CN102515082A - 一种单载体mems器件封装件及其生产方法 - Google Patents

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郭丽花
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Tianshui Huatian Technology Co Ltd
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Abstract

一种单载体MEMS器件封装件及其制备方法，包括引线框架及包覆引线框架载体的包封体，所述的引线框架为单载体引线框架，包括面向包封体的内壁及与内壁相对的外壁，引线框架载体上端固定连接有第一MEMS器件，所述第一MEMS器件通过第一健合线与引线框架载体的内引脚相连接。经过减薄、划片、粘片、粘片后固化烘烤、健合、包封、后固化、电镀及烘烤、打印、切中筋、成型分离、装管检验、包装等工艺，完成整个生产流程。本发明有效提高MEMS器件的稳定性，误差小、精度高，封装方法以最小和最简单的结构尺寸、最低的价格完成封装，实现MEMS器件对封装外壳所要求的功能。

Description

一种单载体MEMS器件封装件及其生产方法
技术领域
本发明属于微电子机械系统（MEMS）器件的封装制造技术领域，具体说是一种单载体MEMS器件封装件，本发明还包括该MEMS器件封装件的生产方法。
背景技术
基于微电子机械系统（MEMS）技术是一门相当典型的多学科交叉渗透的综合性学科，微电子机械系统（MEMS）的微机敏感器件以其体积小、成本低、结构简单、可与处理电路集成等优点得到广泛应用和迅速发展。而MEMS器件封装是在微电子封装的基础上发展起来的，MEMS技术沿用了许多（IC）制造工艺，但它与集成电路（IC）的封装存在着一定的差异，虽然说MEMS技术是在集成电路（IC）技术的基础上发展起来的，由于MEMS技术与IC技术相比在材料、结构、工艺、功能和信号接口等方面存在诸多差别，难以简单的将（IC）封装技术移植到MEMS封装技术中，这就使得MEMS器件在设计、材料、加工、系统集成、封装和测试等各方面都面临着许多新的问题，其中封装是制约MEMS走向产业化的一个重要原因之一，封装技术一直是一个困扰MEMS器件开发和实用化的关键技术之一。封装的目的是将芯片与外部温度、湿度、空气等环境隔绝，起到保护和电器绝缘的作用，MEMS器件封装是MEMS器件走向市场被客户接受并广泛应用的最后一步，也是MEMS器件制造中十分关键的一步。MEMS器件封装的主要功能有：机械支撑、环境保护、与外界媒质的接口和与其它系统的电气连接。目前已经开发出许多MEMS器件，但产业化、市场化的MEMS器件的种类并不多，还有许多MEMS器件仍未能大量走出实验室，充分发挥其在军事与民品中的潜在应用。目前压力敏感芯片主要采用硅-玻璃健合的芯片，然而由于硅-玻璃的膨胀系数不匹配，受压力时其型变量不同，MEMS器件材料固有的特有属性，使得在封装过程中，加热温度不能超过MEMS器件温度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能有效提高芯片的稳定性，误差小、精度高的单载体MEMS器件封装件，本发明还提供该封装件的生产方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种单载体MEMS器件封装件，包括引线框架及包覆引线框架载体的包封体，所述的引线框架为单载体引线框架，包括面向包封体的内壁及与内壁相对的外壁，引线框架载体上端固定连接有第一MEMS器件，所述第一MEMS器件通过第一健合线与引线框架载体的内引脚相连接。
