤波器的基体上表面与所述盖板进行键合的键合面上；所述第一键合金属层上设有多组键合凹槽；所述第二键合金属层上设置有与所述键合凹槽形状和数量相同，但高度与所述键合凹槽深度尺寸不同的多组键合凸起。
其中，每组所述键合凸起包括一个中心键合凸起和两个侧边键合凸起；所述中心键合凸起和侧边键合凸起的高度大于与所述中心键合凸起和侧边键合凸起对应的键合凹槽的深度。所述中心键合凸起和侧边键合凸起的高度尺寸相比于所述中心键合凸起和侧边键合凸起对应的键合凹槽的深度尺寸的余量高度范围为3.0μm-5.0μm，优选为，3μm。所述侧边键合凸起等间距分布于所述中心键合凸起的两侧；所述中心键合凸起和侧边键合凸起位于同一直线上；所述侧边键合凸起与所述中心键合凸起之间的直线距离范围为1.5μm-2μm，优选为，1.5μm。
所述中心键合凸起采用顶部为圆弧状的柱体结构；所述侧边键合凸起采用等边梯形柱体结构。其中，所述侧边键合凸起的上表面为正方形表面，并且，所述正方形表面的边长范围为0.7-1.2μm，优选为1μm。
具体的，所述第一键合金属层与第三键合金属层的厚度之间的比例关系如下：
H 3=αH 1，α∈[0.28,0.4]
其中，所述第一键合金属层的厚度范围为200μm-280μm；α表示厚度调整系数，α的最优值取0.3；H 1和H 3分别表示第一键合金属层与第三键合金属层的厚度值。
多组所述键合凸起在所述基体的键合面上的边沿处按照每两组键合凸起相互成100°-120°夹角的方式进行排列；并且，形成夹角的每两组键合凸起之间，向夹角收敛一侧的侧边键合之间最短直线距离凸范围为8μm-15μm，优选为10μm。
上述技术方案的工作原理为：由于键合金属层活性处理后存在一定软度，在键合过程中由于转移情况易在金属表面产生凹陷导致键合巩固性和强度较差的情况下，并且，导致在金属键合层通过挤压进行键合的过程中，由于两侧金属表面的凹陷部分和软度的同时存在，使金属键合层键合过程中由于缝隙间隔较大导致无法达到高稳固性键合，进而导致声表面滤波器后续运行过程中，键合部分因键合稳固性不高而产生崩裂的问题发生。影响声表面滤波器的运行稳定性。
上述键合结构通过设置高度和深度不同的键合凸起和键合凹陷，使建和过程中通过高强度挤压使键合凸起连续穿过两层键合进出层，使第二键合金属层能够于第一键合金属层和第三键合金属层同时键合连接，进而最大程度上提高第二键合金属层与第一键合金属层和第三键合金属层之间，以及，第一键合金属层和第三键合金属层之间的键合稳固性和强度，其制作过程如下：在临时衬底上按照键合凹槽的形状和尺寸设置牺牲层区域；在所述牺牲层区域上表面制备第一键合金属层；其中，所述第一键合金属层的上表面相距于所述牺牲层区域最高顶点之间的垂直距离大于1.5μm且不得超过2.5μm；在所述声表面滤波器的基体的键合面上制备第二键合金属层；在所述声表面滤波器的盖板的键合面上制备第三键合金属层；在所述第一键合金属层和第三键合金属层的键合表面上进行研磨和活性处理，并在研磨和活性处理后将所述第一键合金属层与所述第三键合金属层进行键合连接；利用湿法腐蚀或干法蚀刻的方式去除临时衬底和牺牲层区域，使所述第一键合金属层上形成键合凹槽；将带有第二键合金属层的基体与带有第一键合金属层和第三键合金属层的盖板进行键合对接。
其中，在第二键合金属层和第一键合金属层、第三键合金属层进行键合连接时，对所述第二键合金属层及键合凸起的表面进行研磨和活性处理，同时，对所述第一键合金属层及键合凹槽的表面进行研磨和活性处理；将所述第二键合金属层及键合凸起嵌于所述第一键合金属层及键合凹槽上；对所述基体和盖板进行相互挤压，使所述键合凸起在抵住所述键合凹槽底端时，继续向前延展挤压，直至所述第一键合金属层表面和第二键合金属层表面相抵，并且所述键合凸起探伸至所述第三键合金属层内；持续挤压所述基体和盖板直至所述第一键合金属层与第二键合金属层和第三键合金属层键合稳固。
