CN115842529B - 晶振元件的封装结构及封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶振元件的封装结构及封装方法，晶振元件的封装结构包括晶圆体、基板以及恒温晶振元件。所述晶圆体内形成有真空腔室，所述真空腔室的腔室壁上设置有在厚度方向贯穿所述腔室壁的导电柱；所述基板设置于所述真空腔室内，所述基板包括主体部以及与所述主体部间隔设置的支撑部，所述主体部悬空设置于所述真空腔室内，所述支撑部支撑于晶圆体的所述腔室壁上且通过绝热薄膜与所述主体部相连接；所述恒温晶振元件位于所述真空腔室内且设置于所述基板的主体部上，所述恒温晶振元件电连接所述导电柱。本发明的晶振元件的封装结构，采用独特的真空悬挂式封装结构，具有非常小的物理尺寸、低功耗、快速预热和严格的温度稳定性。

Description

晶振元件的封装结构及封装方法

技术领域

本发明是关于半导体封装技术领域，特别是关于一种晶振元件的封装结构级封装方法。

背景技术

石英晶体振荡器是电子电路中最重要的时钟频率器件，由晶体谐振器及其辅助电路组成。根据国际电工委员会(IEC)，石英晶体振荡器主要分为四类：简单封装晶体振荡器(SPXO)、压控晶体振荡器(VCXO)、温度补偿晶体振荡器(TCXO)和恒温晶体振荡器（OCXO）。其中，恒温晶体振荡器具有最高的稳定度、最低的老化水平、最优的相位噪声水平，在电力、通信、卫星导航、军用雷达、频谱测试设备等方面应用广泛。

由于石英晶体的振荡特性随温度的变化而变化，从而影响石英晶体振荡器的输出频率。恒温晶体振荡器是利用恒温槽使晶体振荡器或石英晶体振子的温度保持恒定，将由周围温度变化引起的振荡器输出频率变化量削减到最小的晶体振荡器，恒温槽的设置保证恒温晶体振荡器的频率稳定度。

然而随着电子信息技术的发展，装备在向小型化、低功耗方向发展，诸如微小卫星、无人机通信、绿色基站等应用环境对石英晶体振荡器的温度稳定度性，启动时间和功耗的要求越来越高，大部分恒温晶体振荡器无法满足上述要求。现有技术中的恒温晶体振荡器主要有以下问题：其一，目前现有的恒温晶体振荡器要想达到要目标稳定度，需要利用加热丝加热，每次预热时间较长，功耗较高。其二，由于现有的恒温晶体振荡器封装为普通封装形式，其受外部温度变化的影响较大。其三，目前为了提高温度稳定性而采用真空封装结构的晶体振荡器也因直接固定在高热导率材料上，无法达到高热隔离或稳定性效果。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种晶振元件的封装结构及封装方法，本发明的晶振元件的封装结构，采用独特的真空悬挂式封装结构，具有非常小的物理尺寸、低功耗、快速预热和严格的温度稳定性。

为实现上述目的，本发明的实施例提供了一种晶振元件的封装结构，包括晶圆体、基板以及恒温晶振元件。所述晶圆体内形成有真空腔室，所述真空腔室的腔室壁上设置有在厚度方向贯穿所述腔室壁的导电柱；所述基板设置于所述真空腔室内，所述基板包括主体部以及与所述主体部间隔设置的支撑部，所述主体部悬空设置于所述真空腔室内，所述支撑部支撑于晶圆体的所述腔室壁上且通过绝热薄膜与所述主体部相连接；所述恒温晶振元件位于所述真空腔室内且设置于所述基板的主体部上，所述恒温晶振元件电连接所述导电柱。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述晶振元件的封装结构还包括控温器件，所述控温器件设置于所述基板的主体部上，所述控温器件电连接所述导电柱。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述控温器件包括对恒温晶振元件温度进行检测的测温电阻和对恒温晶振元件温度进行调控的加热电阻。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述加热电阻和/或测温电阻围设于所述恒温晶振元件周围。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述恒温晶振元件与所述导电柱之间通过引线进行键合。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述控温器件与所述导电柱之间通过引线进行键合。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述基板上形成有金属布线层，所述金属布线层电连接所述导电柱以及所述恒温晶振元件和所述控温器件。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述基板的支撑部上设置有在厚度方向贯穿所述支撑部的导电支柱，所述导电支柱分别电连接所述金属布线层以及所述导电柱。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述真空腔室的腔室壁上设置有吸气剂。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述晶圆体包括第一晶圆，覆盖所述第一晶圆设置的第二晶圆以及形成于所述第一晶圆和所述第二晶圆之间的支撑壁，所述第一晶圆、所述第二晶圆以及所述支撑壁围合形成所述真空腔室，所述导电柱设置于所述第一晶圆上。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述第一晶圆与所述主体部相对的表面凹设形成有凹槽。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述基板的主体部在所述第一晶圆的厚度方向的投影位于所述凹槽内。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述支撑部设置成环形，所述主体部设置于所述支撑部围成的区域内，所述主体部与所述支撑部之间部分或者全部设置有所述绝热薄膜。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述绝热薄膜的材料为PI胶或者BCB胶。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述导电柱以及所述导电支柱的材料包含铜、钨、多晶硅，优选为铜。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述吸气剂的材料包括但不限于Ti，Co，Zr，Fe元素之一或其组合以及其氧化物，优选为Ti。

