专利名称：一种改良式振子晶圆级封装结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及振子装置领域，特别是涉及一种应用在手机、笔记本电脑、汽车电 子等各种电子产品的改良式振子晶圆级封装结构。
背景技术：
石英组件具有稳定的压电特性，能够提供精准且宽广的参考频率、频率控制、 定时功能与过滤噪声等功能，此外，石英组件也能做为运动及压力等传感器，以及重要 的光学组件；因此，对于电子产品而言，石英组件扮演着举足轻重的地位。而针对石英振子晶体的封装，之前提出了许多种方案，譬如美国专利公告第 5030875号专利「牺牲式石英晶体支撑架」(Sacrificial Quartz-crystal Mount)，属于早 期金属盖体(Metal Cap)的封装方式，其整体封装结构复杂、体积无法缩小。美国专利 公告第6545392号专利「压电共振器之封装结构」(PackageStructure for a Piezoelectric Resonator),主要采用陶瓷封装体来封装石英音叉振子，并改良陶瓷基座(Package)与上 盖(Lid)的结构，使得石英音叉振子具有较佳的抗震性，然而，该封装体成本高且尺寸无 法进一步降低。美国专利公告第6531807号专利「压电装置」(Piezoelectric Device)，主要针
对在不同区域之陶瓷基座进行石英振子与振荡电路芯片之封装，并利用陶瓷基座上之 导线做电气连接，同时振荡电路芯片以树脂封装，石英振子则以上盖做焊接封装(Seam Welding)；然而，由于两芯片各放在不同区块，且以陶瓷基座为封装体，因此使得面积 加大且制作成本居高不下。又如美国专利公告第7098580号专利「压电振荡器」(Piezoelectric Oscillator)，
主要将石英芯片与集成电路分别以陶瓷封装体封装后，再进行电气连接的动作，虽可有 效缩小面积问题，但整体体积仍无法有效降低，同时该封装方式之制作成本也相对较
尚O而美国专利公告第7608986号专利「石英晶体振荡器」(Quartz Crystal Resonator),主要为晶圆级封装形式，其主要将玻璃材质(Blue Plate Glass)之上盖与下基
座，与石英芯片藉由阳极接合完成一三明治结构。然而，此一三明治结构由于基材与石 英之热膨胀系数不同，因此当温度变化时会造成内部石英芯片产生热应力，使得频率随 温度而产生偏移现象。因此，需要特别选择石英芯片之切角与上盖和下基座材料的热膨 胀系数，才有办法克服此困难点，然而在制作上和成本上都比较费工。上述的现有技术，都无法跳脱目前采用陶瓷基座封装的窘境，不仅产品成本高 且货源不稳定，且三明治状的封装结构所导致的热应力问题，仍旧无法有效予以解决。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种改良式振子晶圆级封装结构，跳脱目前 采用陶瓷基座封装的窘境，产品成本降低且货源稳定，并改善三明治封装结构所导致的
3热应力问题。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种改良式振子晶圆级封装 结构，包括振子单元、上盖、基座、封装环和至少一个导电通孔，所述的振子单元设置 在所述的基座上；所述的封装环设置在所述的基座的外缘，并与基座外缘相互平齐；所 述的上盖设置在所述的封装环上，罩设于所述的振子单元外，并将所述的振子单元予以 封装；所述的上盖外缘与封装环相互平齐；所述的导电通孔垂直贯穿所述的基座；所述 的振子单元上表面具有上表面电极，下表面具有下表面电极；所述的上表面电极和下表 面电极分别通过导电凸块与所述的导电通孔上端电性连接；所述的基座底部设有基座金 属焊垫；所述的基座金属焊垫与所述的导电通孔下端电性连接。所述的振子单元为石英晶体振子或机械共振型式振子。所述的石英晶体振子为温度稳定切角石英晶体振子或音叉型石英晶体振子。所述的上盖由硅、或玻璃、或石英、或陶瓷、或金属材料制成；所述的基座由 硅、或玻璃、或石英、或陶瓷材料制成；所述的封装环由金属、或有机聚合物、或氧化 物材质制成。所述的上盖和基座采用相同的材质制成。所述的导电凸块为导电胶材或金属凸块。所述的上表面电极和下表面电极设置在所述的振子单元的相同侧或相对侧。所述的导电通孔位于封装环下方或导电凸块下方，并由硅导通技术予以成型。所述的上盖下表面具有一凹槽；所述的凹槽边缘与所述的封装环的内缘切齐。所述的基座上表面具有一凹槽；所述的凹槽边缘与所述的封装环的内缘切齐。有益效果由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极 效果本发明通过垂直贯穿基座的导电通孔，来使振子单元与基座底部的基座金属焊垫 形成电性连接，因此，跳脱目前采用陶瓷基座封装的窘境(包括产品成本高且货源不稳 定等)，并改善三明治封装结构所导致的热应力问题。通过晶圆接合技术可批次生产石英 晶体振子，减少人力与生产时间，降低生产成本。同时，封装环的外缘与上盖和基座的 外缘切齐，而构成完整无沟槽的平面，以减少污染物的堆积，封装环的内缘与上盖的凹 槽的边缘切齐，可增加封装环的面积，提高接合强度与密封效果。
