CN109485010A - Mems封装结构、晶圆级mems封装结构及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种MEMS封装结构、晶圆级MEMS封装结构及其制备方法，晶圆级MEMS封装结构包括：MEMS晶圆，MEMS晶圆包括若干个MEMS芯片，MEMS芯片的正面形成有连接焊垫及机械微结构；若干个密封腔结构，位于MEMS芯片的正面以将各机械微结构分别密封；塑封材料层，位于MEMS晶圆的表面；重新布线层，位于塑封材料层的上表面；若干个电连接结构，位于塑封材料层内，电连接结构的底部与连接焊垫电连接，顶部与重新布线层电连接；焊料凸块，位于重新布线层的上表面，且与重新布线层电连接。本发明的晶圆级MEMS封装结构通过使用密封腔结构将机械微结构密封，可以将机械微结构保护起来，以避免机械微结构在封装及使用过程中造成损伤，从而确保MEMS封装结构的性能。

Description

MEMS封装结构、晶圆级MEMS封装结构及其制备方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种MEMS封装结构、晶圆级MEMS封装结构及其制备方法。

背景技术

MEMS(Micro Electro Mechanical System，微机电系统)结构中一般会包括若干个机械微结构，所述机械微结构底部连接于芯片表面，上部悬置于芯片上，在工作时，这些机械微结构需要在外力的作用下做相应运动。

现有的封装工艺一般采用塑封材料将相应的结构直接塑封，而由于MEMS结构中的机械微结构上部悬置且在工作时需要在外力的作用下做相应的运动，采用现有的封装工艺对MEMS结构直接进行封装不但会对MEMS结构中的机械微结构造成损伤，还会使得机械微结构被塑封而无法在外力作用下做相应的运动，从而影响MEMS结构的性能。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种MEMS封装结构、晶圆级MEMS封装结构及其制备方法，用于解决现有技术中采用现有的封装工艺对MEMS结构进行封装存在的容易对MEMS结构中的机械微结构造成损伤，并使得机械微结构被塑封而无法在外力作用下做相应的运动，从而影响MEMS结构的性能等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种晶圆级MEMS封装结构，所述晶圆级MEMS封装结构包括：

MEMS晶圆，所述MEMS晶圆包括若干个MEMS芯片，所述MEMS芯片的正面形成有连接焊垫及机械微结构；

若干个密封腔结构，位于所述MEMS芯片的正面，且设置于所述机械微结构的外围，以将各所述机械微结构分别密封，所述机械微结构与所述密封腔室之间具有间隙；

塑封材料层，位于所述MEMS晶圆的表面，且将所述连接焊垫及所述密封腔结构全部塑封；

重新布线层，位于所述塑封材料层的上表面；

若干个电连接结构，位于所述塑封材料层内，且分别位于各所述MEMS芯片的两侧，所述电连接结构的底部与所述连接焊垫电连接，所述电连接结构的顶部与所述重新布线层电连接；

焊料凸块，位于所述重新布线层的上表面，且与所述重新布线层电连接。

可选地，所述密封腔结构的材料与所述MEMS晶圆的材料相同。

可选地，所述电连接结构的顶部高于所述密封腔结构的顶部。

可选地，所述电连接结构包括金属引线或金属柱。

本发明还提供一种晶圆级MEMS封装结构的制备方法，所述晶圆级MEMS封装结构的制备方法包括如下步骤：

1)提供MEMS晶圆，所述MEMS晶圆包括若干个MEMS芯片，所述MEMS芯片的正面形成有连接焊垫及机械微结构；

2)于所述MEMS晶圆的表面形成密封腔结构，所述密封腔结构设置于所述机械微结构的外围，以将各所述机械微结构分别密封；

3)于所述MEMS晶圆的表面形成若干个电连接结构，所述电连接结构的底部与位于所述MEMS芯片两侧的所述连接焊垫电连接；

4)于所述MEMS晶圆的表面形成塑封材料层，所述塑封材料层将所述连接焊垫、所述电连接结构及所述密封腔结构全部塑封；所述塑封材料层的顶部与所述电连接结构的顶部相平齐；

