TWI847124B - 聲波元件 - Google Patents
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Abstract
一種聲波元件，包括：基板，具有上表面及下表面，於上表面的周邊上設有多個焊墊；至少一個電子元件，設置在基板的上表面，使得在基板的上表面的周邊的多個焊墊環繞電子元件；蓋體結構，設置在具有電子元件的基板的上方，且蓋體結構與基板形成封閉式空腔使得電子元件設置在封閉式空腔內；第一保護層，覆蓋在基板的部分表面及覆蓋在多個焊墊的部分表面上；導體層，設置在部分第一保護層、多個焊墊、在蓋體結構的外側表面及蓋體結構的部分上表面；以及多個凸塊，設置在位於蓋體結構的上表面的導體層上。
Description
本發明涉及一種半導體技術領域，特別是有關於一種可以提昇頻率享應性能的聲波元件。
表面聲波元件(SAW，surface acoustic wave)能夠通過將功率施加到形成在基板上的叉指式換能器(IDT，Interdigital Transducer)的梳狀電極來激勵聲波。表面聲波元件廣泛地用於對例如45MHz到2GHz的頻寬內的無線電信號進行處理的各種電路。這些電路的例子有用於發送的帶通濾波器、用於接收的帶通濾波器(band pass filter)、本地端振盪濾波器、天線雙工器(duplexer)、中頻濾波器以及調頻調變器(FM，Frequency Modulation)。
表面聲波元件需要位於由梳狀電極組成的聲波元件的功能部件，例如叉指式換能器的電極指，上方的空腔以確保表面聲波元件的性能。常規的表面聲波器件採用具有其中安裝有表面聲波元件的凹槽的陶瓷接合以在表面聲波元件與設置在陶瓷封裝上的內連線之間構成電性連接。
然而，在引線接合的製程中使用了導線，但是會妨礙表面聲波器件尺寸的縮小。為了減小表面聲波器件的尺寸，則是進一步的開發了倒裝式接合
(flip-chip bonding)。由於倒裝式接合不使用導線進行安裝，因而實現了表面聲波器件尺寸的減小。
近年來，已經對於減小表面聲波器件尺寸有了更嚴格的要求。在某些情況下，甚至於倒裝式接合也不能實現所需的縮小尺寸。於是又提出了將表面聲波元件設置在基板上，而基板的表面上設置有覆蓋層，以在表面聲波元件的功能部件的上方限定空腔，上述的覆蓋層則做為封裝體。此類型的封裝被稱為晶片級封裝(WLP，wafer level package)，此種封裝方式則實現了將表面聲波元件的體積小型化。
本發明主要目的是提供一種聲波元件，在焊墊上形成導體層以增加凸塊與焊墊之間的強度，以解決當聲波元件以倒裝方式進行封裝時，凸塊因應力而斷裂時會連帶將焊墊一併由基板上拔起，而造成整個封裝結構毀損的問題。
本發明的另一目的在於提供一種聲波元件，增加設計可行性，增加電源凸塊或接地凸塊，提升電氣性能。
根據上述目的，本發明揭露一種聲波元件，包括：基板，具有上表面及下表面，於上表面的周邊上設有多個焊墊；至少一個電子元件，設置在基板的上表面，使得在基板的上表面的周邊的多個焊墊環繞電子元件；蓋體結構，設置在具有電子元件的基板的上方，且蓋體結構與基板之間的空間定義為封閉式空腔，使電子元件設置在此封閉式空腔內；第一保護層，覆蓋在基板的部分上表面及覆蓋在多個焊墊的部分表面上，且暴露出未被第一保護層覆蓋的多個焊墊的部分表面；導體層設置在第一保護層的部分表面、未被第一保護層覆蓋的多
個焊墊的部分表面、蓋體結構的外側表面及蓋體結構的部分上表面；以及多個凸塊，設置在位於蓋體結構的上表面的導體層上。
在本發明的一較佳實施例中，蓋體結構由基板往上依序包括：部分第二保護層覆蓋鄰近於電子元件的多個焊墊的部分表面，並設置在鄰近於電子元件的基板的上表面；第一絕緣層，設置在第二保護層的部分表面上，且第二保護層及第一絕緣層未遮蓋在基板上的電子元件；以及第二絕緣層，覆蓋在第一絕緣層的部分表面上，使得第二保護層及第一絕緣層所構成的結構定義為蓋體結構的側面牆體及第二絕緣層為蓋體結構的頂面牆體。
