TW201810335A - 壓電封裝體整合式切換裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明之實施例包括有一種切換裝置，其包括有一電極、耦合至該電極之一壓電材料、以及耦合至該壓電材料之一可移動結構(例如懸臂、桁條)。該可移動結構包括有耦合至具有有機層之一封裝體基材之一錨固件的一第一端、及置於該封裝體基材之一空腔內的一第二釋放端。

Description

壓電封裝體整合式切換裝置
本發明之實施例大致係有關於半導體封裝體整合式裝置。特別的是，本發明之實施例係有關於壓電半導體封裝體整合式切換裝置。
目前的電氣信號路由安排乃是藉由不同類型之開關來控制。已將包括有靜電、電磁、熱機械、及壓電在內的若干傳感技巧用於機械性開關。一開關不僅用於控制電路之路徑，還用於控制電路之相位與時序，是大部分射頻(RF)電路的基礎。持續小型化之通訊系統需要開發更小、更具成本效益的開關，才能持續控制各式各樣的電子信號。
依據本發明之一實施例，係特地提出一種切換裝置，包含：一電極；一耦合至該電極之壓電材料；以及一耦合至該壓電材料之懸臂，該懸臂具有耦合至具有有機層之一封裝體基材之一錨固件的一第一端、及置於該封裝體基材之一空腔內的一第二釋放端。
本文中所述為半導體封裝體整合式壓電切換裝置。在以下說明中，說明性實作態樣之各項態樣將會使用所屬技術領域中具有通常知識者常用的用語，以傳達其工作內容予所屬技術領域中其他具有通常知識者。然而，所屬技術領域中具有通常知識者將會明白，本發明可僅利用所述態樣其中一些來實踐。為了解釋，提出特定數字、材料及組態是為了透徹理解此等說明性實作態樣。然而，所屬技術領域中具有通常知識者將會明白，本發明無需此等特定細節也可實踐。在其他例子中，省略或簡化眾所周知的特徵是為了不要混淆此等說明性實作態樣。
進而將會採用一最有助於理解本發明的方式，將各種操作描述為多個分立動作或操作，然而，說明順序不應該視為意味著這些操作必然順序相依。特別的是，這些操作不需要按介紹之順序來進行。
微機電(MEMS)開關提供一低損耗，低功率、高度線性、與輸入功率有關、與現有固態開關技術有別的替代方案，並且已主宰RF通訊系統之開關市場。儘管有這些優點，這種技術卻因矽上MEMS裝置固有的大製造成本而非常昂貴。
本設計解決半導體封裝體內製作MEMS開關之問題，其與大量封裝體基材製作技術相容。這種在封裝體基材中整合MEMS開關的設計乃基於我們在封裝體基材中沉積壓電材料、並且在基材中建立可移動結構的能力。
在一項實施例中，這種技術容許利用基材製造技術來製作微機電壓電開關。這些開關包括有諸如懸臂或桁條，其順著一或多個方向自由移動，並且從而斷開或閉接一信號路徑。該連接可能是一直接傳導連接，或基於RF信號之電容性耦合。該等結構含有壓電材料堆疊、以及可用於對壓電材料施加電壓之電極。橫跨電壓施加一電壓在壓電材料中產生一應力，造成該堆疊移動，並且從而造成整體釋放之結構移動。這進而產生微電子系統中不同路徑之間切換所需的機械性位移。
本設計產生封裝體整合式開關，從而相較於附接至一基材或板材之分立開關，實現更小且更薄的系統。封裝體整合式開關未使一基材或多個基材之一總高度(沿著垂直軸)增加一Z高度。可製造本設計作為部分之基材製作程序，但無需購買及裝配分立組件。其因此有能力大量(並且從而以更低成本)製造需要切換裝置(例如RF濾波器、取樣開關、XY陣列定址開關等)之系統。相較於接觸面積有限且接觸電阻更高之一矽基材上之整合式開關，封裝體整合式開關亦具有更低的接觸電阻。
在一項實例中，本設計包括有用以作為RF MEMS開關之封裝體整合結構。那些結構乃製造為部分之封裝層，並且可藉由將其周圍之介電材料移除而自由移動。該等結構乃藉由逐層沉積並圖案化成封裝體之壓電堆疊而受致動。本設計包括有依照懸置及可移動結構之原理在封裝體中建立功能性開關。封裝體中出現介電材料之蝕刻以建立空腔。封裝體製作程序期間，封裝體基材中亦出現壓電材料沉積(例如0.5 um至1 um沉積厚度)及結晶化。在一更低的基材溫度範圍(例如高達260℃)進行之一退火操作容許壓電材料(例如鋯鈦酸鉛(PZT)、鈮酸鈉鉀、AlN、ZnO等)在封裝體製作程序期間出現結晶化。在一項實例中，相對壓電材料局部出現雷射脈衝退火，用於退火操作但不損壞封裝體基材(例如有機基材)之其他層。
現請參照圖1，所示為根據本發明之一實施例，具有封裝體整合式壓電裝置之一微電子裝置100的一視圖。在一項實例中，微電子裝置100包括有以焊球191至192、195至196耦合或附接至封裝體基材120 (或印刷電路板110)之多個裝置190及194 (例如晶粒、晶片、CPU、矽晶粒或晶片等)。封裝體基材120乃使用例如焊球111至115來耦合或附接至印刷電路板(PCB) 110。
