滤波器芯片封装结构及其封装工艺

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芯片封装结构及其封装工艺。

背景技术

滤波器，顾名思义，是对波进行过滤的器件，是移动通讯终端产品的重要部件。传统的波滤波器针对部分滤波器芯片，因焊垫具有特殊结构而无法采用从滤波器芯片的背面设置通孔电连接至焊垫金属层的方式，进而导致无法适用于具有特殊结构的焊垫的封装；另外，现有技术中通常在滤波器芯片和保护层之间设置间隔的支撑结构来形成密封腔，结构较为复杂，制备不便。因此，亟需设置一种滤波器芯片封装结构及滤波器芯片封装结构的封装工艺，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种滤波器芯片封装结构及其封装工艺，无需在滤波器的背面设置通孔，进而避免对焊垫的结构造成破坏，而且结构简单，容易制备。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种滤波器芯片封装结构，包括：

滤波器晶圆，其正面设置有功能器件以及设置于所述功能器件周围的多个焊垫；及

保护层，覆盖在所述滤波器晶圆的正面，所述保护层的朝向所述滤波器晶圆的一侧设置有容置槽，所述容置槽与所述滤波器晶圆之间形成密封腔，所述功能器件容置于所述密封腔内，所述保护层的与所述焊垫对应位置设置有通孔，所述通孔内填充有与所述焊垫电连接的导电结构。

该滤波器芯片封装结构的保护层覆盖在滤波器晶圆的正面，通过在保护层的朝向滤波器晶圆的一侧设置有容置槽，容置槽与滤波器晶圆之间形成密封腔，功能器件容置于密封腔内，从而能够对功能器件进行封装，结构简单，容易制备；保护层的与焊垫的对应位置设置有通孔，通孔内填充有与焊垫电连接的导电结构，从而能够将焊垫引出并能够与其他结构互连，避免了对焊垫结构的破坏。

作为上述滤波器芯片封装结构的一种优选方案，所述滤波器晶圆和所述保护层之间相粘接。

滤波器晶圆和保护层之间相粘接，连接简单，且实现了两者的牢固连接。

作为上述滤波器芯片封装结构的一种优选方案，所述容置槽的深度范围为：5um～30um。

容置槽的深度设置为上述范围，既能够保证对于功能器件的容置；而且不会使得保护层的厚度过大，有利于较薄的滤波器芯片封装结构的制备。

作为上述滤波器芯片封装结构的一种优选方案，所述通孔的内壁和所述导电结构之间设置有金属层。

通过在通孔内壁和导电结构之间设置金属层，金属层的设置形成种子层，为后续导电结构的制备做准备。

作为上述滤波器芯片封装结构的一种优选方案，所述保护层的厚度范围为：50um～300um。

保护层的厚度为上述范围，既保证容置槽的深度能够容纳功能器件，又能够避免保护层的厚度过大，有利于较薄的滤波器芯片封装结构的制备。

本发明还提供一种滤波器芯片封装结构的封装工艺，包括以下步骤：

S1、提供一保护层，所述保护层的底部设置有容置槽；

S2、将所述保护层与滤波器晶圆相连，且所述容置槽与所述滤波器晶圆之间形成密封腔，所述滤波器晶圆上的功能器件容置于所述密封腔内；

S3、在所述保护层的与所述滤波器晶圆上的焊垫对应位置设置通孔，所述通孔内填充导电结构，所述导电结构与所述焊垫电连接，以获得滤波器结构；

S4、将所述滤波器结构进行切割，以形成单颗滤波器芯片封装结构。

该滤波器芯片封装结构的封装工艺包括以下步骤，首先提供一保护层，保护层的底部设置有容置槽，将保护层与滤波器晶圆相连，且容置槽与滤波器晶圆之间形成密封腔，滤波器晶圆上的功能器件容置于密封腔内，在保护层的与滤波器晶圆上的焊垫对应位置设置通孔，通孔内填充导电结构，导电结构与焊垫电连接，以形成滤波器结构，将滤波器结构进行切割，以形成单颗滤波器芯片封装结构，该滤波器芯片封装结构的封装工艺通过在保护层的与焊垫对应位置设置通孔，避免了在滤波器晶圆上设置通孔，进而避免对焊垫结构的破坏，工艺简单，容易实现。

作为上述滤波器芯片封装结构的封装工艺的一种优选方案，步骤S3包括以下步骤：

在所述保护层的与所述滤波器晶圆上的焊垫对应位置设置通孔；

溅射金属层，然后电镀导电结构层，所述导电结构层填充于所述通孔内，并盖设在所述保护层上。

溅射金属层形成种子层，为后续电镀导电结构层提供了准备。

作为上述滤波器芯片封装结构的封装工艺的一种优选方案，步骤S3还包括：

在所述导电结构层的与所述通孔对应位置设置有保护光阻，将所述保护层的未被所述保护光阻覆盖的所述导电结构层去除，然后再将与所述通孔对应的所述保护光阻去除，以获得所述导电结构。