在本發明的一較佳實施例中，蓋體結構由基板往上依序包括：部分第二保護層覆蓋鄰近於電子元件的多個焊墊的部分表面及部分第二保護層設置在鄰近於電子元件的基板的上表面；第一絕緣層，設置在第二保護層的部分表面及覆蓋多個焊墊的部分表面以暴露出未被第一絕緣層覆蓋的多個焊墊的部分表面，且第二保護層及第一絕緣層未遮蓋在基板上的電子元件；以及第二絕緣層，覆蓋在第一絕緣層的部分表面上，使得第二保護層及第一絕緣層所構成的結構定義為蓋體結構的側面牆體及第二絕緣層為蓋體結構的頂面牆體。
根據上述目的，本發明還揭露另一種聲波元件，包括：基板具有上表面及下表面，於上表面的周邊上設有多個焊墊；至少一個電子元件，設置在基板的上表面，使得在基板的上表面的周邊的多個焊墊環繞電子元件；蓋體結構，設置在具有電子元件的基板的上方，且蓋體結構與基板之間的空間定義為封閉式空腔，使得電子元件設置在封閉式空腔內；第一保護層，覆蓋在基板的部分上表面及覆蓋在多個焊墊的部分表面上；第一絕緣層，設置在第一保護層的部分表面且覆蓋多個焊墊的部分該表面以暴露出未被第一保護層覆蓋的多個焊墊的
部分表面；導體層，覆蓋在第一絕緣層的部分表面、未被第一保護層覆蓋的多個焊墊的部分表面、蓋體結構的外側表面及蓋體結構的部分上表面；以及多個凸塊，設置在位於蓋體結構的上表面的導體層上。
在本發明的一較佳實施例中，蓋體結構的第二絕緣層及第一絕緣層呈階梯結構。
在本發明的一較佳實施例中，設置在第一保護層的部分表面且覆蓋多個焊墊的部分表面上的第一絕緣層的高度與蓋體結構的第一絕緣層的高度相同。
在本發明的一較佳實施例中，導體層由凸塊下金屬層(UBM，under ball metallurgy)及重布線層(RDL，redistribution layer)構成，其中重布線層設置在凸塊下金屬層上。
在本發明的一較佳實施例中，電子元件可以是濾波器、振盪器或是傳感器。
在本發明的一較佳實施例中，凸塊可以是銅柱凸塊、銅柱或是C4凸塊。
1、2、3:聲波元件
10:基板
102:上表面
104:下表面
106:焊墊
20:電子元件
30a、30b、30c:蓋體結構
302a、302b、302c:第二保護層
304a、304b、304c:第一絕緣層
306a、306b、306c:第二絕緣層
32a、32b、32c:封閉式空腔
34a、34b、34c:外側表面
36a、36b、36c:上表面
40:第一保護層
50a、50b、50c:導體層
502a、502b、502c:凸塊下金屬層
504a、504b、504c:重布線層
60:凸塊
圖1是根據本發明所揭露的技術，表示聲波元件的一實施例的截面示意圖。
圖2是根據本發明所揭露的技術，表示聲波元件的另一實施例的截面示意圖。
圖3是根據本發明所揭露的技術，表示聲波元件的又一實施例的截面示意圖。
首先請參考圖1。圖1是根據本發明所揭露的技術，表示聲波元件的一實施例的截面示意圖。在圖1中，聲波元件1由基板10、電子元件20、蓋體結構30a、第一保護層40、導體層50a及多個凸塊60所構成。其中，基板10具有上表面102及下表面104，且於上表面102的周邊設有多個焊墊106。於一實施例中，基板10由壓電材料所製成，例如石英(quartz)、鉭酸鋰(LT，LiTaO3)、鈦酸鉛(PTO，PbTiO3)或是鋯鈦酸鉛(PZT，Pb(Zr,Ti)O3)。焊墊106可以是鋁墊。電子元件20，設置在基板10的上表面102，使得在基板10的上表面102的周邊的多個焊墊106環繞電子元件20。在本發明的實施例中，電子元件20可以是濾波器(filter)、振盪器或是傳感器。
