一种声表面波器件气密性晶圆级封装结构和工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种声表面波器件气密性晶圆级封装结构和工艺，在功能芯片工作面的外围镀有一圈键合层金属，封盖晶圆上与每块芯片键合层金属对应位置分别镀有一圈键合层金属，功能芯片与封盖晶圆通过金‑金键合或者共晶键合对应结合在一起；在封盖晶圆背向功能芯片工作面那面设有外部电路布线结构和外电极；在外电极上制作有外部焊球；封盖晶圆上设有导通孔以将功能芯片工作面电路依次通过导通孔、外部电极和外部焊球电连接。本发明专利技术能够实现高芯片剪切强度、散热性好、封装内部气氛可控的晶圆级（WLP）声表面波器件的气密性封装，具有可靠性高的特点。

A surface acoustic wave device airtight wafer level package structure and technology

The invention discloses a surface acoustic wave device hermetic wafer level packaging structure and technology, in the peripheral chip working face is coated with a layer of metal sealing ring bonding, wafer and chip bonding layer of each corresponding position were coated with a metal ring metal bonding layer, chip and wafer capping by gold gold bonding or eutectic bonding corresponding together; in the capping wafer back to face the chip surface is provided with an external circuit wiring structure and the outer electrode; the external electrode with external solder ball; capping wafer is provided with a guide hole in the circuit chip working face passes through the via hole and the external electrode. The solder ball and external electrical connection. The invention can realize the hermetic encapsulation of wafer level (WLP) saw device with high chip shear strength, good heat dissipation and controllable inner atmosphere, and has the characteristics of high reliability.

【技术实现步骤摘要】
一种声表面波器件气密性晶圆级封装结构和工艺
本专利技术涉及声表面波器件，具体涉及一种声表面波器件气密性晶圆级封装结构和工艺，属于声表器件封装

