CN1401136A - 电元件的封装和制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及敏感的元件结构(2)的封装，这类元件结构用一个由光敏反应树脂制成的框架结构(6)包封，并在敷设一层辅助薄膜(7)后，该反应树脂用另一层刻蚀的反应树脂层(8)覆盖。例如通过蚀刻印制或光刻可在框架结构(6)上制出匹配的顶盖结构(10)。外露的辅助薄膜(7)的残余部分被溶解掉或腐蚀掉。
Description
在用圆片制造电气和电子元件时，在圆片阶段亦即在分割成单个元件之前，就可能需要用一层掩蔽层覆盖在圆片上产生的敏感的元件结构。这层掩蔽层一方面可作为其它制造过程中的外界影响的防护层或构成一定的外壳工艺的基础，特别是，这一掩蔽层对刮痕和碰撞的机械保护、是对其他处理方法中所用介质的密封保护，或对杂质尤其是对微型化元件的导电能力特别有影响的微粒的保护。在这种掩蔽层的基础上，该外壳例如可通过用树脂浇注、用塑料注塑、装入另一外壳中等等使之完备。
例如表面波元件就具有特别敏感的元件结构，这些结构包括用蚀刻的细印制导线构成的叉指式换能器和反射器。这种敏感的结构一般不容许与上述的掩蔽层接触，否则就可能造成相应表面波元件的性能的不容许的和以不能重复的方式改变。这种结构的掩蔽层只可能通过一个在结构上方构成空腔的封装来实现。
文献WO 95/30 276公开了电气和电子元件的这种封装，它由一个包封元件结构的框架结构和一层放在该框架结构上的覆盖层组成，该覆盖层与该框架共同构成一个包封上述敏感结构的密封罩。其中该框架结构和覆盖层最好用光刻胶材料尤其是用光刻胶膜制成。为此，必须在其整个面积上进行涂布、通过一个掩模进行曝光和显影。这些步骤对框架结构和覆盖层来说，是分开进行的。总的来说，这种方法相当花钱并需要许多工序。
所以本发明的目的是对敏感的元件结构提出一种简单易行而又可靠的封装方法。
根据本发明，这个目的是通过权利要求1所述的方法来实现的。本发明的诸多有利的改进以及一个这样制成的封装还可从其它各项权利要求中得知。
也象上述先有技术所述的方法那样，本发明方法涉及一种由两部分即由一个包封元件结构的框架结构和一个放在其上的顶盖结构组成的封装。但与先有方法不同的是，框架结构和顶盖结构都用一种可涂布的液态反应树脂，这种树脂可事后硬化。在通过第一层反应树脂的曝光和显影构成框架结构后，在整个面积上即不但在单个元件上而是在整个圆片上绷紧一种辅助薄膜，该薄膜覆盖在衬底上产生的全部框架结构并牢固粘附其上。然后在该辅助薄膜上涂敷制图用的第二层反应树脂，在这个步骤中，最好通过用一种溶剂溶掉或通过用一种等离子体处理掉外露在框架结构外面或顶盖结构之间的辅助薄膜的部分。
在本发明的一个优选实施例中，第二层反应树脂用一种紫外线硬化的反应树脂，这种树脂在整个面积上涂覆后还要进行蚀刻曝光、显影和硬化。
其中，液态反应树脂的离心涂覆是一个简单和可控的工艺步骤，它比敷设抗蚀薄膜简单，而且总的来说比较经济，这是一个特大的优点。对顶盖结构设置的第二层反应树脂可按要求的厚度涂覆，此层保证封装的足够的机械稳定性。在这种情况下，不需要在这个顶盖结构上涂覆其他的层。
第一和第二反应树脂层的图像曝光可用一个激光器尤其是用一个紫外线激光器通过扫描来实现。其优点是，整个过程可按简单的方式匹配不断变化的元件结构，而且对曝光过程不需要首先产生昂贵的光掩模。
在制作第一层反应树脂层的框架结构的同时，可按有利的方式一起产生其他的元件结构尤其是表面波元件的衰减结构。如果反应树脂层的材料是声调节的即具有一个适当的硬度和适当的弹性模量，这在这种情况中是有利的。
反应树脂层的显影最好用液态显影剂，根据所用的树脂系统用有机溶剂或碱液进行。
在本发明的另一个实施方案中。蚀刻的第二反应树脂层通过蚀刻印到框架结构上方范围内的辅助薄膜上并硬化来产生。作为蚀刻的印刷方法，丝网印刷和掩模印刷是适合的。由于有辅助薄膜，即使在元件结构的结构尺寸很小时，这样印上去也不成问题，因为元件结构只需用第二反应树脂层覆盖。因此上述印刷方法的印刷精度是足够的，即使这种印刷方法不适合用来制备第一反应树脂层。
作为辅助薄膜可用一种塑料薄膜尤其是一种热塑薄膜。这种薄膜的优点是，薄膜易于绷紧并由此在框架结构上产生一层平的掩蔽层。此外，塑料薄膜例如可通过粘接、熔接或焊接与框架结构进行良好的连接。
