Mems气密性封装结构及封装方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体MEMS芯片晶圆级封装领域，尤其涉及一种金属包裹键合界面实现MEMS气密性的封装结构及封装方法。
【背景技术】
[0002]随着物联网和智能移动终端的兴起，传感器的小型化和系统集成需求，使得封装变得越来越重要，由于MEMS封装复杂，有些MEMS产品中封装成本高达60%。低成本和高性能的封装是实现MEMS器件产业化的重要保证。
[0003]MEMS封装可以是基于基板的，比如LGA封装，基于框架的，比如QFN封装。目前越来越的MEMS封装采用晶圆级芯片尺寸(WLCSP)封装。其中，图像传感器、加速度计、陀螺等产品采用3D WLCSP，该封装方式使用硅通孔技术，取得了很大成功。
[0004]众多的MEMS产品需要气密性封装。通常气密性封装需要使用金属键合，阳极键合才能实现。但是工艺比较复杂，成本比较高；有些产品，采取封装完成后进行金属密封或包裹，增加封装的成本;使用聚合物胶或者干膜把玻璃圆片和圆片键合，成本较低，但这些键合材料，使得器件的气密性很难保证。
[0005]很多MEMS器件，例如加速度计，主要用途是汽车电子等领域，所以对于该产品可靠性要求高。采用聚合物胶、干膜等有机材料进行晶圆密封，降低了成本的同时存在可靠性结果不满足要求的风险。
【发明内容】
[0006]为了实现使用聚合物键合获得较好的气密封，本发明提出了一种金属包裹键合界面实现MEMS气密性的封装结构及封装方法，获得了良好的密封效果，且工艺过程中没有增加工艺步骤和成本，实现了很好的密封性，具有低成本和高可靠性等优点。
[0007]本发明的技术方案是这样实现的:
[0008]—种MEMS气密性封装结构，包括一功能面边缘带有焊垫的MEMS芯片和一用于密封该MEMS芯片的盖子，所述MEMS芯片的功能面边缘与所述盖子的正面边缘通过一定宽度和厚度的聚合物层键合在一起，所述MEMS芯片的外边焊垫侧面与通向MEMS芯片背部或盖子背部的导电线路连接，所述聚合物层暴露的侧面至少80%的面积由一金属块及所述导电线路密封包裹，且金属块的宽度至少包裹住该聚合物层暴露的侧面。
[0009]进一步的，所述盖子为中部带有空腔的硅板或玻璃板。
[0010]进一步的，所述聚合物层为胶或干膜。
[0011]进一步的，所述导电线路为铜、镍、金、铝、镍磷、钯和钛中的一种的单层金属结构或几种的多层金属结构。
[0012]进一步的，所述金属块为铜、镍、金、铝、镍磷、钯、钛、铬和铁中的一种的单层金属结构或几种的多层金属结构。
[0013]进一步的，所述导电线路、所述金属块及裸露的聚合物层外覆盖有一层防焊层。
[0014]进一步的，所述MEMS芯片背部的导电线路上制备有焊球。
[0015]进一步的，所述导电线路与所述金属块相连或不相连，并使各导电线路之间电性相互隔离。
[0016]一种MEMS气密性封装结构的封装方法，包括如下步骤:
[0017]步骤1、提供一具有若干MEMS芯片的圆片和一具有若干盖子的盖片，相邻MEMS芯片之间具有切割道，每个MEMS芯片的功能面边缘带有焊垫，将ffiMS芯片的功能面边缘与盖子的正面边缘通过一定宽度和厚度的聚合物层键合在一起，并使MEMS芯片的焊垫背面被该聚合物层覆盖；
[0018]步骤2、在圆片上切割道位置刻蚀，形成暴露MEMS芯片的焊垫部分正面的沟槽；
[0019 ]步骤3、在沟槽内及MEMS芯片的背部上铺设钝化层；
[0020]步骤4、通过机械切割的方式将焊垫侧面及聚合物层侧面暴露出来；
