专利名称：具微机电元件的封装结构及其制法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种封装结构及其制法，尤指一种具微机电元件的封装结构及其制法。
背景技术：
微机电系统(Micro Electro Mechanical System,简称MEMS)是一种兼具电子与机械功能的微小装置，在制造上乃借由各种微细加工技术来达成，一般来说，微机电系统通过将微机电元件设置于基板的表面上，并以保护罩或底胶进行封装保护，以使内部的微机电元件不受外界环境的破坏，而得到一具微机电元件的封装结构。
请参阅图1，其为现有具微机电元件的封装结构的剖视图。如图所示，现有的具微机电元件的封装结构通过将例如为压力感测元件的微机电元件11接置于平面栅格阵列(land grid array,简称LGA)型态的基板10上,并利用打线方式从微机电元件11的电性连接端111电性连接至该LGA基板10的电性连接端101，而使该微机电元件11与基板10电性连接，最终再于封装基板10表面形成金属盖12，以将该微机电元件11包覆于其中，而该金属盖12用以保护该微机电元件11不受外界环境的污染破坏，而该微机电元件封装结构的缺点为体积过大，无法符合终端产品轻薄短小的需求。请参阅图2，为了缩小具微机电压力感测元件的整体封装结构体积，业界又于2005年申请一晶片级压力感测封装结构的公开专利案(公开号为US 2006/0185429)，该封装结构通过将例如为压力感测元件的微机电元件11直接制作于硅基板13上，最后并借由阳极接合(anodic bonding)于该微机电元件11上接合玻璃盖体14。然而，于该硅基板13中形成感测腔体131及贯通硅基板13两表面的通孔132，因此需要使用娃贯孔(Through Silicon Via,简称TSV)技术,而该技术通过应用氢氧化钾(KOH)作为蚀刻剂以形成通孔或凹槽。相较于前述第一种现有技术结构，第2006/0185429号公开专利案所揭示的结构虽可大幅缩小具微机电元件的封装结构的整体体积，但是以TSV技术形成通孔及凹槽的制程不仅价格昂贵，且技术精密度要求也高，故将微机电元件封装结构以晶片制程制作，虽可得到尺寸较小的封装件，但该技术复杂且耗费成本甚钜。因此，如何避免上述现有技术中的种种问题，以使具微机电元件的封装结构的制造成本与体积减少，实已成为目前亟欲解决的课题。
发明内容
有鉴于上述现有技术的缺失，本发明的主要目的在于提供一种具微机电元件的封装结构及其制法，无需制作贯穿硅基板的开孔，以节省生产成本。本发明所提供的具微机电元件的封装结构包括具有相对的第三表面与第四表面的晶片，该第三表面上具有多个微机电元件、多个电性接点与多个第二对位键；用来保护该微机电兀件的板体，其具有相对的第一表面与第二表面、及贯穿该第一表面与第二表面的板体开口，该第一表面上具有多个凹槽、与对应位于各该凹槽周缘的多个密封环，该板体与该晶片相结合，其结合方式为该板体的密封环接置于该晶片的第三表面上以气密封装，且各该微机电兀件对应设于各该凹槽与密封环中，各该电性接点与第二对位键外露于该板体开口，且该第二表面上形成有金属层；多个透明体，借由黏着剂以对应设于各该第二对位键上，使得可于由上方观察该第二对位键；封装层，形成于该晶片的第三表面上，且包覆该板体、电性接点、与透明体；多个焊线，嵌设于该封装层中，且各该焊线的一端连接该电性接点，而另一端外露于该封装层的顶面；以及作为重新分配层的金属导线，形成于该封装层上，且该金属导线借由该焊线以电性连接至该电性接点。