CN103145088B - Mems芯片及其圆片级封装的盖板接地方法 - Google Patents

Abstract

一种MEMS芯片及其圆片级封装的盖板接地方法。MEMS芯片由盖板、盖板绝缘层、MEMS结构层、导电焊料层、底板绝缘层和底板组成，盖板上有金属导线，盖板通过金属导线与MEMS结构层电连接，底板绝缘层上有压焊块，压焊块通过接地导线与MEMS结构层电连接。在后续的封装过程中，只要将压焊块连接到封装载体上，即可达成盖板接地的目的。本发明盖板接地方法是先进行无掩模刻蚀，露出MEMS结构层，然后在盖板和MEMS结构层上溅射金属导线，将盖板与MEMS结构层通过金属导线电连接。这样，盖板就与压焊块之间通过金属导线和接地导线实现电连接，达到盖板接地的目的。本发明方法降低了芯片的总厚度，便于小型化封装；金属导线是通过溅射方法淀积而成，成本低，不易脱线。

Description

MEMS芯片及其圆片级封装的盖板接地方法

技术领域

本发明属于芯片封装领域，具体是涉及一种MEMS芯片，本发明还涉及这种MEMS芯片圆片级封装的盖板接地方法。

背景技术

电子封装是将一个或多个电子芯片相互电连接，然后封装在一个保护结构中，其目的是为电子芯片提供电连接、机械保护或化学腐蚀保护等。然而有些电子产品，芯片表面不能与封装材料接触，特别是一些微传感器，如MEMS器件、表声波/体声波滤波器、震荡器等，需要用陶瓷管壳、金属管壳或塑料管壳等进行气密性封装，但这些封装方法成本高，体积大，不适用于消费类电子产品中。封装技术的发展趋势，是封装外形越来越小，器件功能越来越多，成本越来越低。随着MEMS器件在消费领域中的广泛使用，成本低，体积小的塑料封装方法，如LGA（栅格阵列封装）、QFN（方形扁平无引脚封装）、DFN（双边无铅封装）等被广泛采用。但这些封装方法中，塑封料是直接与芯片接触的，所以对那些表面有可动部件的MEMS芯片，必须先通过圆片级封装的方法将可动部件，即MEMS结构保护起来，然后再进行一般的塑料封装，这样塑封料接触圆片级封装的外围，而不会直接接触MEMS结构。另外，圆片级封装后的芯片后续加工方便，不需要超净环境，圆片切割时也不需要特殊保护，成本低。

现有的MEMS芯片如图1所示：MEMS芯片由盖板201、MEMS结构层205和底板209通过键合工艺键合而成，盖板201、MEMS结构层205和底板209的材料都是重掺杂Si，盖板201包括盖板表面201a、盖板斜侧面201b和盖板底面201c，盖板201的下部至少有一个开口向下的上腔体203a，底板209上部至少有一个开口向上的下腔体203b，上腔体203a和下腔体203b形成一个密封腔203，MEMS结构层205的可活动部分205a位于密封腔203内，为MEMS结构层205的可活动部分205a提供一个可自由运动的空间，同时保证MEMS结构层205的可活动部分205a不受外部环境的干扰。盖板201与MEMS结构层205间有盖板绝缘层204，盖板绝缘层204的材料是SiO₂，MEMS结构层205与底板209之间有底板绝缘层208，底板绝缘层208是SiO₂和SiN的复合层，底板绝缘层208通过焊料层206与MEMS结构层205连接，底板绝缘层208上有压焊块207，压焊块207通过接地导线210与MEMS结构层205电连接。由于MEMS芯片设计和加工的需要，MEMS结构层205与盖板201没有直接电连接。由于许多MEMS结构，特别是高性能MEMS传感器，对外部的电磁干扰十分敏感，圆片级封装的盖板除了起到气密性封装腔体的作用，还起到掩蔽外部电磁干扰的作用，而要起到掩蔽电磁干扰的作用，盖板就必须接地。

