CN118740096B - 一种声表面波晶圆级结构及其制作方法、电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种声表面波晶圆级结构及其制作方法、电子设备，涉及半导体技术领域，该声表面波晶圆级结构中引入封装盖板作为WLP的键合部分，通过对封装盖板做处理形成多个凸起柱，以此来形成跟衬底之间键合的目的。基于封装盖板和干膜的特性可知，封装盖板的凸起柱相比较由干膜形成的支撑坝而言，凸起柱的强度比支撑坝更强，在版图布局的过程中，凸起柱只需要在芯片四周以及有焊盘连接需求的地方存在，相比较双层干膜封装技术中的支撑坝，则无需考虑支撑问题。也就是说本技术方案在可靠性以及支撑性等方面相比较双层干膜封装技术有巨大的提升。

Description

一种声表面波晶圆级结构及其制作方法、电子设备

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，尤其涉及一种声表面波晶圆级结构及其制作方法、电子设备。

背景技术

SAW（Surface Acoustic Wave，声表面波）谐振器是声表面波谐振器的简称，是一种利用其压电效应和声表面波传播的物理特性而制成的一种滤波专用器件，广泛应用于各种各样的领域中，例如射频领域。其中声表面波是一种能量集中在表面附近的弹性波。其中滤波器的设计往往是使用谐振器作为基本单元，可以构成相应的拓扑并放大指定频率成分信号。

通常，对于制作出来的声表面波谐振器都会进行声表面波滤波器晶圆级封装，从而获得声表面波滤波器。相关技术中，声表面波滤波器晶圆级封装的制作方法会先在声表面波谐振器的上表面贴附第一层干膜，并通过对第一层干膜的刻蚀形成支撑坝。然后再在支撑坝上贴附第二层干膜形成声表面波滤波器的空腔。

但是，基于干膜的特性由第一层干膜制作的支撑坝的强度比较低，无法有效的对第二层干膜进行支撑，会造成第二层干膜有塌膜不良的情况，进而影响声表面波晶圆级结构的封装效果。

发明内容

鉴于上述问题，本申请提供了一种声表面波晶圆级结构及其制作方法、电子设备，以实现提高声表面波晶圆级结构可靠性的目的。具体方案如下：

本申请第一方面提供一种声表面波晶圆级结构，所述声表面波晶圆级结构包括：

相对设置的衬底以及封装盖板，所述封装盖板具有多个凸起柱，所述衬底和所述封装盖板通过所述多个凸起柱进行封装连接；

位于所述衬底和所述封装盖板之间，且位于所述衬底上的压电薄膜层，以及位于所述压电薄膜层背离所述衬底一侧的叉指电极。

在一种可能的实现中，所述封装盖板为Si盖板。

在一种可能的实现中，所述声表面波晶圆级结构还包括：

位于所述压电薄膜层和所述衬底之间的至少一层介质层。

在一种可能的实现中，所述声表面波晶圆级结构还包括：

至少位于所述凸起柱和所述衬底之间的键合层；

所述键合层包括：相邻所述衬底设置的第一键合层，以及相邻所述凸起柱设置的第二键合层。

在一种可能的实现中，所述第一键合层和所述第二键合层的材料为金属材料。

在一种可能的实现中，所述第一键合层和所述第二键合层的材料为金材料。

在一种可能的实现中，所述第一键合层与所述叉指电极接触连接。

在一种可能的实现中，所述衬底具有通孔，所述通孔贯穿所述衬底；

所述声表面波晶圆级结构还包括：外接引线结构，所述外接引线结构通过所述通孔与所述第一键合层连接。

本申请第二方面提供一种声表面波晶圆级结构的制作方法，所述声表面波晶圆级结构的制作方法包括：

提供一衬底，所述衬底上设置有压电薄膜层以及位于所述压电薄膜层和所述衬底之间的至少一层介质层；

在所述压电薄膜层背离所述衬底的一侧形成叉指电极；

提供一封装盖板；

对所述封装盖板进行处理形成多个凸起柱；

对所述衬底和所述封装盖板通过所述多个凸起柱进行封装连接。

本申请第三方面提供一种电子设备，所述电子设备包括上述任一项所述的声表面波晶圆级结构。

借由上述技术方案，本申请提供的一种声表面波晶圆级结构及其制作方法、电子设备中引入封装盖板作为WLP（Wafer Level Package，晶圆级封装）的键合部分，通过对封装盖板做处理形成多个凸起柱，以此来形成跟衬底之间键合的目的。基于封装盖板和干膜的特性可知，封装盖板的凸起柱相比较由干膜形成的支撑坝而言，凸起柱的强度比支撑坝更强，在版图布局的过程中，凸起柱只需要在芯片四周以及有焊盘连接需求的地方存在，相比较双层干膜封装技术中的支撑坝，则无需考虑支撑问题。也就是说本技术方案在可靠性以及支撑性等方面相比较双层干膜封装技术有巨大的提升。

