CN217721145U - 一种薄膜体声波滤波器气密性晶圆级封装结构 - Google Patents

Abstract

本专利涉及一种薄膜体声波滤波器气密性晶圆级封装结构，属于薄膜体声波滤波器晶圆封装技术领域；所述封装结构包括功能晶圆和玻璃晶圆，所述功能晶圆与所述玻璃晶圆通过阳极键合连接；所述功能晶圆包括硅衬底，所述硅衬底上开设有空腔，在所述硅衬底上设置有掩埋所述空腔的膜层结构，在所述膜层结构的两肩处形成有向上凸起的焊盘电极；所述玻璃晶圆上开设有凹槽并形成封盖，所述封盖覆盖所述焊盘电极和所述膜层结构，且通过盖沿与功能晶圆连接；在所述封盖的顶盖处开设有盲孔，在所述盲孔内填充有电镀的金属材料，将所述焊盘电极从盲孔引出；本专利采用硅和玻璃进行阳极键合，降低工艺难度，同时节约成本。

Description

一种薄膜体声波滤波器气密性晶圆级封装结构

技术领域

本专利涉及一种薄膜体声波滤波器气密性晶圆级封装结构，属于薄膜体声波滤波器晶圆封装技术领域。

背景技术

目前，薄膜体声波滤波器(Film Bulk Acoustic Resonator，FBAR)的小型化封装有采用灌封树脂封装的封装形式，也即利用树脂将模组包裹密封，起到保护作用。而未来对于微型化的封装要求更高，尤其是薄膜体声波滤波器对工作表面要求很高，不能被污染，而灌封树脂对于污染问题很难控制，因此灌封树脂的封装形式难以满足小型化封装的实际使用需要。

为了解决小型化封装的灌封树脂所导致的污染问题，目前也有采用陶瓷外壳平行焊接(Surface Mounted Device，SMD)的封装结构，即在外壳上制作出一个深腔结构，将裸芯片粘接于深腔内，并通过引线与外部电极电连接，然后向深腔内充入氮气以置换其内的空气，最后通过盖板将深腔封闭即可。虽然这样的封装结构满足器件不能被污染的要求，但至少存在以下两方面不足：(1)器件难以小型化，目前最小的陶瓷外壳为1.6mm*1.2mm且厚度都在1mm以上，在未来的移动设备中无法使用，仅能使用在基站中，应用场合受到很大影响；(2)加工效率低，由于每个器件需要分别加工，且为了使芯片处于洁净不被污染的环境，需要存在氮气与空气的置换的过程，故封装效率比较低下。除此以外，目前也有利用倒装焊方式(Chip size package，CSP)将薄膜体声波滤波器裸芯片焊接在基板上，通过真空压力将树脂膜或者粘片膜贴装于基板上包裹住裸芯片，通过这样的手段，使器件内部与外部形成了隔绝的两个部分，从而保护裸芯片表面不被污染以及密封的效果，保护了薄膜体声波滤波器的工作面，使器件可以正常工作，但是封装后器件尺寸总厚度较厚，在0.6mm以上，也存在难以小型化的问题。

为了解决小型化封装的问题，有公司在晶圆级封装(wafer level package，WLP)方法中也有采用硅作为盖帽晶圆，但是该方法在键合前需要镀金，对金厚度的均匀性和表面粗糙度要求极高，工艺流程复杂且加工成本较高。本公司在晶圆级封装方法中有采用覆膜的方式封装，但该方式并非气密性封装，无法防止污染物包括液体污染物或固体污染物的侵入，会腐蚀封装后的芯片功能区，也就无法对薄膜体声波滤波器起到保护作用，使得器件无法正常工作。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种薄膜体声波滤波器气密性晶圆级(Wafer Level Package，WLP)封装结构，本发明采用玻璃晶圆作封盖材料。本封装工艺能够实现芯片小型化、易加工、流程短、成本低和气密性的特点。