本发明还提供了一种晶振元件的封装方法，包括：提供第一晶圆，在所述第一晶圆上形成贯穿所述第一晶圆设置的导电柱；制备基板，所述基板包括主体部以及与所述主体部间隔设置的支撑部，所述支撑部与所述主体部之间通过绝热薄膜相连接；将所述基板的支撑部设置于所述第一晶圆上，且所述基板的主体部与所述第一晶圆之间间隔设置；提供恒温晶振元件，将所述恒温晶振元件设置于所述基板的主体部上且电连接所述导电柱；提供第二晶圆，将所述第二晶圆覆盖于所述第一晶圆上并包覆所述恒温晶振元件。

在本发明的一个或多个实施方式中，晶振元件的封装方法还包括：提供控温器件，将所述控温器件设置于所述基板的主体部上，将所述控温器件电连接所述导电柱。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述的将所述恒温晶振元件电连接所述导电柱，包括：通过引线键合方式将所述恒温晶振元件电连接所述导电柱。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述的将所述控温器件电连接所述导电柱，包括：通过引线键合方式将所述控温器件电连接所述导电柱。

在本发明的一个或多个实施方式中，晶振元件的封装方法还包括在所述第一晶圆上形成凹槽的步骤，所述基板的主体部与所述凹槽相对。

在本发明的一个或多个实施方式中，将所述第二晶圆覆盖于所述第一晶圆上并包覆所述恒温晶振元件的步骤之前，还包括：在所述第二晶圆表面沉积吸气剂的步骤，所述第二晶圆沉积有吸气剂的一侧覆盖所述恒温晶振元件。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述第二晶圆与所述第一晶圆之间形成有腔室，所述恒温晶振元件位于所述腔室内；所述封装方法还包括，对所述腔室进行抽真空处理。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述的制备基板的步骤，包括：提供一完整基板，所述完整基板具有相对设置的第一表面和第二表面，在所述完整基板的第一表面形成绝热薄膜；部分刻蚀所述完整基板的第二表面，直至所述绝热薄膜，形成相连接的主体部和支撑部。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述的将所述恒温晶振元件电连接所述导电柱，包括：在所述基板上形成金属布线层；将所述恒温晶振元件电连接所述金属布线层；在所述基板的支撑部上形成贯穿所述支撑部设置的导电支柱，所述导电支柱与所述金属布线层电连接；将所述导电支柱电连接所述导电柱。

与现有技术相比，本发明实施方式的晶振元件的封装结构，采用独特的真空悬挂式封装结构，具有非常小的物理尺寸、低功耗、快速预热和严格的温度稳定性。

本发明实施方式的晶振元件的封装结构，通过提供由基板的主体部和支撑部以及绝热薄膜构成的悬臂梁结构来做恒温晶振元件的绝热支撑，达到固体绝热的目的。

本发明实施方式的晶振元件的封装结构，控温器件布置在恒温晶振元件周围，可以达到均匀加温测温的目的。

本发明实施方式的晶振元件的封装结构，将基板、恒温晶振元件以及控温器件整体放置在真空的密封腔室中，同时设置吸气剂以保持腔室真空环境，降低气体热传导，从而达到绝热效果，减小了外界环境温度变化对恒温晶振元件频率波动的影响，同时提高内部真空密封腔室温度稳定性，减少器件不停工作而造成的热量过大，减少了预热时间，可以达到降低功耗的目的。稳定的温度环境对恒温晶振元件各方面性能的提升也有很大的帮助，延长了器件的使用寿命，从而提高整体器件的稳定性。

