一種腔體mems器件的晶圓級封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型是涉及半導體封裝領(lǐng)域，尤其涉及一種腔體MEMS器件的晶圓級封裝結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]晶圓級封裝(WLP)由于封裝加工效率高、封裝尺寸輕薄短小、電熱性能好等優(yōu)點在IC/MEMS器件中獲得了極快的增長，其封裝內(nèi)的互連線通常不用引線鍵合(WB)。內(nèi)互連有多種形式，常見的有:(1)直接在管芯正面的介質(zhì)層上制作再分布層(Redistribut1nLayer,即RDL)，將管芯上焊盤再分布為封裝上面的I/O陣列焊盤，例如普通1C和一些沒有可動部件的MEMS器件。(2)在管芯本體材料上制作溝槽或斜坡，再通過平面印制線將管芯正面焊盤連接到側(cè)面或背面，之后再制作l/0(input/output)引出端，例如Shellcase的CIS封裝技術(shù)。(3) TSV (Through Silicon Vias)技術(shù)，直接從管芯正面焊盤垂直穿過本體材料連接到背面。但是以上互連方式對于腔體MEMS器件并不適合，(1)方式由于腔體需要保護或有可動部件等原因無法直接應用，(2)方式存在封裝外形異常、可靠性不高、管芯正面/背面面積利用率低等缺陷，(3)方式當通孔厚度較大時，將面臨工藝成本高、技術(shù)難度大等問題。
[0003]很多MEMS器件均含有可動部件，需要封裝提供腔體(Cavity)對其進行保護或腔體本身為功能實現(xiàn)的一部分，而且要保持空腔內(nèi)的真空或氣體環(huán)境，這樣就需要一個蓋子(Cap)來形成鍵合(bonding)，在WLP封裝中鍵合有多種方式，常見的有直接鍵合(directwafer bonding)、陽極鍵合(anodic bonding)、黏合劑鍵合(adhesive bonding)、金屬鍵合、玻璃焊料鍵合等，其中黏合劑鍵合(如某些epoxy)特別適合很低工藝溫度要求的器件，但鍵合本身無法提供互連功能，金屬鍵合雖然可以提供互連但其工藝溫度相對epoxy較高，不適用于對工藝溫度敏感的器件，其它鍵合方式工藝溫度更高且對表面形貌或材料有特殊要求。
[0004]對于某些對溫度敏感的腔體器件，比如腔內(nèi)需要填充特定氣體的封裝，若采用較高溫度的鍵合工藝會引發(fā)氣體逃逸而導致腔內(nèi)壓力不足，同時面臨上述的互連設(shè)計的挑占戈。
[0005]因此，有必要提出一種新的方案。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型的目的之一在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種腔體MEMS器件的晶圓級封裝結(jié)構(gòu)，其針對溫度敏感的有腔體MEMS器件，實現(xiàn)低成本、高可靠性和氣體密封的要求。
[0007]本實用新型的目的之二在于提供一種腔體MEMS器件的晶圓級封裝方法。其針對溫度敏感的有腔體MEMS器件，實現(xiàn)低成本、高可靠性和氣體密封的要求。
[0008]為達成前述目的之一，本實用新型的腔體MEMS器件的晶圓級封裝結(jié)構(gòu)，其包括:
[0009]一蓋板圓片，其具有第一水平面和第二水平面，所述第一水平面上形成有第一凹槽，自所述第一凹槽的底部至所述第二水平面開設(shè)有TSV通孔，自所述第一水平面至所述第一凹槽的底部分布有第一再分布層，所述第一再分布層覆蓋所述TSV通孔，所述第一水平面上的第一再分布層上設(shè)置有凸起部，所述第二水平面上分布有第二再分布層，所述第二再分布層覆蓋所述TSV通孔，所述第二水平面上設(shè)置有I/O引出端；
[0010]一集成電路圓片，其具有第三水平面和第四水平面，所述第三水平面上形成有第二凹槽，所述第三水平面上設(shè)置有襯墊；
[0011]—連接部，其設(shè)置在所述蓋板圓片的第一水平面和集成電路圓片的第三水平面之間，具有第一連接部和第二連接部，所述蓋板圓片和集成電路圓片通過第一連接部相連形成物理連接，同時所述第一凹槽和第二凹槽形成一空腔，在所述蓋板圓片和集成電路圓片連接的同時，所述凸起部和襯墊也連接在一起形成第二連接部，實現(xiàn)蓋板圓片和集成電路圓片的導電連接。
[0012]作為本實用新型一個優(yōu)選的實施方式，其還包括傳感器或致動器，其位于所述空腔中。
[0013]作為本實用新型一個優(yōu)選的實施方式，所述第一連接部為高分子化合物層，僅對空腔進行密封，不參與電連接；所述第二連接部作為金屬或金屬合金焊接層，僅實現(xiàn)電連接，不參與密封。
[0014]作為本實用新型一個優(yōu)選的實施方式，所述蓋板圓片的材料為硅、玻璃、石英、陶瓷中的一種或多種。
[0015]作為本實用新型一個優(yōu)選的實施方式，所述空腔內(nèi)可以是氣體填充或真空。
[0016]作為本實用新型一個優(yōu)選的實施方式，所述TSV通孔的深度為50-100um。
[0017]作為本實用新型一個優(yōu)選的實施方式，所述第一連接部對空腔的密封可以是氣密或非氣密的。
