TW201539812A - 在封裝增層中製造的壓電式裝置 - Google Patents

在封裝增層中製造的壓電式裝置 Download PDF

Info

Publication number
TW201539812A
TW201539812A TW104105083A TW104105083A TW201539812A TW 201539812 A TW201539812 A TW 201539812A TW 104105083 A TW104105083 A TW 104105083A TW 104105083 A TW104105083 A TW 104105083A TW 201539812 A TW201539812 A TW 201539812A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
piezoelectric
layers
piezoelectric device
layer
electrode
Prior art date
Application number
TW104105083A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI572071B (zh
Inventor
Feras Eid
Shawna M Liff
Original Assignee
Intel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Intel Corp filed Critical Intel Corp
Publication of TW201539812A publication Critical patent/TW201539812A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI572071B publication Critical patent/TWI572071B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/88—Mounts; Supports; Enclosures; Casings
    • H10N30/883—Additional insulation means preventing electrical, physical or chemical damage, e.g. protective coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/05—Holders; Supports
    • H03H9/0538—Constructional combinations of supports or holders with electromechanical or other electronic elements
    • H03H9/0542—Constructional combinations of supports or holders with electromechanical or other electronic elements consisting of a lateral arrangement
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/05—Holders; Supports
    • H03H9/10—Mounting in enclosures
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/05—Holders; Supports
    • H03H9/10—Mounting in enclosures
    • H03H9/1007—Mounting in enclosures for bulk acoustic wave [BAW] devices
    • H03H9/1014—Mounting in enclosures for bulk acoustic wave [BAW] devices the enclosure being defined by a frame built on a substrate and a cap, the frame having no mechanical contact with the BAW device
    • H03H9/1021—Mounting in enclosures for bulk acoustic wave [BAW] devices the enclosure being defined by a frame built on a substrate and a cap, the frame having no mechanical contact with the BAW device the BAW device being of the cantilever type
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/02—Forming enclosures or casings
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/08—Shaping or machining of piezoelectric or electrostrictive bodies
    • H10N30/082—Shaping or machining of piezoelectric or electrostrictive bodies by etching, e.g. lithography
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks
    • H03H2003/022—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks the resonators or networks being of the cantilever type
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H10N30/204—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
    • H10N30/2041—Beam type
    • H10N30/2042—Cantilevers, i.e. having one fixed end

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

描述在封裝增層中製成的壓電式裝置。在一實施例中，封裝件有多個傳導路由層以及在該等傳導路由層之間的多個有機介電層。晶粒附著區有能連接至一微電子晶粒的多個穿孔，該等穿孔連接至各個傳導路由層。壓電式裝置形成於一有機介電層上，該壓電式裝置有至少一電極耦合至一傳導路由層。

