專利名稱：一種貫孔式振子裝置晶圓級(jí)封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及振子裝置領(lǐng)域，特別是涉及一種應(yīng)用于手機(jī)、筆記型計(jì)算機(jī)、汽車 電子等各種電子產(chǎn)品中的貫孔式振子裝置晶圓級(jí)封裝結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
石英組件具有穩(wěn)定的壓電特性，能夠提供精準(zhǔn)且寬廣的參考頻率、頻率控制、定時(shí) 功能與過濾噪聲等功能，此外，石英組件也能做為運(yùn)動(dòng)及壓力等傳感器，以及重要的光學(xué)組 件；因此，對(duì)于電子產(chǎn)品而言，石英組件扮演著舉足輕重的地位。而針對(duì)石英振子晶體的封裝，之前提出了許多種方案，譬如美國專利公告第 5030875號(hào)專利「犧牲式石英晶體支撐架」(Sacrificial Quartz-crystal Mount)，屬于早 期金屬蓋體(Metal Cap)的封裝方式，其整體封裝結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積無法縮小。美國專利公告 第6545392號(hào)專利「壓電共振器之封裝結(jié)構(gòu)」(PackageStructure for a Piezoelectric Resonator)，主要采用陶瓷封裝體來封裝石英音叉振子，并改良陶瓷基座(Package)與上 蓋(Lid)的結(jié)構(gòu)，使得石英音叉振子具有較佳的抗震性，然而，該封裝體成本高且尺寸無法 進(jìn)一步降低。美國專利公告第6531807號(hào)專利「壓電裝置」(Piezoelectric Device)，主要針對(duì) 在不同區(qū)域之陶瓷基座進(jìn)行石英振子與振蕩電路芯片之封裝，并利用陶瓷基座上之導(dǎo)線做 電氣連接，同時(shí)振蕩電路芯片以樹脂封裝，石英振子則以上蓋做焊接封裝(Seam Welding)； 然而，由于兩芯片各放在不同區(qū)塊，且以陶瓷基座為封裝體，因此使得面積加大且制作成本 居高不下。又如美國專利公告第7098580號(hào)專禾丨』「壓電振蕩器」(Piezoelectric Oscillator)，主要將石英芯片與集成電路分別以陶瓷封裝體封裝后，再進(jìn)行電氣連接的動(dòng) 作，雖可有效縮小面積問題，但整體體積仍無法有效降低，同時(shí)該封裝方式之制作成本也相 對(duì)較高。而美國專利公告第7608986號(hào)專禾丨』「石英晶體振蕩器」(Quartz Crystal Resonator)，主要為晶圓級(jí)封裝形式，其主要將玻璃材質(zhì)(Blue Plate Glass)之上蓋與下 基座，與石英芯片藉由陽極接合完成一三明治結(jié)構(gòu)。然而，此一三明治結(jié)構(gòu)由于基材與石英 之熱膨脹系數(shù)不同，因此當(dāng)溫度變化時(shí)會(huì)造成內(nèi)部石英芯片產(chǎn)生熱應(yīng)力，使得頻率隨溫度 而產(chǎn)生偏移現(xiàn)象。因此，需要特別選擇石英芯片之切角與上蓋和下基座材料之熱膨脹系數(shù)， 才有辦法克服此困難點(diǎn)，然而在制作上和成本上都比較費(fèi)工。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種貫孔式振子裝置晶圓級(jí)封裝結(jié)構(gòu)，改 善三明治封裝結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致的熱應(yīng)力問題，同時(shí)減少貴金屬材料用料與進(jìn)一步微縮尺寸，從 而降低因高頻化而衍生的寄生電容/電感效應(yīng)。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種貫孔式振子裝置晶圓級(jí)封裝結(jié)構(gòu)，包括振子單元、上蓋、基座、封裝環(huán)和至少一個(gè)金屬導(dǎo)通孔，所述的振子單元設(shè) 置在所述的基座上；所述的封裝環(huán)設(shè)置在所述的基座外緣；所述的上蓋設(shè)置在所述的封裝 環(huán)上，罩設(shè)于所述的振子單元；所述的振子單元予以氣密封裝；所述的振子單元上表面具 有上表面電極，下表面具有下表面電極；所述的基座底部設(shè)有基座金屬焊墊；所述的上表 面電極和下表面電極分別通過導(dǎo)電凸塊與所述的金屬導(dǎo)通孔上端電性連接，所述的基座金 屬焊墊與所述的金屬導(dǎo)通孔下端電性連接；所述的金屬導(dǎo)通孔垂直貫穿所述的基座，并位 于所述的導(dǎo)電凸塊下方。所述的貫孔式振子裝置晶圓級(jí)封裝結(jié)構(gòu)的振子單元為石英晶體振子或機(jī)械共振 型式振子。所述的貫孔式振子裝置晶圓級(jí)封裝結(jié)構(gòu)所述的石英晶體振子為溫度穩(wěn)定切角石 英晶體振子或音叉型石英晶體振子。