TWI702741B - 具懸浮結構的晶圓級超聲波晶片模組及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
一種晶圓級超聲波晶片模組，包含基板、複合層、以及底材。基板具有貫通槽，貫通槽連通基板的上表面及基板的下表面。複合層位於基板上。複合層包括超聲波體及保護層。超聲波體位於基板的上表面且貫通槽暴露出超聲波體的下表面。保護層覆蓋超聲波體及部分的基板的上表面。複合層具有溝槽，溝槽連通保護層的上表面、保護層的下表面及貫通槽，且溝槽圍繞超聲波體周圍的一部分且超聲波體對應於貫通槽。底材位於基板的下表面且覆蓋貫通槽，以使貫通槽、超聲波體的下表面與底材的一上表面之間形成空間，空間連通溝槽。
Description
一種超聲波傳遞的技術，特別是指一種晶圓級超聲波晶片模組及其製造方法。
隨著科技的發展，行動電話、個人筆記型電腦或平板等智慧型電子裝置已經成為了生活中必備之工具，大眾已習慣將重要資訊或是個人資料儲存於智慧型電子裝置內部，而這些智慧型電子裝置的功能或應用程式也越往個人化的方向來發展。為避免重要資訊遭到遺失或是盜用等情況，如今智慧型電子裝置已廣泛地採用於指紋辨識來識別其使用者。
目前已見將超聲波指紋識別技術應用於智慧型電子裝置。一般而言，使用超聲波模組整合於智慧型電子裝置時，係透過將手指接觸超聲波模組的上蓋或是智慧型電子裝置的螢幕保護層，而超聲波模組發送超聲波訊號至手指並且接收被指紋的波峰波谷反射回來的超聲波訊號的強弱而能夠辨識指紋。然而，超聲波模組的超聲波訊號可以藉由介質而傳遞至非與手指接觸的區域，如此將使得超聲波模組所接收的反射超聲波訊號不一定是被手指反射，故較不易辨識指紋。
本發明一實施例提出一種具懸浮結構的晶圓級超聲波晶片
模組，包含基板、複合層、以及底材。基板具有貫通槽，貫通槽連通基板的上表面及基板的下表面。複合層位於基板上。複合層包括超聲波體及保護層。超聲波體位於基板的上表面且貫通槽暴露出超聲波體的下表面。保護層覆蓋超聲波體及部分的基板的上表面。複合層具有溝槽，溝槽連通保護層的上表面、保護層的下表面及貫通槽，且溝槽圍繞超聲波體周圍的一部分且超聲波體對應於貫通槽。底材位於基板的下表面且覆蓋貫通槽，以使貫通槽、超聲波體的下表面與底材的一上表面之間形成空間，空間連通溝槽。
本發明提出一種晶圓級超聲波晶片模組的製造方法，包含形成超聲波體於基板上、形成第一保護材料層於超聲波體的上表面及基板的上表面、圖案化第一保護材料層以形成第一保護層、形成導電材料層於第一保護層的上表面、二線路預定區及移除結構預定區以形成線路層、二電極線路及移除結構、形成第二保護層於該線路層、二電極線路及移除結構之上、由第二保護層的對應移除結構的上表面去除部分的第二保護層、移除結構以及部分的基板、由基板的下表面往基板的上表面去除對應超聲波體的部分基板以暴露出超聲波體的下表面以及形成底材於基板的下表面。於此一實施例中，超聲波體包括依序堆疊於基板上的第一壓電層、第一電極、第二壓電層及第二電極，其中第二壓電層及第二電極未覆蓋出第一電極的部分上表面。其中第一保護層具有二線路預定區及移除結構預定區，其中二線路預定區分別暴露出第一電極的部分上表面以及第二電極的部分上表面，移除結構預定區圍繞超聲波體周圍的一部分且暴露出基板的部分上表面。
綜上所述，本發明一實施例提供晶圓級超聲波晶片模組及其製造方法，其透過在超聲波體周圍的一部分形成溝槽且於超聲波體的下方形成空間，且此空間與溝槽連通以形成一整體空隙。依此，藉由此整體空隙的設計來使得朝超聲波體的上表面方向傳遞的超聲波訊號及朝底材的方向傳遞的超聲波訊號的傳遞速度不同，以區別不同方向的超聲波訊號。藉由濾除朝底材的方向傳遞的超聲波訊號，即可透過接收超聲波體的上表面方向傳遞的超聲波訊號來辨識位於保護層上的手指指紋，透過避免接收第二超聲波訊號而影響辨識指紋圖案，進而提升指紋辨識的準確度。本發明另一實施例係藉由於保護層的開口設置傳導材料，由於超聲波訊號可以藉由傳導材料更佳地傳遞至手指，因此更可以區別不同方向的超聲波訊號，因此，更能夠達到提升指紋辨識的準確度。
