[发明专利]一种应用于声表面波滤波器的晶圆级封装结构及封装工艺

说明书

本发明公开了一种应用于声表面波滤波器的晶圆级封装结构及封装工艺，包括滤波器芯片衬底和封装晶圆，在滤波器芯片衬底工作面的外围镀有一圈金膜，封装晶圆上与每块芯片衬底金膜对应位置也分别镀有一圈金膜，滤波器芯片与封装晶圆通过金‑金键合方式结合在一起；在封装晶圆背向芯片工作面那面设有外部电路布线结构和用于与PCB板电连接的金属焊球，封装晶圆上设有导通孔以将芯片工作面电路依次通过导通孔和外部电路布线结构与金属焊球电连接。所述封装晶圆为玻璃材质，所述玻璃材质具有与芯片衬底材料相同或者接近的热膨胀系数。本发明封装更加可靠、效率提高、容易消除器件热失配情况。

技术领域

本发明涉及声表面波滤波器，具体是一种应用于声表面波滤波器的晶圆级封装结构及封装工艺，属于声表滤波器封装技术领域。

背景技术

不能直接将声表面波滤波器芯片的工作面与空气或者水分接触，这样会对工作面造成腐蚀或者氧化，影响器件性能，因此实际处理中需要对芯片的工作面予以封装以保护起来，封装后再与PCB板连接。

现有声表滤波器主要采用倒装焊（CSP）工艺进行封装。CSP封装的基本原理非常简单，首先在形成芯片的晶圆上用超声焊或者回流焊工艺生长金属焊球（金或锡），然后切割成单颗芯片，再用贴片机或者热超声倒装焊机将单颗芯片分别倒扣焊接在同一陶瓷基板上。陶瓷基板上的焊盘与芯片焊盘（长有金属焊球）相对应，通过陶瓷基板内部的走线，信号线可以与外部PCB电路板连接。下一步是将有机薄膜覆盖在倒装后的基板上，通过加热使薄膜软化，软化后的薄膜能够完整的覆盖芯片与基板之间的空隙，由于薄膜本身具有一定的粘稠度，所以不会侵入芯片的表面污染声表芯片。最后用高速划片机将封完薄膜的基板再切割成单颗芯片。

上述倒装焊工艺存在的不足主要有：

一、体积大。采用这种技术封装后的器件比芯片裸片大40%以上，已经没有缩小体积的潜力了。体积大的原因有两个：首先，芯片与基板之间连接的金属焊球（金或者锡球）直径一般不会小于80um，并且需要在焊球的周围流出大量的空间作为余量，大量浪费了芯片面积；其次，用于气体密封的有机薄膜与基板之间的结合力比较差，需要占用基板四周的大量面积（200um）以增加结合力。

二、物料成本高。主要原因在于，1）需要采用价格昂贵的陶瓷基板作为存底，为了便于焊接，还需要在基板的焊盘上镀金。2）芯片背面用于焊接的锡球（或者金球）需要特殊工艺制作。如果采用锡球虽然可以减小体积，但涉及电镀工艺，会产生大量含铅的废水，污染环境，处理成本较高。如果采用金球则需要昂贵的高纯度金，价格非常昂贵。3）需要专门的气体密封有机薄膜才能完成器件的密封，不仅成本高，还需要占用大量的基板面积。

三、加工效率低。芯片只能一个一个倒装焊接，效率极低，一台倒装焊设备一小时仅能完成4500个器件的安装。

鉴于现有倒装焊工艺存在的上述不足， 中国发明申请（申请号201610158823.6、申请日2016-3-18）公开了一种声表面波滤波器晶圆键合封装工艺，该工艺在封装晶圆上涂抹胶水，利用胶水进行气体密封，取代了金属球焊接（超声焊），这样占用基板的面积十分小（100um以内），封装后的器件只比芯片裸片大10-20%。同时采用廉价的单晶硅晶圆做封装基板，取代了昂贵的陶瓷基板和有机薄膜，大大降低了封装物料费用。上述工艺虽然在器件体积和成本上较之前有所改进，但依然存在一些不足：1、由于利用胶水封装，胶水在涂抹的时候会产生一些气泡，刚开始这些气泡是分离的，但随着时间的推移和环境的影响，气泡可能会连通并最终与大气相通，从而导致气密性下降；2、虽然采用单晶硅晶圆做封装基板具有成本优势，但由于硅晶圆的热膨胀系数固定，使得在与不同材料的芯片衬底键合时，容易出现因为两者热失配情况而导致的器件开裂；3、由于是胶水封装，不能将滤波器晶圆整片与封装晶圆键合，因为难以将各处力量掌握得恰到好处，可能导致某些地方键合效果好，某些地方键合效果差，故需要将声表滤波器晶圆切成单颗芯片，将切割后的芯片焊盘放在硅晶圆基板上有胶水的位置，使芯片和硅晶圆基板键合在一起，由此导致效率依然不高。

发明内容