專利名稱：一種半導體mems真空封裝結構的制作方法
一種半導體MEMS真空封裝結構結構領域本發明涉及一種芯片封裝結構，尤其涉及一種半導體MEMS真空封裝結構。背景結構各種半導體MEMS (微機電系統)器件產品作為高品質傳感器或者探測器在工業傳感、圖象通信、消費電子、汽車工業、軍事工業等領域得到越來越多的應用，半導體MEMS產品制造結構是這種應用的基礎，而半導體MEMS芯片封裝結構是半導體MEMS傳感產品制造中的最關鍵結構之一。傳統的半導體MEMS芯片封裝結構通常采用金屬或陶瓷殼體作為密封腔對芯片進行封裝，還要集成一些輔助元件，這種封裝結構體積通常很大，相對與半導體MEMS芯片的體積要大很多，甚至大很多倍，近年來，隨著封裝結構的發展，逐漸發展起來了一種芯片級和晶圓級封裝，一般而言，半導體MEMS芯片級和晶圓級封裝結構中，半導體 MEMS芯片是核心元件，制造工藝復雜，成本高昂，其成本通常比片狀密封蓋昂貴得多，該種半導體MEMS芯片封裝結構需要較大的尺寸，需要在環形金屬化區域外制做金屬焊盤，這將擠占半導體MEMS芯片晶圓的空間，導致半導體MEMS芯片晶圓上的半導體MEMS芯片數量減少，降低了半導體MEMS芯片晶圓的產出率，增加了半導體MEMS芯片單位成本。

發明內容
本發明所要解決的結構問題是提供一種減小半導體MEMS芯片尺寸和降低成本的半導體MEMS芯片級和晶圓級真空封裝結構。本發明解決上述結構問題的結構方案如下一種半導體MEMS真空封裝結構，其封裝結構包括半導體MEMS芯片、片狀密封蓋，半導體MEMS芯片與片狀密封蓋焊接在一起，所述半導體MEMS芯片上設有環形金屬化區域，在環形金屬化區域的內側設有金屬焊盤，半導體MEMS芯片中間區域為MEMS敏感區域；所述片狀密封蓋上設有密封蓋環形金屬化區域，所述密封蓋環形金屬化區域的外側設有外側金屬焊盤，所述密封蓋環形金屬化區域的內側設有內側金屬焊盤，所述外側金屬焊盤與內側金屬焊盤的數量相同，且在片狀密封蓋內部通過半導體集成電路結構一一對應電連接，這種電連接與密封蓋環形金屬化區域絕緣，片狀密封蓋通常為硅材料，片狀密封蓋上的密封蓋環形金屬化區域的內側設有薄膜吸氣劑，片狀密封蓋的中央區域為通光區域。所述半導體MEMS芯片上的環形金屬化區域和金屬焊盤處于同一高度平面內。所述密封蓋環形金屬化區域和內側金屬焊盤處于同一個高度平面內，且密封蓋環形金屬化區域和內側金屬焊盤上均預制了薄層合金焊料或導電密封粘接材料。所述半導體MEMS芯片上的環形金屬化區域與片狀密封蓋上的密封蓋環形金屬化區域尺寸相匹配，半導體MEMS芯片上的金屬焊盤與片狀密封蓋上的內側金屬焊盤位置相適配。所述片狀密封蓋中央區域的通光區域鍍制了抗反射光學薄膜，且其尺寸與MEMS敏感區域相匹配。所述片狀密封蓋上的密封蓋環形金屬化區域和內側金屬焊盤比薄膜吸氣劑所在區域高，薄膜吸氣劑所在區域比通光區域高。半導體MEMS芯片與片狀密封蓋可在真空下通過預制在密封蓋環形金屬化區域上的薄層合金焊料或導電密封粘接材料將密封蓋環形金屬化區域與環形金屬化區域密封焊接在一起，從而達到真空密封狀態，使半導體MEMS芯片內部敏感區域在真空環境中工作，所述密封焊接的過程中，半導體MEMS芯片上的金屬焊盤也與片狀密封蓋上的內側金屬焊盤也倒裝焊接一起，這樣，就實現了片狀密封蓋上的外側金屬焊盤與半導體MEMS芯片上的集成電路電連通，實現外部電路與半導體MEMS芯片的信號通信和控制，上述的密封焊接，將半導體MEMS芯片上的MEMS敏感區域密封在真空中，片狀密封蓋上密封蓋環形金屬化區域的內測設有薄膜吸氣劑，薄膜吸氣劑吸附內部釋放出來的氣體，以保持其真空度。這種半導體MEMS芯片級封裝也可以以晶圓方式進行，片狀密封蓋也可以制作成晶圓，與半導體MEMS芯片晶圓一一對應進行密封焊接。本發明的有益效果是在重新設計芯片真空封裝結構，減小半導體MEMS芯片尺 寸，增加半導體MEMS芯片晶圓上的芯片產出率，降低半導體MEMS器件的成本，封裝結構簡單，封裝工藝兼容。


