提供以下詳細說明是為幫助讀者獲得對本文中所述方法、設備及/或系統的全面理解。然而,在理解本申請案的揭露內容之後,本文中所述方法、設備及/或系統的各種變化、潤飾及等效形式將顯而易見。舉例而言,本文中所述的操作順序僅為實例,且不限於本文中所述操作順序,而是如在理解本申請案的揭露內容之後將顯而易見,除必定以特定次序發生的操作以外,均可有所改變。此外,對在理解本申請案的揭露內容之後已知的特徵的說明可被省略,以增加清晰性及簡明性,注意省略特徵及其說明亦不旨在承認其一般知識。
本文中所述的特徵可以不同的形式實施,且不應被解釋為限於本文中所述的實例。確切而言,提供本文中所述的實例僅是為了示出實施本文中所述方法、設備及/或系統的諸多可能方式中的一些方式,所述方式在理解本申請案的揭露內容之後將顯而易見。
儘管本文中可能使用例如「第一(first)」、「第二(second)」及「第三(third)」等用語來闡述各種構件、組件、區、層或區段,然而該些構件、組件、區、層或區段不受該些用語限制。確切而言,該些用語僅用於區分各個構件、組件、區、層或區段。因此,在不背離實例的教示內容的條件下,在本文中所述實例中提及的第一構件、組件、區、層或區段亦可被稱為第二構件、組件、區、層或區段。
在說明書通篇中,當一元件(例如層、區或基板)被闡述為「位於」另一元件「上」、「連接至」或「耦合至」另一元件時,所述元件可直接「位於」所述另一元件「上」、直接「連接至」或直接「耦合至」所述另一元件,或者可存在介於其間的一或多個其他元件。相比之下,當一元件被闡述為「直接位於」另一元件「上」、「直接連接至」或「直接耦合至」另一元件時,則可不存在介於其間的其他元件。同樣,例如「位於...之間(between)」及「緊鄰地位於...之間(immediately between)」及「相鄰於(adjacent to)」及「緊鄰於(immediately adjacent to)」等表達亦可如前文中所述般進行解釋。
本文中所使用的術語僅用於闡述特定實例,而並非用於限制本揭露。除非上下文清楚地另外指示,否則本文中所使用的單數形式「一(a/an)」及「所述(the)」旨在亦包括複數形式。本文中所使用的用語「及/或(and/or)」包括相關聯所列項中的任意一者以及任意二或更多者的任意組合。本文中所使用的用語「包含(include)」、「包括(comprise)」及「具有(have)」指明所陳述特徵、數目、操作、元件、組件及/或其組合的存在,但不排除一或多個其他特徵、數目、操作、元件、組件及/或其組合的存在或添加。在本文中,當關於實例或實施例(例如,關於實例或實施例可包括何者或實施何種操作)使用用語「可」時,意味著存在至少一個其中包括或實施此種特徵的實例或實施例,而所有實例皆不限於此。
除非另有定義,否則本文中所使用的全部用語(包括技術用語及科學用語)的含意皆與本揭露所屬技術中具有通常知識者根據本揭露且在理解本揭露之後所通常理解的含意相同。例如在常用字典中所定義的用語等用語應被解釋為具有與其在相關技術的上下文及本揭露中的含意一致的含意,且除非本文中進行明確定義,否則不應將其解釋為具有理想化或過於正式的意義。
圖1A及圖1B是示出根據一或多個實施例的可包括於聲波共振器封裝中的實例性聲波共振器濾波器的電路圖。
參照圖1A及圖1B,根據一或多個實施例,實例性聲波共振器封裝中可包括有聲波共振器濾波器50a及聲波共振器濾波器50b,聲波共振器濾波器50a及聲波共振器濾波器50b可包括串聯單元10及分路單元20,且可根據射頻(RF)訊號的頻率使得RF訊號能夠在第一RF埠P1與第二RF埠P2之間傳遞或被阻擋。第一RF埠P1及第二RF埠P2可電性連接至至少一個串聯聲波共振器11、12、13及14,使得聲波共振器封裝的外部RF訊號可穿過所述至少一個串聯聲波共振器11、12、13及14。
串聯單元10可包括至少一個串聯聲波共振器11、12、13及14,而分路單元20可包括至少一個分路聲波共振器21、22及23。
在實例中,所述至少一個串聯聲波共振器11、12、13與14之間、所述至少一個分路聲波共振器21、22與23之間以及串聯單元10與分路單元20之間的多個節點N1、N2及N3可被實施為金屬層。金屬層可使用具有相對低的電阻率的材料(例如但不限於金(Au)、金-錫(Au-Sn)合金、銅(Cu)、銅-錫(Cu-Sn)合金、鋁(Al)、鋁合金及類似材料)來實施,但所述一或多個實例不限於此。
所述至少一個串聯聲波共振器11、12、13及14以及所述至少一個分路聲波共振器21、22及23中的每一者可藉由壓電性質將RF訊號的電能轉換成機械能以及相反地將機械能轉換成RF訊號的電能,且當RF訊號的頻率更接近聲波共振器的共振頻率時,多個電極之間的能量傳送速率(energy transfer rate)可顯著增加,而當RF訊號的頻率更接近聲波共振器的反共振頻率時,所述多個電極之間的能量傳送速率可顯著降低。聲波共振器的反共振頻率可高於聲波共振器的共振頻率。
舉例而言,所述至少一個串聯聲波共振器11、12、13及14以及所述至少一個分路聲波共振器21、22及23中的每一者可為體聲波共振器或表面聲波共振器,且體聲波共振器(參照圖6A至圖6F)可為薄膜體聲波共振器(film bulk acoustic resonator,FBAR)或固體安裝共振器(solidly mounted resonator,SMR)型共振器。
至少一個串聯聲波共振器11、12、13及14可串聯電性連接於第一RF埠P1與第二RF埠P2之間,且當RF訊號的頻率接近共振頻率時,RF訊號在第一RF埠P1與第二RF埠P2之間的傳遞速率可增大,且當RF訊號的頻率接近反共振頻率時,RF訊號在第一RF埠P1與第二RF埠P2之間的傳遞速率可減小。
