專利名稱：具有倒y形通孔的圓片級氣密性封裝結構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種微機電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical System,簡稱MEMS)的封裝技術，特別是涉及一種具有倒Y形通孔的圓片級氣密性封裝結構。
背景技術：
隨著MEMS技術發(fā)展和商業(yè)化進程的推進，MEMS器件的封裝成為關鍵問題之一，尤其是低成本、高可靠性、多功能的圓片(圓片也可稱"晶圓")級氣密封裝技術是MEMS技術產業(yè)化的重點研究方向。MEMS圓片級氣密封裝不僅能防止外部環(huán)境對內部器件的污染，還能防止劃片工藝對MEMS器件內部結構的破壞；而氣密封裝可以提高多種MEMS器件(如RFMEMS開關——射頻微機電系統(tǒng)開關、微諧振器、加速度計、陀螺等)的性能，對MEMS技術的發(fā)展和應用具有至關重要的影響。 圓片級MEMS系統(tǒng)氣密性封裝與傳統(tǒng)氣密性封裝相比，具有體積小、后續(xù)加工簡單、易與其它器件集成、成本低等優(yōu)點。就其技術而言，目前主要有兩種封裝工藝一是薄膜集成工藝。它通過在MEMS微結構釋放之前在犧牲層上沉積一層薄膜，然后通過薄膜上工藝腐蝕孔去掉犧牲層，再沉積一層薄膜密封這些工藝腐蝕孔，從而完成MEMS的氣密性封裝。此工藝具有工序簡單、成本低等優(yōu)點，但沉積的薄膜一般只有幾微米的厚度，這很難在隨后的圓片切片和圓片拾取等操作中保證完好無損，成品率較低。而且沒有外引線，需要二次封裝，尚不能直接作為MEMS器件的最終外封裝。二是MEMS圓片和蓋子圓片通過無介質的硅硅鍵合或陽極鍵合，或者通過介質材料而結合在一起，形成氣密性封裝。使用介質材料封裝工藝比較靈活，材料主要包括金屬焊料、粘結劑或玻璃漿料等。其中，金屬與金屬鍵合工藝是可靠性最高、適用性最廣的技術，能在密封MEMS器件的同時，將MEMS信號引出，在蓋子圓片背面或MEMS圓片背面布上外引線及焊盤，就可作為最終外封裝直接使用。專利號為CN200610039668. 2的中國專利"具有低深寬比通孔的圓片級氣密性封裝工藝"就介紹了一種可將MEMS結構內部引至蓋子圓片背面的圓片級氣密性封裝技術，但該技術比較復雜，并且在通孔內制作電鍍導線的成品率比較低，制作成本較高。

實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是為了克服現有技術的缺陷，提供一種具有倒Y形通孔的圓片級氣密性封裝結構，其通過在蓋子圓片和MEMS圓片之間的金屬與金屬鍵合密封一空穴來達到氣密性封裝MEMS器件的目的。同時，通過倒Y形低深寬比通孔以方便金屬淀積從而保證成品率，并且減小通孔所占面積，即作為引線將MEMS信號引到蓋子圓片背面的焊盤上。 本實用新型是通過下述技術方案來解決上述技術問題的一種具有倒Y形通孔的圓片級氣密性封裝結構，其特征在于，其包括蓋子圓片和MEMS圓片，蓋子圓片和MEMS圓片電連接， 一劃片槽穿過蓋子圓片和MEMS圓片，該蓋子圓片具有倒Y形通孔，劃片槽垂直穿過倒Y形通孔。[0006] 優(yōu)選地，所述蓋子圓片包括倒V形開口和通孔垂直部分，倒V形開口和通孔垂直部分組成倒Y形通孔，倒V形開口朝向蓋子圓片的正面，通孔垂直部分朝向蓋子圓片的背面。[0007] 優(yōu)選地，所述蓋子圓片正面具有壓焊塊，蓋子圓片背面具有焊盤，壓焊塊和焊盤之間通過倒Y形通孔連接。 優(yōu)選地，所述蓋子圓片和MEMS圓片都具有壓焊塊和密封環(huán)，蓋子圓片的壓焊塊和密封環(huán)與MEMS圓片的壓焊塊和密封環(huán)通過加溫焊料密封焊接。 優(yōu)選地，所述蓋子圓片正面具有密封用空腔和劃片槽用空腔，密封用空腔分別位于劃片槽用空腔的兩側。 優(yōu)選地，所述密封用空腔和劃片槽用空腔的形狀為梯形。 本實用新型的積極進步效果在于本實用新型通過在蓋子圓片和MEMS圓片之間的金屬與金屬鍵合密封一空穴來達到氣密性封裝MEMS器件的目的。同時，通過倒Y形低深寬比通孔以方便金屬淀積從而保證成品率，并且減小通孔所占面積，即作為引線將MEMS信號引到蓋子圓片背面的焊盤上。相比于傳統(tǒng)的高深寬比通孔技術，本實用新型的低深寬比通孔制造技術具有工藝易于實現、設備投資少和成品率高的優(yōu)點。