所述的貫孔式振子裝置晶圓級(jí)封裝結(jié)構(gòu)的上蓋由硅、或玻璃、或石英、或陶瓷、或 金屬材料制成；所述的基座由硅、或玻璃、或石英、或陶瓷材料制成；所述的封裝環(huán)由銅、 錫、金、銀、銦或其合金、或有機(jī)聚合物、或氧化物材質(zhì)制成。所述的貫孔式振子裝置晶圓級(jí)封裝結(jié)構(gòu)的上蓋和基座采用相同材質(zhì)制成。所述的貫孔式振子裝置晶圓級(jí)封裝結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電凸塊為銀粉顆粒與樹脂的混合導(dǎo) 電膠材或金屬凸塊，其中，所述的金屬凸塊由金、銅、錫、銀、銦、或上述金屬的合金制成。所述的貫孔式振子裝置晶圓級(jí)封裝結(jié)構(gòu)的金屬導(dǎo)通孔采用銅、銀、金、鎢、或上述 金屬的合金制成，所述的金屬導(dǎo)通孔由硅導(dǎo)通孔技術(shù)予以成型。所述的貫孔式振子裝置晶圓級(jí)封裝結(jié)構(gòu)的上表面電極和下表面電極設(shè)置在所述 的振子單元的相同側(cè)或相對(duì)側(cè)。所述的貫孔式振子裝置晶圓級(jí)封裝結(jié)構(gòu)的上蓋具有一凹槽，所述的基座表面平 坦，或所述的上蓋表面平坦，所述的基座具有一凹槽。所述的貫孔式振子裝置晶圓級(jí)封裝結(jié)構(gòu)的金屬導(dǎo)通孔還可以設(shè)置在所述的封裝 環(huán)下方。有益效果由于采用了上述的技術(shù)方案，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積 極效果采用垂直貫穿開設(shè)于基座的金屬導(dǎo)通孔，來使振子單元與底部的基座金屬焊墊 形成電性連接，因此，擺脫目前采用陶瓷基座封裝的窘境(包括產(chǎn)品成本高且貨源不穩(wěn)定 等)，并改善三明治封裝結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致的熱應(yīng)力問題；同時(shí)，減少貴金屬材料用料與進(jìn)一步微 縮尺寸，減少連接線的長度，從而降低因高頻化而衍生的寄生電容/電感效應(yīng)。且藉由晶圓 接合技術(shù)可批次生產(chǎn)石英晶體振子，減少人力與生產(chǎn)時(shí)間，降低生產(chǎn)成本。

圖1是本實(shí)用新型第一實(shí)施例的貫孔式振子裝置晶圓級(jí)封裝結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型第一實(shí)施例中振子單元上、下電極的示意圖；圖3是本實(shí)用新型第二實(shí)施例的貫孔式振子裝置晶圓級(jí)封裝結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實(shí)用新型第二實(shí)施例中振子單元上、下電極的示意圖；圖5是本實(shí)用新型第一實(shí)施例中凹槽之變化實(shí)施態(tài)樣示意圖；[0025]圖6是本實(shí)用新型第二實(shí)施例中凹槽之變化實(shí)施態(tài)樣示意圖；圖7是本實(shí)用新型第三實(shí)施例的貫孔式振子裝置晶圓級(jí)封裝結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是本實(shí)用新型第三實(shí)施例中振子單元上、下電極與封裝環(huán)走線的示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本 實(shí)用新型而不用于限制本實(shí)用新型的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本實(shí)用新型講授的內(nèi)容 之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申 請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。本實(shí)用新型的實(shí)施方式涉及一種貫孔式振子裝置晶圓級(jí)封裝結(jié)構(gòu)，圖1所示的是 本實(shí)用新型第一實(shí)施例的貫孔式振子裝置晶圓級(jí)封裝結(jié)構(gòu)示意圖。根據(jù)本實(shí)用新型所公開的貫孔式振子裝置晶圓級(jí)封裝結(jié)構(gòu)包含有振子單元20、 上蓋10、基座40、封裝環(huán)30以及金屬導(dǎo)通孔50，其中，振子單元20可為溫度穩(wěn)定切角 (AT-cut)石英晶體振子、音叉型石英晶體振子或其它機(jī)械共振型式振子，且振子單元20的 上、下表面分別具有上表面電極21與下表面電極22(如圖2)，由此激振振子單元20，通過 金屬導(dǎo)通孔50將上表面電極21和下表面電極22上的導(dǎo)電凸塊23電性連接至底部基座40 上的基座金屬焊墊41。上表面電極21與下表面電極22分別位于振子單元20之相對(duì)側(cè)，且 導(dǎo)電凸塊23可為銀粉顆粒與樹脂等組成之導(dǎo)電膠材，也可以是金屬凸塊，其中，金屬凸塊 可由金、銅、錫、銀、銦、或其合金之一制成。