專利名稱：一種半導(dǎo)體mems真空封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
一種半導(dǎo)體MEMS真空封裝結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種芯片封裝結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種半導(dǎo)體MEMS真空封裝結(jié)構(gòu)。背景結(jié)構(gòu)各種半導(dǎo)體MEMS (微機(jī)電系統(tǒng))器件產(chǎn)品作為高品質(zhì)傳感器或者探測器在工業(yè)傳感、圖象通信、消費(fèi)電子、汽車工業(yè)、軍事工業(yè)等領(lǐng)域得到越來越多的應(yīng)用，半導(dǎo)體MEMS產(chǎn)品制造結(jié)構(gòu)是這種應(yīng)用的基礎(chǔ)，而半導(dǎo)體MEMS芯片封裝結(jié)構(gòu)是半導(dǎo)體MEMS傳感產(chǎn)品制造中的最關(guān)鍵結(jié)構(gòu)之一。傳統(tǒng)的半導(dǎo)體MEMS芯片封裝結(jié)構(gòu)通常采用金屬或陶瓷殼體作為密封腔對芯片進(jìn)行封裝，還要集成一些輔助元件，這種封裝結(jié)構(gòu)體積通常很大，相對與半導(dǎo)體MEMS芯片的體積要大很多，甚至大很多倍，近年來，隨著封裝結(jié)構(gòu)的發(fā)展，逐漸發(fā)展起來了一種芯片級和晶圓級封裝，一般而言，半導(dǎo)體MEMS芯片級和晶圓級封裝結(jié)構(gòu)中，半導(dǎo)體 MEMS芯片是核心元件，制造工藝復(fù)雜，成本高昂，其成本通常比片狀密封蓋昂貴得多，該種半導(dǎo)體MEMS芯片封裝結(jié)構(gòu)需要較大的尺寸，需要在環(huán)形金屬化區(qū)域外制做金屬焊盤，這將擠占半導(dǎo)體MEMS芯片晶圓的空間，導(dǎo)致半導(dǎo)體MEMS芯片晶圓上的半導(dǎo)體MEMS芯片數(shù)量減少，降低了半導(dǎo)體MEMS芯片晶圓的產(chǎn)出率，增加了半導(dǎo)體MEMS芯片單位成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的結(jié)構(gòu)問題是提供一種減小半導(dǎo)體MEMS芯片尺寸和降低成本的半導(dǎo)體MEMS芯片級和晶圓級真空封裝結(jié)構(gòu)。本發(fā)明解決上述結(jié)構(gòu)問題的結(jié)構(gòu)方案如下一種半導(dǎo)體MEMS真空封裝結(jié)構(gòu)，其封裝結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體MEMS芯片、片狀密封蓋，半導(dǎo)體MEMS芯片與片狀密封蓋焊接在一起，所述半導(dǎo)體MEMS芯片上設(shè)有環(huán)形金屬化區(qū)域，在環(huán)形金屬化區(qū)域的內(nèi)側(cè)設(shè)有金屬焊盤，半導(dǎo)體MEMS芯片中間區(qū)域?yàn)镸EMS敏感區(qū)域；所述片狀密封蓋上設(shè)有密封蓋環(huán)形金屬化區(qū)域，所述密封蓋環(huán)形金屬化區(qū)域的外側(cè)設(shè)有外側(cè)金屬焊盤，所述密封蓋環(huán)形金屬化區(qū)域的內(nèi)側(cè)設(shè)有內(nèi)側(cè)金屬焊盤，所述外側(cè)金屬焊盤與內(nèi)側(cè)金屬焊盤的數(shù)量相同，且在片狀密封蓋內(nèi)部通過半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)一一對應(yīng)電連接，這種電連接與密封蓋環(huán)形金屬化區(qū)域絕緣，片狀密封蓋通常為硅材料，片狀密封蓋上的密封蓋環(huán)形金屬化區(qū)域的內(nèi)側(cè)設(shè)有薄膜吸氣劑，片狀密封蓋的中央?yún)^(qū)域?yàn)橥ü鈪^(qū)域。