5)于所述塑封材料层的上表面形成重新布线层，所述重新布线层与所述电连接结构的顶部电连接；

6)于所述重新布线层的上表面形成焊料凸块，所述焊料凸块与所述重新布线层电连接。

可选地，步骤2)包括如下步骤：

2-1)提供一键合晶圆，所述键合晶圆内形成有若干个凹槽；

2-2)将所述键合晶圆与所述MEMS晶圆键合，且使得所述连接焊垫及所述机械微结构分别位于不同的所述凹槽内；

2-3)去除所述键合晶圆位于所述连接焊垫上方的部分，以暴露出所述连接焊垫并形成所述密封腔结构。

本发明还提供一种MEMS封装结构，所述MEMS封装结构包括：

MEMS芯片，所述MEMS芯片的正面形成有连接焊垫及机械微结构；

密封腔结构，位于所述MEMS芯片的正面，且位于所述机械微结构的外围，以将所述机械微结构密封，所述机械微结构与所述密封腔室之间具有间隙；

塑封材料层，位于所述MEMS芯片的正面，且将所述连接焊垫及所述密封腔结构塑封；

重新布线层，位于所述塑封材料层的上表面；

电连接结构，位于所述塑封材料层内，所述电连接结构的底部与所述连接焊垫电连接，所述电连接结构的顶部与所述重新布线层电连接；

焊料凸块，位于所述重新布线层的上表面，且与所述重新布线层电连接。

可选地，所述密封腔结构的材料与所述MEMS芯片的材料相同。

可选地，所述电连接结构的顶部高于所述密封腔结构的顶部。

可选地，所述电连接结构包括金属引线或金属柱。

本发明还提供一种MEMS封装结构的制备方法，所述MEMS封装结构的制备方法包括如下步骤：

1)提供MEMS晶圆，所述MEMS晶圆包括若干个MEMS芯片，所述MEMS芯片的正面形成有连接焊垫及机械微结构；

2)于所述MEMS晶圆的表面形成密封腔结构，所述密封腔结构设置于所述机械微结构的外围，以将各所述机械微结构分别密封；

3)于所述MEMS晶圆的表面形成若干个电连接结构，所述电连接结构的底部与位于所述MEMS芯片两侧的所述连接焊垫电连接；

4)于所述MEMS晶圆的表面形成塑封材料层，所述塑封材料层将所述连接焊垫、所述电连接结构及所述密封腔结构全部塑封；所述塑封材料层的顶部与所述电连接结构的顶部相平齐；

5)于所述塑封材料层的上表面形成重新布线层，所述重新布线层与所述电连接结构的顶部电连接；

6)于所述重新布线层的上表面形成焊料凸块，所述焊料凸块与所述重新布线层电连接；

7)自相邻所述MEMS芯片之间的间隙将步骤6)所得的结构进行切割，以得到若干个分离的MEMS封装结构。

可选地，步骤2)包括如下步骤：

2-1)提供一键合晶圆，所述键合晶圆内形成有若干个凹槽；

2-2)将所述键合晶圆与所述MEMS晶圆键合，且使得所述连接焊垫及所述机械微结构分别位于不同的所述凹槽内；

2-3)去除所述键合晶圆位于所述连接焊垫上方的部分，以暴露出所述连接焊垫并形成所述密封腔结构。

如上所述，本发明的MEMS封装结构、晶圆级MEMS封装结构及其制备方法，具有以下有益效果：

本发明的晶圆级MEMS封装结构及MEMS封装结构通过使用密封腔结构将机械微结构密封，可以将机械微结构保护起来，以避免机械微结构在封装及使用过程中造成损伤，从而确保MEMS封装结构的性能；机械微结构与密封腔结构之间具有间隙，机械微结构在密封腔结构内可以在外力作用下做相应的运动；

本发明的晶圆级MEMS封装结构的制备方法及MEMS封装结构的制备方法通过使用密封腔结构将机械微结构密封后再进行封装，可以将机械微结构保护起来，以避免机械微结构在封装及使用过程中造成损伤，从而确保MEMS封装结构的性能；机械微结构与密封腔结构之间具有间隙，机械微结构在密封腔结构内可以在外力作用下做相应的运动。

附图说明

图1显示为本发明实施例一中提供的晶圆级MEMS封装结构的制备方法的流程图。

图2～图10显示为本发明实施例一中提供的晶圆级MEMS封装结构的制备方法各步骤所呈现的结构示意图，其中，图10显示为本发明的晶圆级MEMS封装结构的结构示意图。

图11显示为本发明实施例三中提供的MEMS封装结构的制备方法的流程图。

图12～图13显示为本发明实施例三中提供的MEMS封装结构的制备方法中步骤7)所呈现的结构示意图，其中，图13显示为本发明的MEMS封装结构的结构示意图。

元件标号说明

10 MEMS晶圆

11 MEMS芯片

12 连接焊垫

13 机械微结构

14 键合晶圆

141 凹槽

15 密封腔结构

16 电连接结构

17 塑封材料层

18 重新布线层

181 绝缘层

182 金属线层

19 焊料凸块

20 切割刀具

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图13。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

实施例一

请参阅图1，本实施例提供一种MEMS封装结构的制备方法，所述晶圆级MEMS封装结构的制备方法包括如下步骤：

1)提供MEMS晶圆，所述MEMS晶圆包括若干个MEMS芯片，所述MEMS芯片的正面形成有连接焊垫及机械微结构；

2)于所述MEMS晶圆的表面形成密封腔结构，所述密封腔结构设置于所述机械微结构的外围，以将各所述机械微结构分别密封；

3)于所述MEMS晶圆的表面形成若干个电连接结构，所述电连接结构的底部与位于所述MEMS芯片两侧的所述连接焊垫电连接；

4)于所述MEMS晶圆的表面形成塑封材料层，所述塑封材料层将所述连接焊垫、所述电连接结构及所述密封腔结构全部塑封；所述塑封材料层的顶部与所述电连接结构的顶部相平齐；

5)于所述塑封材料层的上表面形成重新布线层，所述重新布线层与所述电连接结构的顶部电连接；

6)于所述重新布线层的上表面形成焊料凸块，所述焊料凸块与所述重新布线层电连接。

在步骤1)中，请参阅图1中的S1步骤及图2，提供MEMS晶圆10，所述MEMS晶圆10包括若干个MEMS芯片11，所述MEMS芯片11的正面形成有连接焊垫12及机械微结构13。