所述至少一個分路聲波共振器21、22及23可電性分路連接於所述至少一個串聯聲波共振器11、12、13及14與接地埠GND之間,當RF訊號的頻率接近共振頻率時,RF訊號朝接地埠GND的傳遞速率可增大,且當RF訊號的頻率接近反共振頻率時,RF訊號朝接地埠GND的傳遞速率可減小。
RF訊號在第一RF埠P1與第二RF埠P2之間的傳遞速率可在RF訊號朝接地埠GND的傳遞速率較高時減小,且可在RF訊號朝接地埠GND的傳遞速率較低時增大。
即,當RF訊號的頻率接近所述至少一個分路聲波共振器21、22及23的共振頻率或者接近所述至少一個串聯聲波共振器11、12、13及14的反共振頻率時,RF訊號在第一RF埠P1與第二RF埠P2之間的傳遞速率可減小。
由於反共振頻率高於共振頻率,因此聲波共振器濾波器50a及聲波共振器濾波器50b可具有由與所述至少一個分路聲波共振器21、22及23的共振頻率對應的最低頻率與和所述至少一個串聯聲波共振器11、12、13及14的反共振頻率對應的最高頻率形成的通頻頻寬。作為另外一種選擇,聲波共振器濾波器50a及聲波共振器濾波器50b可具有由與至少一個串聯聲波共振器11、12、13及14的共振頻率對應的最低頻率與和所述至少一個分路聲波共振器21、22及23的反共振頻率對應的最高頻率形成的阻頻頻寬(stop bandwidth)。
當所述至少一個分路聲波共振器21、22及23的共振頻率與所述至少一個串聯聲波共振器11、12、13及14的反共振頻率之間的差增大時,通頻頻寬可變寬,且當所述至少一個串聯聲波共振器11、12、13及14的共振頻率與所述至少一個分路聲波共振器21、22及23的反共振頻率之間的差增大時,阻頻頻寬可變寬。然而,當所述差過大時,頻寬可能被分割,且頻寬的插入損耗及/或回波損耗可能增大。
當所述至少一個串聯聲波共振器11、12、13及14的共振頻率具有較所述至少一個分路聲波共振器21、22及23的反共振頻率高的預定水準時,或者當所述至少一個分路聲波共振器21、22及23具有較至少一個串聯聲波共振器11、12、13及14的反共振頻率高的預定水準時,聲波共振器濾波器50a及聲波共振器濾波器50b的頻寬可為寬且可不被分割,或者損耗可能減小。
在聲波共振器中,共振頻率與反共振頻率之間的差可基於機電耦合因子(electromechanical coupling factor)kt2來確定,所述機電耦合因子kt2是聲波共振器的物理特性,且kt2可基於聲波共振器的大小、厚度及形狀來確定。端視實施方式而定,聲波共振器濾波器50a及聲波共振器濾波器50b可更包括被動組件,以在對一些聲波共振器的kt2進行調節時具有頻率特性。
由於聲波共振器濾波器50a及聲波共振器濾波器50b的頻寬可具有與頻寬的整體頻率成比例的特性,因此頻寬可隨著頻寬的整體頻率的增大而變寬。然而,當頻寬的整體頻率較高時,穿過聲波共振器濾波器50a及聲波共振器濾波器50b的RF訊號的波長可能變短。當RF訊號的波長較短時,相較於天線處的遠程傳輸/接收過程中的傳輸及/或接收距離而言,能量衰減(energy attenuation)可能增大。即,當聲波共振器濾波器50a及聲波共振器濾波器50b的頻寬的整體頻率較高時,慮及在遠程傳輸及/或接收過程中的能量衰減,穿過聲波共振器濾波器50a及聲波共振器濾波器50b的RF訊號可能需要更大的功率。舉例而言,相較於其他的通訊標準(例如,長期演進技術(long term evolution,LTE))而言,第五代行動通訊技術(5th Generation Mobile Communication Technology,5G)通訊標準的RF訊號使用相對較高的頻率,且可具有較其他的通訊標準(例如,LTE)的功率(例如,23分貝毫瓦(dBm))更高的功率(例如,26分貝毫瓦)以經由天線進行遠程傳輸。
當穿過聲波共振器濾波器50a及聲波共振器濾波器50b的RF訊號的功率增加時,根據所述至少一個分路聲波共振器21、22及23以及所述至少一個串聯聲波共振器11、12、13及14中的每一者的壓電操作而產生熱量的可能性以及由於熱量產生而造成損壞的可能性可能增大。
當所述至少一個分路聲波共振器21、22及23以及所述至少一個串聯聲波共振器11、12、13及14中的每一者具有大的大小或者被分成彼此連接的多個聲波共振器時,聲波共振器濾波器50a及聲波共振器濾波器50b可降低由於熱量產生而造成損壞的可能性。然而,聲波共振器濾波器50a及聲波共振器濾波器50b的整體大小可能增加。即,由於聲波共振器濾波器50a及聲波共振器濾波器50b的熱量產生而造成損壞的可能性與整體大小可能處於彼此的取捨關係(trade-off relationship)。
根據一或多個實施例,聲波共振器封裝可包括擊穿電壓減小器30,以對與穿過聲波共振器濾波器50a及聲波共振器濾波器50b的RF訊號的功率對應的電壓進行限制以免高於參考電壓。
因此,可防止穿過聲波共振器濾波器50a及聲波共振器濾波器50b的RF訊號的功率變得過大,使得可降低根據所述至少一個分路聲波共振器21、22及23以及所述至少每一個串聯聲波共振器11、12、13及14的壓電操作而產生熱量的可能性以及由於熱量產生而造成的損壞。此外,由於可抑制聲波共振器濾波器50a及聲波共振器濾波器50b中可能出現的靜電放電對聲波共振器的影響,因此亦可減小由於靜電放電而對共振器造成損壞的可能性。
舉例而言,擊穿電壓減小器30可設置於節點N0與地之間,節點N0位於第一RF埠P1及第二RF埠P2中的一者與至少一個串聯聲波共振器11、12、13及14之間。當節點N0與地之間的電壓小於擊穿電壓時,擊穿電壓減小器30的電阻值可接近無窮大。當穿過聲波共振器濾波器50a及聲波共振器濾波器50b的RF訊號的功率增大或者發生靜電放電時,節點N0與地之間的電壓可增大。
