Mems氣密性封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種MEMS氣密性封裝結(jié)構(gòu)，包括一個功能面邊緣帶有焊墊的MEMS芯片，一個用于密封的蓋子，MEMS芯片的功能面和蓋子正面邊緣通過一定寬度和厚度聚合物層粘合在一起，MEMS芯片的焊墊表面被聚合物層覆蓋，焊墊朝向MEMS芯片外的側(cè)面與通向MEMS芯片背部的導(dǎo)電線路連接，聚合物層朝向芯片外的側(cè)面由金屬塊及導(dǎo)電線路覆蓋。該封裝結(jié)構(gòu)通過在形成導(dǎo)電線路時，增加產(chǎn)品的金屬包封面積，實現(xiàn)了良好密封性，工藝過程中沒有增加工藝步驟和成本，具有低成本和高可靠性等優(yōu)點。
【專利說明】
MEMS氣密性封裝結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及半導(dǎo)體MEMS芯片晶圓級封裝領(lǐng)域，尤其涉及一種金屬包裹鍵合界面實現(xiàn)MEMS氣密性的封裝結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著物聯(lián)網(wǎng)和智能移動終端的興起，傳感器的小型化和系統(tǒng)集成需求，使得封裝變得越來越重要，由于MEMS封裝復(fù)雜，有些MEMS產(chǎn)品中封裝成本高達60%。低成本和高性能的封裝是實現(xiàn)MEMS器件產(chǎn)業(yè)化的重要保證。
[0003]MEMS封裝可以是基于基板的，比如LGA封裝，基于框架的，比如QFN封裝。目前越來越的MEMS封裝采用晶圓級芯片尺寸(WLCSP)封裝。其中，圖像傳感器、加速度計、陀螺等產(chǎn)品采用3D WLCSP，該封裝方式使用硅通孔技術(shù)，取得了很大成功。
[0004]眾多的MEMS產(chǎn)品需要氣密性封裝。通常氣密性封裝需要使用金屬鍵合，陽極鍵合才能實現(xiàn)。但是工藝比較復(fù)雜，成本比較高；有些產(chǎn)品，采取封裝完成后進行金屬密封或包裹，增加封裝的成本;使用聚合物膠或者干膜把玻璃圓片和圓片鍵合，成本較低，但這些鍵合材料，使得器件的氣密性很難保證。
[0005]很多MEMS器件，例如加速度計，主要用途是汽車電子等領(lǐng)域，所以對于該產(chǎn)品可靠性要求高。采用聚合物膠、干膜等有機材料進行晶圓密封，降低了成本的同時存在可靠性結(jié)果不滿足要求的風險。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]為了實現(xiàn)使用聚合物鍵合獲得較好的氣密封，本實用新型提出了一種金屬包裹鍵合界面實現(xiàn)MEMS氣密性的封裝結(jié)構(gòu)，獲得了良好的密封效果，且工藝過程中沒有增加工藝步驟和成本，實現(xiàn)了很好的密封性，具有低成本和高可靠性等優(yōu)點。
[0007]本實用新型的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
[0008]—種MEMS氣密性封裝結(jié)構(gòu)，包括一功能面邊緣帶有焊墊的MEMS芯片和一用于密封該MEMS芯片的蓋子，所述MEMS芯片的功能面邊緣與所述蓋子的正面邊緣通過一定寬度和厚度的聚合物層鍵合在一起，所述MEMS芯片的外邊焊墊側(cè)面與通向MEMS芯片背部或蓋子背部的導(dǎo)電線路連接，所述聚合物層暴露的側(cè)面至少80%的面積由一金屬塊及所述導(dǎo)電線路密封包裹，且金屬塊的寬度至少包裹住該聚合物層暴露的側(cè)面。
[0009]進一步的，所述蓋子為中部帶有空腔的硅板或玻璃板。
[0010]進一步的，所述聚合物層為膠或干膜。
[0011]進一步的，所述導(dǎo)電線路為銅、鎳、金、鋁、鎳磷、鈀和鈦中的一種的單層金屬結(jié)構(gòu)或幾種的多層金屬結(jié)構(gòu)。
