TW201228223A - Crystal oscillator and method for manufacturing the same - Google Patents
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Description
201228223 P27990078TW 36186twf.doc/n 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種電子元件及其製造方法，特別是 一種石英振盪器及其製造方法。 【先前技術】 在3c電子產品市場趨勢上，無線通訊與寬頻網路的 整合已經是無可避免的趨勢。隨著系統越來越複雜，系统 穩定度的要求也越來越高。另—方面，若IC元件也要能正 確無誤地騎X作，就必須仰賴高穩定性的缝器（例如 來提供精準的時脈信號，以確保整體系統的 广振堡器要能被3C電子產品所應用，就必須符合輕、 溥、紐、小的要求，因此，振盈器的開 化錄，成本的目標。也因此，如 =、 石英晶體片）與積體電路晶片整合製造，就° 化及低成本之石英振B的重大技術_。 放小 【發明内容】 種石英振盪器，具有㈣的結構厚度 較短的訊號路徑 本發明指ίϋ-種;5英㈣$製造 洁势偌。 j馬用於晶 級製造設備 及 圓 央振 本發明提出—種石英振堡器，包括-蓋體、—石 201228223 P27990078TW 36186twf.doc/n 盪元件及-積體電路晶片。蓋體 表面的凹槽、多個導電接點及 、一凹陷於該 電接點配置在表面上，且導電密封環配置二其中這些導 封環，並與蓋體及導電密二導電密 石，連接積體電:心石_ 蓋體，蓋體具有-第-面、方法。首先，提供-體導電層、多個導電枝、—_从一面、一凹槽、一第-蓋 及-導電密封環。第二面相^導電接點、多個導電接點 一面，第-蓋體導電層配/在面凹陷於第 面’這些導電柱個別穿設於蓋體^將 2伸至第— 接，至少一導電柱連接於第-蓋體導一 /、第二面連 配置在凹槽内且連接於第 導曰:U電接點 置在第-面上且連接於笛導電層，這些導電接點配 置在第-面上且圍繞這些導而導電密封環配 連接於元件導電接點。^後n，，將一振逢元件 些導電接點及導電密封環以2:積體電路晶圓連接於這 圍振堡元件的-氣密空月^。與盖體及導電密封環形成包 於蓋=電t盪器中，將導電柱穿設 構厚度及降低零件和直，路徑’故可降低結 的石英振盪器製造方法中，在 、+至盖體的凹槽内後，將蓋體接合至積體 201228223 P27990078TW 36186twf.doc/n 電路晶圓，故可相容於晶圓級製造設備。 為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特 舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。 【實施方式】 圖1A及圖1B分別是本發明之第一實施例的石英振盪 器的剖面圖及分解圖。請參考圖1A及圖1B，本實施例的 石英振盪器100包括一蓋體110、一石英振盪元件120及 一積體電路（1C)晶片130，其中該石英振盪元件120連 接於該蓋體110,該蓋體110連接於該積體電路晶片130， 使得該石英振盪元件120位於該蓋體110與該積體電路晶 片130之間。 該蓋體110具有一第一面ll〇a、一相對應於第一面 110a之第二面110b及一凹槽110c、一第一蓋體導電層111 及多個導電柱113。該凹槽110c凹陷於該第一面110a且 包含一底面ll〇c’及環繞該底面110c’的一侧面110c”，該 第一蓋體導電層111與該石英振盪元件120均配置在該凹 槽110c的該底面110c’上，並延伸至該第一面110a，用以 傳遞訊號。 該些導電柱113分別設置穿過於該蓋體110，並與設 置於該蓋體110上之一第二蓋體導電層112與一導電接合 層119連接，且至少一導電柱113連接於該第一蓋體導電 層111，以將訊號從該第一蓋體導電層111傳遞至該第二 蓋體導電層112與該導電接合層119。 