附图说明

结合附图并参考以下具体实施方式，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。贯穿附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。应当理解附图是示意性的，原件和元素不一定按照比例绘制。

图1为本发明实施例提供的一种声表面波晶圆级结构的原理结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种叉指电极的原理结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种声表面波晶圆级结构的制作方法的流程示意图；

图4-图16为图3所示的声表面波晶圆级结构的制作方法对应的部分结构示意图。

具体实施方式

下面结合本申请实施例中的附图对本申请实施例进行描述。本申请的实施方式部分使用的术语仅用于对本申请的具体实施例进行解释，而非旨在限定本申请。

下面结合附图，对本申请的实施例进行描述。本领域普通技术人员可知，随着技术的发展和新场景的出现，本申请实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。

结合背景技术记载的内容而言，声表面波谐振器及滤波器是一种广泛应用于射频领域的声学器件，集较低的插损和良好的抑制性能于一体，且体积也比较小，用于滤除异频信号的干扰，衰减部分频率成分，只让指定频率成分，是无线频谱作为不可再生的稀缺资源应用的技术基础。具体原理可以简单理解为基于压电材料的压电特性，利用如叉指换能器等的输入与输出换能装置将电信号转化成机械能，经过处理后再转化成电信号，以达到放大所需的信号，滤除杂信号和提升信号品质的作用，广泛应用在各种无线通讯设备之中。

目前，滤波器主要分为SAW滤波器和BAW（Bulk Acoustic Wave，体声波）滤波器，其中声表面波是一种在具有压电特性的压电衬底表面产生并传播，且振幅随着深入压电衬底的深度增加而迅速减少的一种弹性波。对于SAW滤波器而言，其制造成本对比与BAW滤波器要低不少，应用于低频段，插损低且抑制性好，温度敏感。

同时需要说明的是，SAW滤波器也有相应的局限性，其中之一在于易受温度变化的影响，当温度升高时，基底材料的刚度趋于变小，声速也会降低，也可以说是SAW滤波器具有温度漂移的缺陷，即频率会随工作温度产生漂移，因此在传统SAW滤波器的基础上，相应产生了TC-SAW滤波器，即温度补偿型的SAW滤波器，主要是利用温度补偿层（例如SiO₂层）与压电薄膜层相反的温度弹性特性，实现对温度漂移特性的补偿。

进一步需要说明的是，SAW滤波器还有TF-SAW滤波器（薄膜声表面波滤波器）等产品设计，其中滤波器的设计往往是使用谐振器作为基本单元，可以构成相应的拓扑并放大指定频率成分信号。

基于TC-SAW谐振器或普通SAW谐振器或TF-SAW谐振器而言，对于制作出来的声表面波谐振器都会进行声表面波滤波器晶圆级封装，从而获得声表面波滤波器。相关技术中，声表面波滤波器晶圆级封装的制作方法会先在声表面波谐振器的上表面贴附第一层干膜，并通过对第一层干膜的刻蚀形成支撑坝。然后再在支撑坝上贴附第二层干膜形成声表面波滤波器的空腔。

但是，基于干膜的特性由第一层干膜制作的支撑坝的强度比较低，无法有效的对第二层干膜进行支撑，会造成第二层干膜有塌膜不良的情况，进而影响声表面波晶圆级结构的封装效果。

基于此本发明实施例提供了一种声表面波晶圆级结构及其制作方法、电子设备，从结构上来讲主要分为两部分，即Device Wafer以及Cap Wafer。其中Device Wafer即声表面波器件所在的部分，为滤波器的主要工作区，主要包括衬底、压电薄膜层和叉指电极等；Cap Wafer即倒扣在Device Wafer上的用作晶圆级封装的结构件。

