一种包括集成电路模块的柔性滤波器系统的制作方法

本发明涉及半导体技术领域，特别地涉及一种包括集成电路模块的柔性滤波器系统。

背景技术：

智能手机是电子器件最常见的一种应用场景。智能手机的射频通讯部分既包括声波滤波器模块，又包括集成电路模块。传统的智能手机是基于非柔性的硅基器件制造的。随着可穿戴等消费需求日益强烈，近年来柔性电子器件代替传统硬质基底的集成电路成为未来电子科技的重要发展趋势。但是，如何在同一柔性器件上同时设置互相连接的集成电路模块和声波滤波器模块，成为了现有技术中的难题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种包括集成电路模块的柔性滤波器系统，可以填补现有技术的空白，实现器件柔性化。

本发明提出一种包括集成电路模块的柔性滤波器系统，包括柔性衬底、聚合物总层、滤波器模块、集成电路模块、柔性封装结构、第一金属层、第一金属互连、第二金属层和第二金属互连，其中：所述聚合物总层位于所述柔性衬底之上，所述聚合物总层顶表面具有空腔；所述滤波器模块位于所述聚合物总层的所述空腔之上，所述滤波器模块包括多个相互连接的声波谐振器、输入端口和输出端口，所述声波谐振器包括从下到上依次排列的底电极、压电层和顶电极；集成电路模块位于所述聚合物总层内部，所述集成电路模块包括第一电子元件和第二电子元件；第一金属层和第一金属互连共同用于连接所述第一电子元件和所述输入端口；第二金属层和第二金属互连共同用于连接所述第二电子元件和所述输出端口。

可选地，所述聚合物总层包括多层聚合物层。

可选地，其中：所述聚合物总层包括从下到上依次排列的第一聚合物层、第二聚合物层和第三聚合物层，所述空腔位于所述第三聚合物层的顶表面；所述第一电子元件位于所述柔性衬底之上并且被所述第一聚合物层覆盖，所述第一金属层位于所述第一聚合物层之上并且被所述第二聚合物层覆盖，所述第二电子元件位于所述第二聚合物层之上并且被所述第三聚合物层覆盖，所述第二金属层位于所述第三聚合物层之上；所述第一金属层的第一端经金属孔与所述第一电子元件连接，并且所述第一金属层的第二端经金属孔到达所述第三聚合物层顶表面后通过所述第一金属互连与所述输入端口连接；所述第二金属层的第一端经金属孔与所述第二电子元件连接，并且所述第二金属层的第二端直接通过所述第二金属互连与所述输出端口连接。

可选地，其中：所述滤波器模块还包括顶部布拉格反射层，所述顶部布拉格反射层位于所述顶电极之上。

可选地，其中，所述滤波器模块还包括：底部布拉格反射层，所述底部布拉格反射层位于所述底电极之下；第一绝缘结构和第二绝缘结构，所述第一绝缘结构和第二绝缘结构分别位于所述底部布拉格反射层两侧，所述第一绝缘结构用于将所述底部布拉格反射层与所述第一金属互连隔离，所述第二绝缘结构用于将所述底部布拉格反射层和压电层与所述第二金属互连隔离。

可选地，还包括：底部布拉格反射层和顶部布拉格反射层，所述底部布拉格反射层位于所述底电极之下，所述顶部布拉格反射层位于所述顶电极之上；第一绝缘结构和第二绝缘结构，所述第一绝缘结构和第二绝缘结构分布位于所述底部布拉格反射层两侧，所述第一绝缘结构用于将所述底部布拉格反射层于所述第一金属互连隔离，所述第二绝缘结构用于将所述底部布拉格反射层和压电层与所述第二金属互连隔离。

可选地，其中：所述聚合物总层包括从下到上依次排列的第一聚合物层、第二聚合物层、第三聚合物层和第四聚合物层，所述空腔位于所述第四聚合物层的顶表面；所述第一电子元件位于所述柔性衬底之上并且被所述第一聚合物层覆盖，所述第一金属层位于所述第一聚合物层之上并且被所述第二聚合物层覆盖，所述第二电子元件位于所述第二聚合物层之上并且被所述第三聚合物层覆盖，所述第二金属层位于所述第三聚合物层之上并且被所述第四聚合物层覆盖；所述第一金属层的第一端经金属孔与所述第一电子元件连接，并且所述第一金属层的第二端经金属孔到达所述第四聚合物层顶表面后通过第一金属互连与所述输入端口连接；所述第二金属层的第一端经金属孔与所述第二电子元件连接，并且所述第二金属层的第二端经金属孔到达所述第四聚合物层顶表面后通过第二金属互连与所述输出端口连接。