Description

在封裝增層中製造的壓電式裝置
本發明涉及微型電子裝置製造技術，且特別的是，涉及有機封裝件中的壓電式裝置。
壓電材料使用於在電子平台中可提供許多有用功能的裝置，特別是行動及無線電裝置。有些裝置包括RF可變電容器與感測器，例如超音波換能器或運動感測器，能量採集電路，以及聲響發信系統。壓電材料通常需要以高溫沉積，超過400℃的溫度，這與通常低於250℃的有機基板製造不相容。結果，個別製造壓電組件作為離散部件，然後組裝於系統的適當位置。
以半導體或RF(射頻)晶片封裝件而言，壓電部件常附著於封裝基板，嵌入封裝件，或放在印刷電路板上的封裝件附近。對於有印刷電路板的系統，這些壓電部件可焊接或插在板子上。這種安排常誕生系統的z高度增加及/或足以容納額外部件之總成的面積增加。在有些情形下，可能也需要獨立驅動器或獨立訊號處理電路或晶片及路由，甚至在x、y、及/或z方向佔用更多空間。
依據本發明之一實施例，係特地指出一種設備，其係包括：多個傳導路由層；在該等傳導路由層之間的多個有機介電層；具有多個穿孔以連接至一微電子晶粒的一晶粒附著區，該等穿孔連接至各個傳導路由層；以及形成於一有機介電層上的一壓電式裝置，該壓電式裝置具有至少一電極耦合至一傳導路由層。
2‧‧‧主機板
4‧‧‧處理器
6‧‧‧通訊晶片
8‧‧‧揮發性記憶體
9‧‧‧非揮發性記憶體
10‧‧‧大量儲存裝置
11‧‧‧計算裝置
12‧‧‧繪圖處理器
14‧‧‧晶片組
16‧‧‧天線
18‧‧‧觸控螢幕顯示器
20‧‧‧觸控螢幕控制器
22‧‧‧電池
24‧‧‧功率放大器
26‧‧‧全球定位系統(GPS)裝置
28‧‧‧羅盤
30‧‧‧揚聲器
32‧‧‧相機
100‧‧‧計算裝置
102‧‧‧電介質基板材料
104‧‧‧傳導路由層
106‧‧‧傳導穿孔
108‧‧‧封裝件基板
112‧‧‧壓電式裝置
114‧‧‧壓電層
116‧‧‧第二電極
202‧‧‧電介質基板材料
204‧‧‧傳導選路及互連層
206‧‧‧穿孔
212,216‧‧‧側面電極
214‧‧‧壓電層
302‧‧‧金屬或傳導重新分配或配線層
306‧‧‧穿孔
312、316‧‧‧電極
314‧‧‧壓電材料
319‧‧‧附加介電層
320‧‧‧網孔層
322‧‧‧壓電結構的上方
324‧‧‧壓電結構的下方
325‧‧‧金屬層
326‧‧‧介電層
328‧‧‧圖型化金屬層
402‧‧‧封裝件
404‧‧‧基板
406‧‧‧晶粒
408‧‧‧銲錫凸塊陣列
410‧‧‧電介質主體
412‧‧‧金屬接觸墊
414‧‧‧傳導層
416‧‧‧壓電式裝置
418‧‧‧空腔
420‧‧‧金屬網孔層
424‧‧‧金屬路由層
426‧‧‧穿孔
502‧‧‧封裝件
504‧‧‧基板
506‧‧‧晶粒
510‧‧‧電介質主體
512‧‧‧金屬接觸墊
514‧‧‧傳導層
516‧‧‧壓電式裝置
524‧‧‧金屬路由層
本發明的具體實施例以實例圖解說明而不是限制，附圖中類似的元件用相同的元件符號表示。
圖1A至圖1D的側面剖示圖根據一具體實施例圖示形成壓電式裝置於封裝基板之一部份上的操作階段。
圖2A至圖2C的側面剖示圖根據一具體實施例圖示形成替代壓電式裝置於封裝基板之一部份上的操作階段。
圖2D至圖2F的俯視平面圖圖示圖2A至圖2C的操作階段。
圖3A至圖3D的側面剖示圖根據一具體實施例圖示釋放形成於封裝基板之一部份上之壓電式裝置的操作階段。
圖4的剖面側視圖根據一具體實施例圖示有整合壓電式裝置的倒裝晶片封裝件。
圖5的剖面側視圖根據一具體實施例圖示有整合壓電式裝置的嵌入式晶粒封裝件。
圖6的方塊圖根據一具體實施例圖示包含已測試 半導體晶粒的計算裝置。
壓電層可直接製造於封裝件中作為基板製程的一部份。製造壓電材料作為封裝件之一部份致能新機能，例如RF可變電容器、感測器、能量採集、聲響發信等等，有小z高度及形式因子衝擊以及致能新穎、協同整合於系統中。不再需要獨立感測器封裝件的組裝及整合。新材料及製程允許將會在封裝增層法(package build up process)期間形成這些壓電材料致能現場基於壓電的感測器或裝置。直接形成壓電層中封裝件中也提供潛力直接及密切地路由至封裝件中的其他裝置，例如CPU或無線電裝置，或至封裝件整合的驅動器或發信邏輯。
圖1A至圖1D的側面剖示圖圖示形成壓電式裝置於封裝基板之一部份上的操作階段。這些附圖圖示的加工流程用於製作平面外振動型壓電層(z方向為圖面的垂直方向)。製作該基板可用任何習知有機基板材料或方法，例如玻璃強化環氧樹脂疊層，例如FR4，或乾膜式增層膜(Ajinomoto Buildup Film，ABF)。
在圖1A，電介質基板材料102與傳導路由層104在對方上面形成的交替層以構成封裝基板108。該等路由層可由微影技術，印刷，沉積及雷射銑削法，或各種其他方法中之任一。在上路由層與上介電層形成後，形成傳導穿孔106於標準基板介電層102中。該等穿孔從一適當路由層，在此情形下，為上路由層104，到將會形成於該上層上 的壓電式裝置的電極，形成電氣連接。
任何現有基板製造方法，包括標準核心或BBUL(無凸塊增層)技術，可用來建立該等封裝層。路由層，穿孔及電極可由各種不同材料中之任一形成，包括對有機層及壓電層有良好的黏性。這種金屬可包含有能增強黏性之種子層及表面精度的銅。
