一种微机电系统的制作方法

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一种微机电系统的制作方法

本实用新型涉及微机电相关技术领域,特别是一种微机电系统。



背景技术:

微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)芯片是集微传感器、微执行器、微机械结构、微电源微能源、信号处理和控制电路、高性能电子集成芯片、接口、通信等于一体的微型芯片,其广泛应用于高新技术产业。

通常,会设计专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)芯片来驱动MEMS芯片,形成微机电系统。

然而,现有的MEMS芯片的制作基于6寸或8寸晶圆工艺加工,而一般的IC芯片大多数为8寸或12寸晶圆工艺,因此MEMS芯片的大小与ASIC芯片的大小并不适配,导致其不能实现晶圆级封装,现有的封装形式多数还是采用的是传统的WB等封装,MEMS芯片与ASIC芯片的堆叠后通过WB方式实现其封装。



技术实现要素:

基于此,有必要针对现有技术无法实现MEMS芯片与ASIC芯片晶圆级封装的技术问题,提供一种微机电系统。

本实用新型提供一种微机电系统,包括:采用扇出封装的微机电系统芯片晶圆、采用扇入封装的专用集成电路芯片晶圆,所述微机电系统芯片晶圆上设有与微机电系统管脚电连接的微机电系统凸块,所述微机电系统凸块与所述专用集成电路芯片晶圆正面的专用集成电路凸块电连接。

进一步的,所述微机电系统芯片晶圆包括:微机电系统芯片,所述微机电系统芯片埋置在有机树脂内,微机电系统芯片的正面设置有一层微机电系统绝缘层,所述微机电系统绝缘层与所述微机电系统芯片的微机电系统管脚对应的位置设有盲孔,在所述绝缘层上设有通过所述盲孔与所述微机电系统管脚电连接的微机电系统重布线层,在所述微机电系统重布线层上设有一层微机电系统钝化层,并且在所述微机电系统钝化层上设有通过球下金属层与所述微机电系统管脚电连接的微机电系统凸块。

更进一步的,所述微机电系统凸块设置在所述有机树脂的投影范围内。

更进一步的,所述微机电系统芯片埋置在有机树脂内,并露出所述微机电系统芯片的功能区域。

进一步的,所述专用集成电路芯片晶圆包括:专用集成电路芯片,所述专用集成电路芯片的正面设有专用集成电路凸块,所述专用集成电路芯片的背面蚀刻有硅槽,在所述硅槽底部设有底槽,在所述硅槽内以及所述专用集成电路芯片的背面设有第一专用集成电路绝缘层,在所述硅槽内沉积有通过电镀增厚的金属层,在所述第一专用集成电路绝缘层上设有与所述专用集成电路管脚电连接的专用集成电路重布线线路层,在所述专用集成电路重布线线路层上方设置有第二专用集成电路绝缘层,在所述第二专用集成电路绝缘层的焊球阵列的植球位置设置有专用集成电路球下金属层,所述专用集成电路球下金属层上设置有焊球阵列球。

更进一步的,所述硅槽蚀刻在相邻两个所述集成电路凸块之间。

更进一步的,所述底槽为梯形槽。

本实用新型将MEMS芯片通过扇出型封装形式,使其尺寸能够和ASIC芯片晶圆实现晶圆级封装,通过其凸块(bump)焊接的方式通过ASIC芯片的fan-in的方式引出到外界连接,从而可以通过晶圆级的封装实现MEMS芯片与ASIC芯片集成封装。由于采用晶圆级封装有效缩短了芯片之间以及与外界相连的路径,从而提高了系统的性能。从ASIC芯片的背面直接通过RDL引出到外界,从而可以保证ASIC芯片的高速信号的传输。

附图说明

图1为实现本实用新型的微机电系统芯片晶圆的封装方法的流程示意图;

图2为实现本实用新型的微机电系统的封装方法的工作流程图;

图3为实现本实用新型对微机电系统芯片晶圆和专用集成电路芯片晶圆进行微机电系统封装的流程示意图;

图4为实现本实用新型的专用集成电路芯片晶圆的封装方法的流程示意图;

图5为本实用新型一种微机电系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细的说明。

如图5所示为本实用新型一种微机电系统的结构示意图,包括:采用扇出封装的微机电系统芯片晶圆1、采用扇入封装的专用集成电路芯片晶圆2,所述微机电系统芯片晶圆1上设有与微机电系统管脚电连接的微机电系统凸块19,所述微机电系统凸块19与所述专用集成电路芯片晶圆2正面的专用集成电路凸块22电连接。