作为示例，所述机械微结构13的底部与所述MEMS芯片11相连接，所述机械微结构13的上部悬置于所述MEMS芯片11的上方。

作为示例，所述MEMS晶圆10内所述MEMS芯片11的具体数量可以根据实际需要进行设定，图2中仅以所述MEMS晶圆10内包括两个所述MEMS芯片11作为示例，在实际示例中并不以此为限。

作为示例，各所述MEMS芯片11的正面的所述连接焊垫12及所述机械微结构13的具体数量可以根据实际需要进行设定，图2仅以一个所述MEMS芯片11的正面形成有一个所述机械微结构13及两个所述连接焊垫12作为示例，在实际示例中并不以此为限。

在步骤2)中，请参阅图1中的S2步骤及图3至图5，于所述MEMS晶圆10的表面形成密封腔结构15，所述密封腔结构15设置于所述机械微结构13的外围，以将各所述机械微结构13分别密封。

作为示例，步骤2)包括如下步骤：

2-1)提供一键合晶圆14，所述键合晶圆14内形成有若干个凹槽141，如图3所示；

2-2)将所述键合晶圆14与所述MEMS晶圆10键合，且使得所述连接焊垫12及所述机械微结构13分别位于不同的所述凹槽141内，如图4所示；即各所述机械微结构13分别位于不同的所述凹槽141内，位于相邻两所述MEMS芯片11之间的所述连接焊垫12位于同一所述凹槽141内；

2-3)去除所述键合晶圆14位于所述连接焊垫12上方的部分，以暴露出所述连接焊垫12并形成所述密封腔结构15，如图5所示；具体的，可以采用切割等工艺去除所述键合晶圆14位于所述连接焊垫12上方的部分。

作为示例，所述密封腔结构15的材料可以与所述MEMS晶圆10的材料相同，即所述键合晶圆14的材料可以与所述MEMS晶圆10的材料相同。

作为示例，所述机械微结构13与所述密封腔室15之间具有间隙。

在步骤3)中，请参阅图1中的S3步骤及图6，于所述MEMS晶圆10的表面形成若干个电连接结构16，所述电连接结构16的底部与位于所述MEMS芯片11两侧的所述连接焊垫12电连接。

作为示例，所述电连接结构16可以为金属线或金属柱等等，所述电连接结构16为金属线时，可以采用打线工艺于所述MEMS晶圆10的表面形成金属线作为所述电连接结构16。

作为示例，所述电连接结构16可以为任意一种金属材料的金属连线，优选地，本实施例中，所述电连接结构16的材料可以为铜、金、银、镍、铝或锡等等。

作为示例，所述电连接结构16的数量可以与所述连接焊垫12的数量相同，各所述电连接结构16与各所述连接焊垫12一一对应电连接。

作为示例，所述电连接结构16的顶部高于所述密封腔结构15的顶部。当然，在其他示例中，所述电连接结构16的顶部也可以与所述密封腔结构15的顶部相平齐。

在步骤4)中，请参阅图1中的S4步骤及图7及图8，于所述MEMS晶圆10的表面形成塑封材料层17，所述塑封材料层17将所述连接焊垫12、所述电连接结构16及所述密封腔结构15全部塑封；所述塑封材料层17的顶部与所述电连接结构16的顶部相平齐。

作为示例，可以采用压缩成型工艺、转移成型工艺、液体密封成型工艺、模塑底部填充工艺、毛细底部填充工艺、真空层压工艺或旋涂工艺于所述MEMS晶圆10的表面形成所述塑封材料层17。

作为示例，所述塑封材料层17的材料可以为但不仅限于聚酰亚胺、硅胶、环氧树脂、可固化的聚合物基材料或可固化的树脂基材料等等。

在一示例中，初始形成所述塑封材料层17的高度高于所述电连接结构16的高度，即所述塑封材料层17将所述电连接结构16完全封裹塑封，如图7所示；然后，再采用化学机械研磨等工艺去除部分所述塑封材料层17，使得所述塑封材料层17的上表面与所述电连接结构16的顶部相平齐，如图8所示。

在另一示例中，可以依据所述电连接结构16的顶部为依据形成所述塑封材料层17，使得形成的所述塑封材料层17的高度刚好与所述电连接结构16的高度相同。这样可以省去对所述塑封材料层17进行研磨的工艺，从而减少了工艺步骤，节约了成本。

在步骤5)中，请参阅图1中的S5步骤及图9，于所述塑封材料层17的上表面形成重新布线层18，所述重新布线层18与所述电连接结构16的顶部电连接。

作为示例，如图9所示，所述重新布线层18包括一层绝缘层181及一层金属线层182，于所述塑封材料层17的上表面形成所述重新布线层18包括如下步骤：

5-1)于所述塑封材料层17的上表面形成所述绝缘层181，通过光刻及刻蚀工艺于所述绝缘层181内形成沟槽，所述沟槽定义出所述金属线层182的位置及形状；

5-2)于所述沟槽内形成所述金属线层182。

在另一示例中，所述重新布线层18包括至少两层所述金属线层182及至少一层所述绝缘层181，于所述塑封材料层17的上表面形成所述重新布线层18包括如下步骤：

5-1)于所述塑封材料层17的上表面形成第一层所述金属线层182；

5-2)于所述塑封材料层17的上表面形成第一层所述绝缘层181，第一层所述绝缘层181将第一层所述金属线层182封裹，且第一层所述绝缘层181的上表面高于第一层所述金属线层182的上表面；

