一种谐振器封装系统的制作方法

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种谐振器封装系统。

背景技术：

谐振器可以用于各种电子应用中实施信号处理功能，例如，在无线通讯装置中将射频及微波频率谐振器用作滤波器以改进信号的接受及发射。

电子组件的小型化是目前电子设备的一个发展趋势，但是谐振器组件整体的小型化发展出现较大的障碍，由于需要减小整体组件的大小，出现了一些基于电压效应的谐振器，例如，体声波谐振器(baw)，baw通常存在两种类型：薄膜体声谐振器(fbar)和固态安装式谐振器(smr)。

在体声波谐振器(baw)装置中，保持装置与其周围环境的隔离是非常重要的，比如，如果谐振器与其封装结构中的包覆膜等化合物接触会严重影响谐振器的功能，因此，目前出现了许多价格昂贵、结构复杂、封装效果不理想的谐振器封装结构。

技术实现要素：

针对现有上述问题，本发明提供一种振器封装系统。

为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：

一种谐振器封装系统，包括谐振器和所述谐振器的封装结构；

所述谐振器包括：衬底和多层结构，其中在所述衬底和所述多层结构之间形成有腔体，所述腔体包括位于所述衬底上表面之下的下半腔体和超出所述衬底上表面并向所述多层结构突出的上半腔体；

所述封装结构包括：

第一衬底，用于将谐振器安装在其上表面，所述第一衬底与所述谐振器之间设有空腔；

第二衬底，设置于所述第一衬底的上方；

若干柱，其在所述谐振器的表面与所述第二衬底的相对表面之间延伸，用于提供所述谐振器与所述第二衬底之间的分离；

聚合物层，邻近设置于所述若干柱的每一面上，使得由所述聚合物及所述若干柱在所述第一与第二衬底之间形成腔；

以及包封层，设置于所述第一及第二衬底上方，并包围所述若干柱的柱壁及所述聚合物层。

可选的，所述下半腔体由底壁和第一侧壁围成，所述底壁整体与所述衬底表面平行，所述第一侧壁为圆滑曲面；所述上半腔体由所述多层结构的下侧面围成，所述多层结构与所述上半腔体对应的部分包括顶壁和第二侧壁，所述第二侧壁为圆滑曲面。

可选的，所述多层结构由下至上依次包括第一电极层、第一压电层、第二电极层、第二压电层和第三电极层，且所述第一压电层、第二电极层、第二压电层或第三电极层中设置有桥部，设置桥部的层数为1或2。

可选的，所述桥部包括具有声阻抗的填充材料，且所述填充材料包括不可蚀刻硅硼酸盐玻璃。

可选的，所述空腔形状与所述谐振器中的腔体形状类似，且所述空腔的上表面和下表面与第一衬底表面平行。

可选的，所述第一衬底包括第一装置衬底和第二装置衬底，且所述第一装置衬底包括第一空腔以及设置在所述第一空腔上方的第一谐振器，所述第二装置衬底包括第二空腔以及设置在所述第二空腔上方的第二谐振器。

可选的，所述第一谐振器和所述第二谐振器的数量均大于或等于1。

可选的，所述第二衬底包括印刷电路板。

可选的，所述印刷电路板与第一衬底相对设置，且所述印刷电路板包括叠加在一起的4个组成层。

可选的，所述印刷电路板的组成层中设有第一电连结构、第二电连结构和第三电连结构，三个电连结构分别通过第一柱、第二柱、第三柱和第四柱与各个谐振器电连接，且第一电连结构另一端与第一结合垫连接，第二电连结构另一端与第二结合垫连接，第三电连结构另一端均与第三结合垫连接，通过第一结合垫和第二结合垫将该谐振器封装系统连接到其它电路。

可选的，所述若干柱的每一面都包括金属或金属合金。

可选的，所述谐振器为薄膜体声谐振器。

相对于现有技术，本发明提供的谐振器封装系统具有以下优势：本发明实施例，通过设置具有下半腔体和上半腔体的腔体，且下半腔体整体位于衬底上表面之下，上半腔体整体位于衬底上表面之上，从而形成一种新型的谐振器结构，且具有较好的性能。该谐振器与封装结构结合，一方面可避免当声谐振器在收到施加的变电厂的激励时产生可以沿着所有可能的侧向传播声波以及高阶谐波混频产物，降低能量损耗；另一方面，为使该结构的谐振器在微小电子结构中保证较好的性能，在系统封装结构中第一衬底和第二衬底之间设置支撑壁，支撑壁可在第一衬底和第二衬底之间形成隔离腔，使体声波谐振器设置在隔离腔内，具有较强的密封隔离效果，并隔绝与外部包封结构用膜制化合物接触，防止谐振器因隔绝效果差而的性能降低，形成一种新的谐振器封装结构，且具有较好使用的性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的谐振器未封装的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的未沉积包封层的谐振器封装系统结构示意图；