现有的MEMS芯片的圆片级封装的盖板接地方式如图2所示，圆片级封装后的MEMS芯片，其盖板201上有金属导线202，接地导线210将金属导线202与压焊块207电连接，最后加热加压注塑形成塑料封装。该方法是通过导线键合将MEMS芯片的盖板接地，接地导线210的上拉弧线部分有一定高度，封装厚度不能减少，在那些对电子元器件厚度较敏感的应用领域，如手机等移动电子设备中，使用受到限制。另外，MEMS芯片的金属导线202与压焊块207的高度差较大，接地导线210比较长，在后续的加压注塑工序中，受力较大，容易被冲脱线，影响成品率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种封装外形小、封装成品率高的MEMS芯片。本发明要解决的另一个技术问题是提供一种操作方便、成本低、成品率高、适应性好的MEMS芯片圆片级封装的盖板接地方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种MEMS芯片，它由盖板、MEMS结构层和底板组成，盖板包括盖板表面和盖板斜侧面，盖板下部至少有一个向下的上腔体，底板上部至少有一个向上的下腔体，上、下腔体形成一个密封腔，MEMS结构层的可动部分位于密封腔内，盖板与MEMS结构层间有盖板绝缘层，盖板斜侧面沉积有金属导线，金属导线的一端连接盖板，另一端连接MEMS结构层，盖板通过金属导线跨过盖板绝缘层与MEMS结构层电连接，MEMS结构层与底板之间有底板绝缘层，底板绝缘层通过焊料层与MEMS结构层连接，底板绝缘层上至少有一个压焊块，MEMS结构层通过接地导线与至少一个压焊块电连接。

本发明的MEMS芯片厚度薄，便于后续小型化封装，而且，盖板与压焊块是金属导线和接地导线相连接，金属导线附着在盖板斜侧面和MEMS结构层上，附着牢固，不易脱落，连接压焊块和焊料层的接地导线较短，封装时不易脱线，封装成品率高。

所述盖板表面上也沉积有金属导线。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种MEMS芯片圆片级封装的盖板接地方法（以下均简称本盖板接地方法），步骤为：

（1）盖板刻蚀：将盖板进行无掩模刻蚀，减薄盖板，同时形成盖板斜侧面，露出盖板绝缘层；

（2）盖板绝缘层刻蚀：将经过步骤（1）刻蚀后的MEMS芯片进行选择性刻蚀，只刻蚀盖板绝缘层，未被盖板覆盖的盖板绝缘层被除去，被盖板覆盖的盖板绝缘层被保留，同时露出MEMS结构层和压焊块；

（3）溅射金属导线：在步骤（2）刻蚀后的MEMS芯片的盖板上覆盖掩模，掩模分掩蔽部分和窗口部分，使窗口部分位于盖板斜侧面和MEMS结构层露出部分的上方，窗口部分形状与待溅射的金属导线形状相匹配，在掩模上方竖直向下溅射金属离子，金属离子通过窗口部分沉积在盖板斜侧面和MEMS结构层上，形成金属导线，从而电连接盖板和MEMS结构层。

按照本盖板接地方法，首先进行对盖板进行无掩模蚀刻，形成新的盖板斜侧面，露出盖板绝缘层外露部分；无掩模蚀刻可以同时将盖板减薄，降低芯片厚度，便于后续小型化封装；然后用选择性刻蚀方法刻蚀掉盖板绝缘层外露部分，只需按照盖板绝缘层材料选择刻蚀方式，即只刻蚀掉盖板绝缘层外露部分，而不刻蚀MEMS结构层和压焊块，方便快捷，而且误操作少；最后通过掩模掩蔽溅射的方法在盖板斜侧面和MEMS结构层溅射金属导线，无需光刻工序，成本低，而且沉积而成的金属导线不易脱线，成品率高，这样盖板就与MEMS结构层电连接，MEMS结构层又通过接地导线与压焊块电连接，盖板与压焊块之间就存在电连接，在随后的封装过程中，只要将压焊块连接到封装载体上，即可达成盖板接地的目的。

作为本发明的改进，步骤（1）所述的无掩模刻蚀和步骤（2）所述的选择性刻蚀都是干法刻蚀。与湿法刻蚀相比，优点在于可以避免腐蚀液对MEMS芯片造成损害。

作为本发明的进一步改进，步骤（3）还在盖板表面上也溅射金属导线。当盖板斜侧面的金属导线脱落时还可以利用盖板表面的金属导线实现盖板和MEMS结构层之间的电连接，而不需要再重新溅射金属导线。