[0021]步骤5、在所述钝化层上形成将所述焊垫的电性引至所述MEMS芯片的背部上的导电线路，同时形成密封包裹暴露的聚合物层侧面的至少80%面积的金属块；
[0022]步骤6、在所述导电线路、所述金属块及裸露的聚合物层外覆盖有一层防焊层，在防焊层上对应导电线路预设焊盘位置开口，并在开口处制作焊球；
[0023]步骤7、沿切割道切割圆片，形成单颗封装芯片。
[0024]进一步的，所述防焊层为聚合物胶。
[0025]本发明的有益效果是:本发明提供一种MEMS气密性封装结构及封装方法，产品封装过程形成导电线路时，通过光刻导电线路的光罩设计增加产品的金属包封长度，实现了80%的聚合物键合区域被金属包裹，达到了传统金属、陶瓷密封的效果。该封装结构的工艺过程中没有增加工艺步骤和成本，实现了很好密封性，具有低成本和高可靠性等优点。
【附图说明】
[0026]图1为本发明圆片与盖片键合，并在圆片背部切割道位置形成沟槽的剖面示意图；
[0027]图2为本发明在圆片背部及沟槽内铺钝化层的剖面示意图；
[0028]图3为本发明暴露焊垫侧面及聚合物层侧面的剖面示意图；
[0029]图4为本发明制备导电线路及金属块后的导电线路位置剖面示意图；
[0030]图5为本发明制备导电线路及金属块后的俯视示意图；
[0031]图6为本发明制备导电线路及金属块后的金属块位置的剖面示意图；
[0032]图7为本发明单颗封装芯片在导电线路位置的剖面示意图；
[0033]图8为本发明单颗封装芯片在金属块位置的剖面示意图。
[0034]结合附图，做以下说明
[0035]100-MEMS芯片，101-焊垫，102-氧化层，103-沟槽，200-盖子，201-空腔，300-聚合物层，400-钝化层，500-导电线路，600-金属块，700-防焊层，800-焊球，SL-切割道
【具体实施方式】
[0036]为使本发明能够更加易懂，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细的说明。为方便说明，实施例附图的结构中各组成部分未按正常比例缩放，故不代表实施例中各结构的实际相对大小。其中所说的结构或面的上面或上侧，包含中间还有其他层的情况。
[0037]如图7和图8所示，一种MEMS气密性封装结构，包括一功能面边缘带有焊垫101的MEMS芯片100和一用于密封该MEMS芯片的盖子200，所述MEMS芯片的功能面边缘与所述盖子的正面边缘通过一定宽度和厚度的聚合物层300键合在一起，所述MEMS芯片的焊垫背面被该聚合物层覆盖，所述MEMS芯片四周形成有暴露所述聚合物层侧面的沟槽103，且所述沟槽暴露所述焊垫的侧面，所述焊垫暴露的侧面与通向MEMS芯片背部或盖子背部的导电线路500连接，所述聚合物层暴露的侧面至少50%的面积由一金属块600及所述导电线路密封包裹，且金属块的宽度至少包裹住该聚合物层暴露的侧面。该封装结构通过导电线路及金属块密封包裹聚合物层暴露的80%侧面，可达到传统金属、陶瓷密封的效果。且工艺过程中没有增加工艺步骤和成本，仅通过现有封装方案中，修改光刻线路的光罩设计，即可达到，因此，本发明实现了很好的密封性，具有低成本和高可靠性等优点。
[0038]优选的，所述盖子为中部带有空腔201的硅板或玻璃板，为MEMS芯片功能面的功能元件提供密封的工作环境。
[0039]优选的，所述聚合物层为胶或干膜，以实现将MEMS芯片的功能面和盖子的正面粘合在一起。
[0040]优选的，所述导电线路为铜、镍、金、铝、镍磷、钯和钛中的一种的单层金属结构或几种的多层