Mems芯片封裝結構及晶圓級封裝方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及芯片的晶圓級封裝技術領域，尤其涉及一種MEMS芯片封裝結構及晶圓級封裝方法。
【背景技術】
[0002]MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems)芯片封裝結構，目前普遍的結構及制作方法是采用玻璃或硅作為蓋板，將蓋板與MEMS芯片鍵合后，然后在MEMS芯片背面進行研磨，刻娃，制作線路，長錫球等封裝工藝。該方法大多制程都在MEMS芯片上，不可避免會導致應力積累等問題，為了減小應力對MEMS芯片的影響，通常采用先制作一表面具有微凸點的蓋板，微凸點連接金屬線路，金屬線路通過蓋板上的導通孔延伸到蓋板的另一表面，這樣通過微凸點與MEMS芯片的焊墊的鍵合，將可將芯片電性引到蓋板的另一表面。但如此設計，需要在芯片功能區(qū)周圍另設密封圈以保證芯片功能區(qū)的氣密性，現(xiàn)有技術中，通常將密封圈與邊緣的微凸點隔開一定的距離，具體寬度根據(jù)MEMS芯片大小而制定，或者在密封圈與微凸點之間填充有底部填充膠。但是，這種結構的鍵合有待進一步改進，以滿足對密封圈的密封性，抗氣壓能力，黏結性和可靠性提出的更高要求。
【發(fā)明內容】
[0003]為了解決上述技術問題，本發(fā)明提出一種MEMS芯片封裝結構及晶圓級封裝方法，通過將密封圈的寬度增大，增加了密封圈與MEMS芯片及蓋板的黏結面積，從而加強了黏結力，保證了密封能力，并提高了抗氣壓能力，增加了可靠性。
[0004]本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的:
[0005]—種MEMS芯片封裝結構，包括:
[0006]MEMS芯片，所述MEMS芯片的功能面具有功能區(qū)和位于功能區(qū)周邊的若干焊墊，所述焊墊與功能區(qū)電性相連；所述MEMS芯片的功能面上制作有微凸點連接部和密封圈連接部，所述微凸點連接部與所述焊墊電性相連；
[0007]蓋板，所述蓋板具有第一表面和與其相對的第二表面，所述第一表面制作有微凸點和密封圈，所述蓋板通過所述微凸點及密封圈與所述MEMS芯片對應位置的微凸點連接部及密封圈連接部鍵合，形成鍵合凸點及鍵合密封圈；
[0008]該鍵合密封圈密封環(huán)繞所述MEMS芯片的功能區(qū)，且鍵合密封圈外邊緣延伸并靠近所述MEMS芯片的邊緣，并與所述MEMS芯片的邊緣相距一第一距離，并使所述鍵合凸點及所述焊墊內嵌在所述鍵合密封圈中，并與所述鍵合密封圈之間有一隔離間隙。
[0009]進一步的，所述蓋板的第一表面對應MEMS芯片功能區(qū)的位置形成一空腔，且所述空腔位于所述鍵合密封圈內。
[0010]進一步的，所述鍵合密封圈與鍵合凸點的材料相同，均為金屬材料，且所述鍵合密封圈的高度與所述鍵合凸點的高度相同。
[0011]進一步的，所述鍵合密封圈為圓環(huán)或圓角方環(huán)或圓角多邊環(huán)或不規(guī)則形狀的環(huán)形。
[0012]進一步的，所述第一距離范圍為1?ΙΟΟΟμηι。
[0013]進一步的，所述隔離間隙的寬度范圍為10?50μπι。
[0014]進一步的，還包括，
[0015]導通孔，貫通所述蓋板；
[0016]絕緣層，鋪設于所述導通孔側壁及蓋板的第一表面和第二表面；
[0017]金屬布線層，鋪設于所述絕緣層上，并通過所述導通孔連接所述蓋板第一表面上的鍵合微凸點與第二表面預設焊球位置的焊盤；