5-3)于第一层所述绝缘层181内形成若干层与第一层所述金属线层182电连接的间隔堆叠排布的其他金属线层182，相邻所述金属线层182之间经由金属插塞电连接。

作为示例，上述示例中，所述金属线层182的材料可以为但不仅限于铜、铝、镍、金、银、钛中的一种材料或两种及两种以上的组合材料，并可采用PVD、CVD、溅射、电镀或化学镀等工艺形成所述金属线层182。所述绝缘层181的材料可以为低k介电材料；具体的，所述绝缘层181可以采用环氧树脂、硅胶、PI、PBO、BCB、氧化硅、磷硅玻璃及含氟玻璃中的一种材料，并可以采用诸如旋涂、CVD、等离子体增强CVD等工艺形成所述绝缘层181。

在步骤6)中，请参阅图1中的S6步骤及图10，于所述重新布线层18的上表面形成焊料凸块19，所述焊料凸块19与所述重新布线层18电连接。

在一示例中，于所述重新布线层18的上表面形成焊料凸块19包括如下步骤：

6-1)于所述重新布线层18的上表面形成金属柱，所述金属柱与所述金属线层182电连接；

6-2)于所述金属柱的表面形成焊球。

作为示例，所述金属柱的材料可以为铜、铝、镍、金、银、钛中的一种材料或两种及两种以上的组合材料，可以通过物理气相沉积工艺(PVD)、化学气相沉积工艺(CVD)、溅射、电镀或化学镀中的任一种工艺形成所述金属柱。所述焊球的材料可以为铜、铝、镍、金、银、钛中的一种材料或两种及两种以上的组合材料，可以通过植球回流工艺形成所述焊球。

在另一示例中，如图10所示，所述焊料凸块19即为一焊球，可以通过植球回流工艺直接形成焊球作为所述焊料凸块19。

实施例二

请结合图2至图9继续参阅图10，本实施例还提供一种MEMS封装结构，所述晶圆级MEMS封装结构包括：MEMS晶圆10，所述MEMS晶圆10包括若干个MEMS芯片11，所述MEMS芯片11的正面形成有连接焊垫12及机械微结构13；若干个密封腔结构15，所述密封腔结构15位于所述MEMS芯片11的正面，且设置于所述机械微结构13的外围，以将各所述机械微结构13分别密封，所述机械微结构13与所述密封腔室15之间具有间隙；塑封材料层17，所述塑封材料层17位于所述MEMS晶圆10的表面，且将所述连接焊垫12及所述密封腔结构15全部塑封；重新布线层18，所述重新布线层18位于所述塑封材料层17的上表面；若干个电连接结构16，所述电连接结构16位于所述塑封材料层17内，且分别位于各所述MEMS芯片11的两侧，所述电连接结构16的底部与所述连接焊垫12电连接，所述电连接结构16的顶部与所述重新布线层18电连接；焊料凸块19，所述焊料凸块19位于所述重新布线层18的上表面，且与所述重新布线层18电连接。

作为示例，所述机械微结构13的底部与所述MEMS芯片11相连接，所述机械微结构13的上部悬置于所述MEMS芯片11的上方。

作为示例，所述MEMS晶圆10内所述MEMS芯片11的具体数量可以根据实际需要进行设定，图2中仅以所述MEMS晶圆10内包括两个所述MEMS芯片11作为示例，在实际示例中并不以此为限。

作为示例，各所述MEMS芯片11的正面的所述连接焊垫12及所述机械微结构13的具体数量可以根据实际需要进行设定，图2仅以一个所述MEMS芯片11的正面形成有一个所述机械微结构13及两个所述连接焊垫12作为示例，在实际示例中并不以此为限。

作为示例，所述密封腔结构15的材料可以与所述MEMS晶圆10的材料相同。

作为示例，所述电连接结构16可以为金属线或金属柱等等，所述电连接结构16为金属线时，可以采用打线工艺于所述MEMS晶圆10的表面形成金属线作为所述电连接结构16。

作为示例，所述电连接结构16可以为任意一种金属材料的金属连线，优选地，本实施例中，所述电连接结构16的材料可以为铜、金、银、镍、铝或锡等等。

作为示例，所述电连接结构16的数量可以与所述连接焊垫12的数量相同，各所述电连接结构16与各所述连接焊垫12一一对应电连接。

作为示例，所述电连接结构16的顶部高于所述密封腔结构15的顶部。当然，在其他示例中，所述电连接结构16的顶部也可以与所述密封腔结构15的顶部相平齐。

作为示例，所述塑封材料层17的材料可以为但不仅限于聚酰亚胺、硅胶、环氧树脂、可固化的聚合物基材料或可固化的树脂基材料等等。

在一示例中，所述重新布线层18包括一层绝缘层181及一层金属线层182，所述金属线层182位于所述绝缘层181内。当然，在其他示例中，所述重新布线层18还可以包括至少两层所述金属线层182及至少一层所述绝缘层181的叠层结构。

作为示例，所述金属线层182的材料可以为但不仅限于铜、铝、镍、金、银、钛中的一种材料或两种及两种以上的组合材料，并可采用PVD、CVD、溅射、电镀或化学镀等工艺形成所述金属线层182。所述绝缘层181的材料可以为低k介电材料。

