CN210778555U - 一种晶圆级封装结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种晶圆级封装结构，该结构包括：具有多个功能区以及多个电极的滤波器晶圆；与功能区对应设置且包围功能区的围堰，围堰在工作面的垂直投影与电极部分交叠；与围堰一一对应的盖板，盖板在工作面垂直投影的外边缘位于围堰在工作面垂直投影的内边缘和外边缘之间；覆盖盖板和围堰的第一绝缘层，第一绝缘层在工作面的垂直投影与电极部分交叠；设置于第一绝缘层上且与电极一一对应电连接的金属布线；覆盖金属布线以及第一绝缘层的第二绝缘层，第二绝缘层具有多个与金属布线一一对应且露出部分金属布线的开口；填充开口并与金属布线电连接的金属焊球。此封装结构提升了滤波器芯片的良率，并且成本较低，工艺简单。

Description

一种晶圆级封装结构

技术领域

本实用新型实施例涉及半导体领域，尤其涉及一种晶圆级封装结构。

背景技术

晶圆级封装具有较小封装尺寸与较佳电性表现等优势，可以广泛应用在半导体领域，例如采用晶圆级封装工艺封装声表面滤波器晶圆。

现有的声表面滤波器晶圆级封装工艺大多采用整个封装盖板对滤波器晶圆进行整体封装，由于盖板材料(一般为硅，玻璃)与滤波器晶圆材质的热膨胀系数(coefficientof thermal expansion，CTE)相差甚远，加工过程难以控制翘曲，容易破片，造成封装失败或是良率损失。另外，现有的封装工艺中常采用金与金的倒装焊接的工艺形成滤波器工作面与盖板之间的空腔，不仅成本高，而且工艺复杂。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种晶圆级封装结构，以提升封装良率，节省成本。

本实用新型实施例提供了一种晶圆级封装结构，包括：

滤波器晶圆，滤波器晶圆的工作面包括多个功能区，每个功能区对应设置有多个电极，多个电极对称分布于功能区的***；

多个围堰，一个围堰与一个功能区对应设置，设置于滤波器晶圆的工作面上且包围功能区，围堰在工作面的垂直投影与电极部分交叠；

盖板，与围堰一一对应，且盖板在工作面垂直投影的外边缘位于围堰在工作面垂直投影的内边缘和外边缘之间；

第一绝缘层，覆盖盖板和围堰垂直于工作面的侧壁以及盖板远离工作面的表面，且第一绝缘层在工作面的垂直投影与电极部分交叠；

多条金属布线，与电极一一对应，金属布线设置于第一绝缘层上且与电极电连接；

第二绝缘层，覆盖金属布线以及第一绝缘层，第二绝缘层具有多个开口，开口与金属布线一一对应且露出部分金属布线；

金属焊球，金属焊球填充开口并与金属布线电连接。

进一步地，围堰的组成材料包括高分子光敏胶材，围堰沿垂直于工作面的方向的厚度h1满足5μm≤h1≤100μm。

进一步地，盖板的材料包括硅、玻璃、钽酸锂或铌酸锂，盖板沿垂直于工作面的方向的厚度h2满足30μm≤h2≤400μm。

进一步地，盖板沿垂直于工作面的第一截面形状为矩形。

进一步地，盖板沿垂直于工作面的第一截面形状为正梯形。

进一步地，第一绝缘层的材料包括光敏有机绝缘材料，第一绝缘层沿垂直于工作面的方向的厚度h3满足5μm≤h3≤50μm。

进一步地，金属布线的材料包括钛、铜、铝、镍、钯、钛合金、铜合金、铝合金、镍合金和钯合金中的至少一种，金属布线沿垂直于工作面的方向的厚度h4满足2μm≤h4≤20μm。

