CN114696776A - 声表面波滤波器的晶圆级封装方法及声表面波滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种声表面波滤波器的晶圆级封装方法以及声表面波滤波器。该声表面波滤波器的晶圆级封装方法包括：制备单层膜，其中，单层膜设置有若干过孔和若干凹槽；提供衬底，其中，衬底包括若干连接区和若干芯片区，芯片区设置有声表面波芯片，连接区设置有功能线路，功能线路与声表面波芯片电连接；将单层膜设置在衬底之上，其中，凹槽和芯片区共同围成空腔结构，声表面波芯片位于空腔结构内，过孔露出至少部分功能线路。本发明实施例提供的技术方案，简化了声表面波滤波器的晶圆级封装方法的工艺流程、降低了声表面波器件的成本、提高了声表面波器件的良率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种声表面波滤波器的晶圆级封装方法以及声表面波滤波器。
背景技术
声表面波滤波器具有体积小，重量轻，频率选择性强，一致性好，结构简单，易于批量生产等优点，已广泛应用于移动通信，遥控报警，电视广播，射频电子标签，传感器以及各类军用雷达、通信系统中，在国民经济和国防建设中发挥着重要作用。
现有技术在进行声表面波滤波器封装的过程中，通常是在设置有声表面波芯片的衬底之上依次形成第一层膜和第二层膜，且在衬底的支撑下需要分别对第一层膜和第二层膜进行蚀刻工艺，导致声表面波滤波器的封装方法的工艺流程复杂、成本较高、且良率不高。
发明内容
本发明提供了一种声表面波滤波器的晶圆级封装方法以及声表面波滤波器，以简化声表面波滤波器的晶圆级封装方法的工艺流程、降低声表面波器件的成本、提高声表面波器件的良率。
根据本发明的一方面，提供了一种声表面波滤波器的晶圆级封装方法，包括：
制备单层膜，其中，所述单层膜设置有若干过孔和若干凹槽；
提供衬底，其中，所述衬底包括若干连接区和若干芯片区，所述芯片区设置有声表面波芯片，所述连接区设置有功能线路，所述功能线路与所述声表面波芯片电连接；
将所述单层膜设置在所述衬底之上，其中，所述凹槽和所述芯片区共同围成空腔结构，所述声表面波芯片位于所述空腔结构内，所述过孔露出至少部分所述功能线路。
可选的，将所述单层膜设置在所述衬底的表面之前包括：
在所述衬底的连接区形成粘结层，其中，所述粘结层露出至少部分所述功能线路，以使所述单层膜的过孔露出至少部分所述功能线路。
可选的，制备单层膜，其中，所述单层膜设置有过孔和至少一个凹槽，所述过孔包围各所述凹槽包括：
提供单层膜；
通过半蚀刻工艺在所述单层膜的表面形成至少一个凹槽；
通过全蚀刻工艺在所述单层膜形成过孔，其中，所述过孔包围各所述凹槽。
可选的，将所述单层膜设置在所述衬底的表面之后还包括：
形成导电连接结构，所述导电连接结构的部分位于所述过孔内，且所述导电连接结构与所述功能线路电连接。
可选的，形成导电连接结构包括：
在所述过孔内形成导电柱。
可选的，在所述过孔内形成导电柱之后还包括：
在所述导电柱背离所述衬底的表面形成表面连接单元。
可选的，在所述导电柱背离所述衬底的表面形成表面连接单元包括：
通过化学沉积或者丝网印刷工艺在所述导电柱背离所述衬底的表面形成锡球，其中，所述锡球作为所述表面连接单元。
可选的，所述粘结层形成在所述衬底的连接区，将所述单层膜设置在所述衬底的表面包括：
加热所述粘结层或者通过紫外光照射所述粘结层，以通过所述粘结层将所述单层膜粘结在所述衬底的表面。
根据本发明的另一方面，提供了一种声表面波滤波器，包括：
单层膜，其中，所述单层膜设置有过孔和凹槽；
衬底，其中，所述衬底包括连接区和芯片区，所述芯片区设置有声表面波芯片，所述连接区设置有功能线路，所述功能线路与所述声表面波芯片电连接；