图1是本发明第--实施例的改良式振子晶圆级封装结构示意图2是本发明第--实施例中振子单元上下电极示意图3是本发明第二二实施例的改良式振子晶圆级封装结构示意图4是本发明第二二实施例中振子单元上下电极示意图5是本发明第--实施例中凹槽变化实施态样的示意图6是本发明第二二实施例中凹槽变化实施态样的示意图7是本发明第三三实施例的改良式振子晶圆级封装结构示意图8是本发明第三Ξ实施例中振子单元上、下电极与封装环走线的示意图。
具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本 发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领 域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要 求书所限定的范围。图1所示的是本发明第一实施例的改良式振子晶圆级封装结构。该改良式振子 晶圆级封装结构包含有振子单元20、上盖10、基座40、封装环30以及导电通孔50。振 子单元20为石英晶体振子或机械共振型式振子，其中，石英晶体振子可以是温度稳定切 角石英晶体振子或音叉型石英晶体振子。振子单元20的上、下表面分别具有上表面电极 21与下表面电极22(如图2)，由此激振振子单元20，通过导电凸块23电性连接至基座 40底部的基座金属焊垫41。上表面电极21与下表面电极22分别位于振子单元20的相 对侧，导电凸块23可以是导电胶材或金属凸块，其中导电胶材可通过银粉颗粒与树脂组 成得到；金属凸块可由金、铜、锡、银、铟或其合金之一制成。振子单元20配置在基座40上，而基座40外缘设置有封装环30，此封装环30可 由铜、锡、金、银、铟及上述金属的合金、有机聚合物、氧化物等材质构成。由封装环 30和上盖10作为封装设置，且上盖10具有凹槽11来容设振子单元20。故上盖10、基 座40通过封装环30，可将振子单元20作气密封装，其内部环境可为真空或是充填氮气。 上盖10的材质可为硅、玻璃、石英、陶瓷、金属材料等，基座40的材质同样可为硅、玻 璃、石英、陶瓷等非导电材料，再者，若将其两者(上盖10与基座40)选用相同材质， 可进一步防止热应力的问题。封装环30的外缘与上盖10和基座40切齐，从而构成完整无沟槽的平面，以减 少污染物的堆积。封装环30的内缘与上盖10的凹槽11的边缘切齐，可增加封装环30 的面积，提高接合强度与密封效果。导电通孔50垂直贯穿基座40，其材质可以是金属导电材质，譬如铜、钨、铝、 银、金及上述金属之合金等，也可以是多晶硅或是导电高分子，只要能导电均可，并且 利用硅导通孔技术予以成型。导电通孔50上端电性连接于振子单元20的上表面电极21 与下表面电极22，下端与基座金属焊垫41电性连接，使得上表面电极21和下表面电极 22能够与基座金属焊垫41电性连接，使振子单元20可与外部做电性连接，提供电能与讯 号输入与输出。其中封装环30是经由图形化后而形成在上盖10上，在使用蚀刻液形成凹槽11 时，封装环30可用来当作蚀刻液的屏蔽，并进一步利用封装环30进行封装，以更进一步 简化制作流程，并降低制作成本。当封装环30为铜、锡、金、银、铟及上述金属的合金 时，可由金属融接结合的方式予以封装；当封装环30为有机聚合物时，则可利用胶合技 术达成封装；当封装环30为二氧化硅等氧化性材质时，则可利用阳极氧化接合技术达成 封装。另一方面，除了上述上表面电极21与下表面电极22位于振子单元20的相对侧 外，也可将其设计为位于相同侧。图3所示的是本发明改良式振子晶圆级封装结构第二 实施例的示意图；从图中可知上表面电极21与下表面电极22位于振子单元20的相同 侧，图4所示的是第二实施例振子单元上、下表面电极示意图。