也就是说，在本发明中是通过引入封装盖板作为WLP（Wafer Level Package，晶圆级封装）的键合部分，通过对封装盖板做处理形成多个凸起柱，以此来形成跟衬底之间键合的目的。同时还可以引入金金键合作为上下晶圆的键合工艺。基于封装盖板和干膜的特性可知，封装盖板的凸起柱相比较由干膜形成的支撑坝而言，凸起柱的强度比支撑坝更强，在版图布局的过程中，凸起柱只需要在芯片四周以及有焊盘连接需求的地方存在，相比较双层干膜封装技术中的支撑坝，在无需考虑支撑问题。也就是说本技术方案在可靠性以及支撑性等方面相比较双层干膜封装技术有巨大的提升。

需要说明的是，本发明实施例提供的声表面波晶圆级结构包括但不限定于普通SAW谐振器的晶圆级结构、TC-SAW谐振器的晶圆级结构或者TF-SAW谐振器的晶圆级结构，也就是说本发明实施例提供的技术方案可以应用于普通SAW谐振器、TC-SAW谐振器或者TF-SAW谐振器，在本发明实施例中仅仅以应用于TF-SAW谐振器为例进行说明。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参考图1，图1为本发明实施例提供的一种声表面波晶圆级结构的原理结构示意图，本发明实施例提供的一种声表面波晶圆级结构包括：

相对设置的衬底11以及封装盖板12，所述封装盖板11具有多个凸起柱13，所述衬底11和所述封装盖板12通过所述多个凸起柱13进行封装连接。

位于所述衬底11和所述封装盖板12之间，且位于所述衬底11上的压电薄膜层14，以及位于所述压电薄膜层14背离所述衬底11一侧的叉指电极15。

具体的，在本发明实施例中该封装盖板12可以为Si盖板，也就是说该封装盖板12可以由Si片晶圆处理得到，参考图2，图2为本发明实施例提供的一种叉指电极的原理结构示意图，该叉指电极15包括汇流条和电极指条，该汇流条包括在第一方向X上相对设置的第一汇流条151和第二汇流条152，该电极指条包括位于所述第一汇流条151上的第一电极指条153和位于所述第二汇流条152上的第二电极指条154；第一汇流条151和第二汇流条152的长度延伸方向相同，均沿第二方向Y延伸，第一方向X和第二方向Y平行于衬底11所在平面，且第一方向X和第二方向Y相交，在本发明实施例中以第一方向X和第二方向Y垂直为例进行说明。

该第一电极指条153和第二电极指条154的长度延伸方向与第一方向X平行，第一汇流条151上的多条第一电极指条153在第二方向Y上间隔排布，第二汇流条152上的多条第二电极指条154在第二方向Y上间隔排布，且第一汇流条151上的多条第一电极指条153与第二汇流条152上的多条第二电极指条154在第二方向Y上依次交叉排布，且第一汇流条151上的多条第一电极指条153与第二汇流条152之间具有间隔，第二汇流条152上的多条第二电极指条154与第一汇流条151之间具有间隔，此时汇流条和电极指条类似手指交叉的方式进行分布，形成所谓的叉指电极15。其中第一汇流条151以及其上的第一电极指条153作为发射端时，第二汇流条152以及其上的第二电极指条154则作为接收端，反之第一汇流条151以及其上的第一电极指条153作为接收端时，第二汇流条152以及其上的第二电极指条154则作为发射端。发射端部分用于将电信号转换成声波，且该声波主要在压电薄膜层表面传播，接收端部分用于将接收到的声波转换成电信号输出，从而实现滤波。

该声表面波晶圆级结构从结构上来讲主要分为两部分，即Device Wafer以及CapWafer。其中Device Wafer即声表面波器件所在的部分，为滤波器的主要工作区，主要包括衬底、压电薄膜层和叉指电极等；Cap Wafer即倒扣在Device Wafer上的用作晶圆级封装的结构件。

也就是说，在本发明实施例中是通过引入封装盖板12作为WLP（Wafer LevelPackage，晶圆级封装）的键合部分，通过对封装盖板12做处理形成多个凸起柱13（当封装盖板为Si盖板时，该凸起柱13为凸起硅柱），以此来形成跟衬底11之间键合的目的。基于封装盖板12和干膜的特性可知，封装盖板12的凸起柱13相比较由干膜形成的支撑坝而言，凸起柱13的强度比支撑坝更强，在版图布局的过程中，凸起柱13只需要在芯片四周以及有焊盘连接需求的地方存在，相比较双层干膜封装技术中的支撑坝，则无需考虑支撑问题。也就是说本技术方案在可靠性以及支撑性等方面相比较双层干膜封装技术有巨大的提升。