振子單元20配置于基座40之上，而基座40外緣設(shè)置有封裝環(huán)30，此封裝環(huán)30可 由銅、錫、金、銀、銦及上述金屬的合金、或有機(jī)聚合物、或氧化物等材質(zhì)制成。由封裝環(huán)30 和上蓋10作為封裝設(shè)置，且上蓋10具有凹槽11，用來容設(shè)振子單元20。故上蓋10、基座40 通過封裝環(huán)30，可將振子單元20作氣密封裝，其內(nèi)部環(huán)境可為真空或是充填氮?dú)?。其中，?蓋10的材質(zhì)可為硅、玻璃、石英、陶瓷、金屬材料等，基座40的材質(zhì)可為硅、玻璃、石英、陶瓷 等非導(dǎo)電材料，再者，若將其兩者(即上蓋10與基座40)選用相同的材質(zhì)，可進(jìn)一步防止熱 應(yīng)力的問題。金屬導(dǎo)通孔50垂直貫穿基座40設(shè)置，其材質(zhì)可為金屬導(dǎo)電材質(zhì)，譬如銅、鎢、鋁、 銀、金及上述金屬之合金等，并且利用硅導(dǎo)通孔(Through Silicon Via ；TSV)技術(shù)予以成 型。金屬導(dǎo)通孔50上面電性連接于振子單元20的上表面電極21與下表面電極22，并將其 電性連接至基座金屬焊墊41，使其可與外部做電性連接，提供電能與訊號(hào)輸入與輸出。而其中，當(dāng)封裝環(huán)30為銅、錫、金、銀、銦及上述金屬的合金時(shí)，可藉由金屬融接結(jié) 合的方式予以封裝；當(dāng)封裝環(huán)30為有機(jī)聚合物時(shí)，則可利用膠合技術(shù)達(dá)成封裝；而當(dāng)封裝 環(huán)30譬如為二氧化硅等氧化性材質(zhì)時(shí)，則可利用陽極氧化接合技術(shù)(Anodic Bonding)達(dá) 成封裝。另一方面，除了上述上表面電極21與下表面電極22位于振子單元20的相對(duì)側(cè) 外，也可將其設(shè)計(jì)為位于相同側(cè)。圖3所示的是本實(shí)用新型第二實(shí)施例的貫孔式振子裝置 晶圓級(jí)封裝結(jié)構(gòu)示意圖；圖4所示的是上表面電極21與下表面電極22位于振子單元20的 相同側(cè)。相同地，上蓋10的凹槽11的設(shè)計(jì)，乃是為了容設(shè)振子單元20，故亦可將基座40設(shè)計(jì)具有凹槽42，而上蓋10表面設(shè)計(jì)為平坦，也可達(dá)到相同之效果，如圖5、圖6所示，分別對(duì) 應(yīng)于上述第一實(shí)施例、第二實(shí)施例之變化態(tài)樣。圖7所示的是本實(shí)用新型第三實(shí)施例的貫孔式振子裝置晶圓級(jí)封裝結(jié)構(gòu)示意圖。 上述實(shí)施例中，金屬導(dǎo)通孔50設(shè)計(jì)垂直貫穿于基座40，位于振子單元20的導(dǎo)電凸塊23的 下方；而本實(shí)施例中，將金屬導(dǎo)通孔50設(shè)計(jì)成位于封裝環(huán)30下方，因金屬導(dǎo)通孔50是由 硅導(dǎo)通孔技術(shù)來形成，而硅導(dǎo)通孔技術(shù)為影響內(nèi)部氣密性的因素之一，因此，本實(shí)施例中， 通過走線的方式將金屬導(dǎo)通孔50開設(shè)于封裝環(huán)30的下方，如圖8所示。當(dāng)進(jìn)行封裝制程 時(shí)，影響封裝氣密性因素僅剩下封裝環(huán)30接合的好壞，內(nèi)部封裝氣體不會(huì)經(jīng)由金屬導(dǎo)通孔 走線而與外界產(chǎn)生交換。因此，整體封裝結(jié)構(gòu)的氣密性將更容易獲得控制。當(dāng)然，凹槽11 的變化態(tài)樣、上表面電極21與下表面電極22的相對(duì)位置也可如第一和第二實(shí)施例所示的 那樣。本實(shí)用新型所公開的一種貫孔式振子裝置晶圓級(jí)封裝結(jié)構(gòu)，藉由垂直貫穿開設(shè)于 基座的金屬導(dǎo)通孔，來使振子單元與底部的基座金屬焊墊形成電性連接，因此，擺脫目前采 用陶瓷基座封裝的窘境(包括產(chǎn)品成本高且貨源不穩(wěn)定等)，并改善三明治封裝結(jié)構(gòu)所導(dǎo) 致之熱應(yīng)力問題；同時(shí)，減少貴金屬材料用料與進(jìn)一步微縮尺寸，減少連接線之長度，從而 降低因高頻化而衍生的寄生電容/電感效應(yīng)。且藉由晶圓接合技術(shù)可批次生產(chǎn)石英晶體振 子，減少人力與生產(chǎn)時(shí)間，降低生產(chǎn)成本。
