Mems氣密性封裝結構及封裝方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體MEMS芯片晶圓級封裝領域，尤其涉及一種金屬包裹鍵合界面實現MEMS氣密性的封裝結構及封裝方法。
【背景技術】
[0002]隨著物聯網和智能移動終端的興起，傳感器的小型化和系統集成需求，使得封裝變得越來越重要，由于MEMS封裝復雜，有些MEMS產品中封裝成本高達60%。低成本和高性能的封裝是實現MEMS器件產業化的重要保證。
[0003]MEMS封裝可以是基于基板的，比如LGA封裝，基于框架的，比如QFN封裝。目前越來越的MEMS封裝采用晶圓級芯片尺寸(WLCSP)封裝。其中，圖像傳感器、加速度計、陀螺等產品采用3D WLCSP，該封裝方式使用硅通孔技術，取得了很大成功。
[0004]眾多的MEMS產品需要氣密性封裝。通常氣密性封裝需要使用金屬鍵合，陽極鍵合才能實現。但是工藝比較復雜，成本比較高；有些產品，采取封裝完成后進行金屬密封或包裹，增加封裝的成本;使用聚合物膠或者干膜把玻璃圓片和圓片鍵合，成本較低，但這些鍵合材料，使得器件的氣密性很難保證。
[0005]很多MEMS器件，例如加速度計，主要用途是汽車電子等領域，所以對于該產品可靠性要求高。采用聚合物膠、干膜等有機材料進行晶圓密封，降低了成本的同時存在可靠性結果不滿足要求的風險。

【發明內容】

[0006]為了實現使用聚合物鍵合獲得較好的氣密封，本發明提出了一種金屬包裹鍵合界面實現MEMS氣密性的封裝結構及封裝方法，獲得了良好的密封效果，且工藝過程中沒有增加工藝步驟和成本，實現了很好的密封性，具有低成本和高可靠性等優點。
[0007]本發明的技術方案是這樣實現的:
[0008]—種MEMS氣密性封裝結構，包括一功能面邊緣帶有焊墊的MEMS芯片和一用于密封該MEMS芯片的蓋子，所述MEMS芯片的功能面邊緣與所述蓋子的正面邊緣通過一定寬度和厚度的聚合物層鍵合在一起，所述MEMS芯片的外邊焊墊側面與通向MEMS芯片背部或蓋子背部的導電線路連接，所述聚合物層暴露的側面至少80%的面積由一金屬塊及所述導電線路密封包裹，且金屬塊的寬度至少包裹住該聚合物層暴露的側面。
[0009]進一步的，所述蓋子為中部帶有空腔的硅板或玻璃板。
[0010]進一步的，所述聚合物層為膠或干膜。
[0011]進一步的，所述導電線路為銅、鎳、金、鋁、鎳磷、鈀和鈦中的一種的單層金屬結構或幾種的多層金屬結構。
[0012]進一步的，所述金屬塊為銅、鎳、金、鋁、鎳磷、鈀、鈦、鉻和鐵中的一種的單層金屬結構或幾種的多層金屬結構。
[0013]進一步的，所述導電線路、所述金屬塊及裸露的聚合物層外覆蓋有一層防焊層。
[0014]進一步的，所述MEMS芯片背部的導電線路上制備有焊球。
[0015]進一步的，所述導電線路與所述金屬塊相連或不相連，并使各導電線路之間電性相互隔離。
[0016]一種MEMS氣密性封裝結構的封裝方法，包括如下步驟:
[0017]步驟1、提供一具有若干MEMS芯片的圓片和一具有若干蓋子的蓋片，相鄰MEMS芯片之間具有切割道，每個MEMS芯片的功能面邊緣帶有焊墊，將ffiMS芯片的功能面邊緣與蓋子的正面邊緣通過一定寬度和厚度的聚合物層鍵合在一起，并使MEMS芯片的焊墊背面被該聚合物層覆蓋；
[0018]步驟2、在圓片上切割道位置刻蝕，形成暴露MEMS芯片的焊墊部分正面的溝槽；
[0019 ]步驟3、在溝槽內及MEMS芯片的背部上鋪設鈍化層；
[0020]步驟4、通過機械切割的方式將焊墊側面及聚合物層側面暴露出來；
