[發明專利]薄膜體聲波濾波器及其封裝方法

有效

• 申請號: 201811580862.0
• 申請日: 2018-12-24
• 公開（公告）號: CN109660227B
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發明（設計）人: 范亞明;劉斌;朱璞成;劉芹篁;陳詩偉;黃蓉
• 申請（專利權）人: 江西省納米技術研究院
• 主分類號: H03H9/02
• 分類號: H03H9/02;H03H9/05;H03H9/10;H03H9/56;H03H9/58;H03H3/02
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王茹;王鋒

本發明揭示了一種薄膜體聲波濾波器及其封裝方法，所述濾波器包括硅襯底、沉積于硅襯底正面上的多層絕緣層、沉積于最頂層的絕緣層上的FBAR器件、背腔和至少兩個導電柱，FBAR器件包括自絕緣層的頂面從下往上依次沉積的下電極、壓電材料層和上電極；背腔自硅襯底的背面刻蝕至下電極形成，且背腔對應的位置為壓電振蕩有效區域，導電柱從硅襯底的背面引出上、下電極。本發明具有增加FBAR器件機械牢固性、提高FBAR器件性能、節約電極引出空間，可靠性更高、可以保護FBAR器件的壓電振蕩有效區域等優點。

技術領域

本發明涉及一種薄膜體聲波濾波器，尤其涉及一種用于晶圓級封裝的薄膜體聲波濾波器的結構及其封裝方法。

背景技術

薄膜體聲波諧振器(Film?BulkAcoustic?Resonator，FBAR)作為MEMS(Micro-Electro-Mechanical?System，微機電系統)器件的重要成員，正在通信領域發揮著重要作用，特別是FBAR濾波器，在射頻濾波器領域市場占有份額越來越大。數據顯示，近十年來成長最快的MEMS元件類型就是FBAR濾波器。FBAR濾波器由于具有尺寸小級，諧振頻率高，品質因數高，功率容量大、滾降效應好等優良特性，正在逐步取代傳統的表面聲波濾波器(surface?acoustic?wave，SAW)和陶瓷濾波器。

FBAR主要由上下兩層金屬電極以及夾在中間的壓電材料構成，通過施加射頻電壓在電極上，在壓電材料中激勵體聲波從而完成諧振。在實際制作FBAR的過程中，需要考慮如何將體聲波盡可能限制在壓電振蕩堆中，否則聲波能量在電極外有較大泄露或損耗會導致機電耦合系數和品質因數下降，影響整個器件的諧振性能。拫據電磁場微波理論，當所接負載的阻抗為零或無限大時，傳輸狀態將是純駐波狀態，也就是全反射狀態，因此我們可以將壓電振蕩堆三明治結構的上下邊界設計成聲阻抗為零或無限大。

為實現上述聲阻抗的要求，典型的FBAR器件結構分為三種：第一種為背刻蝕FBAR結構，通過背腔刻蝕使器件的下電極與空氣接觸實現零聲阻抗邊界；第二種為空氣隙型FBAR結構，通過犧牲層的刻蝕使壓電振蕩堆區域下方形成空氣隙實現零聲阻抗邊界；第三種為布拉格型，通過在壓電振蕩堆區域下方形成交替堆疊的布拉格反射層實現成聲阻抗為零或無限大。

傳統的背刻蝕FBAR結構從器件的背部開始刻蝕形成背腔，使器件懸空。在量產工藝時，硅晶圓背面大部分被去除，形成背腔陣列，在切割形成單個器件后，懸空的背面會造成器件很差的機械穩定性。一般為了增加機械牢固性，會在硅片表面生長一層薄的SiO2層作為支撐層，但是降低了器件的性能。傳統的FBAR封裝通常在正面鍵合蓋帽晶圓片，形成蓋帽腔室用以保護FBAR器件的壓電振蕩有效區域，再從蓋帽片的通孔通過金屬引線將FBAR器件的正負電極引出，采用金屬引線的方式在封裝時勢必需要預留較大的引線區域，但是嚴重影響了FBAR器件的微型化，并且圓片鍵合工藝需要較高的溫度，影響了材料選擇的多樣性，對FBAR器件的可靠性造成影響，且工藝復雜。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種薄膜體聲波濾波器及其封裝方法，進而克服現有技術中的缺陷。

為實現上述目的，本發明提出如下技術方案：一種薄膜體聲波濾波器，可以包括：

硅襯底，其包括相對的正面和背面，

多層絕緣層，沉積于所述硅襯底的正面上；

FBAR器件，沉積于最頂層的所述絕緣層上，所述FBAR器件包括自絕緣層的頂面從下往上依次沉積的下電極、壓電材料層和上電極；

背腔，其自硅襯底的背面刻蝕至下電極形成，且所述背腔對應的位置為壓電振蕩有效區域；

至少兩個導電柱，所述導電柱從硅襯底的背面引出所述上電極和下電極。

優選地，所述硅襯底的正面、除最頂層絕緣層外的其他每層絕緣層的上表面均形成凹凸不平的交齒面。