CN104555906B - 芯片封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种芯片封装方法，具体包括如下步骤：提供一基板，所述基板中设置有若干贯穿的通孔，且该基板上固定有一壳体，所述壳体与所述基板之间构成一具有开口的腔体；将一面具有电极的芯片置于所述腔体中并通过封装材料固定在所述基板上，且所述电极面朝并对准所述通孔设置；将至少一引线的一端穿过所述通孔；利用导电浆料将所述引线与所述电极连接在一起；利用一顶盖将所述腔体予以密封。本发明通过将芯片与带有金属丝的玻璃基板用导电浆料烧结连接在一起，再通过封接玻璃进行加固处理，进而极大地提升了器件的耐高温能力和可靠性，使得器件在恶劣条件下的工作性能更加稳定。

Description

芯片封装方法

技术领域

本发明涉及封装领域，确切的说，涉及到一种MEMS的芯片封装方法。

背景技术

微机电系统(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)是一种先进的制造技术平台，主要以半导体制造技术为基础逐渐发展。微机电系统是微电路和微机械按功能要求在芯片上的集成，尺寸通常在毫米或微米级，自八十年代中后期崛起以来发展极其迅速，被认为是继微电子之后又一个对国民经济和军事具有重大影响的技术领域，将成为21世纪新的国民经济增长点和提高军事能力的重要技术途径。

微机电系统的优点是：体积小、重量轻、功耗低、耐用性好、价格低廉、性能稳定等优点。微机电系统的出现和发展是科学创新思维的结果，使微观尺度制造技术的演进与革命。

目前的MEMS封装方式大多需要引线键合(wire bonding)或者焊锡进行封装，封装完后整个器件无法承受较高的温度，一般来说，器件的工作温度小于150℃；同时稳定性也较差，无法承受较大的震动(>100g)，并且整个器件的尺寸也稍大。以上种种原因都限制了MEMS封装的进一步发展。

因此，如何进一步提高基于MEMS封装的器件在恶劣条件下工作的性能，一直为本领域技术人员所致力研究的方向。

发明内容

本发明基于目前MEMS芯片封装中遇到的问题提供了一种新的封装方法，可极大提升器件的耐高温能力以及可靠性，具体的技术方案如下：

提供一基板，所述基板中设置有若干贯穿其整个厚度的通孔，且该基板上固定有一壳体，所述壳体与所述基板之间构成一具有开口的腔体；

将一面具有电极的芯片置于所述腔体中并通过封装材料固定在所述基板上，且所述电极面朝并对准所述通孔设置；

将至少一引线的一端穿过所述通孔；

利用导电浆料将所述引线与所述电极连接在一起；

利用一顶盖将所述腔体予以密封。

上述的方法，其特征在于，所述基板为玻璃基板。

上述的方法，其特征在于，所述壳体和所述顶盖均为金属材质。

上述的方法，其特征在于，导电浆料将所述引线与所述电极连接在一起的方法为首先在所述芯片的电极和所述引线上涂覆所述导电浆料，之后将所述芯片置于所述腔体中，并保证所述电极正面对准所述引线，进行烧结，使得所述电极和所述引线通过所述导电浆料实现电性连接。

上述的方法，其特征在于，导电浆料将所述引线与所述电极连接在一起的方法为在将所述引线的一端穿过所述通孔后，利用所述通孔灌入所述导电浆料并进行烧结，以将所述引线和所述电极进行连接。

上述的方法，其特征在于，在所述导电浆料烧结的过程中，烧结的温度在400℃～500℃的范围内。

上述的方法，其特征在于，将芯片固定在所述基板上的步骤包括：

在所述芯片和/或基板的对立面涂覆封装材料后，进行烧结处理，以将所述基板和所述芯片进行固定。

上述的方法，其特征在于，在对所述封接材料进行烧结时，封接材料的烧结温度小于所述导电浆料的烧结温度。

上述的方法，其特征在于，所述导电浆料为含有金属的导电浆料。

上述的方法，其特征在于，采用激光焊接将所述顶盖固定在所述壳体上，以将所述腔体予以密封。

上述的方法，其特征在于，所述引线靠近所述腔体的一端与所述基板齐平或凸出于所述基板表面。

上述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述基板背离所述腔体的另一面涂覆封装材料并进行烧结，将所述通孔予以密封，并固定所述引线。