具体来说,微机电系统芯片晶圆1采用扇出封装,从而扩大其尺寸,而专用集成电路芯片晶圆2,以尽量减少其封装尺寸,从而使得微机电系统芯片晶圆1和专用集成电路芯片晶圆2的尺寸能够适应,以实现晶圆级封装。

本实用新型将MEMS芯片通过扇出型封装形式,使其尺寸能够和ASIC芯片晶圆实现晶圆级封装,通过其凸块(bump)焊接的方式通过ASIC芯片的fan-in的方式引出到外界连接,从而可以通过晶圆级的封装实现MEMS芯片与ASIC芯片集成封装。由于采用晶圆级封装有效缩短了芯片之间以及与外界相连的路径,从而提高了系统的性能。从ASIC芯片的背面直接通过RDL引出到外界,从而可以保证ASIC芯片的高速信号的传输。

在其中一个实施例中,所述微机电系统芯片晶圆1包括:微机电系统芯片11,所述微机电系统芯片11埋置在有机树脂13内,微机电系统芯片11的正面设置有一层微机电系统绝缘层15,所述微机电系统绝缘层15与所述微机电系统芯片的微机电系统管脚14对应的位置设有盲孔16,在所述绝缘层15上设有通过所述盲孔16与所述微机电系统管脚14电连接的微机电系统重布线层17,在所述微机电系统重布线层17上设有一层微机电系统钝化层18,并且在所述微机电系统钝化层18上设有通过球下金属层与所述微机电系统管脚14电连接的微机电系统凸块19。

本实施例的MEMS芯片为扇出型封装结构,使其尺寸能够和ASIC芯片晶圆实现晶圆级封装。

在其中一个实施例中,所述微机电系统凸块19设置在所述有机树脂13的投影范围内。

本实施例将微机电系统凸块设置在所述有机树脂的投影范围内,使得在切割时能够在有机树脂范围内切割,不会影响到MEMS芯片本身。

在其中一个实施例中,所述微机电系统芯片埋置在有机树脂内,并露出所述微机电系统芯片的功能区域111。

本实施例将微机电系统芯片的功能区域露出,从而便于MEMS芯片与外界交流。

在其中一个实施例中,所述专用集成电路芯片晶圆2包括:专用集成电路芯片21,所述专用集成电路芯片21的正面设有专用集成电路凸块22,所述专用集成电路芯片21的背面蚀刻有硅槽24,在所述硅槽24底部设有底槽26,在所述硅槽24内以及所述专用集成电路芯片21的背面设有第一专用集成电路绝缘层25,在所述硅槽24内沉积有通过电镀增厚的金属层28,在所述第一专用集成电路绝缘层25上设有与所述专用集成电路管脚电连接的专用集成电路重布线线路层29,在所述专用集成电路重布线线路层29上方设置有第二专用集成电路绝缘层210,在所述第二专用集成电路绝缘层210的焊球阵列的植球位置设置有专用集成电路球下金属层,所述专用集成电路球下金属层上设置有焊球阵列球3。

本实施例的ASIC芯片为扇入型封装结构,使其尺寸能够和MEMS芯片的晶圆实现晶圆级封装。

在其中一个实施例中,所述硅槽蚀刻在相邻两个所述集成电路凸块之间。

本实施例将硅槽蚀刻在相邻两个所述集成电路凸块之间,使得开设的硅槽也在相邻两个所述集成电路凸块之间,便于后期划切。

在其中一个实施例中,所述底槽为梯形槽。

作为本实用新型最佳实施例,其封装方法如下:

如图1所示为实现本实用新型的微机电系统芯片晶圆的封装方法的流程示意图,包括:

步骤S101,将微机电系统芯片11的正面与微机电系统承载板12进行临时键合;

步骤S102,将微机电系统芯片11埋置在有机树脂内13,并露出所述微机电系统芯片的功能区域111,得到埋置有芯片的圆片;

步骤S103,将微机电系统承载板12与所述圆片拆键合,并裸露出所述微机电系统芯片上的微机电系统管脚14;

步骤S104,在微机电系统芯片11的正面制作一层微机电系统绝缘层15;

