芯片封装体及其制造方法
【专利摘要】本发明提出了一种制造芯片封装体的方法。在第一晶片上提供多个芯片。每个芯片都包括通向所述芯片的第一主表面的腔。所述腔被临时地填充或盖住。然后所述芯片被单片化。将单片化的芯片嵌设到封装材料中。然后重新暴露所述腔。
【专利说明】
芯片封装体及其制造方法
技术领域
[0001]本发明大体涉及一种制造芯片封装体的方法并涉及一种芯片封装体。更具体地，本发明涉及一种包括具有腔的芯片的芯片封装体。所述腔通向芯片的第一主面。
【背景技术】
[0002]在封装过程中，腔可能会无意地被封装材料填充。此外，限界腔的结构可能会被损坏。这在腔被机械易碎的结构所限界的情况下尤其是一个问题。
[0003]由于这个和其它原因，本发明是很有必要的。
【发明内容】
[0004]本发明提供了一种制造芯片封装体的方法，该方法包括:在第一晶片上提供多个芯片，所述芯片中的每个均包括第一主面和腔，所述腔包括通向所述第一主面的开口；临时地填充或盖住所述腔;然后单片化所述芯片;将单片化的芯片嵌设到封装材料中；然后使所述腔重新暴露。
[0005]根据本发明的一优选实施例，所述芯片中的每个均具有与所述第一主面相反的第二主面，并且所述腔中的每个均在第二主面处由机械易碎的结构限界。
[0006]根据本发明的一优选实施例，所述机械易碎的结构包括下述结构中的一种:微机电结构、微光学机械结构、薄型集成电路、竖直式半导体部件。
[0007]根据本发明的一优选实施例，临时盖住所述腔的覆盖部包括第二晶片。
[0008]根据本发明的一优选实施例，临时盖住所述腔的覆盖部包括刚性箔。
[0009]根据本发明的一优选实施例，所述覆盖部是粘性接合到所述第一晶片上的。
[0010]根据本发明的一优选实施例，，所述腔在真空下被盖住。
[0011]根据本发明的一优选实施例，所述腔于特定的气压下被盖住，该气压适于所述芯片在进一步的处理过程中所要承受的压力。
[0012]根据本发明的一优选实施例，所述腔在被盖住之前被填充以液体。
[0013]根据本发明的一优选实施例，所述腔的重新暴露是通过磨削处理来实现的。
[0014]根据本发明的一优选实施例，所述封装材料覆盖所述覆盖部并且所述磨削处理对所述封装材料和所述覆盖部进行磨削。
[0015]根据本发明的一优选实施例，所述腔填充以填充材料，所述填充材料能够从所述腔中选择性地去除。
[0016]根据本发明的一优选实施例，所述填充材料是水溶性材料和可选择性蚀刻材料中的一种。
[0017]根据本发明的一优选实施例，所述填充材料具有与所述第一晶片的热膨胀系数不同的热膨胀系数。
[0018]根据本发明的一优选实施例，所述方法还包括在重新暴露所述腔之后蚀刻所述第一晶片。
[0019]根据本发明的一优选实施例，蚀刻所述腔的底部和所述第一晶片的环绕所述腔的上表面。
[0020]根据本发明的另一方面，本发明提供了一种芯片封装体，所述芯片封装体包括:芯片，所述芯片具有第一主面和与所述第一主面相反的第二主面，所述芯片具有第一厚度；腔，所述腔在所述芯片的第一主面处敞开并且至少部分地延伸穿过所述芯片；包围所述芯片的封装材料，所述封装材料具有比所述第一厚度更厚的第二厚度并对所述腔的第二部分进行限界。
[0021]根据本发明的一优选实施例，所述腔在所述芯片的第二主面处由机械易碎的结构限界。
[0022]根据本发明的一优选实施例，所述封装体还包括:盖住所述腔的开口端的盖部，所述盖部布置于所述封装材料上。
[0023]根据本发明的一优选实施例，所述芯片是MEMS芯片和MOEMS芯片中的一种。
[0024]根据本发明的一优选实施例，所述芯片是麦克风芯片。
【附图说明】
[0025]附图被包含以提供对实施例的进一步理解并且包含于并组成了本说明的一部分。附图示出了实施例并且和本说明书一起来说明各实施例的原理。当通过参考以下详细说明会更好地理解其它实施例和各实施例的许多预期优点，从而可以容易意识到其它实施例和各实施例的许多预期优点。
[0026]图1示出根据本发明的第一晶片的剖视图。
[0027]图2示意性示出根据本发明的第一晶片的俯视图。
[0028]图3A-3I示意性示出根据第一实施例的制造微机电芯片封装体的方法。
[0029]图4示意性示出根据本发明的微机电芯片封装体的剖视图。
[0030]图5示意性示出根据本发明的微机电芯片封装体的俯视图。
[0031 ]图6示意性示出根据第二实施例的第一晶片的剖视图。