为了实现上述目的，在本发明的第一方面，提供了一种薄膜体声波滤波器气密性晶圆级封装结构，本发明采用的技术方案如下：

包括功能晶圆和玻璃晶圆，所述功能晶圆与所述玻璃晶圆通过阳极键合连接；所述功能晶圆包括硅衬底，所述硅衬底上开设有空腔，在所述硅衬底上设置有掩埋所述空腔的膜层结构，在所述膜层结构的两肩处形成有向上凸起的焊盘电极；所述玻璃晶圆上开设有凹槽并形成封盖，所述封盖覆盖所述焊盘电极和所述膜层结构，且通过盖沿与功能晶圆连接；在所述封盖的顶盖处开设有盲孔，在所述盲孔内填充有电镀的金属材料，将所述焊盘电极从盲孔引出。

优选的，所述凹槽的深度为5～10um，所述盲孔的深度为50～100um。

优选的，所述盲孔内填充有电镀材料包括所述盲孔内沉积有种子层，在所述种子层内填充电镀材料。

优选的，所述种子层的厚度为100～500nm。

优选的，所述盲孔内的金属表面在向外引出方向设置有外部焊球。

为了实现上述目的，在本发明的第二方面，还提供了一种优选的薄膜体声波滤波器气密性晶圆级封装结构，包括多个如本发明第一方面所述的一种薄膜体声波滤波器气密性晶圆级封装结构，且多个功能晶圆位于同一片硅晶圆上，所有功能晶圆的工作面朝向相同，所有功能晶圆基于同一硅晶圆而连接成为整体。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)采用硅和玻璃进行阳极键合，盖帽玻璃晶圆不需制作金属PAD，能够降低工艺难度，同时节约成本。

(2)本发明采用硅和玻璃之间的阳极键合，使器件内部与外部形成了隔绝的两个部分，从而保护裸芯片表面不被污染以及密封的效果能满足气密封的要求，保护了器件的工作面，使器件可以正常工作。

(3)由于玻璃可通过湿法腐蚀的方式轻易形成凹槽和盲孔，不需采用深硅刻蚀来刻蚀，同时提高效率和减少封装成本。

(4)本发明抛弃了原有技术中的陶瓷外壳，可以实现裸芯片的直接封装，WLP封装后的器件尺寸可以减少到0.8*0.6mm²，其厚度可达到0.25mm，大大降低了器件的尺寸，更有利于器件的小型化和集成化。

附图说明

图1本实用新型的封装结构示意图；

图中，1、功能晶圆，2、膜层结构，3、空腔，4、焊盘电极，5、玻璃晶圆，6、金属材料，7、焊球。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

本封装工艺针对的薄膜体声波器件结构如图1所示，从图1中可以看出，所述薄膜体声波器件包括功能晶圆1和玻璃晶圆5，将功能晶圆与封盖玻璃晶圆5通过阳极键合方式结合在一起。所述硅衬底上开设有空腔3，在所述硅衬底上设置有掩埋所述空腔3的膜层结构2，在所述膜层结构2的两肩处形成有向上凸起的焊盘电极4；所述玻璃晶圆5上开设有凹槽并形成封盖，所述封盖覆盖所述焊盘电极4和所述膜层结构3，且通过盖沿与功能晶圆1连接；在所述封盖的顶盖处开设有盲孔，在所述盲孔内填充有电镀的金属材料，将所述焊盘电极从盲孔引出。为了实现电连接，在盲孔内电镀金属6，在金属6上制作外部焊球7。将功能晶圆的焊盘电极4通过金属6和外部焊球7实现电连接。这样封装后的器件即可直接通过外部焊球与PCB板电连接。

进一步的，所述凹槽的深度为5～10um，所述盲孔的深度为50～100um。

进一步的，所述盲孔内填充有电镀材料包括所述盲孔内沉积有种子层，在所述种子层内填充电镀材料。

进一步的，所述种子层的厚度为100～500nm。

进一步的，所述盲孔内的金属表面在向外引出方向设置有外部焊球。

在本发明优选实施例中，本发明还提供了一种优选的薄膜体声波滤波器气密性晶圆级封装结构，其包括多个上述实施例的一种薄膜体声波滤波器气密性晶圆级封装结构，每个上述实施例的晶圆级封装结构对应一个功能晶圆，令多个功能晶圆位于同一片硅晶圆上，所有功能晶圆的工作面朝向相同，所有功能晶圆基于同一硅晶圆而连接成为整体，从而实现多个晶圆级封装。