进一步地，第二绝缘层的组成材料包括光敏聚合物，第二绝缘层沿垂直于工作面的方向的厚度h5满足5μm≤h5≤50μm。

进一步地，金属焊球为成品锡球，金属焊球沿垂直于工作面的方向的厚度h6满足h6≥30μm。

本实用新型实施例通过设置与滤波器晶圆的各个功能区一一对应的围堰，并在各围堰上方设置盖板，利用金属布线实现滤波器晶圆上的电极与金属焊球的电性连接，并利用第一绝缘层和第二绝缘层实现隔离和保护的效果，解决了现有技术中盖板翘曲以及形成空腔的成本高和工艺复杂等问题，提升了滤波器芯片的良率，并且降低了成本，简化了工艺。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种晶圆级封装结构的俯视结构示意图；

图2是图1所示封装结构沿剖面线AA’的剖面结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的另一种晶圆级封装结构；

图4是本实用新型实施例提供的一种晶圆级封装方法的流程图；

图5-13是图2所示晶圆级封装结构的封装流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型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仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

图1为本实用新型实施例提供的一种晶圆级封装结构的俯视结构示意图，图2是图1所示封装结构沿剖面线AA’的剖面结构示意图，该封装结构可应用于声表面滤波器晶圆的封装，实现对滤波器工作面的保护以及电极的引出。参见图2，该晶圆级封装结构包括：滤波器晶圆110，滤波器晶圆110的工作面包括多个功能区111，每个功能区111对应设置有多个电极112，多个电极112对称分布于功能区111的***；多个围堰120，一个围堰120与一个功能区111对应设置，设置于滤波器晶圆110的工作面上且包围功能区111，围堰120在工作面的垂直投影与电极112部分交叠；盖板130，与围堰120一一对应，且盖板130在工作面垂直投影的外边缘位于围堰120在工作面垂直投影的内边缘和外边缘之间；第一绝缘层140，覆盖盖板130和围堰120垂直于工作面的侧壁以及盖板130远离工作面的表面，且第一绝缘层140在工作面的垂直投影与电极112部分交叠；多条金属布线150，与电极112一一对应，金属布线150设置于第一绝缘层140上且与电极112电连接；第二绝缘层160，覆盖金属布线150以及第一绝缘层140，第二绝缘层160具有多个开口，开口与金属布线150一一对应且露出部分金属布线150；金属焊球170，金属焊球170填充开口并与金属布线150电连接。

示例性的，功能区111设置有叉指换能器，用于声电信号的转换，对于不同类型的晶圆，功能区设置的功能器件不同。围堰120是具有粘性的材料且形状为环状，可以粘附在滤波器晶圆110上并环绕功能区111，其中，一个围堰120包围一个功能区111，具体的，围堰120位于电极112和功能区111之间且围堰120可以覆盖电极112的部分区域。再将预先切割成的单颗盖板130粘附在围堰120上，可以形成保护功能区111的密封腔体。通过将单颗盖板130对应覆盖在功能区111的围堰120上，可以避免现有技术中将整个大片盖板覆盖在整个晶圆上所造成的翘片，提升滤波器芯片的良率。而粘性围堰120的设置可以避免现有技术中金与金键合形成空腔的高成本和复杂工艺。由于盖板130通常选用半导体材料，通过第一绝缘层140覆盖盖板130和围堰120，可以有效避免后续金属布线150与盖板130的电性接触，进一步提升滤波器芯片的品质。金属布线150则是将晶圆工作面上的电极112与封装结构表面的金属焊球170电性连接的桥梁，通过金属焊球170实现将滤波器芯片电连接至工作电路中。第二绝缘层160可保护裸露的金属布线150，实现对封装结构的密封保护。通过在第二绝缘层160上设置露出各个金属布线150的开口，并在开口中填充金属焊球170，即可实现金属焊球170与电极112的电连接，完成晶圆级封装。完成晶圆级封装的滤波器晶圆110的俯视图如图1所示，之后可以沿切割槽113切割晶圆，以得到多颗滤波器芯片。

