集成ipd技术封装的滤波器及封装方法
阅读说明：本技术 集成ipd技术封装的滤波器及封装方法 (Filter packaged by integrated IPD technology and packaging method ) 是由 高安明 姜伟 于 2021-01-15 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种集成IPD技术封装的滤波器及封装方法,包括：体声波谐振器区域、盖板区域；所述体声波谐振器区域设置于集成IPD技术封装的滤波器的上半部分；所述盖板区域设置于下半部分；所述盖板区域包括：集总元件；该滤波器可以在完成自身封装的同时实现设定的滤波性能。所述体声波谐振器区域包括：硅衬底、体声波谐振器；所述体声波谐振器设置于硅衬底上。本发明针对所提出的新型滤波器设计了一套合理的加工流程,可以降低工艺复杂度,提高产品的稳定性。(The invention provides a filter and a packaging method for integrated IPD technology packaging, which comprises the following steps: a bulk acoustic wave resonator region, a cover plate region; the bulk acoustic wave resonator region is arranged on the upper half part of the filter packaged by the integrated IPD technology; the cover plate area is arranged on the lower half part; the cover plate region includes: a lumped element; the filter can achieve set filtering performance while completing self-packaging. The bulk acoustic wave resonator region includes: a silicon substrate, a bulk acoustic wave resonator; the bulk acoustic wave resonator is arranged on the silicon substrate. The invention designs a set of reasonable processing flow aiming at the novel filter, which can reduce the process complexity and improve the stability of the product.)
技术领域
本发明涉及滤波器技术领域，具体地，涉及一种集成IPD技术封装的滤波器及封装方法。
背景技术
随着5G通信技术的快速发展，市场对小型化、高性能滤波器的需求越来越高。专利文献CN201210345115.5公开了一种压电声波滤波器和芯片封装结合的结构，该专利提出在连接压电声波滤波器的电感之间引入互感，调节压电声波滤波器传输零点的位置，并改善滤波器的高频性能。
现有技术的不足之处是：常规滤波器所使用的集总元件，往往由表面安装的元器件来实现，每一个电感、电容都会占用很大的空间，而本专利所提出的滤波器所用集总元件通过IPD技术来实现，这将极大的降低整体滤波器的尺寸；常规使用IPD技术实现集总元件的滤波器，其集总元件往往需要额外的封装成独立器件然后与谐振器连接，而本专利所提出的滤波器利用IPD技术将所需的集总元件集成在体声波谐振器的封装盖板上，并通过铜柱连接谐振器和集总元件，使得滤波器在实现良好封装的同时可以达到设定的性能；常规的基于IPD集总元件和体声波谐振器的混合型滤波器所需要的IPD元件和谐振器通常是单独封装再进行互联，常规封装工艺可能存在稳定性差，加工复杂度高等问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种集成IPD技术封装的滤波器及封装方法。
根据本发明提供的一种集成IPD技术封装的滤波器，包括：体声波谐振器区域、盖板区域；所述体声波谐振器区域设置于集成IPD技术封装的滤波器的上半部分；所述盖板区域设置于下半部分；所述盖板区域包括：集总元件；该滤波器可以在完成自身封装的同时实现设定的滤波性能。所述体声波谐振器区域包括：硅衬底、体声波谐振器；所述体声波谐振器设置于硅衬底上。
优选地，所述体声波谐振器采用以下任意一种或者多种结构：
-硅反面刻蚀结构；
-空隙结构；
-布拉格反射层结构；
优选地，所述集总元件采用利用IPD技术加工的集总元件。
优选地，所述集总元件包括：电容、电感；
所述集总元件通过IPD技术集成在硅衬底表面的氧化硅层中；
优选地，所述体声波谐振器区域、盖板区域通过铜柱进行连接。
优选地，所述盖板区域包括：IPD盖板；
所述IPD盖板能够与体声波谐振器所在芯片进行键合。
优选地，所述体声波谐振器区域的输入端和体声波谐振器区域的的输出端通过两个金属过孔延伸到IPD盖板的上表面。
优选地，还包括：金属焊盘；
所述金属焊盘设置于IPD盖板的表面。
优选地，还包括：金属焊盘；
所述金属焊盘的表面设置有一层锡来帮助滤波器焊接到特定电路中。
