晶圓級(jí)封裝裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型總體涉及電子設(shè)備。更具體地，本實(shí)用新型提供與用于諧振器設(shè)備的 晶圓級(jí)封裝有關(guān)的技術(shù)。僅通過示例的方式，本實(shí)用新型已經(jīng)應(yīng)用到用于通信設(shè)備、移動(dòng)設(shè) 備、計(jì)算設(shè)備等的諧振器設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為【背景技術(shù)】，常規(guī)的薄膜體聲諧振器（FBAR或TFBAR)是由夾在兩個(gè)電極之間且 與周圍的介質(zhì)聲學(xué)隔離的壓電材料組成的設(shè)備。使用厚度范圍從幾微米下至十分之幾微 米的壓電膜的FBAR設(shè)備在約100MHz到10GHz的頻率范圍中諧振。氮化鋁和氧化鋅是在 FBAR中使用的兩種常見的壓電材料（參見維基百科，薄膜聲諧振器（Thin Film Acoustic Resonator))。不幸的是，這樣的FBAR或TFBAR設(shè)備具有局限性。也就是說(shuō)，F(xiàn)BAR可能在 效率方面受到限制。
[0003] 從上文可以看出，非常需要用于改善電子設(shè)備的技術(shù)。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 在示例中，本實(shí)用新型的技術(shù)提供以下設(shè)備的晶圓級(jí)封裝（WSP):
[0005] a)單晶（S.C.)聲諧振器
[0006] b) S. C. BAW濾波器集成電路
[0007] c)使用一個(gè)或多個(gè)S. C聲諧振器的S. C. BAW濾波器分立電路 [0008] 在實(shí)施方式中，本實(shí)用新型的晶圓級(jí)封裝裝置可以包括：部分完成的半導(dǎo)體襯底， 所述半導(dǎo)體襯底包括多個(gè)單晶聲諧振器設(shè)備，每個(gè)設(shè)備具有第一電極部件、第二電極部件、 和覆蓋的鈍化材料；對(duì)于待配置外部連接的至少一個(gè)所述設(shè)備，覆蓋所述鈍化材料的再鈍 化材料，所述再鈍化材料具有使所述第一電極部件暴露的第一區(qū)域和使所述第二電極部件 暴露的第二區(qū)域；下部金屬材料，所述下部金屬材料覆蓋所述再鈍化材料且覆蓋所述第一 區(qū)域和所述第二區(qū)域，使得所述第一電極部件和所述第二電極部件均與所述下部金屬材料 電氣和物理接觸；銅柱互連結(jié)構(gòu)，所述銅柱互連結(jié)構(gòu)被配置成使用沉積工藝填充所述第一 區(qū)域和所述第二區(qū)域，以形成覆蓋所述第一電極部件的第一銅柱結(jié)構(gòu)和覆蓋所述第二電極 部件的第二銅柱結(jié)構(gòu)；以及覆蓋所述第一銅柱結(jié)構(gòu)的第一焊接凸塊結(jié)構(gòu)和覆蓋所述第二銅 柱結(jié)構(gòu)的第二焊接凸塊結(jié)構(gòu)，用于待被配置外部連接的所述單晶聲諧振器設(shè)備。
[0009] 本實(shí)用新型還提供了一種晶圓級(jí)封裝裝置，其特征在于，所述裝置包括：
[0010] 安裝襯底部件，所述安裝襯底部件是光學(xué)透明的，所述安裝襯底部件包括表面區(qū) 域；
[0011] 單晶聲諧振器設(shè)備，所述單晶聲諧振器設(shè)備被配置成覆蓋所述表面區(qū)域，所述單 晶聲諧振器設(shè)備包括諧振器結(jié)構(gòu)和觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)；
[0012]圖案化的焊接結(jié)構(gòu)，所述圖案化的焊接結(jié)構(gòu)覆蓋所述表面區(qū)域且配置在所述單晶 聲諧振器設(shè)備和所述表面區(qū)域之間；以及
[0013] 第一氣隙區(qū)域，所述第一氣隙區(qū)域從所述圖案化的焊接結(jié)構(gòu)開始設(shè)置且被配置在 所述諧振器結(jié)構(gòu)和所述安裝襯底部件的第一部分之間，其中，所述第一氣隙區(qū)域具有高度。
[0014] 在示例中，本實(shí)用新型克服了常規(guī)BAW濾波器技術(shù)的一些局限性。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1是示出根據(jù)本實(shí)用新型的示例的表面單晶聲諧振器的簡(jiǎn)化圖。
[0016] 圖2是示出根據(jù)本實(shí)用新型的示例的體單晶聲諧振器的簡(jiǎn)化圖。
[0017] 圖3是示出根據(jù)本實(shí)用新型的示例的體單晶聲諧振器的特征的簡(jiǎn)化圖。
