專利名稱：：微部件的芯片級封裝的制作方法
技術(shù)領域：
：本發(fā)明涉及微部件比如微機電系統(tǒng)(MEMS)器件的芯片級封裝。
背景技術(shù)：
：微部件的恰當封M于確保進出微部件的信號的完整性是重要的，常常決定了組件的M成本和尺度。例如，MEMS器件，比如加速度計以及其它慣性傳感器，已應用于各種消費產(chǎn)品包括膝上型電腦、移動電話和手持計算機中。在某些應用中，MEMS器件與信號處理電路制it^同一個晶片上。例如，BiCMOS電路制造工藝可以與表面微加工(micro-machined)MEMS工藝結(jié)合。將微部件與電路集成起來能夠有助于信號放大和信號處理。制造包封這樣的集成MEMS器件的封裝的整體工藝可以包括以下步驟i)集成MEMS器件的制造；ii)MEMS器件的晶圓封帽(ca卯ing)工藝；以及iii)將被封帽的MEMS器件組裝到封裝中。在組裝之前對MEMS器件封帽的一個優(yōu)點是能夠降低隨后的切割操作的復雜程度。另一個優(yōu)點是在將晶片附著到例如引線框上時封帽能夠保護MEMS器件。在圖1中圖解了包括MEMS器件的封帽傳感器晶片的封裝的示意剖面圖，其在Felton等人的"ChipScalePackagingofaMEMSAccelerometer"，20似￡7e"ra"/c。附/w"e"傷rec/1"^53;CVm/ere"ce，pp.869-873(2004)中有更詳細的描述。對于諸如上面所提到的手持消費產(chǎn)品，一個重要因素是封裝的尺度和重量。盡管前面的文獻中所描述的技術(shù)顯著地形成相對較小的封裝，但這些技術(shù)對于引線框和用于MEMS器件的晶片之間的電連接需^f吏用引線#。包括到引線框的電連接在內(nèi)的封裝的整體占位面積(footprint)大于傳感器晶片的占位面積。對于某些應用來i兌，可能希望具有更小的占位面積。
發(fā)明內(nèi)容在一個方面，封裝包括傳感器晶片以及在所述傳感器晶片的外圍附近的一個或者多個導電M盤，所述傳感器晶片包括耦合到集成電路的微部件。半導體帽結(jié)構(gòu)(semiconductorcapstructure)附著到所述傳感器晶片。帽結(jié)構(gòu)的正面通過密封環(huán)附著到半導體晶片，以密封地包封傳感器晶片的、所述微部件所在的區(qū)域。所述傳感器晶片上的M盤位于所述密封環(huán)所包封的區(qū)域之外。沿著半導體帽結(jié)構(gòu)的外側(cè)邊#其正面延伸到背面的電引線通過M盤耦合到微部件。在某些實現(xiàn)方式中可以具有下列特征中的一個或者多個。例如，在一種特定的實現(xiàn)方式中，微部件包括MEMS器件，集成電路包括CMOS電路。本發(fā)明還可以用于其他微部件和其他電路類型。電引線可以耦合到帽結(jié)構(gòu)的背面的導電盤。所述電引線所沿其)^f申的所述帽結(jié)構(gòu)外側(cè)邊緣可以傾斜，以方便沉積所述引線的金屬?？梢允顾雒苯Y(jié)構(gòu)的背面上的導電盤適合例如印刷電路板上的表面安裝。還/>開了本發(fā)明的一種制造封裝的方法。在某些實現(xiàn)方式中，可以具有下述優(yōu)點中的一個或者多個。4^>開可有助于將微部件氣密地密封在封裝中，同時為到微部件的連接提供外部引線。根據(jù)本發(fā)明的封裝可以通it^面安裝技術(shù)(SMT)附著到印刷電路板上。這樣，本發(fā)明可以實現(xiàn)封裝的相對較小的總體占位面積。在附圖和后面的說明中給出了本發(fā)明的一種或者多種實施方式的細節(jié)。從說明書、附圖和權(quán)利要求可以明了本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點。圖l是用于被封帽的傳感器晶片的已知封裝的示意剖面圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明用于被封帽的傳感器晶片的封裝的示意剖面圖；圖3圖解了根據(jù)本發(fā)明使用的傳感器晶片的一個例子；圖4圖解了才艮據(jù)本發(fā)明的帽結(jié)構(gòu)的正面；圖5圖解了根據(jù)本發(fā)明的帽結(jié)構(gòu)的背面；圖6圖解了附著到印刷電5^板上的圖1、2所示的封裝。各圖中相似的附圖標記表示相似的要素。