Mems芯片封裝結(jié)構(gòu)及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種芯片封裝結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種MEMS芯片封裝結(jié)構(gòu)及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS:MicroElectro Mechanical Systems)是自上個(gè)世紀(jì) 80年代以來發(fā)展起來的一種新型多學(xué)科交叉的前沿技術(shù)，它融合了微電子學(xué)與微機(jī)械學(xué)，將集成電路制造工藝中的硅微細(xì)加工技術(shù)和機(jī)械工業(yè)中的微機(jī)械加工技術(shù)結(jié)合起來，制造出各種性能優(yōu)異、價(jià)格低廉、微型化的傳感器、執(zhí)行器、驅(qū)動器和微系統(tǒng)。
[0003]對于MEMS封裝而言，既要實(shí)現(xiàn)將芯片及內(nèi)部線路連接部分保護(hù)起來，又要保證焊墊外露。傳統(tǒng)方法一般是芯片裝片和焊線后利用金屬蓋或塑料蓋將其包封起來，對某些半導(dǎo)體MEMS芯片而言，需要高真空應(yīng)用環(huán)境，因此，對于這種半導(dǎo)體MEMS封裝技術(shù)需要在芯片功能區(qū)周圍設(shè)密封環(huán)以保證芯片功能區(qū)的氣密性，現(xiàn)有技術(shù)中，通常將密封環(huán)與邊緣的導(dǎo)電凸點(diǎn)隔開一定的距離，具體寬度根據(jù)MEMS芯片大小而制定。但是，這種結(jié)構(gòu)的鍵合有待進(jìn)一步改進(jìn)，以滿足對密封環(huán)的密封性，抗氣壓能力，黏結(jié)性和可靠性提出的更高要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種MEMS芯片封裝結(jié)構(gòu)及其制作方法，通過在密封環(huán)周圍與蓋板之間增設(shè)緩沖層，增加了密封環(huán)與蓋板的結(jié)合力，保證了密封能力，并提高了抗氣壓能力，增加了可靠性。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種MEMS芯片封裝結(jié)構(gòu)，包括:蓋板和MEMS芯片，所述MEMS芯片的功能面具有功能區(qū)和位于功能區(qū)周邊的若干焊墊，所述焊墊與所述功能區(qū)電性相連；所述蓋板具有第一表面和與其相對的第二表面，所述蓋板的第一表面上鋪設(shè)有第一絕緣層，所述第一絕緣層上鋪設(shè)有第一金屬線路層，所述第一絕緣層上除所述第一金屬線路層外的區(qū)域上及所述第一金屬線路層上鋪設(shè)有緩沖層，所述第一金屬線路層上預(yù)設(shè)有密封環(huán)連接部和與若干所述焊墊相對應(yīng)的導(dǎo)電凸點(diǎn)連接部，所述緩沖層上開設(shè)有暴露所述密封環(huán)連接部的第一開口和暴露所述導(dǎo)電凸點(diǎn)連接部的第二開口，所述第一開口內(nèi)制作有密封環(huán)，所述第二開口內(nèi)制作有導(dǎo)電凸點(diǎn)；所述導(dǎo)電凸點(diǎn)與所述MEMS芯片的功能面的所述焊墊鍵合在一起，使所述密封環(huán)密封環(huán)繞在所述MEMS芯片的功能區(qū)外；所述蓋板的第二表面上形成有電導(dǎo)通結(jié)構(gòu)，將所述蓋板第一表面的所述第一金屬線路層的電性引至所述蓋板第二表面上。
[0007]進(jìn)一步的，所述蓋板第一表面的緩沖層上對應(yīng)所述MEMS芯片的功能區(qū)的位置形成一空腔，且所述空腔位于所述密封環(huán)內(nèi)，并罩住所述MEMS芯片的功能區(qū)。
[0008]進(jìn)一步的，所述蓋板的材質(zhì)與所述MEMS芯片的基底材質(zhì)相同。
[0009]進(jìn)一步的，所述密封環(huán)的厚度為2 μπι?50 μm，其材質(zhì)包括銅、錫、鎳、銀、金、鈦的一種或多種。
[0010]進(jìn)一步的，所述密封環(huán)與所述導(dǎo)電凸點(diǎn)的材料相同，均為金屬材料，且所述密封環(huán)的高度與所述導(dǎo)電凸點(diǎn)的高度相同。
[0011]進(jìn)一步的，所述電導(dǎo)通結(jié)構(gòu)包括:
