本發(fā)明涉及一種聲波元件保護(hù)結(jié)構(gòu)及其制造方法，特別是一種應(yīng)用于通訊系統(tǒng)中的聲波元件保護(hù)結(jié)構(gòu)及其制造方法。

背景技術(shù)：

通訊系統(tǒng)中的帶通濾波器(band pass filter)由各種聲波元件組成，包括表面聲波濾波器(surface acoustic wave filter)以及體聲波濾波器(bulk acoustic wave filter)。聲波元件對(duì)于質(zhì)量負(fù)載的效應(yīng)非常敏感，微小的質(zhì)量負(fù)載即會(huì)造成頻率響應(yīng)的變化，已知8nm厚的鈦負(fù)載層就會(huì)讓薄膜體聲波共振器(film bulk acoustic wave resonator，F(xiàn)BAR)的共振頻率降低10MHz，且插入損耗(insertion loss)也會(huì)隨之縮小，這是因?yàn)樵砻娴馁|(zhì)量負(fù)載會(huì)導(dǎo)致聲波共振的邊界條件改變，進(jìn)而改變?cè)念l率響應(yīng)特性，因此在聲波元件制造過程及封裝過程中需要避免任何材料覆蓋到元件表面。從聲波傳遞理論可以得知，不論是表面聲波元件還是體聲波元件，在聲波共振或是傳遞區(qū)域都需要形成一個(gè)空腔，以避免出現(xiàn)上述質(zhì)量負(fù)載效應(yīng)。

目前手機(jī)通訊系統(tǒng)所使用的表面聲波濾波器大部分是將芯片以超聲波的方式覆晶接合于封裝基板表面，芯片與基板之間的間隙約為10μm，進(jìn)行成型制造時(shí)，可避免模料(molding compound)入侵表面聲波元件表面；但是超聲波覆晶接合必須使用價(jià)格較高的金凸塊，且其制造速度較慢。

為了減少超聲波接合制造過程的缺點(diǎn)，少數(shù)產(chǎn)品使用銅柱回焊(Cu pillar reflow)的方式進(jìn)行覆晶接合，但其芯片和封裝基板之間的間隙決定 于銅柱的高度，一般會(huì)高于20μm，使得封裝時(shí)模料容易侵入到芯片表面上而導(dǎo)致元件頻率響應(yīng)改變。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，為解決上述封裝過程中封裝模料侵入的問題，本發(fā)明提出一種聲波元件保護(hù)結(jié)構(gòu)以及制造方法，其在聲波元件的聲波傳遞區(qū)域上方形成一個(gè)保護(hù)結(jié)構(gòu)，以避免封裝的模料進(jìn)入元件的聲波傳遞區(qū)域而影響其頻率響應(yīng)特性。此外，為了簡(jiǎn)化制造過程步驟并提高制造合格率，本發(fā)明提出的聲波元件保護(hù)結(jié)構(gòu)其制造過程步驟簡(jiǎn)單，所產(chǎn)生的保護(hù)結(jié)構(gòu)具有堅(jiān)固不易崩塌的特性，并能使用于覆晶接合(flipchip bonding)或打線接合(wire bonding)等封裝過程中。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種聲波元件保護(hù)結(jié)構(gòu)，用以于封裝過程中保護(hù)具有一共振區(qū)的一聲波元件，以避免封裝模料在芯片封裝過程中流進(jìn)該聲波元件的共振區(qū)；該聲波元件保護(hù)結(jié)構(gòu)包括一金屬覆蓋層，該金屬覆蓋層具有一內(nèi)凹表面和一底緣，該底緣與該基板接合，且該底緣與該基板之間形成至少一個(gè)開口，該內(nèi)凹表面覆蓋于該共振區(qū)上方，使得該內(nèi)凹表面與該共振區(qū)之間形成一空腔。

此外，本發(fā)明亦提供一種制造上述聲波元件保護(hù)結(jié)構(gòu)的方法，該方法包含以下步驟：

在該聲波元件上定義出一犧牲層區(qū)域；

在該犧牲層區(qū)域上形成一犧牲層；

以電鍍的方式將一金屬覆蓋層覆蓋在該犧牲層上方，使該金屬覆蓋層的底緣與該聲波元件接合，并與該聲波元件之間形成至少一個(gè)開口；

使用化學(xué)溶液移除該犧牲層，以在該金屬覆蓋層與該共振區(qū)之間形成一空腔，其中該化學(xué)溶液通過該金屬覆蓋層與該基板之間的開口進(jìn)入。

于實(shí)施時(shí)，前述聲波元件保護(hù)結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步包括一保護(hù)層，其形成于該金屬覆蓋層上并覆蓋該底緣與該聲波元件之間的開口。

