一种滤波器晶圆级封装工艺及滤波器晶圆级封装结构

摘要

本发明涉及半导体封装技术领域，公开了一种滤波器晶圆级封装工艺及滤波器晶圆级封装结构。滤波器晶圆包括基板，所述基板的上表面设置有功能区和多个焊垫，所述滤波器晶圆级封装工艺包括步骤：在硅片的一侧开设凹槽以形成覆盖晶圆；通过胶水层将覆盖晶圆设置有凹槽的一侧粘合于基板的上侧，功能区容纳于基板与凹槽围成的空间；在基板的下表面刻蚀通孔，以使焊垫的下表面露出；将微凸焊点与所述焊垫电性连接。本发明滤波器晶圆级封装工艺，封装过程步骤简单、易操作，有利于获得更轻薄的封装结构，且不易污染功能区。本发明的滤波器晶圆级封装结构，通过采用上述的滤波器晶圆及封装工艺，生产过程更简单方便，且整体更轻薄、封装效果好。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体封装技术领域，尤其涉及一种滤波器晶圆级封装工艺及滤波器晶圆级封装结构。

背景技术

滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减其他频率成分，从而可以用于滤除干扰噪声。如图1所示，滤波器的晶圆级1′包括基板11′，基板11′的上表面上设置有功能区12′和焊垫13′，根据滤波器的性能和功能的需求，在对滤波器的晶圆级1′进行封装时，需要保证功能区12′位于一个空腔内。如图1所示，现有技术中，在对滤波器晶圆1′进行封装时，先在基板11′设置有功能区12′的一侧成型图案化的支撑围堰2′，再在支撑围堰2′上粘附保护层3′，基板11′、支撑围堰2′及保护层3′共同围成封闭的容纳腔4′，功能区12′位于容纳腔4′内，焊垫13′通过微凸焊点5′与外部结构进行电连接。现有技术中的封装工艺，一方面，支撑围堰通常采用干膜光刻工艺成型在基板上，其加工过程中容易造成功能区的污染；另一方面，通过支撑围堰、保护层共同封装，工艺复杂、且最终获得的封装结构整体厚度较厚，此外，为了将焊垫引出以实现与微凸焊点的电性连接，需要依次在保护层、支撑围堰及两者之间的粘合层上依次开孔，开孔不方便。

因此，亟需发明一种滤波器晶圆级封装工艺及滤波器晶圆级封装结构来解决上述技术问题。

发明内容

本发明的第一个目的在于提出一种滤波器晶圆级封装工艺，封装过程步骤简单、易操作，有利于获得更轻薄的封装结构，且不易污染功能区。

本发明的第二个目的在于提出一种滤波器晶圆级封装结构，其通过采用上述的滤波器晶圆及封装工艺，生产过程更简单方便，且整体更轻薄、封装效果好。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种滤波器晶圆级封装工艺，滤波器晶圆包括基板，所述基板的上表面设置有功能区和多个焊垫，包括：

在硅片的一侧开设凹槽以形成覆盖晶圆；

通过胶水层将所述覆盖晶圆设置有凹槽的一侧粘合于所述基板的上侧，所述功能区容纳于所述基板与所述凹槽围成的空间；

在所述基板的下表面刻蚀通孔，以使所述焊垫的下表面露出；

将微凸焊点与所述焊垫电性连接。

可选地，刻蚀所述通孔的步骤包括：

采用光刻的方法在所述基板的下表面制作出待开孔区域；采用干法刻蚀或湿法腐蚀硅的方式在所述待开孔区域刻蚀出所述通孔；或

采用激光烧蚀方法，直接在所述基板上制作出所述通孔。

可选地，在刻蚀完所述通孔后，通过物理气相沉积的方式在所述通孔溅射金属层，并通过电镀工艺在溅射所述金属层后的所述通孔内填充Cu，以形成Cu连接体，所述Cu连接体分别与所述焊垫和所述微凸焊点电性连接。

