CN114499433A - 一种空腔滤波器的封装结构及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空腔滤波器的封装结构及其制作方法，该封装结构包括滤波器芯片、盖帽层和密封结构，密封结构在所述滤波器芯片的非谐振区上形成闭合环形，在滤波器芯片的芯片焊盘上方设置有凸点，芯片焊盘设置在闭合环形的内部或者外部，盖帽层包括强化结构层以及分别嵌入在强化结构层中间隔设置的环状金属结构和块状金属结构，盖帽层与滤波器芯片之间通过对位结构将密封结构和凸点分别与环状金属结构和块状金属结构对位键合并在谐振区上方形成空腔，在盖帽层上远离空腔一侧的表面上设有金属引出端。通过对位结构可以实现对位，可有效改善芯片偏移、晶圆翘曲以及空腔的局限性，实现超薄封装，具备更优异性能的同时节省成本。

Description

一种空腔滤波器的封装结构及其制作方法

技术领域

本发明涉及晶圆级封装领域，尤其涉及一种空腔滤波器的封装结构及其制作方法。

背景技术

滤波器具有面积小、重量轻、损耗低和频率选择性好等优点，滤波器市场随着无线通信频段的增加而快速增长。滤波器在射频前端芯片中的应用范围十分广泛，双工器(Duplexer)和多工器(Multiplexer)内部的核心器件也是声表面波滤器(SAW)。声表面波滤器目前主要的封装技术还是用引线键合的陶瓷、金属、塑料封装、表面贴装和倒装焊等形式，现有的这类滤波器封装形式和结构存在以下缺点：

1、现有封装对基板及密封盖平整度要求严苛，容易引起产品可靠性失效。

2、器件安装准确性、信号导线的影响、焊接的角度等这一系列的不确定性便导致器件性能的不一致性，甚至对滤波器造成破坏。

3、现有的封装基板的尺寸较大，不满足当前尺寸小型化的要求。

4、现有部分封装形式封装厚度较厚，不满足当前射频模块的要求。

5、现有声表面波滤波器背面塑封时容易出现以下问题：塑封料过多的进入封装成的空腔内，导致性能下降或失效；塑封料填充不充分导致存在空隙，成品使用中会有水汽或其他材料入侵，影响产品可靠性；塑封料填孔形状、大小不受控，可能随着产品类型、材料批次、塑封表面状态的差异而变化，制程重复性、稳定性差等。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种空腔滤波器的封装结构及其制作方法。

为了实现以上目的，本发明的技术方案为：

一种空腔滤波器的封装结构，包括：

滤波器芯片，所述滤波器芯片包括谐振区以及所述谐振区以外的非谐振区，所述非谐振区上设有芯片焊盘，所述芯片焊盘上设有凸点；

密封结构，所述密封结构在所述滤波器芯片的非谐振区上形成闭合环形，所述芯片焊盘位于所述闭合环形的内部或者外部；

盖帽层，所述盖帽层包括强化结构层以及嵌入在所述强化结构层中间隔设置的环形金属结构和若干块状金属结构，所述环形金属结构和块状金属结构与所述强化结构层的表面平齐；

对位结构，设置在所述盖帽层上朝向所述滤波器芯片的表面，通过所述对位结构将所述滤波器芯片上的所述密封结构和凸点分别与所述环形金属结构和块状金属结构对位键合并在所述谐振区上方形成空腔；

金属引出端，设置在所述盖帽层上远离所述空腔一侧的表面。

作为优选，所述对位结构包括围挡层及在所述围挡层上的第一通孔和第二通孔，所述第一通孔和第二通孔分别与所述环形金属结构和块状金属结构的位置相对应。

作为优选，所述围挡层的材料为光刻胶或干膜，所述围挡层的厚度范围为10-40um。

作为优选，所述围挡层上设有裸露出所述盖帽层的第三通孔，所述空腔设置在经所述第三通孔裸露出的盖帽层和所述滤波器芯片之间。

作为优选，所述块状金属结构在所述滤波器芯片上的投影区域位于所述非谐振区。

作为优选，所述强化结构层为绝缘材料，所述盖帽层的厚度为20-50um。

作为优选，所述密封结构和所述凸点的材料为金属柱或者锡球，所述密封结构与所述凸点的厚度为5-60um。

作为优选，所述金属引出端为焊盘或焊球，所述盖帽层上方还设有覆盖在所述焊球周围的保护层。

一种基于上述的空腔滤波器的封装结构的制作方法，包括以下步骤：

1)提供滤波器晶圆，所述滤波器晶圆上设有滤波器芯片，所述滤波器芯片包括谐振区以及所述谐振区以外的非谐振区，所述非谐振区上设有芯片焊盘，在所述芯片焊盘上制作凸点，所述密封结构在所述滤波器芯片上的非谐振区上形成闭合环形，所述芯片焊盘位于所述闭合环形的内部或者外部，将所述滤波器晶圆进行切割，得到单个具有所述凸点和密封结构的滤波器芯片；

