CN117134728B - 滤波元件及其制备方法、滤波器及其制备方法及射频模组 - Google Patents

滤波元件及其制备方法、滤波器及其制备方法及射频模组 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种滤波元件及其制备方法、滤波器及其制备方法以及射频模组，其中滤波元件包括压电晶圆、导电图案、金属层、金属结构、支撑结构、上盖层和保护层。滤波元件制备方法包括：围绕主动功能区设置金属层；在金属层的表面设置多个金属结构；围绕主动功能区在金属层的表面上形成支撑结构，至少部分支撑结构位于金属结构和主动功能区之间，支撑结构为有机材料；在支撑结构上形成上盖层，上盖层、支撑结构以及压电晶圆围绕主动功能区形成空腔结构，上盖层为有机材料；在上盖层远离空腔结构的表面上设置保护层，保护层沿上盖层和支撑结构的外侧壁延伸连接至金属层。该方法制备的滤波元件厚度小，气密性高。

Description

滤波元件及其制备方法、滤波器及其制备方法及射频模组
技术领域
本申请涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种滤波元件及其制备方法、滤波器及其制备方法及射频模组。
背景技术
目前声波滤波器多采用WLP晶圆级封装结构，通过上盖层、支撑结构以及压电晶圆将导电图案的主动功能区围合，形成空腔结构。在支撑结构以及上盖层区域分别开设通孔，通过在通孔中设置导电材料以形成导电柱，导电柱上方设置凸块以完成主动功能区与封装基板的电连接。最后通过封装树脂进行器件的整体密封性封装。
现有技术中，上盖层与支撑结构之间的结合性较弱，气密性不良，需要通过封装结构包覆整个封装区域，导致整体较厚。此外，与传统CSP芯片级封装结构相比，WLP封装结构将芯片直接粘贴在基板上，没有外部引线和封装体积，缩小了器件尺寸。但随着手机等移动通信产品对小型化、集成化和超薄化的要求的提高，滤波器的厚度仍需要进一步降低。
发明内容
本申请的主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种薄型气密性良好的滤波元件及其制备方法，滤波器及其制备方法和射频模组。
为实现上述目的，本申请采用如下技术方案：
根据本申请的一个方面，提供了滤波元件的制备方法，所述滤波元件包括压电晶圆、导电图案、金属层、金属结构、支撑结构、上盖层和保护层，其中，所述压电晶圆包括相背设置的第一表面和第二表面，所述导电图案设置在所述压电晶圆的第一表面，所述导电图案包括主动功能区；所述制备方法包括以下步骤：
步骤S1：形成金属层，围绕所述主动功能区设置所述金属层；
步骤S2：形成金属结构，在所述金属层远离所述压电晶圆的表面设置多个所述金属结构，所述金属结构远离所述主动功能区；
步骤S3：形成支撑结构，围绕所述主动功能区，在所述金属层远离所述压电晶圆的表面上形成所述支撑结构，至少部分所述支撑结构位于所述金属结构和所述主动功能区之间，所述支撑结构为有机材料；
步骤S4：形成上盖层，在所述支撑结构上形成所述上盖层，所述上盖层、支撑结构以及所述压电晶圆围绕所述主动功能区形成空腔结构，所述上盖层为有机材料；
步骤S5：形成保护层，在所述上盖层远离所述空腔结构的表面上设置保护层，所述保护层沿所述上盖层和所述支撑结构的外侧壁延伸连接至所述金属层。
根据本申请的一实施方式，所述金属层包括第一金属层和第二金属层，所述第二金属层包括第一区域，所述第二金属层的第一区域设置在所述第一金属层远离所述压电晶圆的表面。
根据本申请的一实施方式，所述第二金属层还包括第二区域，所述第二区域设置在所述压电晶圆的第一表面。
根据本申请的一实施方式，所述金属结构设置在所述第二金属层的第二区域上。
根据本申请的一实施方式，所述金属结构设置在所述第二金属层远离所述压电晶圆的表面。
根据本申请的一实施方式，所述支撑结构、所述上盖层均采用热固型环氧树脂、光敏型聚酰亚胺、热固型聚酰亚胺、热传导型聚酰亚胺、耐热型聚酰亚胺中的一种或几种。
根据本申请的一实施方式，步骤S3中还包括，设置一支撑材料，其中所述支撑材料直接覆盖于所述压电晶圆的所述第一表面、所述金属层远离所述压电晶圆的表面和所述金属结构远离所述压电晶圆的表面，并悬空覆盖或直接覆盖于所述导电图案，采用光刻工艺对所述支撑材料进行图案加工，形成所述支撑结构。
根据本申请的一实施方式，步骤S4中还包括，设置一上盖材料，其中所述上盖材料直接覆盖于所述支撑结构远离所述压电晶圆的表面，并悬空覆盖于所述压电晶圆的第一表面、所述金属层和所述金属结构远离所述压电晶圆的表面以及所述导电图案，采用光刻工艺对所述上盖材料进行图案加工，形成所述上盖层。
根据本申请的一实施方式，所述支撑结构的厚度为5um-40um。
