CN111082768A - 封装结构及具有其的半导体器件、具有半导体器件的电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种半导体器件用封装结构，包括粘附层；和至少两个间隔开设置的密封条，其中：所述密封条朝向所述粘附层凸出且适于与所述粘附层抵接。相邻密封条之间可以设置连接梁。本发明还涉及具有该封装结构的半导体器件，该半导体器件包括上述的封装结构；第一基底；第二基底，与第一基底相对布置，其中：所述封装结构设置在所述第一基底与所述第二基底之间，第一基底、第二基底与封装结构围合成容纳空间。本发明还涉及一种具有上述半导体器件的电子设备。
Description
技术领域
本发明的实施例涉及半导体器件的封装，尤其涉及一种半导体器件用封装结构，一种具有该封装结构的半导体器件，以及一种具有该半导体器件的电子设备。
背景技术
近年来，基于硅材料的半导体器件、尤其是集成电路芯片取得了飞速的发展，已经牢牢占据了产业的主流地位。包括体声波滤波器在内的MEMS半导体器件是目前常用的半导体器件之一。通常MEMS器件都具有可动单元，为保证其正常工作，需要空腔型封装结构。以体声波滤波器为例，体声波滤波器是由许多串联和并联谐振器组成。体声波谐振器的核心单元是悬空压电薄膜，其横向尺寸大多在微米量级，薄膜厚度尺寸大多在纳米量级。因此，体声波滤波器易碎且对环境非常敏感，甚至空气中的水分子都可以与半导体器件表面发生相互作用带来性能恶化。因此，对薄膜体声波滤波器进行封装保护非常重要。
当前，MEMS半导体器件中较为常用的密封结构截面图如图1所示，在第一基底101上加工制作密封圈凸起结构102，在第二基底104上加工制作体声波滤波器，通过粘附层103将第一基底101的密封圈和第二基底104键合从而形成密封腔。这种密封结构由于接触面积较大，会导致键合时单位面积上的压强较小，必须采用较大的键合力才能达到键合密封效果，工艺难度较大。同时，这种结构对于粘附层中颗粒状异物的容纳性较差，容易由于异物引入而产生键合缝隙，从而导致密封失效。
发明内容
为缓解或解决上述技术问题中的至少一个方面，如提高封装基底和芯片基底之间的密封效果，有效降低工艺难度，提出本发明。
根据本发明的实施例的一个方面，提出了一种半导体器件用封装结构，所述半导体器件包括对置的第一基底与第二基底，所述封装结构包括粘附层和至少两个间隔开设置的密封条，所述密封条在第一基底上直接加工出，其中：所述密封条朝向所述粘附层凸出且适于与所述粘附层抵接。
可选的，至少一对相邻密封条之间设置有多个连接梁，所述多个连接梁为垂直连接相邻密封条的横向梁。
可选的，至少一对相邻密封条之间设置有多个连接梁，所述多个连接梁为斜向连接相邻密封条的斜向梁。进一步的，相邻密封条之间的斜向梁依次相接为折线形状。
可选的，两侧有相同结构连接梁的每条密封条两侧的连接梁彼此错开布置。
可选的，所述封装结构至少具有四根密封条；处于封装结构的密封部位的中间位置的相邻密封条之间设置有多个连接梁，所述多个连接梁为斜向梁或者垂直连接相邻密封条的横向梁；处于封装结构的密封部位的边缘的相邻密封条之间设置有多个连接梁，所述多个连接梁为斜向连接相邻密封条的斜向梁。进一步的，相邻密封条之间的斜向梁依次相接为折线形状。更进一步的，两侧有不同结构连接梁的每条密封条两侧的连接梁彼此错开布置，或者，两侧有不同结构且与密封条间的角度不同的连接梁的每条密封条两侧的连接梁具有相同连接点。
可选的，至少一根连接梁和/或至少一根处于封装结构的密封部位的中间位置的密封条设置有便于构成粘附层的粘附材料流动的流通结构。可选的，所述斜向梁与密封条连接的部分和连接的密封条之间形成的锐角在20-70度范围。
可选的，密封条的宽度为1-5um，相邻密封条之间的距离范围为4-30um。或者可选的，密封条的凸出高度为1-3um。
