一种振子装置三维晶圆级封装结构制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种振子装置三维晶圆级封装结构，包括上盖、振子单元、至少一块功能性集成电路芯片以及封装环，封装环设置在功能性集成电路芯片边缘上，并供上盖予以结合，将振子单元气密封装于功能性集成电路芯片上，因振子单元以及功能性集成电路芯片是采用垂直堆栈的三维晶圆级封装，因此可达到高度整合之封装，进而减少贵金属材料用料与进一步微缩尺寸，从而降低因高频化而衍生的寄生电容／电感效应。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及振子装置领域，特别是涉及一种应用于手机、笔记型计算机、汽车 电子等各种电子产品中的振子装置三维晶圆级封装结构。
技术介绍
石英组件具有稳定的压电特性，能够提供精准且宽广的参考频率、频率控制、定时 功能与过滤噪声等功能，此外，石英组件也能做为运动及压力等传感器，以及重要的光学组 件；因此，对于电子产品而言，石英组件扮演着举足轻重的地位。而针对石英振子晶体的封装，前案提出了许多种方案，譬如美国专利公告第 6531807号专利「压电装置」(Piezoelectric Device)，主要针对在不同区域之陶瓷基座进 行石英振子与振荡电路芯片之封装，并利用陶瓷基座上之导线做电气连接，同时振荡电路 芯片以树脂封装，石英振子则以上盖做焊接封装(Seam Welding)；然而，由于两芯片各放在 不同区块，且以陶瓷基座为封装体，因此使得面积加大且制作成本居高不下。又如美国专利公告第7098580号专禾丨』「压电振荡器」(Piezoelectric Oscillator)，主要将石英芯片与集成电路分别以陶瓷封装体封装后，再进行电气连接的动 作，虽可有效缩小面积问题，但整体体积仍无法有效降低，同时该封装方式之制作成本也相 对较高。而美国专利公告第7608986号专禾丨』「石英晶体振荡器」(Quartz Crystal Resonator)，主要为晶圆级封装形式，其主要将玻璃材质(Blue Plate Glass)的上盖与下 基座，与石英芯片藉由阳极接合完成一三明治结构。然而，此三明治结构由于基材与石英之 热膨胀系数不同，因此当温度变化时会造成内部石英芯片产生热应力，使得频率随温度而 产生偏移现象。因此，需要特别选择石英芯片之切角与上盖和下基座材料之热膨胀系数，才 有办法克服此困难点，然而在制作上和成本上都比较费工。以上专利皆为石英晶体振子与振荡电路的整合方案，未来趋势必走向中央处理单 元(CPU)、随机存取内存(RAM)、模拟电路等集成电路芯片之高度整合；然而，上述专利的结 构不是过大、就是成本太高，难以迎合未来高度整合之需求。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种振子装置三维晶圆级封装结构，达成 高度整合的系统级封装，实现单一芯片的完整解决方案，克服封装结构过大、以及成本过高 的问题。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种振子装置三维晶圆级 封装结构，包括振子单元、上盖、至少一块功能性集成电路芯片和封装环，所述的振子单元 设置在所述的功能性集成电路芯片上；所述的封装环设置在所述的功能性集成电路芯片外 缘；所述的上盖设置在所述的封装环上，罩设于所述的振子单元；所述的振子单元予以气 密封装；所述的振子单元上表面具有上表面电极，下表面具有下表面电极；所述的上表面电极和下表面电极由导电凸块与所述的功能性集成电路芯片电性相连；所述的功能性集成 电路芯片底面上设有金属凸块。所述的振子装置三维晶圆级封装结构的振子单元为石英晶体振子或机械共振式 振子。所述的石英晶体振子为温度稳定切角石英晶体振子或音叉型石英晶体振子。所述的振子装置三维晶圆级封装结构的上盖由硅、或玻璃、或石英、或陶瓷、或金 属材料制成；所述的封装环由铜、锡、金、银、铟或其合金、或有机聚合物、或氧化物材质制 成。所述的振子装置三维晶圆级封装结构的导电凸块由银粉颗粒与树脂混合之导电 胶材或导电金属制成，其中，所述的导电金属为铜、锡、金、银、铟、或上述金属的合金。所述的振子装置三维晶圆级封装结构的采用两块以上功能性集成电路芯片时，所 述的功能性集成电路芯片采用相互垂直的堆栈结构，并相互构成电性连接。所述的振子装置三维晶圆级封装结构的功能性集成电路芯片为震荡电路芯片、或 射频电路芯片、或内存芯片、或处理器芯片。