具體實施方式圖2圖解了晶片14的例子，其包括CMOS傳感器集成電路和MEMS器件，例如加速度計、陀螺儀或者其他慣性傳感器。其他類型的MEMS器件也可以與電路集成。如圖3所示，MEMS器件12與CMOS集成電路10被制造在同一晶片14上。在圖解的例子中，MEMS器件12形成在晶片14的內(nèi)側(cè)區(qū)域16上，晶片14的外圍附近的a盤18提供到晶片14和從晶片14引出的電連接。在圖解的例子中，在MEMS器件基本上位于晶片中央的意義上，晶片14另_對稱的。但是，在別的實現(xiàn)方式中，MEMS器件可以偏離晶片的中央。埋入式或者片上互連可以用來將MEMS器件12與CMOS集成電路10耦合。對于理解本發(fā)明，CMOS集成電路的其他細節(jié)并不需要，因此在這里不作進一步討論。盡管這里所討論的特定例子包括MEMS器件和CMOS電路，但是本發(fā)明不限于這些應用。更為一般地，這里所討論的技術(shù)也可以用于除MEMS器件之外的微部件和除CMOS之外的電路。本公開中所用的術(shù)語"微部件"包括光學器件、電磁器件、化學器件、微機械器件、銜^L電系統(tǒng)(MEMS)器件或者微光機電系統(tǒng)(MOEMS，micro-optoelectromechanicalsystem)器件或者其他包含微小的、微米和亞微米大小的元件的器件。如圖2所示，帽結(jié)構(gòu)(capstructure)20(可以包括硅)覆蓋晶片14的一部分，以包封形成有MEMS器件12的傳感器區(qū)域16。帽結(jié)構(gòu)20在其面對傳感器區(qū)域16的下側(cè)上具有腔22，以為MEMS器件提供頂部空間。帽結(jié)構(gòu)20的正面上的著落盤(landingpad)24(例如焊盤)電連接到沿著帽結(jié)構(gòu)20的從其背面28向其正面傾斜的側(cè)面延伸的電引線26.帽結(jié)構(gòu)20的背面上的電引線26可以通過著落盤30(例如焊盤)連接到例如印刷電i^板或者其他平臺(圖2中未圖示)。帽結(jié)構(gòu)20可以例如通過焊料密封環(huán)32附著到晶片14,以將MEMS器件12氣密地密封到被包封區(qū)域中。傳感器晶片14上的M盤18留在被密封環(huán)32密封地包封的區(qū)域外面，以便它們可以連接到帽結(jié)構(gòu)20的正面上的著落盤24。密封環(huán)32不需要是圓形的，也可以是其他形狀?？梢証JI熱壓焊或者其他技術(shù)來將帽結(jié)構(gòu)20附著到晶片14上。圖4和圖5分別圖解了針對圖2的特定例子的帽結(jié)構(gòu)20的正面和背面。具體地，圖4圖示了帽結(jié)構(gòu)的包括腔22、密封環(huán)32、著落盤24和電引線26的正面的一個例子。圖5圖解了帽結(jié)構(gòu)20的包括用于附著到印刷電路板的著落盤30和電引線26的背面的一個例子。在其他實現(xiàn)方式中，著落盤和電引線的精確布局和數(shù)量可以有所變化。但是，帽結(jié)構(gòu)20的正面上的著落盤24應當被定位成使得當帽結(jié)構(gòu)附著到晶片上時，所述著落盤24與晶片14的外圍附近的M盤18對齊(見圖3)。從圖解的例子明顯可見，所得到的封裝的占位面積由晶片14的尺寸而不是由帽結(jié)構(gòu)20的尺寸決定。因此，添加帽結(jié)構(gòu)20來包封傳感器區(qū)域16上的MEMS器件12不需要象其他封帽結(jié)構(gòu)(ca卯ingstructure)那樣擴大整個封裝的占位面積。在下面的段落中討論制造包括帽結(jié)構(gòu)20的封裝的技術(shù)的例子。一開始，可以對硅晶圓進行妙工(micro-machined),使得從晶圓的一側(cè)(例如正面)蝕刻深腔，比如腔22(圖1)。M晶圓的相反一側(cè)(也就是背面)蝕刻縫狀通孔。通孔與腔的位置相鄰地形成。在后面的制造階段(也就是切割)中，沿著通孔的中間將各封*^目互分離。在圖5中，兩個通孔34的一部分可以從帽結(jié)構(gòu)20的任一側(cè)看到?？梢允褂脴藴实奈g刻技術(shù)來形成腔22和通孔34，形成如圖2所示的帽結(jié)構(gòu)的傾斜側(cè)邊緣。晶圓可以例如通過熱氧化工藝來電鈍化。在晶圓的正面和背面沉積金屬化薄膜(thin-filmmetallization)。