上述技术方案的效果为：本实施例提出的一种声表面滤波器的键合键合结构在键合金属层活性处理后存在一定软度易产生凹陷导致键合巩固性和强度较差的情况下，通过设置高度和深度不同的键合凸起和键合凹陷，使建和过程中通过高强度挤压使键合凸起连续穿过两层键合进出层，使第二键合金属层能够于第一键合金属层和第三键合金属层同时键合连接，进而最大程度上提高第二键合金属层与第一键合金属层和第三键合金属层之间，以及，第一键合金属层和第三键合金属层之间的键合稳固性和强度。另一方面，通过键合凸起的形状和尺寸设置能够在增加键合接触面积的同时，能够使键合凸起易最快的速度探伸至所述第三键合金属层内，防止尺寸和形状设计的缺陷导致键合凸起无法进入第三键合金属层内的问题发生。
本发明的一个实施例，一种声表面滤波器的键合方法，所述键合方法包括：
步骤1、在临时衬底上按照键合凹槽的形状和尺寸设置牺牲层区域；
步骤2、在所述牺牲层区域上表面制备第一键合金属层；其中，所述第一键合金属层的上表面相距于所述牺牲层区域最高顶点之间的垂直距离大于1.5μm且不得超过2.5μm；
步骤3、在所述声表面滤波器的基体的键合面上制备第二键合金属层；在所述声表面滤波器的盖板的键合面上制备第三键合金属层；
步骤4、在所述第一键合金属层和第三键合金属层的键合表面上进行研磨和活性处理，并在研磨和活性处理后将所述第一键合金属层与所述第三键合金属层进行键合连接；
步骤5、利用湿法腐蚀或干法蚀刻的方式去除临时衬底和牺牲层区域，使所述第一键合金属层上形成键合凹槽；
步骤6、将带有第二键合金属层的基体与带有第一键合金属层和第三键合金属层的盖板进行键合对接。
其中，步骤6所述将带有第二键合金属层的基体与带有第一键合金属层和第三键合金属层的盖板进行键合对接，包括：
步骤601、对所述第二键合金属层及键合凸起的表面进行研磨和活性处理，同时，对所述第一键合金属层及键合凹槽的表面进行研磨和活性处理；
步骤602、将所述第二键合金属层及键合凸起嵌于所述第一键合金属层及键合凹槽上；
步骤603、对所述基体和盖板进行相互挤压，使所述键合凸起在抵住所述键合凹槽底端时，继续向前延展挤压，直至所述第一键合金属层表面和第二键合金属层表面相抵，并且所述键合凸起探伸至所述第三键合金属层内；
步骤604、持续挤压所述基体和盖板直至所述第一键合金属层与第二键合金属层和第三键合金属层键合稳固。
上述技术方案的效果为：本实施例提出的一种声表面滤波器的键合键合结构在键合金属层活性处理后存在一定软度易产生凹陷导致键合巩固性和强度较差的情况下，通过设置高度和深度不同的键合凸起和键合凹陷，使建和过程中通过高强度挤压使键合凸起连续穿过两层键合进出层，使第二键合金属层能够于第一键合金属层和第三键合金属层同时键合连接，进而最大程度上提高第二键合金属层与第一键合金属层和第三键合金属层之间，以及，第一键合金属层和第三键合金属层之间的键合稳固性和强度。另一方面，通过键合凸起的形状和尺寸设置能够在增加键合接触面积的同时，能够使键合凸起易最快的速度探伸至所述第三键合金属层内，防止尺寸和形状设计的缺陷导致键合凸起无法进入第三键合金属层内的问题发生。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种声表面滤波器的键合结构，其特征在于，所述键合结构包括第一键合金属层、第二键合金属层和第三键合金属层；所述第三键合金属层设置于所述声表面滤波器的盖板下表面的键合面上；所述第一键合金属层设置于所述第三键合金属层非盖板一侧的表面上；所述第二键合金属层设置于所述声表面滤波器的基体上表面与所述盖板进行键合的键合面上；所述第一键合金属层上设有多组键合凹槽；所述第二键合金属层上设置有与所述键合凹槽形状和数量相同，但高度与所述键合凹槽深度尺寸不同的多组键合凸起；
所述键合结构通过如下方式形成：
步骤1、在临时衬底上按照键合凹槽的形状和尺寸设置牺牲层区域；
步骤2、在所述牺牲层区域上表面制备第一键合金属层；其中，所述第一键合金属层的上表面相距于所述牺牲层区域最高顶点之间的垂直距离大于1.5μm且不得超过2.5μm；
步骤3、在所述声表面滤波器的基体的键合面上制备第二键合金属层；在所述声表面滤波器的盖板的键合面上制备第三键合金属层；
步骤4、在所述第一键合金属层和第三键合金属层的键合表面上进行研磨和活性处理，并在研磨和活性处理后将所述第一键合金属层与所述第三键合金属层进行键合连接；
步骤5、利用湿法腐蚀或干法蚀刻的方式去除临时衬底和牺牲层区域，使所述第一键合金属层上形成键合凹槽；