附图说明

图1是本发明实施例1的晶振元件的封装结构的结构示意图；

图2是本发明实施例1的晶振元件的封装结构中的恒温晶振元件，控温器件的俯视图；

图3是本发明实施例1的晶振元件的封装方法的流程示意图；

图4a~图4e是本发明实施例1的晶振元件的封装方法的步骤示意截面图；

图5a~图5d是本发明实施例1的晶振元件的封装方法的步骤示意俯视图；

图6是本发明实施例2的晶振元件的封装结构的结构示意图；

图7是本发明一实施方式的晶振元件的封装结构的俯视图（未覆盖第二晶圆）；

图8是本发明又一实施方式的晶振元件的封装结构的俯视图（未覆盖第二晶圆）；

图9是本发明再一实施方式的晶振元件的封装结构的俯视图（未覆盖第二晶圆）；

图10是本发明实施例2的晶振元件的封装方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

本发明提出了一种晶振元件的封装结构，将基板设置成通过绝热薄膜连接的两部分，并将恒温晶振元件设置于其中一部分上，另一部分作为整体的支撑结构进行真空封装，可大大降低整体结构的功耗，使得整体结构具有严格的温度稳定性。

以下结合具体实施例，对本申请的晶振元件的封装结构进行详细阐述。

实施例1：

如图1所示，一种晶振元件的封装结构包括晶圆体10，基板20，恒温晶振元件30以及控温器件40。晶圆体10内形成有真空腔室101，真空腔室101的腔室壁上设置有在厚度方向贯穿腔室壁的导电柱102。基板20设置于真空腔室101内，基板20包括主体部21以及与主体部21间隔设置的支撑部22，主体部21悬空设置于真空腔室101内，支撑部22支撑于晶圆体10的腔室壁上且通过绝热薄膜23与主体部21相连接。恒温晶振元件30位于真空腔室101内且设置于基板20的主体部21上，恒温晶振元件30电连接导电柱102。控温器件40设置于基板20的主体部21上，控温器件40电连接导电柱102。

晶圆体10包括第一晶圆11，覆盖第一晶圆11设置的第二晶圆12以及形成于第一晶圆11和第二晶圆12之间的支撑壁13，第一晶圆11、第二晶圆12以及支撑壁13围合形成真空腔室101。

第一晶圆11正对第二晶圆12设置的表面上通过刻蚀技术在中部形成有一个凹槽111，凹槽111的设置使得基板20的部分能与第一晶圆11之间悬空设置，以阻碍基板20的主体部21与第一晶圆11的热传导。第一晶圆11上于凹槽111的周围通过TSV技术形成有若干个通孔，通孔的数量根据器件电极需要进行设置，所有通孔均沿第一晶圆11的厚度方向贯穿第一晶圆11设置。通孔内填充有导电金属，以形成导电柱102，导电柱102的上方可以根据需要制作电极焊盘103，便于后续与恒温晶振元件以及控温器件的电连接。导电柱102的材料包含铜、钨、多晶硅，优选为铜。

第一晶圆11和/或第二晶圆12和/或支撑臂13上于真空腔室101所对应的腔室壁上沉积有薄膜吸气剂104，吸气剂104可以提高真空腔室101内的真空度，吸除剩余气体和高温工作后各零件放出的气体，以长期保持真空腔室101内的高真空状态，延长恒温晶振元件的使用寿命，提高稳定性。吸气剂104的材料包括但不限于Ti，Co，Zr，Fe元素之一或其组合以及其氧化物，吸气剂104的材料优选为Ti。