當節點N0與地之間的電壓增大至高於擊穿電壓時,擊穿電壓減小器30的電阻值可隨著節點N0與地之間的電壓的增大而以陡峭的斜率減小。因此,可在節點N0與地之間形成流經擊穿電壓減小器30的電流,且可抑制節點N0與地之間的電壓的增大。因此,可顯著地抑制穿過聲波共振器濾波器50a及聲波共振器濾波器50b的RF訊號的功率的過度增大及/或靜電放電對聲波共振器濾波器50a及聲波共振器濾波器50b的影響。
圖2A至圖2E是根據一或多個實施例的自頂蓋朝基板的角度示出可包括於聲波共振器封裝中的各種類型的擊穿電壓減小器的平面圖。
參照圖2A至圖2E,根據一或多個實施例,聲波共振器封裝50c、聲波共振器封裝50d、聲波共振器封裝50e、聲波共振器封裝50f及聲波共振器封裝50g可包括各種類型的擊穿電壓減小器30a、擊穿電壓減小器30b、擊穿電壓減小器30c、擊穿電壓減小器30d及擊穿電壓減小器30e,且可包括接地構件1220。
接地構件1220可設置於基板與頂蓋之間。舉例而言,接地構件1220可在基板與頂蓋之間提供耦合力。舉例而言,接地構件1220可具有其中共晶接合有多個導電環的結構或者可具有陽極接合結構,可對基板與頂蓋之間的空間進行密封且可將所述空間與外部彼此隔絕。
舉例而言,相較於所述至少一個串聯聲波共振器11、12、13及14以及所述至少一個分路聲波共振器21、22及23而言,接地構件1220可更靠近周邊設置,可環繞至少一個串聯聲波共振器11、12、13及14以及至少一個分路聲波共振器21、22及23,且可電性連接至地。
所述至少一個串聯聲波共振器11、12、13及14與所述至少一個分路聲波共振器21、22及23可經由第一金屬層1180或第二金屬層1190而彼此電性連接。第一金屬層1180及第二金屬層1190可包括圖1A及圖1B中所示的節點,且可分別連接至聲波共振器的第一電極及第二電極。
擊穿電壓減小器30a、擊穿電壓減小器30b、擊穿電壓減小器30c、擊穿電壓減小器30d及擊穿電壓減小器30e可提供空氣隙,所述空氣隙會減小所述至少一個串聯聲波共振器11、12、13及14與接地構件1220之間的擊穿電壓。由於空氣中的擊穿電壓可為3千伏/毫米(kV/mm),因此擊穿電壓減小器30a、擊穿電壓減小器30b、擊穿電壓減小器30c、擊穿電壓減小器30d及擊穿電壓減小器30e的擊穿電壓可藉由空氣隙的寬度來進行調節。
因此,由於即使不存在單獨的結構(例如,包括變阻器材料(例如,ZnO)的結構)來減小擊穿電壓,擊穿電壓減小器30a、擊穿電壓減小器30b、擊穿電壓減小器30c、擊穿電壓減小器30d及擊穿電壓減小器30e亦可減小所述至少一個串聯聲波共振器11、12、13及14與接地構件1220之間的擊穿電壓,因此可減少實施單獨的結構的成本及/或時間以及次生影響(例如,由於製程複雜性的增加及/或製程可靠性的降低而導致的製程離散(process dispersion)的增大)。在實例中,次生影響可隨著聲波共振器封裝50c、聲波共振器封裝50d、聲波共振器封裝50e、聲波共振器封裝50f及聲波共振器封裝50g的整體大小的減小而增大,且整體大小可隨著RF訊號的波長的縮短而減小。RF訊號的功率可隨著與RF訊號的波長對應的頻率的增大而增大,且聲波共振器受到損壞的可能性可隨著RF訊號的功率的增大而增大。因此,隨著RF訊號的頻率的增大或RF訊號的功率的增大,藉由基於擊穿電壓減小器30a、擊穿電壓減小器30b、擊穿電壓減小器30c、擊穿電壓減小器30d及擊穿電壓減小器30e來實施空氣隙以減小擊穿電壓可能變得更加重要。
舉例而言,當空氣隙的寬度是10微米時,擊穿電壓減小器30a、擊穿電壓減小器30b、擊穿電壓減小器30c、擊穿電壓減小器30d及擊穿電壓減小器30e的擊穿電壓可為30伏(V),且當RF訊號的功率等於或大於與30伏對應的功率時,可抑制穿過至少一個串聯聲波共振器11、12、13及14的RF訊號的電壓的增大。
由於RF訊號的功率可根據與RF訊號對應的通訊標準而變化,因此可根據通訊標準對空氣隙的寬度進行適當的調節。舉例而言,空氣隙的寬度可大於0微米且小於或等於20微米。
舉例而言,擊穿電壓減小器30a、擊穿電壓減小器30b、擊穿電壓減小器30c、擊穿電壓減小器30d及擊穿電壓減小器30e可包括自接地構件1220突出的部分或者朝接地構件1220突出的部分。舉例而言,擊穿電壓減小器30a、擊穿電壓減小器30b、擊穿電壓減小器30c、擊穿電壓減小器30d及擊穿電壓減小器30e可包括朝接地構件1220突出的第一部分31a、第一部分31b、第一部分31d及第一部分31e、以及自接地構件1220突出的第二部分32a、第二部分32c及第二部分32e中的至少一者。在實例中,空氣隙可設置於第一部分31a、第一部分31b、第一部分31d及第一部分31e與第二部分32a、第二部分32c及第二部分32e之間。
舉例而言,擊穿電壓減小器30a、擊穿電壓減小器30b、擊穿電壓減小器30d及擊穿電壓減小器30e可包括自第一RF埠P1及第二RF埠P2中的一者朝接地構件1220突出的第一部分31a、第一部分31b、第一部分31d及第一部分31e,且擊穿電壓減小器30a、擊穿電壓減小器30c及擊穿電壓減小器30e可更包括自接地構件1220朝第一RF埠P1及第二RF埠P2中的一者突出的第二部分32a、第二部分32c及第二部分32e。即,擊穿電壓減小器30a、擊穿電壓減小器30b、擊穿電壓減小器30c、擊穿電壓減小器30d及擊穿電壓減小器30e可減小第一RF埠P1及第二RF埠P2中的一者與接地構件1220之間的擊穿電壓。
在實例中,第一RF埠P1及第二RF埠P2中的每一者的接地構件1220的擊穿電壓可彼此不同。舉例而言,擊穿電壓減小器30a、擊穿電壓減小器30b、擊穿電壓減小器30c、擊穿電壓減小器30d及擊穿電壓減小器30e可僅直接連接至第一RF埠P1,而可不直接連接至第二RF埠P2。由於第一RF埠P1可為輸入有RF訊號的埠,因此相較於第二RF埠P2而言,第一RF埠P1可容許穿過更大功率的RF訊號。舉例而言,第一RF埠P1可電性連接至功率放大器,而第二RF埠P2可電性連接至天線。