技术介绍
声表面波（SurfaceAcousticWave，SAW）器件是一种利用声表面波效应和谐振特性制成的对频率有选择作用的器件。声表面波器件，尤其是声表面波滤波器（SurfaceAcousticWaveFilter，SAWF）具有体积小、重量轻、一致性好、可靠性水平高，能对信号实时处理、模拟/数字兼容、抗电磁干扰性能好、损耗低和频率选择性好等优势，一直是移动通讯和汽车电子的关键器件。随着移动通讯等领域技术的不断发展，新兴的技术应用对SAWF提出了越来越高的要求，而当今世界范围内SAWF的发展趋势是小型化。2001-2015年欧美、日本的SAWF体积缩小到原来尺寸的1%，由此使得移动电话的体积大大缩小，目前日本村田公司推出的声表面波双工器，尺寸仅为1.8×1.4×0.6cm3，重量为15mg。国外声表面波器件在经历了芯片级封装（ChipScalePackage，CSP）后，到2011年后商用晶圆级（waferlevelpackage，WLP）封装的SAW器件开始量产，晶圆级封装是利用晶圆进行封装，封装完成后再切割成单颗的器件。采用无引脚陶瓷外壳和引线键合技术的声表面波器件尺寸为3.0×3.0mm2，其厚度达到1.2mm，封装面积：芯片面积≥2。采用陶瓷基板和倒装技术结合的CSP声表面波器件外形尺寸缩小到1.1×0.9mm2，器件的厚度为0.5mm，封装面积：芯片面积≤1.5。WLP的典型器件尺寸缩小到0.8×0.6mm2，器件的厚度小于0.3mm，封装面积：芯片面积≈1，体积仅为CSP封装的29%。采用晶圆级封装（waferlevelpackage，WLP）声表面波器件是目前最小的封装形式，该小型化封装主要为非气密性封装。移动终端上广泛使用的声表面波滤波器主要采用非气密性封装，而在汽车电子、雷达、军用通讯系统、敌我识别、电子对抗、测距、定位、导航和遥测遥控等军事装备领域中则需要使用气密性封装器件。而气密性封装要求能够实现内部的气氛可控，内部的水汽含量较低；同时高性能、高可靠性的声表面波器件要求有良好的电磁屏蔽能力和功率承受能力。但是，现有的声表面波器件结构不是气密性封装，内部气氛无法控制，无法进行电磁屏蔽。图1所示是现有技术中一种非气密性的晶圆级封装，该封装将与功能晶圆相同材料的上盖晶圆通过聚合物框粘接在一起，在声表工作区形成空腔。由于聚合物不能阻止水汽等气氛的扩散，采用聚合物框作为密封材料不能实现气密封。为了形成牢固的粘接，聚合物密封框较宽达50μm以上，采用金属布线从器件的侧面将外部金属和内部的电极形成互连。由于内部引线需要引到封装外部，需要增加封装的尺寸。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种声表面波器件气密性晶圆级封装结构和工艺，本专利技术采用同质的材料或与功能晶圆热膨胀系数相近的材料作封盖晶圆，避免因为不同材料的热膨胀系数不同造成的晶圆或芯片裂片。本封装工艺能够实现高芯片剪切强度、散热性好、封装内部气氛可控的晶圆级（WLP）声表面波器件的气密性封装，具有可靠性高的特点。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种声表面波器件气密性晶圆级封装工艺，采用与功能晶圆材料相同且切型相同的晶圆或与功能晶圆热膨胀系数相近的晶圆作为封盖晶圆。具体封装步骤如下：1）在同一块功能晶圆上加工形成多片功能芯片，所有功能芯片的工作面朝向相同，所有功能芯片基于同一功能晶圆而连接成为整体；在每个功能芯片工作面的外围镀一圈键合层金属；2）然后在封盖晶圆其中一面上采用激光打孔工艺进行打孔，形成盲孔，盲孔的数量和位置根据与功能芯片电路连接需要而定；3）然后在封盖晶圆上镀制金属种子层，以利于后续电镀作业；4）在封盖晶圆形成盲孔那面进行电镀作业以在盲孔内填充金属，然后去除盲孔外的封盖晶圆其他部位的金属层；5）在封盖晶圆上与每片功能芯片键合层金属对应位置分别制作一圈键合层金属，同时在每个盲孔处制做键合层金属；6）将步骤1）得到的所有功能芯片作为一个整体放在封盖晶圆上并使功能芯片上的键合层金属与封盖晶圆上对应的键合层金属上下一一正对，然后将每片功能芯片上的键合层金属和封盖晶圆上对应的键合层金属键合在一起；同时将封盖晶圆盲孔处的键合层金属与功能晶圆上对应的电极键合实现电连接；键合过程在真空或者惰性气体中完成，以避免空气中的水蒸气腐蚀芯片表面；7）研磨抛光封盖晶圆盲孔背面，以露出盲孔中的金属，同时实现封盖晶圆减薄作用；8）在封盖晶圆盲孔背面制作外电极和需要的外部电路结构；9）研磨减薄功能晶圆。在步骤8）制作的外电极表面制作外部焊球。封盖晶圆和功能晶圆上的键合层金属相同，为金或者金锡。声表面波器件气密性晶圆级封装结构，包括功能芯片和封盖晶圆，在功能芯片工作面的外围镀有一圈键合层金属，封盖晶圆上与每块芯片键合层金属对应位置分别镀有一圈键合层金属，功能芯片与封盖晶圆上的键合层金属通过金-金键合或者共晶键合对应结合在一起；在封盖晶圆背向功能芯片工作面那面设有外部电路布线结构和外电极；在外电极上制作有外部焊球；封盖晶圆上设有导通孔以将功能芯片工作面电路依次通过导通孔、外部电极和外部焊球电连接；封盖晶圆和功能芯片上的键合层金属宽度为20-30微米。在导通孔内填充有导电金属，导电金属朝向功能芯片那面制做有电连接用键合金属，电连接用键合金属与功能芯片上对应的电极键合连接。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、在功能芯片工作面外围镀一圈键合层金属，封盖晶圆上与每块功能芯片键合层金属对应位置也镀一圈键合层金属，然后通过金-金键合或共晶键合的方式使功能芯片与封盖晶圆结合在一起，可以形成对芯片工作面起到保护作用的气密封结构，较之前的聚合物框粘接封装，气密性大大提高，芯片剪切强度高。2、加工效率进一步提高。本专利技术采用金-金键合或共晶键合的方式，功能芯片无需切割成单颗芯片，即可将整片包含多片芯片的功能晶圆直接与封盖晶圆进行键合，也不会降低每片芯片的键合效果，大大提高加工效率。3、金-金键合或共晶键合在真空或充氮的环境中进行，可实现封装内部气氛可控。4、由于晶圆减薄，封装后的器件厚度仅0.25mm，热阻降低，散热性好。附图说明图1-现有声表面波器件封装结构示意图。图2-本专利技术声表面波器件封装结构示意图。具体实施方式以下结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细描述。本封装工艺应用于高可靠性声表面波器件封装
，具体是采用晶圆封装技术将声表面波器件的功能芯片与封盖晶圆键合在一起，形成气密封。本封装工艺针对的声表面波器件结构如图2所示，从图上可以看出，所述声表面波器件包括功能芯片1和封盖晶圆2，在功能芯片1工作面的外围镀有一圈键合层金属3，封盖晶圆2上与每块芯片键合层金属对应位置也分别镀有一圈键合层金属3，功能芯片1与封盖晶圆2通过金-金键合方式或者共晶键合结合在一起。在封盖晶圆2背向芯片工作面那面设有外部电路布线结构和用于与PCB板电连接的外部电极。为方便电连接，进一步地在外部电极上还制作有外部焊球5。封盖晶圆2上设有导通孔4以将功能芯片工作面电路依次通过导通孔4、外部电极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种声表面波器件气密性晶圆级封装工艺，其特征在于：采用与功能晶圆材料相同且切型相同的晶圆或与功能晶圆热膨胀系数相近的晶圆作为封盖晶圆。