[0012]引線開口，形成于所述蓋板第二表面上并延伸至所述第一金屬線路層上；
[0013]第二絕緣層，覆蓋在所述蓋板的第二表面上及所述引線開口的側(cè)壁上；
[0014]第二金屬線路層，形成于所述第二絕緣層上，電性連接所述第一金屬線路層，并引至所述蓋板的第二表面上；
[0015]保護(hù)層，覆蓋于所述蓋板第二表面及所述第二金屬線路層上；所述保護(hù)層上形成有電連接所述第二金屬線路層的預(yù)留焊盤的焊球。
[0016]一種MEMS芯片封裝結(jié)構(gòu)的制作方法，包括以下步驟:
[0017]A.提供一具有若干MEMS芯片的晶圓，所述MEMS芯片的功能面具有功能區(qū)和位于功能區(qū)周邊的若干焊墊，所述焊墊與所述功能區(qū)電性相連，相鄰MEMS芯片之間具有切割道;
[0018]B.提供一蓋板，所述蓋板具有對應(yīng)每個(gè)MEMS芯片的若干單元，每個(gè)單元具有第一表面和與其相對的第二表面，每個(gè)單元的第二表面上制作有引線開口，并于第二表面及引線開口內(nèi)依次鋪設(shè)第二絕緣層、第二金屬線路層和保護(hù)層，并于所述第二金屬線路層上留出焊盤；
[0019]C.對所述蓋板的第一表面進(jìn)行研磨或者光刻直至所述第二表面暴露出所述引線開口內(nèi)的第二金屬線路層；
[0020]D.在所述蓋板的第一表面依次鋪設(shè)第一絕緣層、第一金屬線路層和緩沖層，且所述第一絕緣層上形成有絕緣開口，所述第一金屬線路層通過所述絕緣開口電性連接所述第二金屬線路層；所述第一金屬線路層上預(yù)設(shè)有密封環(huán)連接部和與若干所述焊墊相對應(yīng)的導(dǎo)電凸點(diǎn)連接部，于所述緩沖層上開設(shè)暴露所述密封環(huán)連接部的第一開口和暴露所述導(dǎo)電凸點(diǎn)連接部的第二開口，并于所述第一開口內(nèi)制作密封環(huán)，于所述第二開口內(nèi)制作導(dǎo)電凸占.V，
[0021]E.使所述蓋板第一表面的導(dǎo)電凸點(diǎn)與所述MEMS芯片功能面的焊墊位置相互對應(yīng)并鍵合在一起；
[0022]F.在鍵合之后的所述蓋板第二表面預(yù)留焊盤位置形成焊球。
[0023]G.切割蓋板及晶圓，形成單顆MEMS芯片封裝結(jié)構(gòu)。
[0024]進(jìn)一步的，在步驟D中，于所述緩沖層上對應(yīng)所述MEMS芯片的功能區(qū)的位置形成一空腔，所述空腔位于所述密封環(huán)內(nèi)，并能罩住所述MEMS芯片的功能區(qū)；
[0025]進(jìn)一步的，所述蓋板第一表面的緩沖層厚度為2um?30um。
[0026]進(jìn)一步的，所述密封環(huán)的厚度為2um?50um，寬度為不小于30um。
[0027]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提供一種MEMS芯片封裝結(jié)構(gòu)及其制作方法，首先，第一絕緣層上除第一金屬線路層外的區(qū)域上及所述第一金屬線路層上鋪設(shè)有緩沖層，增加了密封環(huán)與蓋板的結(jié)合力，保證了密封能力，并提高了抗氣壓能力，增加了可靠性，同時(shí)由于緩沖層(比如聚亞酰胺)的剛性較弱，有利于釋放應(yīng)力；其次，該封裝工藝的互連線是從蓋板上而不是從MEMS芯片基底上引出這就大大降低了應(yīng)力對器件性能的影響；另外，采用與MEMS基底材質(zhì)相同的蓋板降低了傳統(tǒng)的與玻璃鍵合時(shí)熱膨脹系數(shù)過大的問題；最后，蓋板上設(shè)有空腔，MEMS芯片的功能面與蓋板的第一表面的鍵合連接通過密封環(huán)和若干導(dǎo)電凸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，密封環(huán)密封環(huán)繞MEMS芯片的功能區(qū)，為功能區(qū)的功能組件提供密封的工作空間，這對芯片功能區(qū)有很好的保護(hù)作用。
【附圖說明】
[0028]圖1為含有功能區(qū)和焊墊的MEMS芯片示意圖；
[0029]圖2為第二表面含有預(yù)留焊盤位置的蓋板示意圖；