2)提供载板晶圆，所述载板晶圆表面覆盖有粘合层，在所述粘合层上方制作盖帽层，所述盖帽层包括强化结构层以及嵌入在所述强化结构层中间隔设置的环形金属结构和若干块状金属结构，所述环形金属结构和块状金属结构与所述强化结构层的表面平齐，并在所述盖帽层的表面制作对位结构；

3)通过所述对位结构将所述滤波器芯片上的所述密封结构和凸点分别与所述环形金属结构和块状金属结构进行对位键合以在所述谐振区上方形成空腔；

4)移除所述粘合层和所述载板晶圆，在所述盖帽层上方制作金属引出端。

作为优选，所述步骤2中在所述盖帽层的表面制作对位结构，具体包括：在所述盖帽层的表面制作围挡层，对所述围挡层进行图案化处理形成分别裸露出环形金属结构和块状金属结构的第一通孔和第二通孔。

作为优选，所述步骤2还包括：在所述围挡层上对应于所述滤波器芯片的谐振区的位置进行图案化处理形成第三通孔，经所述第三通孔裸露出的所述盖帽层与所述滤波器芯片之间形成所述空腔。

作为优选，所述步骤2中在所述粘合层上方制作盖帽层，具体包括：在所述粘合层上方制作所述环形金属结构和若干块状金属结构，在所述粘合层上方涂覆覆盖所述环形金属结构和块状金属结构的强化结构层，将所述强化结构层表面进行平坦化处理至裸露出所述环形金属结构和块状金属结构。

作为优选，所述块状金属结构在所述滤波器芯片上的投影区域位于所述非谐振区。

作为优选，所述步骤3中采用回流焊进行对位键合。

作为优选，所述金属引出端为焊盘，所述步骤4中在所述盖帽层上方制作金属引出端，具体包括：在所述块状金属结构上方制作焊盘。

作为优选，所述金属引出端为焊球，所述步骤4中在所述盖帽层上方制作金属引出端，具体包括：在所述块状金属结构上方制作焊球，在所述焊球周围的保护层。

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明是采用晶圆级封装形式先在载板晶圆上形成环形金属结构和块状金属结构，后将滤波器芯片上制作密封结构并且在芯片焊盘上做凸点，然后将切割后的滤波器芯片倒装贴在环形金属结构和块状金属结构上进行对位键合，环形金属结构和块状金属结构先形成而后采用对位键合，最后进行晶圆级封装，相比于现有技术在结构上省去了基板，并且采用晶圆级封装形式可减小封装的尺寸和厚度，具备较好的散热和电性能。

(2)本发明采用密封结构环绕在滤波器芯片的外围位置起到保护作用，省去了覆膜塑封，不仅可减少工艺步骤、节省成本，此外还能改善覆膜塑封可靠性不足、制程重复性差及稳定性差等缺点。

(3)本发明的空腔滤波器的封装结构利用凸点和密封结构形成空腔，不仅具备优异的抗模压性能，可应用于需求大空腔产品领域，且在成本上具备优势。

附图说明

图1为本申请的实施例一的空腔滤波器的封装结构的结构示意图；

图2a-2f为本申请的实施例一的空腔滤波器的封装结构的制作方法的流程示意图；

图3为本申请的实施例二的空腔滤波器的封装结构的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步解释。本发明的各附图仅为示意以更容易了解本发明，其具体比例可依照设计需求进行调整。文中所描述的图形中相对元件的上下关系以及正面/背面的定义，在本领域技术人员应能理解是指构件的相对位置而言，因此皆可以翻转而呈现相同的构件，此皆应同属本说明书所揭露的范围。