接著請繼續參考圖1。在具有電子元件20的基板10的上方設有蓋體結構30a，此蓋體結構30a與基板10之間的空間可定義為封閉式空腔32a，因此在基板10的上表面102的電子元件20設置在此封閉式空腔32a內。蓋體結構30a可以防止外在環境中的水氣進入封閉式空腔32a內，經由蓋體結構30a來增加電子元件20的使用壽命及整個聲波元件1的可靠性。
在本發明的一實施例中，蓋體結構30a由基板10往上依序包括：第二保護層302a、第一絕緣層304a及第二絕緣層306a，其中，第二保護層302a覆蓋鄰近於電子元件20的多個焊墊106的部分表面及第二保護層302a設置在鄰近於電子元件20的基板10的部分上表面102。第一絕緣層304a設置在第二保護層302a
的部分表面，且在基板10上方的第二保護層302a及第一絕緣層304a未遮蓋在基板10上的電子元件20。第二絕緣層306a覆蓋在第一絕緣層304a的部分表面上，使得第二保護層302a及第一絕緣層304a所構成的結構可以定義為蓋體結構30a的側面牆體及第二絕緣層306a為蓋體結構30a的頂面牆體。於一實施例中，蓋體結構30a中的第二絕緣層306a與第一絕緣層304a呈階梯結構。
同樣請繼續參考圖1。聲波元件1還包括第一保護層40，同時覆蓋在基板10的部分上表面102及多個焊墊106的部分表面上，且將多個焊墊106的其他部分表面暴露出來，也就是未被第一保護層40覆蓋的多個焊墊106的部分表面。要說明的是，覆蓋在基板10的部分上表面102及覆蓋在多個焊墊106的部分表面上，且將多個焊墊106的其他部分表面暴露出來的第一保護層40與蓋體結構30a中的第二保護層302a是同時利用半導體製程所形成。接著，導體層50a覆蓋在第一保護層40的部分表面、未被第一保護層40覆蓋的多個焊墊106的部分表面及在蓋體結構30a的外側表面34a及蓋體結構30a的部分上表面36a。於一實施例中，導體層50a由凸塊下金屬層(UBM，under bump metallurgy)502a及重布線層(RDL，redistribution layer)504a所構成，其中重布線層504a設置在凸塊下金屬層502a上。具體來說，做為導體層50a的凸塊下金屬層502a覆蓋在第一保護層40的部分表面、未被第一保護層40覆蓋的多個焊墊106的部分表面、蓋體結構30a的外側表面34a及蓋體結構30a的部分上表面36a，接著，再將作為導體層50a的重布線層504a設置在凸塊下金屬層502a上。最後，將多個凸塊60設置在覆蓋於蓋體結構30a的上表面36a的導體層50a以完成聲波元件1，於一實施例中，凸塊60可以是銅柱凸塊(Copper Pillar Bump)、銅柱或是C4凸塊。此外要說明的是，在本發明中的聲波元
件1的形成方式均是利用現有的半導體製程技術，其製程流程及構成聲波元件1的材料並不在本發明所要討論的技術方案中，故不多加陳述。
接著，本發明還揭露另一種聲波元件，如圖2所示。圖2是根據本發明所揭露的技術，表示聲波元件的另一實施例的截面示意圖。在圖2中，聲波元件2由基板10、電子元件20、蓋體結構30b、第一保護層40、導體層50b及多個凸塊60所構成。基板10具有上表面102及下表面104，且於上表面102的周邊設有多個焊墊106。基板10、焊墊106及電子元件20的材料與前述相同不再多加陳述。電子元件20設置在基板10的上表面102，使得在基板10的上表面102的周邊的多個焊墊106環繞電子元件20。
接著請繼續參考圖2。在具有電子元件20的基板10的上方設有蓋體結構30b，此蓋體結構30b與基板10之間的空間可定義為封閉式空腔32b，因此在基板10的上表面102的電子元件20設置在此封閉式空腔32b內。蓋體結構30b可以防止外在環境中的水氣進入封閉式空腔32b內，經由蓋體結構30b來增加電子元件20的使用壽命及整個聲波元件2的可靠性。