进一步的，基于双层干膜封装技术而言，其为了提高支撑坝的强度通常会增大支撑坝的宽度，显然这一操作也不利于芯片的小型化设计。而本申请实施例中的凸起柱13由于不存在支撑强度的问题，正好也可以间接说明本技术方案在芯片小型化设计这一方面相比较双层干膜封装技术也有巨大的提升。

在本发明一可选实施例中，如图1所示，本发明实施例提供的声表面波晶圆级结构还包括：

位于所述压电薄膜层14和所述衬底11之间的至少一层介质层。

具体的，在本发明实施例中位于压电薄膜层14和衬底11之间的介质层可以为插入层、保护层、调节层、温度补偿层、变速层等等不同的任意数量的介质层，形成堆叠层（Stack）结构，从而实现多种不同的技术效果。在本发明实施例中对介质层的数量和功能并不作限定，仅仅以压电薄膜层14和衬底11之间具有两层介质层（即第一层介质层16和第二层介质层17）为例进行说明。

在本发明一可选实施例中，如图1所示，本发明实施例提供的声表面波晶圆级结构还包括：

至少位于所述凸起柱13和所述衬底11之间的键合层。

所述键合层包括：相邻所述衬底11设置的第一键合层18，以及相邻所述凸起柱13设置的第二键合层19。

具体的，在本发明实施例中第一键合层18和第二键合层19的材料为金属材料。示例性的所述第一键合层18和所述第二键合层19的材料为金材料，也就是说在本发明实施例中是通过引入封装盖板12作为WLP（Wafer Level Package，晶圆级封装）的键合部分，通过对封装盖板12做处理形成多个凸起柱13（当封装盖板为Si盖板时，该凸起柱13为凸起硅柱），以此来形成跟衬底11之间键合的目的。基于封装盖板12和干膜的特性可知，封装盖板12的凸起柱13相比较由干膜形成的支撑坝而言，凸起柱13的强度比支撑坝更强，进一步的在本发明实施例中还引入金金键合工艺作为上下晶圆的键合工艺，以进一步提高键合强度，在版图布局的过程中，凸起柱13只需要在芯片四周以及有焊盘连接需求的地方存在，相比较双层干膜封装技术中的支撑坝，则无需考虑支撑问题。

总的来说，本技术方案在可靠性以及支撑性等方面相比较双层干膜封装技术有巨大的提升。

进一步的，如图1所示，每个所述凸起柱13的键合面还具有多个独立的小凸起，在键合完之后可以形成类似咬合的方式，以尽可能的增大第一键合层18和第二键合层19的接触面，以此进一步提高键合效果。

在本发明一可选实施例中，如图1所示，所述第一键合层18与所述叉指电极15接触连接，所述衬底11具有通孔20，所述通孔20贯穿所述衬底11。

所述声表面波晶圆级结构还包括：外接引线结构21，所述外接引线结构21通过所述通孔20与所述第一键合层18连接。

具体的，在本发明实施例中在第一键合层18为金属材料的情况下，其还可以与叉指电极15接触连接，通过衬底11上的通孔20实现与外接引线结构21的连接，以此实现外部组件或外部电路与声表面波晶圆级结构的连接，以实现所需的功能。

示例性的，在外接引线结构21上还可以设置铜柱或焊球等结构实现外部组件的连接，在本发明实施例中并不作限定。

基于本发明上述实施例，在本发明另一实施例中还提供了一种声表面波晶圆级结构的制作方法，参考图3，图3为本发明实施例提供的一种声表面波晶圆级结构的制作方法的流程示意图，本发明实施例提供的一种声表面波晶圆级结构的制作方法包括：

S101：如图4所示，提供一衬底11，该衬底11上设置有压电薄膜层14以及位于所述压电薄膜层14和所述衬底11之间的至少一层介质层。

具体的，在该步骤中以压电薄膜层14和衬底11之间具有两层介质层（即第一层介质层16和第二层介质层17）为例进行说明。需要说明的是图4所示的结构也可以理解为来料晶圆的结构。

S102：如图5-图9所示，在所述压电薄膜层14背离所述衬底11的一侧形成叉指电极15。

具体的，在该步骤中如图5所示对压电薄膜层14进行减薄处理达到所需的厚度要求即可；如图6所示，对压电薄膜层14和位于压电薄膜层14和衬底11之间的介质层进行图形化处理；如图7所示，在压电薄膜层14背离衬底11的一侧形成叉指电极15。