封裝體基材120 (例如有機基材)包括有有機介電層128及傳導層121至126。有機材料可包括有任何類型的有機材料，包括有滯焰劑4 (FR4)、樹脂填充聚合物、預浸材(例如以樹脂接合劑進行預浸漬、纖維編織浸漬)、聚合物、矽土填充聚合物等。封裝體基材120可在封裝體基材處理(例如面板級)期間形成。可形成大型(例如面內尺寸大約為0.5公尺乘0.5公尺或更大尺寸等)且成本更低的面板。一空腔142乃藉由將一或多層(例如有機層、有機介電層、傳導層等)從封裝體基材120移除而在封裝體基材120內形成。空腔142包括有下構件143及側壁構件144至145。在一項實例中，一壓電切換裝置乃形成有一傳導可移動結構136 (例如懸臂136、桁條136)、壓電材料134、以及一傳導層132。這三個結構132、134、136形成一堆疊。傳導層132可當作一第一電極，而懸臂或桁條136可當作壓電裝置之一第二電極，或另一電極可圖案化以當作裝置之該第二電極。空腔142可填充空氣或填充真空。橫跨電極及壓電材料施加一電壓而在壓電材料中產生一應力，造成整體釋放之結構(例如垂直地、水平地等)移動。這進而產生微電子裝置100中不同路徑之間切換所需的機械性位移。
圖2根據本發明之一實施例，繪示具有一封裝體整合式壓電裝置之一封裝體基材。在一項實例中，封裝體基材200可耦合或附接至多個裝置(例如晶粒、晶片、CPU、矽晶粒或晶片等)，並且亦耦合或附接至一印刷電路板(例如PCB 110)。封裝體基材200 (例如有機基材)包括有有機介電層202及傳導層221至225與232。封裝體基材200可在封裝體基材處理(例如面板級)期間形成。一空腔242乃藉由將一或多層(例如有機層、有機介電層、傳導層等)從封裝體基材200移除而在封裝體基材200內形成。在一項實例中，一壓電切換裝置230乃形成有一傳導可移動結構225 (例如懸臂225、桁條225)、壓電材料234、以及一傳導層232。傳導層232可當作一第一電極，而懸臂或桁條236可當作壓電裝置之一第二電極。空腔242可填充空氣或填充真空。
在一項實例中，圖2展示一種組態，其中一切換裝置230乃建立於封裝體之一第2金屬層(例如層件225)中，並且可以是一單極、單投開關(SPST)或一單極、雙投(SPDT)開關，提供第2金屬層(例如層件225)連至下面及/或上面金屬層之連接。一極數表示受單一實體致動器控制之電氣分離開關的數量。一投數表示與切換裝置可就各極採用之「斷開」有別之不同傳導路徑的數量。
切換裝置包括有耦合至一壓電材料234之一個懸臂225，一旦對電極232施加一電壓，該壓電材料便可順著垂直方向致動該懸臂。懸臂225乃藉由封裝體連接物228 (例如錨固件、通孔)錨定於一個邊緣上，該等封裝體連接物同時當作連至封裝體其餘部分之機械性錨固件及電氣連接物。懸臂之一自由釋放端在壓電堆疊受致動時經歷最大位移，不僅移動自由，還提供連至一傳導層(例如層件224)之電氣連接物。
如圖3、4及5就MEMS所示兩種不同類型之接觸是有可能的，即歐姆與電容性接觸。圖3根據一實施例，繪示具有一封裝體整合式壓電裝置之一封裝體基材。在一項實例中，封裝體基材300可耦合或附接至多個裝置(例如晶粒、晶片、CPU、矽晶粒或晶片等)，並且亦耦合或附接至一印刷電路板(例如PCB 110)。封裝體基材300 (例如有機基材)包括有有機介電層302及傳導層321至324與332。封裝體基材300可在封裝體基材處理(例如面板級)期間形成。一空腔342乃藉由將一或多層(例如有機層、有機介電層、傳導層等)從封裝體基材300移除而在封裝體基材300內形成。在一項實例中，一壓電切換裝置330乃形成有一傳導可移動結構323 (例如懸臂323、桁條323)、壓電材料334、以及一傳導層332。傳導層332可當作一第一電極，而懸臂或桁條323可當作壓電裝置之一第二電極。空腔342可填充空氣或填充真空。
在一項實例中，圖3展示一種組態，其中一切換裝置330乃建立於封裝體之一第2金屬層(例如層件323)中，並且可以是一單極、單投開關(SPST)或一單極、雙投(SPDT)開關，提供第2金屬層(例如層件323)連至下面及/或上面金屬層之連接(例如傳導層324及/或322)。切換裝置包括有耦合至一壓電堆疊之一個懸臂323，一旦對該堆疊施加一電壓，該壓電堆疊便可順著垂直方向致動該懸臂。懸臂323乃藉由封裝體連接物328 (例如錨固件、通孔)錨定於一個邊緣上，該等封裝體連接物同時當作連至封裝體其餘部分之機械性錨固件及電氣連接物。懸臂之一自由釋放端在壓電堆疊受致動時經歷最大位移，不僅移動自由，還提供連至一傳導層(例如層件322)之電氣歐姆連接物。直接歐姆接觸使用兩金屬來建立開關接觸。
圖4根據一實施例，繪示具有一封裝體整合式壓電裝置之一封裝體基材。在一項實例中，封裝體基材400可耦合或附接至多個裝置(例如晶粒、晶片、CPU、矽晶粒或晶片等)，並且亦耦合或附接至一印刷電路板(例如PCB 110)。封裝體基材400 (例如有機基材)包括有有機介電層402及傳導層421至424與432。封裝體基材400可在封裝體基材處理(例如面板級)期間形成。一空腔442乃藉由將一或多層(例如有機層、介電層等)從封裝體基材400移除而在封裝體基材400內形成。在一項實例中，一壓電切換裝置430乃形成有一傳導可移動結構423 (例如懸臂423、桁條423)、壓電材料434、以及一傳導層432。傳導層432可當作一第一電極，而懸臂或桁條423可當作壓電裝置之一第二電極。空腔442可填充空氣或真空。