【技术特征摘要】
1.一种声表面波器件气密性晶圆级封装工艺，其特征在于：采用与功能晶圆材料相同且切型相同的晶圆或与功能晶圆热膨胀系数相近的晶圆作为封盖晶圆。2.根据权利要求1所述的声表面波器件气密性晶圆级封装工艺，其特征在于：具体封装步骤如下：1）在同一块功能晶圆上加工形成多片功能芯片，所有功能芯片的工作面朝向相同，所有功能芯片基于同一功能晶圆而连接成为整体；在每个功能芯片工作面的外围镀一圈键合层金属；2）然后在封盖晶圆其中一面上采用激光打孔工艺进行打孔，形成盲孔，盲孔的数量和位置根据与功能芯片电路连接需要而定；3）然后在封盖晶圆上镀制金属种子层，以利于后续电镀作业；4）在封盖晶圆形成盲孔那面进行电镀作业以在盲孔内填充金属，然后去除盲孔外的封盖晶圆其他部位的金属层；5）在封盖晶圆上与每片功能芯片键合层金属对应位置分别制作一圈键合层金属，同时在每个盲孔处制做键合层金属；6）将步骤1）得到的所有功能芯片作为一个整体放在封盖晶圆上并使功能芯片上的键合层金属与封盖晶圆上对应的键合层金属上下一一正对，然后将每片功能芯片上的键合层金属和封盖晶圆上对应的键合层金属键合在一起；同时将封盖晶圆盲孔处的键合层金属与功能晶圆上对应的电极键合实现电连接；键合过程在真空或者惰性气体中完成，以避免空气中的水蒸气腐蚀芯片表面；7）研磨抛光封盖晶圆盲孔背面，以露出盲孔中的金属，同时实现封盖晶圆减薄作用；8）在封盖晶圆盲孔背面...

【专利技术属性】
技术研发人员：米佳，朱勇，冷俊林，陶毅，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十六研究所，
类型：发明
国别省市：重庆,50