100、200、200':晶圓級超聲波晶片模組
110:基板
120:複合層
121:超聲波體
122:保護層
123:線路層
124:電極線路
1211:第一壓電層
1211':第一壓電材料層
1212:第一電極
1212':第一電極材料層
1213:第二壓電層
1213':第二壓電材料層
1214:第二電極
1214':第二電極材料層
1221:第一保護層
1222:第二保護層
125:移除結構
130:底材
140:導體層
150:接墊
160:傳導材料
170:另一超聲波元件
A、B:黏膠材料
C:電路佈線
D:載板
H1:貫通槽
H2:溝槽
H21:上部溝槽
H22:中部溝槽
H23:下部溝槽
H3:空間
H4:開口
V1:線路預定區
V2:移除結構預定區
110a、122a、121a、123a、130a、1212a、1214a、1221a、1222a:上表面
110b、121b、122b、130b:下表面
110c、123c:側表面
圖1為本發明一實施例的晶圓級超聲波晶片模組的結構示意圖。
圖2A為本發明另一實施例的晶圓級超聲波晶片模組的結構示意圖。
圖2B為本發明又一實施例的晶圓級超聲波晶片模組的結構示意圖。
圖3A至圖3N分別是本發明一實施例的晶圓級超聲波晶片模組的製造方法於各步驟所形成的示意圖。
圖4A至圖4C分別是本發明另一實施例的晶圓級超聲波晶片模組的製造方法於各步驟所形成的示意圖。
圖5為本發明一實施例的晶圓級超聲波晶片模組的俯視示意圖。
圖1為本發明一實施例的晶圓級超聲波晶片模組的結構示意圖。請參閱圖1，晶圓級超聲波晶片模組100包括基板110、複合層120以及底材130。複合層120位於基板110的上表面110a，底材130結合於基板110的下表面110b。
基板110具有一貫通槽H1，貫通槽H1由基板110的上表面111a貫穿至下表面111b。基板110用以承載複合層120。於一實施態樣中，基板110可以是矽基板、玻璃基板、藍寶石基板、塑膠基板等。
複合層120設置於基板110上。複合層120包括超聲波體121及保護層122。超聲波體121位於基板110的上表面110a，且超聲波體121的至少一部分的下表面121b被貫通槽H1暴露而出。保護層122覆蓋超聲波體121及部分的基板110的上表面110a。複合層120具有溝槽H2，溝槽H2由複合層120的上表面122a貫穿至複合層120的下表面122b，且溝槽H2與貫通槽H1連通。超聲波體121對應於貫通槽H1，且溝槽H2圍繞超聲波體121周圍的一部分，而超聲波體121周圍的另一部分(未被溝槽H2圍繞的部分)與保護層122連接。於此，溝槽H2可以避免超聲波體121的超聲波訊號和其他電子元件(圖未繪示)的訊號相互干擾。超聲波體121對應於貫通槽H1，換言之，超聲波體121位於貫通槽H1上且懸浮連接於保護層122。於基板110的垂直投影方向上超聲波體121的投影與貫通槽H1的投影重疊。於一實施態樣中，保護層122的材料例如是但不限於二氧化矽(PE-SiO2)。
底材130位於基板110的下表面110b且覆蓋貫通槽H1，以使貫通槽H1、超聲波體121的下表面121b與底材130的上表面130a之間形成
空間H3，且空間H3連通溝槽H2。於一實施態樣中，底材130可以透過黏膠材料A而設置於基板110的下表面110b。於一實施態樣中，黏膠材料A可以是雙面膠、黏性油墨或黏性塗料等。於此，超聲波體121懸浮地位於空間H3上，使得超聲波體121容易起振。換言之，於底材130的垂直投影方向上超聲波體121的投影與空間H3的投影重疊，且超聲波體121的下表面121b並未與底材130的上表面130a接觸。