在圖1B中，圖案化及製造壓電式裝置112的第一電極。該第一電極連接至基板的穿孔106。在圖示實施例中，該第一電極為長扁形以及覆蓋基板正面中的一區域。
圖1C圖示壓電層114，其沉積於第一電極上面以及用例如微影技術圖案化。如圖示之第一電極連接至在它左端的穿孔。該壓電層可延伸到左邊超出第一電極的末端以及觸及基板的上介電層，但是不必與任何附近路由層電氣連接。不過，在有些實作中，該壓電層可接地或耦合至一些其他電壓平面。
圖1D圖示第二電極116，其沉積及圖案化於壓電層上。該第二電極可延伸至壓電材料的左邊以及與基板中連接至基板的不同金屬跡線的第二穿孔電氣連接。如果該第二電極不能利用圖示左邊穿孔近旁的共形拓撲覆蓋(conformal coverage of the topology)到達穿孔，則該穿孔可用另一方式連接。例如，可首先延伸該穿孔(例如，藉由印刷)使得它的高度與壓電層匹配，然後圖案化後製造第二電極。
壓電材料114的致動可藉由驅動通過兩個電極 112、116的相反電壓。誘發振盪運動頻率或振動可藉由通過這兩個電極驅動振盪電壓。替換地，如果可用外力誘發壓電材料移動，則在這兩個電極之間誘發電壓。利用此反向效果，可提供感測器或能量採集器。
圖2A至圖2C的相似側面剖示圖圖示形成壓電式裝置於封裝基板之一部份上的操作階段。這些附圖圖示的加工流程用以製作平面內振動型壓電層(在x或y方向或進出圖面的方向)。圖2D至圖2F為該加工流程的對應俯視平面圖。
在圖2A，種類相同基板層的電介質基板材料202及傳導選路及互連層204圖示於圖1A。該電介質可由任何適當基板材料形成。該等傳導層經圖案化成可形成路由、互連、穿孔及電路組件。該導電材料通常為銅，不過，可使用各種取代它的其他材料。也可連接至適當路由層的穿孔206。在圖2D中，兩個穿孔206圖示成並排以與壓電式裝置的兩個電極連接。
在圖2B中，在基板頂部之一部份上形成側面電極212、216。該等電極與圖1D的兩個電極類似。它們並排地安置成在兩者之間有空間、間隙，而不是垂直堆疊。藉由用微影技術沉積金屬層然後蝕刻去掉多餘的金屬，可用適當金屬同時形成該等電極。這兩個電極與在其間的空間平行。圖2E的對應上視圖可看見這兩個狹長平行電極。各個電極連接至不同穿孔206。
在圖2C中，壓電層214沉積於這兩個電極之 間。該壓電係橫向夾在這兩個電極之間。儘管在圖2C看不到這附加材料，然而在圖2F可清楚看見。
壓電材料214可橫向驅動，亦即在圖2F的頁面上下，此係藉由通過兩個電極212、216來驅動相反電壓。同樣，如果用外力誘發該壓電材料，則在這兩個電極之間誘發電壓。利用此反向效果，可提供感測器或能量採集器(energy harvester)。
在圖1D及圖2F的實例中，該等壓電結構直接形成於電介質結構上或在對方上面。因此，該等層黏著至這些表面或藉由頂著基板或與它們接觸的其他層的摩擦有阻止它們的運動。
在一些應用系統中，例如如以上章節所述的運動或超音波感測器或能量採集，最好在製造後釋放壓電結構(及電極)以允許在與鄰近結構有小磨擦下運動。包圍壓電結構的電介質材料可蝕刻去掉以允許該運動。附加諸層也可形成於壓電結構上而不傷害該結構或限制運動。在一些應用系統中，例如，作為RF可變電容器，待利用的底下基板結構不必釋放該壓電材料。
圖3A至圖3D的側面剖示圖圖示壓電式裝置形成於封裝基板之一部份上的釋放操作階段。該等附圖圖示的加工流程用以移除平面外振動型壓電層四周的材料。雖然圖示加工流程用於釋放圖1D的平面外振動型壓電式裝置，然而該流程與用於釋放圖2F的平面內結構一樣。也應注意，在此實例中，最終釋放結構為懸臂，但是它可設計 成為任何不同機械結構(例如雙端固支梁(doubly clamped beam)或隔膜等等)。
圖3A圖示有壓電材料314在兩個電極312、316之間的圖1D結構。該等電極耦合至穿孔306以施加或接收電壓或兩者，這取決於特定實作。在基板材料內，該等穿孔耦合至在多個金屬或傳導重新分配或配線層302之間金屬層302。附加介電層319直接疊層於包括電極312、316的壓電結構上面。儘管在介電層與壓電結構之間可能有中間層，然而在此情形下，該電介質係直接形成於該壓電結構上。
在圖3B中，用基板技術作成網孔層320。該網孔層保護壓電結構免受害於機械干擾。它防止任何其他層形成於壓電結構上。該網目可形成各種不同圖案中之任一。在一實施例中，它由用穿孔(未圖示)錨定交叉(例如，正交)銅跡線形成。替換地，該等網目可形成為有許多小孔的實心板。形成該網目可用微影及鍍覆及蝕刻或基板圖案化技術的任何其他組合。
在圖3C中，微影及蝕刻(例如，RIE，反應性離子蝕刻)用來移除壓電結構四周的電介質(例如，有機)材料。這可通過該網目完成而不影響該網目或該等金屬層。乾蝕刻形成空腔於壓電結構的上方322及下方324。該空腔由壓電結構及其餘電介質及金屬層之間的距離界定。該空腔允許壓電結構在基板內自由移動。該空腔可填滿空氣或任何其餘材料以及結構的移動數量。換言之，在壓電結構、 基板之間有間隙或距離。該空腔允許該結構在該間隙內移動或偏轉。
