滤波器芯片的封装结构及其封装方法技术

本发明专利技术公开了一种滤波器芯片的封装结构及其封装方法，包括器件衬底和玻璃衬底，器件衬底上设有滤波器功能区域，其周围设有第一键合物，玻璃衬底具有第一表面和第二表面，玻璃衬底设有贯穿第一表面和第二表面的玻璃通孔以及完全填充在玻璃通孔内的金属柱，玻璃衬底的第一表面和第二表面上分别设有与金属柱连接的第一金属层和第二金属层，第一金属层上设有第二键合物，器件衬底与玻璃衬底之间通过第一键合物和第二键合物键合，并在滤波器功能区域上方形成空腔，空腔上方设有至少两个金属柱，第二金属层上方设有外接部，第二表面上设有覆盖在外接部以外区域上并包覆住第二金属层的钝化层。并通过密封环与金属柱相连接地，实现了更好的散热效果。实现了更好的散热效果。实现了更好的散热效果。

【技术实现步骤摘要】
滤波器芯片的封装结构及其封装方法


[0001]本专利技术涉及晶圆级封装领域，尤其涉及一种滤波器芯片的封装结构及其封装方法。

技术介绍

[0002]滤波器作为一种功率器件，主要应用于射频通信收发前端，抑制带外干扰杂散信号，同时让有用信号通过，其类型包括体声波滤波器和声表面波滤波器等。体声波滤波器(Bulk acoustic wave,BAW)采用石英晶体/硅作为基板，基本结构是两个金属电极夹着压电薄膜，压电薄膜在2GHz下的厚度只有2μm，超过2GHz，薄膜沉积厚度将更薄。声波在压电层内震荡形成驻波，发生共振的频率由平板的厚度和电极的质量决定。为把声波留在压电层内震荡，震荡结构与外界环境必须有足够的隔离才能得到较小的插入损耗和较高的品质因子(quality factor,Q)。为了提供BAW滤波器装置的最佳的性能，BAW滤波器压电层结构应封装在可靠的密闭空腔中，以阻挡湿气的渗入。
[0003]因此需将盖帽晶圆与体声波滤波器晶圆进行键合，以在芯片压电层上形成密封的空腔结构，阻止外界水汽、腐蚀液等侵入造成器件失效。业界常用封装解决方案：如硅
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硅(Silicon
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Silicon)直接键合技术、硅
‑
玻璃(Silicon
‑
Glass)阳极键合技术以及使用玻璃料的键合技术为典型示例。但由于这些键合方式所需的温度高，可加工性差，导致这些技术不普遍应用在BAW滤波器装置的封装中。因此，需要改进BAW滤波器封装技术，以提供如高耐氧化性、高断裂韧性、低封装成本、高性能、超薄封装等。并且由于BAW滤波器的使用频率较高，容易导致散热效果不好，进而导致热量累积，进一步影响器件的可靠性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种滤波器芯片的封装结构及其封装方法。
[0005]为了实现以上目的，本专利技术的技术方案为：
[0006]一种滤波器芯片的封装结构，包括器件衬底和玻璃衬底，器件衬底上设有滤波器功能区域，滤波器功能区域的周围设有第一键合物，玻璃衬底具有相对的第一表面和第二表面，玻璃衬底设有贯穿第一表面和第二表面的玻璃通孔(Through Glass Via,TGV)以及完全填充在TGV内的金属柱，玻璃衬底的第一表面和第二表面上分别设有与金属柱连接的第一金属层和第二金属层，第一金属层上设有第二键合物，器件衬底与玻璃衬底之间通过第一键合物和第二键合物键合，并在滤波器功能区域上方形成空腔，空腔上方设有至少两个金属柱，第二金属层上方设有导电外接部，第二表面上设有覆盖在外接部以外区域上并且包覆住第二金属层的钝化层。
[0007]作为优选，第一键合物包括环绕在滤波器功能区周围的密封环以及位于密封环内的焊盘，至少一个焊盘与密封环连接，密封环接地。
[0008]作为优选，滤波器芯片工作产生的热量以焊盘、第一金属层、金属柱以及第二金属
层构成的第一散热途径散发出去，和/或，以密封环、第一金属层、金属柱以及第二金属层构成的第二散热途径散发出去。
[0009]作为优选，相邻两个金属柱之间的间距在25μm以上。
[0010]作为优选，金属柱、第一金属层和第二金属层的材料为铜或金，并同时实现导热和导电功能，第一金属层和第二金属层的面积分别为滤波器芯片上的玻璃衬底的第一表面或第二表面的面积的50～70％。
[0011]作为优选，第一键合物与第二键合物之间的键合为固
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液互扩散低温键合，并生成金属间化合物。
[0012]作为优选，第一键合物的材料为铜或金，第二键合物为锡焊料，金属间化合物根据第一键合物种类，依次为CuSn或AuSn合金相。
[0013]作为优选，空腔的高度大于5μm，玻璃衬底的厚度为70
‑
150μm。
[0014]作为优选，导电外接部为锡球、铜柱或镍金焊盘。
[0015]一种滤波器芯片的封装方法，包括以下步骤：
[0016]1)提供器件衬底，器件衬底的第一表面设有滤波器功能区域，滤波器功能区域的周围设有第一键合物；
[0017]2)提供玻璃衬底，在玻璃衬底上采用激光诱导玻璃变性及湿法刻蚀方式形成玻璃盲孔，在玻璃衬底上制作完全填充玻璃盲孔的金属柱，并在玻璃衬底的第一表面上制作与金属柱连接的第一金属层；