根据本申请的一实施方式，所述上盖层的厚度为10um-60um。
根据本申请的一实施方式，在所述压电晶圆的第一表面上，定义所述上盖层的正投影面积为S1，所述支撑结构的正投影面积为S2，所述空腔结构的正投影面积为S3，则0.5（S2+S3）≤S1≤（S2+S3）。
根据本申请的一实施方式，所述保护层包括SiN、SiO2的一种或多种。
根据本申请的一实施方式，所述保护层的厚度为0.5um-5um。
根据本申请的一实施方式，所述压电晶圆包括声波响应薄膜和支撑衬底，所述支撑衬底具有相背设置的第三表面和第四表面，所述声波响应薄膜设置在所述支撑衬底的第四表面上，所述导电图案设置在所述声波响应薄膜远离所述支撑衬底的表面上。
根据本申请的一实施方式，所述声波响应薄膜包括压电薄膜和低声速层，所述低声速层设置在所述支撑衬底与所述压电薄膜之间，声波在所述低声速层传播的速度小于在所述压电薄膜中传播的速度。
根据本申请的一实施方式，所述声波响应薄膜还包括高声速层，所述高声速层设置在所述低声速层与所述支撑衬底之间，声波在所述高声速层传播的速度大于在所述压电薄膜中传播的速度。
根据本申请的一实施方式，所述压电薄膜、所述支撑衬底、所述低声速层以及所述高声速层的平均表面粗糙度均小于20nm。
根据本申请的另一方面，提供一种滤波器的制备方法，其中在以上滤波元件的制备方法的步骤之后还包括以下步骤：
步骤S6：在封装基板上设置多个凸块，所述凸块的材料包括Au、Sn、Cu、Ag及其形成的合金中的至少一种；
步骤S7：将所述凸块与所述金属结构一一对应焊接；
步骤S8：采用封装结构覆盖所述压电晶圆的第二表面以及，所述压电晶圆、所述金属层和所述金属结构的外侧壁，并将所述封装结构沿所述凸块延伸连接至所述封装基板，其中所述封装结构填充所述保护层与所述封装基板之间的间隙，并且与所述封装基板的表面密封接触。
根据本申请的一实施方式，所述凸块的高度为30um-120um。
根据本申请的第三方面，提供一种滤波元件，采用以上滤波元件的制备方法制备，所述滤波元件包括压电晶圆、导电图案、金属层、金属结构、支撑结构、上盖层和保护层。所述压电晶圆包括相背设置的第一表面和第二表面。所述导电图案设置在所述压电晶圆的第一表面，所述导电图案包括主动功能区；所述金属层围绕所述主动功能区；所述金属结构设置在所述金属层远离所述压电晶圆的表面。所述支撑结构围绕所述主动功能区，设置在所述金属层远离所述压电晶圆的表面，所述支撑结构为有机材料。所述上盖层设置在所述支撑结构远离所述压电晶圆的表面，所述上盖层、所述支撑结构以及所述压电晶圆围绕所述主动功能区形成空腔结构，所述上盖层为有机材料。所述保护层设置在所述上盖层远离所述空腔结构的表面，并沿所述上盖层和所述支撑结构的外侧壁延伸连接至所述金属层。
根据本申请的第四方面，提供一种滤波器，采用以上的滤波元件，其中滤波器还包括封装基板和封装结构。所述封装基板上设置多个凸块，所述凸块的材料包括Au、Sn、Cu、Ag及其形成的合金中的至少一种，所述凸块与所述金属结构一一对应焊接。所述封装结构覆盖所述压电晶圆的第二表面以及，所述压电晶圆、所述金属层和所述金属结构的外侧壁，并沿所述凸块延伸连接至所述封装基板，其中所述封装结构填充所述保护层与所述封装基板之间的间隙，并且与所述封装基板的表面密封接触。
根据本申请的第五方面，提供一种射频模组，射频模组包括如上述的滤波元件和电子元件，其中电子元件为开关、天线、电容、电感、低噪声放大器、功率放大器、高频模块中的一种或几种。
由上述技术方案可知，本申请提出的滤波元件的制造方法的优点和积极效果在于：
本申请提出的滤波元件的制备方法，滤波元件包括压电晶圆、导电图案、金属层、金属结构、支撑结构、上盖层和保护层。压电晶圆上设置导电图案。围绕导电图案的所述主动功能区设置所述金属层。在所述金属层远离所述压电晶圆的表面设置多个所述金属结构，所述金属结构远离所述主动功能区。围绕所述主动功能区，在所述金属层远离所述压电晶圆的表面上形成所述支撑结构，至少部分所述支撑结构位于所述金属结构和所述主动功能区之间，所述支撑结构为有机材料。在所述支撑结构上形成所述上盖层，所述上盖层、支撑结构以及所述压电晶圆围绕所述主动功能区形成空腔结构，所述上盖层为有机材料。在所述上盖层远离所述空腔结构的表面上设置保护层，所述保护层沿所述上盖层和所述支撑结构的外侧壁延伸连接至所述金属层。本申请的制备方法中，上盖层与支撑结构均采用有机材料，能够增强上盖层与支撑结构之间的气密性，有机上盖层的厚度小于Si上盖层厚度，有利于滤波元件厚度的减小，进而实现滤波器的薄型化。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施方式，本申请的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