实施例一

参考图1，本申请的实施例提出了一种空腔滤波器的封装结构，包括滤波器芯片401、盖帽层301、密封结构407和对位结构。所述滤波器芯片401包括谐振区402以及所述谐振区402以外的非谐振区，所述非谐振区上设有芯片焊盘403，所述芯片焊盘403上设有凸点405。盖帽层301包括强化结构层304以及嵌入在强化结构层304中的环形金属结构306和块状金属结构302，环形金属结构306和块状金属结构302间隔设置在强化结构层304内，并且环形金属结构306和块状金属结构302与强化结构层304的表面齐平，所述密封结构407在所述滤波器芯片401的非谐振区上形成闭合环形，所述芯片焊盘403以及凸点405位于所述闭合环形的内部或者外部。也就是，密封结构407环绕在芯片焊盘403的外围形成密闭结构，避免水汽侵蚀或脏污进入滤波器芯片401内部，导致滤波器芯片401的性能受到影响。所述密封结构407和凸点405的材料为金属柱或者锡球，所述密封结构407和凸点405的厚度为5-60um。对位结构设置在所述盖帽层301上朝向所述滤波器芯片401的表面，通过所述对位结构将所述滤波器芯片401上的所述密封结构407和凸点405分别与所述环状金属结构306和块状金属结构302对位键合并在所述谐振区402上方形成空腔303，所述块状金属结构302上远离所述空腔303一侧的表面上设有金属引出端。滤波器芯片401可以是表面声波滤波器芯片(Surface Acoustic Wave，SAW)，但不局限于此，所述滤波器芯片401的第一表面的谐振区402需要在无外物接触或是覆盖情况下才能正常工作，也就是说，需要在滤波器芯片401的上方形成一个空腔303以保护该谐振区402。所述强化结构层304为绝缘材料，可以是有机材料如聚酰亚胺，或模塑料，或者有机材料和无机填料混合物。

在具体的实施例中，所述对位结构包括围挡层404以及在所述围挡层404上的第一通孔408和第二通孔406，所述第一通孔408和第二通孔406分别与所述环形金属结构306和块状金属结构302的位置相对应。其中，所述第一通孔408和第二通孔406还分别与滤波器芯片401上的密封结构407和凸点405的位置相对应，以方便对位键合。由于盖帽层301与围挡层404之间存在高度差，因此在制程过程中可以得到非常准确的对准区域，避免滤波器芯片401对位不准，发生移动等情况。在其他可选的实施例中，对位结构可以采用其他具有凹槽的结构等。

在具体的实施例中，所述围挡层404的材料为光刻胶或干膜，所述围挡层404的厚度范围为10-40um。所述围挡层404上设有裸露出所述盖帽层301的第三通孔，所述空腔303设置在经第三通孔裸露出的盖帽层301和所述滤波器芯片401之间。第三通孔成为空腔303的其中一部分。所述凸点405嵌入在所述第二通孔406内，所述凸点405的一端与所述芯片焊盘403连接，所述凸点405的另一端与所述块状金属结构302连接，因此可以实现芯片焊盘403、凸点405与块状金属结构302之间的电气连接。所述密封结构407嵌入在第一通孔408内与环形金属结构306连接，所述环形金属结构306和块状金属结构302的材料为金属或其他导电化合物，方便密封结构407与环形金属结构306键合连接，凸点405与块状金属结构302键合连接。所述密封结构407和凸点405的厚度为所述空腔303的厚度，两者可以调整空腔303的高度，可应用于需求大空腔产品领域。

在具体的实施例中，所述强化结构层304与环形金属结构306和块状金属结构302的厚度相同并且上下表面平齐，厚度均为20-50um。在块状金属结构302远离空腔303一侧的表面上设置有焊盘601作为金属引出端，通过块状金属结构302的位置和分布，可以实现晶圆级封装。由于仅仅采用盖帽层301与滤波器芯片401实现空腔303的效果，因此可以实现超薄封装。

与上述空腔滤波器的封装结构相对应的，本申请的实施例还提出了一种基于上述的空腔滤波器的封装结构的制作方法，包括以下步骤：

(1)参考图2a，提供滤波器晶圆，所述滤波器晶圆上设有滤波器芯片401，所述滤波器芯片401包括谐振区402以及所述谐振区402以外的非谐振区，所述非谐振区上设有芯片焊盘403，在所述芯片焊盘403上制作凸点405，所述密封结构407在所述滤波器芯片401的非谐振区上形成闭合环形，所述芯片焊盘403位于所述闭合环形的内部或者外部，然后将滤波器晶圆进行切割，切割下来成为一个个具有凸点405和密封结构407的滤波器芯片401。

