专利名称：一种强化气密性的振子装置晶圆级封装结构的制作方法
技术领域：
一种强化气密性的振子装置晶圆级封装结构技术领域[0001]本实用新型涉及振子装置领域，特别是涉及一种强化气密性的振子装置晶圆级封 装结构。
背景技术：
[0002]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。[0003]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」(PackageMructure for aPiezoelectric 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(lockage)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。[0004]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Beam 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。[0005]又如美国专利公告第7098580号专禾丨』「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 对较高。[0006]而美国专利公告第7608986号专禾丨』「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。[0007]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[0008]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种强化气密性的振子装置晶圆级封装 结构，藉由封装环槽的设计，除了可辅助对位外，同时具有金属接合与阳级氧化接合区域之多种接合，加强封装时之强度与气密性，并增加产品之可靠度，同时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热应力问题。[0009]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种强化气密性的振子装 置晶圆级封装结构，包括振子单元、上盖、基座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；所述的基座上表面的邻近边缘处开有封装环槽；所述的封装环槽内设有 基座封装环；所述的上盖下表面设有与所述的封装环槽相互对应的上盖封装环；所述的上 盖封装环与所述的基座封装环接合，使得所述的上盖位于所述的基座上，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。[0010]所述的振子单元为石英晶体振子或机械共振型式振子。[0011]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。[0012]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；所述的上盖封装环由金属、或有机聚合物、或氧化物材质制 成；所述的基座封装环由金属、或有机聚合物、或氧化物材质制成。[0013]所述的上盖和基座选用相同的材质。[0014]所述的导电凸块为导电胶材或金属凸块。[0015]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。[0016]所述的导电通孔由硅导通技术予以成型。[0017]所述的上盖下表面中央开有凹槽，所述的基座上表面平坦，或所述的上盖下表面 平坦，所述的基座上表面中央开有凹槽。[0018]所述的基座和上盖边缘密合并切齐。[0019]有益效果[0020]由于采用了上述的技术方案，本实用新型与现有技术相比，具有以下的优点和积 极效果本实用新型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。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，封装环槽与上盖封装环实行凹凸 辅助定位，增加封装时定位的可靠度，并且基座的封装环槽在封装过程中，不会因为液态状 的封装环材质而产生溢流问题。另外，通过上盖、基座、上盖封装环与基座封装环等多重接 合区域，加强封装时的强度与气密性，并增加产品的可靠度。上盖封装环与基座封装环接合 后，上盖与基座的边缘密合并切齐，构成完整的平面，减少了污染物的堆积。
[0021]图1是本实用新型第一实施例的强化气密性的振子装置晶圆级封装结构示意图；[0022]图2是本实用新型第一实施例中上下电极示意图；[0023]图3是图1上盖和基座解体图；[0024]图4是本实用新型第二实施例的强化气密性的振子装置晶圆级封装结构示意图；[0025]图5是本实用新型第二实施例中上下电极示意图；[0026]图6是本实用新型第一实施例中凹槽变化实施态样的示意图；[0027]图7是本实用新型第二实施例中凹槽变化实施态样的示意图。
具体实施方式
[0028]下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本 实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容 之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，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。[0029]图1所示的是本实用新型第一实施例的强化气密性的振子装置晶圆级封装结构。 该强化气密性的振子装置晶圆级封装结构振子单元20、上盖10、基座40、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的上表面和下表面分别具有上表面 电极21和下表面电极22，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和下表面电极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。[0030]如图3所示，振子单元20配置在基座40上，基座40上表面邻近边缘处开有封装 环槽30，封装环槽30内具有基座封装环32，上盖10的下表面具有与封装环槽30相互对应 的上盖封装环31。上盖封装环31和基座封装环32均可由铜、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。若上盖封装环31以及基座封装环32均为金属材质 时，并且上盖10和基座40都可导电，则在上盖封装环31与基座封装环32之间必须有一层 绝缘物，以避免上盖10和基座40发生导通的情形。