本发明通过将芯片与带有金属丝的玻璃基板用导电浆料烧结连接在一起，再通过封接玻璃进行加固处理，进而极大地提升了器件的耐高温能力和可靠性，使得器件在恶劣条件下的工作性能更加稳定。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1a～1f为本发明在实施例一中芯片封装的流程图；

图2a～2g为本发明在实施例二中芯片封装的流程图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

本发明提供了一种芯片封装方法，包括如下步骤：提供一基板，基板中设置有若干贯穿的通孔，且该基板上固定有一壳体，壳体与基板之间构成一具有开口的腔体；将一面具有电极的芯片置于腔体中并通过封装材料固定在基板上，且电极面朝并对准通孔设置；将至少一引线的一端穿过通孔；利用导电浆料将引线与电极连接在一起；利用一顶盖将腔体予以密封。

在本发明一优选的实施例中，基板为玻璃基板。

在本发明一优选的实施例中，壳体和顶盖均为金属材质。

在本发明一优选的实施例中，引线的一端穿过通孔并直接接触电极。

在本发明一优选的实施例中，在将引线的一端穿过通孔后，利用通孔灌入导电浆料并进行烧结，以将引线和电极进行连接。

在本发明一优选的实施例中，在导电浆料烧结的过程中，烧结的温度在400℃～500℃的范围内。

在本发明一优选的实施例中，将芯片固定在基板上的步骤包括：

在芯片和/或基板的对立面涂覆封装材料后，进行烧结处理，以将基板和芯片进行固定。

在本发明一优选的实施例中，在对封接材料进行烧结时，封接材料的烧结温度小于导电浆料的烧结温度。

在本发明一优选的实施例中，导电浆料为含有金属的导电浆料。

在本发明一优选的实施例中，采用激光焊接将顶盖固定在壳体上，以将腔体予以密封。

在本发明一优选的实施例中，引线靠近腔体的一端与基板齐平或凸出于基板表面。

下面就本发明提供了两种实施例进行进一步详细的阐述。

实施例一

首先，参照图1所示，将至少一个引线10的一端固定在一基板中11，且各引线10均贯穿基板11的正反两面以外露。例如在一个特定的石墨模具中把引线10固定在基板11中。可选但非限制，该引线10为金属材质例如金属丝，其用于将封装芯片电极的导出，该引线10的数量可根据实际情况进行具体选择，一般与封装芯片需引出的电极数量相同。可选的，上述的基板11为玻璃基板胚。同时，在基板11的边缘固定有壳体12，籍由壳体12和基板11形成具有一开口的腔体20。可选但非限制，上述的壳体12为金属外壳。在将引线10和壳体12固定在基板11中上时，进行一次烧结，使引线10、壳体12和基板11紧密结合。

本领域技术人员应当理解，在实际应用中，可先将引线10固定在基板11中，之后将壳体12固定在基板11的边缘；而在另一些可选的实施例中，亦可先将壳体12固定在基板11的边缘，之后再将引线10固定在基板11中，这对本发明并无造成任何实质影响。

在本发明中，引线10靠近腔体20的一端与基板11齐平或凸出于基板11表面，具体可分别参照图1a和图1b所示，图1a展示的为引线10靠近腔体20的一端与基板11的表面齐平，图1b展示的为引线10靠近腔体20的一端略微凸出于基板11的表面之上。

将一面具有电极14的芯片13置于腔体20中，且该芯片13的电极14正面对准引线10并通过导电浆料15烧结在一起。参照图1c～图1d所示，首先可在芯片13的电极14和引线10上涂覆导电浆料15，之后将芯片13置于腔体20中，并保证电极14正面对准引线10，进行烧结，使得电极14和引线10通过导电浆料15实现电性连接。可选但非限制，上述的导电浆料15为含金属的导电浆料15，进一步可选的，该导电浆料15为银浆。在利用导电浆料15将芯片13的电极14与引线41烧结在一起时，烧结的温度在400℃～500℃的范围内，其中，450℃左右为最佳。

参照图1e所示，灌入封接材料16并进行烧结，以将芯片13固定在20腔体中。例如在一可选的实施例中，沿壳体12与芯片13的间隙灌入封接材料16，之后进行烧结并加固。在对封接材料16进行烧结时，烧结温度小于前文的导电浆料15的烧结温度，一般控制在400℃的烧结温度以下，以避免导电浆料15被烧结融化，而影响到器件的稳定性。