图1是本申请的滤波元件的制备方法的框图。
图2是本申请的滤波元件制备方法制备的滤波元件的结构示意图。
图3是本申请的滤波元件的制备方法中形成支撑结构的一种实施方式的示意图。
图4是本申请的滤波元件的制备方法中形成支撑结构的另一种实施方式的示意图。
图5是本申请的滤波元件的制备方法中形成上盖层的实施方式的示意图。
图6是本申请的滤波元件的另一实施方式的结构示意图。
图7是本申请的滤波器的结构示意图。
其中，附图标记说明如下：
10-支撑材料；
20-掩膜区域；
30-光；
40-上盖材料；
50-凸块；
60-空腔结构；
100-压电晶圆；
101-第一表面；
102-第二表面；
103-支撑衬底；
1031-第四表面；
1032-第三表面；
104-声波响应薄膜；
1041-压电薄膜；
1042-低声速层；
1043-高声速层；
201-主动功能区；
300-金属层；
301-第一金属层；
302-第二金属层；
3021-第一区域；
3022-第二区域；
400-金属结构；
500-支撑结构；
600-上盖层；
700-保护层；
800-封装基板；
900-封装结构。
具体实施方式
体现本申请特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本申请能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本申请的范围，且其中的说明及附图在本质上是作说明之用，而非用以限制本申请。
在对本申请的不同示例性实施例的下面描述中，参照附图进行，所述附图形成本申请的一部分，并且其中以示例方式显示了可实现本申请的多个方面的不同示例性结构、系统和步骤。应理解的是，可以使用部件、结构、示例性装置、系统和步骤的其他特定方案，并且可在不偏离本申请范围的情况下进行结构和功能性修改。而且，虽然本说明书中可使用术语“上”、“中间”、“内”等来描述本申请的不同示例性特征和元件，但是这些术语用于本文中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。本说明书中的任何内容都不应理解为需要结构的特定三维方向才落入本申请的范围内。
为使本申请的上述目的、特征和优点能够明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施例作详细的说明。
如图1至图2所示，本申请的滤波元件的制备方法，滤波元件包括压电晶圆100、导电图案、金属层300、金属结构400、支撑结构500、上盖层600和保护层700，其中，压电晶圆100包括相背设置的第一表面101和第二表面102，导电图案设置在压电晶圆100的第一表面101，导电图案包括主动功能区201；制备方法包括以下步骤：
步骤S1：形成金属层300，围绕主动功能区201设置金属层300；
步骤S2：形成金属结构400，在金属层300远离压电晶圆100的表面设置多个金属结构400，金属结构400远离主动功能区201；
步骤S3：形成支撑结构500，围绕主动功能区201，在金属层300远离压电晶圆100的表面上形成支撑结构500，至少部分支撑结构500位于金属结构400和主动功能区201之间，支撑结构500为有机材料；
步骤S4：形成上盖层600，在支撑结构500上形成上盖层600，上盖层600、支撑结构500以及压电晶圆100围绕主动功能区201形成空腔结构60，上盖层600为有机材料；
步骤S5：形成保护层700，在上盖层600远离空腔结构60的表面上设置保护层700，保护层700沿上盖层600和支撑结构500的外侧壁延伸连接至金属层300。
本申请通过支撑结构500与上盖层600均采用有机材料，有机材料具有较高的柔韧性和可塑性，可以更好地承受应力和温度变化，在封装后具有更强的抗变形和更小的翘曲，保证产品的可靠性和一致性，提高工艺可靠性和良品率。能够解决传统WLP封装结构中支撑结构（有机材料）与上盖层（晶圆）由于材料不同，气密性较差的问题。此外，由于上盖层600采用有机材料，有机上盖层600的厚度小于Si上盖层600厚度，有利于滤波元件薄型化。
在本实施例中，金属层300包括第一金属层301和第二金属层302，第二金属层302包括第一区域3021，第二金属层302的第一区域3021设置在第一金属层301远离压电晶圆100的表面。第一金属层301可以为单层结构，也可以为多层结构；第二金属层302可以为单层结构，也可以为多层结构。两层金属层的设置能够使得可以采用相同或者不同的金属来制备金属层，有利于整体滤波元件的薄型化。