參照圖2A至圖2D,空氣隙的寬度可較空氣隙的與寬度垂直的長度短。因此,在實際的實施期間,可進一步減小變量(例如,製程偏差)對空氣隙的寬度的影響,使得可穩定地實施空氣隙的寬度。
作為另外一種選擇,參照圖2E,第一部分31e及第二部分32e中的至少一者的寬度W1及寬度W2可在朝空氣隙的方向上變窄。即,擊穿電壓減小器30e可包括突出以具有在自接地構件1220至空氣隙的方向上變窄的寬度W1與寬度W2的部分、或者突出以具有在自部分P1朝接地構件1220的方向上變窄的寬度W1與寬度W2的部分。
因此,可減小由第一部分31e與第二部分32e形成的電容,使得可進一步減小電容對至少一個串聯聲波共振器11、12、13及14以及至少一個分路聲波共振器21、22及23的影響。
參照圖2A至圖2D,接地埠GND可設置於與接地構件1220的位置不同的位置處,且可電性連接至所述至少一個分路聲波共振器21、22及23。舉例而言,根據實施方式,接地埠GND、第一RF埠P1及第二RF埠P2中的每一者可為穿過基板及頂蓋中的一者的通孔的形式,且可為打線接合的形式。由於接地埠GND及接地構件1220可處於電性接地狀態,因此接地埠GND與接地構件1220可彼此電性連接且可在實體上彼此間隔開。
圖3是示出根據一或多個實施例的可包括於聲波共振器封裝中的擊穿電壓減小器的各種位置及數目的平面圖。
參照圖3,根據一或多個實施例,聲波共振器封裝50h可包括多個擊穿電壓減小器30e、30f、30g及30h,且在實例中,所述多個擊穿電壓減小器30e、30f、30g與30h可具有不同的形狀。
舉例而言,所述多個擊穿電壓減小器30e及30f可設置於第一RF埠P1與接地構件1220之間以及第二RF埠P2與接地構件1220之間,且擊穿電壓減小器30g可相對靠近串聯聲波共振器14設置,而擊穿電壓減小器30h可相對靠近節點N1設置。
舉例而言,擊穿電壓減小器30f的第一部分31f的形狀及第二部分32f的形狀可不同於擊穿電壓減小器30e的第一部分31e的形狀及第二部分32e的形狀,擊穿電壓減小器30g可包括第二部分32g,而擊穿電壓減小器30h可包括第一部分31h。
圖4是示出根據一或多個實施例的聲波共振器封裝的大容量結構的平面圖。
參照圖4,根據一或多個實施例,可增大聲波共振器封裝50i的至少一個串聯聲波共振器11、12、13及14以及至少一個分路聲波共振器21、22及23中的每一者的數目以增大最大功率。舉例而言,相較於自行動通訊裝置的天線遠程傳輸的RF訊號的功率(例如,26分貝毫瓦)而言,自安裝型(例如,基站)電子裝置的天線遠程傳輸的RF訊號可具有更大的功率(例如,49分貝毫瓦),且根據一或多個實施例,安裝型電子裝置可包括聲波共振器封裝50i。
擊穿電壓減小器30i可根據至少一個串聯聲波共振器11、12、13及14以及至少一個分路聲波共振器21、22及23的數目來增大第一RF埠P1及第二RF埠P2中的至少一者與接地構件1220之間的擊穿電壓,且亦可使第一RF埠P1及第二RF埠P2中的至少一者與接地構件1220之間的間隔變寬。舉例而言,當穿過第一RF埠P1及第二RF埠P2中的至少一者的RF訊號的功率增加23分貝(dB)時,擊穿電壓可增大約14.14倍,且可由擊穿電壓減小器30i提供的空氣隙的寬度亦可變寬約14.14倍。
圖5A及圖5B是示出根據一或多個實施例的聲波共振器封裝的立體圖。
參照圖5A,根據一或多個實施例,聲波共振器封裝50j可包括基板1110及頂蓋1210,串聯單元10及分路單元20可設置於基板1110與頂蓋1210之間,且接地構件1220可在基板1110與頂蓋1210之間提供耦合力。
舉例而言,頂蓋1210可包含絕緣材料(例如,僅作為實例,玻璃或矽),由於頂蓋1210可依據垂直於X-Y平面的橫截面而具有U形形狀,因此頂蓋1210可具有其中頂蓋1210的外部部分相較於中心向下(例如,-Z方向)突出的形狀。端視實施方式而定,頂蓋1210可包括設置於頂蓋120的內表面上的屏蔽層1230,且屏蔽層1230可連接至接地構件1220。屏蔽層1230可對由頂蓋1210環繞的內部空間及頂蓋1210的外部進行電磁阻擋。
當頂蓋1210耦合至基板1110時,由頂蓋1210環繞的內部空間可與頂蓋1210的外部斷開連接。接地構件1220可對頂蓋1210與基板1110進行耦合,且當頂蓋1210與基板1110之間設置有附加結構(例如,膜層1150、環氧樹脂層)時,接地構件1220的至少一個表面可接合至附加結構,以在頂蓋1210與基板1110之間提供耦合力。
擊穿電壓減小器30j可被配置成減小串聯單元10及/或第一RF埠P1與接地構件1220之間的擊穿電壓。
參照圖5B,根據一或多個實施例,聲波共振器封裝50j可安裝或嵌入於電子裝置基板90中,可經由電子裝置基板90的功率放大器傳輸線SIG來接收RF訊號,可對RF訊號進行濾波,且可將經濾波的RF訊號輸出至天線傳輸線ANT。電子裝置基板90可為印刷電路板。
功率放大器傳輸線SIG及天線傳輸線ANT可分別電性連接至功率放大器及天線,且可由電子裝置基板90的接地層環繞。電子裝置基板90中所包括的接地層可為藉由通孔VIA而彼此連接的多個板的形式,且可連接至與聲波共振器封裝50j的第一RF埠及第二RF埠不同的接地埠GND。
圖6A是示出根據一或多個實施例的可包括於聲波共振器封裝中的聲波共振器的具體結構的平面圖,圖6B是沿著圖6A所示線I-I'截取的剖視圖,圖6C是沿著線II-II'截取的剖視圖,且圖6D是沿著圖6A所示線III-III'截取的剖視圖。
參照圖6A至圖6D,體聲波共振器100a可包括支撐基板1110、絕緣層1115、共振單元1120及疏水層1130。
