專利名稱：具有薄膜腔聲諧振器的雙工濾波器及其半導(dǎo)體封裝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雙工濾波器，更特別地，涉及具有薄膜腔聲諧振器的雙工濾波器及其半導(dǎo)體封裝。
背景技術(shù)：
通常，薄膜腔聲諧振器(FBAR)是一種用壓電層的體聲波的濾波器。普通的頻率濾波器的尺寸與所用頻段的電磁波的波長(zhǎng)成正比。因此，普通的用電磁波的頻率濾波器的尺寸相對(duì)較大。例如，當(dāng)電磁波的頻率為1GHz時(shí)，普通的頻率濾波器的尺寸大約是30cm，而當(dāng)電磁波的頻率為300GHz時(shí)，普通的頻率濾波器的尺寸大約是1mm。然而，若采用壓電層體聲波，體聲波的波長(zhǎng)變小為電磁波的波長(zhǎng)的萬(wàn)分之一。因此，電磁波通過(guò)壓電層轉(zhuǎn)換成體聲波，而且濾波器的尺寸與體聲波的波長(zhǎng)成正比變得更小。也就是，采用體聲波的頻率濾波器的尺寸大約是幾百微米，且采用體聲波的若干頻率濾波器可以通過(guò)半導(dǎo)體工藝同時(shí)制作。
圖1A所示為根據(jù)在先技術(shù)采用體微加工工藝制作的薄膜腔聲諧振器。
如圖所示，通過(guò)傳統(tǒng)的體微加工工藝制作的腔聲諧振器10包括半導(dǎo)體底層11，該半導(dǎo)體底層11在底部具有采用體微加工工藝蝕刻形成的孔12；在半導(dǎo)體底層11上形成的且覆蓋孔12的薄膜13；沉積在薄膜13上的下面的電極14；在下面的電極14暴露的表面上形成的壓電層15；及沉積在壓電層15上的上面的電極16。
然而，當(dāng)通過(guò)體微加工工藝制作薄膜腔聲諧振器時(shí)，半導(dǎo)體底層11須長(zhǎng)時(shí)間浸入蝕刻溶液以在半導(dǎo)體底層11上形成一個(gè)特定的孔12。按照這種方法，需要花較長(zhǎng)時(shí)間來(lái)制作薄膜腔聲諧振器并且當(dāng)半導(dǎo)體底層上制作的薄膜腔聲諧振器各個(gè)地分離時(shí)極有可能造成損壞。
圖1B所示的是為解決圖1A中的問(wèn)題而采用傳統(tǒng)的表面微加工工藝制作的薄膜腔聲諧振器。
如圖所示，采用傳統(tǒng)的表面微加工工藝制作的腔聲諧振器20包括具有在其上部形成的通風(fēng)層22的半導(dǎo)體底層21；在半導(dǎo)體底層21的通風(fēng)層22上形成的下面的電極14；在下面的電極14的暴露的上表面上形成的壓電層15；在壓電層15上沉積的上面的電極16。
采用傳統(tǒng)的表面微加工工藝制作的薄膜腔聲諧振器不具有孔12，因而半導(dǎo)體芯片在分離時(shí)不容易斷裂。另外，通風(fēng)層22的面積沒(méi)有增加，因而每個(gè)半導(dǎo)體底層的半導(dǎo)體芯片的數(shù)目增加。然而，在采用傳統(tǒng)的表面微加工工藝制作的薄膜腔聲諧振器中，很難控制位于通風(fēng)層22上的下面的電極14和壓電層15的壓力，從而具有較低的成品率。
圖1C所示的是為解決圖1B中的問(wèn)題而按照傳統(tǒng)的技術(shù)制作的采用薄膜腔聲反射層32的薄膜腔聲諧振器。聲音反射層32稱作布拉格反射體。
如圖所示，采用聲音反射層32制作的薄膜腔聲諧振器30包括半導(dǎo)體底層31；在半導(dǎo)體底層31上沉積的聲音反射層32；聲音反射層32上沉積的下面的電極14；在下面的電極14的暴露的表面上形成的壓電層15；及在壓電層15上沉積的上面的電極16。這里，聲音反射層32是通過(guò)在半導(dǎo)體底層31的表面上順序沉積SiO2(二氧化硅)和W(鎢)而形成的層，下面的電極14和上面的電極16是通過(guò)沉積鉬而形成的電極，而壓電層15是通過(guò)射頻磁控濺射沉積ZnO(氧化鋅)和AIN而形成的層。
然而，在傳統(tǒng)的薄膜腔聲諧振器10、20和30中，在半導(dǎo)體底層11，21和31上形成的下面的電極14形成單層，因此，降低了下面的電極14與半導(dǎo)體底層11、21和31之間的粘接性能。另外，由于半導(dǎo)體底層11、21和31的影響，擴(kuò)充下面的電極14和具有C軸定位的壓電層15是困難的。
在下文中，將參照?qǐng)D2說(shuō)明具有傳統(tǒng)的薄膜腔聲諧振器，以及若干無(wú)源元件，如與雙工濾波器相連的電感器和電容器的雙工濾波器。
圖2所示的是具有傳統(tǒng)的薄膜腔聲諧振器和無(wú)源元件的雙工濾波器的框圖。
如圖所示，與移動(dòng)終端的天線等設(shè)備相連接的雙工濾波器40，包括具有若干串聯(lián)和并聯(lián)連接的薄膜腔聲諧振器10的發(fā)送側(cè)的帶通濾波器41和接收側(cè)的帶通濾波器42，僅供預(yù)定頻段通過(guò)；和若干無(wú)源元件43，如連接于發(fā)送側(cè)的帶通濾波器41和接收側(cè)的帶通濾波器42之間的若干相連的電感器和電容器。參考號(hào)S表示薄膜腔聲諧振器的串聯(lián)連接狀態(tài)，而P則表示薄膜腔聲諧振器的并聯(lián)連接狀態(tài)。
因此，即使通過(guò)將發(fā)送側(cè)的帶通濾波器和接收側(cè)的帶通濾波器集成到一個(gè)半導(dǎo)體芯片中而按照小于1mm×1mm的尺寸來(lái)制作，無(wú)源元件，如若干不同的電感器和電容器被安置在發(fā)送側(cè)的帶通濾波器和接收側(cè)的帶通濾波器的外圍。按照這種方法，雙工濾波器實(shí)際尺寸相當(dāng)于大約11mm×9mm。最后，傳統(tǒng)的雙工濾波器成為減小移動(dòng)終端等移動(dòng)通信設(shè)備體積的一大障礙，從而，需要將傳統(tǒng)的雙工濾波器集成和封裝到一個(gè)半導(dǎo)體芯片中的技術(shù)。