[0032]图7示意性示出根据第二实施例的微机电芯片封装体的剖视图。
[0033]图8A-8F示意性示出根据第三实施例的微机电芯片封装体的制造方法。
【具体实施方式】
[0034]以下实施例是参考附图来描述的，其中，自始至终相似的附图标记大体上是用来指代相似的元件。在下文的实施方式中，为了说明的目的，对许多具体细节进行阐述以便提供对于实施例的一个或多个方面的透彻了解。然而，对于本领域技术人员来说可能很明显的是，实施例的一个或多个方面可以用这些具体细节的较小程度来实施。因此，不应该以限制的意义理解下文的实施方式，并且保护的范围由所附权利要求来限定。
[0035]总结的不同方面可以以不同的形式体现出来。以下的实施方式以展示的方式示出各种组合和配置，所述方面可以以所述各种组合和配置来实践。需要理解的是，所描述的方面和/或实施例仅仅是示例，并且可以使用其它方面和/或实例，以及可以做结构上和功能上的改变而不背离本发明的范围。此外，尽管实施例的特定特征或方面可能仅仅就多种实施方式中的一种予以公开，但是该特征或该方面可以与其它实施方式的一个或多个特征或方面组合，这是因为这对于任何给定的或者具体的应用可能是期望的或有利的。此外，对于术语“包括”、“具有”、“带有”或其它变体用于【具体实施方式】或者用于权利要求书，这些术语旨在于用包容性的方式来表达与术语“包括”相同的含义。另外，术语“示例性”仅仅意味着举例，而不是最佳的或最优的。
[0036]本文描述了一种芯片封装体及其制造的方法。与所述封装的芯片相关的说明也可以适用于相应的方法，并且反之亦然。例如，如果封装的芯片或芯片封装体的一特定部件被描述，那么尽管提供该部件的动作没有被明确说明或在附图中示出，但是用于制造或生产封装的芯片或芯片封装体的相应方法也包括以合适的方式提供该部件的动作。此外，除非另有说明，否则本文所描述的不同的示例性方面的特征可以互相结合。
[0037]本文描述的方法可以包括在第一晶片上提供多个芯片。第一晶片可以是半导体晶片。半导体晶片可以例如是硅晶片(Si)、砷化镓晶片(GaAs)、有机半导体晶片、或者包含其它II1-V或I1-1V材料或其它任何化合物材料的另外的晶片。第一晶片可以是包括不同材料层的层状晶片。
[0038]每个芯片可以包括一个腔，所述腔通向芯片的第一主面。所述腔可以是任何形式和任何深度。腔可以在与芯片的第一主面相反的第二主面处被限界。可以在芯片中设置腔以形成一种比芯片薄的结构。例如，所述腔在芯片的第二主面处通过机械易碎的结构限界、或者预期通过机械易碎的结构来对腔限界。结构是否属于机械易碎的取决于结构的材料、结构的尺寸和/或结构的形式。结构上是否被认作是机械易碎的取决于在包含该机械易碎结构的芯片上所执行的处理步骤。
[0039]在本申请中，机械易碎的结构可以是在处理过程中容易受到损坏而使得由于机械易碎的结构的损坏降低制造成品率的结构。
[0040]机械易碎的结构可以是薄层。薄层可以是厚度例如为5微米(μπι)以下的层。薄层可以是厚度为例如I微米(μπι)以下的层。薄层可以是厚度例如为500纳米(nm)以下的层。薄层可以包括半导体装置例如竖直晶体管、水平晶体管或其它任何半导体装置。
[0041 ]芯片可以是微机电芯片，也被称为MEMS (微机电系统)芯片。微机电芯片能够实现非常小的电子装置。微机电芯片的一种不例是MEMS麦克风。在MEMS麦克风内，机械易碎的结构可以是膜。MEMS麦克风被用于例如手机、笔记本电脑和平板电脑内。其它微机电系统可以包括传感器和执行器、例如陀螺传感器。
[0042]此外，芯片可以包括微光学机械系统，或换言之，机械易碎的结构可以是微光学机械结构或微光电机械结构。例如，易碎结构的机械挠度可以用光学检测。芯片可以是代表光学MEMS芯片的MOEMS芯片。
[0043]机械易碎结构可以具有I微米(μπι)以下到几微米的尺寸并且非常易于损坏。机械易碎的结构可以在处理过程中被嵌设到牺牲层里，所述牺牲层仅仅在处理过程中的很靠后的时刻被破坏。然而，尽管嵌设在牺牲层中，机械易碎的结构仍然敏感并且在芯片的封装的过程中必须对其采取特殊的照顾。
[0044]待封装的芯片可以包括传感器、换能器或致动器、或者是传感器、换能器或致动器的一部分，所述传感器、换能器或致动器例如为压力传感器、加速度传感器、旋转传感器、伸长传感器、麦克风等。芯片可以包括电子机械元件，所述电子机械元件可以例如是桥、膜、或舌结构(tongue structure)。芯片可以包括光学机械元件。