可选地，所述柔性封装结构包括第一封装层和第二封装层，所述第一封装层覆盖所述滤波器模块，所述第二封装层覆盖所述第一封装层和所述集成电路模块。

可选地，所述输入端口、所述输出端口、所述底电极、所述顶电极、所述第一金属层、所述第二金属层、所述第一金属互连、所述第二金属互连的材料包括：金、钨、钼、铂、钌、铱、锗、铜、钛、钛钨、铝、铬或砷掺杂金。

可选地，所述压电层的材料包括：氮化铝、掺杂氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅、铌酸锂、石英、铌酸钾或钽酸锂，其中掺杂氮化铝至少含一种稀土元素。

可选地，所述柔性衬底的材料包括：硅、砷化镓、钢、纸、丝绸、塑料、聚酰亚胺、聚对二甲苯、聚碳酸酯、涤纶树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯醇或含氟聚合物。

可选地，所述柔性封装结构和所述聚合物的材料包括：聚酰亚胺、聚对二甲苯、聚碳酸酯、涤纶树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯醇或含氟聚合物。

可选地，所述集成电路模块包括如下的一种或几种：功率放大器、低噪声放大器、射频天线、射频开关、调制解调器、数模转换器

根据本发明的技术方案，滤波器模块和集成电路模块分别被包埋在聚合物总层和柔性封装结构中，由于底部的衬底、中间的聚合物总层以及顶部的柔性封装结构都是柔性结构，用于连接滤波器模块和集成电路模块的第一金属层和第二金属层也具有延展性，所以整个系统具有柔韧性佳的优点。

附图说明

附图用于更好地理解本发明，不构成对本发明的不当限定。其中：

图1是ladder结构的滤波器的示意图；

图2是本发明第一实施例的包括集成电路模块的柔性滤波器系统的剖面图；

图3是本发明第二实施例的包括集成电路模块的柔性滤波器系统的剖面图；

图4是本发明第三实施例的包括集成电路模块的柔性滤波器系统的剖面图；

图5是本发明第四实施例的包括集成电路模块的柔性滤波器系统的剖面图；

图6是本发明第五实施例的包括集成电路模块的柔性滤波器系统的剖面图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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。

本发明实施例的包括集成电路模块的柔性滤波器系统，包括柔性衬底、聚合物总层、滤波器模块、集成电路模块、柔性封装结构、第一金属层和第二金属层。其中：聚合物总层位于柔性衬底之上，聚合物总层顶表面具有空腔。滤波器模块位于聚合物总层的空腔之上。滤波器模块包括多个相互连接的声波谐振器、输入端口和输出端口，所述声波谐振器包括从下到上依次排列的底电极、压电层和顶电极。集成电路模块位于聚合物总层内部，集成电路模块包括第一电子元件和第二电子元件。第一金属层用于连接第一电子元件和输入端口；第二金属层用于连接第二电子元件和输出端口。

需要说明的是：滤波器模块的输入端口和输出端口位于不同的谐振器上，可以从对应的谐振器的底电极引出，也可以从顶电极引出，具体情况灵活设置。

由上可知，本发明实施例的包括集成电路模块的柔性滤波器系统中，滤波器模块和集成电路模块分别被包埋在聚合物总层和柔性封装结构中，由于底部的衬底、中间的聚合物总层以及顶部的柔性封装结构都是柔性结构，用于连接滤波器模块和集成电路模块的第一金属层和第二金属层也具有延展性，所以整个系统具有柔韧性佳的优点。