201228223 P27990078TW 36186twf.doc/n 該蓋體110更具有一導電接點115，該導電接點115 配置在3玄蓋體110與該晶片130之間，且分別連接該第一 蓋體導電層111與該晶片130之導電接合墊134b。該石英 振盪元件120與該第一蓋體導電層1U電性連接，使該石 英振盪元件120之訊號能夠傳至其它電子元件。 该蓋體110更包括一元件導電接點116，該元件導電 接點116配置在該凹槽h〇c之内面上且連接位於該凹槽 110c内面之第一蓋體導電層ηι。 曰 該蓋體110更包括一導電密封環117，使該導電密封 % 117配置在該蓋體11 〇與該晶片13〇間且圍繞該導電接 點115與該第一蓋體導電層1U之外側，使該蓋體11〇與 該晶片130間形成一密閉空腔。 在本實施例中，該蓋體110更包括一第二蓋體導電層 112，該第二蓋體導電層112配置在第二面u〇b上並^ 陡連接於至少一導電柱113。該第一蓋體導電層111可藉 由该導電柱113而與該第二蓋體導電層112電性連接。 在本實施例中，該蓋體110更具有一絕緣層118，該 絕緣層118配置在該蓋體110之第二面11〇b及該第二蓋體 導電層112上，並暴露出部分該第二蓋體導電層112，使 與外部電子元件電性連接。 在本實施例中，該蓋體11〇更具有至少一導電接合層 119，且該導電接合層119配置在該蓋體11〇之第二^ 110b並經3亥第一蓋體導電層112而與該導電柱Η]電性 連接，使該導電接合層119可為導電接合用。 201228223 P27990078TW 36186twf.doc/n 在本實施例中，該蓋體11〇 之材料，該蓋體110更包括多個通孔= 11〇e，該些導電柱113形成於該些通孔测内，而 層me配置在該蓋體110之第—面_、第二面 ==的二面’以使該蓋體110電性隔絕於該第-盍體導電層ill、料二蓋體導電層112及該些導電枝⑴。
在本實施彳=巾，該石英振盪元件⑽可為—石英振盡 130可為一特殊應用積體電路 BB &田、、發明並不限於上述材料的限制，凡 符5本發明精神的材料，均包括在本發明之創作精神内。 在本實施射’該频電路W 13G包括-⑦基底132 及-積體電路層134，該積體電路層134配置在該石夕基底 132上，並且該積體電路層134包括—導電接合環i34a及 多個導電接合塾134b，使該些導電接合整⑽電性連接 該些導電接點115，而該導電密封環m連接至該導電接 合環134a。 在本實施例中，該積體電路層13〇包括多個積體電路 區134A、夕個導電接合區134B及多個内連接線路U4C。 該些導電接合區134B包括該些導電接合環13乜及該導電 接合墊134b。該些内連接線路134C係分別連接該導電接 合區134B與該積體電路區134A。 5亥積體電路晶片130電性連接該導電接合墊134b，接 著依序電性連接該導電接點115、該第一蓋體導電層lu 及該元件導電接點116而最後電性連接上該石英振盪元件 7 201228223 P27990078TW 36186twf.doc/n ΤΙ此？’姆體電路晶片13G連接於該導電密封環n<7, 謂U0'該導_封環117及該積體電路晶片13〇 /、同幵/成包圍该石英振盪元件12G的—氣密空腔140。 上文揭露本發明的一個石英振盪器的實施例，而下文 將揭露本發明的—個石聽盪雜造方法的實施例。 ，2-1至圖2_mx剖面繪示本發明第_實施例之石英 ，盪态製造方法。請參考圖2_卜提供一矽晶圓202，該矽 晶圓202具有一第一面2〇4及-第二面206,該石夕晶圓202 之第二面206相對應於該第一面204。 請參考圖2-2，在該矽晶圓202上形成一凹槽2〇8及 夕個目孔210，該凹槽2〇8凹陷於該第一面2〇4，該凹槽 208凹陷於該第一面2〇4且包含一底面2〇8a及環繞該底面 208a的一側面208b ’該些盲孔21〇凹陷於該第二面2〇6。 