所述单层膜设置在所述衬底之上，其中，所述凹槽和所述芯片区共同围成空腔结构，所述声表面波芯片位于所述空腔结构内，所述过孔露出至少部分所述功能线路。
可选的，还包括导电连接结构，所述导电连接结构的部分位于所述过孔内，且所述导电连接结构与所述功能线路电连接。
本发明实施例提供的技术方案，将单层膜形成在衬底之上，减少了在衬底之上形成膜层的数量和次数，从而简化了声表面波滤波器的封装方法的工艺流程，降低了制备成本。且单层膜在形成在衬底上之前，单层膜包括凹槽和过孔，即本实施例中的技术方案无需在衬底的支撑下，来蚀刻单层膜，从而避免了衬底表面的声表面波芯片受到损伤，进而提高了声表面滤波器的良率。其中，凹槽和芯片区共同围成空腔结构，空腔结构用于将声表面波反射回声表面波芯片，从而提高了声表面波芯片的品质因数，降低了能量损耗；过孔露出至少部分功能线路，便于和其他器件实现电连接。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中提供的一种声表面波滤波器的封装方法的流程图；
图2是图1中声表面波滤波器的封装方法的各步骤对应的结构示意图；
图3是根据本发明实施例提供的一种声表面波滤波器的封装方法的流程图；
图4-图7是根据本发明实施例提供的一种声表面波滤波器的封装方法的各步骤对应的结构示意图；
图8是根据本发明实施例提供的另一种声表面波滤波器的封装方法的流程图；
图9-图11是根据本发明实施例提供的另一种声表面波滤波器的封装方法的各步骤对应的结构示意图；
图12是根据本发明实施例提供的又一种声表面波滤波器的封装方法的流程图；
图13是图12中S370包括的流程示意图；
图14-图20是根据本发明实施例提供的又一种声表面波滤波器的封装方法各步骤对应的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明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，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。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，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
正如上述背景技术中所述，现有技术在进行声表面波滤波器封装的过程中，通常是在设置有声表面波芯片的衬底之上依次形成第一层膜和第二层膜，且在衬底的支撑下，需要分别对第一层膜和第二层膜进行蚀刻工艺，导致声表面波滤波器的封装方法的工艺流程复杂、成本较高、且良率不高。图1是现有技术中提供的一种声表面波滤波器的封装方法的流程图。图2是图1中声表面波滤波器的封装方法的各步骤对应的结构示意图。参见图1和图2，现有技术中声表面波滤波器的封装方法包括：S11、提供衬底10，其中，衬底10包括连接区10a和芯片区10b，芯片区10b设置有声表面波芯片20，连接区10a设置有功能线路30，功能线路30与声表面波芯片20电连接。S12、在衬底10的表面形成第一层膜40。S13、通过蚀刻工艺在第一层膜40形成通槽40a，通槽40a露出声表面波芯片20。S14、在第一层膜40之上压合第二层膜50，其中，第二层膜50和通槽40a围成空腔结构60。S15、通过蚀刻工艺对第一层膜40和第二层膜50进行蚀刻工艺，形成过孔70，过孔70露出连接区10a的功能线路30，便于实现功能线路30将声表面波芯片20的电信号传输给其他器件。