保护光阻的设置能够使得未被保护光阻覆盖的导电结构层进行去除，以实现导电结构层的局部去除。

作为上述滤波器芯片封装结构的封装工艺的一种优选方案，步骤S3还包括：

在所述导电结构的顶面制作UBM层，然后在所述UBM层上设置微凸点焊点，以获得所述滤波器结构。

通过UBM层的制作以便于为后续微凸点焊点的制作做准备，微凸点焊点的设置便于与其他结构的焊接相连。

作为上述滤波器芯片封装结构的封装工艺的一种优选方案，步骤S2和步骤S3之间，还包括对所述保护层的远离所述滤波器晶圆的一侧进行减薄处理；

在步骤S3和步骤S4之间，还包括对所述滤波器晶圆的背面进行减薄。

在步骤S2和步骤S3之间还包括对保护层的远离滤波器晶圆的一侧进行减薄处理；在步骤S3和步骤S4之间，还包括对滤波器晶圆的背面进行减薄，以实现了对整个滤波器芯片封装结构的减薄，有利于较薄的滤波器芯片封装结构的制备。

本发明的有益效果：

本发明提出的滤波器芯片封装结构，该滤波器芯片封装结构的保护层覆盖在滤波器晶圆的正面，通过在保护层的朝向滤波器晶圆的一侧设置有容置槽，容置槽与滤波器晶圆之间形成密封腔，功能器件容置于密封腔内，从而能够对功能器件进行封装，结构简单，容易制备；保护层的与焊垫的对应位置设置有通孔，通孔内填充有与焊垫电连接的导电结构，从而能够将焊垫引出并能够与其他结构互连，避免了对焊垫结构的破坏。

本发明提出的滤波器芯片封装结构的封装工艺包括以下步骤，首先提供一保护层，保护层的底部设置有容置槽，将保护层与滤波器晶圆相连，且容置槽与滤波器晶圆之间形成密封腔，滤波器晶圆上的功能器件容置于密封腔内，在保护层的与滤波器晶圆上的焊垫对应位置设置通孔，通孔内填充导电结构，导电结构与焊垫电连接，以形成滤波器结构，将滤波器结构进行切割，以形成单颗滤波器芯片封装结构，该滤波器芯片封装结构的封装工艺通过在保护层的与焊垫对应位置设置通孔，避免了在滤波器晶圆上设置通孔，进而避免对焊垫结构的破坏，工艺简单，容易实现。

附图说明

图1是本发明提供的滤波器芯片封装结构的结构示意图；

图2是本发明提供的保护层的结构示意图；

图3是本发明提供的滤波器晶圆的局部结构示意图。

图4是本发明提供的保护层覆盖在滤波器晶圆上的结构示意图；

图5是本发明提供的对保护层的远离滤波器晶圆的一侧进行减薄处理的结构示意图；

图6是本发明提供的在保护层上设置通孔的结构示意图；

图7是本发明提供的溅射金属层的结构示意图；

图8是本发明提供的电镀导电结构层的结构示意图；

图9是本发明提供的在通孔对应的导电结构层上设置保护光阻并去除多余导电结构层的结构示意图；

图10是本发明提供的导电结构上设置UBM层的结构示意图；

图11是本发明提供的在UBM层上设置微凸点焊点的结构示意图；

图12是本发明提供的在保护层的设置微凸点焊点的一侧设置防护膜的结构示意图；

图13是本发明提供的在滤波器晶圆的背面进行减薄处理的结构示意图。

图中：

1、滤波器晶圆；11、功能器件；12、焊垫；121、钝化层；122、焊垫中间金属层；123、焊垫特殊结构层；

2、保护层；21、容置槽；22、通孔；

3、导电结构；4、微凸点焊点；5、金属层；6、导电结构层；7、保护光阻；8、UBM层；9、防护膜。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

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，可以根据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。

如图1-3所示，本实施例提供一种滤波器芯片封装结构，包括滤波器晶圆1和保护层2，滤波器晶圆1的正面设置有功能器件11以及设置于功能器件11周围的多个焊垫12，保护层2覆盖在滤波器晶圆1的正面(滤波器晶圆1的正面为设置有功能器件11的一面)。保护层2的朝向滤波器晶圆1的一侧设置有容置槽21，容置槽21与滤波器晶圆1之间形成密封腔，功能器件11容置于密封腔内，无需通过在保护层2和滤波器晶圆1之间设置支撑结构来形成密封腔，通过在保护层2上设置容置槽21以便于形成密封腔，结构简单，容易制备；保护层2的与焊垫12对应位置设置有通孔22，通孔22内填充有与焊垫12电连接的导电结构3，从而能够将焊垫12引出并能够与其他结构互连，避免了对焊垫12结构的破坏。本实施例中，滤波器芯片封装结构为BAW滤波器或FBAR滤波器。