權(quán)利要求一種貫孔式振子裝置晶圓級(jí)封裝結(jié)構(gòu)，包括振子單元(20)、上蓋(10)、基座(40)、封裝環(huán)(30)和至少一個(gè)金屬導(dǎo)通孔(50)，其特征在于，所述的振子單元(20)設(shè)置在所述的基座(40)上；所述的封裝環(huán)(30)設(shè)置在所述的基座(40)外緣；所述的上蓋(10)設(shè)置在所述的封裝環(huán)(30)上，罩設(shè)于所述的振子單元(20)；所述的振子單元(20)予以氣密封裝；所述的振子單元(20)上表面具有上表面電極(21)，下表面具有下表面電極(22)；所述的基座(40)底部設(shè)有基座金屬焊墊(41)；所述的上表面電極(21)和下表面電極(22)分別通過導(dǎo)電凸塊(23)與所述的金屬導(dǎo)通孔(50)上端電性連接，所述的基座金屬焊墊(41)與所述的金屬導(dǎo)通孔(50)下端電性連接；所述的金屬導(dǎo)通孔(50)垂直貫穿所述的基座(40)，并位于所述的導(dǎo)電凸塊(23)下方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貫孔式振子裝置晶圓級(jí)封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的振子 單元(20)為石英晶體振子或機(jī)械共振型式振子。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的貫孔式振子裝置晶圓級(jí)封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的石英 晶體振子為溫度穩(wěn)定切角石英晶體振子或音叉型石英晶體振子。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貫孔式振子裝置晶圓級(jí)封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的上蓋 (10)由硅、或玻璃、或石英、或陶瓷、或金屬材料制成；所述的基座(40)由硅、或玻璃、或石 英、或陶瓷材料制成；所述的封裝環(huán)(30)由銅、或錫、或金、或銀、或銦、或有機(jī)聚合物、或氧 化物材質(zhì)制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貫孔式振子裝置晶圓級(jí)封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的上蓋 (10)和基座(40)采用相同材質(zhì)制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貫孔式振子裝置晶圓級(jí)封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的導(dǎo)電 凸塊(23)為金屬凸塊，其中，所述的金屬凸塊由金、或銅、或錫、或銀、或銦制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貫孔式振子裝置晶圓級(jí)封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的金屬 導(dǎo)通孔(50)采用銅、或銀、或金、或鎢制成，并由硅導(dǎo)通孔技術(shù)予以成型。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貫孔式振子裝置晶圓級(jí)封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的上表 面電極(21)和下表面電極(22)設(shè)置在所述的振子單元(20)的相同側(cè)或相對(duì)側(cè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貫孔式振子裝置晶圓級(jí)封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的上蓋 (10)具有一凹槽，所述的基座(40)表面平坦，或所述的上蓋(10)表面平坦，所述的基座 (40)具有一凹槽。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貫孔式振子裝置晶圓級(jí)封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的金屬 導(dǎo)通孔(50)還可以設(shè)置在所述的封裝環(huán)(30)下方。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種貫孔式振子裝置晶圓級(jí)封裝結(jié)構(gòu)，包括上蓋、振子單元、基座、封裝環(huán)以及金屬導(dǎo)通孔，封裝環(huán)設(shè)置在基座與上蓋之間，供上蓋與基座結(jié)合，并將振子單元?dú)饷芊庋b于基座上，金屬導(dǎo)通孔垂直貫穿基座并與振子單元電性連接，從而提供振子單元之訊號(hào)輸出/輸入，因此可達(dá)到高度整合的封裝，改善三明治封裝結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致的熱應(yīng)力問題，進(jìn)而減少貴金屬材料用料與進(jìn)一步微縮尺寸，降低因高頻化而衍生的寄生電容/電感效應(yīng)。
文檔編號(hào)H03H9/05GK201774504SQ201020151069
公開日2011年3月23日 申請(qǐng)日期2010年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月6日
發(fā)明者趙岷江, 黃國瑞 申請(qǐng)人:臺(tái)晶(寧波)電子有限公司