依此，超聲波體121所發出的朝超聲波體121的上表面121a方向傳遞的第一超聲波訊號大致係經由固體介質(保護層122)傳遞；而超聲波體121所發出的朝底材130的方向傳遞的第二超聲波訊號大致係經由氣體介質及/或固體介質(空間H3及/或底材130等)傳遞。也就是說，第一超聲波訊號的傳遞係經由同一種類的介質(固體介質)，而第二超聲波訊號的傳遞須經由不同種類的介質(氣體介質及固體介質)。依此，被手指反射後回傳的第一超聲波訊號的速度和經由空間H3的空氣並被底材130反射後回傳的第二超聲波訊號的速度不相同。於此，此整體空隙的設計能夠使得第一超聲波訊號和第二超聲波訊號的傳輸速度不同，進而辨別出並且濾除第二超聲波訊號而僅接收第一超聲波訊號。因此，能夠達到透過第一超聲波訊號來辨識位於保護層122的上表面的手指指紋，並且避免第二超聲波訊號的干擾，進而提升指紋辨識的準確度。此外，由於溝槽H2圍繞超聲波體121周圍的一部分，因此溝槽H2可以避免超聲波體121的超聲波訊號和其他電子元件的訊號相互干擾，進而更佳地提升指紋辨識的準確度。
於另一實施例中，如圖2A所繪示，保護層122具有開口H4，
開口H4由保護層122的上表面122a延伸至超聲波體121的上表面121a，且暴露出部分的超聲波體121的上表面121a。晶圓級超聲波晶片模組200更包括傳導材料160，傳導材料160位於開口H4內且接觸超聲波體121的上表面121a。於一實施態樣中，傳導材料160可以是聚二甲基矽氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)。超聲波訊號可以藉由傳導材料160而更佳地傳遞至手指。依此，超聲波體121所發出的朝超聲波體121的上表面121a方向傳遞的第一超聲波訊號大致係經由固體介質(保護層122及傳導材料160等)傳遞；而超聲波體121所發出的朝底材130的方向傳遞的第二超聲波訊號大致係經由氣體介質及/或固體介質(底材130、空間H3等)傳遞。也就是說，第一超聲波訊號的傳遞係經由同一種類的介質(固體介質)，而第二超聲波訊號的傳遞須經由不同種類的介質(氣體介質及固體介質)。由於超聲波訊號可以藉由傳導材料160更佳地傳遞至手指，因此，能夠更辨別出並且濾除第二超聲波訊號而僅接收第一超聲波訊號，因此，更能夠達到提升指紋辨識的準確度。
於一變化實施例中，如圖2B所繪示，晶圓級超聲波晶片模組200'可以更包括一上蓋270，上蓋270可以覆蓋在晶圓級超聲波晶片模組200'的傳導材料160上以及覆蓋溝槽H2。不過，在又一變化實施例中，晶圓級超聲波晶片模組100也可以更包括上蓋，上蓋可以覆蓋於晶圓級超聲波晶片模組100的溝槽H2(圖未繪示)上。
於一實施例中，如圖1、圖2A及圖2B所繪示，超聲波體121包括第一壓電層1211、第一電極1212、第二壓電層1213及第二電極1214。第一壓電層1211位於基板110上，第一電極1212位於第一壓電層1211上，
第二壓電層1213位於第一電極1212上，且第二電極1214位於第二壓電層1213上。其中，第二壓電層1213及第二電極1214未覆蓋出第一電極1212的部分上表面1212a。也就是說，部分的第一電極1212的上表面1212a暴露於第二壓電層1213及第二電極1214。於一實施態樣中，第一壓電層1211及第二壓電層1213的材料例如是但不限於氮化鋁(AlN)、氧化鋅(ZnO)、鋯鈦酸鉛(PZT)等壓電材料。於一實施態樣中，第一電極1212及第二電極1214的材料例如是但不限於鋁(Al)、鎢(W)、鉬(Mo)、鉑(Pt)、金(Au)等導電材料。