在一項實例中，圖4展示一種組態，其中一切換裝置430乃建立於封裝體之一第2金屬層(例如層件423)中，並且可以是一單極、單投開關(SPST)或一單極、雙投(SPDT)開關，提供第2金屬層連至下面及/或上面金屬層之連接(例如傳導層422)。切換裝置包括有耦合至一壓電材料之一個懸臂423，一旦對電極432施加一電壓，該壓電材料便可順著垂直方向致動該懸臂。懸臂423乃藉由封裝體連接物428 (例如錨固件、通孔)錨定於一個邊緣上，該等封裝體連接物同時當作連至封裝體其餘部分之機械性錨固件及電氣連接物。懸臂之一自由釋放端在壓電堆疊受致動時經歷最大位移，不僅移動自由，還提供連至一接觸金屬層425及一傳導層(例如層件422)之電氣歐姆連接物。
電容性接觸開關利用介於如圖5所示兩金屬之間的一介電薄膜，該圖根據一實施例，繪示具有一封裝體整合式壓電裝置之一封裝體基材。在一項實例中，封裝體基材500可耦合或附接至多個裝置(例如晶粒、晶片、CPU、矽晶粒或晶片等)，並且亦耦合或附接至一印刷電路板(例如PCB 110)。封裝體基材500 (例如有機基材)包括有有機介電層502及傳導層521至524與532。封裝體基材500可在封裝體基材處理(例如面板級)期間形成。一空腔542乃藉由將一或多層(例如有機層、介電層等)從封裝體基材500移除而在封裝體基材500內形成。在一項實例中，一壓電切換裝置530乃形成有一傳導可移動結構523 (例如懸臂523、桁條523)、壓電材料534、以及一傳導層532。傳導層532可當作一第一電極，而懸臂或桁條523可當作壓電裝置之一第二電極。空腔542可填充空氣或填充真空。
在一項實例中，圖5展示一種組態，其中一切換裝置530乃建立於封裝體之一第2金屬層(例如層件523)中，並且可以是一單極、單投開關(SPST)或一單極、雙投(SPDT)開關，提供第2金屬層連至下面及/或上面金屬層之連接(例如傳導層522)。切換裝置包括有耦合至一壓電材料之一個懸臂523，一旦對電極532施加一電壓，該壓電材料便可順著垂直方向致動該懸臂。懸臂523乃藉由封裝體連接物528 (例如錨固件、通孔)錨定於一個邊緣上，該等封裝體連接物同時當作連至封裝體其餘部分之機械性錨固件及電氣連接物。各懸臂之一自由釋放端在壓電堆疊受致動時經歷最大位移，不僅移動自由，還提供經由一介電層526連至一傳導層(例如層件522)之電氣電容性連接物。此介電質可沉積於懸臂上或接觸側上。在更高的頻率下，RF信號乃穿過介電層526電容性耦合至開關路徑。
雖然圖2至5展示一個懸臂，其他實施例仍可具有超過一個電氣並聯之懸臂，並且從而導致接觸電阻減少。其他實施例可能具有不同的懸臂形狀及不同的開關組態，諸如雙極、雙投(DPDT)、四極、雙投(4PDT)等，而且還併入壓電堆疊之致動所造成之水平地與垂直相對動作或任何其他方向。
圖6根據一實施例，繪示具有一封裝體整合式壓電裝置(例如n極、n投)之一封裝體基材。在一項實例中，封裝體基材600可耦合或附接至多個裝置(例如晶粒、晶片、CPU、矽晶粒或晶片等)，並且亦耦合或附接至一印刷電路板(例如PCB 110)。封裝體基材600 (例如有機基材)包括有有機介電層602及傳導層621至625、632與636。封裝體基材600可在封裝體基材處理(例如面板級)期間形成。一空腔642乃藉由將一或多層(例如有機層、介電層等)從封裝體基材600移除而在封裝體基材600內形成。在一項實例中，一壓電切換裝置630乃形成有一傳導可移動結構623 (例如懸臂623、桁條623)、壓電材料634、以及傳導層632與636。傳導層632可當作一第一電極，而可移動結構623或一分離層636可當作壓電裝置之一第二底端電極。空腔642可填充空氣或填充真空。
在一項實例中，圖6展示一種組態，其中一切換裝置630乃建立於封裝體之一金屬層(例如層件623)中，並且可以是n極、n投開關、一單極、單投開關(SPST)、或一單極、雙投開關(SPDT)，提供金屬層623連至下面及/或上面金屬層之連接(例如傳導層622)。可移動結構(例如層件623)可當作壓電堆疊之底端電極使用，或一不同傳導層636可經沉積及圖案化而當作壓電堆疊之底端電極。若使用一不同層636，則可在底端電極636與層件623之間任選地沉積一絕緣鈍化層638。該等不同層件經循序沉積及圖案化而當作堆疊之部分製作程序。
在一項實例中，切換裝置包括有耦合至一壓電堆疊之n個懸臂623，一旦對該堆疊施加一電壓，該壓電堆疊便可順著垂直方向致動該等懸臂。懸臂623乃藉由封裝體連接物628 (例如錨固件、通孔)錨定於一個邊緣上，該等封裝體連接物同時當作連至封裝體其餘部分之機械性錨固件及電氣連接物。各懸臂之一自由釋放端在壓電堆疊受致動時經歷最大位移，不僅移動自由，還提供連至一傳導層(例如層件622)之電氣連接物。