在本實施例中，形成該凹槽2〇8及該些盲孔21〇的步驟包 括蝕刻該矽晶圓202及其等效之蝕刻步驟或等效之其它方 法步驟。 請參考圖2-3’絕緣化凹槽2〇8的内面及該些盲孔21〇 的内面。在本實施例中’絕緣化的步驟包括沈積氧化物212 及其等效之絕緣步驟。 請參考圖2-4，將多個導電柱214分別形成於該些盲 孔210内，而該些導電柱214分別設置於該蓋體2〇2上。 在本實施例中，形成該些導電柱214的步驟包括電鍍金屬 及其等效方法步驟。 請參考圖2-5，薄化矽晶圓202的第一面204,以暴露 201228223 P27990078TW 36l86twf.doc/n 出該些導電柱214。在本實施例中，薄化矽晶圓202的步 驟包括研磨（grinding)及其等效方法步驟。 請參考圖2-6,絕緣化該矽晶圓202之第一面204。在 本實施例中，絕緣化第一面204的步驟包括沈積氧化物216 及其等效方法步驟。 請參考圖2-7，移除位在這些導電柱214靠近第一面 204的端面上所沈積的氧化物216，使該導電柱214之端面 馨 外露。 請參考圖2-8，形成一第一蓋體導電層218於該凹槽 208的該底面208a及該第一面204上，使該第一蓋體導電 層218配置在該凹槽2〇8的該底面208a並經過該側面208b 延伸至該第一面204，其中至少一導電柱214連接於該第 一蓋體導電層218。在本實施例中，形成該第一蓋體導電 層218的步驟包括濺鍍金屬及其等效方法步驟。 請參考圖2-9’形成一元件導電接點22〇、多個導電接 點222及一導電密封環224分別位於該凹槽208的該底面 208a及該第一面204上。該元件導電接點22〇位於該凹槽 208的該底面208a且連接於該第一蓋體導電層218。該元 件導電接點220可設置於該第一蓋體導電層218上。該些 導電接點222配置在該矽晶圓202之第一面2〇4上且連接 於6亥第-蓋體導電層218。該導電密封環224 g己置在該石夕 晶圓202之第一面204上且圍繞該些導電接點222的外 側。在本實施例中，形成該元件導電接點22〇、該些導電 接點222及該導電密封j裏224 #步驟包括電鍍金屬及其等 201228223 P27990078TW 36186twf.doc/n 效方法步驟。 成此步驟後，目前的結構將形成一蓋體226。 請參考圖2-10 ’將-石英振逢元件似連接於元 電接=220上，使該石英振蘯元件228位於該凹槽内。。 ，參考圖2-11，將-積體電路晶圓23。連接該石夕 202 =該積體電路晶圓23〇連接於該些導電接點如及該 導電被封環224 ’以與該碎晶圓逝及該導電密 ^ 形成包圍該石英振盪树挪的-氣密建239。在" 施例中，該積體電路晶圓23〇包括一矽基底232 。該频魏層234配置在财基底攻上。_ ;==34包括多個導電接合塾说及一導電接合 點222，、中Γ些導電接合塾236分別連接於該些導電接 點，，導電接合環238連接於該導電密封環故電接 ^ f Μ2，絕緣化财晶圓202之第二面咖。 ⑽第二面206的步驟包括沈積氣化物 請參考圖2-13，移除位在該些導電柱214且靠近 夕6卜Ϊ端面上所沈積的氧化物_ ’使該導電柱214的 圓202 j圖2 14 ’形成一第二蓋體導電層242於該石夕晶 之第二面206，使該第二蓋體導電層242 少一導電柱214。 疋牧々'芏 =考圖2-15 ’形成一絕緣層244在該石夕晶圓加之 第一面206及該第二蓋體導電層242上。 201228223 P27990078TW 36186twf.doc/n 請參考圖2-16，將該絕緣層244圖案化，以暴露出部 分該第二蓋體導電層242。 請參考圖2-17，形成至少一導電接合層246在該絕緣 層244所暴露出的部分該第二蓋體導電層242上。 請參考圖2-18，薄化該積體電路晶圓230。在本實施 例中’特別是薄化該積體電路晶圓230的該矽基底232。 除了圖1A的第一實施例的石英振盪器以外，以下再 提出四個石英振盪器的的實施例。 圖3是本發明之第三實施例的石英振盪器的剖面圖。 