所述半導(dǎo)體MEMS芯片上的環(huán)形金屬化區(qū)域和金屬焊盤處于同一高度平面內(nèi)。所述密封蓋環(huán)形金屬化區(qū)域和內(nèi)側(cè)金屬焊盤處于同一個(gè)高度平面內(nèi)，且密封蓋環(huán)形金屬化區(qū)域和內(nèi)側(cè)金屬焊盤上均預(yù)制了薄層合金焊料或?qū)щ娒芊庹辰硬牧?。所述半?dǎo)體MEMS芯片上的環(huán)形金屬化區(qū)域與片狀密封蓋上的密封蓋環(huán)形金屬化區(qū)域尺寸相匹配，半導(dǎo)體MEMS芯片上的金屬焊盤與片狀密封蓋上的內(nèi)側(cè)金屬焊盤位置相適配。所述片狀密封蓋中央?yún)^(qū)域的通光區(qū)域鍍制了抗反射光學(xué)薄膜，且其尺寸與MEMS敏感區(qū)域相匹配。所述片狀密封蓋上的密封蓋環(huán)形金屬化區(qū)域和內(nèi)側(cè)金屬焊盤比薄膜吸氣劑所在區(qū)域高，薄膜吸氣劑所在區(qū)域比通光區(qū)域高。半導(dǎo)體MEMS芯片與片狀密封蓋可在真空下通過預(yù)制在密封蓋環(huán)形金屬化區(qū)域上的薄層合金焊料或?qū)щ娒芊庹辰硬牧蠈⒚芊馍w環(huán)形金屬化區(qū)域與環(huán)形金屬化區(qū)域密封焊接在一起，從而達(dá)到真空密封狀態(tài)，使半導(dǎo)體MEMS芯片內(nèi)部敏感區(qū)域在真空環(huán)境中工作，所述密封焊接的過程中，半導(dǎo)體MEMS芯片上的金屬焊盤也與片狀密封蓋上的內(nèi)側(cè)金屬焊盤也倒裝焊接一起，這樣，就實(shí)現(xiàn)了片狀密封蓋上的外側(cè)金屬焊盤與半導(dǎo)體MEMS芯片上的集成電路電連通，實(shí)現(xiàn)外部電路與半導(dǎo)體MEMS芯片的信號通信和控制，上述的密封焊接，將半導(dǎo)體MEMS芯片上的MEMS敏感區(qū)域密封在真空中，片狀密封蓋上密封蓋環(huán)形金屬化區(qū)域的內(nèi)測設(shè)有薄膜吸氣劑，薄膜吸氣劑吸附內(nèi)部釋放出來的氣體，以保持其真空度。這種半導(dǎo)體MEMS芯片級封裝也可以以晶圓方式進(jìn)行，片狀密封蓋也可以制作成晶圓，與半導(dǎo)體MEMS芯片晶圓一一對應(yīng)進(jìn)行密封焊接。本發(fā)明的有益效果是在重新設(shè)計(jì)芯片真空封裝結(jié)構(gòu)，減小半導(dǎo)體MEMS芯片尺 寸，增加半導(dǎo)體MEMS芯片晶圓上的芯片產(chǎn)出率，降低半導(dǎo)體MEMS器件的成本，封裝結(jié)構(gòu)簡單，封裝工藝兼容。


圖I為本發(fā)明一種半導(dǎo)體MEMS真空封裝結(jié)構(gòu)封裝結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明一種半導(dǎo)體MEMS真空封裝結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體MEMS芯片結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明一種半導(dǎo)體MEMS真空封裝結(jié)構(gòu)片狀密封蓋示意圖。附圖中，各標(biāo)號所代表的部件列表如下A、半導(dǎo)體MEMS芯片，Al、環(huán)形金屬化區(qū)域，A2、MEMS敏感區(qū)域，A3、金屬焊盤，B、片狀密封蓋，BI、密封蓋環(huán)形金屬化區(qū)域，B2、薄膜吸氣劑，B3、通光區(qū)域，B4、外側(cè)金屬焊盤，B5、內(nèi)側(cè)金屬焊盤。