改善电力容差特性的薄膜体声波谐振器芯片封装结构的制作方法

1.本发明涉及一种改善电力容差特性的薄膜体声波谐振器芯片封装结构。尤其涉及一种与现有的薄膜体声波谐振器(fbar)芯片结构及封装相比具有更优秀的电力容差性能的全新芯片结构的薄膜体声波谐振器(fbar)封装。


背景技术：

2.最近以如智能手机等小型电子设备为中心，对小型化、高密度安装的需求正在逐渐增加，因此如半导体集成电路(ic)等电子元件的表面安装技术得到了长足的发展。
3.通过利用晶圆级别封装替代芯片单位封装而显著地减小了封装的厚度，而且在印刷电路板中也开发出了层叠型基板，此外还开发出了多种材料、设备以及多种工程技术等。
4.与此同时，伴随着信息通信技术的发展以及网络的进化，人们所使用或需要的信息量也呈现出了快速增加的趋势，而且为了在各种电子设备中实现更加多样化的功能、更加新型的功能以及更加高级的功能，需要在设备内部搭载比目前相比更多的零部件，因此设备变得越来越复杂且电子元件的配置变得越来越密集。
5.即，当前以及未来的电子设备必须在同时满足小型化以及高级功能实现这两种实际上相互矛盾的需求的情况下不断发展和进步。
6.上述的需求同样适用于在智能手机等中使用的带通滤波器，因此在逐渐趋于复杂的如5g等高频无线环境中，体声波(baw，bulk acoustic wave)滤波器或双工器(duplexer)要求更高水准的电力容差性能以及小型化性能。
7.通常，为了确保如上所述的电力容差性能而采用沿着长度方向配置更多数量的体声波(baw)谐振器的结构。在如上所述的情况下，因为谐振器的大小区域大型化而便于热量的释放，而且可以通过减小谐振器的整体耐热性而改善对电力的耐久性以及可靠性。
8.图8中对体声波(baw)元件的一种类型即现有的薄膜体声波谐振器(film bulk acoustic resonator，以下简称为“fbar”)封装进行了图示。
9.图8中的fbar芯片结构及封装，采用在硅基板10上形成fbar 20并利用第2基板30以及晶圆级封装(wlp，wafer level package)进行密封的结构。
10.在图8中，fbar包括下部电极(bottom electrode)、压电层(piezoelectric material)以及上部电极(top electrode)，在下部电极的下侧可以为了更加轻易地生成体声波而形成气穴，而在上部电极的上侧可以形成保护层(passivation)。图8中的第2基板可以是硅基板。
11.上述fbar中的各个上下部电极与内部电极焊盘40连接，上述内部电极焊盘通过贯通第2基板的导通孔50与外部连接焊盘60连接。上述外部连接焊盘的后部与信号线或接地线连接。在上述内部电极焊盘40中可以包括用于实现与第2基板的晶元级封装(wlp)焊接的焊接焊盘。
12.图9对用于在多个如图8所示的fbar被串并联连接的滤波器结构上改善电力容差性能的现有的方案进行了图示。
13.目前为了改善fbar的电力容差性能，采用如图9所示的将原来只连接一个的fbar在多个位置上增加至2个进行配置的方式。
14.但是，如图9所示的通过增加fbar而扩大散热面积的方案虽然可以达成所需要的电力容差性能，但是与装置小型化的目标却是背道而驰。
15.为此，本发明提供一种可以满足所需要的电力容差性能，且复合装置小型化目标的全新芯片结构的fbar封装。
16.先行技术文献
17.专利文献
18.(专利文献1)韩国公开专利公报第10-2004-0043055号(2004.05.22)
19.专利内容
20.本发明的目的在于提供一种与目前相比其电力容差性能得到改善的fbar芯片结构及封装。
21.本发明的另一目的在于提供一种可以同时满足电力容差性能以及封装小型化需求的fbar芯片结构及封装。
22.本发明的又一目的在于提供一种可以在全新结构的封装的制造过程中有效地使用现有的薄膜体声波谐振器结构的fbar芯片结构及封装。
23.本发明的又一目的在于提供一种可以在全新结构的封装的制造过程中直接使用现有的薄膜体声波谐振器制造工程以及装置的fbar芯片结构及封装。