可选地，聚合物总层可以包括多层聚合物层。

可选地，柔性封装结构包括第一封装层和第二封装层。第一封装层覆盖滤波器模块，第二封装层覆盖第一封装层和集成电路模块。具有双重柔性封装结构的器件的封装效果更佳。

需要说明的是，输入端口、输出端口、底电极、顶电极、第一金属层、第二金属层、第一金属互连、第二金属互连的材料包括：金(au)、钨(w)、钼(mo)、铂(pt)，钌(ru)、铱(ir)、锗(ge)、铜(cu)、钛(ti)、钛钨(tiw)、铝(al)、铬(cr)或砷(as)掺杂金等类似金属。

压电层的材料可以为氮化铝(aln)、掺杂氮化铝(dopedaln)、氧化锌(zno)、锆钛酸铅(pzt)、铌酸锂(linbo3)、石英(quartz)、铌酸钾(knbo3)或钽酸锂(litao3)等材料，上述材料为压电薄膜，厚度小于10微米。氮化铝薄膜为多晶形态或者单晶形态，生长方式为薄膜溅射(sputtering)或者有机金属化学气相沉积法(mocvd)。其中掺杂aln至少含一种稀土元素，如钪(sc)、钇(y)、镧(la)、铒(er)、镱(yb)。

柔性衬底的材料可以为超薄的硅、砷化镓、超薄的钢片、纸、丝绸、塑料、聚酰亚胺(pi)、聚对二甲苯(parylene)、聚碳酸酯(pc)、涤纶树脂(pet)、聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)、聚醚砜(pes)、聚醚酰亚胺(pei)、聚二甲基硅氧烷(pdms)、聚乙烯醇(pva)、和各种含氟聚合物(fep)等。

柔性封装以及聚合物的材料可以是聚酰亚胺(pi)、聚对二甲苯(parylene)、聚碳酸酯(pc)、涤纶树脂(pet)、聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)、聚醚砜(pes)、聚醚酰亚胺(pei)、聚二甲基硅氧烷(pdms)、聚乙烯醇(pva)、和各种含氟聚合物(fep)。

需要说明的是：集成电路模块可以包括：功率放大器、低噪声放大器、射频天线、射频开关、调制解调器、数模转换器等无线收发电子系统中用到的电子元件。

为使本领域技术人员更好地理解，下面结合说明书附图详细举例说明。需要说明的是，按照一定的拓扑结构连接薄膜体声波谐振器可以构建滤波器件，其中最常见的组成滤波器的谐振器链接拓扑结构为ladder结构，如图1所示，滤波器的输入输出端口位于不同的谐振器上，可以从对应谐振器的底电极引出，也可从顶电极引出。下文中滤波器模块中仅画出单个谐振器代表整个滤波器，谐振器包括从下到上依次排列的底电极、压电层和顶电极。在本文实施例中，可采用以底电极作为输入端口，以顶电极作为输出端口，但本发明的应用并不限于此。另外，滤波器模块还具有接地端口。

实施例1

图2是本发明第一实施例的包括集成电路模块的柔性滤波器系统的剖面图。如图2所示，该系统主要包括：柔性衬底100、聚合物总层(包括由下至上依次排列的第一聚合物层201、第二聚合物层202和第三聚合物层203)、滤波器模块300(包括从下到上依次排列的底电极301、压电层302和顶电极303，其中底电极301作为输入端口，顶电极作303为输出端口)、集成电路模块400(包括第一电子元件401和第二电子元件402)、柔性封装结构(包括第一封装层501和第二封装层502)、第一金属层601、第一金属互连602、第二金属层701以及第二金属互连702。

其中，第一聚合物层201位于柔性衬底100之上，第二聚合物层202位于第一聚合物层201之上，第三聚合物层203位于第二聚合物层202之上，第三聚合物层203的顶表面具有空腔210。滤波器模块300位于空腔210之上。第一电子元件401位于柔性衬底100之上并且被第一聚合物层201覆盖，第一金属层601位于第一聚合物层201之上并且被第二聚合物层202覆盖，第二电子元件402位于第二聚合物层202之上并且被第三聚合物层203覆盖，第二金属层701位于第三聚合物层203之上。第一金属层601的第一端经金属孔与第一电子元件401连接，并且第一金属层601的第二端经金属孔到达第三聚合物层顶表面后通过第一金属互连602与底电极301连接。第二金属层701的第一端经金属孔与第二电子元件402连接，并且第二金属层701的第二端直接通过第二金属互连702与顶电极303连接。柔性封装结构中的第一封装层501覆盖滤波器模块300，第二封装层502覆盖第一封装层501和集成电路模块400。其中，第一封装层501具有空腔结构，用于提供谐振器上表面的声反射条件，从而保证滤波器正常工作，第二封装层502采用易散热材料填充，用于保证整个系统的机械强度，并提高散热能力。