在一示例中，所述焊料凸块19包括：金属柱，所述金属柱与所述金属线层182电连接；焊球，所述焊球位于所述金属柱的表面。所述金属柱的材料可以为铜、铝、镍、金、银、钛中的一种材料或两种及两种以上的组合材料，可以通过物理气相沉积工艺(PVD)、化学气相沉积工艺(CVD)、溅射、电镀或化学镀中的任一种工艺形成所述金属柱。所述焊球的材料可以为铜、铝、镍、金、银、钛中的一种材料或两种及两种以上的组合材料，可以通过植球回流工艺形成所述焊球。

在另一示例中，所述焊料凸块19为焊球。

实施例三

请参阅图11，本发明还提供一种MEMS封装结构的制备方法，所述MEMS封装结构的制备方法包括如下步骤：

1)提供MEMS晶圆，所述MEMS晶圆包括若干个MEMS芯片，所述MEMS芯片的正面形成有连接焊垫及机械微结构；

2)于所述MEMS晶圆的表面形成密封腔结构，所述密封腔结构设置于所述机械微结构的外围，以将各所述机械微结构分别密封；

3)于所述MEMS晶圆的表面形成若干个电连接结构，所述电连接结构的底部与位于所述MEMS芯片两侧的所述连接焊垫电连接；

4)于所述MEMS晶圆的表面形成塑封材料层，所述塑封材料层将所述连接焊垫、所述电连接结构及所述密封腔结构全部塑封；所述塑封材料层的顶部与所述电连接结构的顶部相平齐；

5)于所述塑封材料层的上表面形成重新布线层，所述重新布线层与所述电连接结构的顶部电连接；

6)于所述重新布线层的上表面形成焊料凸块，所述焊料凸块与所述重新布线层电连接；

7)自相邻所述MEMS芯片之间的间隙将步骤6)所得的结构进行切割，以得到若干个分离的MEMS封装结构。

在步骤1)中，请参阅图11中的S1步骤及图2，提供MEMS晶圆10，所述MEMS晶圆10包括若干个MEMS芯片11，所述MEMS芯片11的正面形成有连接焊垫12及机械微结构13。

作为示例，所述MEMS晶圆10内所述MEMS芯片11的具体数量可以根据实际需要进行设定，图2中仅以所述MEMS晶圆10内包括两个所述MEMS芯片11作为示例，在实际示例中并不以此为限。

作为示例，各所述MEMS芯片11的正面的所述连接焊垫12及所述机械微结构13的具体数量可以根据实际需要进行设定，图2仅以一个所述MEMS芯片11的正面形成有一个所述机械微结构13及两个所述连接焊垫12作为示例，在实际示例中并不以此为限。

在步骤2)中，请参阅图11中的S2步骤及图3至图5，于所述MEMS晶圆10的表面形成密封腔结构15，所述密封腔结构15设置于所述机械微结构13的外围，以将各所述机械微结构13分别密封。

作为示例，步骤2)包括如下步骤：

2-1)提供一键合晶圆14，所述键合晶圆14内形成有若干个凹槽141，如图3所示；

2-2)将所述键合晶圆14与所述MEMS晶圆10键合，且使得所述连接焊垫12及所述机械微结构13分别位于不同的所述凹槽141内，如图4所示；即各所述机械微结构13分别位于不同的所述凹槽141内，位于相邻两所述MEMS芯片11之间的所述连接焊垫12位于同一所述凹槽141内；

2-3)去除所述键合晶圆14位于所述连接焊垫12上方的部分，以暴露出所述连接焊垫12并形成所述密封腔结构15，如图5所示；具体的，可以采用切割等工艺去除所述键合晶圆14位于所述连接焊垫12上方的部分。

作为示例，所述密封腔结构15的材料可以与所述MEMS晶圆10的材料相同，即所述键合晶圆14的材料可以与所述MEMS晶圆10的材料相同。

作为示例，所述机械微结构13与所述密封腔室15之间具有间隙。

在步骤3)中，请参阅图11中的S3步骤及图6，于所述MEMS晶圆10的表面形成若干个电连接结构16，所述电连接结构16的底部与位于所述MEMS芯片11两侧的所述连接焊垫12电连接。

作为示例，所述电连接结构16可以为金属线或金属柱等等，所述电连接结构16为金属线时，可以采用打线工艺于所述MEMS晶圆10的表面形成金属线作为所述电连接结构16。

作为示例，所述电连接结构16可以为任意一种金属材料的金属连线，优选地，本实施例中，所述电连接结构16的材料可以为铜、金、银、镍、铝或锡等等。

作为示例，所述电连接结构16的数量可以与所述连接焊垫12的数量相同，各所述电连接结构16与各所述连接焊垫12一一对应电连接。

作为示例，所述电连接结构16的顶部高于所述密封腔结构15的顶部。当然，在其他示例中，所述电连接结构16的顶部也可以与所述密封腔结构15的顶部相平齐。

在步骤4)中，请参阅图11中的S4步骤及图7及图8，于所述MEMS晶圆10的表面形成塑封材料层17，所述塑封材料层17将所述连接焊垫12、所述电连接结构16及所述密封腔结构15全部塑封；所述塑封材料层17的顶部与所述电连接结构16的顶部相平齐。