在壓電結構下面蝕刻而成的間隙受阻於在結構正下面的金屬層325。如附圖所示，並排蝕刻的程度受控於在蝕刻開始前施加的微影遮罩及/或金屬網目。該等空腔的大小因此受控於基板金屬結構及網目和微影製程。空腔大小，特別是，不被電介質或金屬牢牢地錨定之梁的數量允許受控壓電結構自由運動。這允許微調結構或調整它的操作。
使用定時蝕刻或者是無機蝕刻終止物，例如最初沉積於所欲空腔底部的薄一氮化矽(SiN)層，也可控制電介質移除(在z-方向)的程度。
在圖3D中，繼續該等封裝層的製造。網目上面可沉積附加層以形成額外的路由或配線。該網目能夠支撐後續封裝層(例如，電介質或防焊劑)而有最小的垂度。在圖示實施例中，形成介電層326於該網目上，接著是圖型化金屬層328。可適合該等層的特定組態及個數以適宜最終裝置的所欲目的。
上述實施例描述壓電元件的製造係藉由沉積、圖案化及蝕刻以及有在壓電體下面鄰接的路由連接。該壓電體也可首先沉積以及從上面鄰接路由連接。儘管此沉積、圖案化及蝕刻製程對一些材料有效，然而可預先形成其他材料然後放在基板上。該等電極在放上壓電材料後形成以便確保連接。替換地，該等電極也可在外部製程製造以及 在裝上基板之前連接至該壓電材料。
一些材料，例如無機壓電材料，可能需要額外加工操作以及提供預期壓電性質。例如，對於PZT，在沉積該材料後(例如，穿孔濺鍍)，它可用準分子脈衝雷射加熱成核及結晶化。替換地，在結構施加至基板前，這可在外部製程完成。
以上實施例描述單層壓電樑(unimorph)的製造，其形式為包含有周圍電極之單層壓電材料的對稱懸臂或隔膜。在一些應用系統中，可使用有對稱或不對稱厚度的兩個或更多壓電材料主動層以製成雙壓電晶片(bimorph)或堆疊。這些附加壓電層可用來增加例如電子驅動結構的力或位移輸出，超過單層壓電樑所提供的。該等第二主動層可圖案化方式可與已沉積的第一層一樣。對於平面偏振盪器，可使用後續的阻劑塗敷、圖案化及剝除以考慮到不同的壓電材料。
本文的實施例可使用各種不同的壓電材料。以下列出一些實施例。
合成有機壓電材料包括但不限於：聚合物，例如聚(偏二氟乙烯)，聚對二甲苯，聚-雙(氯甲基)氧雜環丁烷(poly-bischloromethyuloxetane)，芳香族聚酰胺，聚堸，聚氟乙烯(包括PVDF)，聚L-乳酸，以及合成多肽。
天然壓電材料包括但不限於：石英、黃玉，甘蔗，脫氧核糖核酸(DNA)，核糖核酸(RNA)，筋，骨，牙質琺瑯，羅謝爾鹽(Rochelle salt)，鐵電氣石(Schorl tourmaline)，木， 角蛋白，絲，以及肌球蛋白。
合成人造壓電無機物包括但不限於：鈦酸鋇(barium titanate)，鈦酸鉛(lead titanate)，鋯鈦酸鉛(lead zirconate titanate，PZT)，鈮酸鉀，鈮酸鋰，氮化鋁，氧化鋅，以及鉭酸鋰(lithium tantanate)。
該表圖示三種代表性材料實施例及其效能和熱相容性。第二橫列圖示該等材料之機械及電氣參數之間在某方位的壓電耦合係數，單位為牛頓/庫倫。第三橫列係指材料失去壓電效應或自發極化的溫度，即居里溫度或者是熔點。
介紹於上文的合成有機材料相較於人造無機物有劣等耦合係數而且常在微電子基板製造及後續組裝加工的典型加工溫度中無法殘存。這是因為有機材料的壓電效應與結晶度和晶域在非晶基體內的對齊成正比。結果，在材料暴露於軟化溫度以上的溫度時，可能失去在變形期間誘發的結晶取向，例如拉絲或擠壓(例如，進入疊層片)或經由電場極化(via electrical poling)誘發，即使該材料呈共價交聯。此外，當暴露超過熔點的溫度時，晶體會熔化以及動力學可能限制它們重新成形。對比之下，人造無機壓電材料的晶體通過高溫退火實現，常結合電氣極化(electrical poling)，這常超過通常用來製造微電子封裝件之電介質材 料的分解溫度。
結果，至少可使用三種不同方法以使壓電材料包含於有機封裝件中。第一種方法依賴預製人造無機壓電材料的微轉移。在這種情況下，可成長壓電材料的薄膜於矽基板或金屬箔片上，然後通過蝕刻終止物釋放。然後，這些結構轉移到面板可使用軟微影術及PDMS(聚二甲基矽氧烷)衝壓用以拾起及放置壓電材料。實現與製成於封裝件中的金屬穿孔及底下介電層有良好黏性及電氣接觸可通過合適的材料選擇，熱退火，以及雷射點焊，及其他技術。
第二種方法依賴低溫沉積(亦即，室溫至約達250℃的回焊溫度)人造無機壓電材料以及脈衝雷射退火該材料以誘發沉積時或者是後續製程步驟時生成的結晶度。雷射脈衝沉積可在材料經由狹孔或熔凝膠(sol-gel)配方或穿孔濺鍍的噴塗施加至基板面板後使用以及施加可結合電氣極化以進一步對齊在感興趣方向中的微晶。在有些實例中，可微調種子/黏性下層以忍受及致能雷射吸收加熱和快速耗散。
第三種方法，在現場有或沒有外加電場下，使用下列各物的擠壓：在有機壓電高溫下混合的共價自適應高分子網路微晶形成分子(例如，聚堸)及/或奈米及/或微米壓電無機粒子，管子或纖維，例如碳奈米管。這些材料可擠壓成單層或多層以誘發定向，或共擠壓以輸送雙壓電晶片多層壓電材料(bimorphic multi-layer piezoelectric material)，然後疊層於有機基板面板上面，例如典型的電介 質增層。這些擠壓疊層可能在外層上設有定製黏著劑及/或各向異性傳導層以便良好地耦合至下層。應注意，共價自適應網路(CAN)為在全網路中有可觸發、可逆化學物的交聯網路，模擬時，通過可逆加成/凝結反應或通過鍵交換機構來調整它們的結構。觸發包括溫度變化，i以特定波長照射，pH或存在另一特定分子。一具體實施例包含的CAN在擠壓時可像個半結晶熱塑聚合物網路，但是在照片曝光時，網路中的分子改變構形以及在層壓於有機基板面板上之前，在基質中誘發共價-交聯作用。