可选地，在所述Cu连接体的下表面化学镀球下金属层，所述球下金属层分别与所述微凸焊点和所述Cu连接体电性连接；采用化学镀工艺成型所述球下金属层的步骤包括：

在所述Cu连接体的下表面化学镀一层镀Ni层；

在所述镀Ni层上接着化学镀一层镀Au层。

可选地，将所述微凸焊点与所述球下金属层焊接连接。

可选地，在对所述基板刻蚀所述通孔前，将所述基板减薄至20μm～300μm。

可选地，在将所述微凸焊点与所述焊垫电性连接后，将所述覆盖晶圆减薄至10μm～500μm。

可选地，在减薄所述覆盖晶圆前，在所述基板上粘附研磨胶带，所述研磨胶带包覆所述微凸焊点，当减薄完所述覆盖晶圆后，撕下所述研磨胶带。

可选地，所述凹槽的成型方法包括：

采用光刻的方法在所述硅片的下表面制作出待开槽区域；采用干法刻蚀或湿法腐蚀硅的方式在所述待开槽区域刻蚀出所述凹槽；或

采用激光烧蚀方法，直接在所述覆盖晶圆上制作出所述凹槽。

一种滤波器晶圆级封装结构，采用所述的滤波器晶圆封装方法制成。

本发明有益效果为：

本发明的滤波器晶圆级封装工艺，通过在硅片上直接加工凹槽形成覆盖晶圆，相当于一体成型了支撑围堰和保护层，整体结构简单、装配方便，且有利于降低封装结构的整体厚度；基板和覆盖晶圆均为硅材质，通过胶水层粘合后连接牢固、稳定；凹槽在覆盖晶圆与基板粘合之前进行加工，因此不会对晶圆级上的功能区造成污染；此外，在引出焊垫以与微凸焊点电性连接时，是从基板的下侧开设通孔，则通孔只需要穿透基板即使露出焊垫，因此通孔可以通过刻蚀的方式一次成型，加工方便、效率高。本发明的滤波器晶圆级封装工艺，封装过程步骤简单、易操作，有利于获得更轻薄的封装结构，且不易污染功能区。

本发明滤波器晶圆级封装结构，其通过采用上述的滤波器晶圆及封装工艺，生产过程更简单方便，且整体更轻薄、封装效果好。

附图说明

图1是现有技术中的滤波器晶圆级封装结构的示意图；

图2是本发明具体实施方式提供的滤波器晶圆的结构示意图；

图3是本发明具体实施方式提供的一种滤波器晶圆级封装工艺的流程图；

图4是本发明具体实施方式提供的覆盖晶圆的结构示意图；

图5是本发明具体实施方式提供的覆盖晶圆与基板粘合状态的结构示意图；

图6是本发明具体实施方式提供的滤波器晶圆级封装工艺中基板被减薄后的结构示意图；

图7是本发明具体实施方式提供的滤波器晶圆级封装工艺中基板上开设有通孔的结构示意图；

图8是本发明具体实施方式提供的滤波器晶圆级封装工艺中通孔内填充有Cu连接体的结构示意图；

图9是本发明具体实施方式提供的滤波器晶圆级封装工艺中Cu连接体下侧镀有球下金属层的结构示意图；

图10是本发明具体实施方式提供的滤波器晶圆级封装工艺中球下金属层上焊接有微凸焊点的结构示意图；

图11是本发明具体实施方式提供的滤波器晶圆级封装工艺中基板下侧粘附有研磨胶带的结构示意图；

图12是本发明具体实施方式提供的滤波器晶圆级封装工艺中覆盖晶圆减薄后的结构示意图；

图13是本发明具体实施方式提供的滤波器晶圆级封装工艺中撕掉研磨胶带后的结构示意图；

图14是本发明具体实施方式提供的另一种滤波器晶圆级封装工艺的流程图。

图中：

1′-滤波器晶圆；11′-基板；12′-功能区；13′-焊垫；2′-支撑围堰；3′-保护层；4′-容纳腔；5′-微凸焊点；

1-滤波器晶圆；11-基板；111-通孔；12-功能区；13-焊垫；

2-覆盖晶圆；21-凹槽；

3-胶水层；

4-微凸焊点；

5-Cu连接体；

6-球下金属层；

7-研磨胶带。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

本实施例提供了一种滤波器晶圆级封装工艺，其可用于对FBAR滤波器(薄膜腔声谐振滤波器)的晶圆级和BAW滤波器(体声波滤波器)的晶圆级进行封装。如图2所示，滤波器晶圆1包括基板11，基板11的上表面设置有功能区12和多个焊垫13，如图3-图13所示，滤波器晶圆级封装工艺包括：