本发明的第二种实施例是在所述引线框架载体上端固定连接有第二MEMS器件和第三MEMS器件，在第三MEMS器件左边焊盘上预植金（铜）球，从第二MEMS器件的焊盘到第三MEMS器件左边焊盘上金（铜）球间通过第二键合线相连接，所述第三MEMS器件通过第一键合线与引线框架载体的内引脚相连接。
包封体覆盖了MEMS器件、粘片胶和键合线。所述包封体由绝缘材料制成，对MEMS器件和健合线起到支撑和保护作用。
所述一种单载体MEMS器件封装件的生产方法，按下述步骤进行：
 a．晶圆减薄/划片
芯片晶圆减薄厚度为：200μm，粗糙度Ra 0.10mm，减薄机具备8″～12″超薄减薄抛光功能，采用防翘曲薄减薄工艺；
b、粘片
采用IC芯片粘片技术将MEMS器件粘接到引线框架上，工艺过程为：点胶-粘片-固化烘烤三个步骤：
单MEMS器件粘片
采用AD828系列粘片机，单芯片封装，先在单载体框架上点上粘片胶，然后将第一MEMS器件放在已点粘片胶上，粘完全部第一MEMS器件送烘烤，烘烤条件为：150℃，防离层烘烤4小时。
c、压焊
单MEMS器件压焊
使用Eagle60系列焊线机或W3100 Plus系列焊线机，在第一MEMS器件焊盘上植金球或铜球，然后拱丝拉弧从第一MEMS器件3向载体内引脚引线，形成第一健合线；键合衬底温度：165℃～175℃；
d、包封
采用与IC产品同类型封装形式包封模具及材料，采用全自动包封机和环保型塑封料；
e、打印
打印采用通用打印夹具，工艺同普通塑料封装集成电路生产；
f、电镀
先将打印好的产品送高速电镀线电镀，电镀采用冲废、热煮软化、高压水去溢料工艺流程，镀液温度：35℃～45℃，电镀电流：95A±5A/槽，镀层厚度:7.0μm～20.32μm。
 g、切筋成型
采用自动切筋成型系统，自动进料，自动入管。
所述双MEMS器件粘片时b步骤粘片工艺为：
b1 第一次粘片（导电胶）
先在单载体框架上点上粘片胶（导电胶），然后将第二MEMS器件放在已点粘片胶上，粘完第二MEMS器件不烘烤；
b. 2 第二次粘片（绝缘胶）
更换第三MEMS器件晶圆和第二粘片胶，先在已粘第二MEMS器件的载体旁点上第二粘片胶（绝缘胶），第三MEMS器件和第二MEMS器件间空隙大于0.20mm，将第三MEMS器件放在已点第二粘片胶之上，粘完第三MEMS器件后一起烘烤，烘烤条件为：150℃，防离层烘烤4小时。
所述双MEMS器件封装时c步骤压焊工艺为：首先在第三MEMS器件左边焊盘上预植金球或铜球，从第二MEMS器件的焊盘到第三MEMS器件左边焊盘上金球或铜球间通过第二键合线相连接，所述第三MEMS器件通过第一键合线与引线框架载体的内引脚相连接，键合衬底温度：165℃～175℃。
本发明能有效提高MEMS器件的稳定性，误差小、精度高本封装方法以最小和最简单的结构尺寸、最低的价格，完成对MEMS器件的封装，实现MEMS器件对封装外壳所要求的功能。
附图说明
图1 为本发明平面示意图；
图2 为本发明单MEMS器件封装健合剖面结构示意图。
图3  为双MEMS器件封装健合剖面示意图。
图中：1、第一载体；2、第一粘片胶；3、第一MEMS器件；4、框架内引脚；5、第一键合线；6、包封体；7、第三MEMS器件；8、第二MEMS器件；9、第二键合线；10、腔体内壁；11、腔体外壁；12、第二粘片胶；13、金（铜）球。
具体实施方式
如图1、图2、图3所示，一种MEMS器件的封装结构，对于单载体单MEMS器件封装，包括引线框架载体1及包覆引线框架载体1的包封体6，所述的引线框架为单载体引线框架，包括面向包封体的内壁10及与内壁相对的外壁11，引线框架载体1上端通过第一粘接胶2固定粘接第一MEMS器件3，第一MEMS器件3用若干健合线5与引线框架载体1的内引脚4相连接。