可见，现有的声表面波滤波器封装的过程中，需要在设置有声表面波芯片20的衬底10之上依次形成第一层膜40和第二层膜50；且在声表面波芯片20的衬底10之上形成第一层膜40之后，在衬底10之上形成第二层膜50之前，需要对第一层膜40进行蚀刻工艺；在形成第二层膜50之后还需要对第一层膜40和第二层膜50进行蚀刻工艺。综上，现有的声表面波滤波器封装的过程中，需要在设置有声表面波芯片20的衬底10之上形成膜层的次数过多，且需要分别对每一膜层分别进行蚀刻工艺，导致声表面波滤波器的封装方法的工艺流程复杂，成本较高；且对第一层膜40和第二层膜50进行蚀刻的过程中，衬底10均起到支撑作用，衬底10表面的声表面波芯片20很容易受到损伤，导致声表面器件的良率不高。
针对上述技术问题，本发明实施例提供了如下技术方案：
图3是根据本发明实施例提供的一种声表面波滤波器的封装方法的流程图。图4-图7是根据本发明实施例提供的一种声表面波滤波器的封装方法的各步骤对应的结构示意图。参见图3，该声表面波滤波器的封装方法包括如下步骤：
S110、制备单层膜，其中，单层膜设置有若干过孔和若干凹槽。
参见图4，单层膜100包括过孔100a和凹槽100b。示例性的，凹槽100b包括两个，过孔100a包括四个。单层膜100可以包括陶瓷衬底、玻璃基板或者硅片中的任意一种。在其他实施方式中，还可以根据实际需求设置过孔100a和凹槽100b的数量，本发明实施例对此不作限定。
可选的，过孔100a为柱形孔，便于管控过孔100a的寄生电容。
S120、提供衬底，其中，衬底包括若干连接区和若干芯片区，芯片区设置有声表面波芯片，连接区设置有功能线路，功能线路与声表面波芯片电连接。
参见图5，衬底200包括四个连接区200a和两个芯片区200b。芯片区200b设置有声表面波芯片300。声表面波芯片300包括压电材料基片以及位于压电材料基片表面的叉指换能器(inter-digital transducer，IDT)。声表面波芯片300的工作原理是：压电材料基片表面的叉指换能器的一端通过逆压电效应将输入的电信号转变成声信号，声信号沿压电材料基片表面传播，再由叉指换能器的另一端将声信号转变成电信号输出。整个声表面波芯片300的功能是：通过在压电材料基片表面传播的声信号的过程中滤除特定频率范围的声信号以实现滤波功能，并利用叉指换能器来完成声信号和电信号的转换。在其他实施方式中，还可以根据实际需求设置连接区200a和芯片区200b的数量，本发明实施例对此不作限定。
S130、将单层膜设置在衬底之上，其中，凹槽和芯片区共同围成空腔结构，声表面波芯片位于空腔结构内，过孔露出至少部分功能线路。
参见图6，将单层膜100设置在衬底200的表面，其中，凹槽100b和芯片区200b共同围成空腔结构500。声表面波芯片300位于空腔结构500内，过孔100a露出至少部分功能线路400。声表面波芯片300类似传感器，在各种不同频段进入叉指换能器时，叉指换能器会类似传感器发生震动，从而达到滤掉不需要的波段的效果。故该部分叉指换能器在工作时需要震动，因此不能有其他材料覆盖在其表面影响其震动频率。所以声表面波芯片300需要位于空腔结构500内。空腔结构500用于将声表面波反射回声表面波芯片300，从而提高了声表面波芯片300的品质因数，降低了能量损耗。且过孔100a和连接区200a一一对应设置，凹槽100b和芯片区200b一一对应设置。叉指换能器具体为插齿线路。功能线路400例如可以是金属铜制成的线路。
示例性的，衬底200可以为晶圆，通过在晶圆表面设置多个声表面波芯片300，在声表面波芯片300封装完成之后，参见图7，再对衬底200的切割区200c进行切割，可以得到独立的声表面波滤波器，其中，每一个声表面波滤波器中均包括声表面波芯片300，并通过声表面波芯片300来实现滤波功能。上述声表面波芯片300的封装方法称之为晶圆级封装方法。