在本發明的另一實施例中，蓋體結構30b由基板10往上依序包括：第二保護層302b、第一絕緣層304b及第二絕緣層306b，其中，第二保護層302b覆蓋鄰近於電子元件20的多個焊墊106的部分表面及第二保護層302b設置在鄰近於電子元件20的基板10的部分上表面102。第一絕緣層304b設置在第二保護層302b的部分表面及覆蓋於多個焊墊106的部分表面，且在基板10上方的第二保護層302b及第一絕緣層304b未遮蓋在基板10上的電子元件20。第二絕緣層306b覆蓋在第一絕緣層304b的部分表面上，使得第二保護層302b及第一絕緣層304b所構成的結構定義為蓋體結構30b的側面牆體及第二絕緣層306b為蓋體結構30b的
頂面牆體。同樣的，於一實施例中，蓋體結構30b中的第二絕緣層306b與第一絕緣層304b呈階梯結構。
請繼續參考圖2。聲波元件2還包括第一保護層40，同時覆蓋在基板10的部分上表面102及多個焊墊106的部分表面上，且將多個焊墊106的其他部分表面暴露出來也就是未被第一保護層40覆蓋的多個焊墊106的部分表面。要說明的是，覆蓋在基板10的部分上表面102及覆蓋在多個焊墊106的部分表面上，且將多個焊墊106的其他部分表面暴露出來的第一保護層40與蓋體結構30b中的第二保護層302b是同時利用半導體製程所形成。接著，導體層50b覆蓋在第一保護層40的部分表面、未被第一保護層40覆蓋的多個焊墊106的部分表面及在蓋體結構30b的外側表面34b及蓋體結構30b的部分上表面36b。於一實施例中，導體層50b由凸塊下金屬層502b及重布線層504b所構成，其中重布線層504b設置在凸塊下金屬層502b上。具體來說，做為導體層50b的凸塊下金屬層502b覆蓋在第一保護層40的部分表面、未被第一保護層40覆蓋的多個焊墊106的部分表面、蓋體結構30b的外側表面34b及蓋體結構30b的部分上表面36b，接著，再將作為導體層50b的重布線層504b設置在凸塊下金屬層502b上。最後，將多個凸塊60設置在覆蓋於蓋體結構30b的上表面36b的導體層50b以完成聲波元件2。於一實施例中，凸塊60可以是銅柱凸塊、銅柱或是C4凸塊。。此外要說明的是，在本發明中的聲波元件2的形成方式均是利用現有的半導體製程技術，其製程流程及構成聲波元件10的材料並不在本發明所要討論的技術方案中，故不多加陳述。
此外，本發明再揭露一種聲波元件，如圖3所示。圖3是根據本發明所揭露的技術，表示聲波元件的再一實施例的截面示意圖。在圖3中，聲波元件2由基板10、電子元件20、蓋體結構30c、第一保護層40、導體層50c及多個凸
塊60所構成。基板10具有上表面102及下表面104，且於上表面102的周邊設有多個焊墊106。基板10、焊墊106及電子元件20的材料與前述相同不再多加陳述。電子元件20設置在基板10的上表面102，使得在基板10的上表面102的周邊的多個焊墊106環繞電子元件20。
接著請繼續參考圖3。在具有電子元件20的基板10的上方設有蓋體結構30c，此蓋體結構30c與基板10之間的空間可定義為封閉式空腔32c，因此在基板10的上表面102的電子元件20設置在此封閉式空腔32c內。蓋體結構30c可以防止外在環境中的水氣進入封閉式空腔32c內，經由蓋體結構30c來增加電子元件20的使用壽命及整個聲波元件3的可靠性。