本发明还揭露一种具微机电元件的封装结构的制法，包括准备一具有相对的第一表面与第二表面的板体、以及一具有相对的第三表面与第四表面的晶片，该第一表面上具有多个凹槽、多个第一对位键、与对应位于各该凹槽周缘的多个密封环，该第三表面上具有多个微机电元件、多个电性接点与多个第二对位键；将该板体与该晶片结合，其结合方式是借由将各该第一对位键对应至各该第二对位键，并将该板体的密封环接置于该晶片的第三表面上以达成气密封装，且各该微机电元件对应设于各该凹槽与密封环中；从该第二表 面移除部分厚度的板体以减少最终封装结构的厚度；于该第二表面上形成金属层以供后续 焊线连接使用；切割该板体，以形成露出该等电性接点与该等第二对位键的板体开口 ；借由黏着剂以将多个透明体对应设于各该第二对位键上，该透明体可让该第二对位键得由上方观察；以多个焊线连接该电性接点与该金属层；于该晶片的第三表面上形成封装层，以包覆该板体、电性接点、透明体与焊线；从该封装层的顶面移除部分厚度的该封装层与部分该焊线，以外露该焊线的一端供该第二对位键至外部，且该封装层的顶面高于该透明体的顶面；移除该透明体顶面上的该封装层，以避免该封装层遮蔽视线；以及借由该第二对位键来对位，并于该封装层上形成金属导线，该金属导线是借由该焊线以电性连接至该电性接点。由上可知，本发明的具微机电元件的封装结构无需制作贯穿硅基板的开孔(TSV)，故无需购买制作贯穿开孔专用的设备，而可降低生产成本；此外，本发明的板体仅罩设该微机电元件，而非罩设于该焊线上方，且移除部分该焊线，所以更能降低整体厚度与体积；又本发明的封装结构于制作时可从上方透过该透明体来观看该第二对位键，而能直接以一般具有俯视功能的对准仪进行形成该金属导线或线路重布层(RDL)时所需的定位步骤，并因此不需于该晶片底面形成额外的对位键，以作为后续于封装体上形成金属导线或线路重布层的对位键的使用，而能减少至少一次的曝光、显影与蚀刻制程，且无须购置价格昂贵的双面对准仪，故可节省整体制程成本并缩短制程时间。
图I为一种现有具微机电元件的封装结构的剖视图；图2为另一种现有具微机电元件的封装结构的剖视图；以及图3A至图3K为本发明的具微机电元件的封装结构及其制法的剖视图，其中，图3E’为图3E的俯视示意图，图3J’为图3J的另一实施方式。主要元件符号说明10 基板
101、111电性连接端11,41微机电元件12金属盖13硅基板131感测腔体132 通孔14玻璃盖体30 板体 30a 第一表面30b 第二表面300 凹槽301 板体开口31第一对位键32密封环33金属层40 晶片40a第三表面40b第四表面42电性接点43第二对位键44 焊线51黏着剂52透明体53封装层54金属导线55 焊球56第一绝缘层560第一绝缘层开口57第二绝缘层570第二绝缘层开口58凸块下金属层6封装结构。
具体实施例方式以下借由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉本领域的技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉本领域的技术人员的了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“左”、“右”、“顶”、“底”及“一”等用语，也仅为便于叙述明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，也当视为本发明可实施的范畴。请参阅图3A至图3K，其为本发明的具微机电元件的封装结构及其制法的剖视图，其中，图3E’为图3E的俯视示意图，图3J’为图3J的另一实施方式。
首先，如图3A所示，准备一具有相对的第一表面30a与第二表面30b的板体30，该第一表面30a上具有多个第一对位键31，该板体30的材质可为含硅的基材，并借由例如深反应式离子蚀刻(DRIE)、氢氧化钾(KOH)或氢氧化四甲基铵(TMAH)以蚀刻形成多个凹槽300。如图3B所示，于各该凹槽300周缘对应设置密封环32，该密封环32的材质可为玻璃粉(glass frit)、环氧树脂(epoxy)、干膜(dry film)、金(Au)、铜(Cu)、金铟(AuIn)、焊料(solder)、锗(Ge)、锗化铝(AlGe)、或硅锗(SiGe)。