本发明实施例提供的技术方案，将单层膜100形成在衬底200之上，减少了在衬底200之上形成膜层的数量和次数，从而简化了声表面波滤波器的封装方法的工艺流程，降低了制备成本。且单层膜100在形成在衬底200上之前，单层膜100包括凹槽100b和过孔100a，即本实施例中的技术方案无需在衬底200的支撑下，来蚀刻单层膜100，从而避免了衬底200表面的声表面波芯片20受到损伤，进而提高了声表面滤波器的良率。其中，凹槽100b和芯片区200b共同围成空腔结构500，空腔结构500用于将声表面波反射回声表面波芯片300，从而提高了声表面波芯片300的品质因数，降低了能量损耗；过孔100a露出至少部分功能线路400，便于和其他器件实现电连接。
图8是根据本发明实施例提供的另一种声表面波滤波器的封装方法的流程图。图9-图11是根据本发明实施例提供的另一种声表面波滤波器的封装方法的各步骤对应的结构示意图。参见图8，该声表面波滤波器的封装方法包括如下步骤：
S210、制备单层膜，其中，单层膜设置有若干过孔和若干凹槽。
S220、提供衬底，其中，衬底包括若干连接区和若干芯片区，芯片区设置有声表面波芯片，连接区设置有功能线路，功能线路与声表面波芯片电连接。
S210和S220的实施过程和有益效果参见S110和S120的实施过程和有意效果执行。
S230、在衬底的连接区形成粘结层，其中，粘结层露出至少部分功能线路，以使单层膜的过孔露出至少部分功能线路。
参见图9，在衬底200的连接区200a形成粘结层600，粘结层600露出部分功能线路400，便于功能线路400与其他器件实现电连接。
S240、将单层膜设置在衬底之上，其中，凹槽和芯片区共同围成空腔结构，声表面波芯片位于空腔结构内，过孔露出至少部分功能线路。
可选的，S240将单层膜设置在衬底的表面具体包括：
加热粘结层或者通过紫外光照射粘结层，以通过粘结层将单层膜粘结在衬底的表面。
示例性的，参见图10，示例性的，粘结层600包括紫外光敏胶，可以通过紫外线照射粘结层600，以实现通过粘结层600将单层膜100粘结在衬底200的表面。
可选的，参见图11，可以通过切割衬底200的切割区200c，得到独立的声表面波滤波器。其中，每一个声表面波滤波器中均包括声表面波芯片300，并通过声表面波芯片300来实现滤波功能。上述声表面波芯片300的封装方法称之为晶圆级封装方法。
在上述技术方案的基础上，本实施例通过粘结层600，以实现将单层膜100粘结在衬底200的表面，进而完成声表面波滤波器的封装。
图12是根据本发明实施例提供的又一种声表面波滤波器的封装方法的流程图。图13是图12中S370包括的流程示意图。图14-图20是根据本发明实施例提供的又一种声表面波滤波器的封装方法各步骤对应的结构示意图。参见图12，该声表面波滤波器的封装方法包括如下步骤：
S310、提供单层膜。
参见图14，提供单层膜100，并且在单层膜100靠近衬底200的表面形成第一掩膜版101，在单层膜100远离衬底200的表面形成第二掩膜版102。第一掩膜101露出图15中凹槽100b的所在区域。
S320、通过半蚀刻工艺在单层膜的表面形成若干凹槽。
参见图15，通过半蚀刻工艺对单层膜100靠近衬底200的表面进行半蚀刻，去除未被第一掩膜101覆盖的单层膜100的部分，以形成凹槽100b。
S330、通过全蚀刻工艺在单层膜形成若干过孔。
参见图16，去除的第一掩膜101和第二掩膜版102。参见图17，在单层膜100靠近衬底200的表面形成第三掩膜版103，在单层膜100远离衬底200的表面形成第四掩膜版104。去除图17中单层膜100过孔100a所在区域的第三掩膜版103和第四掩膜版104，然后通过全蚀刻工艺在单层膜100形成过孔100a。