[0021]步驟5、在所述鈍化層上形成將所述焊墊的電性引至所述MEMS芯片的背部上的導電線路，同時形成密封包裹暴露的聚合物層側面的至少80%面積的金屬塊；
[0022]步驟6、在所述導電線路、所述金屬塊及裸露的聚合物層外覆蓋有一層防焊層，在防焊層上對應導電線路預設焊盤位置開口，并在開口處制作焊球；
[0023]步驟7、沿切割道切割圓片，形成單顆封裝芯片。
[0024]進一步的，所述防焊層為聚合物膠。
[0025]本發明的有益效果是:本發明提供一種MEMS氣密性封裝結構及封裝方法，產品封裝過程形成導電線路時，通過光刻導電線路的光罩設計增加產品的金屬包封長度，實現了80%的聚合物鍵合區域被金屬包裹，達到了傳統金屬、陶瓷密封的效果。該封裝結構的工藝過程中沒有增加工藝步驟和成本，實現了很好密封性，具有低成本和高可靠性等優點。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發明圓片與蓋片鍵合，并在圓片背部切割道位置形成溝槽的剖面示意圖；
[0027]圖2為本發明在圓片背部及溝槽內鋪鈍化層的剖面示意圖；
[0028]圖3為本發明暴露焊墊側面及聚合物層側面的剖面示意圖；
[0029]圖4為本發明制備導電線路及金屬塊后的導電線路位置剖面示意圖；
[0030]圖5為本發明制備導電線路及金屬塊后的俯視示意圖；
[0031]圖6為本發明制備導電線路及金屬塊后的金屬塊位置的剖面示意圖；
[0032]圖7為本發明單顆封裝芯片在導電線路位置的剖面示意圖；
[0033]圖8為本發明單顆封裝芯片在金屬塊位置的剖面示意圖。
[0034]結合附圖，做以下說明
[0035]100-MEMS芯片，101-焊墊，102-氧化層，103-溝槽，200-蓋子，201-空腔，300-聚合物層，400-鈍化層，500-導電線路，600-金屬塊，700-防焊層，800-焊球，SL-切割道
【具體實施方式】
[0036]為使本發明能夠更加易懂，下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】做詳細的說明。為方便說明，實施例附圖的結構中各組成部分未按正常比例縮放，故不代表實施例中各結構的實際相對大小。其中所說的結構或面的上面或上側，包含中間還有其他層的情況。
[0037]如圖7和圖8所示，一種MEMS氣密性封裝結構，包括一功能面邊緣帶有焊墊101的MEMS芯片100和一用于密封該MEMS芯片的蓋子200，所述MEMS芯片的功能面邊緣與所述蓋子的正面邊緣通過一定寬度和厚度的聚合物層300鍵合在一起，所述MEMS芯片的焊墊背面被該聚合物層覆蓋，所述MEMS芯片四周形成有暴露所述聚合物層側面的溝槽103，且所述溝槽暴露所述焊墊的側面，所述焊墊暴露的側面與通向MEMS芯片背部或蓋子背部的導電線路500連接，所述聚合物層暴露的側面至少50%的面積由一金屬塊600及所述導電線路密封包裹，且金屬塊的寬度至少包裹住該聚合物層暴露的側面。該封裝結構通過導電線路及金屬塊密封包裹聚合物層暴露的80%側面，可達到傳統金屬、陶瓷密封的效果。且工藝過程中沒有增加工藝步驟和成本，僅通過現有封裝方案中，修改光刻線路的光罩設計，即可達到，因此，本發明實現了很好的密封性，具有低成本和高可靠性等優點。
[0038]優選的，所述蓋子為中部帶有空腔201的硅板或玻璃板，為MEMS芯片功能面的功能元件提供密封的工作環境。
[0039]優選的，所述聚合物層為膠或干膜，以實現將MEMS芯片的功能面和蓋子的正面粘合在一起。
[0040]優選的，所述導電線路為銅、鎳、金、鋁、鎳磷、鈀和鈦中的一種的單層金屬結構或幾種的多層