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声表面波滤波器 晶圆键合封装工艺

阅读：705发布：2024-01-25

专利汇可以提供声表面波滤波器晶圆键合封装工艺专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种声表面波滤波器晶圆键合封装工艺，步骤如下，1）将声表滤波器晶圆切成单颗芯片；2）在硅晶圆基板上涂设胶水，然后将芯片焊盘放在硅晶圆基板上有胶水的位置，使芯片和硅晶圆基板键合在一起；3）硅晶圆基板减薄；4）通过激光打孔将硅晶圆基板背面和芯片的焊盘连通；5）把整个硅晶圆基板的背面全部镀上金属，完成芯片焊盘与硅晶圆基板的电连接；6）电镀增厚并腐蚀形成外部焊盘；7）外部焊盘上生长锡球；8）将整片键合后的晶圆切割成单个器件。本发明可以降低生产成本、缩小封装体积、效率高、减小封装工艺对环境破坏。，下面是声表面波滤波器晶圆键合封装工艺专利的具体信息内容。

权利要求

1.声表面波滤波器晶圆键合封装工艺，其特征在于：操作步骤如下，
1）切割：将声表滤波器晶圆切成单颗芯片；
2）键合：以硅晶圆作为基板，在硅晶圆基板上与芯片焊盘待键合的地方涂设胶水，胶水厚度为5-15um；然后将切割后的芯片焊盘放在硅晶圆基板上有胶水的位置，使芯片和硅晶圆基板键合在一起；键合过程在真空或者惰性气体中完成，以避免空气中的水蒸气腐蚀芯片表面；
3）硅晶圆基板减薄：利用机械研磨方式使硅晶圆基板减薄，减薄后的硅晶圆基板以利于后续激光打孔；
4）激光打孔：通过激光打孔的方法将硅晶圆基板背面和芯片的焊盘连通；
5）镀膜：把整个硅晶圆基板的背面全部镀上金属，金属进入通孔中并与芯片焊盘连接起来，从而完成芯片焊盘与硅晶圆基板的电连接；
6）电镀增加金属膜厚度，然后腐蚀掉过孔以外的金属，仅保留过孔区域的金属由此形成外部焊盘；
7）通过回流焊工艺在外部焊盘上生长锡球；
8）将整片键合后的晶圆切割成单个器件。
2.根据权利要求1所述的声表面波滤波器晶圆键合封装工艺，其特征在于：步骤1）切割过程中不断加入防静电液，防止晶圆表面静电烧伤。
3.根据权利要求1所述的声表面波滤波器晶圆键合封装工艺，其特征在于：在步骤2）和
3）之间增设一道工序，以在键合后的芯片顶部粘一块硅晶圆，以防止硅晶圆基板在后续减薄过程中翘曲；并在步骤5）至步骤8）任何一个步骤前通过腐蚀的方法，再去掉芯片顶部的硅晶圆。
4.根据权利要求1所述的声表面波滤波器晶圆键合封装工艺，其特征在于：所述胶水是一种键合用光刻胶，它能在低温下固化，不会造成声表器件的静电损伤。
5.根据权利要求1所述的声表面波滤波器晶圆键合封装工艺，其特征在于：硅晶圆基板表面的胶水按如下方法进行涂设，先采用高速旋转甩胶的办法涂抹上去，最后采用光刻+剥离的方法将不需要的胶水去除，即得到与芯片焊盘待键合的地方对应位置的胶水。

说明书全文

声表面波滤波器 晶圆键合封装工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及声表面波滤波器，具体是一种声表面波滤波器晶圆键合封装工艺，属于声表滤波器封装技术领域。