支撐基板1110可為矽基板。在實例中,可使用矽晶圓或絕緣體上矽(silicon on insulator,SOI)型基板作為支撐基板1110。
絕緣層1115可設置於支撐基板1110的上表面上,以將支撐基板1110與共振單元1120電性隔離。此外,當在體聲波共振器的製造製程期間形成空腔C時,絕緣層1115可防止支撐基板1110被蝕刻氣體蝕刻。
在此種實例中,絕緣層1115可由二氧化矽(SiO2)、氮化矽(Si3N4)、氧化鋁(Al2O3)及氮化鋁(AlN)中的至少一者形成,但不限於此,可藉由化學氣相沈積、RF磁控濺鍍及蒸鍍之中的任一種製程形成。
支撐層1140可形成於絕緣層1115上,且支撐層1140可設置於空腔C及蝕刻終止部分1145的鄰區中以環繞空腔C及蝕刻終止部分1145。
空腔C被形成為空的空間,且可藉由移除在製備支撐層1140的製程中形成的犧牲層的部分來形成,且支撐層1140可被形成為犧牲層的其餘部分。
支撐層1140可由易於進行蝕刻的材料(例如,複晶矽或聚合物)形成。然而,實例不限於此。
蝕刻終止部分1145可沿著空腔C的邊界設置。蝕刻終止部分1145可被設置成防止在空腔C的形成製程期間超出空腔區進行蝕刻。
膜層1150可形成於支撐層1140上且形成空腔C的上表面。因此,膜層1150亦可由在形成空腔C的製程中不易於被移除的材料形成。
舉例而言,當使用鹵化物系蝕刻氣體(例如,氟(F)或氯(Cl))來移除支撐層1140的部分(例如,空腔區)時,膜層1150可由具有低反應性的材料與蝕刻氣體形成。在此種實例中,膜層1150可包含二氧化矽(SiO2)及氮化矽(Si3N4)中的至少一者。
此外,膜層1150可由包含由以下中的至少一者構成的材料的介電層形成:氧化鎂(MgO)、氧化鋯(ZrO2)、氮化鋁(AlN)、鋯鈦酸鉛(lead zirconate titanate,PZT)、砷化鎵(GaAs)、氧化鉿(HfO2)及氧化鋁(Al2O3)、氧化鈦(TiO2)及氧化鋅(ZnO),或者可由包含由以下中的至少一者構成的材料的金屬層形成:鋁(Al)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鉑(Pt)、鎵(Ga)及鉿(Hf)。然而,所述一或多個實例的配置不限於此。
共振單元1120包括第一電極1121、壓電層1123及第二電極1125。在共振單元1120中,第一電極1121、壓電層1123與第二電極1125自底部依序堆疊。因此,在共振單元1120中,壓電層1123可設置於第一電極1121與第二電極1125之間。
由於共振單元1120形成於膜層1150上,因此膜層1150、第一電極1121、壓電層1123與第二電極1125可依序堆疊於支撐基板1110上以最終形成共振單元1120。
共振單元1120可根據施加至第一電極1121及第二電極1125的訊號使壓電層1123共振,進而產生共振頻率及反共振頻率。
共振單元1120可包括中心部分S以及延伸部分E,在中心部分S中,第一電極1121、壓電層1123與第二電極1125近似平地堆疊,在延伸部分E中,插入層1170夾置於第一電極1121與壓電層1123之間。
中心部分S是設置於共振單元1120的中心中的區,而延伸部分E是沿著中心部分S的圓周設置的區。因此,延伸部分E是自中心部分S向外延伸的區,且是指被形成為沿著中心部分S的圓周具有連續環形狀的區。然而,若需要,則延伸部分E亦可被形成為具有含有不連續部分區的不連續的環形狀。
因此,如圖6B中所示,在共振單元1120的跨越中心部分S進行切割的橫截面中,延伸部分E可設置於中心部分S的兩端處。此外,插入層1170可設置於在中心部分S的兩端處設置的延伸部分E的兩側上。
插入層1170可具有傾斜表面L,傾斜表面L具有遠離中心部分S而增大的厚度。
在延伸部分E中,壓電層1123及第二電極1125可設置於插入層1170上。因此,位於延伸部分E中的壓電層1123及第二電極1125可沿著插入層1170的形狀具有傾斜表面。
在實例中,延伸部分E可被定義為包括於共振單元1120中,且因此,在延伸部分E中亦可達成共振。然而,所述一或多個實例不限於此,且端視延伸部分E的結構而定,在延伸部分E中可不發生共振,而可僅在中心部分S中引起共振。
在實例中,第一電極1121及第二電極1125可由導體形成,且可僅作為實例由以下形成:金、鉬、釕、銥、鋁、鉑、鈦、鎢、鈀、鉭、鉻、鎳或包括以上中的至少一者的金屬。
在共振單元1120中,第一電極1121可被形成為具有較第二電極1125大的面積,且第一金屬層1180可沿著第一電極1121的外部部分形成於第一電極1121上。因此,第一金屬層1180可被設置成與第二電極1125間隔開預定距離,且可被設置成環繞共振單元1120。
由於第一電極1121可設置於膜層1150上,因此第一電極1121在整體上可被形成為平的。在實例中,由於第二電極1125設置於壓電層1123上,因此第二電極1125可具有與壓電層1123的形狀對應的彎曲部分。
第一電極1121可被實施為輸入電極及輸出電極中的任一者以對電性訊號(例如,射頻(RF)訊號)進行輸入及輸出。
第二電極1125可完全地設置於中心部分S中,且可部分地設置於延伸部分E中。因此,第二電極1125可被分成後面將闡述的設置於壓電層1123的壓電部分1123a上的部分以及設置於壓電層1123的彎曲部分1123b上的部分。
更具體而言,第二電極1125可被設置成覆蓋壓電層1123的整個壓電部分1123a及傾斜部分11231的部分。因此,設置於延伸部分E中的第二電極(圖6D中的1125a)可具有較傾斜部分11231的傾斜表面小的面積,且在共振單元1120中,第二電極1125可被形成為具有較壓電層1123小的面積。