实施例2

图3是本发明第二实施例的包括集成电路模块的柔性滤波器系统的剖面图。如图3所示，该系统主要包括：柔性衬底100、聚合物总层(包括由下至上依次排列的第一聚合物层201、第二聚合物层202、第三聚合物层203和第四聚合物层204)、滤波器模块300(包括从下到上依次排列的底电极301、压电层302和顶电极303，其中底电极301作为输入端口，顶电极303作为输出端口)、集成电路模块400(包括第一电子元件401和第二电子元件402)、柔性封装结构500、第一金属层601、第一金属互连602、第二金属层701以及第二金属互连702。

其中，第一电子元件401位于柔性衬底100之上并且被第一聚合物层201覆盖，第一金属层601位于第一聚合物层201之上并且被第二聚合物层202覆盖，第二电子元件402位于第二聚合物层202之上并且被第三聚合物层203覆盖，第二金属层701位于第三聚合物层203之上并且被第四聚合物层204覆盖；空腔210位于第四聚合物层204的顶表面。第一金属层601的第一端经金属孔与第一电子元件401连接，并且第一金属层601的第二端经金属孔到达第四聚合物层204顶表面后通过第一金属互602连与底电极301连接。第二金属层701的第一端经金属孔与第二电子元件402连接，并且第二金属层701的第二端经金属孔到达第四聚合物层204顶表面后通过第二金属互连702与顶电极303连接。柔性封装结构500为整体形式，且具有空腔结构。

由图3可知，该实施例的包括集成电路模块的柔性滤波器系统中，滤波器模块和集成电路模块可以在垂直方向叠加，能够进一步减少器件面积。

实施例3

图4是本发明第三实施例的包括集成电路模块的柔性滤波器系统的剖面图。如图4所示，该系统主要包括：柔性衬底100、聚合物总层(包括由下至上依次排列的第一聚合物层201、第二聚合物层202和第三聚合物层203)、滤波器模块300(包括从下到上依次排列的底电极301、压电层302、顶电极303和顶部布拉格反射层304，其中底电极301作为输入端口，顶电极303作为输出端口)、集成电路模块400(包括第一电子元件401和第二电子元件402)、柔性封装结构500、第一金属层601、第一金属互连602、第二金属层701以及第二金属互连702。

其中，第一聚合物层201位于柔性衬底100之上，第二聚合物层202位于第一聚合物层201之上，第三聚合物层203位于第二聚合物层202之上，第三聚合物层203的顶表面具有空腔210。滤波器模块300位于空腔210之上。第一电子元件401位于柔性衬底100之上并且被第一聚合物层201覆盖，第一金属层601位于第一聚合物层201之上并且被第二聚合物层202覆盖，第二电子元件402位于第二聚合物层202之上并且被第三聚合物层203覆盖，第二金属层701位于第三聚合物层203之上。第一金属层601的第一端经金属孔与第一电子元件401连接，并且第一金属层601的第二端经金属孔到达第三聚合物层顶表面后通过第一金属互连602与底电极301连接。第二金属层701的第一端经金属孔与第二电子元件402连接，并且第二金属层701的第二端直接通过第二金属互连702与顶电极303连接。顶部布拉格反射层304位于顶电极303之上。由于采用布拉格反射层代替空腔结构提供了谐振器上表面的声反射条件，因此，该实施例中，只需要整体柔性封装结构500，其中，500采用易散热材料填充，用于保证整个系统的机械强度，并提高散热能力。