圖7根據一實施例，繪示具有一封裝體整合式壓電裝置(例如n極、n投)之一封裝體基材的一俯視圖。圖6繪示圖7中諸切換裝置其中一者的一截面圖AA’。封裝體基材700 (例如有機基材)包括有一有機介電材料702、電極右1、2至n、電極左1、2至n、以及壓致式傳導桁條723、724至n，其乃藉由一共用傳導臂720彼此連接。因此，封裝體基材包括有n極、n投切換裝置。
圖8根據一實施例，繪示具有一封裝體整合式壓電裝置(例如單極、雙投)之一封裝體基材。在一項實例中，封裝體基材800可耦合或附接至多個裝置(例如晶粒、晶片、CPU、矽晶粒或晶片等)，並且亦耦合或附接至一印刷電路板(例如PCB 110)。封裝體基材800 (例如有機基材)包括有有機介電層802及傳導層821至825、832與836。封裝體基材800可在封裝體基材處理(例如面板級)期間形成。一空腔842乃藉由將一或多層(例如有機層、介電層等)從封裝體基材800移除而在封裝體基材800內形成。在一項實例中，一壓電切換裝置830乃形成有一單極傳導可移動結構823 (例如懸臂823、桁條823)、壓電材料834、以及傳導層832與836。傳導層832可當作一第一電極，而可移動結構823或一分離層836可當作壓電裝置之一第二底端電極。空腔842可填充空氣或填充真空。
在一項實例中，圖8展示一種組態，其中一切換裝置830乃建立於封裝體之一金屬層(例如層件823)中，並且可以是一單極、雙投開關(SPDT)開關，提供金屬層823連至下面(例如電極右下822)及/或上面(例如電極右上827)金屬層之連接。可移動結構(例如層件823)可當作壓電堆疊之底端電極使用，或一不同傳導層836可經沉積及圖案化而當作壓電堆疊之底端電極。若使用一不同層836，則可在底端電極836與層件823之間任選地沉積一絕緣鈍化層838。該等不同層件經循序沉積及圖案化而當作堆疊之部分製作程序。
在一項實例中，懸臂823乃藉由封裝體連接物828 (例如錨固件、通孔)錨定於一個邊緣上，該等封裝體連接物同時當作連至封裝體其餘部分之機械性錨固件及電氣連接物。懸臂823之一自由釋放端在壓電堆疊受致動時經歷最大位移，不僅有自由移動之一動作範圍839，還提供連至一傳導層(例如層件822、層件827)之電氣連接物。
圖9A根據一實施例，繪示具有一封裝體整合式壓電裝置之一封裝體基材的一俯視圖。圖9B繪示圖9A之壓電切換裝置的一截面圖BB’。封裝體基材900包括有一有機介電材料902、電極932與936、壓電材料934、電氣連接墊935與937、鈍化層938、以及壓致式傳導懸臂940。
一壓電堆疊可包括有一合夾組態，其中壓電材料934沉積於水平面中兩個電極932與936之間，如圖9B所示。在這種組態中，該等電極乃是在相同的水平層中圖案化。在這種狀況中，橫跨水平面中之電極施加一電壓，造成堆疊與開關操縱桿(例如懸臂940)在水平面中撓曲，產生面內動作，以使得相同平面中發生切換。對於這種組態，開關之金屬操縱桿層(例如懸臂940)與電極932及936之間需要一絕緣鈍化層938，以免該等電極電氣短接。雖然圖9B中未展示，切換操作期間封裝體中仍然還包括有用於使懸臂電氣耦合至其他結構之一空腔及一路徑，類似於前述實施例。
圖10A根據一實施例，繪示具有一指叉式封裝體整合式壓電裝置之一封裝體基材的一俯視圖。圖10B繪示圖10A之壓電切換裝置的一截面圖CC’。封裝體基材1000包括有一有機介電材料1002、電極組1032與1036、壓電材料1034、電氣連接墊1035與1037、以及壓致式傳導懸臂1040。
一壓電堆疊可包括有一合夾組態，其中壓電材料1034沉積於兩個指叉式電極組1032與1036上面或下面之一層件中，如圖10A所示。在這種組態中，該等電極乃是在相同的水平層中圖案化。在這種狀況中，橫跨水平面中之電極施加一電壓，造成堆疊與開關操縱桿(例如懸臂1040)順著垂直方向撓曲。對於這種組態，可在開關之金屬操縱桿層(例如懸臂1040)與壓電材料1034之間沉積一絕緣鈍化層1038。雖然圖10B中未展示，切換操作期間封裝體中仍然還包括有用於使懸臂電氣耦合至其他結構之一空腔及一路徑，類似於前述實施例。
本文中所述的開關可當作動態及靜態開關利用。操縱桿(例如懸臂、桁條)由於懸置的關係，呈現(取決於其質量及勁度)一界定良好的機械性自然頻率。在此相同的自然頻率下以一交流電壓激發開關電極，會在操縱桿中以與其自然頻率相等之一頻率誘發一振盪。共振時驅動開關需要的功率比非共振切換時更少，從而導致位移振幅更高。這種動態切換方式適合感測器取樣應用，其中資料是以給定間隔轉移至/自系統，而且各間隔只需要一短暫的持續時間(例如出現溫度或濕度感測器取樣的時間間隔＞10 ms)。
圖11A至11C根據一項實施例，繪示具有順著一垂直方向移動之一懸臂之一封裝體基材之一種潛在組態。封裝體基材1100包括有有機介電層1102及傳導層1121至1124與1132。封裝體基材1100可在封裝體基材處理(例如面板級)期間形成。一空腔1142乃藉由將一或多層(例如有機層、介電層等)從封裝體基材1100移除而在封裝體基材1100內形成。在一項實例中，一壓電切換裝置1130乃形成有一傳導可移動結構1123 (例如懸臂1123、桁條1123)、壓電材料1134、以及一傳導層1132。空腔1142可填充空氣或填充真空。