按照2003年5月6日登記的公布號(hào)為No.6,559,735的美國(guó)專利所公開(kāi)了另一傳統(tǒng)技術(shù)的雙工濾波器。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種具有良好的與半導(dǎo)體底層的粘接特性和良好的壓電層性能的薄膜腔聲諧振器。
本發(fā)明的另一目的是提供一種通過(guò)串聯(lián)和并聯(lián)連接若干薄膜腔聲諧振器形成的，用于過(guò)濾發(fā)射/接收頻率的特定頻段的薄膜腔聲濾波器以及薄膜腔聲諧振器外圍的必要無(wú)源元件集成到一個(gè)半導(dǎo)體芯片中，從而能夠微型化其尺寸的雙工濾波器。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種適合于雙工濾波器或能使雙工濾波器微型化的半導(dǎo)體封裝。
為獲得這些和其他的優(yōu)點(diǎn)并根據(jù)本發(fā)明的目的，在此予以具體而廣泛地描述，這里提供的薄膜腔聲諧振器包括半導(dǎo)體底層；在半導(dǎo)體底層上表面形成的兩層以上的下面的電極；在下面的電極上表面沉積的具有一定厚度的壓電層；在壓電層上表面形成的兩層以上的上面的電極。
為獲得這些和其他的優(yōu)點(diǎn)并根據(jù)本發(fā)明的目的，正如在此予以具體而廣泛地描述的，本發(fā)明還提供雙工濾波器，該雙工濾波器包括半導(dǎo)體底層；由若干薄膜腔聲諧振器串聯(lián)和并聯(lián)連接而在半導(dǎo)體底層上表面形成的發(fā)射側(cè)的薄膜腔聲濾波器；由若干薄膜腔聲諧振器串聯(lián)和并聯(lián)連接而在發(fā)射側(cè)薄膜腔聲濾波器的一側(cè)形成的接收側(cè)的薄膜腔聲濾波器；以及在發(fā)射側(cè)薄膜腔聲濾波器和接收側(cè)的薄膜腔聲濾波器的一側(cè)形成的若干無(wú)源元件。
為獲得這些和其他的優(yōu)點(diǎn)并根據(jù)本發(fā)明的目的，在此予以具體而廣泛地描述，本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體封裝，該半導(dǎo)體封裝包括具有由若干薄膜腔聲諧振器串聯(lián)和并聯(lián)連接而在半導(dǎo)體底層上表面形成的發(fā)射側(cè)薄膜腔聲濾波器和接收側(cè)薄膜腔聲濾波器的半導(dǎo)體芯片；具有帶使得半導(dǎo)體芯片可安裝的一定空間的空穴的陶瓷體的底層，在陶瓷體空穴的底部表面形成的接地平面，若干連接到接地平面以穿透陶瓷體的導(dǎo)電的接地導(dǎo)孔，從陶瓷體空穴的外部周圍表面到底部表面形成的若干信號(hào)線；若干用于連接半導(dǎo)體芯片、接地平面和信號(hào)線的導(dǎo)線；以及用于覆蓋底層空穴上部的蓋子，以保護(hù)半導(dǎo)體芯片和導(dǎo)線不受外部環(huán)境影響。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體封裝包括具有由若干薄膜腔聲諧振器串聯(lián)和并聯(lián)連接而在半導(dǎo)體底層上表面形成的發(fā)射側(cè)薄膜腔聲濾波器和接收側(cè)薄膜腔聲濾波器的半導(dǎo)體芯片；具有安裝半導(dǎo)體芯片的陶瓷體的底層，在陶瓷體上表面形成的若干導(dǎo)線分布圖以使得半導(dǎo)體芯片通過(guò)以翻轉(zhuǎn)狀態(tài)的倒裝晶片形式用焊錫連接，若干導(dǎo)電的接地導(dǎo)孔和傳導(dǎo)信號(hào)的導(dǎo)孔連接到若干導(dǎo)線分布圖并穿透陶瓷體；密封層，用于密封陶瓷體上表面的半導(dǎo)體芯片以保護(hù)其不受外部環(huán)境影響。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體封裝包括具有由若干薄膜腔聲諧振器串聯(lián)和并聯(lián)連接而在半導(dǎo)體底層上表面形成的發(fā)射側(cè)薄膜腔聲濾波器和接收側(cè)薄膜腔聲濾波器的半導(dǎo)體芯片；具有可在其上安裝半導(dǎo)體芯片的絕緣體，及具有在絕緣體上表面形成的若干導(dǎo)線分布圖以使得半導(dǎo)體芯片以翻轉(zhuǎn)狀態(tài)的倒裝晶片形式用焊錫連接的底層；以及密封層，用于密封絕緣體上表面的半導(dǎo)體芯片以保護(hù)其不受外部環(huán)境影響。
本發(fā)明前述的及其它的目的，特性，觀點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)通過(guò)下面的結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)描述中將變得更加明顯。