在硅片的一侧开设凹槽21以形成覆盖晶圆2；

通过胶水层3将覆盖晶圆2设置有凹槽21的一侧粘合于基板11的上侧，功能区12容纳于基板11与凹槽21围成的空间；

在基板11的下表面刻蚀通孔111，以使焊垫13的下表面露出；

将微凸焊点4与焊垫13电性连接。

本实施例的滤波器晶圆级封装工艺，通过在硅片上直接加工凹槽21形成覆盖晶圆2，相当于一体成型了支撑围堰和保护层，整体结构简单、装配方便，且有利于降低封装结构的整体厚度；基板11和覆盖晶圆2均为硅材质，通过胶水层3粘合后连接牢固、稳定；凹槽21在覆盖晶圆2与基板11粘合之前进行加工，因此不会对晶圆级上的功能区12造成污染；此外，在引出焊垫13以与微凸焊点4电性连接时，是从基板11的下侧开设通孔111，则通孔111只需要穿透基板11即使露出焊垫13，因此通孔111可以通过刻蚀的方式一次成型，加工方便、效率高。本实施例的滤波器晶圆级封装工艺，封装过程步骤简单、易操作，有利于获得更轻薄的封装结构，且不易污染功能区12。

具体而言，本实施例中，在粘合覆盖晶圆2和基板11时，先将胶水印在覆盖晶圆2上的非凹槽21区域，避免胶水污染凹槽21和功能区12，接着将覆盖晶圆2与基板11对位准确后进行永久粘合，粘合后覆盖晶圆2与焊垫13处通过胶水层3紧密结合，功能区12密封于凹槽21与基板11之间。可选地，本实施例中，胶水层3的厚度为0.1μm～100μm，在保证粘合强度的前提下，尽量保证较薄的厚度。

优选地，凹槽21的成型方法包括：先采用光刻的方法在硅片的下表面制作出待开槽区域，接着采用干法刻蚀或湿法腐蚀硅的方式在待开槽区域刻蚀出凹槽21。凹槽21通过刻蚀工艺成型，成型精度高、凹槽21表面质量好。在其他实施例中，凹槽21也可以采用激光烧蚀方法，直接在覆盖晶圆2上制作出凹槽21，加工效率更高、更便捷。可选地，本实施例中，凹槽21的深度为5μm-100μm，凹槽21的横截面的大小不小于功能区12的大小，且覆盖晶圆2与基板11粘合后，凹槽21的中心与功能区12的中心在基板11上的投影重合，保证功能区12居中地设置在凹槽21形成的空间内。

为了使最终获得的封装结构整体更轻薄，如图6所示，在对基板11刻蚀所述通孔111前，将基板11减薄至20μm～300μm。即与覆盖晶圆2粘合以前，基板11以其初始的、较厚的状态存在，从而避免在设备抓取基板11并和覆盖晶圆2对位时造成基板11的损伤，而在将基板11与覆盖晶圆2粘合后，基板11受到由硅材料制成的覆盖晶圆2的支撑，此时再将基板11进行减薄处理，既不容易在封装过程中造成覆盖晶圆2损伤，且有利于获得较薄的封装结构。具体而言，本实施例中，基板11的减薄过程通过研磨的方式，且最终将基板11研磨至厚度为50μm。

在研磨减薄完基板11后，如图7所示，对基板11刻蚀通孔111。具体地，刻蚀通孔111的步骤包括：先采用光刻或湿法腐蚀硅的方法在基板11的下表面制作出待开孔区域，接着采用干法刻蚀的方式在待开孔区域刻蚀出通孔111。通孔111通过刻蚀工艺成型，成型精度高、通孔111表面质量好。在其他实施例中，通孔111也可以是采用激光烧蚀方法，直接在基板11上制作出通孔111，加工效率更高、更便捷。具体而言，在干法刻蚀过程中，控制刻蚀的深度，使其与减薄后的基板11厚度一致，从而保证焊垫13刚好露出，为焊垫13与微凸焊点4电性连接做准备。

在刻蚀完通孔111并使焊垫13露出后，先通过物理气相沉积的方式在通孔内溅射金属层(未图示)，接着，如图8所示，通过电镀工艺在溅射金属层后的通孔111内填充Cu，以形成Cu连接体5，Cu连接体5分别与焊垫13和微凸焊点4电性连接。在通孔111内溅射金属层后，能够保证Cu连接体5顺利成型并填充满通孔111，从而使Cu连接体5与焊垫13之间连接紧密、电性连接可靠，保证封装结构的质量。具体而言，本实施例中，在通孔111内电镀Cu的工艺，采用脉冲电镀设备配合整平剂、加速剂、抑制剂等添加剂进行，保证Cu连接体5填充满通孔111即可。