[0012]進一步的，所述金屬塊為銅、鎳、金、鋁、鎳磷、鈀、鈦、鉻和鐵中的一種的單層金屬結(jié)構(gòu)或幾種的多層金屬結(jié)構(gòu)。
[0013]進一步的，所述導(dǎo)電線路、所述金屬塊及裸露的聚合物層外覆蓋有一層防焊層。
[0014]進一步的，所述MEMS芯片背部的導(dǎo)電線路上制備有焊球。
[0015]進一步的，所述導(dǎo)電線路與所述金屬塊相連或不相連，并使各導(dǎo)電線路之間電性相互隔離。
[0016]本實用新型的有益效果是:本實用新型提供一種MEMS氣密性封裝結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品封裝過程形成導(dǎo)電線路時，通過光刻導(dǎo)電線路的光罩設(shè)計增加產(chǎn)品的金屬包封長度，實現(xiàn)了80%的聚合物鍵合區(qū)域被金屬包裹，達到了傳統(tǒng)金屬、陶瓷密封的效果。該封裝結(jié)構(gòu)的工藝過程中沒有增加工藝步驟和成本，實現(xiàn)了很好密封性，具有低成本和高可靠性等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型圓片與蓋片鍵合，并在圓片背部切割道位置形成溝槽的剖面示意圖；
[0018]圖2為本實用新型在圓片背部及溝槽內(nèi)鋪鈍化層的剖面示意圖；
[0019]圖3為本實用新型暴露焊墊側(cè)面及聚合物層側(cè)面的剖面示意圖；
[0020]圖4為本實用新型制備導(dǎo)電線路及金屬塊后的導(dǎo)電線路位置剖面示意圖；
[0021 ]圖5為本實用新型制備導(dǎo)電線路及金屬塊后的俯視示意圖；
[0022]圖6為本實用新型制備導(dǎo)電線路及金屬塊后的金屬塊位置的剖面示意圖；
[0023]圖7為本實用新型單顆封裝芯片在導(dǎo)電線路位置的剖面示意圖；
[0024]圖8為本實用新型單顆封裝芯片在金屬塊位置的剖面示意圖。
[0025]結(jié)合附圖，做以下說明
[0026]100-MEMS芯片，101-焊墊，102-氧化層，103-溝槽，200-蓋子，201-空腔，300-聚合物層，400-鈍化層，500-導(dǎo)電線路，600-金屬塊，700-防焊層，800-焊球，SL-切割道
【具體實施方式】
[0027]為使本實用新型能夠更加易懂，下面結(jié)合附圖對本實用新型的【具體實施方式】做詳細的說明。為方便說明，實施例附圖的結(jié)構(gòu)中各組成部分未按正常比例縮放，故不代表實施例中各結(jié)構(gòu)的實際相對大小。其中所說的結(jié)構(gòu)或面的上面或上側(cè)，包含中間還有其他層的情況。
[0028]如圖7和圖8所示，一種MEMS氣密性封裝結(jié)構(gòu)，包括一功能面邊緣帶有焊墊101的MEMS芯片100和一用于密封該MEMS芯片的蓋子200，所述MEMS芯片的功能面邊緣與所述蓋子的正面邊緣通過一定寬度和厚度的聚合物層300鍵合在一起，所述MEMS芯片的焊墊背面被該聚合物層覆蓋，所述MEMS芯片四周形成有暴露所述聚合物層側(cè)面的溝槽103，且所述溝槽暴露所述焊墊的側(cè)面，所述焊墊暴露的側(cè)面與通向MEMS芯片背部或蓋子背部的導(dǎo)電線路500連接，所述聚合物層暴露的側(cè)面至少50%的面積由一金屬塊600及所述導(dǎo)電線路密封包裹，且金屬塊的寬度至少包裹住該聚合物層暴露的側(cè)面。該封裝結(jié)構(gòu)通過導(dǎo)電線路及金屬塊密封包裹聚合物層暴露的80%側(cè)面，可達到傳統(tǒng)金屬、陶瓷密封的效果。且工藝過程中沒有增加工藝步驟和成本，僅通過現(xiàn)有封裝方案中，修改光刻線路的光罩設(shè)計，即可達到，因此，本實用新型實現(xiàn)了很好的密封性，具有低成本和高可靠性等優(yōu)點。
[0029]優(yōu)選的，所述蓋子為中部帶有空腔201的硅板或玻璃板，為MEMS芯片功能面的功能元件提供密封的工作環(huán)境。