可选的，上述的封装结构中，所述粘附层包括第一粘附层，所述密封条包括第一密封条，所述第一密封条设置在第一基底上，所述第一粘附层设置到第一密封条；所述第一粘附层在与第一密封条对应的位置具有第一粘附层凸起条。
进一步的，所述封装结构还包括适于设置在第一基底上的密封圈，所述第一密封条从所述密封圈的面对第二基底的表面朝向第二基底凸出。
可选的，所述粘附层还包括第二粘附层，所述第二粘附层适于设置到第二基底，所述第一粘附层凸起条适于抵压第二粘附层。进一步可选的，所述密封条还包括第二密封条，所述第二密封条从所述第二基底的面对第一基底的表面朝向第一基底凸出。可选的，所述第二粘附层在与第二密封条对应的位置具有第二粘附层突出条；第二粘附层突出条适于与第一粘附层凸起条相抵接。或者可选的，所述第二粘附层的一面具有与第二密封条型面配合的形状，第二粘附层的另一面在与第二密封条对应的位置具有第二粘附层突出条；第二粘附层突出条适于与第一粘附层凸起条咬合配合。
可选的，在封装结构中，所述粘附层包括第二粘附层，所述密封条包括第二密封条，所述第二密封条适于设置在第二基底上，所述第二粘附层设置到第二密封条；所述第二粘附层的一面具有与第二密封条的形状配合的型面结构，另一面在与第二密封条对应的位置具有第二粘附层凸起条。进一步的，所述粘附层还包括第一粘附层，所述第一粘附层适于设置到第一基底上。更进一步的，所述封装结构还包括适于设置在第一基底上的密封圈；所述第一粘附层设置到密封圈的面对第二基底的表面上。
上述封装结构中，可选的，所述粘附层由金、钨、钼、铂、钌、铱、锗、铜、钛、钛钨、铝、铬、砷掺杂金、聚二甲基硅氧烷或聚氨酯制成，或其合金或组合制成。
可选的，在封装结构中，处于封装结构的密封部位的边缘的外侧密封条凸出于其所设置的基底的基面，且该外侧密封条外侧面的表面粗糙度在10-80nm，所述粘附层覆盖所述外侧面。可选的，粘附层为金属键合层。
本发明的实施例还涉及一种半导体器件，包括上述的封装结构；第一基底；第二基底，与第一基底相对布置，其中：所述封装结构设置在所述第一基底与所述第二基底之间，第一基底、第二基底与封装结构围合成容纳空间。可选的，所述半导体器件为体声波滤波器。
本发明的实施例也涉及一种电子设备，包括根据上述的半导体器件。
附图说明
以下描述与附图可以更好地帮助理解本发明所公布的各种实施例中的这些和其他特点、优点，图中相同的附图标记始终表示相同的部件，其中：
图1为现有技术中封装结构的示意图；
图2A为根据本发明的一个示例性实施例的基底上设置芯片的结构示意图；
图2B为图2A中A-A向截得的局部的截面示意图；
图2C为根据本发明的一个示例性实施例的封装结构的示意图；
图2D为根据本发明的一个示例性实施例的封装结构的示意图；
图3为根据本发明的一个示例性实施例的密封条构造(仅纵向密封条)的示意图；
图4为根据本发明的另一个示例性实施例的密封条构造(具有横向梁)的示意图；
图5为根据本发明的再一个示例性实施例的密封条构造(具有斜向梁)的示意图；
图6A与图6B为节点处的受力分析示意图；
图7A与图7B为根据本发明的还一个示例性实施例的密封条构造(具有斜向梁与横向梁)的示意图；
图8A-8D为根据本发明的还一个示例性实施例的密封条构造的示意图，其中设置了流通结构；
图9为根据本发明的一个示例性实施例的封装结构的示意图；
图10为根据本发明的一个示例性实施例的封装结构的示意图；
图11为根据本发明的一个示例性实施例的封装结构的示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
参见附图2-11，更具体的例如参见图2A-2D，本发明的示例性实施例提出了一种半导体器件用封装结构。如图2A-2B所示，基底100上设置了多个芯片 200，芯片具有滤波器201。