利用一顶盖17将腔体20予以密封，参照图1f所示。可选但非限制，采用激光焊接的方法，将一金属材质的顶盖17固定在壳体12上，以将腔体20予以密封。

实施例二

参照图2a所示，首先提供一基板101，该基板101上固定有一壳体102，基板101和壳体102构成一具有开口的腔体200。可选但非限制，该基板101为玻璃基板。在基板101上与封装芯片对应的位置打孔，形成图2b所示结构。在一可选的实施例中，可以采用激光、钻孔、硼砂等方式来在基板101中形成通孔150。本领域技术人员应当理解，可先行将壳体102固定在基板101上，之后对基板101进行打孔处理；又或者先对基板101进行打孔，之后再将壳体102固定在基板100上，这对本发明并不会造成任何实质性的影响。

如图2c～2d所示，将一面具有电极104的芯片103置于腔体200中并通过封装材料106固定在基板101上，且电极104面朝并对准通孔150设置，如图2c～2d所示。其中，通过在芯片103和/或基板101对立面涂覆封装材料106后，进行烧结处理，以将基板101和芯片103固定在一起。在此需要注意的是，在完成烧结后，需要保证电极104不被封装材料106所包覆，便于后续电极的引出。在此过程中，通过对封装材料106进行烧结处理以将芯片103牢牢固定在基板101上，且烧结温度小于玻璃基板101的软化温度。在一可选的实施例中，封装材料106的烧结温度为500℃左右。

可选择性地将图2d所示的器件翻转180°，将基板101的通孔面朝上放置，将至少一引线100的一端插进通孔150。可选的，引线100靠近腔体150的一端凸出于基板150表面。可选的，该引线100可直接与芯片103的电极104形成接触，这对本发明并不会造成任何实质性的影响。

沿着引线100与通孔150之间的缝隙灌入导电浆料105，将封装材料106之间的空隙完全填充，并进行烧结，以实现引线100与电极104之间的电连接，如图2e所示。可选但非限制，选用含有金属的导电浆料105进行烧结。进一步可选的，该导电浆料105为银浆。在一可选的实施例中，在对导电浆料105进行烧结处理的过程中，其烧结温度小于基板101的软化温度，典型烧结温度450℃左右。

之后，在基板101背离腔体200的另一面涂覆封装材料107并进行烧结，将通孔150予以密封，并起到加固引线100的作用。在对封装材料107进行烧结处理的过程中，其烧结温度小于基板101的软化温度，典型烧结温度450℃左右。

之后，利用一顶盖108将腔体200予以密封。可选但非限制，采用激光焊接的方法，将一金属材质的顶盖108固定在壳体102上，以将腔体20予以密封。

综上所述，由于本发明采用了如上技术方案，通过将芯片与带有金属丝的玻璃基板用导电浆料烧结连接在一起，再通过封接玻璃进行加固处理，进而极大地提升了器件的耐高温能力和可靠性，使得器件在恶劣条件下的工作性能更加稳定。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种芯片封装方法，其特征在于，包括如下步骤：

提供一基板，所述基板中设置有若干贯穿其整个厚度的通孔，且该基板上固定有一壳体，所述壳体与所述基板之间构成一具有开口的腔体；

将一面具有电极的芯片置于所述腔体中并通过封装材料固定在所述基板上，且所述电极面朝并对准所述通孔设置；

将至少一引线的一端穿过所述通孔；

利用导电浆料将所述引线与所述电极连接在一起；

利用一顶盖将所述腔体予以密封；

其中导电浆料将所述引线与所述电极连接在一起的方法为在将所述引线的一端穿过所述通孔后，利用所述通孔灌入所述导电浆料并进行烧结，以将所述引线和所述电极进行连接。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基板为玻璃基板。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述壳体和所述顶盖均为金属材质。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述导电浆料烧结的过程中，烧结的温度在400℃～500℃的范围内。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将芯片固定在所述基板上的步骤包括：

在所述芯片和/或基板的对立面涂覆封装材料后，进行烧结处理，以将所述基板和所述芯片进行固定。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在对所述封装材料进行烧结时，所述封装材料的烧结温度小于所述导电浆料的烧结温度。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导电浆料为含有金属的导电浆料。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用激光焊接将所述顶盖固定在所述壳体上，以将所述腔体予以密封。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述引线靠近所述腔体的一端与所述基板齐平或凸出于所述基板表面。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述基板背离所述腔体的另一面涂覆封装材料并进行烧结，将所述通孔予以密封，并固定所述引线。