所包括的附圖用于對(duì)發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明，其被結(jié)合在本說(shuō)明書中并作為本申請(qǐng)文件的一部分，其示出的發(fā)明實(shí)施例與文字描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。附圖中圖1A所示為根據(jù)在先技術(shù)采用體微處理工藝制作的薄膜腔聲諧振器；圖1B所示的是為解決圖1A中的問(wèn)題而采用傳統(tǒng)的表面微加工工藝制作的薄膜腔聲諧振器；圖1C所示的是為解決圖1B中的問(wèn)題而按照傳統(tǒng)的技術(shù)采用薄膜腔聲反射層制作的薄膜腔聲諧振器；圖2所示的是具有傳統(tǒng)的薄膜腔聲諧振器和無(wú)源元件的雙工濾波器的框圖；圖3A為根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的薄膜腔聲諧振器的截面視圖；圖3B為根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的薄膜腔聲諧振器的截面視圖；圖3C為根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的薄膜腔聲諧振器的截面視圖；
圖4A為具有根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的薄膜腔聲諧振器的雙工濾波器第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意框圖；圖4B為具有根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的薄膜腔聲諧振器的雙工濾波器第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意框圖；圖5A為具有根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的薄膜腔聲諧振器的雙工濾波器第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意框圖；圖5B為具有根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的薄膜腔聲諧振器的雙工濾波器第四實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意框圖；圖6A具有第一實(shí)施例的薄膜腔聲諧振器的雙工濾波器第一實(shí)施例的平面示意圖；圖6B具有第二實(shí)施例的薄膜腔聲諧振器的雙工濾波器第二實(shí)施例的平面示意圖；圖7為薄膜腔聲諧振器的部分部件的截面示意圖；圖8A為按照第一實(shí)施例的安裝本發(fā)明的雙工濾波器的半導(dǎo)體封裝的截面示意圖；圖8B為按照第二實(shí)施例的安裝本發(fā)明的雙工濾波器的半導(dǎo)體封裝的截面示意圖；圖9A為按照第三實(shí)施例的安裝本發(fā)明的雙工濾波器的半導(dǎo)體封裝的截面示意圖；圖9B為按照第四實(shí)施例的安裝本發(fā)明的雙工濾波器的半導(dǎo)體封裝的截面示意圖；
圖10A為按照第五實(shí)施例的安裝本發(fā)明的雙工濾波器的半導(dǎo)體封裝的截面示意圖；圖10B為按照第六實(shí)施例的安裝本發(fā)明的雙工濾波器的半導(dǎo)體封裝的截面示意圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)將附圖中所列舉的例子作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)參考。
在下文中，參照?qǐng)D3A至圖10B，將說(shuō)明具有良好的與半導(dǎo)體底層粘接的特性和良好的壓電層性能的薄膜腔聲諧振器，能夠通過(guò)將串聯(lián)和并聯(lián)連接若干薄膜腔聲諧振器形成的，用于過(guò)濾發(fā)射/接收頻率的特定頻段的薄膜腔聲濾波器以及外圍必要的無(wú)源元件集成到一個(gè)半導(dǎo)體芯片中從而微型化其尺寸的雙工機(jī)，以及適合于雙工濾波器或能使雙工濾波器微型化的半導(dǎo)體封裝。
圖3A為根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的薄膜腔聲諧振器的截面視圖。
如圖所示，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的薄膜腔聲諧振器100包括半導(dǎo)體底層110；在半導(dǎo)體底層110上形成的薄膜130；在薄膜130上形成的雙層的下面的電極140；在雙層的下面的電極140的暴露的表面上形成的壓電層150；在壓電層150上形成的雙層的上面的電極160。雙層的下面的電極140和雙層的上面的電極160可形成兩層以上。
在下文中，將進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的薄膜腔聲諧振器的結(jié)構(gòu)。
半導(dǎo)體底層110可由Si(硅)，GaAs(砷化鎵)，或其他等效物其中之一制成。半導(dǎo)體底層110不限于某一特定的材料。為使共鳴性能最佳化，半導(dǎo)體底層110可具有一定空間的孔120。
薄膜130作為絕緣體可在半導(dǎo)體底層110的整個(gè)表面形成，且形成以覆蓋在半導(dǎo)體底層110形成的孔120。
下面的電極140由兩層或兩層以上順序沉積于薄膜130的上表面的金屬形成。例如，下面的電極140通過(guò)在薄膜130的上表面順序沉積Ti/Mo(鈦/鉬)、Cr/Mo(/鉬)、Ti/W(鈦/鎢)、Cr/W(鉻/鎢)中的一對(duì)而形成。Cr(鉻)或Ti(鈦)用作粘接層和緩沖層以使與薄膜130的粘接性能最大化，并且沉積在Cr(鉻)或Ti(鈦)上的Mo(鉬)或W(鎢)增強(qiáng)了壓電層150的性能。
壓電層150在由兩層或兩層以上的金屬順序沉積形成的下面的電極140的上表面上按一定厚度沉積而形成。壓電層150由ZnO(氧化鋅)，AIN或其他等效材料形成。壓電層150不限于某種特定材料。