基板20优选为硅基板，基板20包括主体部21以及与主体部21间隔设置的支撑部22，主体部21悬空设置于第一晶圆11的上方，且正对凹槽111设置。基板20的主体部21的尺寸小于凹槽111的尺寸，以使主体部21在第一晶圆11的厚度方向的投影位于凹槽111内。基板20的主体部21用来承载恒温晶振元件30和控温器件40。支撑部22被设置成环形，支撑于第一晶圆11上且位于凹槽111的周围。主体部21设置于支撑部22所围成的区域内，主体部21与支撑部22之间部分或者全部设置有绝热薄膜23。其中，可以通过MEMS工艺使基板20的主体部21以及支撑部22通过绝热薄膜23相连。

示例性的，提供一完整基板，在完整基板的第一表面涂敷一层粘附剂，通过旋转方式在第一表面的粘附剂表面涂覆一层液态PI胶或BCB胶，并固化，以在完整基板的第一表面形成PI/BCB绝热薄膜。部分刻蚀完整基板的第二表面，直至绝热薄膜23，即得到只通过一层绝热薄膜23连接的“镂空”结构。绝热薄膜23充当支撑恒温晶振元件30和控温器件40的梁的作用。由于PI/BCB胶形成的绝热薄膜23具有低热导率，高耐热性、高拉伸强度，具有良好的抗弯特性及良好的综合性能，因此，绝热薄膜23的拉伸力足以支撑承载恒温晶振元件30和控温器件40。通过上述“梁”结构，实现了恒温晶振元件30和控温器件40的固体绝热。

基板20的支撑部22上利用同样的TSV技术制作用于支撑和提供电连接的导电支柱221，导电支柱221和第一晶圆11上的导电柱102位置相对应，导电支柱221和导电柱102之间通过电极焊盘103相连接。导电支柱221的材料包含铜、钨、多晶硅，优选为铜。

基板20的表面通过RDL（Re Distribution Layer）重布线工艺形成有金属布线层24。金属布线层24上形成有输入输出接口（I/O接口）。金属布线层24通过导电支柱221电连接导电柱102，且金属布线层24与恒温晶振元件30和控温器件40之间电连接。

恒温晶振元件30通过粘合剂贴装固定在基板20的主体部21上，恒温晶振元件30的引脚连接至金属布线层24的I/O接口。

参考图2所示，控温器件40设置于基板20的主体部21上。控温器件40包括测温电阻41和加热电阻42。测温电阻41和加热电阻42的输入端和输出端均分别电连接至金属布线层24的不同的I/O接口。测温电阻41围设于恒温晶振元件30的周围，用于对恒温晶振元件30的温度进行监测。加热电阻42同样围设于恒温晶振元件30的四周，用于根据测温电阻41的反馈对恒温晶振元件30的温度进行调控，以便于恒温晶振元件30能快速升温并受热均匀，使其实现独立控温且不受外界环境影响。

图3是本发明实施例1的晶振元件的封装方法的工艺流程图，图4a~图4e是本发明实施例1的晶振元件的封装方法的步骤示意截面图，图5a~图5d是本发明实施例1的晶振元件的封装方法的步骤示意俯视图。下面结合晶振元件的封装方法的步骤示意图，对本发明的晶振元件的封装方法进行详细阐述。

参考图3所示，本发明一实施方式提供了一种晶振元件的封装方法，其具体步骤包括：

步骤301：提供第一晶圆，在第一晶圆上形成凹槽以及贯穿第一晶圆设置的导电柱。

如图4a和图5a所示，提供第一晶圆11，利用刻蚀工艺在第一晶圆11上形成方形凹槽111。在第一晶圆11上利用TSV技术制作导电柱102。示例性的，在第一晶圆11上于凹槽111的周围通过TSV技术形成有若干个通孔，通孔的数量根据器件电极需要进行设置，所有通孔均沿第一晶圆11的厚度方向贯穿第一晶圆11设置。通孔内填充导电金属以形成导电柱102。基于恒温晶振元件30，测温电阻41和加热电阻42三个器件的设置，需要6个导电柱102，然后在导电柱102的上方制作图形化金属，即电极焊盘103。

步骤302：制备基板。

如图4b和图5b所示，基板20包括主体部21以及与主体部21间隔设置的支撑部22，支撑部22与主体部21之间通过绝热薄膜23相连接。基板20的支撑部22上设置有导电支柱221。导电支柱221的材料包含铜、钨、多晶硅，优选为铜。