金屬化薄膜可以包括例如鋁(Al)、鈦(Ti)、鎳(Ni)和金(Au)，其中，金作為最上層。金屬化薄膜形成用于附著到印刷電路板的著落盤30。在該例子中，在所述盤30和用于電引線26的通孔金屬化薄膜(through-holemetallization)之間的金屬化薄膜僅包括鋁和鈥。在這些區(qū)域中，上層即鎳和金被去除。在某些實現(xiàn)方式中，基本上均勻地在晶圓的表面上電化學沉積可電沉積的(electro-depositable)的光致抗蝕劑，并對其進行光刻圖案化。圖案化的光致抗蝕劑形成電引線26的模子。在一種特定的實現(xiàn)方式中，通孔金屬化薄膜包括例如六微米(pm)的金或銅(Cu)以及兩微米的錫(Sn)。該金屬化薄膜被電化學沉積到抗蝕劑模子中，形成通過所述通孔的多個互連。然后剝離所述抗蝕劑模子。兩個隨后的光刻(例如可電沉積的光致抗蝕劑)和蝕刻步驟形成用于附著到印刷電路板的著落盤和接合盤與饋通金屬化薄膜(feed-throughmetallization)之間的非可軟焊區(qū)(non國solderableregion)。例如通過回流焊工藝(reflowprocess),將包括帽結(jié)構(gòu)20的晶圓#^到包括CMOS傳感器集成電路晶片的晶圓上。用于附著到印刷電路板的焊料可以例如通過絲網(wǎng)印刷(screenprinting)來沉積。然后通過穿過通孔的中間來進行切割，分離被包封的晶片，以形成單個的封裝。圖6圖解了附著到印刷電路板36的圖l和2所示的封裝。兩個封裝都被圖示為具有相同尺寸的傳感器晶片。從圖6清楚可見，使用本發(fā)明的帽結(jié)構(gòu)20可以形成封裝的較小的總體占位面積。因為根據(jù)本發(fā)明的封裝可以通it^面安裝技術(shù)(SMT)附著到印刷電路板上，傳感器晶片14而非帽結(jié)構(gòu)或者電連接的尺寸決定封裝的占位面積。上面已描述了本發(fā)明的多個實施方式，但是，可以理解，可以做出各種改變而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。因此，別的實現(xiàn)方式也在所附權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。權(quán)利要求1.一種封裝，包括傳感器晶片，其包括耦合到集成電路的微部件，以及在所述傳感器晶片外圍附近的一個或者多個導電接合盤；附著到所述傳感器晶片的半導體帽結(jié)構(gòu)，其中，所述帽結(jié)構(gòu)的正面通過密封環(huán)附著到所述傳感器晶片，以密封地包封所述傳感器晶片的、所述微部件所在的區(qū)域，其中，所述傳感器晶片上的接合盤在所述密封環(huán)所包封的區(qū)域之外；以及通過所述接合盤耦合到所述微部件的電引線，其中，所述電引線沿著所述半導體帽結(jié)構(gòu)的外側(cè)邊緣從其正面向其背面延伸。2.如權(quán)利要求l所述的封裝，其中，所述微部件包括MEMS器件，所述集成電路包括CMOS電路。3.如權(quán)利要求1所述的封裝，其中，所述帽結(jié)構(gòu)的所述外側(cè)邊緣是傾斜的。4.如權(quán)利要求1所述的封裝，其中，所述電引線耦合到所述帽結(jié)構(gòu)的背面上的導電盤，其中，所述帽結(jié)構(gòu)的背面上的導電盤適于印刷電i^板上的表面安裝。5.—種集成電路傳感器的封裝，包括傳感器晶片，其包括微部件、集成電路以及在所述傳感器晶片的外圍附近的一個或者多個導電M盤；以及附著到所述傳感器晶片的半導體帽結(jié)構(gòu)，其中，所述半導體帽結(jié)構(gòu)具有面對所述傳感器晶片的正面以及背面，其中，所述帽結(jié)構(gòu)的所述正面通過密封環(huán)被附著到所述傳感器晶片，以密封地包封所述傳感器晶片的、所述微部件所在的區(qū)域，以及其中，所述帽結(jié)構(gòu)的所述正面上的導電盤被連接到所述傳感器晶片上的一個或者多個^盤，所述帽結(jié)構(gòu)具有側(cè)邊緣，側(cè)邊緣具有延伸到帽結(jié)構(gòu)的背面的電引線，其中，所述電引線被連接到所述帽結(jié)構(gòu)的所述正面上的導電盤。6.如權(quán)利要求5所述的封裝，其中，所述微部件包括MEMS器件，所述集成電路包括CMOS電路。