相較於圖1A的石英振盪器1〇〇,在圖3的石英振盪器1〇〇, 中’該些導電柱113設置穿過該積體電路晶片130且連接 該些導電接合墊134b，故可藉由該些導電柱113形成對外 的電性連結通道。此外，在本實施例中’該些導電柱1 1 3 更分別連接該積體電路晶片13〇的一背面136上的多個晶 片接合墊137。 圖4是本發明之第二實施例的石英振盪器的剖面圖。 相較於圖1A的石英振盪器1〇〇，在圖4的石英振盪器1〇〇，， 中，該至少一該導電柱113貫穿至該凹槽U〇c的該底面 ll〇c’，且與該第一蓋體導電層U1連接。元件^桩 116連接該第一蓋體導電層hi。 圖5是本發明之第四實施例的石英振盪器的 相較於ΎΑ的石英振ill動，在圖5的石英振^器1〇〇”， 中[該石英振盪元件12〇位於氣密空月空14〇 ^ 件導電接點116連接至該積體電路晶>I13G之〜晶片^電 11 201228223 P27990078TW 36186twf.doc/n 層。此外’在本實施例中，該晶片導電層i38的 部分亦分別形成該導電接合區134B的料電接合 及該些導電接合墊134b。 口衣34a 圖6是本發明之第五實施例的石英振盡器的剖面圖。 相較於圖5的石英振盪器1〇〇，，，，在圖6 蕭”，中，該些導錄113設置穿過該積體電路日^^ 故可藉由該些導電柱113形成對外的電性連結通道。此 外，在本實施例中，言亥些導電柱113 $分別連接該積體電 路晶片130的一背面136上的多個晶片接合墊137。 在本發明的石英振盈器中，將導電枉穿設於蓋體或積 體電路晶片作為垂直的訊號路徑。這可省去傳統用來傳遞 訊號的基板，以降低結構厚度及降低零件和組裝成本，並 可縮短訊號路徑以降低雜訊干擾。此外，蓋體上的導電層、 導電密封環及積體電路晶片的接地線路可形成防止電磁干 擾的屏蔽。 在本發明的石英振盪器製造方法中，在安裝石英振盪 元件至蓋體的凹槽内後，將蓋體接合至積體電路晶圓，這 可相容於晶圓級製造設備。此外，更可從矽晶圓開始製作 蓋體，並在安裝石英振盪元件至凹槽内後，將矽晶圓接合 至積體電路晶圓，這亦可相容於晶圓級製造設備。另外， 更可將蓋體的第二面組裝至下一層級的元件（例如印刷電 路板），故可相容於表面黏著技術（SMT)。 雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定 本發明’任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離 12 201228223 P27990078TW 36186twf.doc/n 更動與潤飾，故本 圍所界定者為準。 本發明之精神和範圍内，當可作些許之 發明之保護範圍當視後附之申請專利範
圖式簡單說明】 圖1A是本發明之第一實施例的石英振 盪器的剖面 圖1B是圖1A的石英振盪器的分解圖。 貫施例的石 圖2-1至圖2-18以剖面繪示本發明之第— 英振盪器製造方法。 圖3是本發明之第二實施例的石英振盪器的剖面 圖4是本發明之第三實施例的石英振盪器的&面^ 圖5是本發明之第四實施例的石英振盪器的剖面 圖6是本發明之第五實施例的石英振盪器的剖面圖 【主要元件符號說明】 100、100’、100”、100’’ 110 :蓋體 11 Ob :第二面 110c’ ：底面 110d :通孔 m:第一蓋體導電層 113 :導電柱 116 :元件導電接點 118 :絕緣層 100 .