示例性的，提供一完整基板，在完整基板的边缘利用TSV技术形成6个导电支柱221，导电支柱221位置与第一晶圆11上的导电柱102的位置相对应。在完整基板的第一表面涂敷一层粘附剂，通过旋转方式在第一表面的粘附剂表面涂覆一层液态PI胶或BCB胶，并固化，以在完整基板的第一表面形成PI/BCB绝热薄膜。部分刻蚀完整基板的第二表面，直至绝热薄膜23，即得到只通过一层绝热薄膜23连接的“镂空”结构。绝热薄膜23充当支撑恒温晶振元件30和控温器件40的梁的作用。由于PI/BCB胶形成的绝热薄膜23具有低热导率，高耐热性、高拉伸强度，具有良好的抗弯特性及良好的综合性能，因此，绝热薄膜23的拉伸力足以支撑承载恒温晶振元件30和控温器件40。对基板20的支撑部22上。再将RDL布线工艺应用到基板20上形成金属布线层24，金属布线层24可从绝热薄膜23上经过（图中未示出），金属布线层24与导电支柱221电连接。

步骤303：提供恒温晶振元件和控温器件，将恒温晶振元件和控温器件设置于基板的主体部上且电连接金属布线层。

如图4c和图5c所示，提供恒温晶振元件30和控温器件40。控温器件40包括测温电阻41和加热电阻42。将恒温晶振元件30，测温电阻41和加热电阻42贴装到基板20的主体部21的相应位置，并确保各自的引脚与金属布线层24电连接。其中，测温电阻41围设于恒温晶振元件30的周围，用于对恒温晶振元件30的温度进行监测。加热电阻42同样围设于恒温晶振元件30的四周，用于根据测温电阻41的反馈对恒温晶振元件30的温度进行调控，以便于恒温晶振元件30能快速升温并受热均匀，使其实现独立控温且不受外界环境影响。

步骤304：将基板的支撑部设置于第一晶圆上，且基板的主体部与第一晶圆之间间隔设置。

如图4d和图5d所示，将基板20的支撑部22设置于第一晶圆10上，且位于凹槽111的周围，基板20的导电支柱221与第一晶圆11上的导电柱102电连接。基板20的主体部21位于凹槽111的正上方且与第一晶圆11之间间隔设置。

步骤305：提供第三晶圆，将第三晶圆刻蚀出容置孔，形成支撑壁，将第三晶圆和第一晶圆进行对准晶圆级键合。其中，容置孔的尺寸足以容纳基板。

步骤306：提供第二晶圆，在第二晶圆表面沉积吸气剂，将第二晶圆沉积有吸气剂的一侧覆盖于第一晶圆上并包覆基板。

如图4e所示，提供第二晶圆12，通过物理气相沉积(pvd)工艺：溅射或蒸发或二者的组合在第二晶圆12上附着薄膜吸气剂104。将第二晶圆12沉积有吸气剂104的一侧与支撑壁进行真空键合，将恒温晶振元件30、测温电阻41和加热电阻42封装到一个真空腔室内，最终获得低功耗恒温晶振元件的封装结构。

其中，第一晶圆11的材料包含硅和玻璃；第三晶圆的材料为硅；导电柱102以及导电支柱221的材料包含铜、钨、多晶硅，优选铜；吸气剂104的材料包括且不限于下述几种元素之一或其组合以及其氧化物：Ti，Co，Zr，Fe。优选Ti。

需要说明的是，本发明的制造过程中，会利用到MEMS工艺，MEMS工艺主要指以光刻、外延、薄膜淀积、氧化、扩散、注入、溅射、蒸镀、刻蚀、划片和封装等为基本工艺步骤来制造复杂三维形体的微加工技术。

本实施例的晶振元件的封装方法，采用基于RDL（Re Distribution Layer）布线于悬臂梁结构（基板主体部和支撑部通过绝热薄膜连接）来进行低功耗恒温晶振元件的晶圆级封装。本实施例的低功耗恒温晶振元件可通过批量化制作、封装，同时获得多个恒温晶振元件封装结构，最后再切割形成单个的低功耗恒温晶振元件封装结构，具有批量化生产、生产速度快和价格低廉的优势。