[0030]圖3為在蓋板第一表面鋪設(shè)第一絕緣層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖4為在蓋板第一表面鋪設(shè)第一金屬線路層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖5為在蓋板第一表面鋪設(shè)緩沖層并形成第一開口和第二開口的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖6為在蓋板第一表面形成密封環(huán)和導(dǎo)電凸點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖7為蓋板與MEMS芯片鍵合的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖8為MEMS芯片封裝完成之后的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036]結(jié)合附圖，作以下說明:
[0037]1-蓋板2-MEMS 芯片
[0038]201-功能面202-功能區(qū)
[0039]203-焊墊3-第一絕緣層
[0040]4-第一金屬線路層401-密封環(huán)連接部
[0041]402-導(dǎo)電凸點(diǎn)連接部 5-緩沖層
[0042]501-第一開口502-第二開口
[0043]6-密封環(huán)7-導(dǎo)電凸點(diǎn)
[0044]8-空腔9-引線開口
[0045]10-第二絕緣層11-第二金屬線路層
[0046]12-保護(hù)層13-焊球
【具體實(shí)施方式】
[0047]為使本發(fā)明的技術(shù)方案能夠更加易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說明。為方便說明，實(shí)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(shí)施例中各結(jié)構(gòu)的實(shí)際相對大小。
[0048]如圖8所示，一種MEMS芯片封裝結(jié)構(gòu)，包括:蓋板I和MEMS芯片2，所述MEMS芯片的功能面201具有功能區(qū)202和位于功能區(qū)周邊的若干焊墊203，所述焊墊與所述功能區(qū)電性相連；所述蓋板具有第一表面和與其相對的第二表面，所述蓋板的第一表面上鋪設(shè)有第一絕緣層3，所述第一絕緣層上鋪設(shè)有第一金屬線路層4，所述第一絕緣層上除所述第一金屬線路層外的區(qū)域上及所述第一金屬線路層上鋪設(shè)有緩沖層5，所述第一金屬線路層上預(yù)設(shè)有密封環(huán)連接部401和與若干所述焊墊相對應(yīng)的導(dǎo)電凸點(diǎn)連接部402，所述緩沖層上開設(shè)有暴露所述密封環(huán)連接部的第一開口 501和暴露所述導(dǎo)電凸點(diǎn)連接部的第二開口 502，所述第一開口內(nèi)制作有密封環(huán)6，所述第二開口內(nèi)制作有導(dǎo)電凸點(diǎn)7 ;所述導(dǎo)電凸點(diǎn)與所述MEMS芯片的功能面的所述焊墊鍵合在一起，使所述密封環(huán)密封環(huán)繞在所述MEMS芯片的功能區(qū)外；所述蓋板的第二表面上形成有電導(dǎo)通結(jié)構(gòu)，將所述蓋板第一表面的所述第一金屬線路層的電性引至所述蓋板第二表面上。這樣，第一絕緣層上除第一金屬線路層外的區(qū)域上及所述第一金屬線路層上鋪設(shè)有緩沖層，增加了密封環(huán)與蓋板的結(jié)合力，保證了密封能力，并提高了抗氣壓能力，增加了可靠性，同時(shí)由于緩沖層的剛性較弱，有利于釋放應(yīng)力；其次，該封裝工藝的互連線是從蓋板上而不是從MEMS芯片基底上引出這就大大降低了應(yīng)力對器件性能的影響。
[0049]優(yōu)選的，所述蓋板第一表面的緩沖層上對應(yīng)所述MEMS芯片的功能區(qū)的位置形成一空腔8，且所述空腔位于所述密封環(huán)內(nèi)，并罩住所述MEMS芯片的功能區(qū)。這樣，為功能區(qū)的功能組件提供了密封的工作空間，這對芯片功能區(qū)有很好的保護(hù)作用。
[0050]優(yōu)選的，所述蓋板的材質(zhì)與所述MEMS芯片的基底材質(zhì)相同；降低了傳統(tǒng)的與玻璃鍵合時(shí)熱膨脹系數(shù)過大的問題。
[0051]優(yōu)選的，所述密封環(huán)的厚度為2 μπι?50 μm，其材質(zhì)包括銅、錫、鎳、銀、金、鈦的一種或多種。
[0052]優(yōu)選的，所述密封環(huán)與所述導(dǎo)電凸點(diǎn)的材料相同，均為金屬材料，且所述密封環(huán)的高度與所述導(dǎo)電凸點(diǎn)的高度相同。
[0053]優(yōu)