在一項實例中，切換裝置包括有耦合至一壓電堆疊之一個懸臂1123，一旦對該堆疊施加一電壓，該壓電堆疊便可順著垂直方向致動該懸臂。該堆疊含有一頂端電極1132、壓電材料1134、以及一底端電極。懸臂1123可當作用於堆疊之一底端電極，或替代地，一不同傳導材料可用於該底端電極，在這種狀況中，可在該懸臂與該底端電極之間任選地沉積一絕緣材料。懸臂1123乃藉由封裝體連接物1128 (例如錨固件、通孔)錨定於一個邊緣上，該等封裝體連接物同時當作連至封裝體其餘部分之機械性錨固件及電氣連接物。懸臂之一自由釋放端在壓電堆疊受致動時經歷最大位移，不僅移動自由，還提供連至一接觸金屬層1125及一傳導層(例如層件1122)之電氣歐姆連接物。
圖11A至11C繪示開關1130在其自然共振頻率下動態受驅動的情況。開關1130之幾何形狀決定其自然機械性共振的頻率。圖12A根據一項實施例，繪示開關1130之操縱桿位移或AC激發軸1210與時間軸1220的一關係圖1200。圖12B繪示就懸臂1123與接觸金屬1125之間的機械接觸及電氣連接具有一接觸時段1280之一接觸1260軸與時間軸1270的一關係圖1250。只在短時段1280期間才達到接觸可以是取樣應用或低功率感測器讀出的理想情況。
在另一實施例中，懸臂可順著水平方向移動，或可用順著水平或垂直方向移動之一嵌位-嵌位懸置式桁條來取代。
圖13根據一項實施例，繪示使用封裝體整合式壓電開關之XY (列、行)定址。一封裝體基材1300包括有用於對類似或不同類型之裝置1350至1358 (例如晶片、CPU、晶粒、成像陣列、RF成像陣列之天線等)構成之一陣列進行定址之開關1330至1338構成之一陣列。該等開關可以是本文中所述開關之任何一者，各開關乃製作於封裝體1300之陣列之列1至3與行1至3的各交截處。選擇一列電極與一行電極容許僅致動所具兩電極都受驅動之開關，從而將耦合至受致動開關之一裝置1350至1358與一對應輸出行之間的路徑閉接。舉例而言，以一電壓驅動列電極1與行電極3將會使開關1332受致動。其接著會將裝置1352之輸出閉接/短接至垂直行3輸出，並因此可用一自訂設計之電路將此輸出讀出。可選擇性地將裝置輸出路由安排至垂直共享輸出行，端視受致動的是哪些開關而定。
無線通訊系統利用不同濾波器以適應不同通訊標準(例如2G、3G、4G、LTE、5G)、隨位置而變的不同頻帶、以及不同通訊協定(例如WiFi、藍牙、GPS)。圖14根據一項實施例，繪示以耦合之共振器濾波器為基礎之一封裝體基材上之一可重新組配RF濾波器。其他實施例可能包括有不同濾波器結構。在這裡，開關可用於將不同電容器或被動件連接至不同共振器，容許選擇不同波段及/或協定。封裝體1400包括有數列電容器(例如1410至1412)、共振器(例如1420至1422)、短接導線或連接器(例如1430至1432)、以及用於控制就一特定RF應用將哪些電容器與共振器用於可重新組配RF濾波器之壓電開關(例如1440至1451)。
其他實施例包括有受致動以將一更大系統之不同子系統連接(諸如將電池連接/隔離)至一系統之簡單機械性開關。其他實施例可能包括有建立可重新組配雙工器/三工器等。雙工器典型是在不同、稀疏的頻帶上配合無線電接收器或傳送器使用。
將了解的是，在一晶片實施例上之一系統中，晶粒可包括有一處理器、記憶體、通訊電路系統及類似者。所示雖然為單一晶粒，微電子裝置之相同區域中仍可沒有、或包括有一個或數個晶粒。
在一項實施例中，微電子裝置可以是使用一塊體矽或一矽絕緣體子結構所形成之一結晶基材。在其他實作態樣中，微電子裝置可使用替用材料來形成，其可以或可不與矽組合，包括有，但不限於鍺、銻化銦、碲化鉛、砷化銦、磷化銦、砷化鎵、砷化銦鎵、銻化鎵、或三五族或四族材料之其他組合。這裡雖然說明可供形成基材之一些材料實例，可當作上可建置一半導體裝置之一基礎使用之任何材料仍落在本發明之範疇內。
微電子裝置可以是舉例如一晶圓之一更大基材上形成之複數個微電子裝置其中一者。在一實施例中，微電子裝置可以是一晶圓級晶片尺度封裝體(WLCSP)。在某些實施例中，可在舉例如形成一或多個感測裝置之封裝操作後單一化微電子裝置。
可在微電子裝置之一表面上形成一或多個接觸物。該等接觸物可包括有一或多個傳導層。以舉例方式來說，該等接觸物可包括有屏障層、有機表面保護(OSP)層、金屬層、或以上的任何組合。該等接觸物可提供連至晶粒內主動裝置電路系統(圖未示)之電氣連接物。本發明之實施例包括有各電氣耦合至一接觸物之一或多個焊料凸塊或焊料接榫。焊料凸塊或焊料接榫可藉由一或多個重新分布層及傳導通孔來電氣耦合至該等接觸物。
圖15根據本發明之一項實施例繪示一計算裝置1500。計算裝置1500安放一板材1502。板材1502可包括有若干組件，包括有，但不限於一處理器1504及至少一個通訊晶片1506。處理器1504乃實體並電氣耦合至板材1502。在一些實作態樣中，至少一個通訊晶片1506亦實體並電氣耦合至板材1502。在進一步實作態樣中，通訊晶片1506乃是處理器1504之部分。