上述实施例仅就一个低功耗恒温晶振元件的封装结构进行详细说明，其他多个低功耗恒温晶振的结构与本实施例的相同。应当说明的是，集中制作过程中涉及到同一工艺的均可同时进行。

实施例2：

参考图6所示，实施例2又提供了一晶振元件的封装结构，包括晶圆体10，基板20，恒温晶振元件30以及控温器件40。晶圆体10内形成有真空腔室101，真空腔室101的腔室壁上设置有在厚度方向贯穿腔室壁的多个导电柱102。基板20设置于真空腔室101内，基板20包括主体部21以及与主体部21间隔设置的支撑部22，主体部21悬空设置于真空腔室101内，支撑部22支撑于晶圆体10的腔室壁上且通过绝热薄膜23与主体部21相连接。恒温晶振元件30位于真空腔室101内且设置于基板20的主体部21上，恒温晶振元件30电连接导电柱102。控温器件40设置于基板20的主体部21上，控温器件40电连接导电柱102。

晶圆体10包括第一晶圆11，覆盖第一晶圆11设置的第二晶圆12以及形成于第一晶圆11和第二晶圆12之间的支撑壁13，第一晶圆11、第二晶圆12以及支撑壁13围合形成真空腔室101。

第一晶圆11正对第二晶圆12设置的表面上通过刻蚀技术在中部形成有一个凹槽111，凹槽111的设置使得基板20的部分能与第一晶圆11之间悬空设置，以阻碍基板20与第一晶圆11的热传导。第一晶圆11上于凹槽111的周围通过TSV技术形成有若干个通孔，通孔的数量根据器件电极需要进行设置，所有通孔均沿第一晶圆11的厚度方向贯穿第一晶圆11设置。通孔内填充有导电金属，以形成导电柱102，导电柱102的上方可以根据需要制作电极焊盘103，便于后续与恒温晶振元件以及控温器件的电连接。导电柱102的材料包含铜、钨、多晶硅，优选为铜。

第一晶圆11和/或第二晶圆12和/或支撑臂13上于真空腔室101所对应的腔室壁上沉积有薄膜吸气剂104，吸气剂104可以提高真空腔室101内的真空度，吸除剩余气体和高温工作后各零件放出的气体，以长期保持真空腔室101内的高真空状态，延长恒温晶振元件的使用寿命，提高稳定性。吸气剂104的材料包括但不限于Ti，Co，Zr，Fe元素之一或其组合以及其氧化物，吸气剂104的材料优选为Ti。

基板20优选为硅基板，基板20包括主体部21以及与主体部21间隔设置的支撑部22，主体部21悬空设置于第一晶圆11的上方，且正对凹槽111设置。基板20的主体部21的尺寸小于凹槽111的尺寸，以使主体部21在第一晶圆11的厚度方向的投影位于凹槽111内。基板20的主体部21用来承载恒温晶振元件30和控温器件40。支撑部22被设置成环形，支撑于第一晶圆11上且位于凹槽111的周围。主体部21设置于支撑部22所围成的区域内，主体部21与支撑部22之间部分或者全部设置有绝热薄膜23。其中，可以通过MEMS工艺使基板20的主体部21以及支撑部22通过绝热薄膜23相连。

示例性的，基板20的主体部21和支撑部22之间的绝热薄膜23构成类似“井”字形结构，如图7所示。亦或者，基板20的主体部21和支撑部22之间的绝热薄膜23呈类似X型设置，如图8所示。再或者，基板20的主体部21和支撑部22之间的绝热薄膜23为一张整膜结构，如图9所示。

示例性的，提供一完整基板，在完整基板的第一表面涂敷一层粘附剂，通过旋转方式在第一表面的粘附剂表面涂覆一层液态PI胶或BCB胶，并固化，以在完整基板的第一表面形成PI/BCB绝热薄膜。部分刻蚀完整基板的第二表面，直至绝热薄膜23，即得到只通过一层绝热薄膜23连接的“镂空”结构。绝热薄膜23充当支撑恒温晶振元件30和控温器件40的梁的作用。由于PI/BCB胶形成的绝热薄膜23具有低热导率，高耐热性、高拉伸强度，具有良好的抗弯特性及良好的综合性能，因此，绝热薄膜23的拉伸力足以支撑承载恒温晶振元件30和控温器件40。通过上述“梁”结构，实现了恒温晶振元件30和控温器件40的固体绝热。

