CN116261388B - 半导体封装体用叉指电极的制备方法及半导体封装体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体封装体用叉指电极的制备方法及半导体封装体，用以解决现有用于射频前端的半导体封装体谐振频率低的问题。其中，所述半导体封装体用叉指电极的制备方法，包括以下步骤：提供与叉指电极相配合的印章；所述印章通过转印技术在压电衬底上形成叉指电极，所述叉指电极的线宽为0.2~0.4μm。本发明制备方法可以缩小叉指电极的线宽，不同于传统的光刻方法在制造细线宽电极时对设备和工艺的高要求，采用转印技术可制备更细线宽，工艺方法简单，印章可重复使用，有利于批量制备高频器件。

Description

半导体封装体用叉指电极的制备方法及半导体封装体

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种半导体封装体用叉指电极的制备方法及半导体封装体。

背景技术

随着5G通信的普及，对用于射频前端的半导体封装体（以下简称半导体封装体）也需要提高其频率和带宽以适应5G通信时代，而半导体封装体的工作频率主要由叉指电极周期和压电材料中所激发的弹性波波速决定，半导体封装体的工作频率越高，所使用的叉指电极周期越小，相应地叉指电极线宽越细。常规方法制造的半导体封装体工作频率一般低于3GHz，而5G通信中的FR1频段最高可达到6GHz，现有的半导体封装体存在谐振频率低的问题，无法完全满足5G通讯需求。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种半导体封装体用叉指电极的制备方法及半导体封装体，用以解决现有用于射频前端的半导体封装体谐振频率低的问题。

一方面，本发明提供了一种半导体封装体用叉指电极的制备方法，包括以下步骤：

提供与叉指电极相配合的印章；

所述印章通过转印技术在压电衬底上形成叉指电极，所述叉指电极的线宽为0.2~0.4μm。

进一步地，所述印章设有凹槽和凸起；

所述凹槽与所述叉指电极相配合；或者，

所述凸起与所述叉指电极相配合。

进一步地，当所述印章的凹槽与所述叉指电极相配合时，

所述印章通过转印技术在压电衬底上形成叉指电极，包括以下步骤：

将所述印章沾取胶溶液印制在所述压电衬底上，蒸发所述压电衬底上胶溶液的溶剂，得到带有胶条的压电衬底；

在所述带有胶条的压电衬底上沉积金属膜；

剥离胶条，得到所述叉指电极；

其中，所述剥离胶条，得到所述叉指电极，包括以下步骤：

通过溶剂剥离胶条，然后对压电衬底上剩余金属膜进行干燥，得到所述叉指电极。

进一步地，当所述印章的凸起与所述叉指电极相配合时，

所述印章通过转印技术在压电衬底上形成叉指电极，包括以下步骤：

在所述印章上沉积金属膜；

将所述印章的凸起上沉积的金属膜转移至所述压电衬底上，得到所述叉指电极。

进一步地，所述将所述印章的凸起上沉积的金属膜转移至所述压电衬底上，得到所述叉指电极，包括以下步骤：

对所述压电衬底进行深度清洗，等离子体活化；

将经活化处理后的压电衬底加热至40~60℃；

将所述印章的凸起上沉积的金属膜转移至温度为40~60℃的压电衬底上，得到所述叉指电极；

其中，所述深度清洗，包括以下步骤：

煮酸；

有机溶剂清洗；

去离子水冲洗。

进一步地，所述印章为PDMS印章。

进一步地，所述PDMS印章的制备方法，包括以下步骤：

提供与所述PDMS印章相配合的模板：

提供PDMS模型液，所述PDMS模型液包括液态PDMS与固化剂，所述液态PDMS与所述固化剂的质量比为10:1；

在所述模板上涂覆PDMS模型液；

加热固化；

退火脱模，得到所述PDMS印章。

进一步地，所述PDMS模型液在涂覆之前进行预处理，所述预处理包括以下步骤：

搅拌后放入真空干燥箱里抽真空；

静置。

另一方面，本发明提供了一种半导体封装体用叉指电极，至少能够通过上述的制备方法制得；

所述叉指电极的指条宽度为0.2~0.4μm，指条之间的间隔为指条宽度的0.8~1.2倍。

最后，本发明提供了一种半导体封装体，包括：

压电衬底，所述压电衬底为压电单晶或压电薄膜；

上述的叉指电极，所述叉指电极位于所述压电衬底上；

其中，所述压电薄膜的厚度与其激发的目标弹性波的波长比值为0.1~1。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