[0045]麦克风MEMS芯片可以包括膜。该膜可以是柔性膜。麦克风MEMS芯片可以进一步包括可以被称为背板的固定板或刚性板。背板或背电极和膜可以共同形成具有可变电容的检测电容器。它们可以形成将声波转换成电压变化的换能器。另外的MEMS芯片可以被构造为角位置传感器、运动传感器、霍尔传感器或GMR传感器(GMR:巨磁阻)。所述膜可以例如由硅或金属制成。膜的厚度可以小于lOOOnm、小于500m、小于300nm、或更薄。所述膜可以距离背板大约Iym至大约3μηι远。在其它实施例中，该间距可以小于大约Ιμπι或大于大约3μηι。
[0046]第一晶片上所包括的芯片中的每个均可以包含有腔。该腔可以邻近机械易碎的元件或结构。该腔可以被蚀刻到芯片内。换言之，第一晶片可以包含许多腔。所述腔可以是圆形的形状。所述腔可以为任何其它形状。腔的侧壁可以基本上垂直于第一晶片的主表面。腔的侧壁通常可以为缩窄的。对于用在麦克风中或更具体而言用在硅麦克风中的微机电芯片，腔可以限定所谓的麦克风的背容腔(back volume)并且可以从膜延伸到第一晶片的相反表面或更具体而言是延伸到第一硅晶片的相反面。
[0047]多个腔可通过光刻步骤来形成。光刻步骤可以包括:在第一晶片上施加掩模形式的光致抗蚀剂。在蚀刻过程中暴露的半导体表面可以被蚀刻以形成腔，同时没有损坏由掩模保护的部分。在晶片级上的光刻步骤是本领域所公知的并且能达到高精准度的定位。
[0048]然而，在后续的封装步骤中，腔可能被损坏或可能意外地被不期望的材料填充。腔被例如封装材料填充可能会阻碍后续对腔的进出，后续对腔的进出例如用于以另外的材料填充腔或者接触腔的底部。腔被例如封装材料填充可能会损坏处于底层的机电结构或者更普遍而言会损坏机械易碎的结构。制造芯片封装体的方法因此可以进一步包括临时地填充或者盖住所述腔。被临时填充的或盖住的腔不会意外地被不期望的材料填充。在一实施例中，可以通过从与腔的相反的一侧、例如借助在机械易碎的结构的上形成具有凹部的覆盖部来临时覆盖机械易碎的结构从而进一步保护机械易碎的结构。可以通过填充或盖住腔来临时保护所述腔。在一实施例中，可以通过第二晶片临时盖住所述腔。第二晶片可以是半导体晶片。第二晶片也可以是别的刚性材料。所述覆盖部还可以例如是足够厚的粘结箔。第二晶片或者更普遍而言所述覆盖部可以以接合至第一晶片的被所述腔所通向的主侧上地接合至第一晶片。接合可以通过粘合剂实现。任何合适的粘合剂均可以被使用。合适的粘合剂适于进一步的处理步骤过程中所遭受的温度和压力。粘合剂可以是所谓的永久性粘合剂。永久性粘合剂不具有任何使其粘合力被受控破坏的特殊特性。永久性粘合剂也可以具有不允许容易地机械剥离的高粘合力。需要理解的是，尽管腔仅仅是被覆盖部临时地盖住，但是在不提供剥离机制的情况下，覆盖部可以牢固地粘附至第一晶片。粘合可以例如通过粘结箔、或者通过在覆盖部上和/或在第一晶片上施加粘合剂并固化用于接合的粘合剂来实现。
[0049]在一实施例中，将覆盖部接合至第一晶片可以在一特定压力下进行。在一特定压力下接合可以包括在真空下接合，即腔是真空密封的。接合也可以在这样的特定压力下进行，该特定压力比大气压力低但是比真空高以提供处于进一步处理过程中所遭受的最大压力与最小压力之间的中间压力。在另外的实施例中，在将覆盖部接合至第一晶片之前，腔可以由适当的液体填充。尽管腔被气密性关闭或密封，但是也允许在处理步骤中存在极少的压力。
[0050]在另外的实施例中，腔可以由填充材料填充。所述填充材料可以是固体而非液体。在实施例中，填充材料可以包括硅树脂。在具有固体填充材料的实施例中，不需要覆盖部。腔没有被盖住但是由固体填充材料填充以保护所述腔。
[0051]盖住或填充腔进一步对第一晶片提供了稳定性。在实施例中，临时填充腔之后，包括使在第一晶片上的芯片单片化(singulate)。由于覆盖部或填充材料使腔的侧壁稳定，因此可以使用任何用于单片化的分离工艺。尤其可以以锯切的方式来单片化微机电芯片。当然，其它的单片化方法、例如隐形划片(s t ea I th d i c i ng)或蚀刻也是可能的。