於一實施例中，如圖1、圖2A及圖2B所繪示，複合層120更包括線路層123及二電極線路124。保護層122包覆線路層123且暴露出線路層123的側表面(如圖1所繪示)，於此線路層123可以與外界電路電性連接。此二電極線路124分別位於第一電極1212的部分上表面1212a以及第二電極1214的部分上表面1214a，且此二電極線路124被保護層122包覆。於一實施態樣中，此二電極線路124可以視整體電性連接需求而與至少部分的線路層123電性連接，於此，線路層123可以將二電極線路124及超聲波體121的電訊號傳遞至外界。於一實施態樣中，線路層可以為超聲波體121及/或其他電子元件之間電性連接的線路，例如是電路佈線、以及導電接墊等。於另一實施態樣中，線路層123可以為其他電子元件。於一實施態樣中，線路層123及二電極線路124的材料可以為鋁化銅(AlCu)。
於一實施例中，如圖1、圖2A及圖2B所繪示，晶圓級超聲波晶片模組100包括導體層140及至少一接墊150。導體層140位於線路層123的側表面123c。於一實施態樣中，導體層140更可以位於線路層123的側
表面123c且延伸至底材130的下表面130b，且導體層140電性連接暴露於保護層122的線路層123的側表面123c。接墊150位於導體層140上。於此，線路層123可藉由導體層140而與接墊150電性連接，進而使得元件(例如超聲波體121及/或其他電子元件)可與外界電路電性連接。於一實施態樣中，接墊150可以為錫球或是凸塊。
圖3A至圖3N分別是本發明一實施例的晶圓級超聲波晶片模組的製造方法於各步驟所形成的示意圖。請依序配合參照圖3A至圖3N。
首先，如圖3A及圖3B所繪示，形成超聲波體121於基板110的上表面110a，其中超聲波體121包括第一電極1212與未和第一電極1212連接的第二電極1214。詳細來說，如圖3A所繪示，可透過蒸鍍法(Evaporation)、化學氣相沈積法(Chemical vapor deposition，CVD)或濺鍍法(sputtering)等方法於基板110上依序沉積壓電材料以形成第一壓電材料層1211'、沉積第一電極材料以形成第一電極材料層1212'、沉積壓電材料以形成第二壓電材料層1213'、沉積第二電極材料以形成第二電極材料層1214'。接著，如圖3B所繪示，可透過濕蝕刻及乾蝕刻製程去除部分的第二電極材料層1214'及第二壓電材料層1213'以形成第二電極1214及第二壓電層1213。可透過濕蝕刻及乾蝕刻製程去除部分的第一電極材料層1212'及第一壓電材料層1211'以形成第一電極1212及第一壓電層1211。其中，使第二壓電層1213及第二電極1214暴露出第一電極1212的部分上表面1212a。於此，超聲波體121包括依序堆疊於基板110上的第一壓電層1211、第一電極1212、第二壓電層1213及第二電極1214。其中，第二壓電層1213及第二電極1214未覆蓋出第一電極1212的部分上表面
1212a。
接著，經由噴塗(spray)或濺鍍法等方法形成整層的第一保護材料層(圖未繪示)於超聲波體121的上表面121a及基板110的上表面110a。而後，如圖3C所繪示，經由乾蝕刻(dry etching)製程來圖案化第一保護材料層以形成第一保護層1221。其中，第一保護層1221具有二個線路預定區V1及一移除結構預定區V2。此二線路預定區V1分別對應且暴露出第一電極1212的部分上表面1212a以及第二電極1214的部分上表面1214a。移除結構預定區V2圍繞超聲波體121周圍的一部分且暴露出基板110的部分上表面110a。於一實施態樣中，第一保護層1221的材料例如是但不限於二氧化矽(PE-SiO2)。