在本实施例中，第二金属层302还包括第二区域3022，第二区域3022设置在压电晶圆100的第一表面101，便于对第一金属层301的边缘进行保护，使得金属层300结构稳定牢固，有利于保证滤波元件的质量。
在本实施例中，金属结构400设置在第二金属层302的第二区域3022上。金属结构400设置在第二区域3022，使得金属结构400在支撑结构500的外侧，可以整体减小滤波元件的厚度。金属结构400也可以是一部分设置到第二区域，一部分设置在第一区域。
在本实施例中，金属结构400设置在第二金属层302远离压电晶圆100的表面。金属结构400设置于第二金属层302远离压电晶圆100的表面，能够使得金属结构400在支撑结构500的外侧，可以整体减小滤波元件的厚度。
在本实施例中，支撑结构500具有靠近空腔结构60的内壁和远离空间结构的外壁。支撑结构500靠近空腔结构60的内壁可以不覆盖金属层300靠近空腔结构60的内壁，也可以覆盖第二金属层302靠近空腔结构60的内壁。支撑结构500靠近空腔结构60的内壁还可以同时覆盖第一金属层301靠近空腔结构60的内壁和第二金属层302靠近空腔结构60的内壁。支撑结构500远离空腔结构60的外壁可以不覆盖金属层300远离空腔结构60的外壁，也可以覆盖第二金属层302远离空腔结构60的外壁。支撑结构500远离空腔结构60的外壁还可以同时覆盖第一金属层301远离空腔结构60的外壁和第二金属层302远离空腔结构60的外壁。
在本实施例中，金属结构400设置在支撑结构500的外壁的外侧，支撑结构500与金属结构400不重叠。在其他一些实施例中，金属结构400设置在支撑结构500的内壁的外侧，支撑结构500与金属结构400部分重叠，金属结构400具备从支撑结构500外壁露出的部分。
在本实施例中，支撑结构500、上盖层600均采用热固型环氧树脂、光敏型聚酰亚胺、热固型聚酰亚胺、热传导型聚酰亚胺、耐热型聚酰亚胺中的一种或几种。优选的，支撑结构500和上盖层600为光敏型聚酰亚胺。进一步的，光敏型聚酰亚胺为膜材，具有正型或负型光敏特性，厚度为15um-50um。
如图3至图4所示，本申请的滤波元件的制备方法中形成支撑结构500的实施方式，设置一支撑材料10，其中支撑材料10直接覆盖于压电晶圆100的第一表面101以及金属层300和金属结构400远离压电晶圆100的表面，并悬空覆盖或直接覆盖于导电图案，采用光30进行光刻工艺对支撑材料10进行图案加工，形成支撑结构500。
具体的，如图3所示，当支撑材料10为膜材形式的负型光敏型聚酰亚胺，在压电晶圆100第一表面101、金属层300与金属结构400远离压电晶圆100的表面上贴附支撑材料10，在压电晶圆100第一表面101的正投影区域设置掩膜版，掩模版包括掩膜区域20和镂空区域，镂空区域包括部分第一金属层301的正投影区域，其余为掩膜区域20，通过曝光、显影工艺，设置在第一金属层301上方的支撑材料10受曝光后发生交联而变得不可溶解，形成环状结构的支撑结构500。环状结构的具体形状不做限定，可以是圆形、方形或者其他规则或不规则形状。
如图4所示，当支撑材料10为光刻胶时，在压电晶圆100第一表面101的中心滴上支撑材料10，旋转压电晶圆100后，支撑材料10均匀涂覆在压电晶圆100第一表面101、导电图案远离压电晶圆100的表面、以及金属结构400和金属层300远离压电晶圆100的表面。随后经过软烘步骤，去除光刻胶中易挥发的部分溶剂，同时使得光刻胶更加致密。软烘结束后，待压电晶圆100降温后，进行曝光步骤。在压电晶圆100第一表面101的正投影区域设置掩膜版，掩模版包括掩膜区域20和镂空区域，镂空区域包括部分第一金属层301的正投影区域，其余为掩膜区域20，通过曝光、显影工艺，设置在第一金属层301上方的支撑材料10受曝光后发生交联而变得不可溶解，形成环状结构的支撑结构500。最后对其进行烘焙、坚膜处理，使光刻胶的性质更加稳定，并通过烘焙的方式将光刻胶中吸收的水分移除。
如图5所示，本申请的滤波元件的制备方法中形成上盖层600，设置一上盖材料40，其中上盖材料40直接覆盖于支撑结构500远离压电晶圆100的表面，并悬空覆盖于压电晶圆100的第一表面101、金属层300和金属结构400远离压电晶圆100的表面和导电图案，采用光30进行光刻工艺对上盖材料40进行图案加工，形成上盖层600。
具体的，当上盖材料40为膜材形式的负型光敏型聚酰亚胺，在压电晶圆100第一表面101、金属层300以及金属结构400远离压电晶圆100的表面、支撑结构500远离压电晶圆100的表面、导电图案远离压电晶圆100的表面设置上盖材料40，在压电晶圆100第一表面101的正投影区域设置掩膜版，掩模版包括掩膜区域20和镂空区域，镂空区域为导电图案以及支撑结构500的正投影区域，其余为掩膜区域20，通过曝光、显影工艺，设置在支撑结构500、导电图案远离压电晶圆100表面的上盖材料40当曝光后发生交联而变得不可溶解，形成上盖层600。