[0052]在实施例中，微机电芯片的封装通过制造所谓的重组晶片来实现。单片化的芯片或者晶粒(die)可以被拾取并放置到临时承载部上。半导体晶粒或芯片的拾取和放置可以通过已知的拾取-放置工具来实现。晶粒可以以将相邻的芯片分隔开的距离大于第一晶片上的芯片之间的距离地布置在临时承载部上。也可以将来自其它半导体晶片的其它芯片布置到临时承载部上以形成封装体形式的系统。在麦克风的示例中，包括膜的微机电芯片可以与包括逻辑电路或电源电路的半导体芯片相关联。例如，另外的部件或另外的半导体芯片可以包括前置放大器和输入/输出端。替代地，所述部件可以包括保护装置或集成于前置放大器的功率半导体装置。
[0053]将芯片布置到临时承载部上之后，芯片可以由封装材料封装。该封装材料可以包括聚酰亚胺、环氧树脂、热塑性塑料、陶瓷、金属陶瓷、或金属塑料。该封装材料可以包括层压材料(预浸)、例如复合纤维、玻璃纤维、环氧树脂内的碳纤维。该封装材料可以是包含导热填充材料的环氧树脂。例如，填料的含量可以是至少在大约70%到大约93%之间的氧化硅、氧化铝、氮化硼或氧化锌。该封装材料也可以包括被大量填充材料填充的硅。该封装材料可以覆盖晶粒并且填充晶粒之间的空隙。
[0054]该封装材料可以覆盖所述覆盖部和/或位于所述腔中的填充材料。后续处理可以包括形成再分配层。再分配层可以包括绝缘层和导电层。导电层可以被结构化(structure)。绝缘层可以包含贯通接触部和通孔。
[0055]实施例可以包括:在将单片化的芯片嵌设到封装材料之后，重新暴露所述腔。重新暴露所述腔可以包括磨削步骤。磨削可以包括磨削覆盖用于盖住所述腔的覆盖部的封装材料。重新暴露腔可以包括磨削所述封装材料和部分填充材料。在由固体填充材料填充腔的实施例中，暴露腔可以包括除去填充材料。所述填充材料可以选择性地从腔去除。在一实施例中，填充材料可以为能够选择性地蚀刻的。能够选择性地蚀刻表明蚀刻剂高速蚀刻填充材料，而第一晶片的周围材料例如硅被以非常低的速率被蚀刻。所述填充材料也可以由于为水溶性的所以能够被选择性地去除。该填充材料也可以由于它的热膨胀系数与第一半导体晶片材料的热膨胀系数不同而能够被选择性地去除。因此，将重组晶片置于较低或较高的温度时，该填充材料可以比周围材料收缩得更多并且由此可以容易地从腔中取出。
[0056]在实施例中，所述重新暴露的腔可以被进一步蚀刻。进一步蚀刻腔可能不需要掩模，这是因为腔的侧壁和周围封装材料形成一种硬掩模。不需要进一步的掩模步骤是有利的，这是因为单片化的芯片相对于彼此可能以比在晶片中更小的精准度定位在封装材料中并且由此光刻步骤的精准度较低。蚀刻腔可以包括蚀刻腔的底部和腔侧壁的上表面的各向异性蚀刻。
[0057]在实施例中，机械易碎的结构、例如微机电结构可以由一个或多个牺牲层保护。可以通过蚀刻步骤尽可能晚地去除牺牲层。去除所述牺牲层可能需要从芯片的上侧和芯片的下侧、即从腔的侧方接近微机电结构。
[0058]在对机械易碎的结构、例如微机电结构处理完毕之后，即在去除牺牲层之后，腔可以由盖部盖住。该盖部可以盖住重组晶片上的所有腔。该盖部可以布置在封装材料上并且可以粘附至封装材料。使用永久性粘合剂可以将盖部固定至封装材料。该盖部可以密封腔。该盖部可以包括光致抗蚀剂、层压材料、或固体结构如金属或塑料。该盖部可以布置于重组晶片上。
[0059]图1示意性示出根据一实施例的第一晶片10的剖视图。第一晶片10可以是半导体晶片、尤其是硅晶片。图1所示的剖视图示出五个微机电芯片。本领域技术人员将会理解的是，在晶片10的一横截面中可能包括更多或更少的芯片并且这些芯片不一定是微机电芯片。在下文中但并非限定地，第一晶片为由硅材料12形成的硅晶片，并且芯片为MEMS(微机电系统)芯片。在硅材料12里蚀刻出腔14。硅晶片10包括第一主表面16和与第一表面16相反的第二主表面18。腔14通向第二表面18。微机电结构20形成在第一表面16上。这些微机电结构20可以是任何微机电结构，例如上文所讨论的那些。在图1所示的实施例中，微机电结构20包括用来形成MEMS麦克风的、具有刚性背板和柔性膜的换能器。
[0060]图2示意性示出硅晶片10的俯视图。多个MEMS芯片成行和列地布置于晶片上。芯片22由锯线24分隔开。每个芯片22基本上是矩形的并且圆形腔14用虚线表示。腔14可以在芯片22上居中。现在参考图3A到31来说明根据本发明的用来封装MEMS芯片22的方法。
[0061 ]图3A示出所提供的如图1所示的第一晶片1。相较于图1，晶片1旋转了 180度，所以第一表面16现在为硅晶片10的下表面并且第二表面18现在为硅晶片10的上表面。如已经参考图1所说明的，硅晶片1包括硅材料12、MEMS结构20和腔14。腔14通向上表面18。