如图3C所不,提供一具有相对的第三表面40a与第四表面40b的晶片40,该第三表面40a上具有多个微机电元件41、多个电性接点42与多个第二对位键43，接着，将该板体30与该晶片40结合，其结合方式为借由将各该第一对位键31对应至各该第二对位键43，并将该板体30的密封环32接置于该晶片40的第三表面40a上，且各该微机电元件41对应设于各该凹槽300与密封环32中，其中，该微机电元件41可为陀螺仪、加速度计或射频微机电元件，且此时该微机电元件41已被气密封装在该凹槽300中。如图3D所示，可以研磨方式从该第二表面30b移除部分厚度的板体30，而剩下约200至300微米(ym)厚的板体30，并利用溅镀或蒸镀方式于该第二表面30b上形成金属层33，该金属层33的材质可为铝/铜(Al/Cu)(即依序形成铝层与铜层)。如图第3E所示，切割该板体30，以形成露出该等电性接点42与该等第二对位键43的板体开口 301，然后利用固晶机(die bonder)以借由黏着剂51将多个透明体52对应设于各该第二对位键43上，其中，该黏着剂51的材质可为玻璃粉(glass frit)、环氧树脂(epoxy)、或干膜(dry f ilm),该透明体52的材质可为玻璃。如图3E’所示，该等透明体52的数量较佳为两个，且分别置于该晶片40的周缘处任意相对两侧，要注意的是，图3E’只是要清楚表达该等透明体52的位置(同样是第二对位键43的位置)，因此并未显示所有图3E的构件。如图3F所示，以多个焊线44连接该电性接点42与该金属层33。如图3G所示，于该晶片40的第三表面40a上形成封装层53，以包覆该板体30、电性接点42、透明体52与焊线44。如图3H所示，借由研磨方式从该封装层53的顶面移除部分厚度的该封装层53与部分该焊线44，以外露该焊线44的一端，且该封装层53的顶面略高于该透明体52的顶面，这是因为如果研磨至该透明体52的顶面，则会造成该透明体顶面因研磨而呈模糊雾面且不透光，而无法进行后续对位机台的对位。如图31所示，借由激光烧灼方式以移除该透明体52顶面上的该封装层53，如此则该透明体顶面将会呈透明状。如图3J所示，借由该第二对位键43来对位，并于该封装层53上形成金属导线54，该金属导线54是借由该焊线44以电性连接至该电性接点42，再于该金属导线54上形成焊球55。或者，如图3J’所示，于该封装层53上形成第一绝缘层56，该第一绝缘层56具有多个外露该焊线44的第一绝缘层开口 560，且该金属导线54形成于该第一绝缘层开口 560处以电性连接该焊线44，然后，于该第一绝缘层56与金属导线54上形成第二绝缘层57，且该第二绝缘层57具有多个外露部分该金属导线54的第二绝缘层开口 570，并于该第二绝缘层开口 570处形成凸块下金属层58及其上的焊球55，也就是进行线路重布(Redistribution Line,简称RDL)制程,而达到线路的电性连接垫扩散(Fan out)或内聚(Fan in)的需求，以符合产品设计的需要。如图3K所示，其是延续自图3J，进行切单制程，以得到多个各具微机电元件的封装结构6。本发明还揭露一种具微机电元件的封装结构，包括晶片40，具有相对的第三表 面40a与第四表面40b，该第三表面40a上具有多个微机电元件41、多个电性接点42与多个第二对位键43 ;板体30，具有相对的第一表面30a与第二表面30b、及贯穿该第一表面30a与第二表面30b的板体开口 301，该第一表面30a上具有多个凹槽300、与对应位于各该凹槽300周缘的多个密封环32，该板体30与该晶片40相结合，其结合方式为该板体30的密封环32接置于该晶片40的第三表面40a上，且各该微机电元件41对应设于各该凹槽300与密封环32中，各该电性接点42与第二对位键43外露于该板体开口 301，且该第二表面30b上形成有金属层33 ;多个透明体52，借由黏着剂51以对应设于各该第二对位键43上；封装层53，形成于该晶片40的第三表面40a上，且包覆该板体30、电性接点42、与透明体52 ;多个焊线44，嵌设于该封装层53中，且各该焊线44的一端连接该电性接点42，而另一端外露于该封装层53的顶面；以及金属导线54，形成于该封装层53上，且该金属导线54借由该焊线44以电性连接至该电性接点42。