步骤S105,在微机电系统芯片的微机电系统管脚14对应的位置去除微机电系统绝缘层形成盲孔16;

步骤S106,制作通过所述盲孔16与所述微机电系统管脚14电连接的微机电系统重布线层17,制作覆盖所述微机电系统重布线层17的钝化层18,并且在微机电系统凸块对应的位置制作微机电系统球下金属层;

步骤S107,在所述微机电系统球下金属层制作与所述微机电系统管脚电连接的微机电系统凸块19,所述微机电系统凸块设置在所述有机树脂的投影范围内,得到扇出封装完成的微机电系统芯片晶圆1。

具体来说:

步骤S101,临时贴片:将MEMS芯片11通过临时键合胶121等按照其一定的位置精度正面朝下贴装到承载板12上,该承载板12的大小与要进行键合的MEMS芯片11的晶圆大小相同,材料可以为金属、硅(Si)、玻璃等等材料;

步骤S102,塑封:通过相关设备将MEMS芯片埋置到有机树脂内,该树脂可以为模顶(molding)胶,也可以为其他的相关的环氧、聚酰亚胺Polyimide,PI)、苯并环丁烯(Benzocyclobutene,BCB)等树脂材料,材料的形态可以为液态、固态、膜状等,所使用的设备可以为塑封机、压膜机、高温压机等;

步骤S103,拆临时键合承载板:将承载板与已经埋置有芯片的圆片拆键合,从而将芯片上的I/O管脚(pad)裸露出来,为进行下步的RDL的制作做好准备;

步骤S104,RDL绝缘层制作:在芯片的正面的圆片上面制作一层绝缘层,同样该绝缘层材料可以为有机树脂也可以为无机的材料,制作方法包含有喷涂、甩胶、压膜、气相沉积等等;

步骤S105,RDL与芯片连接的盲孔制作:在芯片pad对应的位置通过一定的工艺方法将绝缘层去除形成盲孔,该工艺方法可以为钻孔工艺、通过曝光显影工艺、也可以通过干法或湿法刻蚀工艺等方式制作;

步骤S106,RDL线路层制作:通过制作种子层、电镀、曝光、显影、蚀刻等工艺步骤实现芯片上pad的再分布线路层制作,并且在该线路层上面制作一层钝化层,用于保护RDL的线路,并且在植球的位置制作所对应的UBM层;

步骤S107,倒装焊工艺(Bumping):在MEMS芯片I/O凸块相对应的位置通过倒装焊工艺制作与MEMS芯片相连接的微凸块(micro bump),该bump的材料可以为铜柱凸块(Copper pillar bump)等。

如图4所示为实现本实用新型的专用集成电路芯片晶圆的封装方法的流程示意图,具体包括:

步骤S401,将专用集成电路芯片21带专用集成电路凸块22的正面与专用集成电路载板23进行临时键合;

步骤S402,将专用集成电路芯片21从背面进行减薄至所设计厚度;

步骤S403,在专用集成电路芯片21背面设定蚀刻硅槽区域,在蚀刻硅槽区域蚀刻出硅槽24,所述蚀刻硅槽区域的投影在相邻两个所述集成电路凸块22之间;

步骤S404,在硅槽24内以及所述专用集成电路芯片21的背面制作第一专用集成电路绝缘层25;

步骤S405,通过划切的方式在硅槽24的底部划切出底槽26,划切的深度控制在专用集成电路芯片正面的专用集成电路管脚与临时键合的胶27的界面位置;

步骤S406,在硅槽24内制作金属层28;

步骤S407,对所沉积的金属层28进行电镀增厚,然后制作与所述专用集成电路管脚电连接的专用集成电路重布线线路层29;

步骤S408,制作覆盖所述专用集成电路重布线线路层的第二专用集成电路绝缘层210,并在焊球阵列的植球位置制作专用集成电路球下金属层;

步骤S409,通过拆键合的方式将所述专用集成电路芯片21与所述专用集成电路承载板23进行分离,得到封装完成的专用集成电路芯片晶圆。

具体来说:

步骤S401,临时键合:将ASIC芯片带专用集成电路凸块(bump)的正面与临时键合的承载板进行临时键合,可以通过临时键合胶或临时键合胶膜;

步骤S402,芯片减薄:将ASIC芯片从背面进行减薄,减薄至所要求的厚度;