示例性的，如图8所示，在形成完叉指电极15之后还可以在叉指电极15背离衬底11的一侧形成钝化层22，以实现对叉指电极15的钝化保护。

示例性的，如图9所示，在形成完钝化层22之后形成第一键合层18，该第一键合层18的材料以金材料为例进行说明，第一键合层18与叉指电极15接触连接。

S103：如图10所示，提供一封装盖板12。

S104：如图11-图13所示，对所述封装盖板12进行处理形成多个凸起柱13。

具体的，在该步骤中如图11所示对封装盖板12的一侧表面进行图形化处理形成键合部位图形化；如图12所示在具有键合部位图形化的一侧形成第二键合层19，该第二键合层19的材料以金材料为例进行说明；如图13所示对第二键合层19进行图形化处理同时形成多个凸起柱13。

S105：如图14和图1所示，对所述衬底11和所述封装盖板12通过所述多个凸起柱13进行封装连接。

具体的，在该实施例中如图14所示，每个所述凸起柱13的键合面还具有多个独立的小凸起，在键合完之后可以形成类似咬合的方式，以尽可能的增大第一键合层18和第二键合层19的接触面，以此进一步提高键合效果。

示例性的，如图15所示，在键合完成后还可以对衬底11进行研磨处理，以减薄至目标厚度，该目标厚度在本发明实施例中并不作限定，可根据实际情况而定。

示例性的，如图16所示，在对衬底11减薄处理后，还可以进一步对衬底11进行刻蚀处理，即TSV（Through Silicon Via，深硅孔）刻蚀，以形成贯穿衬底11的通孔20。

示例性的，如图1所示，形成外接引线结构21，所述外接引线结构21通过所述通孔20与所述第一键合层18连接。

需要说明的是，图1、图6、图7、图8、图9、图14、图15和图16中压电薄膜层14、第一层介质层16和第二层介质层17构成的整体的侧壁还可以为倾斜侧壁，例如在衬底11指向封装盖板12的方向上压电薄膜层14、第一层介质层16和第二层介质层17构成的整体的尺寸逐渐减小。

基于本发明上述实施例，在本发明另一实施例中还提供了一种电子设备，该电子设备包括上述实施例所述的声表面波晶圆级结构。

以上对本发明所提供的一种声表面波晶圆级结构及其制作方法、电子设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素，或者是还包括为这些过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种声表面波晶圆级结构，其特征在于，所述声表面波晶圆级结构包括：

相对设置的衬底以及封装盖板，所述封装盖板具有多个凸起柱，所述衬底和所述封装盖板通过所述多个凸起柱进行封装连接；

位于所述衬底和所述封装盖板之间，且位于所述衬底上的压电薄膜层，以及位于所述压电薄膜层背离所述衬底一侧的叉指电极；

所述声表面波晶圆级结构还包括：

位于所述压电薄膜层和所述衬底之间的至少一层介质层；

所述声表面波晶圆级结构还包括：

至少位于所述凸起柱和所述衬底之间的键合层；

所述键合层包括：相邻所述衬底设置的第一键合层，以及相邻所述凸起柱设置的第二键合层；

所述第一键合层与所述叉指电极接触连接。

2.根据权利要求1所述的声表面波晶圆级结构，其特征在于，所述封装盖板为Si盖板。

3.根据权利要求1所述的声表面波晶圆级结构，其特征在于，所述第一键合层和所述第二键合层的材料为金属材料。

4.根据权利要求3所述的声表面波晶圆级结构，其特征在于，所述第一键合层和所述第二键合层的材料为金材料。

5.根据权利要求3所述的声表面波晶圆级结构，其特征在于，所述衬底具有通孔，所述通孔贯穿所述衬底；

所述声表面波晶圆级结构还包括：外接引线结构，所述外接引线结构通过所述通孔与所述第一键合层连接。

6.一种声表面波晶圆级结构的制作方法，其特征在于，所述声表面波晶圆级结构的制作方法用于制备权利要求1-5任一项所述的声表面波晶圆级结构，所述声表面波晶圆级结构的制作方法包括：

提供一衬底，所述衬底上设置有压电薄膜层以及位于所述压电薄膜层和所述衬底之间的至少一层介质层；

在所述压电薄膜层背离所述衬底的一侧形成叉指电极；

提供一封装盖板；

对所述封装盖板进行处理形成多个凸起柱；

对所述衬底和所述封装盖板通过所述多个凸起柱进行封装连接。

7.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括权利要求1-5任一项所述的声表面波晶圆级结构。