(2)参考图2b、2c和2d，提供载板晶圆101，所述载板晶圆101表面覆盖有厚度为约100um的粘合层201，粘合层201的材料为热发泡膜。先在所述粘合层201上方制作厚度为20-50um的环形金属结构306和块状金属结构302，环形金属结构306和块状金属结构302同时制作在粘合层201上方，然后再在粘合层201上制作强化结构层304，强化结构层304覆盖住环形金属结构306和块状金属结构302，并对强化结构层304的表面进行平坦化处理，以裸露出所述环形金属结构306和块状金属结构302并使得强化结构层304的表面与环形金属结构306和块状金属结构302的表面平齐，强化结构层304以及嵌入在强化结构层304中的环形金属结构306和块状金属结构302构成盖帽层301。具体地，所述强化结构层304为绝缘材料，可以是有机材料如聚酰亚胺，或模塑料，或者有机材料和无机填料混合物，环形金属结构306和块状金属结构302可以为金属或其他导电化合物。在所述盖帽层301的表面制作对位结构。具体地，对位结构包括围挡层404以及在所述围挡层404上的第一通孔408和第二通孔406，围挡层404的材料为光刻胶或干膜，围挡层404的厚度范围为10-40um。在所述围挡层404上对应于所述环形金属结构306和块状金属结构302的位置进行图案化处理形成第一通孔408和第二通孔406。环形金属结构306和第一通孔408的位置与密封结构407相对应，块状金属结构302和第二通孔406的位置与滤波器芯片401的芯片焊盘403相对应，在围挡层404上形成的第二通孔406可以实现对位功能，避免滤波器芯片401与载板晶圆101键合时导致滤波器芯片401偏移。在所述围挡层404上对应于所述滤波器芯片401的谐振区402的位置进行图案化处理形成第三通孔，经所述第三通孔裸露出的所述盖帽层301与所述滤波器芯片401之间形成所述空腔303。在其他可选的实施例中，对位结构可以采用其他具有凹槽的结构等。

(3)参考图2e，将所述滤波器芯片401上的所述密封结构407和凸点405分别与所述载板晶圆101的所述第一通孔408和第二通孔406所裸露出的所述环形金属结构306和块状金属结构302进行对位键合以在所述谐振区402上方形成空腔303。该滤波器芯片401与块状金属结构302之间通过芯片焊盘403表面的凸点405实现电性互连。密封结构407与环形金属结构306之间键合连接，密封结构407和凸点405的材料可以为金属柱或锡球，所述环形金属结构305和块状金属结构302的材料为金属或其他导电化合物，因此采用回流焊或其他金属键合技术进行对位键合，键合后凸点405和密封结构407的高度为5-60um。当然凸点405和密封结构407也可以采用其他键合材料，键合的方式也可以根据需求进行选择。键合后滤波器芯片401的表面与围挡层404的表面之间的距离为10-20um，由于有密封结构407的存在，水汽等流入不了芯片功能区域，因此提高器件的可靠性。

(4)参考图2f和图1，移除所述粘合层201和所述载板晶圆101，由于粘合层201的材料为热发泡膜，采用加热方式促使粘合层201发泡以将载板晶圆101进行移除，移除粘合层201和载板晶圆101后将块状金属结构302裸露出来。在裸露出来的块状金属结构302上方制作金属引出端，金属引出端为焊盘601，具体方式是在块状金属结构302上方制作焊盘601。

本发明的晶圆级滤波器封装结构具有体积小、射频滤波性能好且可靠性高的优点，同时可以大幅优化生产工艺流程、降低产品成本。

实施例二

本申请的实施例二与实施例一的区别在于：参考图3，实施例二的金属引出端为焊球611，而不是焊盘，并且在焊球611的周围制作保护层711。焊球611也可以制作在块状金属结构302上的任意位置实现晶圆级封装；保护层711的材料包括干膜或光刻胶，保护层711覆盖在焊球611周围起到抗模压的作用，增加器件上方的抗压强度。其余与实施例一相同。

上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种空腔滤波器的封装结构及其制作方法，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims (16)

1.一种空腔滤波器的封装结构，其特征在于：包括：

滤波器芯片，所述滤波器芯片包括谐振区以及所述谐振区以外的非谐振区，所述非谐振区上设有芯片焊盘，所述芯片焊盘上设有凸点；

密封结构，所述密封结构在所述滤波器芯片的非谐振区上形成闭合环形，所述芯片焊盘位于所述闭合环形的内部或者外部；

盖帽层，所述盖帽层包括强化结构强化结构层以及嵌入在所述强化结构强化结构层中间隔设置的环形金属结构和若干块状金属结构，所述环形金属结构和块状金属结构与所述强化结构强化结构层的表面平齐；

对位结构，设置在所述盖帽层上朝向所述滤波器芯片的表面，通过所述对位结构将所述滤波器芯片上的所述密封结构和凸点分别与所述环形金属结构和块状金属结构对位键合并在所述谐振区上方形成空腔；