如圖3D所繪示，透過蒸鍍法、化學氣相沈積法或濺鍍法等方法於基板110上形成導電材料層於第一保護層1221的上表面1221a、二線路預定區V1及移除結構預定區V2，以形成線路層123、二電極線路124及移除結構125。於此步驟之一實施態樣中，可以透過沉積導電材料並經蝕刻製程(例如是濕蝕刻wet etching)而形成線路層123、二電極線路124及移除結構125。於一實施態樣中，線路層123、二電極線路124及移除結構125的材料可以為鋁化銅(AlCu)。
如圖3E所繪示，經由噴塗或濺鍍法等方法形成一第二保護層1222於線路層123、二電極線路124及移除結構125之上。於一實施態樣中，第二保護層1222的材料可以與第一保護層的材料相同，以形成保護層122。於一實施態樣中，第二保護層1222的材料例如是但不限於二氧化矽(PE-SiO2)。
如圖3F所繪示，研磨基板110的下表面110b以薄化基板110的厚度。此步驟係為選擇性的步驟。
接下來，由第二保護層1222的對應移除結構125的上表面1222a(亦即，保護層122的上表面122a)去除部分的第二保護層1222、移除結構125以及部分的基板110。以下詳細敘述，請參閱圖3G至圖3I。
如圖3G所繪示，經由乾蝕刻於第二保護層1222的對應移除結構125的上表面1222a(亦即，保護層122的上表面122a)去除部分的第二保護層1222，以形成上部溝槽H21。其中，上部溝槽H21係由第二保護層1222的上表面1222a延伸至移除結構125的頂端，且上部溝槽H21暴露出移除結構125。
如圖3H所繪示，經由濕蝕刻由上部溝槽H21去除移除結構125，以形成中部溝槽H22。其中，中部溝槽H22連通上部溝槽H21且延伸至基板110的上表面110a，並暴露基板110的上表面110a。
如圖3I所繪示，經由乾蝕刻於由中部溝槽H22內去除部分的基板110，以形成連通中部溝槽H22的下部溝槽H23。其中，下部溝槽H23並未貫穿基板110。
如圖3J所繪示，藉由研磨或是乾蝕刻由基板110的下表面110b往基板110的上表面110a去除對應超聲波體121的部分基板110以暴露出超聲波體121的下表面121b，以形成貫通槽H1。詳細而言，由於形成下部溝槽H23係能使得對應下位溝槽H23處的基板110的厚度較薄(如圖3J所繪示)，因此，於本步驟中，當由基板110的下表面110b往基板110的上表面110a去除對應超聲波體121的部分基板110時，對應下部溝槽H23處的
部分基板110會先被蝕刻而於基板110的下表面110b形成開孔。於此，可以以開孔作為由基板110的下表面110b去除對應超聲波體121的部分基板110的基準繼續進行研磨或蝕刻直至暴露出超聲波體121的下表面121b。
如圖3K所繪示，形成底材130於基板110的下表面110b，以使超聲波體121的下表面121b與底材130的上表面130a之間形成空間H3。於一實施態樣中，可以透過黏膠材料A而將底材130黏置於基板110的下表面110b。於一實施態樣中，黏膠材料A可以是雙面膠、黏性油墨或黏性塗料等。
如圖3L所繪示，切割線路層123及基板110，暴露出線路層123的側表面123c及基板110的側表面110c。
如圖3M所繪示，透過濺鍍(Sputter)、噴鍍(spray)或是塗布等方式形成導體層140於線路層123的側表面123c。於一實施態樣中，更可以形成導體層140於線路層123的側表面123c至底材130的下表面130b。導體層140電性連接暴露於保護層122的線路層123的側表面123c。
如圖3N所繪示，形成接墊150於導體層140上。於此，線路層123可藉由導體層140而與接墊150電性連接，進而使得元件(例如超聲波體121及/或其他電子元件)可與外界電路電性連接。於一實施態樣中，接墊150可以為錫球或是凸塊，且可以透過電鍍(Electroplating)或印刷(print)等佈植錫球製程形成。