圖I為本發明一種半導體MEMS真空封裝結構封裝結構示意圖；圖2為本發明一種半導體MEMS真空封裝結構半導體MEMS芯片結構示意圖；圖3為本發明一種半導體MEMS真空封裝結構片狀密封蓋示意圖。附圖中，各標號所代表的部件列表如下A、半導體MEMS芯片，Al、環形金屬化區域，A2、MEMS敏感區域，A3、金屬焊盤，B、片狀密封蓋，BI、密封蓋環形金屬化區域，B2、薄膜吸氣劑，B3、通光區域，B4、外側金屬焊盤，B5、內側金屬焊盤。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發明，并非用于限定本發明的范圍。如圖I所示，一種半導體MEMS真空封裝結構，其封裝結構包括半導體MEMS芯片A、片狀密封蓋B，當半導體MEMS芯片A、片狀密封蓋B真空密封在一起時，狀密封蓋B上的外側金屬焊盤B4與半導體MEMS芯片A上的集成電路電連通，實現外部電路與半導體MEMS芯片的信號通信和控制。圖2為本發明一種半導體MEMS真空封裝結構半導體MEMS芯片結構示意圖，半導體MEMS芯片A上設有環形金屬化區域Al，中間區域為MEMS敏感區域A2，金屬焊盤A3設置在半導體MEMS芯片A上環形金屬化區域Al內側，環形金屬化區域Al與金屬焊盤A3處于同一高度平面內；圖3為本發明一種半導體MEMS芯片級和晶圓級真空封裝結構片狀密封蓋示意圖，片狀密封蓋B上設有密封蓋環形金屬化區域BI，密封蓋環形金屬化區域BI外側設有外側金屬焊盤B4，內側設有內側金屬焊盤B5，外側金屬焊盤B4與內側金屬焊盤B5數量一致，在片狀密封蓋B內部一一對應電連接，片狀密封蓋B通常為硅材料，所述外側金屬
焊盤B4與內側金屬焊盤B5內部--對應電連接可以通過半導體集成電路結構實現,這種
電連接與環形金屬化區域BI絕緣，密封蓋環形金屬化區域BI和內側金屬焊盤B5在一個高度平面內，其上均預制了薄層合金焊料或導電密封粘接材料，半導體MEMS芯片A上的環形金屬化區域Al與片狀密封蓋B上的密封蓋環形金屬化區域BI尺寸相匹配，半導體MEMS芯片A上的金屬焊盤A 3與片狀密封蓋B上的內側金屬焊盤B5位置相適配，半導體MEMS芯片A與片狀密封蓋B可在真空下通過預制在密封蓋環形金屬化區域BI上的薄層合金焊料或導電密封粘接材料將密封蓋環形金屬化區域BI與環形金屬化區域Al密封焊接在一起，從而達到真空密封狀態，使半導體MEMS芯片內部敏感區域在真空環境中工作，所述密封焊接的過程中，半導體MEMS芯片A上的金屬焊盤A3也與片狀密封蓋B上的內側金屬焊盤B5倒裝焊接一起，這樣，就實現了片狀密封蓋B上的外側金屬焊盤B4與半導體MEMS芯片A上的集成電路電連通，實 現外部電路與半導體MEMS芯片的信號通信和控制，上述所述的密封焊接，將半導體MEMS芯片上的MEMS敏感區域A2密封在真空中，片狀密封蓋B上密封蓋環形金屬化區域BI的內測設有薄膜吸氣劑B2，薄膜吸氣劑B2吸附內部釋放出來的氣體，以保持其真空度，片狀密封蓋B中央區域通常為鍍制了抗反射光學薄膜的通光區域B3，其尺寸與MEMS敏感區域A2相匹配，非光敏半導體MEMS傳感器也可以不設該區域，片狀密封蓋B上的密封蓋環形金屬化區域BI和內側金屬焊盤B5比薄膜吸氣劑B2所在區域高，薄膜吸氣劑B2所在區域比通光區域B3高，這種半導體MEMS芯片級封裝也可以以晶圓方式進行，片狀密封蓋也可以制作成晶圓，與半導體MEMS芯片晶圓一一對應進行密封焊接。