S340、提供衬底，其中，衬底包括若干连接区和若干芯片区，芯片区设置有声表面波芯片，连接区设置有功能线路，功能线路与声表面波芯片电连接。
S350、在衬底的连接区形成粘结层，其中，粘结层露出至少部分功能线路，以使单层膜的过孔露出至少部分功能线路。
S360、将单层膜设置在衬底之上，其中，凹槽和芯片区共同围成空腔结构，声表面波芯片位于空腔结构内，过孔露出至少部分功能线路。
S340-S360的实施过程和有益效果参见S220-S240的实施过程和有益效果执行。
在上述技术方案的基础上，本实施例提供了单层膜100的制备过程，具体的，在将单层膜100形成在衬底200上之前，通过半蚀刻工艺制备了与衬底200的芯片区200b一一对应的凹槽100b，通过全蚀刻工艺制备了与衬底200的连接区200a一一对应的过孔100a。综上，本实施例中的技术方案无需在衬底200的支撑下，来蚀刻单层膜100，从而避免了衬底10表面的声表面波芯片20受到损伤，进而提高了声表面滤波器的良率。
可选的，参见图12，S360将单层膜设置在衬底的表面之后还包括：
S370、形成导电连接结构，导电连接结构的部分位于过孔内，且导电连接结构与功能线路电连接。
参见图18和图19，形成导电连接结构700，导电连接结构700的部分位于过孔内，且导电连接结构700与功能线路400电连接，以实现将功能线路400的电信号引至单层膜100远离衬底200的表面，便于和其他器件实现电连接。
可选的，参见图12，S370形成导电连接结构包括：
S3701、在过孔内形成导电柱。
参见图18，在过孔100a内形成导电柱701，导电柱701可以将功能线路400的电信号引至单层膜100远离衬底200的表面。导电柱701的寄生电容便于管控。
可选的，S3701、在过孔内形成导电柱之后还包括：
S3702、在导电柱背离衬底的表面形成表面连接单元。
参见图19，在导电柱背离衬底200的表面形成连接单元702。连接单元702示例性的为锡球。
可选的，S3702在导电柱背离衬底的表面形成表面连接单元包括：
通过化学沉积或者丝网印刷工艺在导电柱701背离衬底200的表面形成锡球，其中，锡球作为表面连接单元702。
在上述技术方案的基础上，本实施例进一步提供了导电连接结构700的制备过程，导电连接结构700的部分位于过孔100a内，且导电连接结构700与功能线路400电连接，以实现将功能线路400的电信号引至单层膜100远离衬底200的表面，便于和其他器件实现电连接。
本发明实施例还提供了一种声表面波滤波器。参见图7，该声表面波滤波器包括：单层膜100，其中，单层膜100设置有过孔和凹槽；衬底，其中，衬底200包括连接区200a和芯片区200b，芯片区200b设置有声表面波芯片300，连接区200a设置有功能线路400，功能线路400与声表面波芯片300电连接；单层膜100设置在衬底200之上，其中，凹槽和芯片区200b共同围成空腔结构500，声表面波芯片300位于空腔结构500内，过孔100a露出至少部分功能线路400。
本发明实施例提供的技术方案，将单层膜100形成在衬底200之上，减少了在衬底200之上形成膜层的数量和次数，从而简化了声表面波滤波器的封装方法的工艺流程，降低了制备成本。且单层膜100在形成在衬底200上之前，单层膜100包括凹槽100b和过孔100a，即本实施例中的技术方案无需在衬底200的支撑下，来蚀刻单层膜100，从而避免了衬底10表面的声表面波芯片20受到损伤，进而提高了声表面滤波器的良率。其中，凹槽100b和芯片区200b共同围成空腔结构500，空腔结构500用于将声表面波反射回声表面波芯片300，从而提高了声表面波芯片300的品质因数，降低了能量损耗；过孔100a露出至少部分功能线路400，便于和其他器件实现电连接。