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。如圖I所示，一種半導(dǎo)體MEMS真空封裝結(jié)構(gòu)，其封裝結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體MEMS芯片A、片狀密封蓋B，當(dāng)半導(dǎo)體MEMS芯片A、片狀密封蓋B真空密封在一起時(shí)，狀密封蓋B上的外側(cè)金屬焊盤B4與半導(dǎo)體MEMS芯片A上的集成電路電連通，實(shí)現(xiàn)外部電路與半導(dǎo)體MEMS芯片的信號通信和控制。圖2為本發(fā)明一種半導(dǎo)體MEMS真空封裝結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體MEMS芯片結(jié)構(gòu)示意圖，半導(dǎo)體MEMS芯片A上設(shè)有環(huán)形金屬化區(qū)域Al，中間區(qū)域?yàn)镸EMS敏感區(qū)域A2，金屬焊盤A3設(shè)置在半導(dǎo)體MEMS芯片A上環(huán)形金屬化區(qū)域Al內(nèi)側(cè)，環(huán)形金屬化區(qū)域Al與金屬焊盤A3處于同一高度平面內(nèi)；圖3為本發(fā)明一種半導(dǎo)體MEMS芯片級和晶圓級真空封裝結(jié)構(gòu)片狀密封蓋示意圖，片狀密封蓋B上設(shè)有密封蓋環(huán)形金屬化區(qū)域BI，密封蓋環(huán)形金屬化區(qū)域BI外側(cè)設(shè)有外側(cè)金屬焊盤B4，內(nèi)側(cè)設(shè)有內(nèi)側(cè)金屬焊盤B5，外側(cè)金屬焊盤B4與內(nèi)側(cè)金屬焊盤B5數(shù)量一致，在片狀密封蓋B內(nèi)部一一對應(yīng)電連接，片狀密封蓋B通常為硅材料，所述外側(cè)金屬
焊盤B4與內(nèi)側(cè)金屬焊盤B5內(nèi)部--對應(yīng)電連接可以通過半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn),這種
電連接與環(huán)形金屬化區(qū)域BI絕緣，密封蓋環(huán)形金屬化區(qū)域BI和內(nèi)側(cè)金屬焊盤B5在一個(gè)高度平面內(nèi)，其上均預(yù)制了薄層合金焊料或?qū)щ娒芊庹辰硬牧?，半?dǎo)體MEMS芯片A上的環(huán)形金屬化區(qū)域Al與片狀密封蓋B上的密封蓋環(huán)形金屬化區(qū)域BI尺寸相匹配，半導(dǎo)體MEMS芯片A上的金屬焊盤A 3與片狀密封蓋B上的內(nèi)側(cè)金屬焊盤B5位置相適配，半導(dǎo)體MEMS芯片A與片狀密封蓋B可在真空下通過預(yù)制在密封蓋環(huán)形金屬化區(qū)域BI上的薄層合金焊料或?qū)щ娒芊庹辰硬牧蠈⒚芊馍w環(huán)形金屬化區(qū)域BI與環(huán)形金屬化區(qū)域Al密封焊接在一起，從而達(dá)到真空密封狀態(tài)，使半導(dǎo)體MEMS芯片內(nèi)部敏感區(qū)域在真空環(huán)境中工作，所述密封焊接的過程中，半導(dǎo)體MEMS芯片A上的金屬焊盤A3也與片狀密封蓋B上的內(nèi)側(cè)金屬焊盤B5倒裝焊接一起，這樣，就實(shí)現(xiàn)了片狀密封蓋B上的外側(cè)金屬焊盤B4與半導(dǎo)體MEMS芯片A上的集成電路電連通，實(shí) 