圖4A至圖4C分別是本發明另一實施例的晶圓級超聲波晶片模組的製造方法於各步驟所形成的示意圖。請依序配合參照圖4A至圖4C。以下將僅介紹此實施例與前一實施例二者的差異，而相同的步驟以
及特徵則不再重複贅述。
圖4A之步驟為接續圖3I的步驟進行，如圖4A所繪示，在由第二保護層1222的對應移除結構125的上表面1222a(亦即，保護層122的上表面122a)去除部分的第二保護層1222、移除結構125以及部分的基板110之後，亦即，在形成下部溝槽H23之後，去除部分的第二保護層1222以暴露出部分的超聲波體121的上表面121a，以形成一開口H4。其中，開口H4由保護層122的上表面122a延伸至超聲波體121的上表面121a，且暴露出部分的超聲波體121的上表面121a。於一實施態樣中，如圖4A所繪示，可以更去除部分的第二保護層1222以暴露出部分的線路層123的上表面123a。
如圖4B所繪示，覆蓋一載板D以遮蔽第二保護層1222的上表面1222a、溝槽H2及開口H4。於此，載板D係用以作為保護開口H4的蓋板。此外，載板D還可以用以作為一承載基板以便於後續步驟進行。於一實施態樣中，載板D可以透過黏膠材料B而設置於第二保護層1222的上表面1222a、溝槽H2及開口H4。
接下來，接續進行圖3J至圖3N之步驟。由於此些步驟與前述大致相同，差別大致僅在於此實施例之第二保護層1222已開設開口H4，故於此不再贅述。
接下來，圖4C之步驟為接續圖3N的步驟進行，如圖4C所繪示，在形成底材130於基板110的下表面110b以形成空間H3的步驟之後，於此為形成接墊150於導體層140上之步驟，移除載板D，暴露出第二保護層1222的上表面1222a、溝槽H2及開口H4。
請再次參閱圖2B，於開口H4填入一傳導材料160。於此，傳導材料160位於開口H4內且接觸超聲波體121的上表面121a。
於一實施例中，超聲波體121可以藉由超聲波訊號作為載體以將欲傳遞的聲音訊息傳遞出去。其中，超聲波訊號可以針對所處空間的某個特定區域發出聲音通知。
於一實施例中，超聲波體121所產生的超聲波訊號會被手指指紋的波峰波谷所反射，透過被反射的超聲波信號可以辨識手指指紋的紋路。此外，或是亦可用於感應被手掌反射的超聲波訊號，以實現手勢辨識。
於一實施例中，晶圓級超聲波晶片模組100可以作為距離感測器、高度感測器或是方向感測器。超聲波體121所產生的超聲波訊號會被物體反射，可用於測量人與晶圓級超聲波晶片模組100之間的距離。於此，超聲波體121可將對接近晶圓級超聲波晶片模組100的物體或人體感測距離或是移動方向以產生一距離訊號或是方向訊號，於此，超聲波體121能夠依據距離訊號或是方向訊號而針對特定的物體或人體產生超聲波訊號。
於一實施例中，晶圓級超聲波晶片模組100可以作為壓力感測器，例如是但不限於水壓感測器、氣壓感測器、油壓感測器。
於一實施例中，晶圓級超聲波晶片模組100可以作為流量計。將超聲波體121所產生的超聲波訊號與一流體的流向夾一特定角度進行傳播。透過超聲波訊號傳播時間的變化來量測流量。當超聲波訊號傳播速度變慢時，則代表穿過流體的超聲波訊號的方向與流體的流向相反。當超聲波訊號傳播速度變快時，則代表穿過流體的超聲波訊號的方向與流體
的流向相同。
圖5為本發明一實施例的晶圓級超聲波晶片模組的俯視示意圖。請參閱圖5，晶圓級超聲波晶片模組100或200可以更包括另一超聲波元件170。超聲波體121被溝槽H2圍繞且透過保護層122及/或電路佈線C而與未被溝槽H2通過的保護層122連接，從而能懸浮於空間H3之上。超聲波元件160未被溝槽H2圍繞且未懸浮於空間H3之上。於此，於一實施例中，晶圓級超聲波晶片模組100或200可以作為加速度感測器。當晶圓級超聲波晶片模組100或200附著於被測物體上且被測物體尚未移動或轉動時，超聲波體121與超聲波元件160皆分別發出超聲波訊號。當被測物體移動或轉動時，由於超聲波體121係懸浮於空間H3之上，所以超聲波體121會因為受力而晃動導致偏離原本位置。於此，超聲波體121與超聲波元件160皆分別接到反射的超聲波訊號的時間不一樣，於此可以獲得被測物體的加速度。