如图2B、2C和2D所示，所述半导体器件包括对置的第一基底101与第二基底104，所述封装结构包括粘附层10和至少两个间隔开设置的密封条20，其中：所述密封条20朝向所述粘附层10凸出且适于与所述粘附层10抵接。
这里的抵接，不考虑在第一基底与第二基底封装之前的状态，而是只要在第一基底与第二基底封装时密封条挤压粘附层，就构成抵接。
在本发明的方案中，密封条朝向粘附层凸出且密封条挤压粘附层，密封条之间存在供密封材料或者粘附材料进入的空间，这与现有技术中不存在凸出的密封条的技术方案相比，可以提高密封部位处的压强。
在本发明的实施例中，通过设置凸起的密封条，可以在相同键合力的作用下提高了单位面积上的压强，使封装基底和芯片基底容易键合，降低工艺难度。
需要专门指出的是，虽然在具体的示例中，第一基底与第二基底上均设置有粘附层，但是也可以仅在一个基底上设置粘附层，这样的技术方案也在本发明的保护范围之内。
在可选的实施例中，密封条20的宽度为1-5um，例如1um、5um或者3um，相邻密封条之间的距离范围为1-5um，例如1um、5um或者3um。进一步的，密封条的凸出高度可以为1-3um，例如1um、1.5um或者3um。一方面，受当前光刻工艺限制，密封条宽度可选择不小于1um。另一方面，受到当前整体滤波器尺寸限制，同时为了保证增大键合压强，密封条宽度可选择不大于5um。此外，为了保证密封条的强度，其高度可选择不大于3um。同时，为了给粘附层金属留有填充空间，密封条高度可选择大于1um。
下面参照图3-图8D示例性描述密封条的设计结构。
如图3所示，在图3中，密封条20仅为彼此平行的多个条状凸起。根据需要，密封条可以是2根、3根或者更多。
在可选的实施例中，至少一对相邻密封条之间设置有多个连接梁21，所述多个连接梁为垂直连接相邻密封条的横向梁。如图4所示，相邻密封条20之间设置连接梁21，图4中示出了相邻密封条之间设置横向梁作为连接梁21的实施例。
密封条的设计结构，图4中的实施例相较于图3的实施例，因为增加了横向梁，密封条构造与粘附层之间的接触面积增大，这会增加密封条构造与粘附层之间的间粘附力，进一步提高密封效果。
在进一步优选的实施例中，相邻密封条对之间的横向梁彼此错开布置。在此情况下，如图4中虚框所示，键合时粘附层流向四周，为颗粒异物提供了容纳空间，这可以避免因某一连接梁两侧有连接梁相连，键合时部分颗粒异物会被挤压到相邻连接梁上最终导致键合缝隙，从而可以提高键合效果、提高密封效果。
不过，在图4中密封条“丁”字节点处受到侧向施加外力F时，力F并没有被分散或者分担，如图6A所示，从而横向梁所受力较大，容易导致密封条损坏，使密封效果受损。
为缓解或者改善节点损耗大的问题，本发明进一步提出了在相邻密封条之间设置斜向梁的概念。斜向梁可以认为是设置在相邻密封条之间、至少与一根密封条连接，且至少一部分为斜向延伸部分的连接梁。所述相邻密封条之间的斜向梁依次相接为折线形状。
在可选的实施例中，至少一对相邻密封条之间设置有多个连接梁，所述多个连接梁包括斜向连接相邻密封条的斜向梁。
图5示出了在相邻密封条之间设置斜向梁的示例结构。
如图6B所示，当密封条节点处受到侧向施加力F时，根据力的正交分解特性，两个斜向梁分担受力，从而施加力F分解为较小的F1与F2，这样，分散了连接梁上受到的外力作用，能够有效增强密封结构的机械强度与稳定性。考虑到工艺制作问题，斜向连接梁和密封条之间的角度3(参见图5)范围为20-70 度，例如可以为20度、70度或者45度。
另外，在梁的数量相当、密封条数量相同的情况下，斜向梁较横向梁长，这使得粘附层的物质与密封条之间的接触面积增大，两者间粘附力增强，进一步提高了密封效果。
