一种声表面波滤波器晶圆级封装结构及封装方法与流程

本发明涉及射频器件封装，具体涉及一种声表面波滤波器晶圆级封装结构及封装方法。

背景技术：

1、随着第五代移动通信技术的普及与射频前端模组的快速发展，声表面波（saw）滤波器凭借优异的频率选择特性、较小的器件体积与较低的插入损耗，已成为移动终端、通信基站等设备中不可或缺的核心射频器件。为适配终端电子产品小型化、薄型化与高集成度的发展方向，晶圆级封装（wlp）技术因可实现器件级密封保护、封装尺寸与芯片尺寸接近、适合批量制造等优势，已成为当前saw滤波器的主流封装技术方案。

2、现有主流的saw滤波器晶圆级封装普遍采用如图1所示的“支撑墙体+顶盖薄膜”的空腔结构，其典型制备工艺如下：首先在钽酸锂、铌酸锂等压电衬底1的功能表面，通过光刻与金属沉积工艺制备叉指换能器3（idt）及与之电连接的金属焊盘4；随后在晶圆表面涂覆或层压聚酰亚胺、光敏干膜等聚合物材料，经光刻显影后在idt区域的四周形成闭合的环形支撑墙体5；接着在支撑墙体的顶部键合或覆盖一层顶盖薄膜6，由环形支撑墙体5与顶盖薄膜6共同围合形成覆盖idt的密封空腔，以隔绝外界水汽、颗粒物对idt结构的污染与损伤；最后在顶盖薄膜6对应金属焊盘4的位置进行光刻开窗，并制备外接焊球9，完成晶圆级封装。

3、上述封装方案虽已实现产业化应用，但在实际生产与器件应用过程中仍存在多方面的技术短板。首先，聚合物支撑墙体的结构可靠性不足，墙体材料在高温固化、覆膜压合以及后续塑封等工艺环节中，易因受热软化、内部应力分布不均而发生塌陷、倾斜等形变，不仅会造成空腔高度均匀性下降，直接影响滤波器的频率响应特性与性能一致性，严重时还会导致顶盖薄膜直接接触idt电极，引发器件短路或声波传播受阻，造成器件功能失效。其次，封装工艺复杂度高，良率提升困难，为保证支撑墙体具备良好的高度一致性与侧壁垂直度，需对光刻、显影、固化等多道工序进行高精度管控，对设备性能与工艺控制能力要求严苛，微米级的墙体高度偏差即可能引发顶盖键合不牢、空腔气密性失效等问题，成为制约封装良率提升的核心瓶颈。再次，封装整体厚度偏大，无法充分满足薄型化需求，为形成满足声波传播条件的空腔，支撑墙体通常需达到20~50μm的高度，叠加顶盖薄膜的厚度后，封装总厚度较大，难以适配终端电子产品不断提升的薄型化设计要求。最后，封装制造成本较高，多步光刻、聚合物材料涂覆、顶盖键合等工序的存在，不仅延长了产品生产周期，也提升了设备投入与物料成本，不利于产品的规模化降本与市场竞争力提升。

技术实现思路

1、针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种声表面波滤波器晶圆级封装结构及封装方法。

2、为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：

3、提供一种声表面波滤波器晶圆级封装结构，包括压电衬底，压电衬底的顶面为功能面，且功能面上设置有凹槽；

4、凹槽的槽底设置有叉指换能器；

5、叉指换能器的非功能区顶面还设置有金属焊盘，且金属焊盘的顶面与压电衬底的顶面齐平；

6、功能面上设置有封装薄膜层；封装薄膜层开设有一个或多个植球开口；植球开口下方与金属焊盘的框架部分导通；当设置多个植球开口时，多个植球开口沿金属焊盘的框架周向均匀布设；