計算系統1500取決於其應用，可包括有可以或可不實體及電氣耦合至板材1502之其他組件。這些其他組件包括有，但不限於依電性記憶體(例如DRAM 1510、1511)、非依電性記憶體(例如ROM 1512)、快閃記憶體、一圖形處理器1516、一數位信號處理器、一密碼處理器、一晶片組1514、一天線1520、一顯示器、一觸控螢幕顯示器1530、一觸控螢幕控制器1522、一電池1532、一音訊編解碼器、一視訊編解碼器、一功率放大器1515、一全球定位系統(GPS)裝置1526、一羅盤1524、一切換裝置1540 (例如一壓電切換裝置)、一陀螺儀、一揚聲器、一相機1550、及一大量儲存裝置(諸如硬碟機、光碟(CD)、數位多樣化光碟(DVD)等等)。
通訊晶片1506使無線通訊能夠轉移資料至及自計算裝置1500。「無線」一詞及其派生詞可用於說明電路、裝置、系統、方法、技術、通訊通道等，其可透過使用經調變電磁輻射穿過一非固體介質來傳送資料。該用語非意味著相關裝置不含有任何導線，但在一些實施例中，此等相關裝置可能不含有任何導線。通訊晶片1506可實施一些無線標準或協定中任何一者，包括有但不限於Wi-Fi (IEEE 802.11糸列)、WiMAX (IEEE 802.16系列)、IEEE 802.20，長期演進技術(LTE)、Ev-DO、HSPA+、HSDPA+、HSUPA+、EDGE、GSM、GPRS、CDMA、TDMA、DECT、藍牙、其衍生標準、及任何其他指定為3G、4G、5G、及更先進世代之無線協定。計算裝置1500可包括有複數個通訊晶片1506。舉例來說，一第一通訊晶片1506可專屬於諸如Wi-Fi、WiGig及藍牙等更短距無線通訊，而一第二通訊晶片1506可專屬於諸如GPS、EDGE、GPRS、CDMA、WiMAX、LTE、Ev-DO、5G、及其他協定等更長距無線通訊。
計算系統1500之處理器1504包括有封裝於處理器1504內之一積體電路晶粒。在本發明之一些實作態樣中，積體電路處理器封裝體或主機板1502包括有一或多個裝置，諸如根據本發明之實施例之實作態樣的切換裝置。「處理器」一詞可意指為處理來自暫存器及/或記憶體之電子資料以將該電子資料轉換成其他電子資料的任何裝置或一裝置之部分，該其他電子資料可儲存在暫存器及/或記憶體中。通訊晶片1506亦可包括有封裝於通訊晶片1506內之一積體電路。
以下實例涉及進一步實施例。實例1是一種切換裝置，其包含有一電極、耦合至該電極之一壓電材料、以及耦合至該壓電材料之一懸臂。該懸臂包括有耦合至具有有機層之一封裝體基材之一錨固件的一第一端、及置於該封裝體基材之一空腔內的一第二釋放端。
在實例2中，實例1之標的內容可任選地包括有該懸臂之之該釋放端，其自一第一位置移動至一第二位置，以供該電極與該懸臂之間一經施加電壓便致動該切換裝置。
在實例3中，實例1至2中任何一者之標的內容可任選地更包括有該懸臂之該釋放端在處於該第一位置時乃懸置於該空腔中，以及該懸臂之該釋放端在處於該第二位置時與一傳導層形成一歐姆接觸以形成一傳導路徑。
在實例4中，實例1至2中任何一者之標的內容可任選地更包括有該懸臂之該釋放端，其在處於該第二位置時接觸耦合至一傳導層之一介電層，用以一經施加某些射頻信號便形成一電氣耦合路徑。
在實例5中，實例1至4中任何一者之標的內容可任選地具有該懸臂作用為單極、單投切換裝置、或單極、雙投切換裝置之一部分。
在實例6中，實例1至5中任何一者之標的內容可任選地包括有該電極與壓電材料的設計旨在致動該空腔中之複數個懸臂。
在實例7中，實例6之標的內容可任選地具有該複數個懸臂之釋放端順著一垂直方向自該第一位置移動至該第二位置，以供一經施加電極至該電極便致動該切換裝置。
在實例8中，實例1至7中任何一者之標的內容可任選地具有在該封裝體基材之面板級製作期間與該封裝體基材整合之該切換裝置。
在實例9中，實例1至7中任何一者之標的內容可任選地具有能夠在其自然共振頻率或接近該自然共振頻率時受動態驅動之該切換裝置。
實例10是一種封裝體基材，其包含有：用以形成該封裝體基材之複數個有機介電層及複數個傳導層、形成於該封裝體基材中之一空腔、以及整合於該封裝體基材內之一壓電切換裝置。該壓電切換裝置包括有耦合至第一與第二電極之一壓電材料、及機械性耦合至該等電極其中一者之一可移動結構。該可移動結構包括有置於該空腔內、並且能夠基於致動該壓電切換裝置而自一第一位置切換至一第二位置之一釋放端。
在實例11中，實例10之標的內容可任選地包括有用以將該等電極其中一者與該可移動結構電氣隔離而置之一鈍化材料。
在實例12中，實例10至11中任何一者之標的內容可任選地更包括有該可移動結構自一第一位置移動至一第二位置之該釋放端，以供該等第一與第二電極之間一經施加一電壓差便致動該切換裝置。
在實例13中，實例10至12中任何一者之標的內容可任選地更包括有處於該第一位置時懸置於該空腔中之該可移動結構之該釋放端，以及處於該第二位置時與一傳導層形成一歐姆接觸而形成一傳導路徑之該可移動結構之該釋放端。