上述半導體MEMS真空密封封裝，將一般制作在半導體MEMS芯片上與外部實現電連接的金屬焊盤，轉移到制造工藝簡單、成本相對低廉的片狀密封蓋上，實現了縮小半導體MEMS芯片尺寸，節省半導體MEMS芯片晶圓空間，增加半導體MEMS芯片晶圓上的芯片產出率，降低半導體MEMS器件的成本，并且，封裝結構簡單，封裝工藝兼容。以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種半導體MEMS真空封裝結構，包括半導體MEMS芯片或半導體MEMS芯片晶圓、片狀密封蓋或片狀密封蓋晶圓，所述半導體MEMS芯片與片狀密封蓋焊接在一起，或半導體MEMS芯片晶圓與片狀密封蓋晶圓焊接在一起，其特征在于 所述半導體MEMS芯片或半導體MEMS芯片晶圓上設有環形金屬化區域，在環形金屬化區域的內側設有金屬焊盤，半導體MEMS芯片或半導體MEMS芯片晶圓中間區域為MEMS敏感區域； 所述片狀密封蓋或片狀密封蓋晶圓上設有密封蓋環形金屬化區域，所述密封蓋環形金屬化區域的外側設有外側金屬焊盤，所述密封蓋環形金屬化區域的內側設有內側金屬焊盤，所述密封蓋或密封蓋晶圓環形金屬化區域的外側金屬焊盤與內側金屬焊盤的數量相同，且一一對應電連接，片狀密封蓋上或片狀密封蓋晶圓的密封蓋環形金屬化區域的內側設有薄膜吸氣劑，片狀密封蓋或片狀密封蓋晶圓的中央區域為通光區域。
2.根據權利要求I所述的一種半導體MEMS真空封裝結構，其特征在于所述半導體MEMS芯片或半導體MEMS芯片晶圓上的環形金屬化區域和金屬焊盤處于同一高度平面內。
3.根據權利要求I或2所述的一種半導體MEMS真空封裝結構，其特征在于所述片狀密封蓋或片狀密封蓋晶圓上的內側金屬焊盤和外側金屬焊盤與密封蓋或片狀密封蓋晶圓環形金屬化區域絕緣。
4.根據權利要求I或2所述的一種半導體MEMS真空封裝結構，其特征在于所述密封蓋環形金屬化區域和內側金屬焊盤處于同一個高度平面內，且密封蓋環形金屬化區域和內側金屬焊盤上均預制了薄層合金焊料或導電密封粘接材料。
5.根據權利要求I或2所述的一種半導體MEMS真空封裝結構，其特征在于所述半導體MEMS芯片或半導體MEMS芯片晶圓上的環形金屬化區域與片狀密封蓋或片狀密封蓋晶圓上的密封蓋環形金屬化區域尺寸相匹配，半導體MEMS芯片或半導體MEMS芯片晶圓上的金屬焊盤與片狀密封蓋上的內側金屬焊盤位置相適配。
6.根據權利要求I或2所述的一種半導體MEMS真空封裝結構，其特征在于所述片狀密封蓋或片狀密封蓋晶圓中央區域的通光區域鍍制了抗反射光學薄膜，且其尺寸與MEMS敏感區域相匹配。
7.根據權利要求I或2所述的一種半導體MEMS真空封裝結構，其特征在于所述片狀密封蓋上或片狀密封蓋晶圓的密封蓋環形金屬化區域和內側金屬焊盤比薄膜吸氣劑所在區域高，薄膜吸氣劑所在區域比通光區域高。
全文摘要
本發明涉及一種半導體MEMS真空封裝結構，包括半導體MEMS芯片、片狀密封蓋，半導體MEMS芯片與片狀密封蓋焊接在一起，半導體MEMS芯片上設有環形金屬化區域，在環形金屬化區域的內側設有金屬焊盤，半導體MEMS芯片中間區域為MEMS敏感區域；片狀密封蓋上設有密封蓋環形金屬化區域，密封蓋環形金屬化區域的外側設有外側金屬焊盤，密封蓋環形金屬化區域的內側設有內側金屬焊盤，外側金屬焊盤與內側金屬焊盤的數量相同，且一一對應電連接，片狀密封蓋上的密封蓋環形金屬化區域的內側設有薄膜吸氣劑，片狀密封蓋的中央區域為通光區域；這種半導體MEMS芯片級封裝也可以以晶圓方式進行，片狀密封蓋也可以制作成晶圓，與半導體MEMS芯片晶圓一一對應進行密封焊接。
文檔編號B81B7/00GK102951596SQ20121045156
公開日2013年3月6日 申請日期2012年11月12日 優先權日2012年11月12日
發明者熊筆鋒, 馬宏, 王宏臣, 江斌 申請人:煙臺睿創微納技術有限公司