（1）本发明制备方法可以缩小叉指电极的线宽，不同于传统的光刻方法在制造细线宽电极时对设备和工艺的高要求，采用转印技术可制备更细线宽，工艺方法简单，印章可重复使用，有利于批量制备高频器件；

（2）本发明采用PDMS印章通过转印技术在压电衬底表面形成细线宽的叉指电极，线宽为0.2~0.4μm，最终通过超细线宽的叉指电极得到高频的半导体封装体，且该半导体封装体适用于5G通讯；

（3）相较于现有技术通过曝光显影制作形成的胶条受限于线宽的影响，本申请通过PDMS印章转印技术得到的叉指电极的线宽更小，且制作成本和工艺难度较低；

（4）本发明不同于传统技术中的曝光显影对设备和掩膜版高精度高成本的要求，采用转印技术可降低对设备的依赖，有效降低成本；

（5）本发明采用转印技术实现了在柔性基底上制备叉指电极。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为具体实施方式中实例1的压电衬底上胶条的SEM照片；

图2为具体实施方式中实例1制得的叉指电极的3D显微镜照片；

图3为具体实施方式中实例2制得的叉指电极的3D显微镜照片。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接可以是机械连接，也可以是电连接可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在……上方”、“下”和“在……上”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。

本发明通常的工作面可以为平面或曲面，可以倾斜，也可以水平。为了方便说明，本发明实施例放置在水平面上，并在水平面上使用，并以此限定“高低”和“上下”。

实施例一

本实施例公开了一种半导体封装体用叉指电极的制备方法，包括以下步骤：

S100：提供与叉指电极相配合的印章；

S200：所述印章通过转印技术在压电衬底上形成叉指电极，所述叉指电极的线宽（即叉指宽度）为0.2~0.4μm。

所述叉指电极为具有指状或梳状周期性图案的金属薄膜。示例性地，所述叉指电极的材质可以为铝、铜、金、钛中的一种或者几种金属的合金，所述合金可以是两种金属的合金，也可以是大于两种金属的合金。

所述叉指电极包括周期性分布的指条。优选地，所述指条的宽度相等，相邻指条之间的间距相等，即指条等间距分布。

所述印章通过成型技术形成与所述叉指电极形状相配合的图案，即所述印章设有指状或梳状周期性图案。所述印章设有凸起和凹槽，与叉指电极相配合可以是凹槽与所述叉指电极相配合，也可以是凸起与所述叉指电极相配合。

所述印章的成型技术包括但不限于激光雕刻、机械加工、3D打印等。

具体地，所述印章设有与所述叉指电极相配合的凸起或凹槽，即所述印章成型形成的凸起图案与所述叉指电极图案相同，或者所述印章成型形成的凹槽图案与所述叉指电极图案相同。

根据本发明的一个实施方式，当所述印章的凹槽与所述叉指电极相配合时，所述相配合至少包括印章的每个凹槽与叉指电极的每个指条在形状、数量、位置方面均一一对应且相同，当然每个凹槽的宽度与指条宽度相等，此时步骤S200包括以下步骤：

S211：将所述印章沾取胶溶液印制在所述压电衬底上，蒸发所述压电衬底上胶溶液的溶剂，得到带胶条的压电衬底；

S212：在所述带胶条的压电衬底上沉积金属膜；

S213：剥离胶条，得到所述叉指电极。

所述步骤S211中，所述胶溶液包括高分子低聚物和分散媒，即将高分子低聚物分散在分散媒中形成所述胶溶液，胶溶液没有明显的固状颗粒物。所述胶溶液中高分子低聚物与分散媒的质量比1:1000~1:100。所述高分子低聚物优选极易溶于特定的溶剂的种类，所述分散媒优选所述高分子低聚物的极易溶于的溶剂。优选地，所述高分子低聚物的分子量范围为500-10000，分散媒为四氢呋喃。

示例性地，所述胶溶液为光刻胶，所述光刻胶为购买的成品胶，厂家为北京科华微电子材料有限公司（型号为1KMP DK1081、2 SPR955）或者德国默克（型号为AZ K7250）等。