由于基板11本身为硅材质，具有绝缘性，因此本实施例可以直接电镀Cu以引出焊垫13。在其他实施例中，可以先通过化学沉积的方式在通孔111内沉积SiO

微凸焊点4通常为锡材料，且通过焊接工艺实现连接，而Cu连接体5与微凸焊点4材质不同，直接焊接难度很大，为了保证微凸焊点4与Cu连接体5之间连接牢固，如图9所示，在Cu连接体5的下表面化学镀球下金属层6，球下金属层6分别与微凸焊点4和Cu连接体5电性连接，具体地，采用化学镀工艺成型球下金属层6的步骤包括：在Cu连接体5的下表面化学镀一层镀Ni层，接着在镀Ni层上接着化学镀一层镀Au层。在焊接微凸焊点4时，镀Ni层和镀Au层在焊接温度下会分别向微凸焊点4和Cu连接体5进行扩散渗透，最终保证微凸焊点4的连接牢固性。本实施例中，镀Ni层和镀Au层的厚度均为3μm，在保证连接牢固性的基础上，尽量控制成本。

进一步地，如图10所示，在镀完球下金属层6后，将微凸焊点4焊接在球下金属层6上，实现微凸焊点4与焊垫13的电连接。可选地，微凸焊点4可以是直接采用成品锡球，也可以是在Cu连接体5印刷焊锡膏，然后再通过高温回流的方法，使焊锡膏形成微凸焊点4。通过印刷焊锡膏制球的具体工艺为现有技术，在此不再赘述。

如图11和图12所示，在将微凸焊点4与焊垫13电性连接后，将覆盖晶圆2减薄至10μm～500μm。由于覆盖晶圆2与基板11均为硅材料制成且能够互相支撑，则将覆盖晶圆2进行进一步减薄，仍能够满足封装结构的强度需求，且使整体的封装结构厚度大大降低，采用本实施例的滤波器晶圆级封装工艺获得的封装结构，其总厚度与初始的滤波器晶圆1的厚度基本相等。本实施例中，覆盖晶圆2减薄也通过研磨的方式进行。

具体地，如图11所示，在减薄覆盖晶圆2前，在基板11上粘附研磨胶带7，研磨胶带7包覆微凸焊点4，当减薄完基板11后，撕下研磨胶带7。通过研磨胶带7对微凸焊点4进行保护，避免在研磨过程中造成损伤。

通常情况下，滤波器晶圆1出厂时，基板11上设置多个功能区12，每个功能区12对应设置特定数量的焊垫13，一个功能区12和与其对用的焊垫13组成一个单元，基板11上呈矩阵地分布多个上述的单元，如图13所示，在覆盖晶圆2减薄后，以上述单元为单位进行切割，最终获得独立的滤波器晶圆级封装结构。优选地，在切割前，在覆盖晶圆2上贴附切割膜(未图示)，并按照切割膜上的切割道进行切割。可选地，切割过程可以采用金属刀片切割或者激光切割，在此不做具体限定。

综上，如图14所示，本实施例滤波器晶圆级封装工艺包括：

在硅片的一侧通过刻蚀工艺开设凹槽21，以形成覆盖晶圆2；

通过胶水层3将覆盖晶圆2设置有凹槽21的一侧粘合于基板11的上侧，功能区12容纳于基板11与凹槽21围成的空间；

将基板11研磨减薄至20μm～300μm；

通过刻蚀工艺从基板11的下表面开设通孔111，以使焊垫13露出；

通过物理气相沉积的方式在通孔111内溅射金属层；

通过电镀工艺将溅射金属层后的通孔111填满Cu连接体5；

采用化学镀的方式在Cu连接体5的下表面镀设球下金属层6；

将微凸焊点4焊接在球下金属层6上；

在基板11上粘附研磨胶带7，研磨胶带7包覆微凸焊点4；

将覆盖晶圆2研磨减薄至10μm～500μm；

撕下研磨胶带7；

在覆盖晶圆2上贴附切割膜，并按照切割膜上的切割道切割，以获得独立的滤波器晶圆级封装结构。

本实施例还提供了一种滤波器封装结构，其通过采用上述的滤波器晶圆级封装工艺，生产过程更简单方便，且整体更轻薄、封装效果好。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。