圖1為在蓋子圓片上淀積二氧化硅和氮化硅步驟的示意圖。[0013] 圖2為形成密封用空腔和劃片槽用空腔步驟的示意圖。[0014] 圖3為電鍍步驟的示意圖。[0015] 圖4為焊接步驟的示意圖。[0016] 圖5為形成絕緣層步驟的示意圖。[0017] 圖6為去除絕緣層步驟的示意圖。[0018] 圖7為形成導電金屬步驟的示意圖。[0019] 圖8為填充步驟的示意圖。 圖9所示為本實用新型裂片后的最終單個MEMS器件立體結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖給出本實用新型較佳實施例，以詳細說明本實用新型的技術方案。[0022] 本實用新型涉及的具有倒Y形通孔的圓片級氣密性封裝結構，是在硅基片上完成蓋子圓片的制造，然后與MEMS圓片焊接，切割蓋子圓片和填充絕緣材料，最后分片。其包括以下步驟 Sl、如圖1所示，淀積步驟將硅基片兩面均拋光，或直接購買兩面拋光圓片，作為蓋子圓片1的材料。通過氧化或CVD(化學氣相淀積)工藝生長或淀積二氧化硅21，然后CVD(化學氣相淀積)淀積氮化硅22，作為硅濕法腐蝕的掩模。其中氮化硅作為主要的硅濕法腐蝕的掩膜材料，二氧化硅的作用是作為氮化硅和蓋子圓片1的硅之間的應力緩沖層。[0024] S2、如圖2所示，形成密封用空腔和劃片槽用V形空腔的步驟在蓋子圓片1的正面(即下面)涂光刻膠，對蓋子圓片1進行光刻，刻蝕掉暴露部分的二氧化硅21和氮化硅22，然后去除光刻膠，用K0H(氫氧化鉀)，EPW(乙二胺+鄰苯二酚水溶液)，四甲基氫氧化銨，或其它濕法刻蝕溶液刻蝕硅基片，在蓋子圓片1正面形成密封用空腔3和劃片槽用空腔4，密封用空腔3分別位于劃片槽用空腔4的兩側，其中密封用空腔3的形狀為梯形，劃片槽 用空腔4的形狀也為梯形且作為倒Y形低深寬比通孔的V部分。 S3、如圖3所示，電鍍步驟在蓋子圓片1正面的密封用空腔3和劃片槽用空腔4 的硅表面生長或淀積二氧化硅6作為絕緣層，然后通過濺射淀積UBM層(凸塊下金屬層)。 UBM層作為電鍍種子層和提供電連接的阻焊層材料。在蓋子圓片1正面涂光刻膠，光刻蓋子 圓片1，電鍍金屬焊料，然后去除光刻膠，以鍍金層和焊料層作為掩模去除圓片1正面其余 部分的UBM層，在蓋子圓片上形成密封和導線金屬層5，該密封和導線金屬層5包括引線和 焊盤。 S4、如圖4所示，焊接步驟對準及加熱焊接蓋子圓片1與具有相應壓焊塊10和密 封環(huán)11的MEMS圓片7，形成圓片劃片腔20和密封MEMS結構8的MEMS密封腔19和電連接。 S5、如圖5所示，形成絕緣層步驟在蓋子圓片背面進行光刻，干法刻蝕出垂直通 孔13，暴露出蓋子圓片正面的UBM金屬層，然后再用低溫生長絕緣層12。 S6、如圖6所示，去除絕緣層步驟利用蓋子圓片正面的氮化硅作刻蝕停止層，用 干法刻蝕的方法去除蓋子圓片背面和通孔13底部的絕緣層12，在通孔13側壁處保留絕緣層。 S7、如圖7所示，形成導電金屬步驟在蓋子圓片背面濺射UBM金屬層，進行光刻形 成焊盤圖形，利用電鍍形成導電金屬14。然后去除光刻膠，直接用導電金屬層14作為掩模 去除圓片1背面其余部分的UBM層。 S8、如圖8所示，填充步驟用寬刀片切蓋子圓片1和MEMS圓片7，形成穿過蓋子圓 片1和MEMS圓片7的劃片槽16，將相鄰蓋子的導電金屬層14斷開。