CN103342338A - 微电子机械系统芯片的晶圆级封装方法及封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种微电子机械系统芯片的晶圆级封装方法及封装结构，其中，所述封装结构包括：微电子机械系统芯片，其包括上表面及与上表面相背的下表面，所述芯片上设置有机械器件、第一电连接件，以及与所述机械器件连通的凹槽；第一保护外盖基板，与所述微电子机械系统芯片的上表面配合形成空腔，所述凹槽和所述空腔连通；第二保护外盖基板，与所述微电子机械系统芯片的下表面压合，封闭所述凹槽；第二电连接件，设置于所述微电子机械系统芯片的下表面一侧，所述第二电连接件电性连接所述第一电连接件。与现有技术相比，本发明可在对MEMS晶圆进行封装过程中形成机械器件，使得机械器件不易混入杂质，保证了封装结构的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于半导体制造领域，尤其涉及一种微电子机械系统芯片的晶圆级封装方法及封装结构。
背景技术
微电子机械系统（MEMS—— Micro Electro Mechanical systems），是建立在微米/纳米技术（micro/nanotechnology）基础上的21世纪前沿技术，是指对微米/纳米材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技术。它可将机械构件、光学系统、驱动部件、电控系统集成为一个整体单元的微型系统。这种 微电子机械系统不仅能够采集、处理与发送信息或指令，还能够按照所获取的信息自主地或根据外部的指令采取行动。它用微电子技术和微加工技术(包括硅体微加工、硅表面微加工、LIGA和晶片键合等技术)相结合的制造工艺，制造出各种性能优异、价格低廉、微型化的传感器、执行器、驱动器和微系统。 微电子机械系统（MEMS）是近年来发展起来的一种新型多学科交叉的技术，该技术将对未来人类生活产生革命性的影响。
目前，现有的MEMS的封装中，只能对已经形成机械器件的MEMS芯片进行封装，如此，会导致机械器件较长时间接触外界环境，容易混入杂质。
发明内容
本发明的目的在于提供一种解决上述技术问题的微电子机械系统芯片的晶圆级封装方法及封装结构。
其中，本发明一实施方式的微电子机械系统芯片的晶圆级封装方法，包括：提供微电子机械系统晶圆，其上包含有若干个独立的微电子机械系统芯片，所述微电子机械系统芯片包括上表面及与上表面相背的下表面；
自所述微电子机械系统芯片的上表面，在所述微电子机械系统芯片上制作出机械器件；
提供第一保护外盖基板；
将所述微电子机械系统晶圆与所述第一保护外盖基板对位及压合，使所述微电子机械系统芯片上表面与所述第一保护外盖基板间配合形成空腔，所述机械器件与所述空腔连通；
自所述微电子机械系统芯片的下表面，在所述微电子机械系统芯片上制作出暴露所述机械器件的凹槽，所述凹槽和所述空腔连通；
提供第二保护外盖基板，与微电子机械系统晶圆压合，封闭所述凹槽。
作为本发明的进一步改进，在所述空腔和所述凹槽中充入大分子惰性气体。
作为本发明的进一步改进，所述方法还包括：
自所述微电子机械系统芯片的下表面形成沟槽，以暴露出设置于所述微电子机械系统芯片的上表面的第一电连接件。
作为本发明的进一步改进，所述方法还包括：
在所述沟槽中填充环氧树脂；
清除所述微电子机械系统芯片的下表面的多余环氧树脂，保证所述微电子机械系统芯片的下表面平坦。
作为本发明的进一步改进，所述“在自所述微电子机械系统芯片的下表面，在所述微电子机械系统芯片上制作出暴露所述机械器件的凹槽”步骤前，还包括：
在所述微电子机械系统芯片的下表面形成掩膜层。