附图说明

图1是现有技术中没有盖板接地结构的MEMS芯片的剖面图。

图2是现有技术的盖板接地方式示意图。

图3是本盖板接地方法的步骤（1）中盖板被刻蚀后的MEMS芯片剖面图。

图4是本盖板接地方法的步骤（2）中盖板绝缘层被刻蚀后的MEMS芯片剖面图。

图5是本盖板接地方法的步骤（3）中掩模遮盖MEMS芯片的示意图。

图6是本盖板接地方法的步骤（3）中溅射金属导线后的MEMS芯片剖面图。

图7是本发明的MEMS芯片成品立体图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图6和图7所示，MEMS芯片，由盖板201、MEMS结构层205和底板209组成，盖板201下部有开口向下的上腔体203a，底板209上部有开口向上的上腔体203b，上腔体203a和下腔体203b组成一个密封腔203，MEMS结构层205的可动部分205a位于密封腔203中，并可在密封腔203中自由运动，盖板201与MEMS结构层205之间有盖板绝缘层204隔离，盖板表面201a′和盖板斜侧面201b′上有金属导线202，其中，盖板斜侧面上的金属导线202将盖板201与MEMS结构层205电连接，底板209和MEMS结构层205之间有底板绝缘层208，底板绝缘层208通过焊料层206与MEMS结构层205连接，底板绝缘层208上有三个压焊块207，中间的压焊块207与MEMS结构层205间有接地导线210电连接，这样，盖板201就与压焊块207实现电连接，在随后的封装过程中，只要将压焊块207连接到封装载体上，即可达成盖板接地的目的。

本发明的MEMS芯片圆片级封装的盖板接地方法，步骤为：

（1）盖板刻蚀：将如图1所示的MEMS芯片进行干法无掩模刻蚀，将盖板201的底面201c全部刻蚀掉，盖板201的表面201a被刻蚀，形成新的盖板表面201a′，此时盖板201已被减薄，盖板斜侧面201b被刻蚀，形成新的盖板斜侧面201b′，同时露出盖板绝缘层204的外露面204a，如图3所示；

（2）盖板绝缘层刻蚀：在经过步骤（1）刻蚀后的MEMS芯片上进行干法选择性刻蚀，只刻蚀SiO₂而不刻蚀Si和SiN，由于只有盖板绝缘层204的材料是SiO₂，所以盖板绝缘层204的外露面204a被刻蚀掉，盖板绝缘层204的其它部分由于有盖板201覆盖而被保留，刻蚀后，露出压焊块207和MEMS结构层205的外露面205b，如图4所示；

（3）溅射金属导线：在步骤（2）刻蚀后的MEMS芯片的盖板201上覆盖掩模211，如图5所示，掩模211分掩蔽部分211a和窗口部分211b，窗口部分211b位于盖板斜侧面201b′和MEMS结构层外露面205b正上方，在掩模211上方竖直向下溅射金属，金属离子通过窗口部分211b沉积在盖板表面201a′、盖板斜侧面201b′和MEMS结构层外露面205a′上，形成金属导线202，如图6、图7所示，从而电连接盖板201和MEMS结构层205。这样，盖板201就与MEMS结构层205通过金属导线202实现电连接，而MEMS结构层205通过接地导线210与压焊块207电连接，所以，盖板201就与压焊块207之间存在电连接，在后续的封装过程中，将压焊块207连接到封装载体上，即可达到盖板接地的目的。

Claims (4)

1.MEMS芯片，由盖板、MEMS结构层和底板组成，盖板包括盖板表面和盖板斜侧面，盖板下部至少有一个向下的上腔体，底板上部至少有一个向上的下腔体，上、下腔体形成一个密封腔，MEMS结构层的可动部分位于密封腔内，盖板与MEMS结构层间有盖板绝缘层，MEMS结构层与底板之间有底板绝缘层，底板绝缘层通过焊料层与MEMS结构层连接，底板绝缘层上至少有一个压焊块，MEMS结构层通过接地导线与至少一个压焊块电连接，其特征在于：盖板斜侧面沉积有金属导线，金属导线一端连接盖板，另一端连接MEMS结构层。

2.如权利要求1所述的MEMS芯片，其特征在于：盖板表面上也沉积有金属导线。

3.MEMS芯片圆片级封装的盖板接地方法，步骤为：

（1）盖板刻蚀：将盖板进行干法无掩模刻蚀，减薄盖板，同时形成盖板斜侧面，露出盖板绝缘层；

（2）盖板绝缘层刻蚀：将经过步骤（1）刻蚀后的MEMS芯片进行干法无掩模选择性刻蚀，只刻蚀盖板绝缘层，未被盖板覆盖的盖板绝缘层被除去，被盖板覆盖的盖板绝缘层被保留，同时露出MEMS结构层和压焊块；

（3）溅射金属导线：在步骤（2）刻蚀后的MEMS芯片的盖板上覆盖掩模，掩模分掩蔽部分和窗口部分，使窗口部分位于盖板斜侧面和MEMS结构层露出部分的上方，窗口部分形状与待溅射的金属导线形状相匹配，在掩模上方竖直向下溅射金属离子，金属离子通过窗口部分沉积在盖板斜侧面和MEMS结构层上，形成金属导线，从而电连接盖板和MEMS结构层，MEMS结构层通过接地导线与压焊块电连接，从而实现盖板接地。

4.如权利要求3所述的MEMS芯片圆片级封装的盖板接地方法，其特征在于：步骤（3）中还在盖板表面上溅射金属导线。