另外，参照实施例2，可以通过增加一层聚合物，从而实现滤波器模块与集成电路模块的垂直叠加放置，进一步缩小整体面积。

实施例4

图5是本发明第四实施例的包括集成电路模块的柔性滤波器系统的剖面图。如图5所示，该系统主要包括：柔性衬底100、聚合物总层(包括由下至上依次排列的第一聚合物层201、第二聚合物层202和第三聚合物层203)、滤波器模块300(包括从下到上依次排列的底部布拉格反射层305、底电极301、压电层302和顶电极303，其中底电极301作为输入端口，顶电极303作为输出端口)、集成电路模块400(包括第一电子元件401和第二电子元件402)、柔性封装结构(包括第一封装层501和第二封装层502)、第一金属层601、第一金属互连602、第二金属层701、第二金属互连702、第一绝缘结构801以及第二绝缘结构802。

其中，第一聚合物层201位于柔性衬底100之上，第二聚合物层202位于第一聚合物层201之上，第三聚合物层203位于第二聚合物层202之上。第一电子元件401位于柔性衬底100之上并且被第一聚合物层201覆盖，第一金属层601位于第一聚合物层201之上并且被第二聚合物层202覆盖，第二电子元件402位于第二聚合物层202之上并且被第三聚合物层203覆盖，第二金属层701位于第三聚合物层203之上。第一金属层601的第一端经金属孔与第一电子元件401连接，并且第一金属层601的第二端经金属孔到达第三聚合物层顶表面后通过第一金属互连602与底电极301连接。第二金属层701的第一端经金属孔与第二电子元件402连接，并且第二金属层701的第二端直接通过第二金属互连702与顶电极303连接。第一绝缘结构801和第二绝缘结构802分布位于底部布拉格反射层305两侧。第一绝缘结构801用于将底部布拉格反射层305与第一金属互连602隔离，第二绝缘结构802用于将底部布拉格反射层305和压电层302与第二金属互连702隔离。柔性封装结构中的第一封装层501覆盖滤波器模块300，第二封装层502覆盖第一封装层501和集成电路模块400。其中，第一封装层501具有空腔结构，用于提供谐振器上表面的声反射条件，从而保证滤波器正常工作，第二封装层502采用易散热材料填充，用于保证整个系统的机械强度，并提高散热能力。由于采用布拉格反射层代替空腔结构提供了谐振器下表面的声反射条件，因此，该实施例中，谐振器下表面不需要空腔，降低了在柔性衬底上加工空腔的难度。

另外，参照实施例2，可以在不增加额外聚合物层的情况下，实现滤波器模块与集成电路模块的垂直叠加放置，进一步缩小整体面积。

实施例5

图6是本发明第五实施例的包括集成电路模块的柔性滤波器系统的剖面图。如图6所示，该系统主要包括：柔性衬底100、聚合物总层(包括由下至上依次排列的第一聚合物层201、第二聚合物层202和第三聚合物层203)、滤波器模块300(包括从下到上依次排列的底部布拉格反射层305、底电极301、压电层302、顶电极303和顶部布拉格反射层304，其中底电极301作为输入端口，顶电极303作为输出端口)、集成电路模块400(包括第一电子元件401和第二电子元件402)、柔性封装结构500、第一金属层601、第一金属互连602、第二金属层701、第二金属互连702、第一绝缘结构801以及第二绝缘结构802。

其中，底部布拉格反射层305位于底电极301之下，顶部布拉格反射层304位于顶电极303之上。第一金属层601的第一端经金属孔与第一电子元件401连接，并且第一金属层601的第二端经金属孔到达第三聚合物层顶表面后通过第一金属互连602与底电极301连接。第二金属层701的第一端经金属孔与第二电子元件402连接，并且第二金属层701的第二端直接通过第二金属互连702与顶电极303连接。第一绝缘结构801和第二绝缘结构802分布位于底部布拉格反射层305两侧。第一绝缘结构801用于将底部布拉格反射层305与第一金属互连602隔离，第二绝缘结构802用于将底部布拉格反射层305和压电层302与第二金属互连702隔离。柔性封装结构500为整体形式。其中，500采用易散热材料填充，用于保证整个系统的机械强度，并提高散热能力。由于采用布拉格反射层代替空腔结构提供了谐振器上下表面的声反射条件，因此，该实施例中，谐振器上下表面均不需要空腔，降低了底部空腔及封装难度。

另外，参照实施例2，可以在不增加额外聚合物层的情况下，实现滤波器模块与集成电路模块的垂直叠加放置，进一步缩小整体面积。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。