作为示例，可以采用压缩成型工艺、转移成型工艺、液体密封成型工艺、模塑底部填充工艺、毛细底部填充工艺、真空层压工艺或旋涂工艺于所述MEMS晶圆10的表面形成所述塑封材料层17。

作为示例，所述塑封材料层17的材料可以为但不仅限于聚酰亚胺、硅胶、环氧树脂、可固化的聚合物基材料或可固化的树脂基材料等等。

在一示例中，初始形成所述塑封材料层17的高度高于所述电连接结构16的高度，即所述塑封材料层17将所述电连接结构16完全封裹塑封，如图7所示；然后，再采用化学机械研磨等工艺去除部分所述塑封材料层17，使得所述塑封材料层17的上表面与所述电连接结构16的顶部相平齐，如图8所示。

在另一示例中，可以依据所述电连接结构16的顶部为依据形成所述塑封材料层17，使得形成的所述塑封材料层17的高度刚好与所述电连接结构16的高度相同。这样可以省去对所述塑封材料层17进行研磨的工艺，从而减少了工艺步骤，节约了成本。

在步骤5)中，请参阅图11中的S5步骤及图9，于所述塑封材料层17的上表面形成重新布线层18，所述重新布线层18与所述电连接结构16的顶部电连接。

作为示例，如图9所示，所述重新布线层18包括一层绝缘层181及一层金属线层182，于所述塑封材料层17的上表面形成所述重新布线层18包括如下步骤：

5-1)于所述塑封材料层17的上表面形成所述绝缘层181，通过光刻及刻蚀工艺于所述绝缘层181内形成沟槽，所述沟槽定义出所述金属线层182的位置及形状；

5-2)于所述沟槽内形成所述金属线层182。

在另一示例中，所述重新布线层18包括至少两层所述金属线层182及至少一层所述绝缘层181，于所述塑封材料层17的上表面形成所述重新布线层18包括如下步骤：

5-1)于所述塑封材料层17的上表面形成第一层所述金属线层182；

5-2)于所述塑封材料层17的上表面形成第一层所述绝缘层181，第一层所述绝缘层181将第一层所述金属线层182封裹，且第一层所述绝缘层181的上表面高于第一层所述金属线层182的上表面；

5-3)于第一层所述绝缘层181内形成若干层与第一层所述金属线层182电连接的间隔堆叠排布的其他金属线层182，相邻所述金属线层182之间经由金属插塞电连接。

作为示例，上述示例中，所述金属线层182的材料可以为但不仅限于铜、铝、镍、金、银、钛中的一种材料或两种及两种以上的组合材料，并可采用PVD、CVD、溅射、电镀或化学镀等工艺形成所述金属线层182。所述绝缘层181的材料可以为低k介电材料；具体的，所述绝缘层181可以采用环氧树脂、硅胶、PI、PBO、BCB、氧化硅、磷硅玻璃及含氟玻璃中的一种材料，并可以采用诸如旋涂、CVD、等离子体增强CVD等工艺形成所述绝缘层181。

在步骤6)中，请参阅图11中的S6步骤及图10，于所述重新布线层18的上表面形成焊料凸块19，所述焊料凸块19与所述重新布线层18电连接。

在一示例中，于所述重新布线层18的上表面形成焊料凸块19包括如下步骤：

6-1)于所述重新布线层18的上表面形成金属柱，所述金属柱与所述金属线层182电连接；

6-2)于所述金属柱的表面形成焊球。

作为示例，所述金属柱的材料可以为铜、铝、镍、金、银、钛中的一种材料或两种及两种以上的组合材料，可以通过物理气相沉积工艺(PVD)、化学气相沉积工艺(CVD)、溅射、电镀或化学镀中的任一种工艺形成所述金属柱。所述焊球的材料可以为铜、铝、镍、金、银、钛中的一种材料或两种及两种以上的组合材料，可以通过植球回流工艺形成所述焊球。

在另一示例中，如图10所示，所述焊料凸块19即为一焊球，可以通过植球回流工艺直接形成焊球作为所述焊料凸块19。

在步骤7)中，请参阅图11中的S7步骤及图12至图13，自相邻所述MEMS芯片11之间的间隙将步骤6)所得的结构进行切割，以得到若干个分离的MEMS封装结构。

作为示例，相邻所述MEMS芯片11之间具有切割道，沿所述切割道切割步骤6)所得的结构，以得到若干个所述MEMS封装结构，各所述MEMS封装结构中封装有一个所述MEMS芯片11，如图13所示。

实施例四

请结合图1至图12参阅图13，本发明还提供一种MEMS封装结构，所述MEMS封装结构包括：MEMS芯片11，所述MEMS芯片11的正面形成有连接焊垫12及机械微结构13；密封腔结构15，所述密封腔结构15位于所述MEMS芯片11的正面，且位于所述机械微结构13的外围，以将所述机械微结构13密封，所述机械微结构13与所述密封腔室15之间具有间隙；塑封材料层17，所述塑封材料层17位于所述MEMS芯片11的正面，且将所述连接焊垫12及所述密封腔结构15塑封；重新布线层18，所述重新布线层18位于所述塑封材料层17的上表面；电连接结构16，所述电连接结构16位于所述塑封材料层17内，所述电连接结构16的底部与所述连接焊垫12电连接，所述电连接结构16的顶部与所述重新布线层18电连接；焊料凸块19，所述焊料凸块19位于所述重新布线层18的上表面，且与所述重新布线层18电连接。