所述的具微机电元件的封装结构中，还可包括第一绝缘层56，形成于该封装层53上，该第一绝缘层56具有多个外露该焊线44的第一绝缘层开口 560，且该金属导线54形成于该第一绝缘层开口 560处以电性连接该焊线44，此外，还可包括第二绝缘层57，形成于该第一绝缘层56与金属导线54上，该第二绝缘层57具有多个外露部分该金属导线54的第二绝缘层开口 570。于上述的具微机电元件的封装结构中，还可包括焊球55，设于该金属导线54上。又于前述的封装结构中，该密封环32的材质可为玻璃粉(glass frit)、环氧树脂(epoxy)、干膜(dry film)、金(Au)、铜(Cu)、金铟(AuIn)、焊料(solder)、锗(Ge)、锗化招(AlGe)、或硅锗(SiGe)。于所述的具微机电元件的封装结构中，该金属层33的材质可为铝/铜(Al/Cu)，且该透明体52的材质可为玻璃。所述的具微机电元件的封装结构中，该微机电元件41可为陀螺仪、加速度计或射频微机电元件，且该黏着剂51的材质可为玻璃粉(glass frit)、环氧树脂(epoxy)、或干膜(dry film)。综上所述，本发明的具微机电元件的封装结构无需制作贯穿硅基板的开孔(TSV)，故无需购买TSV制作用设备，而可降低生产成本；此外，本发明的板体仅罩设该微机电元件，且移除部分该焊线，所以更能降低整体厚度与体积；又本发明的封装结构于制作时可从上方透过该透明体来观看该第二对位键，而能直接以一般的对准仪(aligner)进行形成该金属导线或重布线路层(RDL)时所需的对位步骤，并因此不需于该晶片底面形成额外的对位键，以作为后续于封装体上形成金属导线或重布线路层的对位键的使用，而能减少至少一次曝光、显影与蚀刻等制程步骤，且无须购置价格昂贵的双面对准仪(double sidealigner)，故可节省整体制程成本并缩短制程时间。上述实施例仅用以例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉本领域的技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修改。 因此本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。
权利要求
1.一种具微机电兀件的封装结构，其包括 晶片，具有相对的第三表面与第四表面，该第三表面上具有多个微机电兀件、多个电性接点与多个第二对位键； 板体，具有相对的第一表面与第二表面、及贯穿该第一表面与第二表面的板体开口，该第一表面上具有多个凹槽、与对应位于各该凹槽周缘的多个密封环，该板体与该晶片相结合，其结合方式为该板体的密封环接置于该晶片的第三表面上，且各该微机电元件对应设于各该凹槽与密封环中，各该电性接点与第二对位键外露于该板体开口，且该第二表面上形成有金属层； 多个透明体，借由黏着剂以对应设于各该第二对位键上； 封装层，形成于该晶片的第三表面上，且包覆该板体、电性接点、与透明体； 多个焊线，嵌设于该封装层中，且各该焊线的一端连接该电性接点，而另一端外露于该封装层的顶面；以及 金属导线，形成于该封装层上，且该金属导线借由该焊线以电性连接至该电性接点。
2.根据权利要求I所述的具微机电元件的封装结构，还包括第一绝缘层，形成于该封装层上，该第一绝缘层具有多个外露该焊线的第一绝缘层开口，且该金属导线形成于该第一绝缘层开口处以电性连接该焊线。
3.根据权利要求2所述的具微机电元件的封装结构，还包括第二绝缘层，形成于该第一绝缘层与金属导线上，该第二绝缘层具有多个外露部分该金属导线的第二绝缘层开口。
4.根据权利要求1、2或3所述的具微机电元件的封装结构，还包括焊球，设于该金属导线上。
5.根据权利要求I所述的具微机电元件的封装结构，其特征在于，该密封环的材质为玻璃粉、环氧树脂、干膜、金、铜、金铟、焊料、锗、锗化铝、或硅锗。
6.根据权利要求I所述的具微机电元件的封装结构，其特征在于，该金属层的材质为铝/铜。