金属引出端，设置在所述盖帽层上远离所述空腔一侧的表面。

2.根据权利要求1所述的空腔滤波器的封装结构，其特征在于：所述对位结构包括围挡层及在所述围挡层上的第一通孔和第二通孔，所述第一通孔和第二通孔分别与所述环形金属结构和块状金属结构的位置相对应。

3.根据权利要求2所述的空腔滤波器的封装结构，其特征在于：所述围挡层的材料为光刻胶或干膜，所述围挡层的厚度范围为10-40um。

4.根据权利要求2所述的空腔滤波器的封装结构，其特征在于：所述围挡层上设有裸露出所述盖帽层的第三通孔，所述空腔设置在经所述第三通孔裸露出的盖帽层和所述滤波器芯片之间。

5.根据权利要求1所述的空腔滤波器的封装结构，其特征在于：所述块状金属结构在所述滤波器芯片上的投影区域位于所述非谐振区。

6.根据权利要求1所述的空腔滤波器的封装结构，其特征在于：所述强化结构层为绝缘材料，所述盖帽层的厚度为20-50um。

7.根据权利要求1所述的空腔滤波器的封装结构，其特征在于：所述密封结构和所述凸点的材料为金属柱或者锡球，所述密封结构与所述凸点的厚度为5-60um。

8.根据权利要求1所述的空腔滤波器的封装结构，其特征在于：所述金属引出端为焊盘或焊球，所述盖帽层上方还设有覆盖在所述焊球周围的保护层。

9.一种基于权利要求1-8中任一项所述的空腔滤波器的封装结构的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)提供滤波器晶圆，所述滤波器晶圆上设有滤波器芯片，所述滤波器芯片包括谐振区以及所述谐振区以外的非谐振区，所述非谐振区上设有芯片焊盘，在所述芯片焊盘上制作凸点，所述密封结构在所述滤波器芯片上的非谐振区上形成闭合环形，所述芯片焊盘位于所述闭合环形的内部或者外部，将所述滤波器晶圆进行切割，得到单个具有所述凸点和密封结构的滤波器芯片；

2)提供载板晶圆，所述载板晶圆表面覆盖有粘合层，在所述粘合层上方制作盖帽层，所述盖帽层包括强化结构层以及嵌入在所述强化结构层中间隔设置的环形金属结构和若干块状金属结构，所述环形金属结构和块状金属结构与所述强化结构层的表面平齐，并在所述盖帽层的表面制作对位结构；

3)通过所述对位结构将所述滤波器芯片上的所述密封结构和凸点分别与所述环形金属结构和块状金属结构进行对位键合以在所述谐振区上方形成空腔；

4)移除所述粘合层和所述载板晶圆，在所述盖帽层上方制作金属引出端。

10.根据权利要求9所述的空腔滤波器的封装结构的制作方法，其特征在于：所述步骤2中在所述盖帽层的表面制作对位结构，具体包括：在所述盖帽层的表面制作围挡层，对所述围挡层进行图案化处理形成分别裸露出环形金属结构和块状金属结构的第一通孔和第二通孔。

11.根据权利要求10所述的空腔滤波器的封装结构的制作方法，其特征在于：所述步骤2还包括：在所述围挡层上对应于所述滤波器芯片的谐振区的位置进行图案化处理形成第三通孔，经所述第三通孔裸露出的所述盖帽层与所述滤波器芯片之间形成所述空腔。

12.根据权利要求9所述的空腔滤波器的封装结构的制作方法，其特征在于：所述步骤2中在所述粘合层上方制作盖帽层，具体包括：在所述粘合层上方制作所述环形金属结构和若干块状金属结构，在所述粘合层上方涂覆覆盖所述环形金属结构和块状金属结构的强化结构层，将所述强化结构层表面进行平坦化处理至裸露出所述环形金属结构和块状金属结构。

13.根据权利要求9所述的空腔滤波器的封装结构的制作方法，其特征在于：所述块状金属结构在所述滤波器芯片上的投影区域位于所述非谐振区。

14.根据权利要求9所述的空腔滤波器的封装结构的制作方法，其特征在于：所述步骤3中采用回流焊进行对位键合。

15.根据权利要求9所述的空腔滤波器的封装结构的制作方法，其特征在于：所述金属引出端为焊盘，所述步骤4中在所述盖帽层上方制作金属引出端，具体包括：在所述块状金属结构上方制作焊盘。

16.根据权利要求9所述的空腔滤波器的封装结构的制作方法，其特征在于：所述金属引出端为焊球，所述步骤4中在所述盖帽层上方制作金属引出端，具体包括：在所述块状金属结构上方制作焊球，在所述焊球周围的保护层。

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