图3是本发明实施例提供的沉积包封层之后的谐振器封装系统结构示意图；

图4是本发明实施例谐振器封装系统中谐振器的结构示意图；

图5是本发明实施例谐振器封装系统中包括带有填充材料的第一桥部和第二桥部的谐振器的结构示意图；

图6是本发明实施例谐振器封装系统中包括带有未填充的第一桥部和第二桥部的谐振器的结构示意图；

图7是本发明实施例谐振器封装系统中包括带有未填充的第一桥部和带有填充材料的第二桥部的谐振器的结构示意图；

图8是本发明实施例谐振器封装系统中包括带有填充材料的单一桥部谐振器的结构示意图；

图9是本发明实施例谐振器封装系统中包括带有未填充的单一桥部的谐振器的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1，本发明一实施例提供了一种谐振器封装系统100，包括谐振器和所述谐振器的封装结构。

封装结构包括第一装置衬底101及第二装置衬底102。第一装置衬底101包括形成于第一装置衬底101中的第一空腔104以及第一空腔104上方的第一谐振器103。第二装置衬底102包括形成于第二装置衬底702中的第二空腔106以及第二空腔106上方的第二谐振器105。如所属领域的技术人员所了解，第一谐振器103及第二谐振器105可以为fbar。

第二装置衬底包括印刷电路板(pcb)107，印刷电路板(pcb)107与第一装置衬底101相对设置。所述印刷电路板包括叠加在一起的4个组成层108、109、110和111。组成层的材质可根据谐振器应用的电路进行选择，可为fr4、环氧树脂玻璃或teflonpcb。

若干柱，在所述谐振器的表面与所述印刷电路板(pcb)107的相对表面之间延伸，用于提供所述谐振器与所述印刷电路板(pcb)107间的分离的，包括第一柱114、第二柱115、第三柱116和第四柱117。

在第一装置衬底101与pcb108之间，第一柱114、第二柱115、第三柱116、第四柱117与聚合物层分离形成第一区域112和第二区域113。如所属领域的技术人员所了解，第一区域112及第二区域313给第一谐振器103及第二谐振器105提供其恰当机械振荡所需的“顶侧”腔。一般来说，如下文所描述，密封壁由圆周围绕第一谐振器103及第二谐振器105以及其伴随电路的第一柱114、第二柱115、第三柱116、第四柱117及聚合物形成。

pcb707中的第一电连接结构119、第二电连接结构120及第三电连接结构121的一端通过第一柱114、第二柱115、第三柱116和第四柱117与第一谐振器103及第二谐振器105进行电连接。且第一电连接结构119的另一端与第一结合垫122电接触，第二电连接结构120的另一端与第二结合垫123电接触，第三电连接结构121的另一端与第三结合垫724电接触。通过第一结合垫122到第三结合垫124将该谐振器封装系统连接到其它电路。

第一柱114、第二柱115、第三柱116和第四柱117还用于维持第一装置衬底101及第二装置衬底102与pcb107之间的分离时提供机械支撑。

参见图2，聚合物127围绕第一装置衬底101及第二装置衬底102中的相应周界的图案将聚合物127施配于pcb707上方且使其固化。聚合物127可选为环氧树脂材料、硅酮或聚酰亚胺。第一柱114到第四柱117测量的聚合物127的宽度取决于聚合物127所选择的材料的粘性。

所述聚合物127具有约1mm的宽度及延伸高于第一柱114到第四柱117中的每一个的高度。在沉积聚合物127之后，根据聚合物所选的材料使用已知技术将其固化。在固化之后，聚合物127充当密封环以实质上防止来自后续高压包覆模制步骤的包覆模制化合物进入到谐振器作用区中。

包封层127可为已知电子模制化合物中的一种，包封第一装置衬底101及第二装置衬底102与pcb107。在沉积聚合物127及由包封层127进行的包封之后，第一区域112及第二区域113在第一装置衬底101及第二装置衬底102与pcb107的相对内表面之间形成相应腔。第一柱114到第四柱117在第一装置衬底101及第二装置衬底102与pcb107之间延伸，且防止模制化合物(图2中未展示)进入到第一区域112及第二区域113中，且因此防止形成其的模制化合物接触第一谐振器103及第二谐振器105及其伴随电路中的任一种。