[0062]MEMS结构20被示出为有一个表面基本上与晶片10的第一表面16共面。需要理解的是，MEMS结构20也可以布置于晶片表面16的顶部上，或者换言之，MEMS结构20可以从晶片10突出。更广泛而言，MEMS结构20布置在第一表面16处。MEMS结构20可以由一个或一个以上牺牲层来保护，所述牺牲层例如可以是氧化物层或氮化物层。在图3A所示的实施例中，由硅12构成的层保留在腔14与MEMS结构20之间。
[0063]图3B示出用第二晶片或者覆盖部26关闭腔之后的图3A中的晶片10。第二晶片26可以布置在晶片10的第二表面18上。粘结层28布置于晶片10与覆盖部26之间。粘结层28可以是粘结箔。粘结层28可以由永久性粘合剂形成，该永久性粘合剂可以以液体形式施加然后固化。尽管覆盖部26被认为是仅仅临时性关闭腔14，但是任何永久性粘合剂均可以被使用。腔14可以是空的，或者换言之，腔14可以填充以周围的空气或者可以填充以气体或液体。当腔填充以气体、例如周围空气时，腔中可以提供特定的压力。例如，可以用覆盖部26将晶片10以真空腔地盖住。真空腔允许选择一特定压力，该特定压力可以是真空或者是真空与周围大气压力之间的一特定压力。具有一特定压力的优点在于，可以在进一步的加工过程中减小由于外界压力的变化和温度的变化所导致的作用于腔壁上的力。
[0064]图3C示出相对于图3B旋转了大约180度并被布置在临时承载部30上的晶片10。临时承载部30可以是划片胶带(dicing tape)。具有被第二晶片26密封的腔14的晶片10以覆盖晶片26面向临时承载部30地布置于划片胶带30上。各芯片22由切割线32分开，该切割线32是沿着图2所示的锯线24形成的。对芯片切割或划片以单片化可以通过常规的晶片划片来实现。第二晶片或者覆盖部26使芯片22足够稳定，从而可以在不损坏腔或者更具体而言不损坏腔14的侧壁的情况下实现划片。
[0065]图3D示出一临时承载部34，该临时承载部34在其顶部上可包括粘合剂36。粘合剂36可以是临时粘合剂或者是具有较低粘合力的粘合剂。单片化的芯片22可以布置在临时承载部34上或者更确切而言以MEMS结构20面向粘结层36地布置在粘结层36上。单片化的芯片22可以由如本领域已知晓的拾取-放置工具来布置。芯片22可以以互相之间的距离大于第一晶片10上的芯片22之间的距离地布置在临时承载部34上。覆盖部26使得能够没有破坏腔14的风险地使用拾取-放置工具。在图示的实施例中，只有芯片22被布置在临时承载部34上。本领域的科技人员将会理解的是，其它芯片、例如包含功率放大器或其它电路(例如与MEMS麦克风一起使用的其它电路)的芯片可以例如与芯片22交替地布置在临时承载部34上以形成系统。
[0066]布置在承载部34上的芯片22由封装材料38封装。如前所述，封装材料38可以是如上文所述的任何合适的封装材料。封装材料38可以是成型化合物(molding compound)。芯片22可以利用成型化合物38在成型模具(mold form)中被包覆模制。其它封装形式、例如压缩成型、注射成型、粉末成型、灌封、分配(dispensing)、喷射或层压也是可以的。
[0067]图3E示出由封装的芯片22和封装材料38形成的重组晶片40。该重组晶片40相对于图3D旋转了 180度，并且临时承载部34和粘结层36被去除。再分配层42施加在重组晶片40的顶部上。再分配层(RDL)42可以包含绝缘层和导电层。RDL 42可以提供不同的电路部分之间的互连。特别地，RDL 42可以提供对如前所述的其它种类的集成电路的互连。RDL 42可以不覆盖MEMS结构20。封装材料38使得可以容易地移动重组晶片40并且还允许扇出型结构。换言之，再分配层42不但施加在芯片22上，而且还施加在封装材料38上。
[0068]图3F示出使腔14重新暴露之后的重组晶片40。通过磨削过程去掉封装剂38、覆盖部26和粘结层28的一部分，从而使腔14重新暴露。磨削过程去除了由密封剂38构成的覆盖所述覆盖部26以及在覆盖部26之间延伸的层。在图3F中，腔14通向重组晶片40的与RDL 42相反的表面。在腔14在用覆盖部26关闭腔14之前填充以液体的实施例中，液体被清空。位于两个相邻芯片之间的封装材料38提供了稳定性。现在参考图3G来说明一可选步骤。