恒温晶振元件30通过粘合剂贴装固定在基板20的主体部21上，恒温晶振元件30的引脚连接通过引线键合工艺直接电连接至导电柱102上。

控温器件40设置于基板20的主体部21上。控温器件40包括测温电阻41和加热电阻42。测温电阻41和加热电阻42的输入端和输出端均分别电连接至不同的导电柱102上。测温电阻41围设于恒温晶振元件30的周围，用于对恒温晶振元件30的温度进行监测。加热电阻42同样围设于恒温晶振元件30的四周，用于根据测温电阻41的反馈对恒温晶振元件30的温度进行调控，以便于恒温晶振元件30能快速升温并受热均匀，使其实现独立控温且不受外界环境影响。

参考图10所示，本实施例还提供了一种晶振元件的封装方法，包括：

步骤701：提供第一晶圆，在第一晶圆上形成凹槽以及贯穿第一晶圆设置的导电柱。

步骤702：制备基板。基板包括主体部以及与主体部间隔设置的支撑部，支撑部与主体部之间通过绝热薄膜相连接。

步骤703：提供恒温晶振元件和控温器件，将恒温晶振元件和控温器件设置于基板的主体部。

步骤704：将基板的支撑部设置于第一晶圆上，且基板的主体部与第一晶圆之间间隔设置。

步骤705：将恒温晶振元件和控温器件与第一晶圆的导电柱之间引线键合。

步骤706：提供第三晶圆，将第三晶圆刻蚀出容置孔，形成支撑壁，将第三晶圆和第一晶圆进行对准晶圆级键合。

步骤707：提供第二晶圆，在第二晶圆表面沉积吸气剂，将第二晶圆沉积有吸气剂的一侧覆盖于第一晶圆上并包覆基板。

与现有技术相比，本发明实施方式的晶振元件的封装结构，采用独特的真空悬挂式封装结构，具有非常小的物理尺寸、低功耗、快速预热和严格的温度稳定性。

本发明实施方式的晶振元件的封装结构，通过提供由基板的主体部和支撑部以及绝热薄膜构成的悬臂梁结构来做恒温晶振元件的绝热支撑，达到固体绝热的目的。

本发明实施方式的晶振元件的封装结构，控温器件布置在恒温晶振元件周围，可以达到均匀加温测温的目的。

本发明实施方式的晶振元件的封装结构，将基板、恒温晶振元件以及控温器件整体放置在真空的密封腔室中，同时设置吸气剂以保持腔室真空环境，降低气体热传导，从而达到绝热效果，减小了外界环境温度变化对恒温晶振元件频率波动的影响，同时提高内部真空密封腔室温度稳定性，减少器件不停工作而造成的热量过大，减少了预热时间，可以达到降低功耗的目的。稳定的温度环境对恒温晶振元件各方面性能的提升也有很大的帮助，延长了器件的使用寿命，从而提高整体器件的稳定性。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (19)

1.一种晶振元件的封装结构，其特征在于，包括：

晶圆体，所述晶圆体内形成有真空腔室，所述真空腔室的腔室壁上设置有在厚度方向贯穿所述腔室壁的导电柱；

基板，设置于所述真空腔室内，所述基板包括主体部以及与所述主体部间隔设置的支撑部，所述主体部悬空设置于所述真空腔室内，所述支撑部支撑于晶圆体的所述腔室壁上且通过绝热薄膜与所述主体部相连接；