[0018] 圖4是示出根據(jù)本實(shí)用新型的示例的壓電結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化圖。
[0019] 圖5是示出根據(jù)本實(shí)用新型的替選示例的壓電結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化圖。
[0020] 圖6是示出根據(jù)本實(shí)用新型的替選示例的壓電結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化圖。
[0021] 圖7是示出根據(jù)本實(shí)用新型的替選示例的壓電結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化圖。
[0022] 圖8是示出根據(jù)本實(shí)用新型的替選示例的壓電結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化圖。
[0023] 圖9是示出根據(jù)本實(shí)用新型的替選示例的壓電結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化圖。
[0024] 圖10是示出根據(jù)本實(shí)用新型的替選示例的壓電結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化圖。
[0025] 圖11是根據(jù)本實(shí)用新型的示例的襯底部件的簡(jiǎn)化圖。
[0026] 圖12是根據(jù)本實(shí)用新型的示例的襯底部件的簡(jiǎn)化圖。
[0027] 圖13是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施方式的相對(duì)于頻率繪制的插入損耗的簡(jiǎn)化圖。
[0028] 圖14至圖26C示出根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施方式的用于單晶聲諧振器設(shè)備的制造 方法。
[0029] 圖27至圖32示出根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施方式的用于包括多個(gè)單晶聲諧振器設(shè)備 的晶圓的晶圓級(jí)封裝的制造方法。
[0030] 圖33是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施方式的待被單片化或處理的凸?fàn)罹A的頂視圖。
[0031] 圖34A至圖34C示出根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施方式的諧振器設(shè)備的側(cè)視圖、頂視圖 和底視圖。
[0032] 圖35和圖36示出根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施方式的將諧振器設(shè)備安裝在層壓結(jié)構(gòu)上 的示例以及模制過程。
[0033] 圖37至圖54示出根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施方式的在透明襯底上制造諧振器設(shè)備的 方法。
[0034] 圖55A和圖55B示出根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施方式的多個(gè)諧振器設(shè)備。
[0035] 圖56A至圖61D示出根據(jù)本實(shí)用新型的多個(gè)實(shí)施方式的諧振器設(shè)備的示例。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 利用單晶聲波設(shè)備（以下稱為"SAW"設(shè)備）和濾波器的解決方案，可以實(shí)現(xiàn)下列 益處中的一種或多種：（1)大直徑硅晶圓（高達(dá)200_)有望實(shí)現(xiàn)成本效益好的高性能解決 方案，（2)利用新設(shè)計(jì)的應(yīng)變壓電材料，機(jī)電耦合效率有望超過三倍，（3)濾波器插入損耗 有望減小ldB，從而能夠延長(zhǎng)電池壽命、利用較小的射頻（RF)占用空間來(lái)改善熱管理、以 及改善信號(hào)質(zhì)量和用戶體驗(yàn)。通過本實(shí)用新型的整個(gè)說(shuō)明書、特別是下文進(jìn)一步提供的本 實(shí)用新型的設(shè)備和方法可以實(shí)現(xiàn)這些和其它益處。