在压电衬底上印制胶溶液后，进行烘烤，示例性地，利用热板或烘箱对印制的胶溶液图案进行烘烤，烘烤时间及温度依据所涂覆的胶溶液种类确定，烘烤目的是除去印制图案胶溶液中的溶剂（即分散媒），形成形态稳定的胶条。需要说明的是，将胶溶液中的溶剂几乎或完全去除，以形成固态的、稳定的胶条图案。

大多数胶溶液可以在以下烘烤条件下去除溶剂：

烘烤温度为90℃~120℃，烘烤时间为5min~30min。

所述步骤S212中，沉积的金属膜的材质与所述叉指电极的材质相同。沉积金属膜的方法可以采用蒸镀法或溅射法，以得到均匀的金属膜。

示例性地，所述叉指电极或金属膜的材料为铝，采用电子束蒸镀法进行沉积，具体地，使用电子束蒸镀机进行镀膜，且电子束蒸镀铝镀膜的速率为0.1nm/s，压电衬底无需加热。所述电子束蒸镀机可以采用但不限于瑞士EVATEC，BAK501。

所述步骤S213中，使用能溶解胶条的溶剂将胶条剥离，从而得到位于压电衬底上的叉指电极。此处的溶剂可以是任何能够溶解胶条的溶剂（为与步骤S211中被蒸发的溶剂区别，此处的溶剂称作溶解溶剂），所述溶解溶剂通常可以选择丙酮、N-甲基吡咯烷酮、乙醇、异丙醇等。示例性地，当胶溶液为光刻胶时，溶解溶剂采用丙酮。

优选地，将步骤S212得到的沉积金属膜的压电衬底置于溶解溶剂中，利用所述溶解溶剂将胶条溶解，剥离胶条后在压电衬底上形成叉指电极形状的金属膜（剩余的金属膜即为叉指电极），即在压电衬底上形成所述叉指电极。

由于胶条侧表面相比于正对离子源的表面，更难被镀上金属膜层，所以胶条的侧表面几乎没有金属膜或者只有很薄的金属膜，在将沉积金属膜的压电衬底置于溶剂中时，胶条表面的金属膜层会随着胶条的溶解而脱落，只有压电衬底表面的金属膜层被保留。

通过溶剂剥离胶条后，还包括步骤：将去除胶条后的金属膜进行干燥处理。即此时所述步骤S213：通过溶剂剥离胶条，然后对压电衬底上剩余金属膜进行干燥，得到所述叉指电极。干燥的方法优选采用氮气对压电衬底表面吹干。

根据本发明的一个实施方式，当所述印章的凸起与所述叉指电极相配合时，所述相配合至少包括印章的每个凸起与叉指电极的每个指条在形状、数量、位置方面均一一对应且相同，当然每个凸起的宽度与指条宽度相等，此时步骤S200包括以下步骤：

S221：在所述印章上沉积金属膜；

S222：将所述印章的凸起上沉积的金属膜转移至所述压电衬底上，得到所述叉指电极。

所述步骤S221中，沉积的金属膜的材质与所述叉指电极的材质相同。沉积金属膜的方法可以采用蒸镀法或溅射法，以得到均匀的金属膜。示例性地，所述叉指电极或金属膜的材料为铝，采用电子束蒸镀法进行沉积，具体地，使用电子束蒸镀机进行镀膜，且电子束蒸镀铝镀膜的速率为0.1nm/s，压电衬底无需加热。所述电子束蒸镀机可以采用但不限于瑞士EVATEC，BAK501。

所述步骤S222包括以下步骤：

S222-1：对所述压电衬底进行深度清洗，等离子体活化；如此处理，能够除去压电衬底表面的污染物，提高金属膜在压电衬底上的附着力，即能够使得所述印章凸起沉积的金属膜与压电衬底的作用力大于与印章凸起的作用力，以便所述印章凸起上沉积的金属膜能够顺利转移至压电衬底上；