上面的電極160通過(guò)在壓電層150上表面上順序沉積兩層或兩層以上的金屬而形成。也就是說(shuō)，上面的電極160通過(guò)在壓電層150的上表面上順序沉積Ti/Mo(鈦/鉬)、Cr/Mo(鉻/鉬)、Ti/W(鈦/鎢)、Cr/W(鉻/鎢)中的一對(duì)而形成。
圖3B為根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的薄膜腔聲諧振器的截面視圖。
如圖3B所示，根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的薄膜腔聲諧振器200與圖3A所示的薄膜腔聲諧振器100類似，因此，在此僅就他們之間的區(qū)別予以說(shuō)明。
如圖3B所示，在根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的薄膜腔聲諧振器200中，由于難以加工而不在半導(dǎo)體底層110上形成孔120，而是在下面的電極140底部形成預(yù)定深度的通風(fēng)層210。正如所知，通風(fēng)層210是通過(guò)燭刻一個(gè)犧牲層(未示出)而形成，并增強(qiáng)壓電層15的性能。下面的電極140和上面的電極160可通過(guò)沉積兩層或兩層以上金屬形成。
圖3C為根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的薄膜腔聲諧振器的截面視圖。
如圖3C所示，根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的薄膜腔聲諧振器300與圖3B所示的薄膜腔聲諧振器200類似，因此，在此僅就他們之間的區(qū)別予以說(shuō)明。
如圖3C所示，在根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的薄膜腔聲諧振器300中，不在半導(dǎo)體底層110上形成孔120或通風(fēng)層210。也就是說(shuō)，在半導(dǎo)體底層110與下面的電極140之間形成多層的聲波反射層310。聲波反射層310可以通過(guò)多次順序沉積SiO2和W而形成，并增強(qiáng)壓電層150的性能。如前所述，下面的電極140和上面的電極160可通過(guò)堆積兩層或兩層以上金屬形成。
在下文中，將參照?qǐng)D4A至5B描述根據(jù)本發(fā)明的三個(gè)實(shí)施例之一的薄膜腔聲諧振器的雙工濾波器。
圖4A為具有根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的薄膜腔聲諧振器的雙工濾波器第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意框圖。
如圖4A所示，具有根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的薄膜腔聲諧振器的雙工濾波器可以通過(guò)構(gòu)成用于美國(guó)個(gè)人通信系統(tǒng)(USPCS)的薄膜腔聲諧振器(FBAR)雙工器，用于數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡(luò)(DCN)的表面聲波(SAW)雙工器，以及采用具有電感和電容的低溫共燒陶瓷(LTCC)封裝作為封裝的LC同向雙工器來(lái)實(shí)現(xiàn)。用于USPCS的FBAR雙工器和LC同向雙工器能夠由單個(gè)半導(dǎo)體芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。
LC同向雙工器可以通過(guò)LTCC工藝制作或通過(guò)半導(dǎo)體工藝集成在一硅基質(zhì)上。SAW雙工器可以在石英基質(zhì)或鈮酸鋰基質(zhì)上制作。由于FBAR雙工器通過(guò)半導(dǎo)體工藝被集成在硅基質(zhì)上，F(xiàn)BAR雙工器可以與LC同向雙工器集成，也就是說(shuō)，能夠由單個(gè)半導(dǎo)體芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而，F(xiàn)BAR雙工器可作為與SAW雙工器的單個(gè)封裝而實(shí)現(xiàn)。根據(jù)這些情況，通過(guò)將用于USPCS的FBAR雙工器、用于DCN的SAW雙工器以及LC同向雙工器用一個(gè)半導(dǎo)體封裝來(lái)實(shí)現(xiàn)，可以使具有根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的薄膜腔聲諧振器的雙工濾波器微型化和成本降低。
圖4B為具有根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的薄膜腔聲諧振器的雙工濾波器第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意框圖。
如圖4B所示，具有根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的薄膜腔聲諧振器的第二實(shí)施例的雙工濾波器可以通過(guò)將用于蜂窩電話的SAW雙工器替換成用于DCN的FBAR雙工器而用一個(gè)封裝實(shí)現(xiàn)。
圖5A為具有根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的薄膜腔聲諧振器的第三實(shí)施例的雙工濾波器的結(jié)構(gòu)示意框圖。