本实用新型实施例通过设置与滤波器晶圆的各个功能区一一对应的围堰，并在各围堰上方设置盖板，利用金属布线实现滤波器晶圆上的电极与金属焊球的电性连接，并利用第一绝缘层和第二绝缘层实现隔离和保护的效果，解决了现有技术中盖板翘曲以及形成空腔的成本高和工艺复杂等问题，提升了滤波器芯片的良率，并且降低了成本，简化了工艺。

在上述实施例的基础上，可选的，围堰120的组成材料包括高分子光敏胶材，围堰120沿垂直于工作面的方向的厚度h1满足5μm≤h1≤100μm。

选用高分子光敏材料有利于环状的围堰120的加工，另外，选用胶材便于围堰120分别与盖板和晶圆进行粘附，形成密封空腔，从而节省成本，简化工艺。设置围堰120垂直于工作面的厚度为5μm～100μm，可以起到很好的支撑作用，使围堰120不易变形。

另外，围堰120的材料还可以具有耐热稳定，耐化性好，吸水率低，气体释放特性低等特点，以提高产品寿命。

可选的，盖板130的材料包括硅、玻璃、钽酸锂或铌酸锂，盖板130沿垂直于工作面的方向的厚度h2满足30μm≤h2≤400μm。

上述材料易于加工，且硬度较大，可以起到很好的支撑作用。在制备盖板时通过调节组成成分可实现调节盖板材料热膨胀系数的目的，使盖板材料的热膨胀系数尽可能的与滤波器晶圆材料相近，进一步降低贴合过程中出现翘曲情况的概率。另外，可以使用机械研磨抛光、等离子蚀刻等方法将盖子基板的厚度处理为30μm～400μm，以在保证盖板支撑力的同时降低封装结构的整体厚度。

可选的，盖板沿垂直于工作面的第一截面形状为矩形。

其中，第一截面即图2所示剖面，将盖板130切割为长方体的切割过程较为简单，不会增加工艺复杂度。

图3是本实用新型实施例提供的另一种晶圆级封装结构。如图3所示，可选的，盖板130沿垂直于工作面的第一截面形状为正梯形。

其中，第一截面即图3所示剖面，通过将盖板130靠近电极112的侧壁设置为斜面，更加有利于后续金属布线150工艺的实施，保证金属布线150的导电性，从而进一步提升滤波器芯片的品质。示例性的，可以利用刀口外形是梯形形状的刀片将大片盖子基板切割成单颗盖板。

可选的，第一绝缘层140的材料包括光敏有机绝缘材料，第一绝缘层140沿垂直于工作面的方向的厚度h3满足5μm≤h3≤50μm。

选用光敏有机绝缘材料制备第一绝缘层140可以起到良好的绝缘性，而且加工、蚀刻工艺成熟简单。另外，设置第一绝缘层140垂直于工作面的厚度为5μm～50μm，既可以实现良好的绝缘性，又不会过度增加滤波器芯片的厚度。

需要说明的是，第一绝缘层140的材料不限于光敏有机绝缘材料，其组成材料可以包括任意电学绝缘性能好，耐热稳定，耐化性稳定，低吸水率，材料热膨胀系数低的有机绝缘材料，本实用新型实施例对此不做限定。另外，第一绝缘层140的厚度在保证绝缘性的同时尽可能的降低封装结构的整体厚度即可，本实用新型实施例对此不做限定。

可选的，金属布线150的材料包括钛、铜、铝、镍、钯、钛合金、铜合金、铝合金、镍合金和钯合金中的至少一种，金属布线150沿垂直于工作面的方向的厚度h4满足2μm≤h4≤20μm。

上述材料具有良好的导电性，可以保证滤波器芯片的品质，将金属布线垂直于工作面的厚度设置为2μm≤h4≤20μm可以保证金属布线的致密度，进一步保证金属布线能够提供稳定的导电功能。

可选的，第二绝缘层160的组成材料包括光敏聚合物，第二绝缘层160沿垂直于工作面的方向的厚度h5满足5μm≤h5≤50μm。

选用光敏聚合物制备第二绝缘层160，有利于制备图形化的绝缘层结构。将第二绝缘层160垂直于工作面的厚度设置为5μm～50μm，使得第二绝缘层160较为致密，能够起到良好的保护作用，而且不会因为过厚造成膜层开裂。