由于膜材形式的上盖材料40以及支撑材料10具有一定的张力，有利于形成空腔结构60。避免了由于空腔结构60体积过大导致上盖层600塌陷的问题，提高滤波元件的可靠性。
在以上的实施例中，支撑结构500的厚度为5um-40um。例如：10um、20um、30um等等。上盖层600的厚度为10um-60um。例如20um、30um、40um、50um、55um等。这样能够保证滤波元件质量可靠，密封性能良好且厚度小。
在以上的实施例中，压电晶圆100的第一表面101上，定义上盖层600的正投影面积为S1，支撑结构500的正投影面积为S2，空腔结构60的正投影面积为S3，则0.5（S2+S3）≤S1≤（S2+S3）。这样的面积关系可以通过设置倒角结构来形成，能够减小主动功能区201与支撑结构500外侧壁、与上盖层600外侧壁之间的距离，优化了滤波元件的散热路径，提高滤波元件的散热效果。
在以上的实施例中，保护层700包括SiN、SiO2的一种或多种。SiN、SiO2的选择有利于保护层700起保护密封作用。
在以上的实施例中，保护层700的厚度为0.5um-5um。可以为1um、2um、3um、4um、4.5um。此厚度的保护层700具有一定的强度，且不影响整体元件的散热。
保护层700通过生长的方式连续设置在支撑结构500和上盖层600远离空腔结构60的表面上。进一步的，保护层700还包括连续设置在第二金属层302远离压电晶圆100的表面部分。保护层700可以对空腔结构60进行很好的密封保护，同时，也起到一层低应力缓冲作用，空腔结构60不会因为塑封的模压发生坍塌而影响性能。
如图6所示，本申请的的滤波元件的压电晶圆100包括声波响应薄膜104和支撑衬底103，支撑衬底103具有相背设置的第三表面1032和第四表面1031，声波响应薄膜104设置在支撑衬底103的第四表面1031上，导电图案设置在声波响应薄膜104远离支撑衬底103的表面上。提高声波滤波器响应高频率声波时的性能，减少插入损耗，提高器件可靠性。
在本实施例中，声波响应薄膜104包括压电薄膜1041和低声速层1042，低声速层1042设置在支撑衬底103与压电薄膜1041之间，声波在低声速层1042传播的速度小于在压电薄膜1041中传播的速度。在此情形中，低声速层1042中传播的声速小于压电薄膜1041中传播的声速，能够减少声波向支撑衬底103中的泄露，减少插入损耗。
在本实施例中，声波响应薄膜104还包括高声速层1043，高声速层1043设置在低声速层1042与支撑衬底103之间，声波在高声速层1043传播的速度大于在压电薄膜1041中传播的速度。高声速层1043能够提高低声速层1042与支撑基板的接合强度，能够俘获滤波元件中的电荷，减小声波向支撑衬底103的泄露，减少插入损耗，提升滤波元件的品质因数。
在本实施例中，压电薄膜1041、支撑衬底103、低声速层1042以及高声速层1043的平均表面粗糙度均小于20nm。表面粗糙度小于20nm，有利于各层之间的紧密接合，不会产生缝隙而影响压电晶圆100的性能。压电薄膜1041为LiTaO3、LiNbO3、ZnO、AlN或者PZT中的至少一种。支撑衬底103为SiC、SiN、Si、玻璃、石英、AlN、蓝宝石、陶瓷中的至少一种。低声速层1042包括SiO2、氟掺杂氧化硅、Al2O3、AlN、Si3N4、SiON、Ta2O5、硼化硅、玻璃中的至少一种。高声速层1043是电介质材料，为多晶硅、Ploy-Si、非晶硅、AlN中的至少一种。
如图7所示，本申请的滤波器的制备方法，其中在以上滤波元件的制备方法的步骤之后还包括以下步骤：步骤S6：在封装基板800上设置多个凸块50，凸块50的材料包括Au、Sn、Cu、Ag及其形成的合金中的至少一种； 步骤S7：将凸块50与金属结构400一一对应焊接；步骤S8：采用封装结构900覆盖压电晶圆100的第二表面102以及，压电晶圆100、金属层300和金属结构400的外侧壁，并将封装结构900沿凸块50延伸连接至封装基板800，其中封装结构900填充保护层700与封装基板800之间的间隙，并且与封装基板800的表面密封接触。本申请的制备方法制备的滤波器，厚度小，密封良好。将凸块50设计在支撑结构500的外侧，无需在支撑结构500和上盖层600中开孔形成导电体，优化工艺。与现有技术中凸块设置在上盖层上方（厚度不小于100um）相比，将凸块设计在支撑结构的外侧，有利于滤波器件小型化。
在本实施例中，凸块50的高度为30um-120um。可以为40um、50um、60um、70um、80um、90um、100um、110um等等。凸块50的高度直接影响滤波器的厚度，30um-120um的凸块高度，有利于滤波器的薄型化。