24.本发明的技术课题并不限定于在上述内容中提及的技术课题，一般的技术人员将可以通过下述记载进一步明确理解未被提及的其他技术课题。
25.适用本发明之一实施例的电力容差性能得到改善的fbar芯片结构及封装，包括：第1基板，形成有包括下部电极、压电层以及上部电极的多个薄膜体声波谐振器，以及与上述下部电极或上部电极连接的第1焊接焊盘；以及，第2基板，包括贯通基板的多个导通孔，在上述各个导通孔两端的与上述第1基板相向的面上形成有第2焊接焊盘，而在不与上述第1基板相向的面上形成有多个外部连接焊盘；其中，上述第1基板与上述第2基板是通过上述第1焊接焊盘与上述第2焊接焊盘之间的焊接而相互焊接，上述下部电极中的一部分通过利用导电性物质填充的压电层导通孔与上述第1焊接焊盘连接，上述第2基板的上述多个导通孔包括通过上述外部连接焊盘与信号线或接地线连接的第1导通孔以及没有与信号线或接地线连接的第2导通孔。
26.上述第1导通孔可以利用导电性物质填充，而上述第2导通孔可以利用导热性比第1导通孔更高的物质填充。
27.上述第1导通孔以及上述第2导通孔可以利用相同的物质或不同的物质填充。
28.上述第1导通孔可以与上述压电层导通孔连接。
29.上述第1导通孔以及上述第2导通孔的直径可以互不相同，而上述第2导通孔的直径可以大于上述第1导通孔的直径。
30.上述第1导通孔以及上述第2导通孔的截面形状可以互不相同。
31.上述外部连接焊盘可以仅在上述第1导通孔上形成。
32.当在上述第2导通孔上形成外部连接焊盘时，上述第2导通孔的外部连接焊盘可以利用保护层进行覆盖。
33.上述多个薄膜体声波谐振器中的至少2个以上的上部电极可以通过电极连接部相互连接而形成为一体，上述第2导通孔在从上侧面图进行观察时可以形成于上述通过相互连接而形成为一体的上部电极之间。
34.在上述第1基板中，没有与上述第1焊接焊盘连接的2个以上的下部电极之间可以形成利用散热物质填充的散热器槽。
35.适用本发明之另一实施例的电力容差性能得到改善的fbar芯片结构及封装，包括：第1基板，形成有包括下部电极、压电层以及上部电极的多个薄膜体声波谐振器，以及与上述下部电极或上部电极连接的第1焊接焊盘；以及，第2基板，包括贯通基板的多个导通孔，在上述各个导通孔两端的与上述第1基板相向的面上形成有第2焊接焊盘，而在不与上述第1基板相向的面上形成有多个外部连接焊盘；其中，上述第1基板与上述第2基板是通过上述第1焊接焊盘与上述第2焊接焊盘之间的焊接而相互焊接，上述下部电极中的一部分通过利用导电性物质填充的压电层导通孔与上述第1焊接焊盘连接，上在上述第1基板中，没有与上述第1焊接焊盘连接的2个以上的下部电极之间可以形成利用散热物质填充的散热器槽。
36.在上述第1基板中，上述各个下部电极的下侧形成有气穴，上述散热器槽中的至少一部分可以在上述气穴之间形成。
37.上述2个以上的下部电极可以通过在电极之间进行连接的电极连接部相互连接而形成为一体，上述散热器槽中的至少一部分可以在上述电极连接部的下侧形成。
38.上述散热器槽中的至少一部分可以脱离上述电极连接部而向外侧进一步延长形成。
39.在上述散热器槽中，脱离电极连接部的区域的面积可以大于与上述电极连接部重叠的面积。
40.上述散热器槽可以是“t”字形状。
41.上述散热器槽的“t”字形状的头部部分的宽度可以相对较宽。
42.*通过本发明，可以提供一种与目前相比其电力容差性能得到改善的fbar芯片结构及封装。
43.此外，本发明可以同时满足fbar芯片结构及封装的电力容差性能以及封装小型化需求。
44.此外，本发明可以在全新结构的封装的制造过程中有效地使用现有的薄膜体声波谐振器结构。
45.此外，本发明可以在全新结构的封装的制造过程中直接使用现有的薄膜体声波谐振器制造工程以及装置。
46.本发明的效果并不限定于在上述内容中提及的效果，一般的技术人员将可以通过下述记载进一步明确理解未被提及的其他效果。
附图说明
47.图1对在多个fbar被串并联连接的滤波器结构上的适用本发明之实施例的电力容差性能改善方案进行了图示。