步骤S403,芯片背面蚀刻:通过光刻胶工艺将所蚀刻硅腔外的区域进行保护,然后进行刻蚀工艺(干法或湿法工艺)蚀刻出图中所示的硅槽,该槽具有一定的斜边,从而可以方便进行后面RDL线路层制作;

步骤S404,硅槽内保护层制作:在硅槽内以及硅的表面使用喷涂方式进行绝缘层制作或通过沉积的方式进行绝缘层和保护层的制作;

步骤S405,槽内划槽:通过划切的方式在硅槽的底部进行划切开所示的梯形的底槽,划切的深度控制在将芯片正面的金属管脚(pad)与临时键合的胶的界面位置;

步骤S406,槽内金属层沉积制作:在金属槽内沉积其阻挡层以及种子层等金属层;

步骤S407,线路层电镀及RDL线路层制作:通过图形电镀或全板电镀的方式对所沉积的金属层进行增厚,然后通过光刻胶掩膜层制作出封装的RDL线路层;

步骤S408,RDL绝缘层制作:在通过的喷涂或沉积的方式进行RDL线路层上方的绝缘层的制作,并在BGA植球的位置进行BGA球UBM层的制作;

步骤S409,拆键合:通过拆键合的方式已经完成封装的芯片晶圆与承载板进行分离。

如图2所示为实现本实用新型的微机电系统的封装方法的工作流程图,包括:

步骤S201,使用如前所述的微机电系统芯片晶圆封装方法对微机电系统芯片进行扇出封装得到微机电系统芯片晶圆,对专用集成电路芯片进行扇入封装得到专用集成电路芯片晶圆;

步骤S202,对所述微机电系统芯片晶圆和所述专用集成电路芯片晶圆进行微机电系统封装,得到包含有微机电系统芯片晶圆以及专用集成电路芯片晶圆的微机电系统级封装结构。

本实用新型采用晶圆级封装有效缩短了芯片之间以及与外界相连的路径,从而提高了系统的性能。从ASIC芯片的背面直接通过RDL引出到外界,从而可以保证ASIC芯片的高速信号的传输。

如图3所示,所述步骤S202,具体包括:

步骤S301,将完成扇出封装的微机电系统芯片晶圆1和完成扇入封装的专用集成电路芯片晶圆2通过晶圆级键合工艺完成组装互连;

具体来说,将完成扇出封装的微机电系统芯片晶圆1和完成扇入封装的专用集成电路芯片晶圆2,通过晶圆级键合工艺对所述微机电系统芯片晶圆的微机电系统凸块19与所述专用集成电路芯片晶圆的专用集成电路凸块22进行组装互连。

步骤S302,在微机电系统芯片晶圆1的背面通过蚀刻工艺将其所要求的微机电系统物理结构进行释放;

步骤S303,通过晶圆级键合工艺对微机电系统芯片晶圆1进行盖帽键合;

步骤S304,在所述专用集成电路芯片晶圆2背面制作焊球阵列球3;

步骤S305,对所述微机电系统芯片晶圆1和所述专用集成电路芯片晶圆2进行划切,得到形成包含有微机电系统芯片晶圆以及专用集成电路芯片晶圆的微机电系统级封装结构。

具体来说:

步骤S301,MEMS晶圆级键合:将已经完成封装的MEMS芯片晶圆和ASIC芯片晶圆通过晶圆级键合工艺完成组装互连;

步骤S302,MEMS芯片结构释放:在MEMS芯片晶圆的背面通过蚀刻工艺将其所要求的MEMS物理结构进行释放,MEMS芯片晶圆的背面与MEMS芯片的背面方向一致;

步骤S303,MEMS芯片盖帽(cap)制作:通过晶圆级键合工艺将MEMS芯片晶圆所需的CAP进行键合,从而保护其MEMS芯片的可动的结构部件;

步骤S304,植焊球阵列(Ball Grid Array,BGA)球:在ASIC芯片的背面凸点位置进行植BGA球从而完成其与外界直接的连接端口;

步骤S305,划片:在所述专用集成电路芯片晶圆的所述硅槽的位置,对所述微机电系统芯片晶圆和所述专用集成电路芯片晶圆进行划切,从而形成包含有MEMS芯片晶圆以及其ASIC驱动芯片晶圆的MEMS系统级封装结构。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本实用新型的保护范围。因此,本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

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