作为本发明的进一步改进，所述第一保护外盖基板及所述第二保护外盖基板通过环氧树脂与所述微电子机械系统晶圆压合。
相应地，本发明一实施方式的微电子机械系统芯片的晶圆级封装结构，包括：
微电子机械系统芯片，其包括上表面及与上表面相背的下表面，所述芯片上设置有机械器件、第一电连接件，以及与所述机械器件连通的凹槽；
第一保护外盖基板，连接所述微电子机械系统芯片的上表面，且与所述微电子机械系统芯片的上表面配合形成空腔，所述凹槽和所述空腔连通；
第二保护外盖基板，与所述微电子机械系统芯片的下表面压合，封闭所述凹槽；
第二电连接件，设置于所述微电子机械系统芯片的下表面一侧，所述第二电连接件电性连接所述第一电连接件。作为本发明的进一步改进，所述空腔和所述凹槽内充斥有大分子惰性气体。
作为本发明的进一步改进，所述空心墙与所述微电子机械系统芯片的上表面间填充有环氧树脂。
与现有技术相比，本发明可在对MEMS晶圆进行封装过程中形成机械器件，使得机械器件不易混入杂质，保证了封装结构的可靠性。
附图说明
图1是本发明封装结构一实施方式中微电子机械系统芯片晶圆级封装结构的侧视结构示意图；
图2是本发明封装结构一实施方式中微电子机械系统芯片的侧视结构示意图；
图3是本发明封装结构一实施方式中微电子机械系统芯片与第一保护外盖基板压合后的侧视结构示意图；
图4是本发明封装结构一实施方式中微电子机械系统芯片与第一保护外盖基板压合后进行减薄部分露出第一电连接件的侧视结构示意图；
图5是本发明封装结构一实施方式中微电子机械系统芯片形成掩膜层后的侧视结构示意图；
图6是本发明封装结构一实施方式中微电子机械系统芯片内形成暴露出机械器件的凹槽的侧视结构示意图；
图7是本发明封装结构一实施方式中微电子机械系统芯片的掩膜层与第二保护外盖基板压合的侧视结构示意图；
图8是本发明封装结构一实施方式中微电子机械系统芯片的第二保护外盖基板外形成绝缘层及电路层的侧视结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
如图1所示，在本发明一实施方式中，所述微电子机械系统芯片的封装结构包括微电子机械系统芯片10。所述微电子机械系统芯片10内设有机械器件101。该微电子机械系统芯片10具有上表面和与该上表面相背的下表面。
所述微电子机械系统芯片10包括设置于上表面的至少一个第一电连接件102，例如：焊垫；以及设置于该微电子机械系统芯片10内的与所述机械器件101连通的凹槽104。
所述微电子机械系统芯片的封装结构还包括第一保护外盖基板20，其材质可为玻璃。其中，该第一保护外盖基板20包括空心墙201，该空心墙201与微电子机械系统芯片10的上表面压合连接，使得该第一保护外盖基板20与微电子机械系统芯片10的上表面配合形成空腔103。所述空腔103与所述凹槽104连通。
优选地，该空心墙201与微电子机械系统芯片10的上表面通过环氧树脂60压合，并在压合后，所述空心墙201与微电子机械系统芯片10的上表面间填充有环氧树脂60。所述环氧树脂60覆盖所述第一电连接件102。
所述微电子机械系统芯片的封装结构还包括设置于所述微电子机械系统芯片10的下表面的掩膜层30，以及与所述掩膜层30压合的第二保护外盖基板40。所述第二保护外盖基板40封闭所述凹槽104。所述第二保护外盖基板40材质可为玻璃。
优选地，该第二保护外盖基板40通过环氧树脂60与该掩膜层30压合，并在压合后，所述第二保护外盖基板40与所述掩膜层30之间填充有环氧树脂60。
在所述空腔103和所述凹槽104中，充斥有大分子惰性气体，优选地，该气体为六氟化硫或者氙气。充入大分子惰性气体可有效防止外在气体进入腔体内，保护腔体的气密性。