48.图2是适用本发明之第1实施例的fbar芯片结构及封装电力容差性能改善方案，是
在第2基板上形成导通孔型散热器的状态。
49.图3是对从第2基板的上侧面一侧观察适用本发明之第1实施例的fbar滤波器封装时的状态进行图示的示意图。
50.图4是适用本发明之第2实施例的fbar芯片结构及封装电力容差性能改善方案，是在第1基板上形成气穴型散热器的状态。
51.图5是对从第2基板的上侧面一侧观察适用本发明之第2实施例的包括气穴型散热器的fbar滤波器封装时的状态进行图示的示意图。
52.图6是对同时包括适用本发明的2个实施例的情况的结构进行图示的上侧面图，并对沿着上述上侧面图上的aa’线进行切割时的截面图进行了图示。
53.图7对与图6中的封装结构对应的回路图进行了图示。
54.图8对现有的薄膜体声波谐振器(film bulk acoustic resonator)封装进行了图示。
55.图9对现有的用于改善电力容差性能的方案进行了图示。
56.【符号说明】
57.10、100：第1基板
58.30、200：第2基板
59.20、110：薄膜体声波谐振器(fbar，film bulk acoustic resonator)
60.40：内部电极焊盘
61.50：导通孔
62.60、230：外部连接焊盘
63.111：下部电极
64.112：压电层
65.113：上部电极
66.114：气穴
67.115：电极连接部
68.120：第1焊接焊盘
69.130：压电层导通孔
70.140：封装密封坝
71.150：散热器槽
72.151：第1区域
73.152：第2区域
74.160：散热物质
75.210：导通孔
76.211：第1导通孔
77.212：第2导通孔(导通孔型散热器)
78.220：第2焊接焊盘
79.240：保护层
具体实施方式
80.接下来，将参阅附图对适用本发明的较佳实施例进行详细的说明。本发明的特征和优点及其实现手段，将可以通过参阅附图进行详细说明的后续的实施例得到进一步明确。但是，在下述内容中所记述的适用本发明的实施例进行示例性内容，本发明的范围并不因为所记述的实施例而受到限定。此外，各个实施例中的构成要素可以在没有明确的提及或相互之间没有冲突的情况下在实施例内或实施例之间以多种不同的组合实现。
81.此外，当记载为某个部分“包括”某个构成要素时，只是表明与其他构成要素无关地必须包括相应的构成要素，而不是表明排除其他构成要素被追加的可能性。
82.此外，在整个说明书中，当记载为某个部分与其他部分“连接”时，不仅包括“直接连接”的情况，还包括中间介有其他部件或元件的“间接连接”或“电气连接”的情况。
83.此外，在整个说明书中，当记载为各个层(薄膜)、区域、图案或结构体形成于基板、各个层(薄膜)、区域、焊盘或图案的“上方/上侧(on)”或“下方/下侧(under)”时，包括直接(directly)形成或中介有其他层的情况。各个层的上方/上侧或下方/下侧将以附图为基准进行说明。
84.此外，如“第1、第2”等表达只是为了对多个构成进行区分而使用的表达，并不是为了对构成之间的顺序或其他特征进行限定。
85.此外，附图中所图示的顺序图只是为了在实施本发明的过程中获得最佳的结果而进行示例性图示的顺序，还可以添加其他步骤或对一部分步骤进行删除。
86.图1对在多个fbar被串并联连接的滤波器结构上的适用本发明之实施例的电力容差性能改善方案进行了图示。
87.参阅图1，适用本发明的fbar滤波器的电力容差性能改善方案，不需要通过增加谐振器的数量而增加滤波器面积，而是可以在维持现有的fbar滤波器中的谐振器排列结构的状态下，为了更加有效地排放出内部的热量而在各个谐振器之间形成散热器。
88.适用本发明的散热器包括两种类型，接下来将依次对其进行说明。
89.图2是适用本发明之第1实施例的fbar芯片结构及封装电力容差性能改善方案，是在第2基板上形成导通孔型散热器的状态。
90.参阅图2，适用本发明的fbar芯片结构及封装包括第1基板100以及第2基板200。上述第1基板以及第2基板可以是硅基板。