为了避免滤波器晶圆1和保护层2由于材料不匹配带来翘曲的问题，本实施例中，滤波器晶圆1和保护层2均采用硅材料制成，使得滤波器晶圆1和保护层2两者的膨胀系数相同，避免两者之间产生翘曲，进而降低破片的风险，提高封装结构的强度和可靠性，而且成本低。由于高阻硅具有绝缘特性，无需在通孔22的侧壁施加额外的绝缘层，简化封装工艺制程，提高封装效率，降低封装成本。当然，滤波器晶圆1和保护层2并不限于硅材料制成。

可选地，滤波器晶圆1和保护层2之间相粘接，连接简单，且实现了两者的牢固连接。本实施例中，滤波器晶圆1和保护层2之间通过胶水进行永久键合，密封及连接强度较好。

可选地，容置槽21的深度范围为：5um～30um。保护层2的厚度范围为：50um～300um，上述设置既能够保证对于功能器件11的容置；而且不会使得保护层2的厚度过大，有利于较薄的滤波器芯片封装结构的制备。

如图7所示，通孔22的内壁和导电结构3之间设置有金属层5，金属层5的设置形成种子层，为后续导电结构3的制备做准备。

可选地，如图1所示，导电结构3的顶面设置有UBM层8，UBM层8上设置有微凸点焊点4，通过UBM层8以便于为后续微凸点焊点4的制作做准备，微凸点焊点4的设置便于与其他结构的焊接相连。UBM层8为微凸点焊点4下面的一层薄膜，起到增强互连的作用，UBM层8属于现有技术，在此不再赘述。

本实施例还提供一种滤波器芯片封装结构的封装工艺，用于制备上述的滤波器芯片封装结构，参见图1-图13所示，包括以下步骤：

S1、提供一保护层2，保护层2的底部设置有容置槽21。

如图1和图2所示，通过光刻与刻蚀工艺，在保护层2的底部刻蚀出需要保护功能器件11的容置槽21，可选地，容置槽21的深度范围为：5um～30um。本实施例中，容置槽21的深度设置为5um，既能够保证对于功能器件11的容置；而且最大程度地减薄保护层2的厚度，有利于较薄的滤波器芯片封装结构的制备。

S2、将保护层2与滤波器晶圆1相连，且容置槽21与滤波器晶圆1之间形成密封腔，滤波器晶圆1上的功能器件11容置于密封腔内。

容置槽21的设置能够使得保护层2和滤波器晶圆1之间形成密封腔，无需通过在保护层2和滤波器晶圆1之间设置支撑结构来形成密封腔，通过在保护层2上设置容置槽21以便于形成密封腔，结构简单，操作方便。

如图4所示，将保护层2与滤波器晶圆1通过胶水进行永久键合，在后续塑封制程中可承受大压力的塑封工艺，进一步提高封装芯片的结构强度和可靠性。

具体地，在保护层2的未设置容置槽21的区域上先印上胶水，然后利用对准和键合设备与滤波器晶圆1对准后键合。一般永久键合胶层在3um～5um的厚度；键合后保护层2和滤波器晶圆1在焊垫12周围紧密结合，功能器件11被密封保护在密封腔内，避免功能器件11接触其他结构，保证了功能器件11的正常工作。

如图5所示，对保护层2的远离滤波器晶圆1的一侧进行减薄处理，利用常规研磨工艺将保护层2的厚度减薄到50um～300um，本实施例中，保护层2的厚度为50um。

S3、在保护层2的与滤波器晶圆1上的焊垫12对应位置设置通孔22，通孔22内填充导电结构3，导电结构3与焊垫12电连接，以获得滤波器结构(参见图6)。

如图3所示，焊垫12包括多层结构，具体包括依次设置的钝化层121、焊垫中间金属层122和焊垫特殊结构层123，焊垫特殊结构层123设置于滤波器晶圆1上，钝化层121用于保护焊垫中间金属层122。在加工过程中，部分焊垫12的结构层的破坏会导致器件失效，且现有加工方法较难从滤波器晶圆1的背面去除部分焊垫12的结构层，因此，从滤波器晶圆1背面设置通孔至焊垫12存在困难。而在减薄后的保护层2上刻蚀通孔22，可以在不破坏焊垫12的结构的情况下引出焊垫12，为焊垫12互连做准备。