S222-2：将经步骤S222-1处理后的压电衬底加热至40~60℃，以便压电衬底更好地与金属膜结合；

S222-3：将所述印章的凸起上沉积的金属膜转移至温度为40~60℃的压电衬底上，得到所述叉指电极。

所述步骤S222-1中的深度清洗包括以下步骤：

煮酸；具体地，将所述压电衬底放入混酸溶液中，100℃加热1h，所述混酸溶液包括以3:1的体积比混合的98%浓硫酸溶液和30%过氧化氢溶液；

有机溶剂清洗；具体地，将煮酸后的压电衬底依次用使用丙酮、乙醇超声清洗10min；

去离子水冲洗；具体地，用去离子水冲洗经有机溶剂清洗后的压电衬底，直至冲洗后的液体呈中性。

经过深度清洗能够除去压电衬底表面大部分的吸附物。

所述等离子体活化通过将深度清洗后压电衬底放入常规等离子体设备中实现，且活化时间小于30s，活化氛围是氩气。示例性地，使用的等离子体设备采用但不限于DQ-500型等离子去胶机，活化功率是300W，活化时间为20s，活化氛围是氩气。

根据本发明优选的一个实施方式，所述印章采用PDMS（Polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷）印章，PDMS具有高分辨率、易成型、硬度可调节、成本低廉等优点。

所述PDMS印章的制备方法，包括以下步骤：

提供与所述PDMS印章相配合的模板：

提供PDMS模型液，所述PDMS模型液包括液态PDMS与固化剂，所述液态PDMS与所述固化剂的质量比为10:1；

在所述模板上涂覆所述PDMS模型液；

加热固化；优选地，加热温度为40~70℃，加热的时间是45~55min；

退火脱模，得到所述PDMS印章；优选地，所述退火温度为90℃~120℃，退火时间为5min~30min。

所述液体PDMS通过购买得到的成品，常规试剂厂家均可购到，如阿拉丁试剂等。优选地，所述液体PDMS的分离量为1000~10000。

所述固化剂为碱性化合物或胺类化合物，例如乙二胺等。

优选地，所述PDMS模型液在涂覆之前进行预处理，所述预处理包括以下步骤：

搅拌预设时间后放入真空干燥箱里抽真空；所述预设时间为10~30min，真空度为10^-1-10^-5Pa。

静置一定时间，一般为1h~2h。

通过对PDMS模型液进行预处理，尽可能去除PDMS模型液内的气泡，以避免影响PDMS印章成型。

本发明的制备方法得到的叉指电极，指条的宽度最低能够达到0.2μm，能够使得使用该叉指电极的半导体封装体适用于5G通讯。优选地，所述指条的宽度为0.2~0.4μm。指条之间的间隔为指条宽度的0.8~1.2倍。

与现有技术相比，本发明的制备方法可以缩小叉指电极的线宽，不同于传统的光刻方法在制造细线宽叉指电极时对设备和工艺的高要求，采用转印技术可制备更细线宽的叉指电极，工艺方法简单，且印章可重复使用，有利于批量制备高频器件。

【实例1】一种半导体封装体用叉指电极的制备方法，包括以下步骤：

提供与叉指电极相配合的PDMS印章，且印章的凹槽与所述叉指电极相配合；

将所述印章沾取光刻胶印制在压电衬底（压电衬底的材质为钽酸锂）上，100℃烘箱中烘烤5min蒸发所述压电衬底上光刻胶的溶剂，得到带胶条的压电衬底；

在带胶条的压电衬底上采用电子束蒸镀法沉积100nm铝膜；

将沉积铝膜后的压电衬底放入丙酮溶液中剥离胶条，得到叉指电极。

【实例2】一种半导体封装体用叉指电极的制备方法，包括以下步骤：

提供与叉指电极相配合的PDMS印章，且印章的凸起与所述叉指电极相配合；

在印章上采用电子束蒸镀法沉积100nm铝膜；

将印章凸起部分上沉积的金属膜转移至印制在压电衬底（压电衬底的材质为钽酸锂）上，得到叉指电极。

图1为压电衬底上印刻上胶条的SEM照片，胶条宽度为0.24±0.01μm，胶条间距为0.24±0.01μm。图2为实例1制得的叉指电极的3D显微镜照片，叉指电极的线宽为0.24±0.01μm。图3为实例2制得的叉指电极的3D显微镜照片，叉指电极的线宽为0.3±0.01μm。需要说明的是，图2和图3的是在不同的显微镜倍数下拍摄的。

实施例二

本实施例提供了一种半导体封装体用叉指电极，其采用实施例一提供的制备方法制得。所述叉指电极的指条宽度为0.2~0.4μm，指条之间的间隔为指条宽度的0.8~1.2倍。