塑料薄膜的材料可这样选择，即它可方便重新除掉。特别是，它可在一种溶剂中轻易溶解，这种溶剂用来去掉没有被封装覆盖的框架结构之间的范围内的塑料薄膜。
一种相当薄的塑料膜也容易在一种等离子体中尤其是在一种含氧的等离子体中去掉。其中，第二反应树脂层的厚度应选得足够厚，以便在这个去掉过程中对第二反应树脂层产生影响的溶解提供足够的超前。作为塑料薄膜的材料，聚酰胺，聚对苯二甲酸乙二酯或聚碳酸酯薄膜是特别适用的。其中塑料薄膜的厚度应这样选择，即：一方面它应当尽可能的薄，但另一方面又必须具有足够的承载能力，以便支承第二反应树脂层，而不产生太大的挠度。薄膜的厚度一般大约1微米足够。但也可用厚达大约20微米的薄膜或较薄的薄膜，特别是0.5至5微米厚的薄膜。
下面结合一个实施例及其附图来详细说明本发明。
图1至8表示在制备封装时，用一个被封装的元件的示意横截面示出的不同工艺阶段；
图9表示该元件在一个工艺阶段过程中的示意俯视图。
在这个实施例中描述一个表面波元件的有源的和敏感的元件结构的封装。所有的图只是示意图，因此，没有按比例表示。
图1表示一个压电衬底1，例如一个用钽酸锂或铌酸锂制成的圆片。现在要在衬底1的表面上制作不同的元件结构尤其是导电的结构例如铝金属喷涂。在图1中只示出了这种金属化的部分即敏感的元件结构2，它们虽然布置在一个圆片上，但可属于不同类型的元件。现在在衬底1上的元件结构2上方的整个表面离心涂覆一层例如厚约50微米的光敏反应树脂层3。反应树脂层3的厚度是这样选择的，即它超出元件结构2的厚度。使元件结构2和反应树脂层3的上缘之间的高度差可保证在覆盖元件结构2时有一定的安全距离。
作为反应树脂应优先涂敷一种阳离子引发的紫外线硬化的和无溶剂的环氧树脂，这种树脂可在紫外线辐射下硬化。这种树脂除了阳离子硬化的环氧外，还含有一种光引发剂或光引发剂系统，这种系统与曝光光源匹配。这类环氧树脂例如在文献DE-A 44 43 946进行了描述，这里参考该文献的全部内容。为了支持固化，这种反应树脂还可含有添加剂，这类添加剂最好是碱性的并可从盐类氢氧化物或有机胺中选出。
图2：通过用一个紫外线激光器的扫描曝光4使第一反应树脂层3的一定区域5曝光并至少硬化。曝光保证了可用一种显影液显影的第一反应树脂层3的曝光区域5和未曝光的区域之间的溶解梯度。
图3表示显影后的元件。原有的第一反应树脂层3的已曝光的和显影后剩下的区域6构成封闭的框架结构6，这种框架结构包封敏感的元件结构2。必要时，在这个工艺阶段可通过短时间的升温使通过紫外线激光器只硬化了的框架结构6完全固化。完全固化也可在显影之前进行。
然后在框架结构6上面绷紧一层薄的塑料薄膜7，使该薄膜紧贴在框架结构6上。作为辅助薄膜用的塑料薄膜7最好在整个衬底1的上方绷紧。
图4表示这个工艺阶段后的组态。通过加热，用一种涂有粘接剂的薄膜通过激光焊接或磨擦焊接或类似措施在薄膜7和框架结构6之间实现粘附连接。
然后在辅助薄膜7上整个表面离心涂覆一层同样是光敏的液态反应树脂层8。最好使用第一反应树脂层相同的树脂。其中这个第二反应树脂层8的厚度选择成使之明显位于塑料薄膜7的厚度上方。图5表示这个工艺步骤后的组态。
在这个第二反应树脂层8内也进行一次蚀刻曝光，以产生硬化的区域9，与第一反应树脂层3的曝光相似，这里的曝光也通过扫描的紫外线激光辐射来进行。硬化的区域9是这样排列的，它们构成与框架结构6匹配的并与其外周边一致的顶盖结构。
图7：必要时，再进行一次升温，使区域9完全固化。然后用一种液态显影剂根据所用的树脂系统用有机溶剂或碱液去掉第二反应树脂层8的未曝光的区域，其中保留顶盖结构10。
下一步是去掉未被顶盖结构10覆盖的塑料薄膜7的区域，例如通过在一种合适的例如含氧的等离子体中进行短时间的灰化处理。在这个腐蚀步骤中，塑料薄膜7的外露的未覆盖的区域被完全去掉。同时产生顶盖结构10的部分的层去除。图8表示完全包封的元件结构2的结果，其中这种封装由框架结构6和顶盖结构10组成，在这两种结构之间带有剩余的辅助薄膜11。现在元件结构2进行气密性密封并例如防止下一步腐蚀处理步骤受到损害。也可在这个阶段分立元件，即例如通过锯锯开元件结构或封装之间的衬底1。