    所述的内引脚4作为MEMS器件与系统和外界的主要接口和封装结构最终应用时的引出端，完成电源、电信号或射频信号与外界的电连接。所述包覆引线框架载体1、第一粘片胶2、第一MEMS器件3、第一键合线5的包封体6主要由绝缘材料制成，并对第一MEMS器件3和第一键合线5起到了支撑和保护作用。
    本发明的第二种实施方式如图3所示，是一种单载体双MEMS器件封装件，封装结构中有两个MEMS器件，引线框架载体1上端通过第一粘片胶2固定粘接第二MEMS器件8，通过第二粘片胶12固定粘接第三MEMS器件7，第三MEMS器件7通过第一键合线5与引线框架载体1的内引脚4相连接，第三MEMS器件7上的金（铜）球13与第二MEMS器件8之间通过第二键合线9相连接。包封体6覆盖了第二MEMS器件8、第三MEMS器件7、第一粘片胶2、第二粘片胶12、第一键合线5、第二键合线9、腔体内壁10、连同腔体外壁11构成了电路整体，并对第二MEMS器件8、第三MEMS器件7、第一键合线5、第二键合线9起到了支撑和保护作用。
实施例1 
单载体单MEMS器件封装
1、晶圆减薄/划片
晶圆减薄主轴转速为2400rpm，减薄机用MPS500，粗磨进刀速度300um/min，细磨进刀速度100um/min，减薄胶膜：SPV214、BT-150E-KL，去离子水压力：0.2Mpa，去离子电阻率≥10MΩ.CM，去离子电阻率（加CO2）：0.7MΩ.CM，划片机用DAD3350，旋转轴转速： 30000rpm，进刀速度：6吋及以下晶圆≤60mm/s, 8吋及以下晶圆≤50mm/s。
 2、粘片
采用IC芯片粘片技术将MEMS器件粘接到引线框架上，工艺过程为：点胶-粘片-固化烘烤三个步骤：采用AD828系列粘片机，先在单载体框架上点上粘接胶（导电胶），然后将第一MEMS器件3放在已点粘片胶上，吸嘴上芯的升降高度为4000step，顶针上升高度为100step，顶针上升延迟时间为15ms，点胶高度为2000step，粘接胶厚度控制在8μm内，粘接胶烘烤温度：150℃，粘接胶烘烤时间：4h。粘片设备参数：吸嘴（型号、规格）；HRTR-B-150*150，点胶头（规格）；Φ0.42。顶针（规格、数量）；Mu-125*4  pins；顶针上升高度：520μm。粘完全部第一MEMS器件3送烘烤，采用防离层烘烤工艺，烘烤氮气流量＞30L/MIN。
3、压焊
使用Eagle 60键合机，单载体单MEMS器件平面封装，在第一MEMS器件3焊盘上植金球或铜球13，然后拱丝拉弧从第一MEMS器件3向载体内引脚4引线，形成第一健合线5；键合衬底温度：165℃；设备参数为：预加热温度：168℃，加热温度：168℃，后加热温度：100℃。劈刀型号：414FB-2841-R35，第1焊点键合参数：功率：50mw，压力：30 gf，时间：8 ms。第1焊点键合参数：功率：75 mw，压力：75gf，时间：8ms。
4、包封、后固化
由于封装过程工艺要求低温：温度小于180℃，普通IC产品包封温度：160℃，后固化温度：175℃，5小时。MEMS器件包封模温： 170℃。合模压强：18Mpa，注塑压强：4.5Mpa，注塑速度：19S，固化时间：180S。后固化时间：155℃*8hr。
5、打印
打印采用通用打印夹具，工艺同普通MEMS器件封装集成电路生产。 
6、电镀
先将打印好的产品送高速电镀线电镀，电镀采用冲废、热煮软化、高压水去溢料工艺流程。可以去除框架表面的溢料并能满足产品可靠性，镀液温度：35℃，电镀电流：95±5A/槽，镀层厚度控制在:7.0μm。
7、切筋成型