7、植球开口内设置有焊球，焊球与金属焊盘电连接。

8、进一步的，凹槽的深度为叉指换能器和金属焊盘的厚度和。

9、进一步的，封装薄膜层采用聚苯并恶唑薄膜、聚酰亚胺薄膜或环氧树脂薄膜。

10、进一步的，封装薄膜层的厚度为10μm~40μm。

11、本发明还提供一种上述的声表面波滤波器晶圆级封装结构的封装方法，采用如下具体步骤：

12、s1：取压电衬底，在压电衬底的功能面刻蚀形成与叉指换能器相适配的凹槽；

13、s2：通过金属沉积工艺在凹槽内成型叉指换能器与金属焊盘，叉指换能器与金属焊盘电连接；

14、s3：采用真空层压方式在压电衬底的功能面覆设封装薄膜层；

15、s4：通过光刻工艺在封装薄膜层上加工形成一个或多个植球开口，植球开口与金属焊盘的框架位置相对应；

16、s5：在植球开口内采用植球或者电镀方式制作焊球，焊球经由植球开口与金属焊盘形成电气连接，得到晶圆级封装结构。

17、6.根据权利要求5的封装方法，其特征在于，步骤s2和s3之间还包括步骤s25：对压电衬底的功能面进行化学机械抛光平坦化处理，使金属焊盘的上表面与压电衬底的功能面齐平。

18、本发明的有益效果为：

19、本发明通过“以槽代墙”的结构创新与齐平焊盘的工艺设计，突破了传统“墙体+顶盖”封装方案的技术局限，在结构可靠性、工艺良率、器件厚度与制造成本等方面均实现了显著提升。本发明摒弃了传统方案中独立设置的聚合物支撑墙体，直接在压电衬底上刻蚀形成凹槽，依靠凹槽的侧壁为封装薄膜层提供支撑，从根源上消除了聚合物墙体受热软化、应力不均导致的塌陷、倾斜等失效模式，大幅提升了封装结构的机械可靠性与工艺鲁棒性。

20、本发明省去了高精度支撑墙体制作与顶盖键合两道工艺难度大、良率敏感度高的工序，凹槽刻蚀可采用成熟稳定的mems半导体加工工艺实现，参数可控性强，且封装薄膜层可直接在平整的衬底表面进行层压，成膜均匀性优异，能够显著提升封装工艺的整体良率与器件性能的一致性。

21、在器件薄型化方面，本发明的密封空腔高度直接由凹槽深度决定，可精准控制在5~30μm范围内，叠加厚度仅10~40μm的封装薄膜层后，整体封装高度相比传统方案可降低30%以上，能够充分适配终端电子产品的薄型化发展趋势。此外，工艺步骤的精简有效减少了光刻、材料涂覆及键合设备的投入，缩短了产品生产制造周期，直接降低了物料成本与加工成本。

22、本发明最终形成的平整封装表面，还可简化晶圆级测试、晶圆切割及后续板级组装的工艺流程，同时为三维异质集成、芯片垂直堆叠等先进封装技术的应用提供了良好的结构基础，有利于进一步提升器件的系统集成度。

1.一种声表面波滤波器晶圆级封装结构，其特征在于，所述晶圆级封装结构包括压电衬底，所述压电衬底的顶面为功能面，且功能面上设置有凹槽；

2.根据权利要求1所述的声表面波滤波器晶圆级封装结构，其特征在于，所述凹槽的深度为叉指换能器和金属焊盘的厚度和。

3.根据权利要求1所述的声表面波滤波器晶圆级封装结构，其特征在于，所述封装薄膜层采用聚苯并恶唑薄膜、聚酰亚胺薄膜或环氧树脂薄膜。

4.根据权利要求2所述的声表面波滤波器晶圆级封装结构，其特征在于，所述封装薄膜层的厚度为10μm~40μm。

5.一种权利要求1~4任一所述的声表面波滤波器晶圆级封装结构的封装方法，其特征在于，采用如下具体步骤：

6.根据权利要求5所述的封装方法，其特征在于，所述步骤s2和s3之间还包括步骤s25：对压电衬底的功能面进行化学机械抛光平坦化处理，使所述金属焊盘的上表面与压电衬底的功能面齐平。