背景技术

[0002] 现有声表滤波器主要采用倒装焊（CSP）工艺进行封装。CSP封装的基本原理非常简单，首先在晶圆上用超声焊或者回流焊工艺生长金属焊球（金或锡）。然后切割成单颗芯片。用贴片机或者热超声倒装焊机，将单颗芯片倒扣焊接在陶瓷基板上。陶瓷基板上的焊盘与芯片焊盘（长有金属焊球）相对应，通过陶瓷基板内部的走线，信号线可以与外部PCB电路板连接。下一步是将有机薄膜覆盖在倒装后的基板上，通过加热使薄膜软化，软化后的薄膜能够完整的覆盖芯片与基板之间的空隙，由于薄膜本身具有一定的粘稠度，所以不会侵入芯片的表面污染声表芯片。最后用高速划片机将封完薄膜的基板切割成单颗芯片。

[0003] 这种工艺存在的不足主要有：一、体积大。采用这种技术封装后的器件比芯片裸片大40%以上，已经没有缩小体积的潜力了。体积大的原因有两个：首先，芯片与基板之间连接的金属焊球（金或者锡球）直径一般不会小于80um，并且需要在焊球的周围流出大量的空间作为余量，大量浪费了芯片面积；
其次，用于气体密封的有机薄膜与基板之间的结合力比较差，需要占用基板四周的大量面积（200um）以增加结合力。

[0004] 二、物料成本高。主要原因在于，1）需要采用价格昂贵的陶瓷基板作为存底，为了便于焊接，还需要在基板的焊盘上镀金。2）芯片背面用于焊接的锡球（或者金球）需要特殊工艺制作。如果采用锡球虽然可以减小体积，但涉及电镀工艺，会产生大量含铅的废水，污染环境，处理成本较高。如果采用金球则需要昂贵的高纯度金，价格非常昂贵。3）需要专门的气体密封有机薄膜才能完成器件的密封，不仅成本高，还需要占用大量的基板面积。

[0005] 三、加工效率低。芯片只能一个一个倒装焊接，效率极低，一台倒装焊设备一小时仅能完成4500个器件的安装。

发明内容

[0006] 针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种降低成本、缩小封装体积、效率高、减小封装工艺对环境破坏的声表面波滤波器晶圆键合封装工艺。

[0007] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：声表面波滤波器晶圆键合封装工艺，操作步骤如下，
1）切割：将声表滤波器晶圆切成单颗芯片；切割过程中不断加入防静电液，防止晶圆表面静电烧伤；
2）键合：以硅晶圆作为基板，在硅晶圆基板上与芯片焊盘待键合的地方涂设胶水，胶水厚度为5-15um；然后将切割后的芯片焊盘放在硅晶圆基板上有胶水的位置，使芯片和硅晶圆基板键合在一起；键合过程在真空或者惰性气体中完成，以避免空气中的水蒸气腐蚀芯片表面；
3）硅晶圆基板减薄：利用机械研磨方式使硅晶圆基板减薄，减薄后的硅晶圆基板以利于后续激光打孔；
4）激光打孔：通过激光打孔的方法将硅晶圆基板背面和芯片的焊盘连通；
5）镀膜：把整个硅晶圆基板的背面全部镀上金属，金属进入通孔中并与芯片焊盘连接起来，从而完成芯片焊盘与硅晶圆基板的电连接；
6）电镀增加金属膜厚度，然后腐蚀掉过孔以外的金属，仅保留过孔区域的金属由此形成外部焊盘；
7）通过回流焊工艺在外部焊盘上生长锡球；
8）将整片键合后的晶圆切割成单个器件。

[0008] 在步骤2）和3）之间增设一道工序，以在键合后的芯片顶部粘一块硅晶圆，以防止硅晶圆基板在后续减薄过程中翘曲；并在步骤5）至步骤8）任何一个步骤前通过腐蚀的方法，再去掉芯片顶部的硅晶圆。

[0009] 所述胶水是一种键合用光刻胶，它能在低温下固化，不会造成声表器件的静电损伤。

[0010] 硅晶圆基板表面的胶水按如下方法进行涂设，先采用高速旋转甩胶的办法涂抹上去，最后采用光刻+剥离的方法将不需要的胶水去除，即得到与芯片焊盘待键合的地方对应位置的胶水。

[0011] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：1、本发明WLP晶圆键合封装采用胶水进行气体密封，取代了金属球焊接（超声焊），这样占用基板的面积十分小（100um以内），封装后的器件只比芯片裸片大10-20%。