於另一實施例中，晶圓級超聲波晶片模組100或200可以作為水平儀。晶圓級超聲波晶片模組可以更包括一上蓋，其中，此上蓋可以覆蓋於晶圓級超聲波晶片模組100的溝槽H2(圖未繪示)上，也可以覆蓋在晶圓級超聲波晶片模組的傳導材料160(如圖2B之晶圓級超聲波晶片模組200')上。藉由將晶圓級超聲波晶片模組100或200附著於被測物體上，當被測物體產生水平傾斜時，超聲波體121與超聲波元件160接到被上蓋反射的超聲波訊號的距離不一樣，於此可以得知被測物體是否產生水平傾斜。
綜上所述，本發明一實施例提供晶圓級超聲波晶片模組及其
製造方法，其透過在超聲波體周圍的一部分形成溝槽且於超聲波體的下方形成空間，且此空間與溝槽連通以形成一整體空隙。依此，藉由此整體空隙的設計來使得朝超聲波體的上表面方向傳遞的超聲波訊號及朝底材的方向傳遞的超聲波訊號的傳遞速度不同，以區別不同方向的超聲波訊號。藉由濾除朝底材的方向傳遞的超聲波訊號，即可透過接收超聲波體的上表面方向傳遞的超聲波訊號來辨識位於保護層上的手指指紋，透過避免接收第二超聲波訊號而影響辨識指紋圖案，進而提升指紋辨識的準確度。本發明另一實施例係藉由於保護層的開口設置傳導材料，由於超聲波訊號可以藉由傳導材料更佳地傳遞至手指，因此更可以區別不同方向的超聲波訊號，因此，更能夠達到提升指紋辨識的準確度。
雖然本發明的技術內容已經以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明的範疇內，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100:晶圓級超聲波晶片模組
110:基板
120:複合層
121:超聲波體
122:保護層
123:線路層
124:電極線路
1211:第一壓電層
1212:第一電極
1213:第二壓電層
1214:第二電極
130:底材
140:導體層
150:接墊
A:黏膠材料
H1:貫通槽
H2:溝槽
H3:空間
110a、122a、121a、130a、1212a、1214a:上表面
110b、121b、122b、130b:下表面
123c:側表面
Claims (12)
- 一種具懸浮結構的晶圓級超聲波晶片模組，包括：一基板，具有一貫通槽，該貫通槽由該基板的上表面貫穿至該基板的下表面；一複合層，位於該基板上，該複合層包括一超聲波體及一保護層，該超聲波體位於該基板的上表面且該貫通槽暴露出該超聲波體的下表面，該保護層覆蓋該超聲波體及部分的該基板的上表面，該複合層具有一溝槽，該溝槽由該複合層的上表面貫穿至該複合層的下表面，且該溝槽與該貫通槽連通，該溝槽圍繞該超聲波體周圍的一部分且該超聲波體對應於該貫通槽，其中該超聲波體包括一第一壓電層、一第一電極、一第二壓電層及一第二電極，該第一壓電層位於該基板上，該第一電極位於該第一壓電層上，該第二壓電層位於該第一電極上，該第二電極位於該第二壓電層上，且該第二壓電層及該第二電極未覆蓋出該第一電極的部分上表面；以及一底材，位於該基板的下表面且覆蓋該貫通槽，以使該貫通槽、該超聲波體的下表面與該底材的一上表面之間形成一空間，該空間連通該溝槽。
- 如請求項1所述之具懸浮結構的晶圓級超聲波晶片模組，其中該複合層更包括一線路層及二電極線路，該保護層包覆該線路層且暴露出該線路層的側表面，該保護層包覆該二電極線路且該二電極線路分別位於該第一電極的部分上表面以及該第二電極的部分上表面，該二電極線路且分別電性連接該第一電極及該第二電極。
- 如請求項2所述之具懸浮結構的晶圓級超聲波晶片模 組，更包括一導體層及至少一接墊，該導體層位於該線路層的側表面至該底材的下表面，且該至少一接墊位於該導體層上。