如图5所示，两侧有连接梁的每条密封条两侧的连接梁彼此错开布置，换言之，在一条密封条的两侧，连接梁与密封条的连接点是不同的。相邻密封条对之间的斜向梁彼此错开布置。在此情况下，键合时粘附层流向四周，这可以避免因某一连接梁两侧有连接梁相连，键合时部分颗粒异物会被挤压到相邻连接梁上，从而可以提高键合效果。
在可选的实施例中，所述封装结构至少具有四根密封条；处于中间位置的相邻密封条之间设置有多个连接梁，所述多个连接梁为垂直连接相邻密封条的横向梁；处于边缘的相邻密封条之间设置有多个连接梁，所述多个连接梁为斜向连接相邻密封条的斜向梁。
附图7A示出了中间的密封条对设置横向梁的情形，其中，密封条一侧的斜向梁与另一侧的横向梁在一个点处相接；附图7B中，中间的密封条对设置横向梁，但是，该横向梁与两侧的斜向梁之间为错开布置。
需要指出的是，中间的密封条对之间的连接梁也可以是其他的形式，比如，与处于边缘密封条之间的斜向梁角度不同的斜向梁，这都在本发明的保护范围之内。
如图8A所示，考虑到粘附层的流动性，可以在斜向梁上开设流通结构211，例如开设小孔。这样在不影响其他效果的前提下，粘附物质流动性增强密封空腔填充效果更好，粘附力更强，密封稳定性进一步增强。流通结构可以为孔或槽或者断开等，也适用于本发明的其他实施例。
如图8B所示，可以在处于非边缘的密封条上设置流通结构。
如图8C与8D所示，也可以在处于非边缘的密封条上、连接梁上设置流通结构。
下面参照附图2B-2D、9-11进一步描述根据本发明的实施例的封装结构的密封条构造。
参见图2B与2C，在封装结构中：所述粘附层10包括第一粘附层12，所述密封条20包括第一密封条22，所述第一密封条22设置在第一基底101上，所述第一粘附层12设置到第一密封条22；所述第一粘附层12的一面具有与第一密封条22的形状配合的型面结构，另一面在与第一密封条22对应的位置具有第一粘附层凸起条121；所述封装结构还包括适于设置在第一基底101上的密封圈30，所述第一密封条22从所述密封圈30的面对第二基底104的表面朝向第二基底104凸出；所述粘附层10还包括第二粘附层14，所述第二粘附层14适于设置到第二基底104，所述第一粘附层凸起条121适于抵压第二粘附层14。
需要专门指出的是，在一个基底上设置了密封条的情况下，可以同时在两个基底上设置对应的粘附层，也可以仅在一个基底上设置粘附层，只要密封条凸出可以挤压粘附层，从而增加封装结构的密封部分处的压强即可，这样的方案均在本发明的保护范围之内。
还需要指出的是，与图2B与2C中粘附层的一面具有与密封条的形状配合的型面结构(覆盖住密封条及密封条所在表面)不同，如图2D所示，覆盖密封条的粘附层可以仅仅覆盖密封条的突出面。这样的仅仅覆盖密封条的粘附层也可以适用于本发明的例如在图9-11中示出的其他实施例。
例如，参见图9，在可选的实施例中，密封条包括设置在图中下方的基底 104上的第二密封条24，第二基底104也设置了第二粘附层14，第一基底101 上并未设置第一密封条，但设置了第一粘附层12。更具体的，所述粘附层包括第二粘附层14，所述密封条包括第二密封条24，所述第二密封条24适于设置在第二基底104上，所述第二粘附层14设置到第二密封条24；所述第二粘附层 14的一面具有与第二密封条的形状配合的型面结构，另一面在与第二密封条对应的位置具有第二粘附层凸起条141。进一步的，如图9所示，所述粘附层还包括第一粘附层12，所述第一粘附层12适于设置到第一基底101上。更进一步的，如图9所示，所述封装结构还包括适于设置在第一基底上的密封圈30；所述第一粘附层12设置到密封圈30的面对第二基底104的表面上。虽然没有示出，在可选的实施例中，图9中的第一粘附层12也可以不设置。
还需要指出的是，虽然在附图中，覆盖密封条的粘附层的与密封条相对的一面均设置有粘附层凸起条，粘附层凸起条也可以不设置。这样的方案也都在本发明的保护范围内。