用液態(tài)絕緣材料15， 如環(huán)氧樹脂，填充寬劃片槽，加熱固化，使蓋子圓片上1的硅和導電金屬層14絕緣。然后通 過普通芯片切割方法裂片，形成封裝好的MEMS器件。液態(tài)絕緣材料15加熱固化后也可作 為絕緣材料保護倒Y形通孔內的引線。 圖9為本實用新型裂片后的最終單個MEMS器件立體結構示意圖。如圖9所示，具 有倒Y形通孔的圓片級氣密性封裝結構可以是單個MEMS器件，在蓋子圓片和MEMS圓片之 間的形成密封空穴的圓片級芯片尺寸密封封裝，蓋子圓片包括空穴、倒V形開口和通孔垂 直部分，倒V形開口朝向蓋子圓片的正面，通孔垂直部分朝向蓋子圓片的背面，劃片槽垂直 穿過倒Y形通孔。倒V形開口和通孔垂直部分組成倒Y形通孔，它有低深寬比的幾何圖形 的特征。這樣通孔可以很容易通過濺射和電鍍覆蓋金屬層。倒Y形通孔是用來連接蓋子圓 片正面的壓焊塊及引線和蓋子圓片背面的引線及焊盤的。蓋子圓片正面的壓焊塊和密封環(huán) 與MEMS圓片正面的壓焊塊和密封環(huán)通過加溫焊料密封焊接，形成MEMS圓片與蓋子圓片焊 盤的電連接，和保護MEMS結構的密封腔，該密封腔可有效地提高MEMS器件性能。壓焊塊和 密封環(huán)是通過濺射電鍍工藝在蓋子圓片上的倒Y形通孔內填充金屬后形成的，使倒Y形通 孔具有導電功能。引線和焊盤是通過濺射、光刻、電鍍和刻蝕工藝在蓋子圓片上和倒Y形開 口上方的垂直孔內形成的。蓋子圓片用寬刀片切割，將相鄰蓋子的金屬層斷開，然后在切割 后的寬劃片槽填充液態(tài)絕緣材料，用來使硅側壁和蓋子圓片上的金屬層絕緣，并能保護側 壁和金屬導線。當絕緣材料固化后，密封了的MEMS圓片通過普通劃片分割成單個封裝好的 成品MEMS器件。[0032] 雖然以上描述本實用新型的具體實施方式
，本領域的技術人員應當理解，這些僅 是舉例說明，在不背離本實用新型的原理和實質的前提下，可以對這些實施方式做出多種 變更或修改。因此，本實用新型的保護范圍由所附權利要求書限定。
權利要求一種具有倒Y形通孔的圓片級氣密性封裝結構，其特征在于，其包括蓋子圓片和MEMS圓片，蓋子圓片和MEMS圓片電連接，一劃片槽穿過蓋子圓片和MEMS圓片，該蓋子圓片具有倒Y形通孔，劃片槽垂直穿過倒Y形通孔。
2. 如權利要求l所述的具有倒Y形通孔的圓片級氣密性封裝結構，其特征在于，所述蓋子圓片包括倒V形開口和通孔垂直部分，倒V形開口和通孔垂直部分組成倒Y形通孔，倒V形開口朝向蓋子圓片的正面，通孔垂直部分朝向蓋子圓片的背面。
3. 如權利要求l所述的具有倒Y形通孔的圓片級氣密性封裝結構，其特征在于，所述蓋子圓片正面具有壓焊塊，蓋子圓片背面具有焊盤，壓焊塊和焊盤之間通過倒Y形通孔連接。
4. 如權利要求l所述的具有倒Y形通孔的圓片級氣密性封裝結構，其特征在于，所述蓋子圓片和MEMS圓片都具有壓焊塊和密封環(huán)，蓋子圓片的壓焊塊和密封環(huán)與MEMS圓片的壓焊塊和密封環(huán)通過加溫焊料密封焊接。
5. 如權利要求l所述的具有倒Y形通孔的圓片級氣密性封裝結構，其特征在于，所述蓋子圓片正面具有密封用空腔和劃片槽用空腔，密封用空腔分別位于劃片槽用空腔的兩側。
6. 如權利要求5所述的具有倒Y形通孔的圓片級氣密性封裝結構，其特征在于，所述密封用空腔和劃片槽用空腔的形狀為梯形。
專利摘要本實用新型公開了一種具有倒Y形通孔的圓片級氣密性封裝結構，其包括蓋子圓片和MEMS圓片，蓋子圓片和MEMS圓片電連接，一劃片槽穿過蓋子圓片和MEMS圓片，該蓋子圓片具有倒Y形通孔，劃片槽垂直穿過倒Y形通孔。本實用新型的低深寬比通孔制造技術具有工藝易于實現、設備投資少和成品率高的優(yōu)點。
文檔編號B81B7/00GK201458723SQ20092007430
公開日2010年5月12日 申請日期2009年7月21日 優(yōu)先權日2009年7月21日
發(fā)明者華亞平, 李莉, 鄒波 申請人:深迪半導體(上海)有限公司