可选的，参见图20，该声表面波滤波器还包括导电连接结构700，导电连接结构700的部分位于过孔100a内，且导电连接结构700与功能线路400电连接。
具体的，导电连接结构700的部分位于过孔100a内，且导电连接结构700与功能线路400电连接，以实现将功能线路400的电信号引至单层膜100远离衬底200的表面，便于和其他器件实现电连接。
可选的，参见图20，该声表面波滤波器还包括粘结层600，粘结层600包括紫外光敏胶，可以通过紫外线照射粘结层600，以实现通过粘结层600将单层膜100粘结在衬底200之上。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。
Claims (10)
1.一种声表面波滤波器的晶圆级封装方法，其特征在于，包括：
制备单层膜，其中，所述单层膜设置有若干过孔和若干凹槽；
提供衬底，其中，所述衬底包括若干连接区和若干芯片区，所述芯片区设置有声表面波芯片，所述连接区设置有功能线路，所述功能线路与所述声表面波芯片电连接；
将所述单层膜设置在所述衬底之上，其中，所述凹槽和所述芯片区共同围成空腔结构，所述声表面波芯片位于所述空腔结构内，所述过孔露出至少部分所述功能线路。
2.根据权利要求1所述的声表面波滤波器的晶圆级封装方法，其特征在于，将所述单层膜设置在所述衬底的表面之前包括：
在所述衬底的连接区形成粘结层，其中，所述粘结层露出至少部分所述功能线路，以使所述单层膜的过孔露出至少部分所述功能线路。
3.根据权利要求1所述的声表面波滤波器的晶圆级封装方法，其特征在于，制备单层膜，其中，所述单层膜设置有过孔和至少一个凹槽，所述过孔包围各所述凹槽包括：
提供单层膜；
通过半蚀刻工艺在所述单层膜的表面形成至少一个凹槽；
通过全蚀刻工艺在所述单层膜形成过孔，其中，所述过孔包围各所述凹槽。
4.根据权利要求1所述的声表面波滤波器的晶圆级封装方法，其特征在于，将所述单层膜设置在所述衬底的表面之后还包括：
形成导电连接结构，所述导电连接结构的部分位于所述过孔内，且所述导电连接结构与所述功能线路电连接。
5.根据权利要求4所述的声表面波滤波器的晶圆级封装方法，其特征在于，形成导电连接结构包括：
在所述过孔内形成导电柱。
6.根据权利要求5所述的声表面波滤波器的晶圆级封装方法，其特征在于，在所述过孔内形成导电柱之后还包括：
在所述导电柱背离所述衬底的表面形成表面连接单元。
7.根据权利要求6所述的声表面波滤波器的晶圆级封装方法，其特征在于，在所述导电柱背离所述衬底的表面形成表面连接单元包括：
通过化学沉积或者丝网印刷工艺在所述导电柱背离所述衬底的表面形成锡球，其中，所述锡球作为所述表面连接单元。
8.根据权利要求2所述的声表面波滤波器的晶圆级封装方法，其特征在于，所述粘结层形成在所述衬底的连接区，将所述单层膜设置在所述衬底的表面包括：
加热所述粘结层或者通过紫外光照射所述粘结层，以通过所述粘结层将所述单层膜粘结在所述衬底的表面。
9.一种声表面波滤波器，其特征在于，包括：
单层膜，其中，所述单层膜设置有过孔和凹槽；
衬底，其中，所述衬底包括连接区和芯片区，所述芯片区设置有声表面波芯片，所述连接区设置有功能线路，所述功能线路与所述声表面波芯片电连接；
所述单层膜设置在所述衬底之上，其中，所述凹槽和所述芯片区共同围成空腔结构，所述声表面波芯片位于所述空腔结构内，所述过孔露出至少部分所述功能线路。
10.根据权利要求9所述的声表面波滤波器，其特征在于，还包括导电连接结构，所述导电连接结构的部分位于所述过孔内，且所述导电连接结构与所述功能线路电连接。
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