Mems芯片封装结构及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种芯片封装结构，尤其涉及一种MEMS芯片封装结构及其制作方法。
【背景技术】
[0002]微电子机械系统(MEMS:MicroElectro Mechanical Systems)是自上个世纪 80年代以来发展起来的一种新型多学科交叉的前沿技术，它融合了微电子学与微机械学，将集成电路制造工艺中的硅微细加工技术和机械工业中的微机械加工技术结合起来，制造出各种性能优异、价格低廉、微型化的传感器、执行器、驱动器和微系统。
[0003]对于MEMS封装而言，既要实现将芯片及内部线路连接部分保护起来，又要保证焊垫外露。传统方法一般是芯片装片和焊线后利用金属盖或塑料盖将其包封起来，对某些半导体MEMS芯片而言，需要高真空应用环境，因此，对于这种半导体MEMS封装技术需要在芯片功能区周围设密封环以保证芯片功能区的气密性，现有技术中，通常将密封环与边缘的导电凸点隔开一定的距离，具体宽度根据MEMS芯片大小而制定。但是，这种结构的键合有待进一步改进，以满足对密封环的密封性，抗气压能力，黏结性和可靠性提出的更高要求。
【发明内容】
[0004]为了解决上述技术问题，本发明提出一种MEMS芯片封装结构及其制作方法，通过在密封环周围与盖板之间增设缓冲层，增加了密封环与盖板的结合力，保证了密封能力，并提高了抗气压能力，增加了可靠性。
[0005]本发明的技术方案是这样实现的:
[0006]一种MEMS芯片封装结构，包括:盖板和MEMS芯片，所述MEMS芯片的功能面具有功能区和位于功能区周边的若干焊垫，所述焊垫与所述功能区电性相连；所述盖板具有第一表面和与其相对的第二表面，所述盖板的第一表面上铺设有第一绝缘层，所述第一绝缘层上铺设有第一金属线路层，所述第一绝缘层上除所述第一金属线路层外的区域上及所述第一金属线路层上铺设有缓冲层，所述第一金属线路层上预设有密封环连接部和与若干所述焊垫相对应的导电凸点连接部，所述缓冲层上开设有暴露所述密封环连接部的第一开口和暴露所述导电凸点连接部的第二开口，所述第一开口内制作有密封环，所述第二开口内制作有导电凸点；所述导电凸点与所述MEMS芯片的功能面的所述焊垫键合在一起，使所述密封环密封环绕在所述MEMS芯片的功能区外；所述盖板的第二表面上形成有电导通结构，将所述盖板第一表面的所述第一金属线路层的电性引至所述盖板第二表面上。
[0007]进一步的，所述盖板第一表面的缓冲层上对应所述MEMS芯片的功能区的位置形成一空腔，且所述空腔位于所述密封环内，并罩住所述MEMS芯片的功能区。
[0008]进一步的，所述盖板的材质与所述MEMS芯片的基底材质相同。
[0009]进一步的，所述密封环的厚度为2 μπι?50 μm，其材质包括铜、锡、镍、银、金、钛的一种或多种。
[0010]进一步的，所述密封环与所述导电凸点的材料相同，均为金属材料，且所述密封环的高度与所述导电凸点的高度相同。
[0011]进一步的，所述电导通结构包括:
[0012]引线开口，形成于所述盖板第二表面上并延伸至所述第一金属线路层上；
[0013]第二绝缘层，覆盖在所述盖板的第二表面上及所述引线开口的侧壁上；
[0014]第二金属线路层，形成于所述第二绝缘层上，电性连接所述第一金属线路层，并引至所述盖板的第二表面上；
[0015]保护层，覆盖于所述盖板第二表面及所述第二金属线路层上；所述保护层上形成有电连接所述第二金属线路层的预留焊盘的焊球。
[0016]一种MEMS芯片封装结构的制作方法，包括以下步骤:
[0017]A.提供一具有若干MEMS芯片的晶圆，所述MEMS芯片的功能面具有功能区和位于功能区周边的若干焊垫，所述焊垫与所述功能区电性相连，相邻MEMS芯片之间具有切割道;
[0018]B.提供一盖板，所述盖板具有对应每个MEMS芯片的若干单元，每个单元具有第一表面和与其相对的第二表面，每个单元的第二表面上制作有引线开口，并于第二表面及引线开口内依次铺设第二绝缘层、第二金属线路层和保护层，并于所述第二金属线路层上留出焊盘；
[0019]C.对所述盖板的第一表面进行研磨或者光刻直至所述第二表面暴露出所述引线开口内的第二金属线路层；
[0020]D.在所述盖板的第一表面依次铺设第一绝缘层、第一金属线路层和缓冲层，且所述第一绝缘层上形成有绝缘开口，所述第一金属线路层通过所述绝缘开口电性连接所述第二金属线路层；所述第一金属线路层上预设有密封环连接部和与若干所述焊垫相对应的导电凸点连接部，于所述缓冲层上开设暴露所述密封环连接部的第一开口和暴露所述导电凸点连接部的第二开口，并于所述第一开口内制作密封环，于所述第二开口内制作导电凸占.V，
[0021]E.使所述盖板第一表面的导电凸点与所述MEMS芯片功能面的焊垫位置相互对应并键合在一起；