[0069]图3G示出执行可选的各向异性蚀刻步骤之后的重组晶片40，该可选的各向异性蚀刻步骤蚀刻所述第一晶片的材料。在本发明中，硅被各向异性蚀刻。所述各向异性蚀刻通过蚀刻掉腔14的硅底部(参见图3A)而使MEMS结构20从腔14的侧方暴露。同时，从腔14侧壁的前表面蚀刻腔14的侧壁，从而除去部分侧壁。腔14现在被分成第一部分14A和第二部分14B。腔部分14A在一侧由MEMS结构20和硅侧壁限界。在MEMS结构20的相反侧处，腔部分14A由该腔的第二部分14B限界。腔部分14B在一侧由腔部分14A和硅侧壁的前表面限界。腔部分14B还被由封装材料38制成的侧壁限界。腔部分14B还由封装材料38的构成重组晶片40的外表面的表面所限定的表面限界。由于腔14B不包括硅侧壁，因此第二腔部分14B的宽度大于腔部分14A的宽度。这两个腔部分14A和14B组合在一起形成MEMS麦克风的背容腔14。该可选步骤中的蚀刻硅的优点在于可以增大背容腔。另外的优点在于，剩下的硅侧壁12为位于上方的再分配层提供了刚性结构同时提供了刚性结构用于保持MEMS结构。这种可选的蚀刻步骤不需要掩模。
[0070]图3H示出相对于图3G旋转了180度的重组晶片40。因此，腔14的开口位于上侧。腔14的开口被盖部44盖住或密封。盖部44适合于重组晶片40的形状并且同时密封所有腔14。可以通过粘合剂将盖部44附接至封装材料38。优选地，通过具有对于MEMS麦克风的预期用途足够高的粘合力和足够大的温度范围的永久性粘合剂将盖部44附接至密封剂38。更广泛而言，永久性粘合剂可适于所形成的MEMS封装结构。在密封腔之前，要执行对MEMS结构20的任何最后的露出或暴露步骤。如之前所说明的，MEMS结构可以由牺牲层保护。这些层可以从MEMS结构的两侧蚀刻掉。因此，任何MEMS结构20的暴露都必须在盖部44密封腔之前执行。
[0071]图31示意性示出封装的MEMS芯片48彼此之间的分离。重组晶片40相对于图3H旋转了 180度并且布置在可以是划片胶带的临时承载部46上。盖部44面向划片胶带46。封装的芯片的分离或者单片化可以通过任何分离工艺、例如锯切来实现。穿过位于两个芯片之间的封装材料38来切割重组晶片40。可以切割穿过再分配层42来分离。尽管RDL 42在附图中仅仅是非常示意性地示出，但是需要理解的是，RDL 42可以提供芯片22的电性有源部件之间的和/或芯片22与布置在同一重组晶片40上的另外的芯片之间的电互连。由于腔14被盖部44密封，由此提供了稳健的部件并且可以使用任何适当的分离方法。需要理解的是，尽管所述方法是参考封装MEMS芯片来说明的，但是本发明不局限于此，并且包含有腔且该腔的开口通向芯片主表面的任何芯片都可以被封装。
[0072]图4示意性示出根据本发明的芯片封装体48的剖视图，该芯片封装体48可以是MEMS芯片封装体48。图4所示的实施例包括分成两个腔部分14A和14B的腔14。封装体48大致呈箱形(box-shaped)，具有由盖部44形成的下表面和由封装材料38形成的侧壁。腔的下部分14B与盖部44邻接并且被封装材料38限界。封装体48还包括腔的上部分14A的由第一晶片的硅材料或换言之由芯片形成的侧壁。腔部分14A的侧壁的外表面抵接封装材料38。腔的上部分14A由机械易碎的结构、例如MEMS结构20限界或界定，该机械易碎的结构在本实施例中可以是具有背板的麦克风膜。RDL 42部分布置于封装剂38上并且部分布置于硅侧壁12和部分MEMS结构20上。RDL层42形成大致箱形的芯片封装体的上表面。
[0073]图5示意性示出没有MEMS结构20并且没有RDL42的封装体48的俯视图。外周由从四侧封装芯片的封装材料38形成。硅材料12提供了腔部分14A的内侧壁。根据所示的实施例，腔14A为大致圆形或圆柱形。
[0074]图6示意性示出所提供的根据第二实施例的第一晶片50的剖视图。腔通向第一晶片50的一个主表面。腔14穿过晶片50延伸至机械易碎的结构例如MEMS结构20。或者换言之，整个腔或者最后的腔已经被蚀刻在硅晶片级上。MEMS结构20可以仅仅由牺牲层保护。由于腔14如前所述那样在进一步的加工期间由覆盖部或者的填充材料保护，因此在参考图3A至31所说明的实施例中的如腔14底部所示的保护性硅层可以被省略。用于封装设置有第一晶片50的芯片的进一步的处理步骤等同或类似于参考图3所讨论的那些步骤，并且将不会予以进一步说明。
