[發明專利]一種應用于聲表面波濾波器的晶圓級封裝結構及封裝工藝

有效

• 申請號: 201711330447.5
• 申請日: 2017-12-13
• 公開（公告）號: CN108011608B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 金中;何西良;杜雪松
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第二十六研究所
• 主分類號: H03H9/02
• 分類號: H03H9/02;H03H9/64
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 李海華

本發明公開了一種應用于聲表面波濾波器的晶圓級封裝結構及封裝工藝，包括濾波器芯片襯底和封裝晶圓，在濾波器芯片襯底工作面的外圍鍍有一圈金膜，封裝晶圓上與每塊芯片襯底金膜對應位置也分別鍍有一圈金膜，濾波器芯片與封裝晶圓通過金?金鍵合方式結合在一起；在封裝晶圓背向芯片工作面那面設有外部電路布線結構和用于與PCB板電連接的金屬焊球，封裝晶圓上設有導通孔以將芯片工作面電路依次通過導通孔和外部電路布線結構與金屬焊球電連接。所述封裝晶圓為玻璃材質，所述玻璃材質具有與芯片襯底材料相同或者接近的熱膨脹系數。本發明封裝更加可靠、效率提高、容易消除器件熱失配情況。

技術領域

本發明涉及聲表面波濾波器，具體是一種應用于聲表面波濾波器的晶圓級封裝結構及封裝工藝，屬于聲表濾波器封裝技術領域。

背景技術

不能直接將聲表面波濾波器芯片的工作面與空氣或者水分接觸，這樣會對工作面造成腐蝕或者氧化，影響器件性能，因此實際處理中需要對芯片的工作面予以封裝以保護起來，封裝后再與PCB板連接。

現有聲表濾波器主要采用倒裝焊（CSP）工藝進行封裝。CSP封裝的基本原理非常簡單，首先在形成芯片的晶圓上用超聲焊或者回流焊工藝生長金屬焊球（金或錫），然后切割成單顆芯片，再用貼片機或者熱超聲倒裝焊機將單顆芯片分別倒扣焊接在同一陶瓷基板上。陶瓷基板上的焊盤與芯片焊盤（長有金屬焊球）相對應，通過陶瓷基板內部的走線，信號線可以與外部PCB電路板連接。下一步是將有機薄膜覆蓋在倒裝后的基板上，通過加熱使薄膜軟化，軟化后的薄膜能夠完整的覆蓋芯片與基板之間的空隙，由于薄膜本身具有一定的粘稠度，所以不會侵入芯片的表面污染聲表芯片。最后用高速劃片機將封完薄膜的基板再切割成單顆芯片。

上述倒裝焊工藝存在的不足主要有：

一、體積大。采用這種技術封裝后的器件比芯片裸片大40%以上，已經沒有縮小體積的潛力了。體積大的原因有兩個：首先，芯片與基板之間連接的金屬焊球（金或者錫球）直徑一般不會小于80um，并且需要在焊球的周圍流出大量的空間作為余量，大量浪費了芯片面積；其次，用于氣體密封的有機薄膜與基板之間的結合力比較差，需要占用基板四周的大量面積（200um）以增加結合力。

二、物料成本高。主要原因在于，1）需要采用價格昂貴的陶瓷基板作為存底，為了便于焊接，還需要在基板的焊盤上鍍金。2）芯片背面用于焊接的錫球（或者金球）需要特殊工藝制作。如果采用錫球雖然可以減小體積，但涉及電鍍工藝，會產生大量含鉛的廢水，污染環境，處理成本較高。如果采用金球則需要昂貴的高純度金，價格非常昂貴。3）需要專門的氣體密封有機薄膜才能完成器件的密封，不僅成本高，還需要占用大量的基板面積。

三、加工效率低。芯片只能一個一個倒裝焊接，效率極低，一臺倒裝焊設備一小時僅能完成4500個器件的安裝。

鑒于現有倒裝焊工藝存在的上述不足， 中國發明申請（申請號201610158823.6、申請日2016-3-18）公開了一種聲表面波濾波器晶圓鍵合封裝工藝，該工藝在封裝晶圓上涂抹膠水，利用膠水進行氣體密封，取代了金屬球焊接（超聲焊），這樣占用基板的面積十分小（100um以內），封裝后的器件只比芯片裸片大10-20%。同時采用廉價的單晶硅晶圓做封裝基板，取代了昂貴的陶瓷基板和有機薄膜，大大降低了封裝物料費用。上述工藝雖然在器件體積和成本上較之前有所改進，但依然存在一些不足：1、由于利用膠水封裝，膠水在涂抹的時候會產生一些氣泡，剛開始這些氣泡是分離的，但隨著時間的推移和環境的影響，氣泡可能會連通并最終與大氣相通，從而導致氣密性下降；2、雖然采用單晶硅晶圓做封裝基板具有成本優勢，但由于硅晶圓的熱膨脹系數固定，使得在與不同材料的芯片襯底鍵合時，容易出現因為兩者熱失配情況而導致的器件開裂；3、由于是膠水封裝，不能將濾波器晶圓整片與封裝晶圓鍵合，因為難以將各處力量掌握得恰到好處，可能導致某些地方鍵合效果好，某些地方鍵合效果差，故需要將聲表濾波器晶圓切成單顆芯片，將切割后的芯片焊盤放在硅晶圓基板上有膠水的位置，使芯片和硅晶圓基板鍵合在一起，由此導致效率依然不高。

發明內容