[0037] 圖1是示出根據(jù)本實(shí)用新型的示例的表面單晶聲諧振器的簡(jiǎn)化圖。該圖僅為示 例，該圖不應(yīng)不適當(dāng)?shù)叵拗茩?quán)利要求的范圍。示出了本實(shí)用新型的具有覆蓋襯底110的晶 體壓電材料120的表面單晶聲諧振器設(shè)備100。如圖所示，聲波沿基本上平行于一對(duì)電子端 口 140的橫向方向從第一空間區(qū)域傳播到第二空間區(qū)域，第一空間區(qū)域和第二空間區(qū)域形 成具有多個(gè)金屬線131的叉指換能器配置130,金屬線在空間上布置在所述一對(duì)電子端口 140之間。在示例中，左側(cè)的電子端口可以被指定用于信號(hào)輸入，而右側(cè)的電子端口被指定 用于信號(hào)輸出。在示例中，一對(duì)電極區(qū)域被配置且路由到平行于聯(lián)接至第二電極材料的觸 點(diǎn)區(qū)域的平面附近。
[0038] 在SAW設(shè)備的示例中，表面聲波在窄頻帶（接近880MHz至915MHz的頻帶）上產(chǎn) 生諧振行為，該頻帶是用于歐洲、中東和非洲（EMEA)的具有LTE功能的移動(dòng)智能電話的指 定通帶。取決于通信設(shè)備的操作區(qū)域，可以具有變型。例如，在北美發(fā)射頻帶中，諧振器可 以被設(shè)計(jì)為使得諧振行為靠近777MHz到787MHz頻率的通帶。在其它區(qū)域中發(fā)現(xiàn)的其它發(fā) 射頻帶可以在頻率上更高，例如在2570MHz到2620MHz的通帶中的亞洲發(fā)射頻帶。此外，本 文中提供的示例用于發(fā)射頻帶。以類似的方式，無(wú)線電前端的接收器側(cè)上的通帶也需要類 似的諧振濾波器。當(dāng)然，可以具有變型、修改和替選方案。
[0039] 表面聲波設(shè)備的其它特征包括SAW設(shè)備的基本頻率，該基本頻率由表面?zhèn)鞑ニ俣?(該表面?zhèn)鞑ニ俣扔蔀橹C振器所選擇的壓電材料的晶體質(zhì)量來(lái)確定）除以波長(zhǎng)（該波長(zhǎng)由 圖1中的叉指布局中的指狀物來(lái)確定）來(lái)確定。已經(jīng)記錄了 GaN中的近似5800m/s的測(cè)量 的傳播速度（也稱為SAW速度），對(duì)于AIN期望類似的值。因此，該第III族氮化物的更高的 SAW速度使得諧振器能夠處理用于給定設(shè)備幾何形狀的更高頻率的信號(hào)。
[0040] 期望由第III族氮化物制成的諧振器，這是因?yàn)檫@些材料在高功率（利用其高臨 界電場(chǎng)）、高溫度（來(lái)自其大帶隙的低本征載流子濃度）和高頻率（高飽和電子速度）下操 作。舉幾個(gè)來(lái)說(shuō)，這些高功率設(shè)備（大于10瓦特）用于無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施和商業(yè)和軍用雷達(dá)系 統(tǒng)。此外，這些設(shè)備的穩(wěn)定性、可生存性和可靠性對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)部署是關(guān)鍵的。
[0041] 在本實(shí)用新型的整個(gè)說(shuō)明書、特別是在下文可以找到在本實(shí)用新型的設(shè)備中設(shè)置 的各元件的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。
[0042] 圖2是示出根據(jù)本實(shí)用新型的示例的體單晶聲諧振器的簡(jiǎn)化圖。該圖僅為示例， 該圖不應(yīng)不適當(dāng)?shù)叵拗茩?quán)利要求的范圍。示出了本實(shí)用新型的具有晶體壓電材料的體單晶 聲諧振器設(shè)備200。如圖所示，聲波在上電極材料231和襯底部件210之間沿豎直方向從第 一空間區(qū)域傳播到第二空間區(qū)域。如圖所示，晶體壓電材料220被配置在上電極材料231 和下電極材料232之間。上電極材料231被配置在多個(gè)可選的反射器層下方，反射器層覆 蓋上電極231而形成，以形成聲反射器區(qū)域240。
[0043] 在體聲波（下文稱為"BAW"）設(shè)備的示例中，聲波在窄頻帶（接近3600MHz至 3800MHz的頻帶）上產(chǎn)生諧振行為，該頻帶是用于具有LTE功能的移動(dòng)智能電話的指定通 帶。取決于通信設(shè)備的操作區(qū)域，可以具有變型。例如，在北美發(fā)射頻帶中，諧振器可以被 設(shè)計(jì)為使得諧振行為靠近2000MHz到2020MHz頻率的通帶。在其它區(qū)域中發(fā)現(xiàn)的其它發(fā)射 頻帶例如在2500MHz到2570MHz的通帶中的亞洲發(fā)射頻帶。此外，本文中提供的示例用于 發(fā)射頻帶。以類似的方式，無(wú)線電前端的接收器側(cè)上的通帶也需要類似的諧振濾波器。當(dāng) 然，可以具有變型、修改和替選方案。
[0044] 單晶BAW設(shè)備的其它特征包括設(shè)備中的機(jī)電聲耦合，該