在图10、11图示的示例中，所述密封条20除了第一密封条22之外还包括第二密封条24，所述第二密封条24从所述第二基底104的面对第一基底101的表面朝向第一基底101凸出。粘附层也包括第一粘附层12与第二粘附层14。
如图10所示，在示例性的封装结构中，所述第二粘附层14的一面具有与第二密封条24型面配合的形状，第二粘附层14的另一面在与第二密封条对应的位置具有第二粘附层突出条141；第二粘附层突出条141适于与第一粘附层凸起条121相抵接。在图10所示的示例中，第一密封条与第二密封条之间对置的配合。
如图11所示，在示例性的封装结构中，所述第二粘附层14的一面具有与第二密封条24型面配合的形状，第二粘附层14的另一面在与第二密封条对应的位置具有第二粘附层突出条141；第二粘附层突出条141适于与第一粘附层凸起条121咬合配合。在图11所示的示例中，第一密封条与第二密封条之间咬合配合。
在可选的实施例中，所述粘附层由金、钨、钼、铂、钌、铱、锗、铜、钛、钛钨、铝、铬、砷掺杂金、聚二甲基硅氧烷或聚氨酯制成，或其合金或组合制成。
可选的，在封装结构中，处于封装结构的密封部位的边缘的外侧密封条凸出于其所设置的基底的基面，且该外侧密封条外侧面的表面粗糙度在10-80nm，所述粘附层覆盖所述外侧面。由当前刻蚀工艺造成的基底表面粗糙度可选择大于10nm。另外，适当增大表面粗糙度可以提高粘附层与基底表面的粘附力，但是，当表面粗糙度大于80nm时，粘附性会下降，因此，可选择表面粗糙度不大于80nm。可选的，粘附层为金属键合层。这种表面粗糙度的选择可以有助于减少粘附层从基底或者是外侧密封条上脱落的可能性。
本发明的封装结构可适用于半导体器件的封装，例如可适用于射频滤波器封装，也可用于其它MEMS元器件封装结构中。虽然没有示出，本发明的实施例也涉及一种半导体器件，包括上述的封装结构；第一基底；第二基底，与第一基底相对布置，其中：所述封装结构设置在所述第一基底与所述第二基底之间，第一基底、第二基底与封装结构围合成容纳空间。可选的，所述半导体器件为体声波滤波器。
虽然没有示出，本发明的实施例还涉及一种电子设备，包括上述的半导体器件。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (27)
1.一种半导体器件用封装结构，所述半导体器件包括对置的第一基底与第二基底，所述封装结构包括：
粘附层；和
至少两个间隔开设置的密封条，
其中：
所述密封条朝向所述粘附层凸出且适于与所述粘附层抵接。
2.根据权利要求1所述的封装结构，其中：
至少一对相邻密封条之间设置有多个连接梁，所述多个连接梁为垂直连接相邻密封条的横向梁。
3.根据权利要求1所述的封装结构，其中：
至少一对相邻密封条之间设置有多个连接梁，所述多个连接梁为斜向连接相邻密封条的斜向梁。
4.根据权利要求3所述的封装结构，其中：
相邻密封条之间的斜向梁依次相接为折线形状。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的封装结构，其中：
两侧有相同结构连接梁的每条密封条两侧的连接梁彼此错开布置。
6.根据权利要求1所述的封装结构，其中：
所述封装结构至少具有四根密封条；
处于封装结构的密封部位的中间位置的相邻密封条之间设置有多个连接梁，所述多个连接梁为斜向梁或者垂直连接相邻密封条的横向梁；
处于封装结构的密封部位的边缘的相邻密封条之间设置有多个连接梁，所述多个连接梁为斜向连接相邻密封条的斜向梁。
7.根据权利要求6所述的封装结构，其中：
处于封装结构的密封部位的边缘的相邻密封条之间的斜向梁依次相接为折线形状。
8.根据权利要求7所述的封装结构，其中：
两侧有不同结构连接梁的每条密封条两侧的连接梁彼此错开布置。