[0018]保護層，形成于所述蓋板第二表面的金屬布線層上及所述導通孔內的金屬布線層上;所述保護層上形成有電連接所述金屬布線層的若干焊接部。
[0019]進一步的，所述蓋板的第二表面上形成有若干凹槽。
[0020 ] 一種MEMS芯片晶圓級封裝方法，包括以下步驟:
[0021]Α.提供一具有若干MEMS芯片的晶圓，所述MEMS芯片的功能面具有功能區(qū)和位于功能區(qū)周邊的若干焊墊，所述焊墊與所述功能區(qū)電性相連，相鄰MEMS芯片之間具有切割道；
[0022]B.提供一蓋板，所述蓋板具有對應每個MEMS芯片的若干單元，每個單元上制作有導通孔，所述導通孔側壁及蓋板第一表面和第二表面上鋪有絕緣層；絕緣層表面鋪有金屬布線層，所述金屬布線層通過所述導通孔將蓋板的第一表面的電性引至第二表面，所述導通孔內空隙由金屬或聚合物填充；
[0023]C.在蓋板每個單元上預設密封圈的位置形成一與金屬布線層材質相同的金屬圈，相鄰金屬圈之間有一大于晶圓的切割道的間隙；所述導通孔、所述第一表面上的金屬布線層位于所述金屬圈內，并與所述金屬圈之間有一隔離間隙；
[0024]D.在第一表面的金屬布線層上預設微凸點的位置生長金屬形成微凸點，在金屬圈上生長金屬形成密封圈；
[0025]E.在晶圓上分別設置對應微凸點的微凸點連接部和對應密封圈的密封圈連接部；
[0026]F.通過微凸點及密封圈與微凸點連接部及密封圈連接部的鍵合，形成鍵合凸點及鍵合密封圈，將所述蓋板和所述晶圓鍵合在一起。
[0027]G.切割蓋板及晶圓，形成單顆MEMS晶圓級封裝結構。
[0028]進一步的，所述微凸點和所述密封圈通過電鍍或化鍍方式形成。
[0029]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提供一種MEMS芯片封裝結構及晶圓級封裝方法，其中，MEMS芯片的功能面與蓋板的第一表面的鍵合連接通過鍵合密封圈和若干鍵合凸點實現(xiàn)，鍵合密封圈密封環(huán)繞MEMS芯片的功能區(qū)，為功能區(qū)的功能組件提供密封的工作空間，鍵合凸點電連接引至蓋板第一表面的金屬布線層與MEMS芯片的焊墊，以將MEMS芯片的焊墊的電性通過導通孔引至蓋板的第二表面。特別的，鍵合密封圈的外邊緣延伸并靠近MEMS芯片的邊緣，并與MEMS芯片的邊緣相隔一第一距離;鍵合凸點、導通孔及引至蓋板第一表面的金屬布線層均內嵌在鍵合密封圈中，并與鍵合密封圈之間相隔一隔離間隙。這樣，密封圈的寬度得到了增大，增加了密封圈與MEMS芯片及蓋板的黏結面積，從而加強了黏結力，保證了密封能力，并提高抗氣壓能力，增加可靠性。較佳的，MEMS晶圓級封裝結構中蓋板第一表面上設有空腔，蓋板第一表面與MEMS芯片的功能面鍵合時，空腔與MEMS芯片功能區(qū)形成密閉空間；蓋板的第二表面上刻有若干凹槽，可以緩解蓋板與MEMS芯片鍵合時，由于空腔導致的蓋板應力，以削減翹曲度，提高蓋板與MEMS芯片的鍵合效果。且該若干凹槽，還可以緩解蓋板與電路板(功能基板)鍵合時的焊接應力，以提尚MEMS芯片的封裝可靠性。
【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明一實施例MEMS芯片晶圓級封裝結構剖面圖；
[0031]圖2為本發(fā)明中MEMS芯片剖面透視圖；
[0032]圖3為本發(fā)明中蓋板第一表面的俯視圖；
[0033]圖4為圖3中A-A向#lj面透視圖；
[0034]圖5為圖4中B處放大結構示意圖；