因此,如圖6B中所示,在共振單元1120的跨越中心部分S進行切割的橫截面中,第二電極1125的端部可設置於延伸部分E中。此外,第二電極1125的設置於延伸部分E中的端部可被設置使得所述端部的至少部分與插入層1170交疊。在實例中,交疊意指當第二電極1125投影至上面設置有插入層1170的平面上時,第二電極1125的投影至所述平面上的形狀與插入層1170交疊。
第二電極1125可被實施為輸入電極及輸出電極中的任一者以對電性訊號(例如,射頻(RF)訊號)進行輸入及輸出。即,當第一電極1121被實施為輸入電極時,第二電極1125被實施為輸出電極,且當第一電極1121被實施為輸出電極時,第二電極1125可被實施為輸入電極。
在實例中,如圖6D中所示,當第二電極1125的端部位於後面將闡述的壓電層1123的傾斜部分11231上時,共振單元1120的聲波阻抗的局部結構自中心部分S被形成為稀疏/密集/稀疏/密集結構,且因此,可增加朝共振單元1120的內部反射側向波的反射介面。因此,由於大多數的側向波無法逸出至共振單元1120的外部而是被反射至共振單元1120的內部,因此可提高體聲波共振器的效能。
壓電層1123是其中發生以聲波(acoustic wave)的形式將電能轉換成機械能的壓電效應的部分,且可形成於第一電極1121及後面將闡述的插入層1170上。
作為壓電層1123的材料,可選擇性地使用氧化鋅(ZnO)、氮化鋁(AlN)、經摻雜的氮化鋁、鋯鈦酸鉛、石英及類似材料。經摻雜的氮化鋁可更包括稀土金屬、過渡金屬或鹼土金屬。稀土金屬可包括鈧(Sc)、鉺(Er)、釔(Y)及鑭(La)中的至少一者。過渡金屬可包括鉿(Hf)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、鉭(Ta)及鈮(Nb)中的至少一者。鹼土金屬亦可包括鎂(Mg)。摻雜至氮化鋁(AlN)中的元素含量可介於0.1原子%至30原子%的範圍內。
可藉由使用鈧(Sc)對氮化鋁(AlN)進行摻雜來實施壓電層。在此實例中,可提高壓電常數以增大體聲波共振器的Kt2。
壓電層1123可包括設置於中心部分S中的壓電部分1123a及設置於延伸部分E中的彎曲部分1123b。
壓電部分1123a是直接堆疊於第一電極1121的上表面上的部分。因此,壓電部分1123a可夾置於第一電極1121與第二電極1125之間,以與第一電極1121及第二電極1125一起形成平的形狀。
彎曲部分1123b可被定義為自壓電部分1123a向外延伸且位於延伸部分E內的區。
彎曲部分1123b可設置於後面將闡述的插入層1170上,且可被形成使得上表面沿著插入層1170的形狀而凸起。因此,壓電層1123可在壓電部分1123a與彎曲部分1123b之間的邊界處彎曲,且彎曲部分1123b可突起以對應於插入層1170的厚度及形狀。
彎曲部分1123b可被分成傾斜部分11231及擴展部分11232。
傾斜部分11231是指沿著後面將闡述的插入層1170的傾斜表面L傾斜地形成的部分。此外,擴展部分11232是指自傾斜部分11231向外延伸的部分。
傾斜部分11231可與插入層1170的傾斜表面L平行地形成,且傾斜部分11231的傾斜角可被形成為與插入層1170的傾斜表面L的傾斜角相同。
插入層1170可沿著由膜層1150、第一電極1121與蝕刻終止部分1145形成的表面設置。因此,插入層1170可部分地設置於共振單元1120中,且可設置於第一電極1121與壓電層1123之間。
插入層1170可圍繞中心部分S設置,以對壓電層1123的彎曲部分1123b進行支撐。因此,壓電層1123的彎曲部分1123b可根據插入層1170的形狀而被分成傾斜部分11231及擴展部分11232。
插入層1170可設置於除中心部分S以外的區中。舉例而言,插入層1170可設置於支撐基板1110上的除中心部分S以外的整個區中或者可設置於部分區中。
插入層1170可被形成為具有遠離中心部分S而增大的厚度。因此,插入層1170可被形成為具有傾斜表面L,在傾斜表面L中,相鄰於中心部分S設置的側表面具有恆定的傾斜角è。傾斜表面L的傾斜角è可在介於5°或大於5°且70°或小於70°的範圍內形成。
在實例中,壓電層1123的傾斜部分11231可沿著插入層1170的傾斜表面L形成,且可以與插入層1170的傾斜表面L的傾斜角相同的傾斜角形成。因此,相似於插入層1170的傾斜表面L,傾斜部分11231的傾斜角可在介於5°或大於5°且70°或小於70°的範圍內形成。當然,此種配置同樣地適用於在插入層1170的傾斜表面L上堆疊的第二電極1125。
插入層1170可由介電質(例如,氧化矽(SiO2)、氮化鋁(AlN)、氧化鋁(Al2O3)、氮化矽(Si3N4)、氧化鎂(MgO)、氧化鋯(ZrO2)、鋯鈦酸鉛(PZT)、鎵砷(GaAs)、氧化鉿(HfO2)、氧化鈦(TiO2)或氧化鋅(ZnO))形成,但亦可由與壓電層1123的材料不同的材料形成。
此外,插入層1170可由金屬材料形成。當在5G通訊中使用體聲波共振器時,在共振器中可能產生大量的熱,且因此,平穩地散發在共振單元1120中產生的熱可為必要的。因此,插入層1170可由包含鈧(Sc)的鋁合金材料形成。
共振單元1120可藉由或基於被形成為空的空間的空腔C而與支撐基板1110間隔開。
空腔C可藉由透過在體聲波共振器的製造製程期間向進入孔(圖6A所示H)供應蝕刻氣體(或蝕刻溶液)來移除支撐層1140的部分而形成。
因此,空腔C可被形成為其中上表面(頂表面)及側表面(壁表面)由膜層1150形成、且底表面由支撐基板1110或絕緣層1115形成的空間。在實例中,根據製造方法的次序,膜層1150可僅形成於空腔C的上表面(頂表面)上。
保護層1160可沿著體聲波共振器100a的表面設置,以保護體聲波共振器100a免受外部影響。保護層1160可沿著由第二電極1125與壓電層1123的彎曲部分1123b形成的表面設置。