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相同地，上盖10的凹槽11的设计，乃是为了容设振子单元20，故也可将基座 40设计为具有凹槽42的形状，而上盖10设计为平坦，也可达到相同的效果，如图5和 图6所示，分别对应于第一实施例和第二实施例之凹槽变化态样；此时，封装环30的内 缘则与基座40的凹槽42的边缘切齐，同样，在基座40上蚀刻凹槽时，封装环30也可作 为蚀刻液的屏蔽。图7所示的是本发明第三实施例的改良式振子晶圆级封装结构示意图。上述实 施例中，导电通孔50设计垂直贯穿于基座40，并位于振子单元20的导电凸块23下方； 而本实施例中，将导电通孔50设计成位于封装环30下方，因导电通孔50乃是由硅导通 孔技术来形成，而硅导通孔为影响内部气密性的因素之一，因此，本实施例中，通过走 线的方式将导电通孔50开设于封装环30之下方，如图8所示。当进行封装制程时，影响 封装气密性的因素，仅剩下封装环30接合的好坏，内部封装气体不会经由硅导通孔走线 而与外界产生交换。因此，整体封装结构的气密性将更容易获得控制。当然，凹槽11、 上表面电极21与下表面电极22的相对位置也可如第一实施例和第二实施例进行变化。不难发现，本发明通过垂直贯穿基座的导电通孔，来使振子单元与基座底部的 基座金属焊垫形成电性连接，因此，跳脱目前采用陶瓷基座封装的窘境(包括产品成本 高且货源不稳定等)，并改善三明治封装结构所导致之热应力问题。藉由晶圆接合技术可 批次生产石英晶体振子，减少人力与生产时间，降低生产成本。同时，封装环的外缘与 上盖、基座切齐，从而构成完整无沟槽的平面，以减少污染物的堆积，封装环的内缘与 上盖或基座的凹槽边缘切齐，可增加封装环的面积，提高接合强度与密封效果。
权利要求
1.一种改良式振子晶圆级封装结构，包括振子单元(20)、上盖(10)、基座(40)、封 装环(30)和至少一个导电通孔(50)，其特征在于，所述的振子单元(20)设置在所述的基 座(40)上；所述的封装环(30)设置在所述的基座(40)的外缘，并与基座(40)外缘相互 平齐；所述的上盖(10)设置在所述的封装环(30)上，罩设于所述的振子单元(20)夕卜， 并将所述的振子单元(20)予以封装；所述的上盖(10)外缘与封装环(30)相互平齐；所 述的导电通孔(50)垂直贯穿所述的基座(40)；所述的振子单元(20)上表面具有上表面 电极(21)，下表面具有下表面电极(22)；所述的上表面电极(21)和下表面电极(22)分 别通过导电凸块(23)与所述的导电通孔(50)上端电性连接；所述的基座(40)底部设有 基座金属焊垫(41)；所述的基座金属焊垫(41)与所述的导电通孔(50)下端电性连接。
2.根据权利要求1所述的改良式振子晶圆级封装结构，其特征在于，所述的振子单元 (20)为石英晶体振子或机械共振型式振子。
3.根据权利要求2所述的改良式振子晶圆级封装结构，其特征在于，所述的石英晶体 振子为温度稳定切角石英晶体振子或音叉型石英晶体振子。
4.根据权利要求1所述的改良式振子晶圆级封装结构，其特征在于，所述的上盖 (10)由硅、或玻璃、或石英、或陶瓷、或金属材料制成；所述的基座(40)由硅、或玻 璃、或石英、或陶瓷材料制成；所述的封装环(30)由金属、或有机聚合物、或氧化物材 质制成。
5.根据权利要求4所述的改良式振子晶圆级封装结构，其特征在于，所述的上盖 (10)和基座(40)采用相同的材质制成。
6.根据权利要求1所述的改良式振子晶圆级封装结构，其特征在于，所述的导电凸块 (23)为导电胶材或金属凸块。
7.根据权利要求1所述的改良式振子晶圆级封装结构，其特征在于，所述的上表面电 极(21)和下表面电极(22)设置在所述的振子单元(20)的相同侧或相对侧。
8.根据权利要求1所述的改良式振子晶圆级封装结构，其特征在于，所述的导电通孔 (50)位于封装环(30)下方或导电凸块(23)下方，并由硅导通技术予以成型。
9.根据权利要求1所述的改良式振子晶圆级封装结构，其特征在于，所述的上盖 (10)下表面具有一凹槽；所述的凹槽边缘与所述的封装环(30)的内缘切齐。
10.根据权利要求1所述的改良式振子晶圆级封装结构，其特征在于，所述的基座 (40)上表面具有一凹槽；所述的凹槽边缘与所述的封装环(30)的内缘切齐。
全文摘要
本发明涉及一种改良式振子晶圆级封装结构，包括振子单元、上盖、基座、封装环和至少一个导电通孔，振子单元设置在基座上；封装环设置在基座的外缘，并与基座外缘相互平齐；上盖设置在封装环上，罩设于振子单元外，并将振子单元予以封装；上盖外缘与封装环相互平齐；导电通孔垂直贯穿基座；振子单元上表面具有上表面电极，下表面具有下表面电极；上表面电极和下表面电极分别通过导电凸块与导电通孔上端电性连接；基座底部设有基座金属焊垫；基座金属焊垫与导电通孔下端电性连接。本发明跳脱目前采用陶瓷基座封装的窘境，并改善三明治封装结构所导致的热应力问题。
文档编号H03H9/19GK102013880SQ20101051018
公开日2011年4月13日 申请日期2010年10月18日 优先权日2010年10月18日
发明者沈俊男, 蓝文安, 赵岷江, 黄国瑞 申请人:台晶(宁波)电子有限公司