[0018]3)在玻璃衬底的第一表面的第一金属层上制作第二键合物，玻璃衬底或器件衬底倒置后，将玻璃衬底的第一键合物与器件衬底的第二键合物键合，并在滤波器功能区域上方形成空腔；
[0019]4)将玻璃衬底的第二表面减薄至裸露出玻璃盲孔底部的金属柱，在玻璃衬底的第二表面上制作与裸露出的金属柱连接的第二金属层；
[0020]5)在第二金属层上制作导电外接部，并且在玻璃衬底的第二表面上制作钝化层，钝化层覆盖在导电外接部以外区域上并且包覆住第二金属层；
[0021]6)对器件衬底和玻璃衬底进行切割得到滤波器芯片。
[0022]作为优选，步骤2)激光设备采用脉冲激光，所使用的激光焦点深度为8～12mm，激光能量50～55μJ，脉冲宽度15～20ps；湿法刻蚀药液采用氢氟酸，所使用的浓度为3～12％。
[0023]作为优选，步骤3)采用固
‑
液互扩散低温键合的方式将第一键合物与第二键合物键合并生成金属间化合物，第一键合物的材料为铜或金，第二键合物为Sn焊料，金属间化合物根据第一键合物种类，依次为CuSn或AuSn合金相，键合温度为200
‑
300℃，键合压强为3
‑
8MPa，键合时间为5
‑
20min。
[0024]作为优选，步骤4)中采用机械研磨的方式对玻璃衬底的第二表面进行减薄，减薄后的玻璃衬底的厚度为70～150μm。
[0025]作为优选，在步骤5)之后还包括：将器件衬底的第二表面进行减薄，减薄后衬底晶圆厚度为70～150μm。
[0026]相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：
[0027](1)本专利技术的滤波器芯片的封装结构在玻璃衬底采用完全填充TGV孔的方式形成金属柱，在玻璃衬底的上下表面设有与金属柱连接的第一金属层和第二金属层，同时实现
良好的导热和导电功能，有效提高器件的散热效果。
[0028](2)本专利技术的滤波器芯片的封装结构通过金属柱与密封环的导通，进一步将滤波器功能区所产生的热量传导出去，进一步提高可靠性
[0029](3)本专利技术的第一键合物和第二键合物采用固
‑
液互扩散低温晶圆级键合，以Sn
‑
Au键合为例，在键合界面主要为生成δ相(AuSn)和ζ
’
相(Au5Sn)，其键合强度经测试能承受消费类电子剪切力测试、可靠性测试，滤波器功能区域被封装到玻璃衬底内部，形成良好的密封腔，能阻挡外界水汽、腐蚀液等的侵蚀。
[0030](4)本专利技术的TGV孔的制备无需在玻璃衬底上制作掩膜版本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种滤波器芯片的封装结构，其特征在于：包括器件衬底和玻璃衬底，所述器件衬底上设有滤波器功能区域，所述滤波器功能区域的周围设有第一键合物，所述玻璃衬底具有相对的第一表面和第二表面，所述玻璃衬底设有贯穿所述第一表面和第二表面的玻璃通孔以及完全填充在所述玻璃通孔内的金属柱，所述玻璃衬底的第一表面和第二表面上分别设有与所述金属柱连接的第一金属层和第二金属层，所述第一金属层上设有第二键合物，所述器件衬底与所述玻璃衬底之间通过所述第一键合物和第二键合物键合，并在所述滤波器功能区域上方形成空腔，所述空腔上方设有至少两个所述金属柱，所述第二金属层上方设有导电外接部，所述第二表面上设有覆盖在所述外接部以外区域上并且包覆住所述第二金属层的钝化层。2.根据权利要求1所述的滤波器芯片的封装结构，其特征在于：所述第一键合物包括环绕在滤波器功能区周围的密封环以及位于所述密封环内的焊盘，至少一个所述焊盘与所述密封环连接，所述密封环接地。3.根据权利要求2所述的滤波器芯片的封装结构，其特征在于：所述滤波器芯片工作产生的热量以所述焊盘、第一金属层、金属柱以及第二金属层构成的第一散热途径散发出去，和/或，以所述密封环、第一金属层、金属柱以及第二金属层构成的第二散热途径散发出去。4.根据权利要求1所述的滤波器芯片的封装结构，其特征在于：相邻两个所述金属柱之间的间距在25μm以上。5.根据权利要求1所述的滤波器芯片的封装结构，其特征在于：所述金属柱、第一金属层和第二金属层的材料为铜或金，并同时实现导热和导电功能，第一金属层和第二金属层的面积分别为所述滤波器芯片上的所述玻璃衬底的第一表面或第二表面的面积的50～70％。6.根据权利要求1所述的滤波器芯片的封装结构，其特征在于：所述第一键合物与第二键合物之间的键合为固
‑
液互扩散低温键合，并生成金属间化合物。7.根据权利要求6所述的滤波器芯片的封装结构，其特征在于：所述第一键合物的材料为铜或金，所述第二键合物为锡焊料，所述金属间化合物根据所述第一键合物种类，依次为CuSn或AuSn合金相。8.根据权利要求1所述的滤波器芯片的封装结构，其特征在于：所述空腔的高度大于5μm，所述玻璃衬底和所述器件衬底的厚度为70～150μm。9.根据权利要求1所述的滤波器芯片的封装结构，其特征在于：所述导电...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈作桓，于大全，
申请(专利权)人：厦门云天半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：