作为示例，所述机械微结构13的底部与所述MEMS芯片11相连接，所述机械微结构13的上部悬置于所述MEMS芯片11的上方。

作为示例，所述MEMS芯片11的正面的所述连接焊垫12及所述机械微结构13的具体数量可以根据实际需要进行设定，图13仅以所述MEMS芯片11的正面形成有一个所述机械微结构13及两个所述连接焊垫12作为示例，在实际示例中并不以此为限。

作为示例，所述密封腔结构15的材料可以与所述MEMS芯片11的材料相同。

作为示例，所述电连接结构16可以为金属线或金属柱等等，所述电连接结构16为金属线时，可以采用打线工艺于所述MEMS芯片11的表面形成金属线作为所述电连接结构16。

作为示例，所述电连接结构16可以为任意一种金属材料的金属连线，优选地，本实施例中，所述电连接结构16的材料可以为铜、金、银、镍、铝或锡等等。

作为示例，所述电连接结构16的数量可以与所述连接焊垫12的数量相同，各所述电连接结构16与各所述连接焊垫12一一对应电连接。

作为示例，所述电连接结构16的顶部高于所述密封腔结构15的顶部。当然，在其他示例中，所述电连接结构16的顶部也可以与所述密封腔结构15的顶部相平齐。

作为示例，所述塑封材料层17的材料可以为但不仅限于聚酰亚胺、硅胶、环氧树脂、可固化的聚合物基材料或可固化的树脂基材料等等。

在一示例中，所述重新布线层18包括一层绝缘层181及一层金属线层182，所述金属线层182位于所述绝缘层181内。当然，在其他示例中，所述重新布线层18还可以包括至少两层所述金属线层182及至少一层所述绝缘层181的叠层结构。

作为示例，所述金属线层182的材料可以为但不仅限于铜、铝、镍、金、银、钛中的一种材料或两种及两种以上的组合材料，并可采用PVD、CVD、溅射、电镀或化学镀等工艺形成所述金属线层182。所述绝缘层181的材料可以为低k介电材料。

在一示例中，所述焊料凸块19包括：金属柱，所述金属柱与所述金属线层182电连接；焊球，所述焊球位于所述金属柱的表面。所述金属柱的材料可以为铜、铝、镍、金、银、钛中的一种材料或两种及两种以上的组合材料，可以通过物理气相沉积工艺(PVD)、化学气相沉积工艺(CVD)、溅射、电镀或化学镀中的任一种工艺形成所述金属柱。所述焊球的材料可以为铜、铝、镍、金、银、钛中的一种材料或两种及两种以上的组合材料，可以通过植球回流工艺形成所述焊球。

在另一示例中，所述焊料凸块19为焊球。

综上所述，本发明的MEMS封装结构、晶圆级MEMS封装结构及其制备方法，所述晶圆级MEMS封装结构包括：MEMS晶圆，所述MEMS晶圆包括若干个MEMS芯片，所述MEMS芯片的正面形成有连接焊垫及机械微结构；若干个密封腔结构，位于所述MEMS芯片的正面，且设置于所述机械微结构的外围，以将各所述机械微结构分别密封，所述机械微结构与所述密封腔室之间具有间隙；塑封材料层，位于所述MEMS晶圆的表面，且将所述连接焊垫及所述密封腔结构全部塑封；重新布线层，位于所述塑封材料层的上表面；若干个电连接结构，位于所述塑封材料层内，且分别位于各所述MEMS芯片的两侧，所述电连接结构的底部与所述连接焊垫电连接，所述电连接结构的顶部与所述重新布线层电连接；焊料凸块，位于所述重新布线层的上表面，且与所述重新布线层电连接。本发明的晶圆级MEMS封装结构及MEMS封装结构通过使用密封腔结构将机械微结构密封，可以将机械微结构保护起来，以避免机械微结构在封装及使用过程中造成损伤，从而确保MEMS封装结构的性能；机械微结构与密封腔结构之间具有间隙，机械微结构在密封腔结构内可以在外力作用下做相应的运动；本发明的晶圆级MEMS封装结构的制备方法及MEMS封装结构的制备方法通过使用密封腔结构将机械微结构密封后再进行封装，可以将机械微结构保护起来，以避免机械微结构在封装及使用过程中造成损伤，从而确保MEMS封装结构的性能；机械微结构与密封腔结构之间具有间隙，机械微结构在密封腔结构内可以在外力作用下做相应的运动。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (12)

1.一种晶圆级MEMS封装结构，其特征在于，所述晶圆级MEMS封装结构包括：

MEMS晶圆，所述MEMS晶圆包括若干个MEMS芯片，所述MEMS芯片的正面形成有连接焊垫及机械微结构；

若干个密封腔结构，位于所述MEMS芯片的正面，且设置于所述机械微结构的外围，以将各所述机械微结构分别密封，所述机械微结构与所述密封腔室之间具有间隙；

塑封材料层，位于所述MEMS晶圆的表面，且将所述连接焊垫及所述密封腔结构全部塑封；

重新布线层，位于所述塑封材料层的上表面；

若干个电连接结构，位于所述塑封材料层内，且分别位于各所述MEMS芯片的两侧，所述电连接结构的底部与所述连接焊垫电连接，所述电连接结构的顶部与所述重新布线层电连接；