恒温晶振元件，位于所述真空腔室内且设置于所述基板的主体部上，所述恒温晶振元件电连接所述导电柱。

2.如权利要求1所述的晶振元件的封装结构，其特征在于，还包括控温器件，所述控温器件设置于所述基板的主体部上，所述控温器件电连接所述导电柱。

3.如权利要求2所述的晶振元件的封装结构，其特征在于，所述控温器件包括对恒温晶振元件温度进行检测的测温电阻和对恒温晶振元件温度进行调控的加热电阻。

4.如权利要求3所述的晶振元件的封装结构，其特征在于，所述加热电阻和/或测温电阻围设于所述恒温晶振元件周围。

5.如权利要求2所述的晶振元件的封装结构，其特征在于，所述基板上形成有金属布线层，所述金属布线层电连接所述导电柱以及所述恒温晶振元件和所述控温器件。

6.如权利要求5所述的晶振元件的封装结构，其特征在于，所述基板的支撑部上设置有在厚度方向贯穿所述支撑部的导电支柱，所述导电支柱分别电连接所述金属布线层以及所述导电柱。

7.如权利要求1所述的晶振元件的封装结构，其特征在于，所述真空腔室的腔室壁上设置有吸气剂。

8.如权利要求1所述的晶振元件的封装结构，其特征在于，所述晶圆体包括第一晶圆，覆盖所述第一晶圆设置的第二晶圆以及形成于所述第一晶圆和所述第二晶圆之间的支撑壁，所述第一晶圆、所述第二晶圆以及所述支撑壁围合形成所述真空腔室，所述导电柱设置于所述第一晶圆上。

9.如权利要求8所述的晶振元件的封装结构，其特征在于，所述第一晶圆与所述主体部相对的表面凹设形成有凹槽。

10.如权利要求9所述的晶振元件的封装结构，其特征在于，所述基板的主体部在所述第一晶圆的厚度方向的投影位于所述凹槽内。

11.如权利要求1所述的晶振元件的封装结构，其特征在于，所述支撑部设置成环形，所述主体部设置于所述支撑部围成的区域内，所述主体部与所述支撑部之间部分或者全部设置有所述绝热薄膜。

12.如权利要求1所述的晶振元件的封装结构，其特征在于，所述绝热薄膜的材料为PI胶或者BCB胶。

13.一种晶振元件的封装方法，其特征在于，包括：

提供第一晶圆，在所述第一晶圆上形成贯穿所述第一晶圆设置的导电柱；

制备基板，所述基板包括主体部以及与所述主体部间隔设置的支撑部，所述支撑部与所述主体部之间通过绝热薄膜相连接；

将所述基板的支撑部设置于所述第一晶圆上，且所述基板的主体部与所述第一晶圆之间间隔设置；

提供恒温晶振元件，将所述恒温晶振元件设置于所述基板的主体部上且电连接所述导电柱；

提供第二晶圆，将所述第二晶圆覆盖于所述第一晶圆上并包覆所述恒温晶振元件。

14.如权利要求13所述的晶振元件的封装方法，其特征在于，还包括：

提供控温器件，将所述控温器件设置于所述基板的主体部上，将所述控温器件电连接所述导电柱。

15.如权利要求13所述的晶振元件的封装方法，其特征在于，还包括在所述第一晶圆上形成凹槽的步骤，所述基板的主体部与所述凹槽相对。

16.如权利要求13所述的晶振元件的封装方法，其特征在于，将所述第二晶圆覆盖于所述第一晶圆上并包覆所述恒温晶振元件的步骤之前，还包括：在所述第二晶圆表面沉积吸气剂的步骤，所述第二晶圆沉积有吸气剂的一侧覆盖所述恒温晶振元件。

17.如权利要求13所述的晶振元件的封装方法，其特征在于，所述第二晶圆与所述第一晶圆之间形成有腔室，所述恒温晶振元件位于所述腔室内；

所述封装方法还包括，对所述腔室进行抽真空处理。

18.如权利要求13所述的晶振元件的封装方法，其特征在于，所述制备基板的步骤，包括：

提供一完整基板，所述完整基板具有相对设置的第一表面和第二表面，在所述完整基板的第一表面形成绝热薄膜；

部分刻蚀所述完整基板的第二表面，直至所述绝热薄膜，形成相连接的主体部和支撑部。

19.如权利要求13所述的晶振元件的封装方法，其特征在于，所述的将所述恒温晶振元件电连接所述导电柱，包括：

在所述基板上形成金属布线层；

将所述恒温晶振元件电连接所述金属布线层；

在所述基板的支撑部上形成贯穿所述支撑部设置的导电支柱，所述导电支柱与所述金属布线层电连接；

将所述导电支柱电连接所述导电柱。

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