本实用新型提供了一种薄膜体声波滤波器气密性晶圆级(WLP)封装结构，其采用硅晶圆作为功能晶圆，玻璃晶圆作为封盖材料。先在功能晶圆中开设并释放出功能区的下空腔，在玻璃晶圆上首先制作出凹槽和盲孔，然后制作种子层和电镀填满盲孔，再把功能硅晶圆的功能区和玻璃晶圆的凹槽进行一一对应，实现阳极键合，功能晶圆的芯片功能区和玻璃晶圆的凹槽形成一个空腔，功能晶圆的芯片功能区被包裹在玻璃凹槽空腔内得到保护，通过减薄玻璃晶圆露出盲孔内的金属，然后再在盲孔内金属上制作外部焊球，依次通过焊盘、孔内金属和外部焊球实现电连接。本实用新型可以大大降低器件封装后的尺寸，与其他的晶圆级封装形式相比，避免了金属键合工艺，不需制作键合金属层和深硅刻蚀工艺，减小工艺难度并缩短了工艺流程，降低了加工成本，同时可实现器件的气密性封装，并可以提高器件的可靠性；该工艺无需将功能晶圆切割成单颗芯片，直接将整片包括多片功能芯片的功能晶圆直接与玻璃封盖材料进行阳极键合，也不会降低每片芯片的键合效果，大大提高效率，可以进行大批量生产。

本实用新型采用阳极键合的方式固定连接功能晶圆和玻璃晶圆，使器件内部与外部形成了隔绝的两个部分，从而保护裸芯片表面不被污染以及密封的效果能满足气密封的要求，保护了FBAR器件的工作面，使FBAR器件可以正常工作。

本实用新型的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本实用新型的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“外”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋转”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，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。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种薄膜体声波滤波器气密性晶圆级封装结构，其特征在于，包括功能晶圆和玻璃晶圆，所述功能晶圆与所述玻璃晶圆通过阳极键合连接；所述功能晶圆包括硅衬底，所述硅衬底上开设有空腔，在所述硅衬底上设置有掩埋所述空腔的膜层结构，在所述膜层结构的两肩处形成有向上凸起的焊盘电极；所述玻璃晶圆上开设有凹槽并形成封盖，所述封盖覆盖所述焊盘电极和所述膜层结构，且通过盖沿与功能晶圆连接；在所述封盖的顶盖处开设有盲孔，在所述盲孔内填充有电镀的金属材料，将所述焊盘电极从盲孔引出。

2.根据权利要求1所述的一种薄膜体声波滤波器气密性晶圆级封装结构，其特征在于，所述凹槽的深度为5～10um，所述盲孔的深度为50～100um。

3.根据权利要求1所述的一种薄膜体声波滤波器气密性晶圆级封装结构，其特征在于，所述盲孔内填充有电镀材料包括所述盲孔内沉积有种子层，在所述种子层内填充电镀材料。

4.根据权利要求3所述的一种薄膜体声波滤波器气密性晶圆级封装结构，其特征在于，所述种子层的厚度为100～500nm。

5.根据权利要求1所述的一种薄膜体声波滤波器气密性晶圆级封装结构，其特征在于，所述盲孔内的金属表面在向外引出方向设置有外部焊球。

6.一种薄膜体声波滤波器气密性晶圆级封装结构，其特征在于，包括多个如权利要求1～5任一所述的一种薄膜体声波滤波器气密性晶圆级封装结构，且多个功能晶圆位于同一片硅晶圆上，所有功能晶圆的工作面朝向相同，所有功能晶圆基于同一硅晶圆而连接成为整体。

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