在所述第二保护外盖基板40背离所述微电子机械系统芯片10的一侧，覆盖有绝缘层50。所述绝缘层50上覆盖有电路层70。所述微电子机械系统芯片的封装结构包括：设置于所述微电子机械系统芯片10的下表面一侧的至少一个第二电连接件90，例如，焊球，所述第二电连接件90电性连接所述电路层70。所述电路层70被布置以使所述第一电连接件102和所述第二电连接件90电性连接。
优选地，所述微电子机械系统芯片的封装结构还包括覆盖所述电路层70的防焊层80。
在本发明一实施方式中，微电子机械系统芯片的晶圆级封装方法，包括：
提供微电子机械系统晶圆，其上包含有若干个独立的微电子机械系统芯片10，所述微电子机械系统芯片10包括上表面及与该上表面相背的下表面；所述微电子机械系统芯片10的上表面还设置有至少一个第一电连接件102，例如：焊垫。
如图2所示，自微电子机械系统芯片10的上表面，在所述微电子机械系统芯片10上通过干法蚀刻制作出机械器件101。
如图3所示，提供第一保护外盖基板20，其材质可为玻璃。将所述微电子机械系统芯片10与所述第一保护外盖基板20对位及压合，使所述微电子机械系统芯片10上表面与所述第一保护外盖基板20间配合形成空腔103，所述机械器件101与所述空腔103连通；具体地，所述第一保护外盖基板20包括空心墙201，通过空心墙201与所述微电子机械系统芯片10的上表面压合，使得所述第一保护外盖基板20与所述微电子机械系统芯片10的上表面配合形成空腔103。其中，在空心墙201与所述微电子机械系统芯片10的上表面压合过程中，可在所述空腔内充入大分子惰性气体，以有效防止外在气体进入空腔内，保护空腔的气密性。
优选地，该空心墙201与该微电子机械系统芯片10的上表面通过环氧树脂60压合，并在压合后，所述空心墙201与所述微电子机械系统芯片10的上表面间填充有环氧树脂60。所述环氧树脂60覆盖所述第一电连接件102。
如图4所示，自所述微电子机械系统芯片10的下表面，对与第一保护外盖基板20压合后的微电子机械系统芯片10进行减薄。具体的，采用机械进行半切、曝光、蚀刻的方法，使与每个微电子机械系统芯片10对应的切割道中形成沟槽，直至部分暴露与每个微电子机械系统芯片10对应的第一电连接件102。
如图5所示，自所述微电子机械系统芯片10的下表面，用环氧树脂60对形成的若干沟槽进行填充，再清除所述微电子机械系统芯片10的下表面的多余环氧树脂，保证所述微电子机械系统芯片10的下表面平坦，即是保证微电子机械系统芯片10下表面和填充于所述沟槽中的环氧树脂60的下表面平行。然后，在微电子机械系统芯片10的下表面和环氧树脂60的下表面旋涂一层树脂，经过曝光、显影形成掩膜层30。
如图6所示，自微电子机械系统芯片10的下表面，在微电子机械系统芯片10上通过干法蚀刻制作出暴露所述机械器件101的凹槽104，所述凹槽104与所述空腔103连通。如此方法，可在对MEMS晶圆进行封装的过程中形成机械器件，使得机械器件不易混入杂质，保证了封装结构的可靠性。
如图7所示，提供第二保护外盖基板40，其材质可为玻璃。将所述第二保护外盖基板40与微电子机械系统芯片10压合，封闭所述凹槽104。具体地，该第二保护外盖基板40通过环氧树脂60与该掩膜层30压合，并在压合后，所述第二保护外盖基板40与所述掩膜层30之间填充有环氧树脂60。其中，在第二保护外盖基板40通过环氧树脂60与该掩膜层30压合过程中，可在所述凹槽内充入大分子惰性气体，以有效防止外在气体进入凹槽内，保护凹槽的气密性。
如图8所示，在所述第二保护外盖基板40背离所述微电子机械系统芯片10的一侧，形成绝缘层50；通过气相沉积、曝光、显影、蚀刻的方法在所述绝缘层50上、所述沟槽内环氧树脂的表面形成电路层70，该电路层70电性连接所述第一电连接件102。