需要说明的是，用于制备第二绝缘层160的光敏聚合物材料需要具有耐热稳定，耐化性稳定，低吸水率，材料热膨胀系数低等特性，以提高滤波器芯片的品质。

可选的，金属焊球170为成品锡球，金属焊球170沿垂直于工作面的方向的厚度h6满足h6≥30μm。

选用成品锡球作为金属焊球170填充于开口处，可以有效简化制备工艺。其中，成品锡球一般是锡银铜的合金，或是内部是铜金属外面包裹镍和锡的小球。需要说明的是，金属焊球还可以采用焊锡膏制备，本实用新型实施里对此不做限定。其中焊锡膏是一种含有锡、银和铜等金属以及助焊剂、添加剂等多种成分的混合物。

金属焊球170垂直于工作面的厚度可以根据第二绝缘层160的厚度设定，一般的，保证金属焊球170的厚度大于第二绝缘层160的厚度即可，本实用新型实施例对此不作限定，另外，金属焊球170平行于工作面的宽度(直径)可以随着开口的尺寸做适应性调整，在此不作限定。

图4是本实用新型实施例提供的一种晶圆级封装方法的流程图，图5-13是图2所示晶圆级封装结构的封装流程示意图，图5-13中各膜层的厚度标记同样适用于上述实施例对各膜层的厚度描述。下面，结合图4-13详细介绍本实用新型实施例提供的晶圆级封装结构的封装工艺。

如图4所示，封装方法具体包括如下步骤：

步骤210、提供滤波器晶圆，滤波器晶圆的工作面包括多个功能区，每个功能区对应设置有多个电极，多个电极对称分布于功能区的***。

参见图5，需要封装的滤波器晶圆110的工作面上包括多条阵列排布的切割槽113，切割槽113围成的区域内包括功能区111以及与功能区111对应设置的多个电极112。示例性的，功能区111主要包括叉指环能器，用于声电信号的转换。电极112则用于与外接电路电连接，实现滤波器芯片的功能。当完成晶圆级封装后，沿切割槽113切割晶圆，即可得到多个滤波器芯片。下面，结合沿剖面线BB’所截取的剖面图介绍后续封装工艺。

步骤220、形成多个围堰，一个围堰与一个功能区对应设置，设置于滤波器晶圆的工作面上且包围功能区，围堰在工作面的垂直投影与电极部分交叠。

参见剖面图图6和俯视图图7，围堰120将功能区111进行环状包围，同时还露出了部分电极112。其中，围堰120沿垂直于工作面的方向的厚度h1满足5μm≤h1≤100μm。

可以选用高分子光敏胶材制备围堰120，以实现环形围堰120的加工。具体的，形成此图形化的围堰120的方法有：一是使用高分子光敏胶水材料通过旋转涂布和半导体光刻技术实现；二是使用高分子光敏干膜材料贴合到滤波器晶圆110表面，然后再使用光刻技术实现上述图形化结构；三是直接使用3D打印技术，将粘性胶材直接图形化的打印在晶圆表面，具体工艺在此不再赘述。

需要说明的是，围堰120露出电极112部分的尺寸大约为10～100μm，可以根据电极112尺寸来设计，例如，围堰至多覆盖1/2的电极区域，本实用新型实施例对此不作限定。

步骤230、覆盖盖板，盖板与围堰一一对应，且盖板在工作面垂直投影的外边缘位于围堰在工作面垂直投影的内边缘和外边缘之间。

参见图8，盖板130沿垂直于工作面的第一截面形状为矩形，且沿垂直于工作面的方向的厚度h2满足30μm≤h2≤400μm。

盖板130的材料可以选择硅、玻璃、钽酸锂或铌酸锂等易于加工的材料。示例性的，可以采用常规的刀轮切割或激光切割技术将大片盖板材料切割成单颗小片盖板130，小片盖板130的尺寸与围堰120的尺寸对应且可覆盖在围堰120上，将其放置在每个围堰120的上方，然后进行压力贴合。由于围堰120材料自带粘性，小片盖板130与围堰120的贴合过程可将滤波器芯片的功能区111密封起来。另外，由于盖子基板被切成单颗，不会因为不同材质的盖板130和滤波器晶圆110键合导致应力过大而出现严重翘曲情况。