在本發明的另一實施例中，蓋體結構30c由基板10往上依序包括：第二保護層302c、第一絕緣層304c及第二絕緣層306c，其中，第二保護層302c覆蓋鄰近於電子元件20的多個焊墊106的部分表面及第二保護層302c設置在鄰近於電子元件20的基板10的部分上表面102。第一絕緣層304c設置在第二保護層302c的部分表面及覆蓋於多個焊墊106的部分表面，且在基板10上方的第二保護層302c及第一絕緣層304c未遮蓋在基板10上的電子元件20。第二絕緣層306c覆蓋在第一絕緣層304c的部分表面上，使得第二保護層302c及第一絕緣層304c所構成的結構定義為蓋體結構30c的側面牆體及第二絕緣層306b為蓋體結構30c的頂面牆體。同樣的，於一實施例中，蓋體結構30c中的第二絕緣層306c與第一絕緣層304c呈階梯結構。
請繼續參考圖3。聲波元件3還包括第一保護層40，同時覆蓋在基板10的部分上表面102及覆蓋在多個焊墊106的部分表面上，且將多個焊墊106的其他部分表面暴露出來也就是未被第一保護層40覆蓋的多個焊墊106的部分表
面。要說明的是，覆蓋在基板10的部分上表面102及覆蓋在多個焊墊106的部分表面上，且將多個焊墊106的其他部分表面暴露出來的第一保護層40與蓋體結構30c中的第二保護層302c是同時利用半導體製程所形成。接著，第一絕緣層304c設置在第一保護層40的部分表面且覆蓋多個焊墊106的部分表面，以暴露出未被第一保護層40覆蓋的多個焊墊106的部分表面。要說明的是，設置在第一保護層40的部分表面、且覆蓋在多個焊墊106的部分表面上的第一絕緣層304c與蓋體結構30c中的第一絕緣層304c是利用相同的半導體製程同時形成，且兩者具有相同的高度。
接著，將導體層50c覆蓋在第一絕緣層304c的部分表面、未被第一保護層40覆蓋的多個焊墊10的部分表面、蓋體結構30c的外側表面34c及蓋體結構30c的部分上表面36c。於一實施例中，導體層50c由凸塊下金屬層)502c及重布線層504c所構成，其中重布線層504c設置在凸塊下金屬層502c上。具體來說，先將導體層50c的凸塊下金屬層502c形成在第一絕緣層304c的部分表面、未被第一保護層40覆蓋的多個焊墊106的部分表面、蓋體結構30c的外側表面34c及蓋體結構30c的部分上表面36c，接著，再將導體層5c0的重布線層504c設置在凸塊下金屬層502c上。最後，將多個凸塊60設置在覆蓋於蓋體結構30c的上表面36c的導體層50c以完成聲波元件3，於一實施例中，凸塊60可以是銅柱凸塊、銅柱或是C4凸塊。
綜上所述，根據本發明所揭露的聲波元件1、2、3，在後續的倒裝晶片的組裝過程中，於模流製程時利用導體層50a、50b、50c以增加凸塊60與焊墊106之間的強度，以解決當聲波元件1、2、3以倒裝方式進行封裝時，凸塊60因應力而斷裂時會連帶將焊墊106一併由基板10上拔起，而造成整個封裝結構毀損
的問題。另外，如上述圖1及圖2中的蓋體結構30a、30b及如圖3中的蓋體結構30c及設置在第一保護層40的部分表面且覆蓋多個焊墊106的部分表面的第一絕緣層304c可以阻隔外在環境的水氣進入空腔32a、32b、32c以增加聲波元件1、2、3整體在操作時的可靠度。
1:聲波元件
10:基板
102:上表面
104:下表面
106:焊墊
20:電子元件
30a:蓋體結構
302a:第二保護層
304a:第一絕緣層
306a:第二絕緣層
32a:封閉式空腔
34a:外側表面
36a:上表面
40:第一保護層
50a:導體層
502a:凸塊下金屬層
504a:重布線層
60:凸塊
Claims (10)
- 一種聲波元件，包括：一基板，該基板具有一上表面及一下表面，於該上表面的一周邊上設有多個焊墊；至少一電子元件，設置在該基板的該上表面，使得在該基板的該上表面的該周邊的該些焊墊環繞該電子元件；一蓋體結構，該蓋體結構具有一第二保護層、一第一絕緣層及一第二絕緣層，該蓋體結構設置在具有該電子元件的該基板的上方，且該蓋體結構與該基板之間的一空間定義為一封閉式空腔，使得該電子元件設置在該封閉式空腔內；一第一保護層，覆蓋在該基板的部分該上表面及覆蓋在該些焊墊的部分表面上，且暴露出未被該第一保護層覆蓋的該些焊墊部分表面；一導體層，覆蓋在該第一保護層的部分表面、未被該第一保護層覆蓋的該些焊墊的部分表面、該蓋體結構的一外側表面及該蓋體結構的部分上表面；以及多個凸塊，設置在位於該蓋體結構的該上表面的該導體層上。