采用自动切筋成型系统，自动进料，自动入管。
实施例2：
单载体单MEMS器件封装2
1、晶圆减薄/划片
晶圆减薄主轴转速为3000rpm，减薄机用MPS500，粗磨进刀速度300um/min，细磨进刀速度100um/min，减薄胶膜：SPV214、BT-150E-KL，去离子水压力： 0.4Mpa，去离子电阻率≥10MΩ.CM，去离子电阻率（加CO2）：1.9MΩ.CM，划片机用DAD3350，旋转轴转速： 50000rpm，进刀速度：6吋及以下晶圆≤60mm/s, 8吋及以下晶圆≤50mm/s。
2、粘片
采用IC芯片粘片技术将MEMS器件粘接到引线框架上，工艺过程为：点胶-粘片-固化烘烤三个步骤：采用AD828系列粘片机，先在单载体框架上点上粘接胶（绝缘胶），然后将第一MEMS器件3放在已点粘片胶上，吸嘴上芯的升降高度为6500step，顶针上升高度为1150step，顶针上升延迟时间为50ms，点胶高度为3800step，粘接胶厚度控制在38μm内，粘接胶烘烤温度：150℃，粘接胶烘烤时间：4h。粘片设备参数：吸嘴（型号、规格）；HRTR-B-150*150，点胶头（规格）；Φ0.42。顶针（规格、数量）；Mu-125*4  pins；顶针上升高度：520μm。采用防离层烘烤工艺，烘烤氮气流量＞30L/MIN。
3、压焊
使用Eagle 60键合机，单载体单MEMS器件平面封装，在第一MEMS器件3焊盘上植金球或铜球13，然后拱丝拉弧从第一MEMS器件3向载体内引脚4引线，形成第一健合线5；键合衬底温度：175℃；设备参数为：预加热温度：168℃，加热温度：168℃，后加热温度：100℃。劈刀型号：414FB-2841-R35，第1焊点键合参数：功率：50mw，压力：30 gf，时间：8 ms。第1焊点键合参数：功率：75 mw，压力：75gf，时间：8ms。
4、包封、后固化
由于封装过程工艺要求低温：温度小于180℃，普通IC产品包封温度： 180℃，后固化温度：175℃，5小时。MEMS器件包封模温：160℃。合模压强：18Mpa，注塑压强：4.5Mpa，注塑速度：19S，固化时间：180S。后固化时间：155℃*8hr。
5、打印
打印采用通用打印夹具，工艺同普通MEMS器件封装集成电路生产。 
6、电镀
先将打印好的产品送高速电镀线电镀，电镀采用冲废、热煮软化、高压水去溢料工艺流程。可以去除框架表面的溢料并能满足产品可靠性，镀液温度： 45℃，电镀电流：95±5A/槽，镀层厚度控制在: 20.32μm。
7、切筋成型
采用自动切筋成型系统，自动进料，自动入管。
实施例3
单载体双MEMS器件封装
a、晶圆减薄划片
晶圆减薄划片同实施例1。
 b、粘片
在单载体上分别点粘片胶，若是不同的粘片胶，必须要保证两种胶相距一定距离，第二MEMS器件粘片（导电胶），其粘片工艺同常规工艺。其第三MEMS器件使用绝缘胶粘片，更换第三MEMS器件的晶圆片和第二粘接胶，在已粘第二MEMS器件的载体旁点上第二粘接胶（绝缘胶），粘接第三MEMS器件，第二MEMS器件和第三MEMS器件间空隙必须大于0.20mm，粘完第三MEMS器件后一起烘烤，固化烘烤条件：在150℃下，防离层烘烤4小时。
c、压焊
采用金丝球焊机或铜线球焊机，金线或铜线，首先在第三MEMS器件7焊盘上植金（铜）球13，然后从第二MEMS器件8焊线至第三MEMS器件7上的金（铜）球13，形成第二键合线线9，最后从第三MEMS器件7的另一边焊盘到内引脚4间焊线，形成第一键合线线5，键合衬底温度：165℃。键合工艺条件及设备同实施例1。
包封及后固化、打印、电镀、切筋成型同实施例1。