在實例14中，實例10至12中任何一者之標的內容可任選地更包括有處於該第二位置時接觸耦合至一傳導層之一介電層之該可移動結構之該釋放端，用以一經施加某些射頻信號便形成一電氣耦合路徑。
在實例15中，實例10至14中任何一者之標的內容可任選地更包括有經設計旨在致動該空腔中之複數個可移動結構之該等第一與第二電極及壓電材料。
在實例16中，實例10至15中任何一者之標的內容可任選地更包括有經設計旨在於該封裝體基材之平面中之一水平動作範圍內致動該可移動結構之該等第一與第二電極及壓電材料。
在實例17中，實例10至15中任何一者之標的內容可任選地更包括有經設計旨在於相對該封裝體基材之一垂直動作範圍內致動該可移動結構之該等第一與第二電極及壓電材料。
在實例18中，實例10至16中任何一者之標的內容可任選地更包括有於相同水平層中按一指叉式組態圖案化之該等第一與第二電極。
在實例19中，實例10至16及18中任何一者之標的內容可任選地更包括有全都在相同水平面中圖案化之該第一電極、第二電極及該壓電材料。
實例21是一種計算裝置，其包含有用以處理資料之至少一個處理器、及耦合至該至少一個處理器之一封裝體基材。該封裝體基材包括有用以形成該封裝體基材之複數個有機介電層及複數個傳導層，其包括具有耦合至一電極之一壓電材料及一可移動結構的一壓電切換裝置。該可移動結構包括有置於該封裝體基材之一空腔內、並且能夠基於該壓電切換裝置之致動而自一第一位置切換至一第二位置之一釋放端。
在實例22中，實例21之標的內容可任選地更包括有耦合至該封裝體基材之一印刷電路板。
在實例23中，實例21至23中任何一者之標的內容可任選地更包括有自一第一位置移動至一第二位置之該可移動結構之該釋放端，以供一經施加電壓至該電極便致動該切換裝置。
100‧‧‧微電子裝置
110‧‧‧印刷電路板
111~115、191~192、195~196‧‧‧焊球
120、200、300、1300、400、500、600、700、800、900、1000、1100‧‧‧封裝體基材
121~126、132、221~225、232、321~324、332、421~432、521~524、532、621~625、632、636、821~825、832、836、1121~1124、1132‧‧‧傳導層
128、202、302、402、502、602、802、1102‧‧‧有機介電層
134、234、334、434、534、634、834、934、1034、1134‧‧‧壓電材料
136、1040‧‧‧懸臂
142、342、442、542、642、842、1142‧‧‧空腔
143‧‧‧下構件
144~145‧‧‧側壁構件
190、194、1350~1358‧‧‧裝置
228、328、428、528、628、828、1128‧‧‧封裝體連接物
230、330、430、530、630、830‧‧‧壓電切換裝置
425、1125‧‧‧接觸金屬層
526‧‧‧介電層
702、902、1002‧‧‧有機介電材料
720‧‧‧共用傳導臂
723~724‧‧‧壓致式傳導桁條
827‧‧‧電極右上
838、1038‧‧‧絕緣鈍化層
839‧‧‧動作範圍
932、936‧‧‧電極
935、937、1035、1037‧‧‧電氣連接墊
938‧‧‧鈍化層
940‧‧‧壓致式傳導懸臂
1032、1036‧‧‧電極組
1130、1330~1338‧‧‧開關
1200、1250‧‧‧關係圖
1210‧‧‧AC激發軸
1220、1270‧‧‧時間軸
1260‧‧‧接觸
1280‧‧‧接觸時段
1400‧‧‧封裝體
1410~1412‧‧‧電容器
1420~1422‧‧‧共振器
1430~1432‧‧‧連接器
1440~1451‧‧‧壓電開關
1500‧‧‧計算裝置
1502‧‧‧板材
1504‧‧‧處理器
1506‧‧‧通訊晶片
1510~1511‧‧‧DRAM
1512‧‧‧ROM
1514‧‧‧晶片組
1515‧‧‧功率放大器
1516‧‧‧圖形處理器
1520‧‧‧天線
1522‧‧‧觸控螢幕控制器
1524‧‧‧羅盤
1526‧‧‧全球定位系統(GPS)裝置
1530‧‧‧觸控螢幕顯示器
1532‧‧‧電池
1540‧‧‧切換裝置
1550‧‧‧相機
圖1根據一實施例，繪示具有封裝體整合式壓電裝置之一微電子裝置100的一視圖。
圖2根據一實施例，繪示具有一封裝體整合式壓電裝置之一封裝體基材。
圖3根據一實施例，繪示具有一封裝體整合式壓電裝置之一封裝體基材。
圖4根據一實施例，繪示具有一封裝體整合式壓電裝置之一封裝體基材。
圖5根據一實施例，繪示具有一封裝體整合式壓電裝置之一封裝體基材。
圖6根據一實施例，繪示具有一封裝體整合式壓電裝置(例如n極、n投)之一封裝體基材。
圖7根據一實施例，繪示具有一封裝體整合式壓電裝置(例如n極、n投)之一封裝體基材的一俯視圖。
圖8根據一實施例，繪示具有一封裝體整合式壓電裝置(例如單極、雙投)之一封裝體基材。