[0035]圖6為本發(fā)明另一實施例MEMS芯片晶圓級封裝結構剖面圖；
[0036]結合附圖，作以下說明:
[0037]1-MEMS 芯片101-功能區(qū)
[0038]102-焊墊2-蓋板
[0039]201-第一表面202-第二表面
[0040]203-空腔204-導通孔[0041 ]205-凹槽 3-微凸點連接部
[0042]4-密封圈連接部5-微凸點
[0043]6-密封圈7-鍵合凸點
[0044]8-鍵合密封圈9-第一距離
[0045]10-隔離間隙11-絕緣層
[0046]12-金屬布線層13-保護層
[0047]14-焊接部
【具體實施方式】
[0048]為使本發(fā)明的技術方案能夠更加易懂，下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做詳細的說明。為方便說明，實施例附圖的結構中各組成部分未按正常比例縮放，故不代表實施例中各結構的實際相對大小。其中所說的結構或面的上面或上側，包含中間還有其他層的情況。
[0049]如圖1、圖2、圖3、圖4和圖5所示，一種MEMS芯片封裝結構，包括:
[0050]一 MEMS芯片1，所述MEMS芯片的功能面具有功能區(qū)101和位于功能區(qū)周邊的若干焊墊102，所述焊墊與功能區(qū)電性相連，作為芯片功能區(qū)與外界的連通的窗口；所述MEMS芯片的功能面上制作有微凸點連接部3和密封圈連接部4，如圖2所示，該微凸點連接部與MEMS芯片的焊墊電性相連，本實施例中該功能區(qū)的器件可以為懸臂梁結構。
[0051 ] 一蓋板2，所述蓋板具有第一表面201和與其相對的第二表面202，所述第一表面制作有微凸點5和密封圈6，所述蓋板通過所述微凸點及密封圈與所述MEMS芯片對應位置的微凸點連接部及密封圈連接部鍵合，形成鍵合凸點7及鍵合密封圈8;
[0052]該鍵合密封圈密封環(huán)繞所述MEMS芯片的功能區(qū)，且鍵合密封圈外邊緣延伸并靠近所述MEMS芯片的邊緣，并與所述MEMS芯片的邊緣相距一第一距離9，并使所述鍵合凸點及所述焊墊內嵌在所述鍵合密封圈中，并與所述鍵合密封圈之間有一隔離間隙10;
[0053]一導通孔204，貫通所述蓋板;本實施例中，導通孔的形狀為直孔。金屬線路通過直孔將蓋板第一表面的鍵合凸點的電性引到第二表面的焊球上。鍵合凸點與MEMS芯片的焊墊電性連通，從而將MEMS芯片的電性引到蓋板的第二表面。
[0054]一絕緣層11，鋪設于所述導通孔側壁及蓋板的第一表面和第二表面;絕緣層用來隔離MEMS芯片上的硅，防止短路，絕緣層的材料可以是無機非金屬材料，如二氧化硅，也可以是高分子絕緣材料，如光刻膠等。
[0055]—金屬布線層12，鋪設于所述絕緣層上，并通過所述導通孔連接所述蓋板第一表面上的鍵合微凸點與第二表面預設焊球位置的焊盤；
[0056]—保護層13，形成于所述蓋板第二表面的金屬布線層上及所述導通孔內的金屬布線層上;所述保護層上形成有電連接所述金屬布線層的若干焊接部14。焊接部可以為焊球，如錫球，可以為焊料微凸點，或者直接為UBM，或為銅柱，本實施例中焊接部為焊球。金屬布線層的上表面覆蓋的保護層，其材料可以為高分子聚合物、氧化硅、氮化硅等，起絕緣和保護金屬線路的作用。
[0057]上述結構中，MEMS芯片的功能面與蓋板的第一表面的鍵合連接通過鍵合密封圈和若干鍵合凸點實現(xiàn)，鍵合密封圈密封環(huán)繞MEMS芯片的功能區(qū)，為功能區(qū)的功能組件提供密封的工作空間，鍵合