9.根据权利要求7所述的封装结构，其中：
两侧有不同结构且与密封条间的角度不同的连接梁的每条密封条两侧的连接梁具有相同连接点。
10.根据权利要求2-9中任一项所述的封装结构，其中：
至少一根连接梁和/或至少一根处于封装结构的密封部位的中间位置的密封条设置有便于构成粘附层的粘附材料流动的流通结构。
11.根据权利要求3或6所述的封装结构，其中：
所述斜向梁与密封条连接的部分和连接的密封条之间形成的锐角在20-70度的范围。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的封装结构，其中：
密封条的宽度为：1-5um，相邻密封条之间的距离范围为：1-5um。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的封装结构，其中：
密封条的凸出高度为：1-3um。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的封装结构，其中：
所述粘附层包括第一粘附层，所述密封条包括第一密封条，所述第一密封条设置在第一基底上，所述第一粘附层设置到第一密封条；
所述第一粘附层在与第一密封条对应的位置具有第一粘附层凸起条。
15.根据权利要求14所述的封装结构，其中：
所述封装结构还包括适于设置在第一基底上的密封圈，所述第一密封条从所述密封圈的面对第二基底的表面朝向第二基底凸出。
16.根据权利要求14或15所述的封装结构，其中：
所述粘附层还包括第二粘附层，所述第二粘附层适于设置到第二基底，所述第一粘附层凸起条适于抵压第二粘附层。
17.根据权利要求16所述的封装结构，其中：
所述密封条还包括第二密封条，所述第二密封条从所述第二基底的面对第一基底的表面朝向第一基底凸出。
18.根据权利要求17所述的封装结构，其中：
所述第二粘附层的一面具有与第二密封条型面配合的形状，第二粘附层的另一面在与第二密封条对应的位置具有第二粘附层突出条，第二粘附层突出条适于与第一粘附层凸起条相抵接；或者
第二粘附层突出条适于与第一粘附层凸起条咬合配合。
19.根据权利要求1-14中任一项所述的封装结构，其中：
所述粘附层包括第二粘附层，所述密封条包括第二密封条，所述第二密封条适于设置在第二基底上，所述第二粘附层设置到第二密封条；
所述第二粘附层在与第二密封条对应的位置具有第二粘附层凸起条。
20.根据权利要求19所述的封装结构，其中：
所述粘附层还包括第一粘附层，所述第一粘附层适于设置到第一基底上。
21.根据权利要求19所述的封装结构，其中：
所述封装结构还包括适于设置在第一基底上的密封圈；
所述第一粘附层设置到密封圈的面对第二基底的表面上。
22.根据权利要求1-21中任一项所述的封装结构，其中：
所述粘附层由金、钨、钼、铂、钌、铱、锗、铜、钛、钛钨、铝、铬、砷掺杂金、聚二甲基硅氧烷或聚氨酯制成，或其合金或组合制成。
23.根据权利要求1-22中任一项所述的封装结构，其中：
处于封装结构的密封部位的边缘的外侧密封条凸出于其所设置的基底的基面，且该外侧密封条外侧面的表面粗糙度在10-80nm，所述粘附层覆盖所述外侧面。
24.根据权利要求23所述的封装结构，其中：
所述粘附层为金属键合层。
25.一种半导体器件，包括：
根据权利要求1-24中任一项所述的封装结构；
第一基底；
第二基底，与第一基底相对布置，
其中：
所述封装结构设置在所述第一基底与所述第二基底之间，第一基底、第二基底与封装结构围合成容纳空间。
26.根据权利要求25所述的半导体器件，其中：
所述半导体器件为体声波滤波器。
27.一种电子设备，包括根据权利要求25或26所述的半导体器件。
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