如图2、图6所示，本申请还提供一种滤波元件，采用以上滤波元件的制备方法制备，滤波元件包括压电晶圆100、导电图案、金属层300、金属结构400、支撑结构500、上盖层600和保护层700。压电晶圆100包括相背设置的第一表面101和第二表面102。导电图案设置在压电晶圆100的第一表面101，导电图案包括主动功能区201；金属层300围绕主动功能区201；金属结构400设置在金属层300远离压电晶圆100的表面。支撑结构500围绕主动功能区201，设置在金属层300远离压电晶圆100的表面，支撑结构500为有机材料。上盖层600设置在支撑结构500远离压电晶圆100的表面，上盖层600、支撑结构500以及压电晶圆100围绕主动功能区201形成空腔结构60，上盖层600为有机材料。保护层700设置在上盖层600远离空腔结构60的表面，并沿上盖层600和支撑结构500的外侧壁延伸连接至金属层300。本申请的滤波元件，厚度小，密封性能好，可靠性高。
如图7所示，本申请还提供一种滤波器，采用以上的滤波元件，其中滤波器还包括封装基板800和封装结构900。封装基板800上设置多个凸块50，凸块50的材料包括Au、Sn、Cu、Ag及其形成的合金中的至少一种，凸块50与金属结构400一一对应焊接。封装结构900覆盖压电晶圆100的第二表面102以及，压电晶圆100、金属层300和金属结构400的外侧壁，并沿凸块50延伸连接至封装基板800，其中封装结构900填充保护层700与封装基板800之间的间隙，并且与封装基板800的表面密封接触。本申请的滤波器，厚度小，密封性能好，可靠性高。
本申请还提供一种射频模组，射频模组包括如上述的滤波元件和电子元件，其中电子元件为开关、天线、电容、电感、低噪声放大器、功率放大器、高频模块中的一种或几种。采用上述的滤波元件构成的射频模组，厚度小，可靠性高，密封性能良好。
综上，本申请的滤波元件的制备方法，滤波元件包括压电晶圆、导电图案、金属层、金属结构、支撑结构、上盖层和保护层，其中，压电晶圆包括相背设置的第一表面和第二表面，导电图案设置在压电晶圆的第一表面，导电图案包括主动功能区；制备方法包括以下步骤：步骤S1：形成金属层，围绕主动功能区设置金属层；步骤S2：形成金属结构，在金属层远离压电晶圆的表面设置多个金属结构，金属结构远离主动功能区；步骤S3：形成支撑结构，围绕主动功能区，在金属层远离压电晶圆的表面上形成支撑结构，至少部分支撑结构位于金属结构和主动功能区之间，支撑结构为有机材料；步骤S4：形成上盖层，在支撑结构上形成上盖层，上盖层、支撑结构以及压电晶圆围绕主动功能区形成空腔结构，上盖层为有机材料；步骤S5：形成保护层，在上盖层远离空腔结构的表面上设置保护层，保护层沿上盖层和支撑结构的外侧壁延伸连接至金属层。本申请的制备方法中，上盖层与支撑结构均采用有机材料，能够增强上盖层与支撑结构之间的气密性，有机上盖层的厚度小于Si上盖层厚度，有利于滤波元件厚度的减小，进而实现滤波器的薄型化。
本申请的滤波器的制备方法，在以上滤波元件的制备方法的步骤之后还包括以下步骤：步骤S6：在封装基板上设置多个凸块，凸块的材料包括Au、Sn、Cu、Ag及其形成的合金中的至少一种；步骤S7：将凸块与金属结构一一对应焊接； 步骤S8：采用封装结构覆盖压电晶圆的第二表面以及，压电晶圆、金属层和金属结构的外侧壁，并将封装结构沿凸块延伸连接至封装基板，其中封装结构填充保护层与封装基板之间的间隙，并且与封装基板的表面密封接触。该制备方法制备得到的滤波器厚度小。
本申请的滤波元件，采用以上滤波元件的制备方法制备，滤波元件包括压电晶圆、导电图案、金属层、金属结构、支撑结构、上盖层和保护层。压电晶圆包括相背设置的第一表面和第二表面。导电图案设置在压电晶圆的第一表面，导电图案包括主动功能区；金属层围绕主动功能区；金属结构设置在金属层远离压电晶圆的表面。支撑结构围绕主动功能区，设置在金属层远离压电晶圆的表面，支撑结构为有机材料。上盖层设置在支撑结构远离压电晶圆的表面，上盖层、支撑结构以及压电晶圆围绕主动功能区形成空腔结构，上盖层为有机材料。保护层设置在上盖层远离空腔结构的表面，并沿上盖层和支撑结构的外侧壁延伸连接至金属层。
本申请的滤波器，采用以上的滤波元件，其中滤波器还包括封装基板和封装结构。封装基板上设置多个凸块，凸块的材料包括Au、Sn、Cu、Ag及其形成的合金中的至少一种，凸块与金属结构一一对应焊接。封装结构覆盖压电晶圆的第二表面以及，压电晶圆、金属层和金属结构的外侧壁，并沿凸块延伸连接至封装基板，其中封装结构填充保护层与封装基板之间的间隙，并且与封装基板的表面密封接触。