[0075]图7示出从晶片50获得的封装体52。封装的芯片52大致为呈块状。封装体52的下表面由盖部44形成。封装体52的侧壁由封装材料38形成。封装材料38保护芯片的四侧。腔14没有被分成两部分。换言之，腔14的侧壁由第一晶片50的材料形成。在本实施例中，腔14的侧壁由硅形成。腔14在其上侧由MEMS结构20关闭。RDL层42部分布置在封装材料38上，部分布置在硅材料12上并且部分布置在MEMS结构20上。与如图4所示的封装的芯片48相比，背容腔14或者腔14较小。腔14在其下部没有被扩大。在制造过程中，可选的蚀刻硅的步骤(即参考图3G所说明的用于对腔进一步成形并用于蚀刻掉与MEMS结构20相邻的保护性硅层的可选的蚀刻硅的步骤)是不需要的。
[0076]现在参考图8A-8F来说明用于制造封装的芯片例如封装的MEMS芯片的第三实施例。
[0077]图8A示出第一晶片10的示意性剖视图，该第一晶片10可以与图1所示的晶片相同。第一晶片1可以是包括硅材料12和MEMS结构20的硅晶片。腔14被蚀刻到硅晶片12中。硅层留在腔14和MEMS结构20之间。需要理解的是，如图6所示的第一晶片50也可用在这个第三实施例中。图8A示出用填充材料54填充的腔14。填充材料54可以是基于硅树脂的。填充材料54优选地具有下述特性:使得能够在后续中容易地去除填充材料。该特性可以是选择性蚀刻能力，即对于给定的蚀刻剂，与硅的和所使用的封装材料的蚀刻速率相比，填充材料的蚀刻速率更高。该特性也可以是水溶性。该区别性的特性也可以是不同的热膨胀系数，该不同的热膨胀系数使得填充材料能够在给定的温度下相比于周围硅产生收缩。该填充材料54可以被印刷、分配或旋涂到腔14中。其它施加填充材料54的方法也是可能的。该填充材料是固化的。
[0078]图SB示意性示出布置于临时承载部30上的晶片10。临时承载部30可以是划片胶带。晶片1以被填充的腔面向划片胶带地布置于切割胶带30上。换言之，该MEMS结构20背向划片胶带。切割线32使芯片22相对于彼此分开。切割线32可以循着如图2所示的锯线24。由于填充材料54，不再需要覆盖部26来保护腔14。在芯片22单片化之后，芯片可以通过已知的拾取-放置工具来拾取和放置。
[0079]图8C示出布置于另外的临时承载部34上的单片化的芯片22。临时承载部34可以与参考图3D说明的实施例中所使用的临时承载部相同。尽管图SC没有示出，但是粘结层36也可以布置于临时承载部34与芯片22之间。芯片22以MEMS结构20面向承载部地布置在临时承载部上面。封装材料38封装芯片22从而形成重组晶片56。封装材料38覆盖芯片和填充材料54。
[0080]图8D示意性示出相对于图8C旋转了大约180度的重组晶片56的剖视图。临时承载部34被去除。如参考图31已经讨论过的，RDL 42布置于重组晶片56上。需要理解的是，尽管没有示出，该RDL可以包含贯通的连接部并且可以提供不同电路部分之间的互连。
[0081]图SE示出在已经执行磨削处理之后的重组晶片56。部分封装材料38已经被磨削去除。磨削还可以去除部分硅12和部分填充材料54。腔重新暴露但是仍然被填充材料54填充。现在可以依据所使用的填充材料来去除填充材料。
[0082]图8F示意性示出在填充材料与硅具有不同的温度膨胀系数(CTE)的情况下填充材料54的去除。根据系数差别，重组晶片56被冷却或者加热以便使填充材料54收缩并能够容易地从腔14中取出。在其它实施例中，重组晶片可以经历只蚀刻填充材料的蚀刻过程。在其它实施例中，如果填充材料54是水溶性的话，那么重组晶片可以经历水洗步骤。现在可以继续对重组晶片56的如参考图3G-3I的所说明的处理。
[0083]尽管本发明已经就一个或多个实施方案进行图示和描述，但是在不背离所附权利要求的精神和范围的情况下可以对示出的示例做出改变和/或修改。除非另有说明，否则特别对于由上文描述的部件或结构(装置、电路、系统等等)所执行的不同功能，用于描述这些部件的术语旨在对应于执行所描述的部件的具体功能的任何部件或结构(例如功能上等效的部件或结构)，尽管其与所公开的执行本发明在本文中示出的示例性实施方式的功能的结构不是结构上等效的。
【主权项】