再如图1所示，在所述微电子机械系统芯片10的下表面一侧还设置有至少一个第二电连接件90，例如：焊球。所述第二电连接件90电性连接所述电路层70。所述电路层70被布置以使所述第一电连接件102和所述第二电连接件90电性连接。
在所述电路层70上形成覆盖所述电路层70的防焊层80。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种微电子机械系统芯片的晶圆级封装方法，其特征在于，所述方法包括：
提供微电子机械系统晶圆，其上包含有若干个独立的微电子机械系统芯片，所述微电子机械系统芯片包括上表面及与上表面相背的下表面；
自所述微电子机械系统芯片的上表面，在所述微电子机械系统芯片上制作出机械器件；
提供第一保护外盖基板；
将所述微电子机械系统晶圆与所述第一保护外盖基板对位及压合，使所述微电子机械系统芯片上表面与所述第一保护外盖基板间配合形成空腔，所述机械器件与所述空腔连通；
自所述微电子机械系统芯片的下表面，在所述微电子机械系统芯片上制作出暴露所述机械器件的凹槽，所述凹槽和所述空腔连通；
提供第二保护外盖基板，与微电子机械系统晶圆压合，封闭所述凹槽。
2.根据权利要求1所述的微电子机械系统芯片的晶圆级封装方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述空腔和所述凹槽中充入大分子惰性气体。
3.根据权利要求1所述的微电子机械系统芯片的晶圆级封装方法，其特征在于，所述方法还包括：
自所述微电子机械系统芯片的下表面形成沟槽，以暴露出设置于所述微电子机械系统芯片的上表面的第一电连接件。
4.根据权利要求3所述的微电子机械系统芯片的晶圆级封装方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述沟槽中填充环氧树脂；
清除所述微电子机械系统芯片的下表面的多余环氧树脂，保证所述微电子机械系统芯片的下表面平坦。
5.根据权利要求4所述的微电子机械系统芯片的晶圆级封装方法，其特征在于，在“自所述微电子机械系统芯片的下表面，在所述微电子机械系统芯片上制作出暴露所述机械器件的凹槽”步骤前，还包括：
在所述微电子机械系统芯片的下表面形成掩膜层。
6.根据权利要求1所述的微电子机械系统芯片的晶圆级封装方法，其特征在于，所述第一保护外盖基板及所述第二保护外盖基板通过环氧树脂与所述微电子机械系统晶圆压合。
7.一种微电子机械系统芯片的封装结构，其特征在于，所述封装结构包括：
微电子机械系统芯片，其包括上表面及与上表面相背的下表面，所述芯片上设置有机械器件、第一电连接件，以及与所述机械器件连通的凹槽；
第一保护外盖基板，连接所述微电子机械系统芯片的上表面，且与所述微电子机械系统芯片的上表面配合形成空腔，所述凹槽和所述空腔连通；
第二保护外盖基板，与所述微电子机械系统芯片的下表面压合，封闭所述凹槽；
第二电连接件，设置于所述微电子机械系统芯片的下表面一侧，所述第二电连接件电性连接所述第一电连接件。
8.根据权利要求7所述的微电子机械系统芯片的封装结构，其特征在于，所述空腔和所述凹槽内充斥有大分子惰性气体。
9.根据权利要求8所述的微电子机械系统芯片的封装结构，其特征在于，所述空心墙与所述微电子机械系统芯片的上表面间填充有环氧树脂。
10.根据权利要求7所述的微电子机械系统的封装结构，其特征在于，所述微电子机械系统芯片的封装结构还包括设置于所述微电子机械系统芯片的下表面的掩膜层，所述掩膜层压合的第二保护外盖基板。
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