7.如權(quán)利要求5所述的封裝，其中，所述傳感器晶片上的接合盤在由所述密封環(huán)所包封的區(qū)域之外。8.如權(quán)利要求5所述的封裝，其中，所述密封環(huán)包括焊料密封環(huán)，在所述帽結(jié)構(gòu)的正面上的導電盤包括著落盤。9.如權(quán)利要求5所述的封裝，其中，所述帽結(jié)構(gòu)的具有電引線的側(cè)邊緣是傾斜的。10.如權(quán)利要求5所述的封裝，其中，所述電引線耦合到所述帽結(jié)構(gòu)的背面上的導電盤。11.如權(quán)利要求10所述的封裝，其中，所述帽結(jié)構(gòu)的背面上的導電盤適合在印刷電路板上的表面安裝。12.如權(quán)利要求5所述的封裝，其中，所述半導體帽結(jié)構(gòu)包括硅。13.如權(quán)利要求5所述的封裝，其中，所述微部件位于晶片表面大約中央位置的區(qū)域中。14.如權(quán)利要求5所述的封裝，其中，所述帽結(jié)構(gòu)的正面包括與所述微部件相對的腔。15.如權(quán)利要求5所述的封裝，其中所述帽結(jié)構(gòu)的正面包括與所述^t部件相對的腔；所述傳感器晶片上的M盤在由所述密封環(huán)包封的區(qū)域之外，所述密封環(huán)包括焊料密封環(huán)，所述帽結(jié)構(gòu)正面上的導電盤包括著落盤，所述帽結(jié)構(gòu)的具有電引線的側(cè)邊緣是傾斜的，以及所述電引線耦合到所述帽結(jié)構(gòu)的背面上的導電盤。16.如權(quán)利要求15所述的封裝，其中，所述微部件包括MEMS器件。17.如權(quán)利要求16所述的封裝，其中，所述集成電路包括CMOS電路。18.—種方法，包括提供具有下述結(jié)構(gòu)的半導體晶圓，該結(jié)構(gòu)包括(i)在所述半導體晶圓第一側(cè)的腔，(ii)從所述半導體晶圓的第一側(cè)延伸到與第一側(cè)相反的第二側(cè)的電引線，其中，所述電引線穿過所述半導體晶圓中的通孔延伸，其中，所述通孔與所述腔位置分開，(iii)在所述半導體晶圓的第一側(cè)上的導電盤，其中，所述導電盤連接到所述電引線，以及(iv)在所述半導體晶圓的第一側(cè)上的密封環(huán)；將所述半導體晶圓附著到半導體晶片上，該半導體晶片包括微部件、集成電路和在所述半導體晶片的外圍附近的導電^盤，使得所述微部件被密封地包封在由所述密封環(huán)限定的區(qū)域中，所述半導體晶圓的第一側(cè)上的所述導電盤被電連接到所述傳感器晶片的外圍附近的#^盤；以及切割所述半導體晶圓，以獲得包括所述被密封的微部件的單個封裝。19.如權(quán)利要求18所述的方法，包括從第一側(cè)蝕刻所述半導體晶圓以形成所述腔；以及從第二側(cè)蝕刻所述半導體晶圓以形成所述通孔。20.如權(quán)利要求19所述的封裝，包括在所述通孔中提Wt通金屬化薄膜以形成所述電引線。21.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述微部件包括MEMS器件，所述集成電路包括CMOS電路。22.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，切割包括沿著所述通孔切割。23.如權(quán)利要求18所述的方法，包括表面安裝所述封裝。]全文摘要一種封裝，包括傳感器晶片，其具有耦合到集成電路的微部件比如MEMS器件，其中集成電路可以包括例如CMOS電路；以及在傳感器晶片外圍附近的一個或者多個導電接合盤。半導體帽結(jié)構(gòu)被附著到所述傳感器晶片。所述帽結(jié)構(gòu)的正面通過密封環(huán)附著到所述傳感器晶片，以密封地包封所述傳感器晶片的、微部件所在的區(qū)域。所述傳感器晶片上的接合盤位于所述由密封環(huán)所包封的區(qū)域之外。沿著所述半導體帽結(jié)構(gòu)的外側(cè)邊緣從其正面向其背面延伸的電引線通過所述接合盤耦合到所述微部件。文檔編號B81C1/00GK101243010SQ200680029469公開日2008年8月13日申請日期2006年8月10日優(yōu)先權(quán)日2005年8月11日發(fā)明者約亨·庫曼,馬蒂亞斯·赫謝爾申請人:許密特有限公司