如圖5A所示，具有根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的薄膜腔聲諧振器的第三實(shí)施例的雙工濾波器通過(guò)將用于GPS的FBAR BPF封裝進(jìn)一個(gè)圖4B的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體封裝中而構(gòu)成，且可用于三個(gè)頻段(蜂窩，PCS，GPS)的終端。并且LC三工器可用來(lái)代替LC同向雙工器。LC三工器可將從天線輸入的射頻(RF)通訊信號(hào)分成不同的頻段(例如，DCN(800MHz頻段)，PCS(1900MHz頻段)，GPS(1500MHz頻段))。LC三工器由電感器和電容器，或電感器、電容器和開(kāi)關(guān)構(gòu)成。
圖5B為具有根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的薄膜腔聲諧振器的第四實(shí)施例的雙工濾波器的結(jié)構(gòu)示意框圖。
如圖5B所示，具有根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的薄膜腔聲諧振器的第四實(shí)施例的雙工濾波器通過(guò)將用于GPS的FBAR BPF封裝進(jìn)一個(gè)圖5A的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體封裝中，且可用于三個(gè)頻段(蜂窩，PCS，GPS)的終端。例如，由于包括電感器和電容器的LC三工器可以通過(guò)半導(dǎo)體工藝被集成在硅基質(zhì)上，圖5B中所示的每個(gè)裝置(用于GPS的FBAR BPF，用于USPCS的FBAR雙工器，LC三工器，用于DCN的FBAR雙工器)可以被集成在硅基質(zhì)上，且可通過(guò)采用用于DCN的雙工器和用于GPS的帶通濾波器(BPF)作為單個(gè)半導(dǎo)體芯片實(shí)現(xiàn)。
在下文中，將參照?qǐng)D6A至6B描述根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的薄膜腔聲諧振器的雙工濾波器。
圖6A為具有第一實(shí)施例的薄膜腔聲諧振器的第一實(shí)施例的雙工濾波器的平面示意圖。
如圖所示，根據(jù)第一實(shí)施例400的雙工濾波器包括半導(dǎo)體底層440；和在半導(dǎo)體底層440形成的發(fā)射側(cè)薄膜腔聲濾波器410和接收側(cè)的薄膜腔聲濾波器420。
半導(dǎo)體底層440可由Si(硅)，GaAs(砷化鎵)或其他等效材料其中之一形成。半導(dǎo)體底層440的材料不受限制。
由若干薄膜腔聲諧振器200串聯(lián)和并聯(lián)連接在半導(dǎo)體底層440上而形成發(fā)射側(cè)薄膜腔聲濾波器410和接收側(cè)的薄膜腔聲濾波器420。
圖6B為具有第二實(shí)施例的薄膜腔聲諧振器的第二實(shí)施例的雙工濾波器的平面示意圖。
如圖所示，根據(jù)第二實(shí)施例的雙工濾波器500還包括在發(fā)射側(cè)薄膜腔聲濾波器410和接收側(cè)的薄膜腔聲濾波器420一側(cè)的若干無(wú)源元件430。無(wú)源元件430可以是若干電感器和電容器。用于GPS的薄膜腔聲濾波器(未示出)還可在半導(dǎo)體底層440形成。
在下文中，將參照?qǐng)D7描述圖6A中的薄膜腔聲諧振器的截面(I-I′)。
圖7所示的是圖6A中的薄膜腔聲諧振器的部分部件的截面。
如圖7所示，若干薄膜腔聲諧振器200可以在一絕緣薄膜450上形成，或沒(méi)有絕緣薄膜450時(shí)各自形成。在薄膜腔聲諧振器200與半導(dǎo)體底層440之間形成通風(fēng)層460，并且半導(dǎo)體底層440可形成圖3A、3B和3C中的半導(dǎo)體底層結(jié)構(gòu)。
圖8A為按照第一實(shí)施例的安裝本發(fā)明的雙工濾波器的半導(dǎo)體封裝的截面示意圖。
如圖所示，按照第一實(shí)施例600的安裝本發(fā)明的雙工濾波器的半導(dǎo)體封裝包括具有發(fā)射側(cè)薄膜腔聲濾波器603和接收側(cè)的薄膜腔聲濾波器606的半導(dǎo)體芯片608；安裝半導(dǎo)體芯片608的底層612；用于電連接半導(dǎo)體芯片608和底層612的若干導(dǎo)線602；和粘附在底層612上表面的粘合劑604上的蓋子601。
半導(dǎo)體芯片608排列在半導(dǎo)體底層607上，且在半導(dǎo)體底層607上表面形成具有若干薄膜腔聲諧振器串聯(lián)和并聯(lián)而形成的發(fā)射側(cè)薄膜腔聲濾波器603和接收側(cè)的薄膜腔聲濾波器606。并且，在半導(dǎo)體底層607上表面還形成若干無(wú)源元件605如電感器和電容器。
底層612包括具有預(yù)定空間的空穴610的陶瓷體611以使半導(dǎo)體芯片608可安裝；在陶瓷體611的空穴610底面形成的接地平面614；與接地平面614相連并穿透陶瓷體611的若干導(dǎo)電的接地導(dǎo)孔615；和從絕緣體611的空穴610外圍表面到底表面形成的若干信號(hào)線613。底層612可以是低溫共燒陶瓷(LTCC)或高溫共燒陶瓷(HTCC)。底層612所采用的材料不受限制。
若干導(dǎo)線602與半導(dǎo)體底層607、信號(hào)線613和接地平面614電連接。若干導(dǎo)線602可用Au線和Al線或其他等同的材料制作。若干導(dǎo)線602所采用的材料不受限制。