在製造製程期間的最終過程中,可部分地移除保護層1160以進行頻率控制。舉例而言,可在製造製程期間藉由頻率微調(frequency trimming)來調節保護層1160的厚度。
因此,保護層1160可包含適於進行頻率微調的以下中的任一者:二氧化矽(SiO2)、氮化矽(Si3N4)、氧化鎂(MgO)、氧化鋯(ZrO2)、氮化鋁(AlN)、鋯鈦酸鉛(PZT)、鎵砷(GaAs)、氧化鉿(HfO2)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鈦(TiO2)、氧化鋅(ZnO)、非晶矽(a-Si)、複晶矽(p-Si),但不限於此。
第一電極1121及第二電極1125可延伸至共振單元1120的外部。此外,第一金屬層1180及第二金屬層1190可設置於擴展部分的上表面上。
僅作為實例,第一金屬層1180及第二金屬層1190可由金(Au)、金-錫(Au-Sn)合金、銅(Cu)、銅-錫(Cu-Sn)合金、鋁(Al)及鋁合金中的任一者構成的材料形成。在實例中,鋁合金可為鋁-鍺(Al-Ge)合金或鋁-鈧(Al-Sc)合金。
第一金屬層1180及第二金屬層1190可被實施為連接配線,所述連接配線對支撐基板1110上的體聲波共振器的電極1121及電極1125與相鄰於所述體聲波共振器設置的另一體聲波共振器的電極進行電性連接。
第一金屬層1180的至少部分可與保護層1160接觸且可接合至第一電極1121。
此外,在共振單元1120中,第一電極1121可具有較第二電極1125大的面積,且第一金屬層1180可形成於第一電極1121的圓周部分上。
因此,第一金屬層1180可沿著共振單元1120的圓周設置,且可被設置成環繞第二電極1125。然而,實例不限於此。
在體聲波共振器中,疏水層1130可設置於保護層1160的表面及空腔C的內壁上。由於疏水層1130可抑制水與羥基(OH基)的吸附,因此頻率波動可被最小化,且因此可均勻地維持共振器的效能。
疏水層1130可由自組裝單層(self-assembled monolayer,SAM)形成材料而非聚合物形成。當疏水層1130由聚合物形成時,聚合物的質量可能會影響共振單元1120。然而,在體聲波共振器中,由於疏水層1130是由自組裝單層形成,因此體聲波共振器的共振頻率的波動可最小化。此外,可均勻地形成疏水層1130在空腔C中的不同位置處的厚度。
疏水層1130可藉由對具有疏水性的前驅物進行氣相沈積來形成。此時,疏水層1130可被沈積為厚度為100埃(Å)或小於100埃(例如,幾埃至幾十埃)的單層。可具有疏水性的前驅物材料可為其中在沈積後與水的接觸角為90度或大於90度的材料。舉例而言,疏水層1130可包含氟(F)組分且可包含氟(F)及矽(Si)。具體而言,可使用具有矽頭(silicon head)的碳氟化合物,但不限於此。
在實例中,為提高構成疏水層1130的自組裝單層與保護層1160之間的黏著力,在形成疏水層1130之前,可在保護層的表面上形成接合層(未示出)。
接合層可藉由在保護層1160的表面上對具有疏水官能基的前驅物進行氣相沈積來形成。
用於接合層的沈積的前驅物可為具有矽頭的烴或者具有矽頭的矽氧烷,但不限於此。
由於疏水層1130可在形成第一金屬層1180及第二金屬層1190之後形成,因此疏水層1130可沿著保護層1160的表面、第一金屬層1180的表面及第二金屬層1190的表面形成。
圖式中示出其中疏水層1130並未設置於第一金屬層1180的表面及第二金屬層1190的表面上的實例。然而,所述一或多個實例不限於此,且疏水層1130可根據需要而設置於第一金屬層1180及第二金屬層1190上。
此外,疏水層1130亦可設置於空腔C的內表面上以及保護層1160的上表面上。
在空腔C中形成的疏水層1130可形成於形成空腔C的整個內壁上。因此,疏水層1130亦可形成於形成共振單元1120的下表面的膜層1150的下表面上。在此種情形中,可抑制羥基吸附至共振單元1120的下部部分。
羥基的吸附可不僅發生於保護層1160中,且亦發生於空腔C中。因此,為將由於羥基的吸附而引起的質量負載及由此引發的頻率下降最小化,較佳為不僅在保護層1160中且亦在空腔C的作為共振單元的下表面(膜層的下表面)的上表面中阻擋羥基的吸附。
此外,當疏水層1130形成於空腔C的上表面及/或下表面或側表面上時,亦可提供抑制在空腔C形成後的濕式製程或清洗製程期間共振單元1120由於表面張力而貼合至絕緣層1115的現象(靜摩擦現象)的效果。
提供在空腔C的整個內壁上形成疏水層1130的實例作為實例。然而,所述一或多個實例不限於此,且可作出各種潤飾,例如僅在空腔C的上表面上形成疏水層1130,或者僅在下表面或側表面的至少部分中形成疏水層1130。
在實例中,可基於實施的共振頻率及/或反共振頻率來確定體聲波共振器100a的厚度T。舉例而言,厚度T可藉由使用以下中的至少一者進行分析來進行量測:穿透式電子顯微鏡(transmission electron microscopy,TEM)、原子力顯微鏡(atomic force microscope,AFM)、掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope,SEM)、光學顯微鏡及表面輪廓儀(surface profiler)。
圖6E及圖6F是示出根據本揭露中的示例性實施例的用於對聲波共振器封裝的內部與外部進行電性連接的結構的剖視圖。
參照圖6E及圖6F,體聲波共振器100f及體聲波共振器100g可更包括疏水層1130、凸塊1310、連接圖案1320及疏水層1330中的至少一者。