焊料凸块，位于所述重新布线层的上表面，且与所述重新布线层电连接。

2.根据权利要求1所述的晶圆级MEMS封装结构，其特征在于，所述密封腔结构的材料与所述MEMS晶圆的材料相同。

3.根据权利要求1所述的晶圆级MEMS封装结构，其特征在于，所述电连接结构的顶部高于所述密封腔结构的顶部。

4.根据权利要求1所述的晶圆级MEMS封装结构，其特征在于，所述电连接结构包括金属引线或金属柱。

5.一种晶圆级MEMS封装结构的制备方法，其特征在于，所述晶圆级MEMS封装结构的制备方法包括如下步骤：

1)提供MEMS晶圆，所述MEMS晶圆包括若干个MEMS芯片，所述MEMS芯片的正面形成有连接焊垫及机械微结构；

2)于所述MEMS晶圆的表面形成密封腔结构，所述密封腔结构设置于所述机械微结构的外围，以将各所述机械微结构分别密封；

3)于所述MEMS晶圆的表面形成若干个电连接结构，所述电连接结构的底部与位于所述MEMS芯片两侧的所述连接焊垫电连接；

4)于所述MEMS晶圆的表面形成塑封材料层，所述塑封材料层将所述连接焊垫、所述电连接结构及所述密封腔结构全部塑封；所述塑封材料层的顶部与所述电连接结构的顶部相平齐；

5)于所述塑封材料层的上表面形成重新布线层，所述重新布线层与所述电连接结构的顶部电连接；

6)于所述重新布线层的上表面形成焊料凸块，所述焊料凸块与所述重新布线层电连接。

6.根据权利要求5所述的晶圆级MEMS封装结构的制备方法，其特征在于，步骤2)包括如下步骤：

2-1)提供一键合晶圆，所述键合晶圆内形成有若干个凹槽；

2-2)将所述键合晶圆与所述MEMS晶圆键合，且使得所述连接焊垫及所述机械微结构分别位于不同的所述凹槽内；

2-3)去除所述键合晶圆位于所述连接焊垫上方的部分，以暴露出所述连接焊垫并形成所述密封腔结构。

7.一种MEMS封装结构，其特征在于，所述MEMS封装结构包括：

MEMS芯片，所述MEMS芯片的正面形成有连接焊垫及机械微结构；

密封腔结构，位于所述MEMS芯片的正面，且位于所述机械微结构的外围，以将所述机械微结构密封，所述机械微结构与所述密封腔室之间具有间隙；

塑封材料层，位于所述MEMS芯片的正面，且将所述连接焊垫及所述密封腔结构塑封；

重新布线层，位于所述塑封材料层的上表面；

电连接结构，位于所述塑封材料层内，所述电连接结构的底部与所述连接焊垫电连接，所述电连接结构的顶部与所述重新布线层电连接；

焊料凸块，位于所述重新布线层的上表面，且与所述重新布线层电连接。

8.根据权利要求7所述的MEMS封装结构，其特征在于，所述密封腔结构的材料与所述MEMS芯片的材料相同。

9.根据权利要求7所述的MEMS封装结构，其特征在于，所述电连接结构的顶部高于所述密封腔结构的顶部。

10.根据权利要求7所述的MEMS封装结构，其特征在于，所述电连接结构包括金属引线或金属柱。

11.一种MEMS封装结构的制备方法，其特征在于，所述MEMS封装结构的制备方法包括如下步骤：

1)提供MEMS晶圆，所述MEMS晶圆包括若干个MEMS芯片，所述MEMS芯片的正面形成有连接焊垫及机械微结构；

2)于所述MEMS晶圆的表面形成密封腔结构，所述密封腔结构设置于所述机械微结构的外围，以将各所述机械微结构分别密封；

3)于所述MEMS晶圆的表面形成若干个电连接结构，所述电连接结构的底部与位于所述MEMS芯片两侧的所述连接焊垫电连接；

4)于所述MEMS晶圆的表面形成塑封材料层，所述塑封材料层将所述连接焊垫、所述电连接结构及所述密封腔结构全部塑封；所述塑封材料层的顶部与所述电连接结构的顶部相平齐；

5)于所述塑封材料层的上表面形成重新布线层，所述重新布线层与所述电连接结构的顶部电连接；

6)于所述重新布线层的上表面形成焊料凸块，所述焊料凸块与所述重新布线层电连接；

7)自相邻所述MEMS芯片之间的间隙将步骤6)所得的结构进行切割，以得到若干个分离的MEMS封装结构。

12.根据权利要求11所述的MEMS封装结构的制备方法，其特征在于，步骤2)包括如下步骤：

2-1)提供一键合晶圆，所述键合晶圆内形成有若干个凹槽；

2-2)将所述键合晶圆与所述MEMS晶圆键合，且使得所述连接焊垫及所述机械微结构分别位于不同的所述凹槽内；

2-3)去除所述键合晶圆位于所述连接焊垫上方的部分，以暴露出所述连接焊垫并形成所述密封腔结构。