有機基板中的共振懸臂及梁在空氣中提供比傳統矽MEMS(微機電系統)還高的品質因子(Q)，而且裁剪成可提供較寬頻寬，這使它們成為壓電能量採集的理想候選。在有大頻寬及高Q的能量採集應用系統中，允許在輸入機械頻率的較寬範圍收集更多能量。使用如本文所述之雙端固支梁的超寬頻寬壓電能量採集器可用來提供達40W/cm3的功率密度，量級比先前技術裝置更好的效能。
用如本文所述的基板可製成各種不同類型的封裝件。圖4的剖面側視圖圖示有整合壓電式裝置的倒裝晶片封裝件。封裝件402有已附著晶粒406的基板404。該晶粒經倒裝成耦合該等上層互連可通過銲錫凸塊陣列408或任何其他所欲類型的連接。該晶粒可為以下各種不同類型中任一：半導體電路晶粒，微機電晶粒，光學晶粒，射頻類比晶粒，數位處理器晶粒，或可受益於壓電式裝置之鄰近度(proximity)的任何其他類型晶粒。壓電式裝置之鄰近度 的效益之一在於它可用快速損失低的金屬層以及通過基板的穿孔連接直接連接至晶粒。另一效益在於藉由包含異類組件於較小空間，可做出緊湊的系統。
該基板有電介質主體410與數個金屬接觸墊412以與主系統或子系統板(未圖示)。該等墊連接至傳導層414以在系統板與晶粒之間連接及路由訊號及電力通過基板。
壓電式裝置416形成於如本文所述之基板404上或中以及通過電極連接至基板的金屬層。此外，該壓電式裝置也通過通過金屬路由層424及基板中的相關穿孔426直接連接至晶粒。替換地，該壓電式裝置可改為連接至外部組件，通過接觸墊連接至系統板。在圖示實施例中，壓電式裝置416在被金屬網孔層420覆蓋的空腔418上方懸空成為梁。該壓電式裝置不一定按比例繪製而且可遠小於圖示。可覆蓋、埋藏、密封、或以其他方式保護該封裝件，這取決於特定實例。
圖5的剖面側視圖圖示有整合壓電式裝置的替代嵌入式晶粒封裝件。封裝件502有已埋藏晶粒506於其中的基板504。該晶粒與封裝件內的穿孔連接而且也可以有外連接，例如銲錫凸塊陣列(未圖示)以附著於系統或子系統板。該基板有電介質主體510與數個金屬接觸墊512以與主系統或子系統板(未圖示)連接。該等墊連接至傳導層514以在系統板與晶粒之間連接及路由訊號及電力通過基板。
壓電式裝置516形成於如本文所述之基板504 上或中以及通過電極連接至基板的金屬層。替換地，該壓電式裝置可通過基板的金屬路由層524連接至晶粒，如圖4所示。可覆蓋、埋藏、密封、或以其他方式保護該封裝件，這取決於特定實例。
圖6根據本發明之一實作圖示計算裝置100。計算裝置100容納主機板2。主機板2可包含許多組件，包括但不限於：處理器4與至少一通訊晶片6。處理器4物理及電氣耦合至主機板2。在一些實作中，至少一通訊晶片6也物理及電氣耦合至主機板2。在其他實作中，通訊晶片6為處理器4之一部份。
取決於它的應用，計算裝置100可包含可能或不實體及電氣耦合至主機板2的其他組件。這些其他組件包括但不限於：揮發性記憶體(例如，DRAM)8，非揮發性記憶體(例如，ROM)9，快閃記憶體(未圖示)，繪圖處理器12，數位訊號處理器(未圖示)，加解密處理器(未圖示)，晶片組14，天線16，顯示器18，例如觸控螢幕顯示器，觸控螢幕控制器20，電池22，聲頻編碼解碼器，視頻編碼解碼器，功率放大器24，全球定位系統(GPS)裝置26，羅盤28，加速計，陀螺儀，揚聲器30，相機32、以及大量儲存裝置(例如，硬碟驅動器)10，光碟(CD)，數位光碟(DVD)等等)。這些組件可連接至系統板2，安裝至系統板，或與其他組件中之任一結合。
通訊晶片6致能進出計算裝置11之資料傳輸的無線及/或有線通訊。用語「無線」及其衍生詞可用來描述 通過非固體媒介可利用調變電磁輻射來傳達資料的電路、裝置、系統、方法、技術、通訊通道等等。該用語不意謂相關裝置不包含任何配線，然而在一些具體實施例中，它們可能沒有。通訊晶片6可實現許多無線標準或協定中之任一，包括但不限於：Wi-Fi(IEEE 802.11家族)，WiMAX(IEEE 802.16家族)，IEEE 802.20，長程演進技術(LTE)，Ev-DO，HSPA+，HSDPA+，HSUPA+，EDGE，GSM，GPRS，CDMA，TDMA，DECT，藍芽，彼等之衍生物，以及指定作為3G、4G、5G及以上的任何其他無線協定。計算裝置11可包含多個通訊晶片6。例如，第一通訊晶片6可專用於較短程的無線通訊，例如Wi-Fi及藍芽，以及第二通訊晶片6可專用於較長程的無線通訊，例如GPS，EDGE，GPRS，CDMA，WiMAX，LTE，Ev-DO及其他。
計算裝置100的處理器4包括封裝於處理器4內的積體電路晶粒。在本發明的一些實作中，該處理器的積體電路晶粒，記憶裝置，通訊裝置，或其他組件包含封裝於壓電式裝置內的一或更多晶粒，若需要。壓電式裝置也可併入獨立基板，除了任何晶粒外。用語「處理器」可指任何裝置或裝置之一部份用以處理來自暫存器及/或記憶體的電子資料以將該電子資料轉換成可存入暫存器及/或記憶體的其他電子資料。