圖9A根據一實施例，繪示具有一封裝體整合式壓電裝置之一封裝體基材的一俯視圖。
圖9B繪示圖9A之壓電切換裝置的一截面圖BB’。
圖10A根據一實施例，繪示具有一指叉式封裝體整合式壓電裝置之一封裝體基材的一俯視圖。
圖10B繪示圖10A之壓電切換裝置的一截面圖CC’。
圖11A至11C根據一項實施例，繪示具有順著一垂直方向移動之一懸臂之一封裝體基材之一種可能組態。
圖12A根據一項實施例，繪示開關1130之位移或AC激發軸1210與時間軸1220的一關係圖。
圖12B繪示就懸臂1123與接觸金屬1125之間的機械接觸及電氣連接具有一接觸時段1280之一接觸1260軸與時間軸1270的一關係圖。
圖13根據一項實施例，繪示使用封裝體整合式壓電開關之XY (列行)定址。
圖14根據一項實施例，繪示以耦合之共振器濾波器為基礎之一封裝體基材上之一可重新組配RF濾波器。
圖15根據本發明之一項實施例繪示一計算裝置1500。

Claims (22)

  1. 一種切換裝置，包含： 一電極； 一耦合至該電極之壓電材料；以及 一耦合至該壓電材料之懸臂，該懸臂具有耦合至具有有機層之一封裝體基材之一錨固件的一第一端、及置於該封裝體基材之一空腔內的一第二釋放端。
  2. 如請求項1之切換裝置，其中一旦於該電極與該懸臂之間施加電壓時該懸臂之釋放端自一第一位置移動至一第二位置以便致動該切換裝置。
  3. 如請求項2之切換裝置，其中該懸臂之釋放端在處於該第一位置時係懸置於該空腔中，以及該懸臂之釋放端在處於該第二位置時與一傳導層形成一歐姆接觸以形成一傳導路徑。
  4. 如請求項2之切換裝置，其中該懸臂之釋放端在處於該第二位置時接觸一耦合至一傳導層之介電層，以在一旦施加某些射頻信號便形成一電氣耦合路徑。
  5. 如請求項1之切換裝置，其中該懸臂作用為單極、單投切換裝置、或單極、雙投切換裝置之一部分。
  6. 如請求項1之切換裝置，其中該電極與壓電材料係設計來致動該空腔中之複數個懸臂。
  7. 如請求項6之切換裝置，其中一旦施加電壓至該電極時該複數個懸臂之釋放端在垂直方向上自該第一位置移動至該第二位置以便致動該切換裝置。
  8. 如請求項1之切換裝置，其中該切換裝置與該封裝體基材在該封裝體基材之面板級製作期間整合。
  9. 如請求項1之切換裝置，其中該切換裝置能夠在其自然共振頻率或接近該自然共振頻率時受動態驅動。
  10. 一種封裝體基材，包含： 複數個有機介電層及複數個傳導層用以形成該封裝體基材； 一形成於該封裝體基材中之空腔；以及 一整合於該封裝體基材內之壓電切換裝置，該壓電切換裝置具有一耦合至第一與第二電極之壓電材料、及機械性耦合至該等電極其中一者之一可移動結構，該可移動結構具有置於該空腔內、並且能夠基於致動該壓電切換裝置而自一第一位置切換至一第二位置之一釋放端。
  11. 如請求項10之封裝體基材，更包含： 一鈍化材料，被定位來將該等電極其中一者與該可移動結構電氣隔離。
  12. 如請求項10之封裝體基材，其中一旦在該第一與第二電極之間施加一電壓差時該可移動結構之釋放端自一第一位置移動至一第二位置以便致動該切換裝置。
  13. 如請求項10之封裝體基材，其中該可移動結構之釋放端處於該第一位置時係懸置於該空腔中，以及該可移動結構之釋放端處於該第二位置時與一傳導層形成一歐姆接觸以形成一傳導路徑。
  14. 如請求項12之封裝體基材，其中該可移動結構之釋放端處於該第二位置時接觸一耦合至一傳導層之介電層，以在一旦施加某些射頻信號時形成一電氣耦合路徑。
  15. 如請求項10之封裝體基材，其中該第一與第二電極及壓電材料係設計來致動該空腔中之複數個可移動結構。
  16. 如請求項10之封裝體基材，其中該第一與第二電極及壓電材料係設計來在於該封裝體基材之平面中之一水平動作範圍內致動該可移動結構。
  17. 如請求項10之封裝體基材，其中該第一與第二電極及壓電材料係設計來相對該封裝體基材在一垂直動作範圍內致動該可移動結構。
  18. 如請求項10之封裝體基材，其中該第一與第二電極係於同一水平層中以指叉式組態圖案化。
  19. 如請求項10之封裝體基材，其中該第一電極、第二電極及該壓電材料全都在同一水平面中圖案化。
  20. 一種計算裝置，包含： 至少一個處理器用以處理資料；以及 一耦合至該至少一個處理器之封裝體基材，該封裝體基材包括複數個有機介電層及複數個傳導層用以形成包括一壓電切換裝置之該封裝體基材，該壓電切換裝置具有耦合至一電極之一壓電材料及一可移動結構，該可移動結構具有置於該封裝體基材之一空腔內、並且能夠基於該壓電切換裝置之致動而自一第一位置切換至一第二位置之一釋放端。
  21. 如請求項20之計算裝置，更包含： 一耦合至該封裝體基材之印刷電路板。
  22. 如請求項20之計算裝置，其中一旦施加電壓至該電極時該可移動結構之釋放端自一第一位置移動至一第二位置以便致動該切換裝置。
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