現(xiàn)外部電路與半導(dǎo)體MEMS芯片的信號通信和控制，上述所述的密封焊接，將半導(dǎo)體MEMS芯片上的MEMS敏感區(qū)域A2密封在真空中，片狀密封蓋B上密封蓋環(huán)形金屬化區(qū)域BI的內(nèi)測設(shè)有薄膜吸氣劑B2，薄膜吸氣劑B2吸附內(nèi)部釋放出來的氣體，以保持其真空度，片狀密封蓋B中央?yún)^(qū)域通常為鍍制了抗反射光學(xué)薄膜的通光區(qū)域B3，其尺寸與MEMS敏感區(qū)域A2相匹配，非光敏半導(dǎo)體MEMS傳感器也可以不設(shè)該區(qū)域，片狀密封蓋B上的密封蓋環(huán)形金屬化區(qū)域BI和內(nèi)側(cè)金屬焊盤B5比薄膜吸氣劑B2所在區(qū)域高，薄膜吸氣劑B2所在區(qū)域比通光區(qū)域B3高，這種半導(dǎo)體MEMS芯片級封裝也可以以晶圓方式進(jìn)行，片狀密封蓋也可以制作成晶圓，與半導(dǎo)體MEMS芯片晶圓一一對應(yīng)進(jìn)行密封焊接。上述半導(dǎo)體MEMS真空密封封裝，將一般制作在半導(dǎo)體MEMS芯片上與外部實(shí)現(xiàn)電連接的金屬焊盤，轉(zhuǎn)移到制造工藝簡單、成本相對低廉的片狀密封蓋上，實(shí)現(xiàn)了縮小半導(dǎo)體MEMS芯片尺寸，節(jié)省半導(dǎo)體MEMS芯片晶圓空間，增加半導(dǎo)體MEMS芯片晶圓上的芯片產(chǎn)出率，降低半導(dǎo)體MEMS器件的成本，并且，封裝結(jié)構(gòu)簡單，封裝工藝兼容。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體MEMS真空封裝結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體MEMS芯片或半導(dǎo)體MEMS芯片晶圓、片狀密封蓋或片狀密封蓋晶圓，所述半導(dǎo)體MEMS芯片與片狀密封蓋焊接在一起，或半導(dǎo)體MEMS芯片晶圓與片狀密封蓋晶圓焊接在一起，其特征在于 所述半導(dǎo)體MEMS芯片或半導(dǎo)體MEMS芯片晶圓上設(shè)有環(huán)形金屬化區(qū)域，在環(huán)形金屬化區(qū)域的內(nèi)側(cè)設(shè)有金屬焊盤，半導(dǎo)體MEMS芯片或半導(dǎo)體MEMS芯片晶圓中間區(qū)域?yàn)镸EMS敏感區(qū)域； 所述片狀密封蓋或片狀密封蓋晶圓上設(shè)有密封蓋環(huán)形金屬化區(qū)域，所述密封蓋環(huán)形金屬化區(qū)域的外側(cè)設(shè)有外側(cè)金屬焊盤，所述密封蓋環(huán)形金屬化區(qū)域的內(nèi)側(cè)設(shè)有內(nèi)側(cè)金屬焊盤，所述密封蓋或密封蓋晶圓環(huán)形金屬化區(qū)域的外側(cè)金屬焊盤與內(nèi)側(cè)金屬焊盤的數(shù)量相同，且一一對應(yīng)電連接，片狀密封蓋上或片狀密封蓋晶圓的密封蓋環(huán)形金屬化區(qū)域的內(nèi)側(cè)設(shè)有薄膜吸氣劑，片狀密封蓋或片狀密封蓋晶圓的中央?yún)^(qū)域?yàn)橥ü鈪^(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種半導(dǎo)體MEMS真空封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述半導(dǎo)體MEMS芯片或半導(dǎo)體MEMS芯片晶圓上的環(huán)形金屬化區(qū)域和金屬焊盤處于同一高度平面內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種半導(dǎo)體MEMS真空封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述片狀密封蓋或片狀密封蓋晶圓上的內(nèi)側(cè)金屬焊盤和外側(cè)金屬焊盤與密封蓋或片狀密封蓋晶圓環(huán)形金屬化區(qū)域絕緣。