步骤6、将带有第二键合金属层的基体与带有第一键合金属层和第三键合金属层的盖板进行键合对接；
其中，步骤6所述将带有第二键合金属层的基体与带有第一键合金属层和第三键合金属层的盖板进行键合对接，包括：
步骤601、对所述第二键合金属层及键合凸起的表面进行研磨和活性处理，同时，对所述第一键合金属层及键合凹槽的表面进行研磨和活性处理；
步骤602、将所述第二键合金属层及键合凸起嵌于所述第一键合金属层及键合凹槽上；
步骤603、对所述基体和盖板进行相互挤压，使所述键合凸起在抵住所述键合凹槽底端时，继续向前延展挤压，直至所述第一键合金属层表面和第二键合金属层表面相抵，并且所述键合凸起探伸至所述第三键合金属层内；
步骤604、持续挤压所述基体和盖板直至所述第一键合金属层与第二键合金属层和第三键合金属层键合稳固。
2.根据权利要求1所述键合结构，其特征在于，每组所述键合凸起包括一个中心键合凸起和两个侧边键合凸起；所述中心键合凸起和侧边键合凸起的高度大于与所述中心键合凸起和侧边键合凸起对应的键合凹槽的深度。
3.根据权利要求2所述键合结构，其特征在于，所述中心键合凸起和侧边键合凸起的高度尺寸相比于所述中心键合凸起和侧边键合凸起对应的键合凹槽的深度尺寸的余量高度范围为3.0μm-5.0μm。
4.根据权利要求2所述键合结构，其特征在于，所述侧边键合凸起等间距分布于所述中心键合凸起的两侧；所述中心键合凸起和侧边键合凸起位于同一直线上；所述侧边键合凸起与所述中心键合凸起之间的直线距离范围为1.5μm-2μm。
5.根据权利要求2所述键合结构，其特征在于，所述中心键合凸起采用顶部为圆弧状的柱体结构；所述侧边键合凸起采用等边梯形柱体结构。
6.根据权利要求5所述键合结构，其特征在于，所述侧边键合凸起的上表面为正方形表面，并且，所述正方形表面的边长范围为0.7-1.2μm。
7.根据权利要求1所述键合结构，其特征在于，所述第一键合金属层与第三键合金属层的厚度之间的比例关系如下：
H3＝αH1，α∈[0.28,0.4]
其中，所述第一键合金属层的厚度范围为200μm-280μm；α表示厚度调整系数；H1和H3分别表示第一键合金属层与第三键合金属层的厚度值。
8.根据权利要求1所述键合结构，其特征在于，多组所述键合凸起在所述基体的键合面上的边沿处按照每两组键合凸起相互成100°-120°夹角的方式进行排列；并且，形成夹角的每两组键合凸起之间，向夹角收敛一侧的侧边键合之间最短直线距离凸范围为8μm-15μm。
9.一种声表面滤波器的键合方法，其特征在于，所述键合方法包括：
步骤1、在临时衬底上按照键合凹槽的形状和尺寸设置牺牲层区域；
步骤2、在所述牺牲层区域上表面制备第一键合金属层；其中，所述第一键合金属层的上表面相距于所述牺牲层区域最高顶点之间的垂直距离大于1.5μm且不得超过2.5μm；
步骤3、在所述声表面滤波器的基体的键合面上制备第二键合金属层；在所述声表面滤波器的盖板的键合面上制备第三键合金属层；
步骤4、在所述第一键合金属层和第三键合金属层的键合表面上进行研磨和活性处理，并在研磨和活性处理后将所述第一键合金属层与所述第三键合金属层进行键合连接；
步骤5、利用湿法腐蚀或干法蚀刻的方式去除临时衬底和牺牲层区域，使所述第一键合金属层上形成键合凹槽；
步骤6、将带有第二键合金属层的基体与带有第一键合金属层和第三键合金属层的盖板进行键合对接；
其中，步骤6所述将带有第二键合金属层的基体与带有第一键合金属层和第三键合金属层的盖板进行键合对接，包括：
步骤601、对所述第二键合金属层及键合凸起的表面进行研磨和活性处理，同时，对所述第一键合金属层及键合凹槽的表面进行研磨和活性处理；
步骤602、将所述第二键合金属层及键合凸起嵌于所述第一键合金属层及键合凹槽上；
步骤603、对所述基体和盖板进行相互挤压，使所述键合凸起在抵住所述键合凹槽底端时，继续向前延展挤压，直至所述第一键合金属层表面和第二键合金属层表面相抵，并且所述键合凸起探伸至所述第三键合金属层内；
步骤604、持续挤压所述基体和盖板直至所述第一键合金属层与第二键合金属层和第三键合金属层键合稳固。
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