[0018]進一步的，為達成前述目的之二，本實用新型的腔體MEMS器件的晶圓級封裝方法，其包括如下步驟:
[0019]S1:提供一蓋板圓片，其具有第一水平面和第二水平面，所述第一水平面上形成有第一凹槽；
[0020]S2:自所述第一凹槽的底部至所述第二水平面開設(shè)有TSV通孔；
[0021]S3:自所述第一水平面至所述第一凹槽的底部分布有第一再分布層，所述第一再分布層覆蓋所述TSV通孔；
[0022]S4:在所述第一水平面上的第一再分布層上設(shè)置凸起部；
[0023]S5:在所述第一水平面上涂覆第一連接部，所述第一連接部為高分子化合物層；
[0024]S6:提供一集成電路圓片，其具有第三水平面和第四水平面，所述第三水平面上形成有第二凹槽，所述第三水平面上設(shè)置有襯墊；
[0025]S7:通過第一連接部將步驟S5和S6連接，所述蓋板圓片的第一水平面和集成電路圓片的第三水平面連接形成密封，在所述蓋板圓片和集成電路圓片連接的同時，所述凸起部和襯墊鍵合形成第二連接部，所述第二連接部作為導電連接，連接后所述第一凹槽和第二凹槽形成一空腔；
[0026]S8:在所述蓋板圓片的第二水平面上設(shè)置第二再分布層和覆蓋絕緣層。
[0027]進一步的，所述步驟S2亦可以在S1之前或在S3之后。
[0028]進一步的，所述步驟S8之后還包括:在所述蓋板圓片的第二再分布層上設(shè)置I/O引出端。
[0029]進一步的，所述步驟S7之后還包括根據(jù)需要對蓋板圓片進行磨片減薄。
[0030]本實用新型的有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的具有如下優(yōu)點:
[0031](1)使得腔體MEMS器件的可靠性提升。
[0032](2)器件尺寸縮小，圓片利用率高。
[0033](3)成本較低。
[0034](5)器件形狀規(guī)則，提升客戶SMT性能。
[0035](6) TSV/RDL 工藝在 cap (蓋板)上，與 Asic (Applicat1n Specific IntergratedCircuits,集成電路)/MEMS (Microelectromechanical Systems，微機電系統(tǒng))圓片分離，可單獨控制工藝良率，無復雜融合設(shè)計要求。
【附圖說明】
[0036]圖1A-1H是本實用新型腔體MEMS器件的晶圓級封裝結(jié)構(gòu)及封裝方法的流程圖；
[0037]圖2是本實用新型腔體MEMS器件的晶圓級封裝結(jié)構(gòu)在一個實施例中的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖3是本實用新型腔體MEMS器件的晶圓級封裝結(jié)構(gòu)在另一個實施例中的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0039]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。
[0040]此處所稱的“一個實施例”或“實施例”是指可包含于本實用新型至少一個實現(xiàn)方式中的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。在本說明書中不同地方出現(xiàn)的“在一個實施例中”并非均指同一個實施例，也不是單獨的或選擇性的與其他實施例互相排斥的實施例。
[0041]請參閱圖1A-1H、圖2和圖3，圖1_1H為本實用新型腔體MEMS器件的晶圓級封裝方法的流程圖。圖2為本實用新型腔體MEMS器件的晶圓級封裝結(jié)構(gòu)在一個實施例中的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實用新型腔體MEMS器件的晶圓級封裝結(jié)構(gòu)在另一個實施例中的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1-3所示，所述腔體MEMS器件的晶圓級封裝結(jié)構(gòu)包括一蓋板圓片100、集成電路圓片200及將所述蓋板圓片100和集成電路圓片200相物理連接的第一連接部108。所述蓋板圓片100和集成電路圓片200形成一空腔111，所述空腔111內(nèi)容納有傳感器或致動器 300。
[0042]所述蓋板圓片100，其具有第一水平面101和第二水平面102，所述第一水平101上形成有第一凹槽103，自所述第一凹槽103的底部至所述第二水平面102開設(shè)有TSV通孔104，自所述第一水平面101至所述第一凹槽103的底部分布有第一再分布層105，所述第一再分布層105覆蓋所述TSV通孔104，所述第一水平面101上的第一再分布層105上設(shè)置有凸起部107 (bump)，所述第二水平上102分布有第二再分布層106，所述第二再分布層106覆蓋所述TSV通孔104。本實用新型中，所述TSV通孔104的深度可縮減至50_100um，這不僅工藝成本和技術(shù)難度顯著減低，而且還提高了結(jié)構(gòu)