本申请提出的射频模组，射频模组包括如上述的滤波元件和电子元件，其中电子元件为开关、天线、电容、电感、低噪声放大器、功率放大器、高频模块中的一种或几种。可靠性高，密封良好，寿命长。
在此应注意，附图中示出而且在本说明书中描述的滤波元件的制备方法仅仅是能够采用本申请原理的许多种滤波元件制备方法中的几个示例。应当清楚地理解，本申请的原理绝非仅限于附图中示出或本说明书中描述的滤波元件的制备方法的任何细节或任何部件。
以上详细地描述和/或图示了本申请提出的滤波元件及其制备方法、滤波器及其制备方法和射频模组的示例性实施例。但本申请的实施例不限于这里所描述的特定实施例，相反，每个实施例的组成部分和/或步骤可与这里所描述的其它组成部分和/或步骤独立和分开使用。一个实施例的每个组成部分和/或每个步骤也可与其它实施例的其它组成部分和/或步骤结合使用。在介绍这里所描述和/或图示的要素/组成部分/等时，用语“一”、“第一”、“第二”和“上述”等用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等。术语“包含”、“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。
本申请的实施例不限于这里所描述的特定实施例，相反，每个实施例的组成部分可与这里所描述的其它组成部分独立和分开使用。一个实施例的每个组成部分也可与其它实施例的其它组成部分结合使用。在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“其他实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上仅为申请实施例的可选实施例而已，并不用于限制申请实施例，对于本领域的技术人员来说，申请实施例可以有各种更改和变化。凡在申请实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在申请实施例的保护范围之内。

Claims (19)

1.一种滤波元件的制备方法，所述滤波元件包括压电晶圆、导电图案、金属层、金属结构、支撑结构、上盖层和保护层，其中，所述压电晶圆包括相背设置的第一表面和第二表面，所述导电图案设置在所述压电晶圆的第一表面，所述导电图案包括主动功能区；其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
步骤S1：形成金属层，围绕所述主动功能区设置所述金属层；
步骤S2：形成金属结构，在所述金属层远离所述压电晶圆的表面设置多个所述金属结构，所述金属结构远离所述主动功能区；
步骤S3：形成支撑结构，围绕所述主动功能区，在所述金属层远离所述压电晶圆的表面上形成所述支撑结构，至少部分所述支撑结构位于所述金属结构和所述主动功能区之间，所述支撑结构为有机材料；
步骤S4：形成上盖层，在所述支撑结构上形成所述上盖层，所述上盖层、所述支撑结构以及所述压电晶圆围绕所述主动功能区形成空腔结构，所述上盖层为有机材料；
步骤S5：形成保护层，在所述上盖层远离所述空腔结构的表面上设置保护层，所述保护层沿所述上盖层和所述支撑结构的外侧壁延伸连接至所述金属层；
所述金属层包括第一金属层和第二金属层，所述第二金属层包括第一区域，所述第二金属层的第一区域设置在所述第一金属层远离所述压电晶圆的表面；
所述第二金属层还包括第二区域，所述第二区域设置在所述压电晶圆的第一表面；
所述金属结构设置在所述第二金属层的第二区域上。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属结构设置在所述第二金属层远离所述压电晶圆的表面。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述支撑结构、所述上盖层均采用热固型环氧树脂、光敏型聚酰亚胺、热固型聚酰亚胺、热传导型聚酰亚胺、耐热型聚酰亚胺中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中还包括，设置一支撑材料，其中所述支撑材料直接覆盖于所述压电晶圆的所述第一表面、所述金属层远离所述压电晶圆的表面和所述金属结构远离所述压电晶圆的表面，并悬空覆盖或直接覆盖于所述导电图案，采用光刻工艺对所述支撑材料进行图案加工，形成所述支撑结构。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中还包括，设置一上盖材料，其中所述上盖材料直接覆盖于所述支撑结构远离所述压电晶圆的表面，并悬空覆盖所述压电晶圆的第一表面、所述金属层和所述金属结构的远离所述压电晶圆的表面以及所述导电图案，采用光刻工艺对所述上盖材料进行图案加工，形成所述上盖层。