包封层127可用于第一谐振器103及第二谐振器105及其伴随电路中的任一者的气密密封。第一柱114到第四柱117可通过结合到安置于pcb107的表面134上方的第一焊料垫125及第二焊料垫126而形成气密密封。在第一谐振器103及第二谐振器105以及伴随电路上方提供密封层137。

参见图3，沉积包封层129之后的谐振器封装系统结构示意图。包封层129沉积在第一侧130及第二侧131上方以及第一装置衬底101的顶部表面132上方；第一侧133及第二侧134上方以及第二装置衬底102的顶部表面135上方；以及聚合物127的所暴露部分上方以实质上完全包封第一装置衬底101及第二装置衬底102。

本发明所提供的谐振器的封装系统可用于包含fbar及smr的baw谐振器装置，还可以用于包括堆叠式体声谐振器(sbar)装置、双体声谐振器(dbar)装置或耦合式谐振器滤波器(crf)装置的谐振器堆叠中。

参见图4，一个实施例中，谐振器包括衬底100和多层结构；多层结构形成于衬底100上，由下至上依次包括第一电极层205、第一压电层204、第二电极层203、第二压电层202和第三电极层201。在衬底100和多层结构之间形成有腔体300，腔体302包括位于衬底100上表面之下的下半腔体301和超出衬底100上表面并向多层结构突出的上半腔体302。下半腔体301由底壁101和第一侧壁102围成，底壁101整体与衬底100的表面平行，第一侧壁102为由底壁101的边缘延伸至衬底100上表面的第一圆滑曲面。底壁101和第一侧壁102均为衬底100的表面壁。而第一侧壁102为第一圆滑曲面能够保证谐振器腔体的性能，不发生突变。上半腔体302可以由多层结构的下侧面围成，所述多层结构的下侧面与上半腔体302对应的部分包括顶壁201和第二侧壁202，第二侧壁202为由顶壁201边缘延伸至衬底100上表面的第二圆滑曲面。其中，顶壁201和第二侧壁202均为多层结构的下侧面壁。而第二侧壁202为第二圆滑曲面能够保证谐振器腔体的性能，不发生突变。

参见图5，一个实施例中，第一桥部402设置在所述第二电极层203中，第二桥部设置在第三电极201中，且第一桥部402和第二桥部401两个桥部都填充有材料，以提供声阻抗不连续性来减少损耗。第一桥部402和第二桥部401填充有nebsg、cdo、碳化硅(sic)或制备过程中在去除腔体300中设置的牺牲材料时，不会被去除的其他适合的电介质材料。该谐振器的制备方法为：通过由已知方法在第一压电层204上方和第二压电层202上方形成nebsg或其他填充材料、并在上方形成该谐振器的各个层来制造第一桥部402和第二桥部401。当通过去除牺牲材料来形成腔体300时，第一桥部402和第二桥部401保持填充有所选的材料。

参见图6，一个实施例中，第一桥部402设置在所述第二电极层203中，第二桥部设置在第三电极201中，且第一桥部402和第二桥部401两个桥部都填充有空气。

参见图7，一个实施例中，第二桥部401填充有材料，以提供声阻抗不连续性来减少损耗，而第一桥部402填充有空气。通过对第二压电层202上的材料(如nebsg)进行图案化来制造这种形式的谐振器，该材料在形成第三电极层201之前将不会被去除。通过如上所述对第一压电层204上的牺牲材料进行图案化、并去除牺牲材料，来形成第一桥部402。

参见图8，一个实施例中，在第二压电层202中设有桥部406，且桥部406“填充”有材料(例如nebsg或上述其他材料)，以提供声阻抗不连续性。桥部406设置在围绕所述谐振器的有源区404的周边，形成促进限制所述谐振器的有源区的模式。对于与桥部406具有相同宽度、高度、以及相同的与腔体300的重叠部分405的桥部406，使用桥部406，预期有类似于针对桥部406所预期的qo改进的技术效果。同时使用填充的桥部可以提供更坚固的谐振器结构。

参见图9，一个实施例中，在第二压电层202中设有桥部406。桥部406是未填充的(即填充有空气)。桥部406设置在围绕所述谐振器的有源区404的周边，形成促进限制所述谐振器的有源区的模式。为了说明在所述谐振器的有源区404中的模式限制方面的改进，可以提供具有约5.0μm宽度、500a高度、以及与腔体300重叠2.0μm的重叠部分405的桥部406。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。