于實(shí)施時(shí)，前述金屬覆蓋層是由含銅、鎢、鋁或金的金屬材料制成。

于實(shí)施時(shí)，前述聲波元件為體聲波元件或表面聲波元件。

于實(shí)施時(shí)，前述金屬覆蓋層的底緣為多邊形，且該底緣的至少兩個(gè)側(cè)邊與該基板之間形成開口。

于實(shí)施時(shí)，前述金屬覆蓋層的底緣為多邊形，其底緣具有至少一組相對(duì)的側(cè)邊，且該至少一組相對(duì)的側(cè)邊與該基板之間形成開口。

于實(shí)施時(shí)，前述犧牲層的材質(zhì)為高分子材料、陶瓷材料或金屬材料。

為對(duì)于本發(fā)明的特點(diǎn)與作用能有更深入的了解，下面通過實(shí)施例配合圖式詳述于后。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的聲波元件保護(hù)結(jié)構(gòu)一實(shí)施例的立體外觀示意圖。

圖2A為本發(fā)明提供的聲波元件保護(hù)結(jié)構(gòu)一實(shí)施例的俯視圖；

圖2B及圖2C分別為沿圖2A所示的線段BB’及線段CC’的剖視圖。

圖3A及圖3B為本發(fā)明提供的聲波元件保護(hù)結(jié)構(gòu)另一實(shí)施例的剖視圖。

圖4為本發(fā)明提供的制造聲波元件保護(hù)結(jié)構(gòu)的方法一實(shí)施例的流程圖。

圖5A至圖5E圖為本發(fā)明提供的制造聲波元件保護(hù)結(jié)構(gòu)的方法另一實(shí)施例的示意圖。

圖6為本發(fā)明提供的制造聲波元件保護(hù)結(jié)構(gòu)的方法另一實(shí)施例的流程圖。

附圖標(biāo)記說明：100-聲波元件；102-犧牲層區(qū)域；110-基板；112-共振區(qū)；120-犧牲層；130-元件保護(hù)層；140-光罩；200-聲波元件保護(hù)結(jié)構(gòu)；210-金屬覆蓋層；212-內(nèi)凹表面；214-底緣；214a、214b、214c、214d-側(cè)邊；216-開口；218-空腔；220-保護(hù)層；400-方法；401、402、403、404、405-步驟。

具體實(shí)施方式

如圖1及圖2A至圖2C所示，其顯示本發(fā)明提供的聲波元件保護(hù)結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例。如圖所示，一聲波元件100包括一基板110以及在基板110上的指狀電極轉(zhuǎn)換器(interdigital transducer，IDT)，基板110上包含指狀電極轉(zhuǎn)換器的區(qū)域定義為一共振區(qū)112。一聲波元件保護(hù)結(jié)構(gòu)200形成于聲波元件100上，其包括一金屬覆蓋層210，金屬覆蓋層210具有一內(nèi)凹表面212和一底緣214，底緣214與聲波元件100的基板110接合，且底緣214與聲波元件100之間形成至少一個(gè)開口216，內(nèi)凹表面212覆蓋于共振區(qū)112上方，使得內(nèi)凹表面212與共振區(qū)112之間形成一空腔218。如此形成的聲波元件保護(hù)結(jié)構(gòu)200是用以于封裝過程中保護(hù)聲波元件100，以避免封裝模料在芯片封裝過程中流進(jìn)聲波元件100的共振區(qū)112。

在另一個(gè)實(shí)施例中，前述聲波元件保護(hù)結(jié)構(gòu)200可進(jìn)一步包括一保護(hù)層220，如圖3A及圖3B所示。保護(hù)層220形成于金屬覆蓋層210上并覆蓋底緣214與聲波元件100之間的開口216，以進(jìn)一步降低封裝模料侵入芯片表面的幾率。

本發(fā)明亦提供一種形成上述聲波元件保護(hù)結(jié)構(gòu)200的方法400。圖4顯示方法400的一個(gè)實(shí)施例的流程圖，其包含以下步驟：在步驟401中，在聲波元件100上定義出一犧牲層區(qū)域102；在步驟402中，在犧牲層區(qū)域102上形成一犧牲層120；在步驟403中，以電鍍的方式將一金屬覆蓋層210覆蓋在犧牲層120上方，使金屬覆蓋層210的底緣214與聲波元件 100接合，并與聲波元件100之間形成至少一個(gè)開口216；在步驟404中，使用化學(xué)溶液移除犧牲層120，以在金屬覆蓋層210與聲波元件共振區(qū)112之間形成一空腔218，其中該化學(xué)溶液通過金屬覆蓋層210與聲波元件100之間的開口216進(jìn)入。