用粘合劑604將蓋子601粘合在底層612的上表面，保護(hù)半導(dǎo)體芯片608和若干導(dǎo)線602不受外部環(huán)境的影響。
圖8B為按照第二實(shí)施例的安裝本發(fā)明的雙工濾波器的半導(dǎo)體封裝的截面示意圖。
如圖所示，按照第二實(shí)施例的安裝本發(fā)明的雙工濾波器的半導(dǎo)體封裝700包括具有發(fā)射側(cè)薄膜腔聲濾波器603和接收側(cè)的薄膜腔聲濾波器606的半導(dǎo)體芯片608；安裝半導(dǎo)體芯片608的底層612；用于電連接半導(dǎo)體芯片608和底層612的若干導(dǎo)線602；以及用粘合劑604粘合在底層612上表面的蓋子601。按照第二實(shí)施例的安裝本發(fā)明的雙工濾波器的半導(dǎo)體封裝700與圖8A所示的半導(dǎo)體封裝600類似，因此，在此僅就他們之間的區(qū)別予以說(shuō)明。
半導(dǎo)體芯片608具有發(fā)射側(cè)薄膜腔聲濾波器603和接收側(cè)的薄膜腔聲濾波器606，但不具有若干無(wú)源元件605。
采用低溫共燒陶瓷(LTCC)在底層612上形成若干無(wú)源元件616如若干電感器和電容器。也就是，在底層612上形成若干無(wú)源元件616，因此，無(wú)源元件605不必在半導(dǎo)體芯片608中形成。
圖9A為按照第三實(shí)施例的安裝本發(fā)明的雙工濾波器的半導(dǎo)體封裝的截面示意圖。
如圖所示，按照第三實(shí)施例的安裝本發(fā)明的雙工濾波器的半導(dǎo)體封裝800包括半導(dǎo)體芯片802；通過(guò)焊接與半導(dǎo)體芯片802連接的底層809；以及用于密封底層809上表面上的半導(dǎo)體芯片802的密封層。
半導(dǎo)體芯片802包括半導(dǎo)體底層805；和由若干薄膜腔聲濾波器串聯(lián)和并聯(lián)連接在半導(dǎo)體底層805上表面形成的發(fā)射側(cè)的薄膜腔聲濾波器804和接收側(cè)薄膜腔聲濾波器806。若干無(wú)源元件803，如電感器和電容器可以直接在半導(dǎo)體芯片802的半導(dǎo)體底層805的表面上形成。
底層809包括安裝半導(dǎo)體芯片802的陶瓷體810；在陶瓷體810上表面形成的若干導(dǎo)線分布圖808以使得半導(dǎo)體芯片802可以通過(guò)翻轉(zhuǎn)狀態(tài)的倒裝晶片形式用焊錫807連接；連接到若干導(dǎo)線分布圖808并穿透陶瓷體810的若干導(dǎo)電的接地導(dǎo)孔811和傳導(dǎo)信號(hào)導(dǎo)孔。底層809可以是低溫共燒陶瓷(LTCC)或高溫共燒陶瓷(HTCC)。
密封層801密封半導(dǎo)體芯片802以保護(hù)其不受外部環(huán)境影響。密封層801可由環(huán)氧樹(shù)脂、聚合物或其等效材料其中之一形成。密封層801所采用的材料不作限制。
在半導(dǎo)體芯片802底面和底層809之間還形成通風(fēng)空隙812以防止半導(dǎo)體芯片802底面形成的發(fā)射側(cè)的薄膜腔聲濾波器804、接收側(cè)薄膜腔聲濾波器806，和無(wú)源元件803的性能惡化。也就是說(shuō)，密封層801并不是在半導(dǎo)體芯片802的底面和底層809之間形成。
圖9B為按照第四實(shí)施例的安裝本發(fā)明的雙工濾波器的半導(dǎo)體封裝的截面示意圖。
如圖所示，按照第四實(shí)施例的安裝本發(fā)明的雙工濾波器的半導(dǎo)體封裝900包括具有發(fā)射側(cè)的薄膜腔聲濾波器804和接收側(cè)薄膜腔聲濾波器806的半導(dǎo)體芯片802；以翻轉(zhuǎn)狀態(tài)安裝半導(dǎo)體芯片802的底層809；用于密封底層809的上表面的半導(dǎo)體芯片的密封層801。按照第四實(shí)施例的安裝本發(fā)明的雙工濾波器的半導(dǎo)體封裝900與圖9A所示的半導(dǎo)體封裝800類似，因此，在此僅就他們之間的區(qū)別予以說(shuō)明。
首先，半導(dǎo)體芯片802具有發(fā)射側(cè)的薄膜腔聲濾波器804和接收側(cè)薄膜腔聲濾波器806，但沒(méi)有若干無(wú)源元件803。
其次，采用低溫共燒陶瓷(LTCC)在底層809上形成若干無(wú)源元件814，如電感器和電容器。也就是說(shuō)，在底層809上形成若干無(wú)源元件814，因此，若干無(wú)源元件803不必在半導(dǎo)體芯片802中形成。
圖10A為按照第五實(shí)施例的安裝本發(fā)明的雙工濾波器的半導(dǎo)體封裝的截面示意圖。
如圖所示，按照第五實(shí)施例的安裝本發(fā)明的雙工濾波器的半導(dǎo)體封裝1000包括半導(dǎo)體芯片1002；半導(dǎo)體芯片1002以翻轉(zhuǎn)狀態(tài)連接其上的底層1009；以及用于密封半導(dǎo)體芯片1002的密封層1001。
半導(dǎo)體芯片1002包括半導(dǎo)體底層1004；和由若干薄膜腔聲濾波器串聯(lián)和并聯(lián)連接且在半導(dǎo)體底層1004上表面形成的發(fā)射側(cè)的薄膜腔聲濾波器1003和接收側(cè)薄膜腔聲濾波器1005。
底層1009包括安裝半導(dǎo)體芯片1002的絕緣體1011；在絕緣體1011上表面形成的若干導(dǎo)線分布圖1008以使得半導(dǎo)體芯片802可以通過(guò)焊錫1007以翻轉(zhuǎn)狀態(tài)的倒裝晶片形式連接其上。