进一步地，利用光刻和干法刻蚀工艺在减薄后的保护层2上刻蚀出通孔22，然后利用干法刻蚀漏出焊垫中间金属层122，以引出焊垫12，便于与其他结构互连。

如图7所示，在保护层2表面进行PVD溅射金属层5，本实施例中，在保护层2表面进行PVD溅射铜，以形成铜种子层，为后续电镀导电结构层6做准备。

具体地，如图8所示，电镀导电结构层6，导电结构层6填充于通孔22内，并盖设在保护层2上。通孔22内电镀满铜将引脚焊垫12引出，通孔22内铜电镀后要至少超出保护层2一定厚度，本实施例中为5um。本实施例中，导电结构层6为铜层，导电效果较好，而且价格合理。

如图9所示，利用光刻工艺在导电结构层6的与通孔22对应位置形成有保护光阻7，采用CuTi刻蚀工艺将保护层2的未被保护光阻7覆盖的导电结构层6去除，然后再将与通孔22对应的保护光阻7去除，通孔22内的电镀铜将焊垫12引至保护层2表面，以获得导电结构3。保护光阻7的设置能够使得未被保护光阻7覆盖的导电结构3层进行去除，以实现导电结构层6的局部去除。

如图10所示，在导电结构3的顶面制作UBM层8，采用化学镀Ni/Au在露头处的Cu上镀一层Ni和Au，如图11所示，在UBM层8上设置微凸点焊点4。微凸点焊点4的制作，作为后续与外界连接导通的焊点。简单的方法是在上述UBM层8上放置成品含锡球，或是UBM层8上印刷焊锡膏(钢网印刷技术)，或是UBM层8上电镀铅锡合金(电镀bumping技术)，然后再进行高温回流的方法形成锡球微凸点。钢网印刷技术使用焊锡膏，是一种含有锡，银，铜等金属和助焊剂，添加剂等多种成分混合的混合物。置球技术使用的锡球是商品化的成品小锡球，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。电镀bumping技术通过电镀工艺在UBM层8上电镀上铅锡合金层，或是锡银铜的合金层，或是铜镍合金层，通过高温回流形成微凸点焊点4。微凸点工艺完成后的微凸点焊点4高度在40um～80um间可调，直径在50um～120um间可调，一般的，微凸点焊点4高度为50um，直径为80um。

为了进一步对滤波器芯片封装结构进行减薄，如图13所示，还包括对滤波器晶圆1的背面进行减薄，以实现了对整个滤波器芯片封装结构的减薄，有利于较薄的滤波器芯片封装结构的制备。

具体地，如图12所示，在做好的微凸点焊点4表面贴一层防护膜9，为下一步滤波器晶圆1减薄做准备；防护膜9要使用厚膜，保证整个微凸点焊点4都包含在防护膜9的胶层内，以对微凸点焊点4起到保护作用。然后，如图13所示，采用背面减薄工艺对滤波器晶圆1的背面进行减薄，减薄后的滤波器晶圆1厚度为50um。具体的减薄方式与保护层2的减薄方式相同，在此不再赘述。

利用双面减薄技术实现滤波器芯片封装结构的小型化、超薄化晶圆级封装。

S4、将滤波器结构进行切割，以形成单颗滤波器芯片封装结构。

将滤波器晶圆1按照切割道的位置进行切割形成单颗滤波器芯片封装结构(参见图1)。可以采用金属刀片或者激光切割技术进行加工。

该滤波器芯片封装结构的封装工艺包括以下步骤，首先提供一保护层2，保护层2的底部设置有容置槽21，将保护层2与滤波器晶圆1相连，且容置槽21与滤波器晶圆1之间形成密封腔，滤波器晶圆1上的功能器件11容置于密封腔内，在保护层2的与滤波器晶圆1上的焊垫12对应位置设置通孔22，通孔22内填充导电结构3，导电结构3与焊垫12电连接，以形成滤波器结构，将滤波器结构进行切割，以形成单颗滤波器芯片封装结构，该滤波器芯片封装结构的封装工艺通过在保护层2的与焊垫12对应位置设置通孔22，避免了在滤波器晶圆1上设置通孔22，进而避免对焊垫12结构的破坏，简化晶圆封装工艺制程，提高封装效率，降低封装成本。

通过上述滤波器芯片封装结构的封装工艺，封装加工完成后的单颗滤波器芯片封装结构尺寸与滤波器晶圆1的初始尺寸几乎是1:1，封装芯片总厚度控制在200um以内，实现了滤波器晶圆1的小型化、超薄化封装。

于本文的描述中，需要理解的是，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。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

此外，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明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发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。