- 如請求項1所述的聲波元件，其中該蓋體結構由該基板往上依序包括：該第二保護層，該第二保護層同時覆蓋鄰近於該電子元件的該些焊墊的部分表面並設置在鄰近於該電子元件的該基板的該上表面；該第一絕緣層，設置在該第二保護層的部分表面上，且該第二保護層及該第一絕緣層未遮蓋在該基板上的該電子元件；以及 該第二絕緣層，覆蓋在該第一絕緣層的部分表面上，使得該第二保護層及該第一絕緣層所構成的一結構定義為該蓋體結構的一側面牆體及該第二絕緣層為該蓋體結構的一頂面牆體。
- 如請求項1所述的聲波元件，其中該蓋體結構由該基板往上依序包括：該第二保護層，該第二保護層同時覆蓋鄰近於該電子元件的該些焊墊的部分表面並設置在鄰近於該電子元件的該基板的該上表面；該第一絕緣層，設置在該第二保護層的部分表面及覆蓋該些焊墊的部分表面以暴露出未被該第一絕緣層覆蓋的該些焊墊的部分表面，及該第二保護層及該第一絕緣層未遮蓋在該基板上的該電子元件；以及該第二絕緣層，覆蓋在該第一絕緣層的部分表面上，使得該第二保護層及該第一絕緣層所構成的一結構定義為該蓋體結構的一側面牆體及該第二絕緣層為該蓋體結構的一頂面牆體。
- 一種聲波元件，包括：一基板，該基板具有一上表面及一下表面，於該上表面的一周邊上設有多個焊墊；至少一電子元件，設置在該基板的該上表面，使得在該基板的該上表面的該周邊的該些焊墊環繞該電子元件；一蓋體結構，設置在具有該電子元件的該基板的上方，且該蓋體結構與該基板之間的一空間定義為一封閉式空腔，使得該電子元件設置在該封閉式空腔內；一第一保護層，覆蓋在該基板的部分該上表面及覆蓋在該些焊墊的部分表面上； 一第一絕緣層，設置在該第一保護層的部分該表面且覆蓋該些焊墊的部分該表面以暴露出未被該第一保護層覆蓋的該些焊墊的部分表面；一導體層，覆蓋在該第一絕緣層的部分表面、未被該第一保護層覆蓋的該些焊墊的部分表面、該蓋體結構的一外側表面及該蓋體結構的部分上表面；以及多個凸塊，設置在位於該蓋體結構的該上表面的該導體層上。
- 如請求項4所述的聲波元件，其中該蓋體結構由該基板往上依序包括：一第二保護層，該第二保護層同時覆蓋鄰近於該電子元件的該些焊墊的部分表面並設置在鄰近於該電子元件的該基板的該上表面上；該第一絕緣層，設置在該第二保護層的部分表面及覆蓋該些焊墊的部分表面以暴露出未被該第一絕緣層覆蓋的該些焊墊的部分表面，及該第二保護層及該第一絕緣層未遮蓋在該基板上的該電子元件，且該第二保護層及該第一絕緣層未遮蓋在該基板上的該電子元件；以及一第二絕緣層，覆蓋在該第一絕緣層的部分表面上，使得該第二保護層及該第一絕緣層所構成的一結構定義為該蓋體結構的一側面牆體及該第二絕緣層為該蓋體結構的一頂面牆體。
- 如請求項2、3或5所述的聲波元件，其中該蓋體結構的該第二絕緣層及該第一絕緣層呈階梯結構。
- 如請求項5所述的聲波元件，其中設置在該第一保護層的部分該表面且覆蓋該些焊墊的部分該表面上的該第一絕緣層的高度與該蓋體結構的該第一絕緣層的高度相同。
- 如請求項1或4所述的聲波元件，其中該導體層由一凸塊下金屬層(UBM，under bump metallurgy)及一重布線層(RDL，redistribution layer)構成，其中該重布線層設置在該凸塊下金屬層上。
- 如請求項1或4所述的聲波元件，其中該電子元件可以是濾波器、振盪器或是傳感器。
- 如請求項1或4所述的聲波元件，其中該凸塊可以是銅柱凸塊、銅柱或是C4凸塊。
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