底層1009的絕緣體1011用具有高阻抗的硅，印刷電路板，陶瓷或其等效材料其中之一制作而成。制作絕緣體1011所采用的材料不作限制。底層1009的絕緣體1011的上表面的半導(dǎo)體芯片1002相應(yīng)的部位還形成的若干無(wú)源元件1006，如電感器和電容器。
如圖10A所示，若干導(dǎo)電的接地導(dǎo)孔1010和傳導(dǎo)信號(hào)導(dǎo)孔1012穿透底層1009的絕緣體1011，導(dǎo)電的接地導(dǎo)孔1010與絕緣體1011的上表面形成的若干導(dǎo)線分布圖1008相連接。
密封層1001密封絕緣體1011的上表面的半導(dǎo)體芯片1002以保護(hù)其不受外部環(huán)境影響。
在半導(dǎo)體芯片1002底面和底層1009之間還形成通風(fēng)空隙1013以防止在半導(dǎo)體芯片1002底面形成的發(fā)射側(cè)的薄膜腔聲濾波器1003和接收側(cè)薄膜腔聲濾波器1005，和在底層1009的上表面形成的若干無(wú)源元件1006的性能惡化。也就是說(shuō)，密封層1001并不是在半導(dǎo)體芯片1002和底層1009之間形成。密封層1001可由環(huán)氧樹(shù)脂、聚合物或其等效材料其中之一形成。密封層1001所采用的材料不作限制。
圖10B為按照第六實(shí)施例的安裝本發(fā)明的雙工濾波器的半導(dǎo)體封裝的截面示意圖。
按照第六實(shí)施例的安裝本發(fā)明的雙工濾波器的半導(dǎo)體封裝1100與圖10A所示的半導(dǎo)體封裝1000類似，因此，在此僅就他們之間的區(qū)別予以說(shuō)明。
如圖10B所示，按照第六實(shí)施例的安裝本發(fā)明的雙工濾波器的半導(dǎo)體封裝1100包括半導(dǎo)體芯片1002；半導(dǎo)體芯片1002以翻轉(zhuǎn)狀態(tài)連接到上面的底層1009；以及用于密封半導(dǎo)體芯片1002的密封層1001。在底層1009的絕緣體1011上表面形成的若干導(dǎo)線分布圖1008沿絕緣體1011上表面延伸到半導(dǎo)體芯片1002的外側(cè)。底層1009的絕緣體1011沒(méi)有導(dǎo)電的接地導(dǎo)孔1010和傳導(dǎo)信號(hào)導(dǎo)孔1012。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的薄膜腔聲諧振器，兩層或兩層以上的金屬順序沉積而形成下面的電極，因而具有良好的在下面的電極和底層之間粘接特性和具有良好的沉積在下面的電極上的壓電層的性能。也就是說(shuō)，采用Ti或Cr作為粘接層和緩沖層使與底層的粘接性能最大化。另外，壓電層是在Mo或W上形成的，從而可以獲得良好的壓電層性能。
另外，根據(jù)本發(fā)明的雙工濾波器，通過(guò)若干薄膜腔聲諧振器串聯(lián)和并聯(lián)連接的、用于過(guò)濾發(fā)射/接收頻率的特定頻段的發(fā)射側(cè)薄膜腔聲濾波器和接收側(cè)薄膜腔聲濾波器被形成在一個(gè)半導(dǎo)體芯片中，并且在發(fā)射側(cè)薄膜和接收側(cè)薄膜腔聲濾波器外圍形成若干無(wú)源元件，從而使得與移動(dòng)電話等通信設(shè)備的天線相連的雙工濾波器的尺寸微型化。
同樣，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體封裝，不僅在半導(dǎo)體芯片而且在安裝半導(dǎo)體芯片的底層的內(nèi)部或表面形成若干無(wú)源元件，從而提供適合于雙工濾波器或能使半導(dǎo)體封裝的尺寸微型化的半導(dǎo)體封裝。
因?yàn)楸景l(fā)明可以在不脫離其精神或基本特征的情況下以幾種方式實(shí)施，可以理解，除非特別指明，上述實(shí)施例不受前述的任何細(xì)節(jié)的限制，而是應(yīng)在所述權(quán)利要求確定的本質(zhì)和范圍內(nèi)廣義地解釋，因此，落入所述權(quán)利要求的界限和范圍內(nèi)，或其等同界限和范圍內(nèi)的變化和修改將包含在所述權(quán)利要求中。
權(quán)利要求
1.一種薄膜腔聲諧振器包括半導(dǎo)體底層；在半導(dǎo)體底層上表面形成的兩層以上的下面的電極；在下面的電極的上表面上沉積的壓電層；在壓電層上表面形成的兩層以上的上面的電極。
2.如權(quán)利要求1所述的薄膜腔聲諧振器，其中的下面的電極或上面的電極是用鈦/鉬、鉻/鉬、鈦/鎢和鈦/鎢之中的一對(duì)形成的。
3.一種雙工濾波器，包括半導(dǎo)體底層；由若干薄膜腔聲諧振器串聯(lián)和并聯(lián)連接的并在半導(dǎo)體底層上表面形成的發(fā)射側(cè)的薄膜腔聲濾波器；由若干薄膜腔聲諧振器串聯(lián)和并聯(lián)連接的并在發(fā)射側(cè)薄膜腔聲濾波器的一側(cè)形成的接收側(cè)的薄膜腔聲濾波器；以及在發(fā)射側(cè)薄膜腔聲濾波器和接收側(cè)的薄膜腔聲濾波器的一側(cè)形成的若干無(wú)源元件。
4.如權(quán)利要求3所述的雙工濾波器，還包括在若干薄膜腔聲諧振器與半導(dǎo)體底層之間的絕緣薄膜。
5.如權(quán)利要求3所述的雙工濾波器，還包括在半導(dǎo)體底層上表面的用于GPS的薄膜腔聲濾波器。