91.在上述第1基板100上形成有分别包括下部电极111、压电层112以及上部电极113的多个fbar，还形成有用于对上述第1基板以及第2基板进行晶元级封装(wlp)焊接的第1焊接焊盘120。
92.上述多个上部电极113中的至少一部分可以与上述第1焊接焊盘连接，而上述多个下部电极111中的至少一部分可以通过利用导电性物质填充的压电层导通孔130与上述第1焊接焊盘120连接。
93.上述各个fbar还可以包括在下部电极111的下侧形成的气穴114。
94.上述第2基板200可以包括贯通基板形成的多个导通孔210。上述导通孔包括与信号线或接地线连接的第1导通孔211，以及没有与信号线或接地线连接的第2导通孔212。
95.上述第1导通孔211以及上述第2导通孔212可以是硅通孔(tsv，through silicon via)。
96.在上述贯通第2基板的导通孔的两端中与上述第1基板相向的一端形成有第2焊接焊盘220。
97.上述第2焊接焊盘220与上述第1基板的第1焊接焊盘120焊接。
98.在不与包括上述导通孔的第1基板100相向的另一端，形成有用于与信号线或接地线连接的外部连接焊盘230。
99.上述外部连接焊盘230可以在所有的导通孔上形成，也可以仅在第1导通孔211上形成。除了形成于第1导通孔211中的外部连接焊盘230之外的其他部分可以利用保护层240进行覆盖，而上述保护层240可以是阻焊剂(sr)。
100.在上述第1基板100以及第2基板200之间可以形成用于在封装的外侧对封装进行密封的封装密封坝140，而上述封装密封坝140也可以通过第2焊接焊盘220与上述第1焊接焊盘120焊接。
101.在如上所述的结构中，可以通过与上述外部连接焊盘230连接的信号线向fbar的电极输入外部射频(rf)信号并生成特定共振频率的体声波，而上述体声波可以通过多个fbar传递并通过与输出侧连接的外部连接焊盘230输出到外部。
102.适用本发明之实施例的如上所述的fbar滤波器封装结构与现有方式相比，其差异在于追加形成了目前所不具有的第2导通孔212。
103.适用本发明之一实施例的fbar滤波器封装结构中的电力容差性能改善方案，是通过使得在第1基板的谐振器之间生成的热量通过上述第2导通孔212轻易地排放到外部而提升fbar芯片结构及封装的电力容差性能。
104.上述第2导通孔212是在本发明中追加形成，但是并不需要为了形成第2导通孔而追加新的工程。
105.即，与本发明无关，目前也需要形成用于实现信号的输入输出的第1导通孔，因此只需要在形成上述第1导通孔的工程中同时在封装的特定位置上形成适用本发明的第2导通孔即可。
106.上述第2导通孔只起到散热功能，并不参与信号的输入输出。
107.图3是对从第2基板的上侧面一侧观察适用本发明之第1实施例的fbar滤波器封装时的状态进行图示的示意图。
108.参阅图3，适用本发明的第2导通孔(导通孔型散热器)位于多个谐振器上部电极通过电极连接部115相互连接的中间位置。上述电极连接部115可以为了对多个电极进行相互连接而利用与电极相同的材料在电极形成过程中与电极一起以一体型形成，可以将位于相同的层上的上部电极或下部电极相互连接。
109.上述第2导通孔的形状可以根据谐振器的配置或需要以多种不同的方式形成，在图3中对截面形状为矩形或圆形的第2导通孔212进行了图示。
110.此外，上述第2导通孔212可以以等于或小于第2导通孔211的大小形成，但是当以大于第1导通孔211的直径形成时，可以进一步改善散热效率。
111.适用本发明的导通孔型散热器可以在多个fbar之间形成，在如图3所示的结构中，可以在相互相邻的3个谐振器之间形成，从而使得在3个电极中生成的热量可以通过中央的第2导通孔(导通孔型散热器)快速地释放到外部。
112.在图3中对适用本发明的导通孔型散热器在通过电极连接部115相互连接的3个上
部电极之间形成的情况进行了图示，但是也可以在通过电极连接部115相互连接的下部电极之间(例如在图3的中央部相互连接的3个下部电极之间)形成。在如上所述的情况下，导通孔型散热器可以通过第1基板的压电层导通孔130连接到下部电极。