圖5A至圖5E顯示了制造聲波元件保護(hù)結(jié)構(gòu)的方法400的一個(gè)實(shí)施例。首先在一聲波元件110上方鍍上一層氮化硅(SiNx)或是氧化硅(SiO2)作為元件保護(hù)層130；接著以光罩140在聲波元件的共振區(qū)上定義一犧牲層區(qū)域102，并在犧牲層區(qū)域102上形成一犧牲層120；移除光罩140，并加溫基板100，使?fàn)奚鼘?20形成圓弧狀，以利后續(xù)金屬橋接；接著在犧牲層120上鍍上一金屬覆蓋層210，使金屬覆蓋層210橋接聲波共振區(qū)的兩端并形成開口216，開口216的大小及形狀可由光罩圖樣控制；最后，使化學(xué)溶液從金屬覆蓋層210與基板100之間的開口216進(jìn)入，以移除犧牲層120，以在聲波元件共振區(qū)的上方形成一空腔218。

在一個(gè)實(shí)施例中，前述犧牲層120可使用高分子材料、陶瓷材料或是金屬材料。

在一個(gè)實(shí)施例中，前述聲波元件保護(hù)結(jié)構(gòu)200的方法400可進(jìn)一步包括一在金屬覆蓋層上形成一保護(hù)層的步驟405。如圖6的實(shí)施例所示，在步驟405中，于金屬覆蓋層210上形成一保護(hù)層220，使保護(hù)層220覆蓋底緣214與聲波元件100之間的開口216。

在一個(gè)實(shí)施例中，完成上述聲波元件保護(hù)結(jié)構(gòu)之后，可于元件的電性連接區(qū)域形成銅柱，再以銅柱回焊的方式進(jìn)行覆晶封裝。

本發(fā)明提供的保護(hù)結(jié)構(gòu)所保護(hù)的聲波元件100可為一體聲波元件或一表面聲波元件。聲波元件100的基板110通常由壓電材料制成，例如鉭酸鋰(LiTaO3)、鈮酸鋰(LiNbO2)、石英(quartz)、壓電陶瓷如PZT等材料。

在一個(gè)實(shí)施例中，聲波元件保護(hù)結(jié)構(gòu)的金屬覆蓋層210可由含銅、鎢、鋁或金的金屬材料制成，其中以含銅金屬材料為較佳。保護(hù)層220可由高分子材料制成，例如SU8光阻、壓克力或是高分子聚合物等。

金屬覆蓋層210的底緣214可為一多邊形，例如長方形、正方形，或一非多邊形，例如圓形、橢圓形等。在一個(gè)實(shí)施例中，金屬覆蓋層210具有一內(nèi)凹表面212和一長方形底緣214，該長方形底緣214具有兩組相對(duì)的側(cè)邊，其中一組相對(duì)的側(cè)邊214c和214d與聲波元件的基板110接合，另一組相對(duì)的側(cè)邊214a和214b則各別與基板110之間形成一開口216，內(nèi)凹表面212與聲波元件的共振區(qū)112之間形成一空腔218，使得金屬覆蓋層210形成一個(gè)橋狀的保護(hù)結(jié)構(gòu)覆蓋于聲波元件的共振區(qū)上方。在一個(gè)實(shí)施例中，金屬覆蓋層210與基板110之間的開口216的間隙最大為10μm，因此能有效避免封裝模料在芯片封裝的過程中流進(jìn)聲波元件的共振區(qū)。

因此，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.本發(fā)明提供的聲波元件保護(hù)結(jié)構(gòu)能覆蓋聲波元件的共振區(qū)，因此能有效避免封裝模料在芯片封裝的過程中流進(jìn)聲波元件的共振區(qū)。

2.本發(fā)明提供的聲波元件保護(hù)結(jié)構(gòu)以金屬制作，其具有較高硬度，可避免在封裝制程中崩塌，因此能提高封裝制造的合格率。

3.本發(fā)明提供的聲波元件保護(hù)結(jié)構(gòu)制造方法能在同一步驟中形成保護(hù)結(jié)構(gòu)與用于移除犧牲層的開口，從而無需通過另外的步驟制作開口，因此能簡(jiǎn)化制造過程。

4.本發(fā)明提供的聲波元件保護(hù)結(jié)構(gòu)，其用于移除犧牲層的開口是位于保護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)邊，開口的位置及大小能以光罩控制，以使封裝模料在封裝過程中不易從開口進(jìn)入聲波元件的共振區(qū)，在移除犧牲層之后無需加以覆蓋，因此能簡(jiǎn)化制造過程。

5.本發(fā)明提供的聲波元件保護(hù)結(jié)構(gòu)能應(yīng)用于覆晶接合或打線接合等封裝過程中，其應(yīng)用范圍廣泛。

綜上所述，本發(fā)明提供的聲波元件保護(hù)結(jié)構(gòu)以及制造方法確實(shí)可達(dá)到預(yù)期之目的，能在封裝過程中避免封裝模料進(jìn)入元件的聲波傳遞區(qū)域，本發(fā)明提供的制造方法步驟簡(jiǎn)單，所制作的保護(hù)結(jié)構(gòu)堅(jiān)固不易崩塌，因此能提高制造合格率，且本發(fā)明提供的保護(hù)結(jié)構(gòu)能使用于覆晶接合或打線接合等封裝制程中，應(yīng)用范圍廣泛。