6.一種半導(dǎo)體封裝，包括具有由若干薄膜腔聲諧振器串聯(lián)和并聯(lián)連接的且在半導(dǎo)體底層上表面形成的發(fā)射側(cè)薄膜腔聲濾波器和接收側(cè)薄膜腔聲濾波器的半導(dǎo)體芯片；底層，包括具有一定空間的空穴的陶瓷體，該空穴使得半導(dǎo)體芯片可安裝，在陶瓷體空穴的底部表面形成的接地平面，若干導(dǎo)電的接地導(dǎo)孔連接到接地平面以穿透陶瓷體，從陶瓷體空穴的外周表面到其底部表面形成的若干信號(hào)線；若干用于連接半導(dǎo)體芯片、接地平面和信號(hào)線的導(dǎo)線；用于覆蓋底層空穴上部的蓋子，以保護(hù)半導(dǎo)體芯片和導(dǎo)線不受外部環(huán)境影響。
7.一種半導(dǎo)體封裝包括具有由若干薄膜腔聲諧振器串聯(lián)和并聯(lián)連接的且在半導(dǎo)體底層上表面形成的發(fā)射側(cè)薄膜腔聲濾波器和接收側(cè)薄膜腔聲濾波器的半導(dǎo)體芯片；底層，具有安裝半導(dǎo)體芯片的陶瓷體，在陶瓷體上表面形成的若干導(dǎo)線分布圖，以使得半導(dǎo)體芯片可以以翻轉(zhuǎn)狀態(tài)的倒裝晶片形式用焊錫連接到布線圖上，若干導(dǎo)電的接地導(dǎo)孔和傳導(dǎo)信號(hào)的導(dǎo)孔連接到若干導(dǎo)線分布圖并穿透陶瓷體；以及密封層，用于密封陶瓷基體上表面的半導(dǎo)體芯片以保護(hù)其不受外部環(huán)境影響。
8.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體封裝，還包括半導(dǎo)體芯片的若干無(wú)源元件。
9.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體封裝，其中底層可以采用低溫共燒陶瓷(LTCC)或高溫共燒陶瓷(HTCC)制作。
10.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體封裝，其中底層是形成了若干無(wú)源元件的LTCC，并且若干無(wú)源元件形成在LTCC的里面。
11.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體封裝，其中密封層選用環(huán)氧樹(shù)脂或聚合物。
12.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體封裝，還包括在半導(dǎo)體芯片底面和底層之間形成通風(fēng)空隙，以防止在半導(dǎo)體芯片底面形成的薄膜腔聲濾波器性能變壞。
13.一種半導(dǎo)體封裝包括具有由若干薄膜腔聲諧振器串聯(lián)和并聯(lián)連接且在半導(dǎo)體底層上表面形成的發(fā)射側(cè)薄膜腔聲濾波器和接收側(cè)薄膜腔聲濾波器的半導(dǎo)體芯片；底層，具有可在其上安裝半導(dǎo)體芯片的絕緣體，和具有在絕緣體上表面形成的若干導(dǎo)線分布圖，以使得半導(dǎo)體芯片可以通過(guò)以翻轉(zhuǎn)狀態(tài)的倒裝晶片形式用焊錫連接到布線圖上；以及密封層，用于密封絕緣體上表面的半導(dǎo)體芯片以保護(hù)其不受外部環(huán)境影響。
14.如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體封裝，其中絕緣體選用硅、印刷電路板、或具有高阻抗的陶瓷。
15.如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體封裝，還包括絕緣體上表面的相應(yīng)于半導(dǎo)體芯片的部位的若干無(wú)源元件。
16.如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體封裝，還包括在半導(dǎo)體芯片底面和底層上表面之間形成的通風(fēng)空隙，以防止在半導(dǎo)體芯片的底面形成的薄膜腔聲濾波器和在底層上表面形成的無(wú)源元件的性能變壞。
17.如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體封裝，其中絕緣體的導(dǎo)電的接地導(dǎo)孔和傳導(dǎo)信號(hào)導(dǎo)孔是穿透形成的，并且導(dǎo)電的接地導(dǎo)孔連接到在絕緣體上表面形成的若干導(dǎo)線分布圖上。
18.如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體封裝，其中在絕緣體上表面形成的若干導(dǎo)線分布圖沿絕緣體上表面延伸到半導(dǎo)體芯片的外側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明所公開(kāi)的是一種薄膜腔聲諧振器，具有該薄膜腔聲諧振器的雙工濾波器，及其半導(dǎo)體封裝。該薄膜腔聲諧振器包括半導(dǎo)體底層；在半導(dǎo)體底層上表面形成的兩層以上的下面的電極；在下面的電極上表面沉積的具有一定厚度的壓電層；在壓電層上表面形成的兩層以上的上面的電極。該薄膜腔聲諧振器具有良好的粘接特性。將通過(guò)若干薄膜腔聲諧振器串聯(lián)和并聯(lián)連接而形成的薄膜腔聲濾波器和薄膜腔聲諧振器外圍無(wú)源元件集成到一個(gè)半導(dǎo)體芯片中可以使得雙工濾波器微型化。以及，半導(dǎo)體封裝適合于雙工濾波器。
文檔編號(hào)H03H9/56GK1523754SQ200410006309
公開(kāi)日2004年8月25日 申請(qǐng)日期2004年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月21日
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