疏水層1130可設置於共振單元1120與頂蓋1210之間,且可具有較頂蓋1210相對更接近疏水性的特性。因此,可減少在將接地構件1220形成至共振單元1120的過程中可能出現的有機物、濕氣及類似物的吸附,藉此進一步改善共振單元1120的特性。舉例而言,疏水層1130可形成於共振單元1120的上表面上。
參照圖6E,連接圖案1320的至少部分可穿過基板1110,可電性連接至第一電極1121及第二電極1125中的至少一者,且可與疏水層1330接觸。因此,共振單元1120可電性連接至體聲波共振器封裝100f的外部。
疏水層1330可設置於基板1110中的與面對頂蓋1210的表面(例如,上表面)相對的表面(例如,下表面)上,且可具有較基板1110相對接近疏水性的特性。因此,可減少在將接地構件1220形成至連接圖案1320的過程中可能出現的有機物、濕氣及類似物的吸附,藉此進一步減小連接圖案1320中的傳輸損耗。
參照圖6F,連接圖案1320的至少部分可穿過頂蓋1210,可電性連接至第一電極1121及第二電極1125中的至少一者,且可與疏水層1330接觸。因此,共振單元1120可電性連接至體聲波共振器封裝100g的外部。
疏水層1330可設置於頂蓋1210中的與面對基板1110的表面(例如,下表面)相對的表面(例如,上表面)上,且可具有較頂蓋1210相對接近疏水性的特性。因此,可減少在將接地構件1220形成至連接圖案1320的過程中可能出現的有機物、濕氣及類似物的吸附,藉此進一步減小連接圖案1320中的傳輸損耗。
在實例中,連接圖案1320可藉由在形成於基板1110及/或頂蓋1210的部分中的孔的側壁上沈積、施加導電金屬(例如,金、銅、鈦(Ti)-銅(Cu)合金)及類似材料)或對導電金屬進行充電的製程來形成。
在實例中,可省略在基板1110及/或頂蓋1210的部分中形成孔的製程。舉例而言,共振單元1120可藉由打線接合而提供有電性連接路徑。
凸塊1310可具有對體聲波共振器100f及體聲波共振器100g進行支撐的結構,使得體聲波共振器100f及體聲波共振器100g可安裝於下部的外部印刷電路板(Printed Circuit Board,PCB)上。舉例而言,連接圖案1320的部分可具有與凸塊1310接觸的接墊形狀。
圖7A及圖7B是示出根據一或多個實施例的聲波共振器封裝的位於頂蓋與基礎基板之間的接合結構的剖視圖。
參照圖7A及圖7B,根據一或多個實施例,聲波共振器封裝50k及聲波共振器封裝50l可包括設置於基板1110與頂蓋1210之間的共振單元1120,基板1110可設置於基礎基板1410上,且基礎基板1410可接合至頂蓋1210。
由於基礎基板1410的面積可等於或大於基板1110的面積,因此相較於基板1110而言,基礎基板1410可提供其中設置有共振單元1120的更大的面積。舉例而言,聲波共振器封裝50k及聲波共振器封裝50l可更有效,乃因設置於基礎基板1410上的共振單元1120的數目增大,使得會更有效地實施圖4中所示的大容量結構。
由於頂蓋1210可接合至基礎基板1410,因此頂蓋1210的水平面積亦可增大。舉例而言,由於基礎基板1410可包含陶瓷材料,因此基礎基板1410可以與晶圓級封裝(wafer level package,WLP)方法不同的方法來實施,且位於頂蓋1210與基礎基板1410之間的接合結構(例如,黏著聚合物)亦可不同於本揭露的接地構件的結構(例如,共晶接合結構或陽極接合結構)。舉例而言,接地構件可設置於在垂直方向上與由頂蓋1210環繞的區域交疊的區域中,且可不向頂蓋1210提供接合力。
舉例而言,基礎基板1410可較基板1110厚以穩定地具有大的水平面積,頂蓋1210可包含金屬材料以穩定地具有大的水平面積,熱固性樹脂(例如,環氧樹脂)可將基礎基板1410與基板1110彼此接合,但不限於此。基礎基板1410中所包含的材料不限於陶瓷材料,且亦可包含與基板1110中所包含的材料相同的材料。
參照圖7A及圖7B,根據一或多個實施例,聲波共振器封裝50k及聲波共振器封裝50l可包括基礎基板1410、連接圖案1420及接合配線1490中的至少一者。
連接圖案1420可包括在垂直方向上穿過基礎基板1410的穿孔1421及設置於基礎基板1410的下表面上的接墊1422,且可以與圖6E及圖6F中所示的連接圖案的方式相同的方式形成,但不限於此。
接合配線1490可將連接圖案1420與第一金屬層1180或第二金屬層1190彼此連接,且可包含與第一金屬層1180及第二金屬層1190中所包含的金屬材料相同的金屬材料,但不限於此。
參照圖7B,基板1110及/或共振單元1120可設置於基礎基板1410的凹陷的空間中,且因此可由基礎基板1410環繞。舉例而言,頂蓋1210可具有厚度恆定的板形狀。
根據一或多個實施例的聲波共振器封裝可有效地減小由於穿過聲波共振器的RF訊號的功率的過度增大而對聲波共振器造成損壞的可能性,或者可有效地減小由於靜電放電而對聲波共振器造成損壞的可能性。
根據上述一或多個實施例的聲波共振器封裝的效果的有效性可隨著聲波共振器封裝的大小在總體上減小或者RF訊號的頻率的增大而增大。
儘管本揭露包括具體實例,然而對於此項技術中具有通常知識者而言在理解本申請案的揭露內容之後將顯而易見的是,在不背離申請專利範圍及其等效範圍的精神及範圍的條件下,可對該些實例作出形式及細節上的各種改變。本文中所述實例僅被視為是說明性的,而非用於限制目的。對每一實例中的特徵或態樣的說明要被視為可應用於其他實例中的相似特徵或態樣。若所闡述技術以不同的次序實行,及/或若所闡述系統、架構、裝置或電路中的組件以不同的方式組合及/或被其他組件或其等效物替換或補充,則可達成適合的結果。
因此,本揭露的範圍並非由詳細說明來界定,而是由申請專利範圍及其等效範圍來界定,且在申請專利範圍及其等效範圍的範圍內的所有變化要被解釋為包括於本揭露中。