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種半導(dǎo)體MEMS真空封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述密封蓋環(huán)形金屬化區(qū)域和內(nèi)側(cè)金屬焊盤處于同一個(gè)高度平面內(nèi)，且密封蓋環(huán)形金屬化區(qū)域和內(nèi)側(cè)金屬焊盤上均預(yù)制了薄層合金焊料或?qū)щ娒芊庹辰硬牧稀?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種半導(dǎo)體MEMS真空封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述半導(dǎo)體MEMS芯片或半導(dǎo)體MEMS芯片晶圓上的環(huán)形金屬化區(qū)域與片狀密封蓋或片狀密封蓋晶圓上的密封蓋環(huán)形金屬化區(qū)域尺寸相匹配，半導(dǎo)體MEMS芯片或半導(dǎo)體MEMS芯片晶圓上的金屬焊盤與片狀密封蓋上的內(nèi)側(cè)金屬焊盤位置相適配。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種半導(dǎo)體MEMS真空封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述片狀密封蓋或片狀密封蓋晶圓中央?yún)^(qū)域的通光區(qū)域鍍制了抗反射光學(xué)薄膜，且其尺寸與MEMS敏感區(qū)域相匹配。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種半導(dǎo)體MEMS真空封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述片狀密封蓋上或片狀密封蓋晶圓的密封蓋環(huán)形金屬化區(qū)域和內(nèi)側(cè)金屬焊盤比薄膜吸氣劑所在區(qū)域高，薄膜吸氣劑所在區(qū)域比通光區(qū)域高。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體MEMS真空封裝結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體MEMS芯片、片狀密封蓋，半導(dǎo)體MEMS芯片與片狀密封蓋焊接在一起，半導(dǎo)體MEMS芯片上設(shè)有環(huán)形金屬化區(qū)域，在環(huán)形金屬化區(qū)域的內(nèi)側(cè)設(shè)有金屬焊盤，半導(dǎo)體MEMS芯片中間區(qū)域?yàn)镸EMS敏感區(qū)域；片狀密封蓋上設(shè)有密封蓋環(huán)形金屬化區(qū)域，密封蓋環(huán)形金屬化區(qū)域的外側(cè)設(shè)有外側(cè)金屬焊盤，密封蓋環(huán)形金屬化區(qū)域的內(nèi)側(cè)設(shè)有內(nèi)側(cè)金屬焊盤，外側(cè)金屬焊盤與內(nèi)側(cè)金屬焊盤的數(shù)量相同，且一一對應(yīng)電連接，片狀密封蓋上的密封蓋環(huán)形金屬化區(qū)域的內(nèi)側(cè)設(shè)有薄膜吸氣劑，片狀密封蓋的中央?yún)^(qū)域?yàn)橥ü鈪^(qū)域；這種半導(dǎo)體MEMS芯片級封裝也可以以晶圓方式進(jìn)行，片狀密封蓋也可以制作成晶圓，與半導(dǎo)體MEMS芯片晶圓一一對應(yīng)進(jìn)行密封焊接。
文檔編號B81B7/00GK102951596SQ20121045156
公開日2013年3月6日 申請日期2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月12日
發(fā)明者熊筆鋒, 馬宏, 王宏臣, 江斌 申請人:煙臺睿創(chuàng)微納技術(shù)有限公司