113.作为上述第2导通孔的填充物质，可以使用cu(铜)、mo(钼)、al(铝)、al_cu(铝铜合金)、au(金)、w(钨)中的一种，也可以利用导热性比上述第1导通孔优秀的物质对上述第2导通孔进行填充，但是为了提升工程方面的效率，可以使用与上述第1导通孔的填充物质相同的物质。
114.图4是适用本发明之第2实施例的fbar芯片结构及封装电力容差性能改善方案，是在第1基板上形成气穴型散热器的状态。
115.参阅图4，适用本发明之第2实施例的散热器，采用在气穴型的散热器槽150中填充散热物质160的构成。
116.上述散热器槽150可以在现有的fbar工程中形成位于下部电极的下侧的气穴114时在多个气穴114之间追加形成。
117.因为是在气穴114工程中一起形成而并不需要追加独立的工程，因此虽然属于全新芯片结构的fbar封装，但是并不会导致任何工程效率降低的问题。
118.通过利用导热性高的散热物质对上述散热器槽150进行填充，可以改善其散热性能。
119.作为填充到上述散热器槽150中的散热物质，可以使用cu(铜)、mo(钼)、al(铝)、al_cu(铝铜合金)、au(金)、w(钨)中的一种，也可以利用导热性比上述下部电极优秀的物质对上述散热器槽150进行填充，但是为了提升工程方面的效率，可以使用与上述下部电极相同的物质进行填充。
120.图5是对从第2基板的上侧面一侧观察适用本发明之第2实施例的包括气穴型散热器的fbar滤波器封装时的状态进行图示的示意图。
121.参阅图5，在上述第2基板中的相互相邻的3个下部电极一体型连接的电极连接部的下侧，形成有利用散热物质填充的t字形状的散热器槽150。
122.上述散热器槽150为t字形状的下侧部分，包括一部分区域与下部电极的电极连接部重叠的第1区域151以及t字形状的头部部分即第2区域152。
123.上述散热器槽150的一部分与上述电极连接部重叠，而散热器槽150的剩余的一部分脱离上述电极连接部并向外侧进一步延长形成，向外侧延长的未重叠区域的面积可以大于与上述电极连接部重叠的区域的面积。
124.上述散热器槽150的大小或形状也可以根据谐振器的配置或封装的容许大小以多种不同的方式形成，但是如图5所示，当将t字形的头部部分即第2区域152以较大的宽度形成时可以进一步提升其散热效率。
125.此外，在图5中是对以“t”字形状形成散热器槽的情况进行了图示，但是上述形态也可以以去除“t”字的一侧头部部分的
“┓”
字或
“┏”
字形状(以下简称为半“t”形状)形成。
126.此外，适用本发明之第2实施例的气穴型散热器可以与上述说明的适用第1实施例的导通孔型散热器一起形成，从而起到复合散热器的功能。
127.图6是对如上所述的同时包括适用本发明的2个实施例的情况的结构进行图示的上侧面图，并对沿着上述上侧面图上的aa’线进行切割时的截面图进行了图示。
128.在图6的下侧进行图示的截面图，与fbar封装被实际安装到主基板上的情况相同，其第1基板以及第2基板的位置被上下反转。
129.图7对与图6中的封装结构对应的回路图进行了图示。
130.如图6以及图7所示，同时包括适用本发明的2种类型的散热器实施例的封装结构，与只包括一种类型的散热器的情况相比可以呈现出更加优秀的散热性能。
131.如上所述，通过配备有适用本发明的散热器的fbar芯片结构及封装，可以在不采用增加fbar数量的现有方式的情况下，直接利用现有的工程形成多种不同的散热器，从而改善fbar芯片结构及封装的电力容差性能。
132.虽然在上述内容中对本发明进行了说明，但是具有本发明所属技术领域之一般知识的人员应该可以理解，本发明可以在维持其技术思想以及必要特征的情况下以其他不同的形态实施。
133.本发明的权利要求范围基本上可以通过权利要求书做出定义，但是从权利要求书的记载事项直接推导出的构成以及从与其等价的构成推导出的所有变更或变形形态也应该解释为包含在本发明的权利要求范围之内。