通过封装环槽30与上盖封装环31的 设计，提供了基座40与上盖10的辅助对位，将上盖封装环31置入封装环槽30内，并与基 座封装环32相互接合，使得上盖10位于基座40的上方，上盖10下表面的凹槽11恰好用 于容设振子单元20，提供振子装置的封装。故上盖10和基座40通过封装环槽30、上盖封 装环31和基座封装环32将振子单元20气密封装，其内部环境为真空状态或充填氮气。上 盖10的可为硅、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。[0031 ] 在上盖封装环31与基座封装环32相互接合后，可将上盖10和基座40的边缘密合 并切齐，从而构成完整的平面，减少了污染物的堆积。当上盖封装环31与基座封装环32为 铜、锡、金、银、铟及上述金属的合金时，可通过金属熔接接合或热压接合的方式予以成型； 当上盖封装环31与基座封装环32为有机聚合物时，则可利用胶合技术达成封装；当上盖封 装环31与基座封装环32为二氧化硅等氧化性材质时，则可利用阳极接合技术达成封装。同 时，上盖封装环31与基座封装环32接合时，基座40与上盖10的接触面也同时予以接合， 当基座40与上盖10为硅、石英或玻璃等材质时，可通过阳极接合技术予以接合；当基座40 与上盖10为硅氧化物等材质时，可通过氧化接合技术予以接合；当基座40为陶瓷材料，而 上盖10为金属材料时，则可通过金属熔接技术来接合完成封装。因此，该封装结构通过上盖10、基座40、上盖封装环31与基座封装环32等多重接合区域，加强封装时的强度与气密 性，并增加产品的可靠度。再者，若是基座封装环32选择低熔点的金属时，与上盖封装环31 作熔接时，可产生熔融包覆接合效果或金属共晶接合，进而增加封装强度与气密性。[0032]导电通孔50垂直贯穿基座40，其材质可以是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。[0033]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4所示的是本实用新型强化气密性的振子装置晶圆级 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5所示的是第二实施例振子单元上、下表面电极示意图。[0034]相同地，上盖10下表面凹槽11的设计，是为了容设振子单元20，故也可将基座40 上表面设计为具有凹槽42的形状，而上盖10下表面设计为平坦，也可达到相同之效果，如 图6和图7所示，分别对应于第一实施例和第二实施例的凹槽变化态样。[0035]不难发现，本实用新型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。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，封装环槽与上盖封装环 实行凹凸辅助定位，增加封装时定位的可靠度，并且基座的封装环槽在封装过程中，不会因 为液态状的封装环材质而产生溢流问题。另外，通过上盖、基座、上盖封装环与基座封装环 等多重接合区域，加强封装时的强度与气密性，并增加产品的可靠度。上盖封装环与基座封 装环接合后，上盖与基座的边缘密合并切齐，构成完整的平面，减少了污染物的堆积。
权利要求1.一种强化气密性的振子装置晶圆级封装结构，包括振子单元(20)、上盖(10)、基座 (40)和至少一个导电通孔(50)，其特征在于，所述的振子单元00)设置在所述的基座GO) 上；所述的基座GO)上表面的邻近边缘处开有封装环槽(30)；所述的封装环槽(30)内设 有基座封装环(3 ；所述的上盖(10)下表面设有与所述的封装环槽(30)相互对应的上 盖封装环(31)；所述的上盖封装环(31)与所述的基座封装环(3 接合，使得所述的上盖 (10)位于所述的基座GO)上，罩设于所述的振子单元O0)外，并将所述的振子单元O0) 予以封装；所述的导电通孔(50)垂直贯穿所述的基座GO)；所述的振子单元O0)上表面 具有上表面电极，下表面具有下表面电极0 ；所述的上表面电极和下表面电极 (22)分别通过导电凸块03)与所述的导电通孔(50)上端电性连接；所述的基座GO)底 部设有基座金属焊垫Gl)；所述的基座金属焊垫Gl)与所述的导电通孔(50)下端电性连 接。
2.根据权利要求1所述的强化气密性的振子装置晶圆级封装结构，其特征在于，所述 的振子单元OO)为石英晶体振子或机械共振型式振子。
3.根据权利要求2所述的强化气密性的振子装置晶圆级封装结构，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所述的强化气密性的振子装置晶圆级封装结构，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GO)由硅、或玻 璃、或石英、或陶瓷材料制成；所述的上盖封装环(31)由金属、或有机聚合物、或氧化物材 质制成；所述的基座封装环(3 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所述的强化气密性的振子装置晶圆级封装结构，其特征在于，所述 的上盖(10)和基座GO)选用相同的材质。
6.根据权利要求1所述的强化气密性的振子装置晶圆级封装结构，其特征在于，所述 的导电凸块03)为导电胶材或金属凸块。
7.根据权利要求1所述的强化气密性的振子装置晶圆级封装结构，其特征在于，所述 的上表面电极和下表面电极0 设置在所述的振子单元OO)的相同侧或相对侧。
8.根据权利要求1所述的强化气密性的振子装置晶圆级封装结构，其特征在于，所述 的导电通孔(50)由硅导通技术予以成型。
9.根据权利要求1所述的强化气密性的振子装置晶圆级封装结构，其特征在于，所述 的上盖(10)下表面中央开有凹槽，所述的基座GO)上表面平坦，或所述的上盖(10)下表 面平坦，所述的基座GO)上表面中央开有凹槽。
10.根据权利要求1所述的强化气密性的振子装置晶圆级封装结构，其特征在于，所述 的基座GO)和上盖(10)边缘密合并切齐。
专利摘要本实用新型涉及一种强化气密性的振子装置晶圆级封装结构，包括振子单元、上盖、基座和至少一个导电通孔，振子单元设置在基座上；基座上表面的邻近边缘处开有封装环槽；封装环槽内设有基座封装环；上盖下表面设有与封装环槽相互对应的上盖封装环；上盖封装环与基座封装环接合，使得上盖位于基座上，罩设于振子单元外，并将振子单元予以封装；导电通孔垂直贯穿基座；振子单元上、下表面分别具有与导电通孔上端电性连接的上表面电极和下表面电极；基座底部设有与导电通孔下端电性连接的基座金属焊垫。本实用新型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H03H9/19GK201821326SQ201020565469
公开日2011年5月4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