7.根据权利要求I所述的具微机电元件的封装结构，其特征在于，该透明体的材质为玻璃。
8.根据权利要求I所述的具微机电元件的封装结构，其特征在于，该黏着剂的材质为玻璃粉、环氧树脂、或干膜。
9.根据权利要求I所述的具微机电元件的封装结构，其特征在于，该微机电元件为陀螺仪、加速度计或射频微机电元件。
10.一种具微机电元件的封装结构的制法，其包括 准备一具有相对的第一表面与第二表面的板体、以及一具有相对的第三表面与第四表面的晶片，该第一表面上具有多个凹槽、多个第一对位键、与对应位于各该凹槽周缘的多个密封环，该第三表面上具有多个微机电元件、多个电性接点与多个第二对位键； 将该板体与该晶片结合，其结合方式为借由将各该第一对位键对应至各该第二对位键，并将该板体的密封环接置于该晶片的第三表面上，且各该微机电元件对应设于各该凹槽与密封环中； 从该第二表面移除部分厚度的板体； 于该第二表面上形成金属层；切割该板体，以形成露出该等电性接点与该等第二对位键的板体开口 ； 借由黏着剂以将多个透明体对应设于各该第二对位键上； 以多个焊线连接该电性接点与该金属层； 于该晶片的第三表面上形成封装层，以包覆该板体、电性接点、透明体与焊线； 从该封装层的顶面移除部分厚度的该封装层与部分该焊线，以外露该焊线的一端，且该封装层的顶面高于该透明体的顶面； 移除该透明体顶面上的该封装层；以及 借由该第二对位键来对位，并于该封装层上形成多个金属导线，该金属导线借由该焊线以电性连接至该电性接点。
11.根据权利要求10所述的具微机电元件的封装结构的制法，还包括于形成该金属导线之前，于该封装层上形成第一绝缘层，该第一绝缘层具有多个外露该焊线的第一绝缘层开口，且该金属导线形成于该第一绝缘层开口处以电性连接该焊线。
12.根据权利要求11所述的具微机电元件的封装结构的制法，还包括于该第一绝缘层与金属导线上形成第二绝缘层，且该第二绝缘层具有多个外露部分该金属导线的第二绝缘层开口。
13.根据权利要求10、11或12所述的具微机电元件的封装结构的制法，于形成该金属导线之后，还包括于该金属导线上形成焊球。
14.根据权利要求10所述的具微机电元件的封装结构的制法，其特征在于，该等凹槽是借由深反应式离子蚀刻、氢氧化钾或氢氧化四甲基铵而蚀刻产生。
15.根据权利要求10所述的具微机电元件的封装结构的制法，其特征在于，该密封环的材质为玻璃粉、环氧树脂、干膜、金、铜、金铟、焊料、锗、锗化铝、或硅锗。
16.根据权利要求10所述的具微机电元件的封装结构的制法，其特征在于，该金属层的材质为铝/铜。
17.根据权利要求10所述的具微机电元件的封装结构的制法，其特征在于，该透明体的材质为玻璃。
18.根据权利要求10所述的具微机电元件的封装结构的制法，其特征在于，该黏着剂的材质为玻璃粉、环氧树脂、或干膜。
19.根据权利要求10所述的具微机电元件的封装结构的制法，其特征在于，该微机电元件为陀螺仪、加速度计或射频微机电元件。
20.根据权利要求10所述的具微机电元件的封装结构的制法，还包括进行切单制程，以得到多个各具微机电元件的封装结构。
全文摘要
一种具微机电元件的封装结构及其制法，该具微机电元件的封装结构包括晶片、板体、透明体、封装层、焊线与金属导线，该晶片上具有多个微机电元件、多个电性接点与多个第二对位键，该板体罩设于该微机电元件上方且气密封装，该透明体对应设于各该第二对位键上，该封装层设于该晶片上，且包覆该板体、电性接点、与透明体，该焊线嵌设于该封装层中，且各该焊线的一端连接该电性接点，而另一端外露于该封装层的顶面，该金属导线设于该封装层上，并借由该焊线以电性连接至该电性接点。本发明的封装结构无需制作贯穿硅基板的开孔，因此能节省生产成本，另外本发明仅以一般的对准仪即能实现相关线路布设制程，故可进一步减低设备成本。
文档编号B81C1/00GK102786024SQ20111018027
公开日2012年11月21日 申请日期2011年6月24日 优先权日2011年5月16日
发明者廖信一, 张宏达, 林辰翰, 邱世冠 申请人:矽品精密工业股份有限公司