[0022]F.在键合之后的所述盖板第二表面预留焊盘位置形成焊球。
[0023]G.切割盖板及晶圆，形成单颗MEMS芯片封装结构。
[0024]进一步的，在步骤D中，于所述缓冲层上对应所述MEMS芯片的功能区的位置形成一空腔，所述空腔位于所述密封环内，并能罩住所述MEMS芯片的功能区；
[0025]进一步的，所述盖板第一表面的缓冲层厚度为2um?30um。
[0026]进一步的，所述密封环的厚度为2um?50um，宽度为不小于30um。
[0027]本发明的有益效果是:本发明提供一种MEMS芯片封装结构及其制作方法，首先，第一绝缘层上除第一金属线路层外的区域上及所述第一金属线路层上铺设有缓冲层，增加了密封环与盖板的结合力，保证了密封能力，并提高了抗气压能力，增加了可靠性，同时由于缓冲层(比如聚亚酰胺)的刚性较弱，有利于释放应力；其次，该封装工艺的互连线是从盖板上而不是从MEMS芯片基底上引出这就大大降低了应力对器件性能的影响；另外，采用与MEMS基底材质相同的盖板降低了传统的与玻璃键合时热膨胀系数过大的问题；最后，盖板上设有空腔，MEMS芯片的功能面与盖板的第一表面的键合连接通过密封环和若干导电凸点实现，密封环密封环绕MEMS芯片的功能区，为功能区的功能组件提供密封的工作空间，这对芯片功能区有很好的保护作用。
【附图说明】
[0028]图1为含有功能区和焊垫的MEMS芯片示意图；
[0029]图2为第二表面含有预留焊盘位置的盖板示意图；
[0030]图3为在盖板第一表面铺设第一绝缘层的结构示意图；
[0031]图4为在盖板第一表面铺设第一金属线路层的结构示意图；
[0032]图5为在盖板第一表面铺设缓冲层并形成第一开口和第二开口的结构示意图；
[0033]图6为在盖板第一表面形成密封环和导电凸点的结构示意图；
[0034]图7为盖板与MEMS芯片键合的结构示意图；
[0035]图8为MEMS芯片封装完成之后的结构示意图。
[0036]结合附图，作以下说明:
[0037]1-盖板2-MEMS 芯片
[0038]201-功能面202-功能区
[0039]203-焊垫3-第一绝缘层
[0040]4-第一金属线路层401-密封环连接部
[0041]402-导电凸点连接部 5-缓冲层
[0042]501-第一开口502-第二开口
[0043]6-密封环7-导电凸点
[0044]8-空腔9-引线开口
[0045]10-第二绝缘层11-第二金属线路层
[0046]12-保护层13-焊球
【具体实施方式】
[0047]为使本发明的技术方案能够更加易懂，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。
[0048]如图8所示，一种MEMS芯片封装结构，包括:盖板I和MEMS芯片2，所述MEMS芯片的功能面201具有功能区202和位于功能区周边的若干焊垫203，所述焊垫与所述功能区电性相连；所述盖板具有第一表面和与其相对的第二表面，所述盖板的第一表面上铺设有第一绝缘层3，所述第一绝缘层上铺设有第一金属线路层4，所述第一绝缘层上除所述第一金属线路层外的区域上及所述第一金属线路层上铺设有缓冲层5，所述第一金属线路层上预设有密封环连接部401和与若干所述焊垫相对应的导电凸点连接部402，所述缓冲层上开设有暴露所述密封环连接部的第一开口 501和暴露所述导电凸点连接部的第二开口 502，所述第一开口内制作有密封环6，所述第二开口内制作有导电凸点7 ;所述导电凸点与所述MEMS芯片的功能面的所述焊垫键合在一起，使所述密封环密封环绕在所述MEMS芯片的功能区外；所述盖板的第二表面上形成有电导通结构，将所述盖板第一表面的所述第一金属线路层的电性引至所述盖板第二表面上。这样，第一绝缘层上除第一金属线路层外的区域上及所述第一金属线路层上铺设有缓冲层，增加了密封环与盖板的结合力，保证了密封能力，并提高了抗气压能力，增加了可靠性，同时由于缓冲层的刚性较弱，有利于释放应力；其次，该封装工艺的互连线是从盖板上而不是从MEMS芯片基底上引出这就大大降低了应力对器件性能的影响。
[0049]优选的，所述盖板第一表面的缓冲层上对应所述MEMS芯片的功能区的位置形成一空腔8，且所述空腔位于所述密封环内，并罩住所述MEMS芯片的功能区。这样，为功能区的功能组件提供了密封的工作空间，这对芯片功能区有很好的保护作用。
[0050]优选的，所述盖板的材质与所述MEMS芯片的基底材质相同；降低了传统的与玻璃键合时热膨胀系数过大的问题。
[0051]优选的，所述密封环的厚度为2 μπι?50 μm，其材质包括铜、锡、镍、银、金、钛的一种或多种。
[0052]优选的，所述密封环与所述导电凸点的材料相同，均为金属材料，且所述密封环的高度与所述导电凸点的高度相同。
[0053]优