石英振盪器 110a ·第一面 110c :凹槽 ：側面 110e :絕緣層 112 :第二蓋體導電層 115 :導電接點 9 117 :導電密封環 U9 :導電接合層 13 201228223 P27990078TW 36186twf.doc/n 120 :石英振盪元件 132 :矽基底 134a :導電接合環 134A :積體電路區 134C :内連接線路 137 :晶片接合墊 140 :氣密空腔 202 :矽晶圓 206 :第二面 208a :底面 210 :盲孔 214 :導電柱 218 :第一蓋體導電層 222 :導電接點 226 :蓋體 230 :積體電路晶圓 234 :積體電路層 238 :導電接合環 240 :氧化物 244 :絕緣層 130 :積體電路晶片 134 :積體電路層 134b :導電接合墊 134B :導電接合區 136 :背面 138 :晶片導電層 204 :第一面 208 :凹槽 208b :側面 212 :氧化物 216 :氧化物 220 :元件導電接點 224 :導電密封環 228 :石英振盪元件 232 :矽基底 236 :導電接合墊 239 :氣密空腔 242 :第二蓋體導電層 246 :導電接合層
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Claims (1)
- 201228223 P27990078TW 36186twf.d〇c/n 七 、申請專利範圍： 1. 一種石英振盪器，包括： --蓋體’具有一第一面、一第二面、 蓋體導電層、-元件導電接點、多個 3、-第- 封壤’該第二面相背對於該第—面，該凹』及—導電密 =且包含-底面及環繞該底面的一側面心陷：該第-=該凹槽的該底面上，：導電 ❶—讀導電層上，該些導賴點崎巧軸置在該第 電密以該rr圍繞該導 —積體電路晶片，包括一石夕基 接點，以及 ，二電路r 該些導i次 ·=連接於該些導電接點二導電接合塾 封被，且該積體雷政曰μΛ Γ接°%連接於該導電密 圍該石英#湯1路曰曰片與盘體及該導電密封環形成包 2'振盪兀件的-氣密空腔。 战匕 蓋體具有如申專利範圍第1項所述之石英振盪器，其中該 層，該導電層、一絕緣層及至少-導嶋 電層連接於至小配置在該第二面上，該第二蓋體導 該第二蓋辨/一该導電柱，該絕緣層配置在該第二面及 且該導電挺人電層上’並暴露出部分該第二蓋體導電層， 接a層配置在暴露出的部分該第二蓋體導電層 15 201228223 P27990078TW 36186twf.doc/nο 3. 如申請專利範圍第i項所述之石英振盪器，更包 括： 。 多個導電柱，分別設置穿過該蓋體且連接該導電接 點，其中該第一蓋體導電層沿著該凹槽的該側面延伸至該 第一面上且與至少一該導電接點連接。 4. 如申請專利範圍第丨項所述之石英振盪器， 括： °災包 多個導電柱，分別設置穿過該積體電路晶片，且〜山 連接該導電接合墊及該導電接點，其巾該第—蓋體 = 沿著該凹槽的該側面，延伸至該第一面上且與至少〜兮每 電接點連接。 ^導 括 5.如申請專利範圍第1項所述之石英振盪器， 更包 亥導 多個導電柱’分別設置穿過該蓋體，其中至少^ 電柱貫穿至該凹槽之該底面，且與該第—蓋體導t層連= 6. 一種石英振盪器，包括： 。 一蓋體，具有一第一面、一第二面、一凹槽 電接點及—導電密封環，該第二面相背對於該第11 凹槽凹陷於該第—面’該些導電接點配置在第 一面上，& 多 以電密封環配置在該第一面上且圍繞該些導電接點； ^積體電路晶片，包括—絲底、―積體電路層、〜 晶片導電層及—元件導電接點，其t該積體電路 °亥矽基底上，該積體電路層具有多個積體電路區、夕己 16 201228223 P27990078TW 36186twf.doc/n 個導電接合區及乡赠軸導電接合區錢 ST導的電内心 電接點ίϊϊ! 些導€接合塾分_接於該些導 環連接於該導電密封環，該積體電路 曰曰片”孩蓋體及该導電密封環形成一氣密空腔，該曰 片導電層配置在該積體電路層上，且該元件導電接點配= 在該第一晶片導電層；以及 -置 件導;元件，位於該氣密空腔内，並連接於該元 括.7.如申請專利範圍第6項所述之石英振盪器，更包 多個導電柱，分別設置穿過該蓋體且連接該 =導電接合墊，其中該至卜導電接合塾連接該第1 片等電層。 8.如申請專利範圍第6項所述之石英振塗器， qo · 外ίΓϊ電柱，分別設置穿過該積體電路晶片且連接該 4導電接合墊及該導電接點，其中 接該第-晶>1㈣層。 料電接合塾連 —種石英振盪器，包括 蓋體，具有一第一面、_ 9. 