在各種實作中，計算裝置100可為膝上電腦，連網電腦(netbook)，筆記型電腦，超輕薄筆電(ultrabook)，智慧型手機，平板電腦，個人數位助理(PDA)，迷你行動型個 人電腦(ultra mobile PC)，行動電話，桌上電腦，伺服器，列表機，掃描器，監視器，機上盒，娛樂控制單元，數位相機，可攜式音樂播放器，或數位錄影機。在其他實作中，計算裝置11可為處理資料的任何其他電子裝置。
具體實施例可實作成用主機板、特殊應用積體電路(ASIC)及/或現場可程式閘陣列(FPGA)互連的一或更多記憶晶片、控制器、CPU(中央處理單元)，微晶片或積體電路。
對於「一具體實施例」、「具體實施例」、「示範具體實施例」、「各種具體實施例」等等的參照係表示所描述的本發明具體實施例(或數個)可包括特定特徵、結構或特性，但是並非每個具體實施例一定包括該等特定特徵、結構或特性。此外，一些具體實施例可具有針對其他具體實施例所述的特徵中之一些、所有或全無。
在以下描述及申請專利範圍中，可使用用語「耦合」及其衍生詞。「耦合」用來表示互相合作或互動的兩個或更多元件，但是它們之間可能有或沒有居間的物理或電氣組件。
如申請專利範圍中所使用的，除非特別指明，描述共同元件的序數形容詞「第一」、「第二」、「第三」只是表示參照類似元件的不同實例，而非旨在暗示所描述的元件必須在時間、空間、順序上或者是以任何其他方式遵循給定順序。
附圖及以下說明給出具體實施例的例子。熟諳此 藝者應瞭解，一或更多所述元件也可結合成單一功能元件。替換地，某些元件可分成多個功能元件。來自一具體實施例的元件可加到另一具體實施例。例如，可改變描述於本文的方法順序而且不受限於描述於本文的方式。此外，任何流程圖中的動作不需以圖示順序實作；也不一定做所有的動作。再者，不取決於其他動作的動作可其他動作並行地執行。具體實施例的範疇決不受限於特定的實施例。不適是否明示於本專利說明書中，仍可能有許多變體，例如結構，尺寸以及材料用法的差異。具體實施例的範疇至少與以下所給出的申請專利範圍的一樣寬廣。
以下實施例有關於其他具體實施例。不同具體實施例的各種特徵可與一些特徵以各種方式組合，包括或不包括這些特徵以適合各式各樣的不同應用系統。一些具體實施例有關於一種系統，其係具有：多個傳導路由層，在該等傳導路由層之間的多個有機介電層，有多個穿孔以連接至一微電子晶粒的一晶粒附著區(die attach area)，該等穿孔連接至各個傳導路由層；以及形成於一有機介電層上的一壓電式裝置，該壓電式裝置有至少一電極耦合至一傳導路由層。
在一些具體實施例中，該電極通過一穿孔耦合至該傳導路由層。在一些具體實施例中，該電極形成於該穿孔上。在一些具體實施例中，該壓電式裝置包含有兩側的一狹長壓電材料部份，以及在該狹長壓電材料部份的兩側上，該至少一電極各包含一狹長電極部份。
一些具體實施例更包括：一第一電極形成於一介電層上，該壓電材料形成於該第一電極上，以及一第二電極形成於該壓電材料上。
一些具體實施例更包括：在該壓電式裝置與該等介電層之間的一空腔以允許該壓電式裝置移動。
在一些具體實施例中，該壓電式裝置為一懸臂梁。在一些具體實施例中，該等有機介電層由一乾膜式增層膜形成。
一些具體實施例有關於一種方法，其係包括：形成多個有機介電層，形成多個圖型化傳導層於該等介電層之間，形成多個穿孔以使一傳導層之一部份連接至另一傳導層之一部份，形成一晶粒附著區以使一晶粒附著於一介電層上，以及形成在上面耦合至一傳導層的一壓電式裝置。
一些具體實施例更包括：形成一附加介電層於該壓電式裝置上。一些具體實施例更包括：形成一金屬網目於該壓電式裝置上，以及形成在金屬網目上的該附加介電層上。一些具體實施例更包括：移除該介電層在該金屬網目下面以及在該壓電式裝置四周的一部份以允許該壓電式裝置移動。
在一些具體實施例中，由作為一壓電結構的一鋯鈦酸鉛組件與作為電極的數個銅組件形成該壓電式裝置。在一些具體實施例中，該壓電結構及該等電極是狹長的以形成一懸臂梁。在一些具體實施例中，形成一壓電式裝置的步驟包括：沉積一壓電材料於一介電層上，以及用微影 技術圖案化該沉積材料。在一些具體實施例中，形成一壓電式裝置的步驟包括：沉積一壓電材料於一介電層上，以及用雷射脈衝退火該壓電材料。
一些具體實施例更包括：蝕刻一介電層在該壓電式裝置四周的一部份以在該壓電式裝置四周形成一空腔。在一些具體實施例中，該空腔形成一氣隙。
一些具體實施例有關於一種計算裝置，其係包括：一主機板，附著於該主機板的一記憶裝置，以及附著於該主機板的一邏輯裝置，該邏輯裝置包含一半導體晶粒和該半導體晶粒所附著的一封裝基板，該封裝基板有多個傳導路由層，在該等傳導路由層之間的多個有機介電層，有多個穿孔以連接至一微電子晶粒的一晶粒附著區，該等穿孔連接至各個傳導路由層，以及形成於一有機介電層上的一壓電式裝置，該壓電式裝置有至少一電極耦合至一傳導路由層。在一些具體實施例中，該壓電式裝置為一能量採集器。
102‧‧‧電介質基板材料
104‧‧‧傳導路由層
106‧‧‧傳導穿孔
112‧‧‧壓電式裝置
114‧‧‧壓電層
116‧‧‧第二電極