所述叉指电极的材质为铝、铜、金、钛中的一种或者几种金属的合金，所述合金可以是两种金属的合金，也可以是大于两种金属的合金。

优选地，所述叉指电极的所有指条宽度相等，且指条等间距分布。

实施例三

本实施例提供了一种半导体封装体，包括压电衬底以及实施例二提供的叉指电极。

所述压电衬底为压电单晶或压电薄膜。所述压电单晶的材质为铌酸锂、钽酸锂、石英等中的一种。所述压电薄膜为氮化铝薄膜、氧化锌薄膜、铌酸锂薄膜、钽酸锂薄膜、石英薄膜等中的一种。

所述压电衬底激发出的目标弹性波为瑞利波、SH波、S波或A波。

所述压电薄膜的厚度与其激发的目标弹性波的波长比值在0.1~1之间。如此设置，此范围内的压电薄膜可用于制备高性能器件。若压电薄膜厚度太薄，工艺上不易实现，成本过高；压电薄膜厚度太厚，相较于单晶体材料没有明显优势。

所述压电薄膜的制备方法可以采用沉淀法、外延法、离子束玻璃法或键合法。

所述叉指电极位于所述压电衬底上。

当然可以理解，在形成压电衬底上形成叉指电极后，还包括形成与叉指电极电性连接的汇流条，由于汇流条的精度不像叉指电极的精度要求高，所以，汇流条的形成方法可以采用套刻的方式获得。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种半导体封装体用叉指电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100：提供与叉指电极相配合的印章；所述印章设有凹槽和凸起，所述凹槽与所述叉指电极相配合；或者，所述凸起与所述叉指电极相配合；

S200：所述印章通过转印技术在压电衬底上形成叉指电极，所述叉指电极的线宽为0.2~0.4μm；

当所述印章的凹槽与所述叉指电极相配合时，所述步骤S200包括以下步骤：

S211：将所述印章沾取胶溶液印制在所述压电衬底上，蒸发所述压电衬底上胶溶液的溶剂，得到带胶条的压电衬底；

S212：在所述带胶条的压电衬底上沉积金属膜；

S213：剥离胶条，得到所述叉指电极；

当所述印章的凸起与所述叉指电极相配合时，所述步骤S200包括以下步骤：

S221：在所述印章上沉积金属膜；

S222：将所述印章的凸起上沉积的金属膜转移至所述压电衬底上，得到所述叉指电极；

其中，所述印章为PDMS印章，所述PDMS印章的制备方法，包括以下步骤：

提供与所述PDMS印章相配合的模板：

提供PDMS模型液，所述PDMS模型液包括液态PDMS与固化剂，所述液态PDMS与所述固化剂的质量比为10:1；

在所述模板上涂覆所述PDMS模型液；

加热固化，加热温度为40~70℃，加热的时间是45~55min；

退火脱模，退火温度为90℃~120℃，退火时间为5min~30min，得到所述PDMS印章。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述剥离胶条，得到所述叉指电极，包括以下步骤：

通过溶剂剥离胶条，然后对压电衬底上剩余金属膜进行干燥，得到所述叉指电极。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述将所述印章的凸起上沉积的金属膜转移至所述压电衬底上，得到所述叉指电极，包括以下步骤：

对所述压电衬底进行深度清洗、等离子体活化；

将经活化处理后的压电衬底加热至40~60℃；

将所述印章的凸起上沉积的金属膜转移至温度为40~60℃的压电衬底上，得到所述叉指电极；

其中，所述深度清洗，包括以下步骤：

煮酸；

有机溶剂清洗；

去离子水冲洗。

4.根据权利要求1所述的的制备方法，其特征在于，所述PDMS模型液在涂覆之前进行预处理，所述预处理包括以下步骤：

搅拌后放入真空干燥箱里抽真空；

静置。

5.一种半导体封装体用叉指电极，其特征在于，至少能够通过权利要求1至4任一所述的制备方法制得；

所述叉指电极的指条宽度为0.2~0.4μm，指条之间的间隔为指条宽度的0.8~1.2倍。

6.一种半导体封装体，其特征在于，包括：

压电衬底，所述压电衬底为压电单晶或压电薄膜；

如权利要求5所述的叉指电极，所述叉指电极位于所述压电衬底上；

其中，所述压电薄膜的厚度与其激发的目标弹性波的波长比值为0.1~1。