電接點及一導電咖，价面、-凹槽、多個導 凹槽凹陷於該第一面且包[一底面目:气該 面’該些導電接點配置在第一面上，二底密：: 17 201228223 P27990078TW 36186twf.doc/n 在該第一面上且圍繞該些導電接點； 一積體電路晶片，包括多個導電接合區，設置於該積 體電路晶片的表面，該些導電接合區具有多個導電接合墊 及一導電接合環，該些導電接合墊分別連接於該些導電接 點，該導電接合環連接於該導電密封環，且該積體電路晶 片與該蓋體及該導電密封環形成一氣密空腔； 一導電層，配置在該氣密空腔内且與至少一該導電接 點電性連接’而該導電接點可與對外的電性通道電性連接； 一元件導電接點，位於該氣密空腔内且配置在該導電 層上；以及 一石英振盪元件，位於該氣密空腔内且配置在該元件 導電接點上。 10· —種石英振盪器製造方法，包括： 提供一蓋體，該蓋體具有一第一面、一第二面、一凹 槽、一第一蓋體導電層、多個導電柱、一元件導電接點、 多個導電接點及-導電密封環，該第二面相背對於該第一 面’該凹槽cm於該第—面’該第—蓋體導電層配置在該 凹槽的内面並延伸至該第一面，該些導電柱個別穿設於該 蓋體並將該第-面與該第二面連接，至少—該導電柱連接 於該第-蓋體導電層，該元件導電接點配置在該凹槽内且 連接於β第-蓋體導電層，該些導電接點配置在第一面上 且連接於該第-蓋體導電層，而該導電密封環配置在該第 一面上且圍繞該些導電接點； 將一石英振盪元件連接於該元件導電接點； 201228223 P27990078TW 36186twf.doc/n 提供一積體電路晶圓’該積體電路晶圓具有一石夕基 底、一積體電路層，配置在該矽基底上，並具有多個導電 接合墊及一導電接合環； 將一積體電路晶圓之該些導電接合墊及該導電接合 環分別連接於該蓋體之該些導電接點及該導電密封環，以 與該蓋體及該導電密封環形成包圍該石英振盪元件的一氣 密空腔；以及 薄化該積體電路晶圓。 11.如申請專利範圍第10項所述之石英振盪器製造 方法，其中提供該蓋體的步驟包括： 提供一石夕晶圓，該石夕晶圓具有一第一面及一第二面， 該第二面相背對於該第一面； 蝕刻該矽晶圓以形成一凹槽及多個盲孔，該凹槽凹陷 於該第一面，該些盲孔凹陷於該第二面； 絕緣化該凹槽的内面及該些盲孔的内面； 利用電鍍金屬製程，將該些導電柱分別形成於該些盲 孔内； 薄化該砍晶圓的該第二面，以暴露出該些導電柱， 絕緣化該第一面；形成該第一蓋體導電層，且至少一 該導電柱連接於該第一蓋體導電層；以及 形成一元件導電接點、多個導電接點及一導電密封 環，其中該元件導電接點位於該凹槽内且連接於該第一蓋 體導電層，該些導電接點配置在第一面上，該導電密封環 配置在該第一面上且圍繞該些導電接點。 19 201228223 F2/yyuu78TW 36186twf.doc/n 12. 如申請專利範圍第11項所述之石英振盪器製造 方法，其中絕緣化該凹槽的内面及該些盲孔的内面的步驟 包括沈積氧化物。 13. 如申請專利範圍第11項所述之石英振盪器製造 方法，其中絕緣化該第一面的步驟包括： 沈積氧化物在該第一面；以及 移除位在至少一該導電柱靠近該第一面的端面上的 氧化物。 14. 如申請專利範圍第11項所述之石英振盪器製造 方法，其中形成該第一蓋體導電層的步驟包括濺鍍金屬。 15. 如申請專利範圍第11項所述之石英振盪器製造 方法，其中形成該元件導電接點、該些導電接點及該導電 密封環的步驟包括電鍍金屬。 16. 如申請專利範圍第10項所述之石英振盪器製造 方法，更包括： 沈積氧化物在該第二面以絕緣化該第二面； 移除位在至少一該導電柱靠近該第二面的端面上的 氧化物； 形成一第二蓋體導電層於該第二面，該第二蓋體導電 層連接於至少一該導電柱； 形成一絕緣層在該第二面及該第二蓋體導電層上，並 暴露出部分該第二蓋體導電層；以及 形成至少一導電接合層在該絕緣層所暴露出的部分 該第二蓋體導電層上。 20
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