设计盖板130边缘与围堰120边缘具有一定的距离，即盖板130在工作面垂直投影的外边缘位于围堰120在工作面垂直投影的内边缘和外边缘之间，可以降低覆盖盖板130时的对位难度，提高对位精度。示例性的，该距离可以设置为5μm，本实用新型实施例对此不作限定。

需要说明的是，盖板沿垂直于工作面的第一截面形状还可以是正梯形，以便于后续金属布线工艺的实施。

步骤240、形成第一绝缘层，第一绝缘层覆盖盖板和围堰垂直于工作面的侧壁以及盖板远离工作面的表面，且第一绝缘层在工作面的垂直投影与电极部分交叠。

参见图9，在滤波器晶圆110上完成上述盖板130贴合后，形成包覆盖板130和围堰120的第一绝缘层140，可以起到将盖板130与后续金属布线150绝缘的作用，提升滤波器芯片的品质。其中，第一绝缘层140沿垂直于工作面的方向的厚度h3满足5μm≤h3≤50μm。

第一绝缘层140的材料可以为光敏有机绝缘材料，具体的，采用半导体喷涂技术在滤波器晶圆110上制作厚度为5μm～50μm之间的光敏有机绝缘材料，再使用光刻技术形成图9所示第一绝缘层140，以露出部分电极112，用于实现后续的再布线工艺。

需要说明的是，第一绝缘层的材料还可以是二氧化硅，可以采用物理气相化学沉积技术制作的一层1～5μm厚度的二氧化硅材料，再采用介质层蚀刻技术或激光烧蚀技术形成图9所示第一绝缘层140，以露出部分电极112，用于实现后续的再布线工艺，本实用新型实施例对此不做限定。

步骤250、形成多条金属布线，金属布线与电极一一对应，金属布线设置于第一绝缘层上且与电极电连接。

参见剖面图图10和俯视图图11，金属布线150与电极112一一对应，各条金属布线150之间无电性连接。其中，金属布线150沿垂直于工作面的方向的厚度h4满足2μm≤h4≤20μm。

具体的，形成金属布线150的过程即上述再布线工艺，就是在第一绝缘层140的上表面制作用于电性能连接的金属导线，目的是通过金属布线150将电极112引导至第一绝缘层140表面，用于后续与金属焊球170电连接。方法上，可以依次采用磁控溅射，电镀，光刻，金属腐蚀和化镀等工艺来实现金属布线150的制作。金属布线150的材料可以由钛、铜、铝、镍、钯等金属或合金组成，也可以包括金属钨和金，以实现良好的导电性能，其厚度一般在2μm～20μm，该厚度范围内的金属布线150具有良好的致密度，保证了滤波器芯片的品质。

步骤260、形成第二绝缘层，第二绝缘层覆盖金属布线以及第一绝缘层，第二绝缘层具有多个开口，开口与金属布线一一对应且露出部分金属布线。

参见图12，在完成上述的再布线工艺后，可在金属布线150以及第一绝缘层140的上方制作一层第二绝缘层160，以形成密封结构，对金属布线150形成保护。为了实现滤波器芯片与外部电路的连接，需要在第二绝缘层160上形成开口，以露出部分金属布线150，后续通过在开口内形成金属焊球170，可实现金属焊球170与电极112的电性连接。其中，第二绝缘层160沿垂直于工作面的方向的厚度h5满足5μm≤h5≤50μm。