[0030]優(yōu)選的，所述聚合物層為膠或干膜，以實現(xiàn)將MEMS芯片的功能面和蓋子的正面粘合在一起。
[0031]優(yōu)選的，所述導(dǎo)電線路為銅、鎳、金、鋁、鎳磷、鈀和鈦中的一種的單層金屬結(jié)構(gòu)或幾種的多層金屬結(jié)構(gòu)。
[0032]優(yōu)選的，所述金屬塊為銅、鎳、金、鋁、鎳磷、鈀、鈦、鉻和鐵中的一種的單層金屬結(jié)構(gòu)或幾種的多層金屬結(jié)構(gòu)。
[0033]優(yōu)選的，所述導(dǎo)電線路、所述金屬塊及裸露的聚合物層外覆蓋有一層防焊層700。優(yōu)選的，該防焊層為聚合物膠，以保護金屬塊和導(dǎo)電線路不受水汽等侵蝕。
[0034]優(yōu)選的，所述MEMS芯片背部的導(dǎo)電線路上制備有焊球800，實現(xiàn)芯片信號的導(dǎo)出傳輸。
[0035]優(yōu)選的，所述導(dǎo)電線路與所述金屬塊相連或不相連，并使各導(dǎo)電線路之間電性相互隔離。即導(dǎo)電線路可與金屬塊分離，如圖5所示，也可與金屬塊連接，但連接金屬塊的各導(dǎo)電線路之間絕緣隔離。
[0036]參見圖1至圖8，本實用新型一種MEMS氣密性封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法，包括如下步驟:
[0037]步驟1、參見圖1，提供一具有若干MEMS芯片100的圓片和一具有若干蓋子200的蓋片，相鄰MEMS芯片之間具有切割道SL，每個MEMS芯片的功能面邊緣帶有焊墊101，將MEMS芯片的功能面邊緣與蓋子的正面邊緣通過一定寬度和厚度的聚合物層300鍵合在一起，并使MEMS芯片的焊墊背面被該聚合物層覆蓋;蓋片可以為硅晶片或玻璃。
[0038]步驟2、參見圖1，在圓片上切割道位置刻蝕，形成暴露MEMS芯片的焊墊部分正面的溝槽103;
[0039]步驟3、參見圖2，在溝槽內(nèi)及MEMS芯片的背部上鋪設(shè)鈍化層400;鈍化層可以是但不限于是氮化硅(SixNy)、氧化硅、聚酰亞胺、苯并環(huán)丁烯樹脂(BCB)等材料。鈍化層的制作可以采用等離子體增強化學汽相沉積(PECVD)、濺射、旋涂、噴涂等低溫方法。
[0040]步驟4、參見圖3，通過機械切割的方式將焊墊側(cè)面及聚合物層側(cè)面暴露出來；
[0041 ] 步驟5、參見圖4、圖5和圖6，在所述鈍化層上形成將所述焊墊的電性引至所述MEMS芯片的背部上的導(dǎo)電線路500，同時形成密封包裹暴露的聚合物層側(cè)面的至少50%面積的金屬塊600;具體實施時，可以在鈍化層上整面性沉積一層金屬，再制作光刻膠層，并經(jīng)曝光、顯影圖案化焊盤、線路、金屬塊的形狀，并使用濕法刻蝕金屬去除焊盤、線路、金屬塊之外的金屬。鈍化層上方金屬層主要是為后續(xù)電鍍、化鍍工藝提供種子層，可以是但不限于是鋁(Al)或者鈦/銅(Ti/Cu)等金屬組合。
[0042]其中，金屬塊密封暴露的聚合物層，如圖5和圖6所示。圖5為制備導(dǎo)電線路及金屬塊后的俯視不意圖，MEMS芯片邊緣鍵合的聚合物暴露的側(cè)面區(qū)域被金屬塊包裹。圖6為制備導(dǎo)電線路及金屬塊后的金屬塊位置的剖面示意圖，金屬塊將聚合物層側(cè)面、MEMS芯片的氧化層等用金屬包裹了起來，起到較好的密封作用，很好的解決了氣密性的問題。
[0043]步驟6、在所述導(dǎo)電線路、所述金屬塊及裸露的聚合物層外覆蓋有一層防焊層700，在防焊層上對應(yīng)導(dǎo)電線路預(yù)設(shè)焊盤位置開口，并在開口處制作焊球800;
[0044]步驟7、參見圖7和圖8，沿切割道切割圓片，形成單顆封裝芯片。圖7為單顆封裝芯片在導(dǎo)電線路位置的剖面示意圖，導(dǎo)電線路包裹鍵合聚合物層的側(cè)面。圖8為單顆封裝芯片在金屬塊位置的剖面示意圖，金屬塊包裹鍵合聚合物層的側(cè)面。
[0045]優(yōu)選的，所述防焊層為聚合物膠，以防止水汽等外界環(huán)境對MEMS芯片的侵蝕。