[0012] 2、成本低。本发明采用廉价的单晶硅晶圆做基板，取代了昂贵的陶瓷基板和有机薄膜，大大降低了封装物料费用。同时不需要使用贵金属（金），也不需要使用电镀等污染环境的工艺，环境友好，成本进一步降低。

[0013] 3、加工效率高。本发明采用了PVD（物理沉积）的办法完成了芯片与基板之间的电连接，一次性可以完成17000只器件的电连接。同时PVD镀膜还可以缩小焊盘的直径（66um），进一步缩小体积。

[0014] 4、利于二次集成，可以通过二次封装的方法与其它射频器件（功放，开关，数字电调芯片）集成在一个模块内。附图说明

[0015] 图1-本发明工艺流程图。

具体实施方式

[0016] 以下结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。

[0017] 参见图1，从图上可以看出，本发明声表面波滤波器晶圆键合封装工艺步骤如下，第一步：切割。将4寸声表滤波器晶圆切成单颗芯片，切割后的芯片整齐的排列在8寸托盘上，焊盘朝上。在切割过程中不断加入防静电液溶液，防止晶圆表面静电烧伤。其中防静电溶液为防静电液和纯水体积比1:10的溶液，其电阻率为10，000欧姆。

[0018] 第二步：键合。以硅晶圆作为基板，在硅晶圆基板上与芯片焊盘待键合的地方涂设胶水，胶水厚度为5-15um；然后利用机械手臂将芯片取出来，倒转180度使焊盘朝下，将芯片焊盘放在硅晶圆基板上有胶水的位置，使芯片和硅晶圆基板键合在一起。由于cap-wafer晶圆上涂有胶水，胶水加厚到5-15um，键合后的芯片与cap-wafer有一定距离，自然形成空腔保护，避免了声表芯片被污染的可能性。该过程应该在真空或者惰性气体中完成，避免空气中的水蒸气腐蚀芯片表面。本发明一块硅晶圆基板cap-wafer（8英寸）可以支持15000个芯片。

[0019] 第三步：在键合后的芯片顶部粘一块硅晶圆（本发明称之为Top-wafer，8寸），这个工艺的作用是防止硅晶圆基板在减薄过程中翘曲。

[0020] 第四步：硅晶圆基板减薄：利用机械研磨方式使硅晶圆基板减薄，减薄后的硅晶圆基板以利于后续激光打孔。通常减薄到100-200um厚。

[0021] 第五步：激光打孔。通过激光打孔的方法将硅晶圆基板cap-wafer的背面和声表芯片的焊盘连通。激光可以直接打穿cap-wafer和胶水。

[0022] 第六步：镀膜。把整个cap-wafer的背面全部镀上金属，金属会进入通孔中，与芯片焊盘连接起来，从而完成芯片焊盘与cap-wafer的电连接。

[0023] 第七步：电镀增加金属膜厚度，然后利用HF等腐蚀性极强的酸将过孔以外的金属去掉，仅保留过孔区域的金属由此形成外部焊盘。

[0024] 第八步：通过回流焊工艺在外部焊盘上生长锡球。

[0025] 第九步：通过腐蚀的方法，去掉top-wafer。

[0026] 第十步：将整片键合后的晶圆切割成单个器件。

[0027] 本发明使用的键合胶水是一种光刻胶，它可以在低温下固化，不会造成声表器件的静电损伤。实际使用胶水型号为3M WSS。

[0028] 硅晶圆基板表面的胶水，采用高速旋转甩胶的办法（spin coating）涂抹上去，最后采用光刻+剥离的方法将不需要的胶水去除。3M WSS胶水对UV光十分敏感，在曝光过程中，将一块含有图形的MASK放在胶水和UV 光源之间，曝光结束后被MASK图形遮挡的部分保留下来，其它部分受到UV光照射自动剥离。

[0029] 同时锡球之间有光刻胶保护，避免了锡球之间的短路。

[0030] 本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

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