虽然结合优选实施例已经示出并描述了本发明，本领域技术人员可以人理解，在不违背所附权利要求限定的本发明的精神和范围的前提下可以进行修改和变换。

Claims (6)

1.一种单载体MEMS器件封装件，包括引线框架及包覆引线框架载体的包封体，其特征在于：所述的引线框架为单载体引线框架，包括面向包封体的内壁（10）及与内壁相对的外壁（11），引线框架载体（1）上端固定连接有第一MEMS器件（3），所述第一MEMS器件（3）通过第一健合线（5）与引线框架载体（1）的内引脚（4）相连接。
2.如权利要求1所述一种单载体MEMS器件封装件，其特征在于：在所述引线框架载体上端固定连接有第二MEMS器件（8）和第三MEMS器件（7），在第三MEMS器件（7）左边焊盘上预植金球或铜球（13），从第二MEMS器件（8）的焊盘到第三MEMS器件（7）左边焊盘上金球或铜球（13）间通过第二键合线（9）相连接，所述第三MEMS器件（7）通过第一键合线（5）与引线框架载体的内引脚（4）相连接。
3.如权利要求1或2所述一种单载体MEMS器件封装件，其特征在于：所述包封体（6）由绝缘材料制成，对MEMS器件和键合线起到支撑和保护作用。
4.如权利要求1或2所述一种单载体MEMS器件封装件的生产方法，按下述步骤进行：
 a．晶圆减薄/划片
芯片晶圆减薄厚度为：200μm，粗糙度Ra 0.10mm，减薄机具备8″～12″超薄减薄抛光功能，采用防翘曲薄减薄工艺；
b、粘片
采用IC芯片粘片技术将MEMS器件粘接到引线框架上，工艺过程为：点胶-粘片-固化烘烤三个步骤：
采用AD828系列粘片机，单芯片封装，先在单载体框架上点上粘片胶，然后将第一MEMS器件（3）放在已点粘片胶上，粘完全部第一MEMS器件（3）送烘烤；
c、压焊
使用Eagle60焊线机或W3100 Plus焊线机，在第一MEMS器件（3）焊盘上植金球或铜球（13），然后拱丝拉弧从第一MEMS器件（3）向载体内引脚（4）引线，形成第一健合线（5）；键合衬底温度：165℃～175℃；
d、包封
采用与IC产品同类型封装形式包封模具及材料，采用全自动包封机和环保型塑封料；
e、打印
打印采用通用打印夹具，工艺同普通塑料封装集成电路生产；
f、电镀
先将打印好的产品送高速电镀线电镀，电镀采用冲废、热煮软化、高压水去溢料工艺流程，镀液温度：35-45℃，电镀电流：95±5A/槽，镀层厚度:7.0-20.32μm；
 g、切筋成型
采用自动切筋成型系统，自动进料，自动入管。
5. 如权利要求4所述一种单载体MEMS器件封装件的生产方法，其特征在于：所述双MEMS器件粘片时b步骤粘片工艺为：第一次粘片（导电胶），先在单载体框架上点上粘片胶，然后将第二MEMS器件（8）放在已点粘片胶上，粘完第二MEMS器件（8）；第二次粘片（绝缘胶），更换第三MEMS的器件（7）晶圆和第二粘片胶，先在已粘第二MEMS器件（8）的载体旁点上第二粘片胶，第三MEMS器件（7）和第二MEMS器件（8）间空隙大于0.20mm，将第三MEMS器件（7）放在已点第二粘片胶（12）之上，粘完第三MEMS器件（7）后一起烘烤，烘烤条件为：150℃，烘烤4小时。
6.如权利要求4所述一种单载体MEMS器件封装件的生产方法，其特征在于：所述双MEMS器件封装时c步骤压焊工艺为：首先在第三MEMS器件（7）左边焊盘上预植金球或铜球（13），从第二MEMS器件（8）的焊盘到第三MEMS器件（7）左边焊盘上金球或铜球（13）间通过第二键合线9相连接，所述第三MEMS器件7通过第一键合线（5）与引线框架载体的内引脚（4）相连接，键合衬底温度：165℃～175℃。
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