图9表示围绕敏感的元件结构2的框架结构6布置的示意俯视图，元件结构在这里以弯曲的形式示意示出。这些敏感的元件结构可通过印制线与衬底1上的电连接面12连接。然后框架结构6这样布置，使敏感的元件结构2被包封，但连接面12必要时连同电引线部分则位于框架结构6的外面。其中电引线的一部分被框架结构覆盖。在敷设顶盖结构11、10以后，电连接面12仍保持可达性并可从外面接合，该顶盖结构的外界线与框架结构6的周边一致。例如可通过倒装接合工艺进行接合，其中连接面通过所谓的碰撞与一块底板连接。但也可在连接面12上方用压焊丝进行元件的连接。
下一步处理最好用倒装接合，这时敏感的元件结构位于面向底板的衬底表面上并由此达到附加的保护。通过衬底1和底板(图中未示出)之间的间隙的附加的密封，可使元件达到进一步的密封。
虽然本发明只用一个实施例进行了说明，但本发明不受这个实施例的限制。更确切地说，用本发明也可封装别的元件，并可用别的衬底材料、别的反应树脂或别的曝光方式。其中被封装的元件或被封装的元件结构的种类确定封装的几何尺寸，这种封装可在很大的范围内变化。
Claims (15)
1.根据电元件的敏感的元件结构(2)选择的封装方法包括如下步骤：
-在具有敏感元件结构的元件衬底(1)的表面上进行整个面积的离心涂覆第一层液态的光敏反应树脂层(3)；
-进行这个第一反应树脂层的按图像的曝光和显影，其中一个包封元件结构(2)的框架结构(6)保留下来；
-在衬底(1)的整个框架结构(6)上绷紧一层辅助薄膜(7)；
-在框架结构(6)的上方范围内的该辅助薄膜的表面上这样产生第二蚀刻的反应树脂层，即保留用框架(6)覆盖的并与之共同构成一个空腔的顶盖结构(10)；
-去掉顶盖结构(10)之间的外露区域内的辅助薄膜(7)。
2.按权利要求1的方法，
在这种方法中，产生第二蚀刻反应树脂层8包括下列步骤：
-在辅助薄膜(7)的表面的整个面积上离心涂覆一层光敏的液态的第二反应树脂层(8)；
-进行这个第二反应树脂层的按结构的曝光和显影，其中保留与框架(6)一致的并与它一起构成一个空腔的顶盖结构(10)。
3.按权利要求2的方法，
在该方法中，第一和/或第二反应树脂层(3，8)的按结构的曝光是通过用一个激光器(4)的扫描来实现的。
4.按权利要求1或2的方法，
在该方法中，曝光后的第一和/或第二反应树脂层(3，8)的显影用一种液成显影剂进行。
5.按权利要求1的方法，
在该方法中，第二蚀刻的反应树脂层(8)用一种印刷方法蚀刻在辅助薄膜(7)上。
6.按权利要求5的方法，
在这种方法中，顶盖结构(10)用一种丝网印刷法或掩膜印刷法产生并随即硬化。
7.按权利要求1～6任一项的方法，
在该方法中，作为辅助薄膜(7)使用一种薄的塑料薄膜。
8.按权利要求1～7任一项的方法，
在该方法中，塑料薄膜(7)与框架结构(6)粘接或焊接。
9.按权利要求1～8任一项的方法，
在该方法中，去掉外露在框架结构之间的辅助薄膜(7)是通过用一种等离子体进行灰化处理来实现的。
10.按权利要求1～8的方法，
在该方法中，去掉外露在框架结构之间的辅助薄膜(7)是通过用一种该辅助薄膜的溶剂来进行的。
11.按权利要求1～10任一项的方法，
在该方法中，在进行第一反应树脂层(3)的按结构的曝光和显影时，除了构成框架结构(6)外，还构成衰减结构。
12.按权利要求1～11任一项的方法，
在该方法中，辅助薄膜(7)选用聚酰胺，聚对苯二甲酸乙二酯薄膜或聚碳酸酯薄膜并具有0.5～5微米的厚度。
13.按权利要求1～12任一项的方法，
在这种方法中，第一和第二反应树脂层(3，8)包括一种紫外线硬化的环氧树脂。
14.具有敏感元件结构(2)的电元件在一个衬底(1)上的封装包括：
-一个在该衬底上用硬化反应树脂制成的、包封这些敏感元件结构的框架结构(6)，和
-一个罩，该罩覆盖框架结构(6)并与之构成一个空腔并由一层塑料薄膜(11)和一层设置其上的硬化的反应树脂层(10)组成。
15.按权利要求11的封装，
塑料薄膜(7)包括一种热塑性塑料，选用聚酰胺，聚对苯二甲酸乙二酯或聚碳酸酯。
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