Claims (20)

  1. 一種設備，其係包括：多個傳導路由層；在該等傳導路由層之間的多個有機介電層；具有多個穿孔以連接至一微電子晶粒的一晶粒附著區，該等穿孔連接至各個傳導路由層；以及形成於一有機介電層上的一壓電式裝置，該壓電式裝置具有至少一電極耦合至一傳導路由層。
  2. 如請求項1之設備，其中該電極通過一穿孔被耦合至該傳導路由層。
  3. 如請求項2之設備，其中該電極被形成於該穿孔上。
  4. 如請求項1之設備，其中該壓電式裝置包括具有兩側的一狹長壓電材料部份，且其中該至少一電極在該狹長壓電材料部份的各側上包含一狹長電極部份。
  5. 如請求項4之設備，其中：一第一電極被形成於一介電層上；該壓電材料被形成於該第一電極上；以及一第二電極被形成於該壓電材料上。
  6. 如請求項1之設備，其進一步包括在該壓電式裝置與該等介電層之間的一空腔以允許該壓電式裝置移動。
  7. 如請求項1之設備，其中該壓電式裝置係為一懸臂梁。
  8. 如請求項1之設備，其中該等有機介電層係由一乾膜式增層膜所形成。
  9. 一種方法，其係包括：形成多個有機介電層；形成多個圖型化傳導層於該等介電層之間；形成多個穿孔以將一傳導層之一部份連接至另一傳導層之一部份；形成一晶粒附著區以將一晶粒附著於一介電層上；以及形成耦合至一傳導層的一壓電式裝置。
  10. 如請求項9之方法，其進一步包括形成一附加介電層於該壓電式裝置上。
  11. 如請求項10之方法，其進一步包括形成一金屬網目於該壓電式裝置上以及於該附加介電層上。
  12. 如請求項11之方法，其進一步包括移除該介電層在該金屬網目下面以及在該壓電式裝置四周的一部份以允許該壓電式裝置移動。
  13. 如請求項9之方法，其中該壓電式裝置係由作為一壓電結構的一鋯鈦酸鉛組件與作為電極的銅組件所形成。
  14. 如請求項13之方法，其中該壓電結構及該等電極是狹長的以形成一懸臂梁。
  15. 如請求項9之方法，其中形成一壓電式裝置的步驟包括沉積一壓電材料於一介電層上及使用微影技術圖案化經沉積之該材料。
  16. 如請求項9之方法，其中形成一壓電式裝置的步驟包括沉積一壓電材料於一介電層上及使用雷射脈衝退火該 壓電材料。
  17. 如請求項9之方法，其進一步包括蝕刻一介電層在該壓電式裝置四周的一部份以在該壓電式裝置四周形成一空腔。
  18. 如請求項9之方法，其中該空腔形成一氣隙。
  19. 一種計算裝置，其係包括：一主機板；附著於該主機板的一記憶體裝置；以及附著於該主機板的一邏輯裝置，該邏輯裝置包含一半導體晶粒和該半導體晶粒所附著的一封裝基板，該封裝基板具有多個傳導路由層，在該等傳導路由層之間的多個有機介電層，具有多個穿孔以連接至一微電子晶粒的一晶粒附著區，該等穿孔連接至各個傳導路由層，以及被形成於一有機介電層上的一壓電式裝置，該壓電式裝置具有至少一電極耦合至一傳導路由層。
  20. 如請求項19之計算裝置，其中該壓電式裝置係為一能量採集器。
TW104105083A 2014-03-28 2015-02-13 在封裝增層中製造的壓電式裝置 TWI572071B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/229,820 US10305019B1 (en) 2014-03-28 2014-03-28 Piezoelectric devices fabricated in packaging build-up layers