具体的，第二绝缘层160的组成材料可以为光敏聚合物，可以采用旋转涂布、喷涂或网版印刷等方法，在上述工艺的基础上形成厚度范围为5μm≤h5≤50μm的光敏聚合物材料，然后再通过光刻工艺制作出所需要的图形结构，以形成具有开口的第二绝缘层160。示例性的，开口形状可以为圆形，本实用新型实施例对此不作限定。此外，还可以通过光刻工艺露出滤波器晶圆110的切割槽113，便于后续切割工艺的实施。

步骤270、形成金属焊球，金属焊球填充开口并与金属布线电连接。

参见图13，在第二绝缘层160的开口内填充金属焊球170，即可实现金属焊球170通过金属布线150与电极112电连接。其中，金属焊球170沿垂直于工作面的方向的厚度h6满足h6≥30μm。

金属焊球170可作为后续与外界连接的焊点，使滤波器芯片通过金属焊球170电连接至工作电路中。具体的，可以采用置球技术在开口露出的金属布线150上放置成品锡球，也可以采用钢网印刷技术在开口露出的金属布线150上印刷焊锡膏，然后再通过高温回流的方法形成锡球微凸点，本实用新型实施例对此不作限定。

步骤280、沿滤波器晶圆的切割槽切割滤波器晶圆，以得到多个滤波器芯片。

最后，在形成金属焊球170后，可采用金属刀片或激光切割技术对滤波器晶圆110进行切割，即按照切割槽113的位置将封装完毕的滤波器晶圆110切割成单颗滤波器芯片。

本实用新型实施例提供的晶圆级封装方法工艺简单，成本较低，且能够解决现有技术中盖板翘曲引起的滤波器芯片良率低的问题，具有较强的实用性。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种晶圆级封装结构，其特征在于，包括：

滤波器晶圆，所述滤波器晶圆的工作面包括多个功能区，每个所述功能区对应设置有多个电极，所述多个电极对称分布于所述功能区的***；

多个围堰，一个所述围堰与一个所述功能区对应设置，设置于所述滤波器晶圆的工作面上且包围所述功能区，所述围堰在所述工作面的垂直投影与所述电极部分交叠；

盖板，与所述围堰一一对应，且所述盖板在所述工作面垂直投影的外边缘位于所述围堰在所述工作面垂直投影的内边缘和外边缘之间；

第一绝缘层，覆盖所述盖板和所述围堰垂直于所述工作面的侧壁以及所述盖板远离所述工作面的表面，且所述第一绝缘层在所述工作面的垂直投影与所述电极部分交叠；

多条金属布线，与所述电极一一对应，所述金属布线设置于所述第一绝缘层上且与所述电极电连接；

第二绝缘层，覆盖所述金属布线以及所述第一绝缘层，所述第二绝缘层具有多个开口，所述开口与所述金属布线一一对应且露出部分所述金属布线；

金属焊球，所述金属焊球填充所述开口并与所述金属布线电连接。

2.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述围堰的组成材料包括高分子光敏胶材，所述围堰沿垂直于所述工作面的方向的厚度h1满足5μm≤h1≤100μm。

3.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述盖板的材料包括硅、玻璃、钽酸锂或铌酸锂，所述盖板沿垂直于所述工作面的方向的厚度h2满足30μm≤h2≤400μm。

4.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述盖板沿垂直于所述工作面的第一截面形状为矩形。

5.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述盖板沿垂直于所述工作面的第一截面形状为正梯形。

6.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述第一绝缘层的材料包括光敏有机绝缘材料，所述第一绝缘层沿垂直于所述工作面的方向的厚度h3满足5μm≤h3≤50μm。

7.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述金属布线的材料包括钛、铜、铝、镍、钯、钛合金、铜合金、铝合金、镍合金和钯合金中的至少一种，所述金属布线沿垂直于所述工作面的方向的厚度h4满足2μm≤h4≤20μm。

8.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述第二绝缘层的组成材料包括光敏聚合物，所述第二绝缘层沿垂直于所述工作面的方向的厚度h5满足5μm≤h5≤50μm。

9.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述金属焊球为成品锡球，所述金属焊球沿垂直于所述工作面的方向的厚度h6满足h6≥30μm。

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