- 如請求項1所述之具懸浮結構的晶圓級超聲波晶片模組，其中該超聲波體位於該空間上且懸浮連接於該保護層，於該底材的垂直投影方向上該超聲波體的投影與該空間的投影重疊。
- 如請求項1所述之具懸浮結構的晶圓級超聲波晶片模組，其中該保護層具有一開口，該開口暴露出部分的該超聲波體的上表面，該晶圓級超聲波晶片模組更包括一傳導材料，該傳導材料位於該開口內且接觸該超聲波體的上表面。
- 一種具懸浮結構的晶圓級超聲波晶片模組的製造方法，包括：形成一超聲波體於一基板上，其中該超聲波體包括依序堆疊於該基板上的一第一壓電層、一第一電極、一第二壓電層及一第二電極，其中該第二壓電層及該第二電極未覆蓋出該第一電極的部分上表面；形成一第一保護材料層於該超聲波體的上表面及該基板的上表面；圖案化該第一保護材料層以形成一第一保護層，其中該第一保護層具有二線路預定區及一移除結構預定區，其中該二線路預定區分別暴露出該第一電極的部分上表面以及該第二電極的部分上表面，該移除結構預定區圍繞該超聲波體周圍的一部分且暴露出該基板的部分上表面；形成一導電材料層於該第一保護層的上表面、該二線路預定區及該移除結構預定區以形成一線路層、二電極線路及一移除結構；形成一第二保護層於該線路層、該二電極線路及該移除結構之上； 由該第二保護層的對應該移除結構的上表面去除部分的該第二保護層、該移除結構以及部分的該基板；由該基板的下表面往該基板的上表面去除對應該超聲波體的部分該基板以暴露出該超聲波體的下表面；以及形成一底材於該基板的下表面，以使該超聲波體的下表面與該底材的一上表面之間形成一空間。
- 如請求項6所述之具懸浮結構的晶圓級超聲波晶片模組的製造方法，其中形成該超聲波體於該基板上的步驟包括：於該基板上依序形成該第一壓電材料層、該第一電極材料層、該第二壓電材料層及該第二電極材料層；以及去除部分的該第一壓電材料層、該第一電極材料層、該第二壓電材料層及該第二電極材料層，以形成一第一壓電層、一第一電極、一第二壓電層及一第二電極，其中使該第二壓電層及該第二電極暴露出該第一電極的部分上表面。
- 如請求項6所述之具懸浮結構的晶圓級超聲波晶片模組的製造方法，更包括：於形成一第二保護層於該導電材料層的上表面之後，研磨該基板的下表面以薄化該基板的厚度。
- 如請求項6所述之具懸浮結構的晶圓級超聲波晶片模組的製造方法，其中由該第二保護層的對應該移除結構的上表面去除部分的該第二保護層、該移除結構以及部分的該基板的步驟包括：由該第二保護層的對應該移除結構的上表面去除部分的該第二保護 層，以形成一上部溝槽，其中該上部溝槽暴露出該移除結構；由該上部溝槽去除該移除結構，以形成一中部溝槽，其中該中部溝槽連通該上部溝槽且暴露該基板的上表面；以及由該中部溝槽去除部分的該基板，以形成連通該中部溝槽的一下部溝槽。
- 如請求項6所述之具懸浮結構的晶圓級超聲波晶片模組的製造方法，更包括：切割該線路層及該基板，以暴露出該線路層的側表面及該基板的側表面；形成一導體層於該線路層的側表面至該底材的下表面；以及形成至少一接墊於該導體層上，其中該導體層電性連接該線路層及該接墊。
- 如請求項6所述之具懸浮結構的晶圓級超聲波晶片模組的製造方法，更包括：在由該第二保護層的對應該移除結構的上表面去除部分的該第二保護層、該移除結構以及部分的該基板之後，去除部分的該第二保護層以暴露出部分的該超聲波體的上表面，以形成一開口；以及覆蓋一載板以遮蔽該第二保護層的上表面、該溝槽及該開口。
- 如請求項11所述之具懸浮結構的晶圓級超聲波晶片模組的製造方法，更包括：在形成一底材於該基板的下表面以形成該空間的步驟之後，移除該載板；以及 於該開口填入一傳導材料。
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