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201539812A true TW201539812A (zh) 2015-10-16
TWI572071B TWI572071B (zh) 2017-02-21

Family

ID=54851474

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW104105083A TWI572071B (zh) 2014-03-28 2015-02-13 在封裝增層中製造的壓電式裝置

Country Status (2)

Country Link
US (2) US10305019B1 (zh)
TW (1) TWI572071B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108217581A (zh) * 2017-01-20 2018-06-29 迈尔森电子（天津）有限公司 一种mems压电传感器及其制作方法
EP3440718A4 (en) * 2016-04-01 2019-12-25 INTEL Corporation METHOD FOR PRODUCING PIEZO-ELECTRIC MIRRORS IN A PACKAGE

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017171855A1 (en) * 2016-04-01 2017-10-05 Intel Corporation Strain sensitive piezoelectric system with optical indicator
ES2717107T3 (es) * 2016-08-25 2019-06-19 Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp Ltd Terminal móvil, componente de carcasa y método de fabricación del mismo
CN109665488A (zh) * 2018-12-29 2019-04-23 杭州士兰集成电路有限公司 Mems器件及其制造方法
CN111682098B (zh) * 2020-06-12 2022-07-01 瑞声声学科技(深圳)有限公司 一种压电结构及压电装置
CN111682097B (zh) * 2020-06-12 2022-05-31 瑞声声学科技(深圳)有限公司 一种压电结构及压电装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6809753B2 (en) * 2002-10-25 2004-10-26 Xiang Zheng Tu Optical microswitch printer heads
US7098745B2 (en) * 2003-06-04 2006-08-29 Intel Corporation System to control integrated circuit resonance
JP4053958B2 (ja) * 2003-09-19 2008-02-27 株式会社東芝 電圧制御発振器
JP2006021521A (ja) * 2004-06-11 2006-01-26 Fuji Xerox Co Ltd 液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出ヘッド並びに液滴吐出装置
TWI508194B (zh) 2009-01-06 2015-11-11 Xintec Inc 電子元件封裝體及其製作方法
US20110156406A1 (en) * 2009-12-31 2011-06-30 Qing Ma Platform energy harvesting
JP2013055400A (ja) 2011-09-01 2013-03-21 Seiko Instruments Inc 圧電振動デバイス及び発振器
US20130134838A1 (en) * 2011-11-28 2013-05-30 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Piezoelectric mems transformer
DE112011106049B4 (de) 2011-12-30 2018-02-15 Intel Corporation Halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung desselben
US9200973B2 (en) * 2012-06-28 2015-12-01 Intel Corporation Semiconductor package with air pressure sensor
US9505607B2 (en) * 2015-03-27 2016-11-29 Intel Corporation Methods of forming sensor integrated packages and structures formed thereby
US9559037B2 (en) * 2015-06-02 2017-01-31 Intel Corporation Package integrated synthetic jet device

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3440718A4 (en) * 2016-04-01 2019-12-25 INTEL Corporation METHOD FOR PRODUCING PIEZO-ELECTRIC MIRRORS IN A PACKAGE
US10969574B2 (en) 2016-04-01 2021-04-06 Intel Corporation Process for creating piezo-electric mirrors in package
CN108217581A (zh) * 2017-01-20 2018-06-29 迈尔森电子（天津）有限公司 一种mems压电传感器及其制作方法
TWI667815B (zh) * 2017-01-20 2019-08-01 大陸商邁爾森電子（天津）有限公司 一種ｍｅｍｓ壓電轉換器及其製作方法
US10913093B2 (en) 2017-01-20 2021-02-09 Memsen Electronics Inc. Micro-electro-mechanical system piezoelectric transducer and method for manufacturing the same
CN108217581B (zh) * 2017-01-20 2021-03-16 迈尔森电子（天津）有限公司 一种mems压电传感器及其制作方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20190140158A1 (en) 2019-05-09
US10305019B1 (en) 2019-05-28
US11508898B2 (en) 2022-11-22
US20190252597A1 (en) 2019-08-15
TWI572071B (zh) 2017-02-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI572071B (zh) 在封裝增層中製造的壓電式裝置
CN107032291B (zh) 形成在pcb支撑结构处的mems压电式换能器
JP5574970B2 (ja) Ｍｅｍｓパッケージおよび該ｍｅｍｓパッケージの製造方法
KR100558319B1 (ko) 광 스위치 장치 및 그의 제조방법
US20210259114A1 (en) Printing components to substrate posts
US10790173B2 (en) Printed components on substrate posts
JP2008078596A (ja) 貫通接続構造物を高密度に備えた積層可能な層構造体及び積層体
US20200176286A1 (en) Module structures with component on substrate post
US9604255B2 (en) Method, apparatus and system for a transferable micromachined piezoelectric transducer array
KR20120090594A (ko) 고분자 전극의 제조방법 및 고분자 전극을 채용한 고분자 구동기
JP2006147995A (ja) 可変容量素子及びその製造方法
US20200176671A1 (en) Cavity structures
TWI702740B (zh) 超聲波換能器
US11981559B2 (en) Enclosed cavity structures
TWI756205B (zh) 壓電封裝體整合式膜體聲音共振器裝置
US11482979B2 (en) Printing components over substrate post edges
US9481566B2 (en) Methods of forming semiconductor structures including MEMS devices and integrated circuits on opposing sides of substrates, and related structures and devices
US10804880B2 (en) Device structures with acoustic wave transducers and connection posts
WO2013101156A1 (en) Integration of laminate mems in bbul coreless package
EP3869575A1 (en) Piezoelectric device with pillar structure and method of manufacturing
JP2015211162A (ja) ガラス部材の製造方法、ガラス部材、およびガラスインターポーザ
WO2011136312A1 (ja) 振動発電デバイスおよびその製造方法
US20220368306A1 (en) Printing components to adhesive substrate posts
US20230336150A1 (en) Suspended components and functional frames
JP7017578B2 (ja) 発電素子の製造方法、発電素子及び発電装置