所述的振子装置三维晶圆级封装结构的功能性集成电路芯片通过金属导通孔予 以电性连接，或通过金属凸块予以电性连接，或通过金属打线的方式构成电性连接。所述的金属导通孔由金属导电材质制成，并由硅导通孔技术予以成型；所述的金 属导电材质为铜、银、金、钨、或上述金属的合金。所述的振子装置三维晶圆级封装结构的金属凸块由铜、锡、金、银、铟、或上述金属 的合金制成。有益效果由于采用了上述的技术方案，本技术与现有技术相比，具有以下的优点和积 极效果振子单元以及功能性集成电路芯片采用垂直堆栈的立体三维结构，达成高度整合 的系统级封装，将大幅降低结构的尺寸，进而减少连接线的长度，从而降低因高频化而衍生 的寄生电容/电感效应；同时，藉由晶圆接合技术可批次生产整合石英晶体振子的系统级 封装，减少人力与生产时间，降低生产成本。另一方面，本技术也可设置有复数个功能性集成电路芯片，其依序垂直堆栈 于振子单元的下方，且相互之间采用打线、金属凸块、或是金属导通孔来构成相互之间的电 性连接。其中，金属导通孔的设置可以藉由硅导通孔与晶圆接合技术，将振子单元与三维迭 层芯片整合在一起，可减少贵金属材料的用料。附图说明图1是本技术第一实施例的振子装置三维晶圆级封装结构示意图；图2是本技术第一实施例中振子单元上、下电极的示意图；图3是本技术第二实施例的振子装置三维晶圆级封装结构示意图；图4是本技术第三实施例的振子装置三维晶圆级封装结构示意图；图5是本技术第四实施例的振子装置三维晶圆级封装结构示意图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本技术。应理解，这些实施例仅用于说明本 技术而不用于限制本技术的范围。此外应理解，在阅读了本技术讲授的内容 之后，本领域技术人员可以对本技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申 请所附权利要求书所限定的范围。本技术的实施方式涉及一种振子装置三维晶圆级封装结构，图1所示的是本 技术第一实施例的振子装置三维晶圆级封装结构示意图。根据本技术所公开的三维晶圆级封装结构包含有振子单元20、上盖10、功能 性集成电路芯片40以及封装环30，其中，振子单元20可为温度稳定切角(AT-cut)石英晶 体振子、音叉型石英晶体振子或其它机械共振式振子，且振子单元20的上、下表面分别具有上 表面电极21与下表面电极22(见图2)，由此激振振子单元20，通过导电凸块23与底部的功能 性集成电路芯片40电性连接；其中，导电凸块23可以是由银粉颗粒与树脂组成之导电胶材制 成，也可以是由导电金属制成，其中，该导电金属可为铜、锡、金、银、铟及上述金属的合金。振子单元20配置于功能性集成电路40之上，而功能性集成电路芯片40外缘设置 有封装环30，此封装环30由铜、锡、金、银、铟及上述金属的合金、或有机聚合物、或氧化物 等材质之一制成。由封装环30和上盖10作为封装设置，故上盖10、功能性集成电路芯片 40通过封装环30而可将振子单元20作气密封装，其内部环境可为真空或是充填氮气；上 盖10的材质可为硅、玻璃、石英、陶瓷、金属材料等。封装结构中，最底下的金属凸块41则 可与外部做电性连接，提供电能与讯号输入与输出。而其中，当封装环30为铜、锡、金、银、铟及上述金属的合金时，可采用金属融接结 合的方式予以封装；而当封装环30为有机聚合物时，则可利用胶合技术达成封装；而当封 装环30譬如为二氧化硅等氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种振子装置三维晶圆级封装结构，包括振子单元（２０）、上盖（１０）、至少一块功能性集成电路芯片（４０）和封装环（３０），其特征在于，所述的振子单元（２０）设置在所述的功能性集成电路芯片（４０）上；所述的封装环（３０）设置在所述的功能性集成电路芯片（４０）外缘；所述的上盖（１０）设置在所述的封装环（３０）上，罩设于所述的振子单元（２０）；所述的振子单元（２０）予以气密封装；所述的振子单元（２０）上表面具有上表面电极（２１），下表面具有下表面电极（２２）；所述的上表面电极（２１）和下表面电极（２２）由导电凸块（２３）与所述的功能性集成电路芯片（４０）电性相连；所述的功能性集成电路芯片（４０）底面上设有金属凸块（４１）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵岷江，黄国瑞，
申请(专利权)人：台晶宁波电子有限公司，
类型：实用新型
国别省市：97[中国|宁波]