1.一种制造芯片封装体的方法，该方法包括: 在第一晶片上提供多个芯片，所述芯片中的每个均包括第一主面和腔，所述腔包括通向所述第一主面的开口； 临时地填充或盖住所述腔； 然后单片化所述芯片； 将单片化的芯片嵌设到封装材料中； 然后使所述腔重新暴露。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述芯片中的每个均具有与所述第一主面相反的第二主面，并且所述腔中的每个均在第二主面处由机械易碎的结构限界。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述机械易碎的结构包括下述结构中的一种:微机电结构、微光学机械结构、薄型集成电路、竖直式半导体部件。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，临时盖住所述腔的覆盖部包括第二晶片。5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，临时盖住所述腔的覆盖部包括刚性箔。6.根据权利要求2或5所述的方法，其特征在于，所述覆盖部是粘性接合到所述第一晶片上的。7.根据权利要求2至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述腔在真空下被盖住。8.根据权利要求2至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述腔于特定的气压下被盖住，该气压适于所述芯片在进一步的处理过程中所要承受的压力。9.根据权利要求2至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述腔在被盖住之前被填充以液体。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述腔的重新暴露是通过磨削处理来实现的。11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述封装材料覆盖所述覆盖部并且所述磨削处理对所述封装材料和所述覆盖部进行磨削。12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述腔填充以填充材料，所述填充材料能够从所述腔中选择性地去除。13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述填充材料是水溶性材料和可选择性蚀刻材料中的一种。14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述填充材料具有与所述第一晶片的热膨胀系数不同的热膨胀系数。15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在重新暴露所述腔之后蚀刻所述第一晶片。16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述腔的底部和所述第一晶片的环绕所述腔的上表面被蚀刻掉。17.—种芯片封装体，所述芯片封装体包括: -芯片，所述芯片具有第一主面和与所述第一主面相反的第二主面，所述芯片具有第一厚度； -腔，所述腔在所述芯片的第一主面处敞开并且至少部分地延伸穿过所述芯片； -包围所述芯片的封装材料，所述封装材料具有比所述第一厚度更厚的第二厚度并对所述腔的第二部分进行限界。18.根据权利要求17所述的封装体，其特征在于，所述腔在所述芯片的第二主面处由机械易碎的结构限界。19.权利要求17或18所述的封装体，其特征在于，所述封装体还包括: -盖住所述腔的开口端的盖部，所述盖部布置于所述封装材料上。20.根据权利要求17至19中任一项所述的封装体，其特征在于，所述芯片是MEMS芯片和MOEMS芯片中的一种。21.根据权利要求17至19中任一项所述的封装体，其特征在于，所述芯片是麦克风芯片。
【文档编号】B81B7/00GK106082110SQ201610244599
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年4月19日 公开号201610244599.2, CN 106082110 A, CN 106082110A, CN 201610244599, CN-A-106082110, CN106082110 A, CN106082110A, CN201610244599, CN201610244599.2
【发明人】A·德厄, T·基尔格, D·迈尔, M·梅纳特, F·X·米尔鲍尔, D·波尔沃尔, J·瓦格纳
【申请人】英飞凌科技股份有限公司