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述支撑结构的厚度为5um-40um。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述上盖层的厚度为10um-60um。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述压电晶圆的第一表面上，定义所述上盖层的正投影面积为S1，所述支撑结构的正投影面积为S2，所述空腔结构的正投影面积为S3，则0.5（S2+S3）≤S1≤（S2+S3）。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述保护层包括SiN、SiO2的一种或多种。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述保护层的厚度为0.5um-5um。
11.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述压电晶圆包括声波响应薄膜和支撑衬底，所述支撑衬底具有相背设置的第三表面和第四表面，所述声波响应薄膜设置在所述支撑衬底的第四表面上，所述导电图案设置在所述声波响应薄膜远离所述支撑衬底的表面上。
12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述声波响应薄膜包括压电薄膜和低声速层，所述低声速层设置在所述支撑衬底与所述压电薄膜之间，声波在所述低声速层传播的速度小于在所述压电薄膜中传播的速度。
13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述声波响应薄膜还包括高声速层，所述高声速层设置在所述低声速层与所述支撑衬底之间，声波在所述高声速层传播的速度大于在所述压电薄膜中传播的速度。
14.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，所述压电薄膜、所述支撑衬底、所述低声速层以及所述高声速层的平均表面粗糙度均小于20nm。
15.一种滤波器的制备方法，其特征在于，在权利要求1-14任一项所述的制备方法的步骤之后还包括以下步骤：
步骤S6：在封装基板上设置多个凸块，所述凸块的材料包括Au、Sn、Cu、Ag及其形成的合金中的至少一种；
步骤S7：将所述凸块与所述金属结构一一对应焊接；
步骤S8：采用封装结构覆盖所述压电晶圆的第二表面以及，所述压电晶圆、所述金属层和所述金属结构的外侧壁，并将所述封装结构沿所述凸块延伸连接至所述封装基板，其中所述封装结构填充所述保护层与所述封装基板之间的间隙，并且与所述封装基板的表面密封接触。
16.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，所述凸块的高度为30um-120um。
17.一种滤波元件，采用权利要求1-14任一项所述的制备方法制备，其特征在于，所述滤波元件包括：
压电晶圆，所述压电晶圆包括相背设置的第一表面和第二表面；
导电图案，所述导电图案设置在所述压电晶圆的第一表面，所述导电图案包括主动功能区；
金属层，所述金属层围绕所述主动功能区；
金属结构，所述金属结构设置在所述金属层远离所述压电晶圆的表面；
支撑结构，所述支撑结构围绕所述主动功能区，设置在所述金属层远离所述压电晶圆的表面，所述支撑结构为有机材料；
上盖层，所述上盖层设置在所述支撑结构远离所述压电晶圆的表面，所述上盖层、所述支撑结构以及所述压电晶圆围绕所述主动功能区形成空腔结构，所述上盖层为有机材料；
保护层，所述保护层设置在所述上盖层远离所述空腔结构的表面，并沿所述上盖层和所述支撑结构的外侧壁延伸连接至所述金属层。
18.一种滤波器，采用权利要求17所述的滤波元件，其特征在于，所述滤波器还包括：
封装基板，所述封装基板上设置多个凸块，所述凸块的材料包括Au、Sn、Cu、Ag及其形成的合金中的至少一种，所述凸块与所述金属结构一一对应焊接；
封装结构，所述封装结构覆盖所述压电晶圆的第二表面以及，所述压电晶圆、所述金属层和所述金属结构的外侧壁，并沿所述凸块延伸连接至所述封装基板，其中所述封装结构填充所述保护层与所述封装基板之间的间隙，并且与所述封装基板的表面密封接触。
19.一种射频模组，其特征在于，包括：
滤波元件和/或滤波器，其中，所述滤波元件采用权利要求17所述的滤波元件，所述滤波器采用权利要求18所述的滤波器；
电子元件，所述电子元件为开关、天线、电容、电感、低噪声放大器、功率放大器、高频模块中的一种或几种。
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