根据本发明提供的一种集成IPD技术封装的滤波器封装方法，采用所述的集成IPD技术封装的滤波器，进行集成IPD技术封装的滤波器封装。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明针对所提出的新型滤波器设计了一套合理的加工流程，可以降低工艺复杂度，提高产品的稳定性；
2、本发明所提出滤波器中采用的封装技术使得IPD元件所在芯片与体声波谐振器所在芯片互为盖板并在内部进行互联，这就极大的降低了滤波器的整体加工成本；
3、通过采用IPD技术，解决了常规集总元器件占用空间大的问题，且IPD技术可以和标准的光刻工艺兼容，极大的降低了整体滤波器的设计和加工复杂度；
4、通过将所需的集总元件集成到封装的盖板上，解决了常规滤波器需要额外区域来设计和放置集总元件的问题，大大地降低了整体滤波器所需的空间，使得本专利所提出的滤波器在实现良好封装的同时可以获得设定的滤波性能；
5、通过将IPD集总元件与体声波谐振器封装在一起，解决了常规基于IPD集总元件和体声波谐振器的混合型滤波器需要独立封装IPD元件和谐振器的问题。本专利所提出的滤波器封装技术可以使得IPD元件所在芯片与体声波谐振器所在芯片互为盖板并在内部进行互联，这就极大的降低了滤波器的整体加工成本。
6、通过采用本专利所提出的封装工艺流程，解决了常规封装工艺复杂度高、稳定性较差的问题。本专利所提出的封装工艺流程可以有效的实现产品封装，且保证封装盖板上的集总元件可以精准的接触到特定压电谐振器焊点，从而帮助滤波器实现良好的滤波性能。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明实施例中的第一工艺流程示意图。
图3为本发明的集成IPD技术的体声波滤波器实现原理示意图。
图4为本发明实施例中的第二工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
集成无源器件(Integrated Passive Devices，IPD)技术可以将分立的无源器件集成在衬底内部，提高器件Q值及系统集成度。如图1所示，本专利提出了一种集成了IPD技术的声波滤波器。该滤波器主要分为两个部分，上半部分是体声波谐振器区域，下半部分是封装的盖板区域。其中，盖板区域上存在着利用IPD技术加工的集总元件，通过特定位置的铜柱将上下两个部分进行连接，该滤波器可以在完成自身封装的同时实现设定的滤波性能。上半部分的体声波谐振器区域包括硅衬底1和在硅衬底上实现的体声波谐振器2。其中，体声波谐振器的结构类型主要有三种：硅反面刻蚀结构、空隙结构和布拉格反射层结构，而本专利中的体声波谐振器可以根据特定的设计需求选择其中的任意一种或者多种进行组合。此外，谐振器的数量和拓扑结构也可以进行特殊的设计来实现所需的性能。通过特定的光刻技术流程，可以在硅衬底1上实现体声波谐振器阵列，并预留谐振器焊盘3，其表面材料多数情况下为金。
为了进一步优化滤波器的性能，往往需要在谐振器的拓扑结构中加入特定的集总元件。比如在谐振器支路上串联电感以移动谐振频率或者设计特定的匹配网络来增大滤波器的带宽、改善带外抑制性等。在本专利中，这些集总元件(电容9、电感10)可以通过IPD技术集成在硅衬底1表面的氧化硅8层中，并预留特定的焊点方便与谐振器进行连接。在体声波谐振器部分和包含集总元件的盖板部分分别加工完成之后，IPD盖板可以通过图2所示的封装技术进行加工，完成后便可与体声波谐振器所在芯片进行键合。其中，特定谐振器与盖板上的集总元件可以根据设计需求来通过铜柱相连。此外，封装完成的滤波器的输入和输出通过两个金属过孔延伸到盖板的下表面，并留下金属焊盘，金属焊盘的表面有一层锡4来帮助滤波器焊接到特定电路中。
如图2所示，本专利所提出的封装技术工艺流程为：1、在图2a所示的已经集成了IPD元件的盖板上溅射一层薄薄的钛层6，然后再生长一层薄铜层5；2、涂覆一定厚度的光刻胶A11，并进行曝光、显影得到图2b所示的特定形状；3、利用电镀技术生长如图2c所示的一层较厚的铜；4、对所得样品的上表面进行打磨处理，得到图2d中具有特定厚度的均匀平面；5、在图2e中裸露出来的铜层表面电镀上一层锡4；6、去除光刻胶层，得到图2f所示的形状；7、对步骤1中溅射的钛层6和铜层5进行蚀刻，最终得到图2e中所示的铜柱，该铜柱顶部为一层锡4，底部为一层钛6。此外，中间铜柱负责连接谐振器和IPD技术集成的元件，两侧实际为一圈封装铜环(Seal ring)，起支撑和密封作用。8、将图2e中的盖板与具备谐振器的基板进行对接键合，得到最终带有封装的体声波滤波器。
考虑到工艺复杂度和成本，本专利所提出的集成IPD技术的体声波滤波器还可以通过图3所示的方式实现。相较于图1所示结构，图3中的连接和支撑铜柱的长度将极大缩短，这就使得封装好的器件更加稳固。此外，为了防止封装时谐振器与盖板触碰，对应谐振器区域的盖板将被蚀刻出一定大小的凹槽。其他区域的设计与图1所示结构相同。
类似地，图3所示的滤波器可以通过图4所示的工艺流程来实现：1、在已经集成了IPD元件的盖板上涂覆一层光刻胶B12，并进行曝光、显影得到图4a所示的特定形状；2、对图4a所得的基板进行干法蚀刻，然后再去除光刻胶B12，得到图4b所示的凹槽；3、进一步涂覆光刻胶C13，并进行曝光、显影得到图4c所示的形状；4、利用溅射技术在图4c的基板上依次溅射特定厚度的钛层6、铜层5和锡层4，得到图4d所示的具有连接金属柱的盖板；5、将加工好的盖板与具有谐振器的芯片进行对接，最终得到带有封装的并且集成了IPD技术的体声波滤波器。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
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