[0046]以上實施例是參照附圖，對本實用新型的優(yōu)選實施例進行詳細說明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員通過對上述實施例進行各種形式上的修改或變更，或者將其運用于不同MEMS芯片的封裝結(jié)構(gòu)，但不背離本實用新型的實質(zhì)的情況下，都落在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種MEMS氣密性封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括一功能面邊緣帶有焊墊(101)的MEMS芯片(100)和一用于密封該MEMS芯片的蓋子(200)，所述MEMS芯片的功能面邊緣與所述蓋子的正面邊緣通過一定寬度和厚度的聚合物層(300)鍵合在一起，所述MEMS芯片的外邊焊墊側(cè)面與通向MEMS芯片背部或蓋子背部的導(dǎo)電線路(500)連接，所述聚合物層暴露的側(cè)面至少80%的面積由一金屬塊(600)及所述導(dǎo)電線路密封包裹，且金屬塊的寬度至少包裹住該聚合物層暴露的側(cè)面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS氣密性封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述蓋子為中部帶有空腔(201)的硅板或玻璃板。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS氣密性封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述聚合物層為膠或干膜。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS氣密性封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述導(dǎo)電線路為銅、鎳、金、鋁、鎳磷、鈀和鈦中的一種的單層金屬結(jié)構(gòu)或幾種的多層金屬結(jié)構(gòu)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS氣密性封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述金屬塊為銅、鎳、金、鋁、鎳磷、鈀、鈦、鉻和鐵中的一種的單層金屬結(jié)構(gòu)或幾種的多層金屬結(jié)構(gòu)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS氣密性封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述導(dǎo)電線路、所述金屬塊及裸露的聚合物層外覆蓋有一層防焊層(700)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS氣密性封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述MEMS芯片背部的導(dǎo)電線路上制備有焊球(800)。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS氣密性封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述導(dǎo)電線路與所述金屬塊相連或不相連，并使各導(dǎo)電線路之間電性相互隔離。
【文檔編號】B81C3/00GK205472635SQ201620167648
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月4日
【發(fā)明人】于大全, 李楊, 袁禮明, 翟玲玲
【申請人】華天科技（昆山）電子有限公司