具有中空腔室的半導體封裝制造過程的制作方法
【專利摘要】本發明是有關于一種具有中空腔室的半導體封裝制造過程，其包含提供下基板，該下基板具有底板、環墻及凹槽，該環墻及該底板形成該凹槽，形成球下金屬層于該環墻的表面，設置多個焊球于該球下金屬層的表面，各該焊球具有直徑，相鄰的兩個焊球之間具有間距，對所述焊球進行回焊，使所述焊球熔化且互相連接而形成接合層，將上基板與該下基板連接，該上基板密封該下基板的該凹槽而形成中空腔室，該中空腔室用以容置電子元件。
【專利說明】
具有中空腔室的半導體封裝制造過程
技術領域
[0001]本發明是關于一種半導體封裝制造過程，特別是關于一種具有中空腔室的半導體封裝制造過程。
【背景技術】
[0002]一種 MEMS (Microelectromechanical Systems)封裝制造過程是將基板(可為娃基板或其他半導體材料)利用濕式刻蝕、干式刻蝕或放電加工的方式在其內部形成空腔(Cavity)，再在該空腔中安裝所欲封裝的電子元件(如電阻器、晶體管、射頻裝置、集成電路或電容器)，最后再蓋上蓋體完成封裝。MEMS的封裝裝置常使用于消費性電子產品(如智能型手機或膝上型電腦)，而對于封裝裝置的尺寸大小較為要求，因此，如何縮小封裝裝置的尺寸大小為MEMS封裝制造過程的重要課題。
[0003]在現有習知技術中，一般將該蓋體與該基板接合的方式是在該基板的連接部以網版印刷的方式涂上錫膏，再將該蓋體與該基板熱壓合而使其互相接合，但由于網版印刷是將錫膏通過網板的網目形成于該基板的該連接部上，導致該基板在形成該空穴時，該基板的該連接部需留有較大的寬度供網版印刷以進行錫膏的涂布，因此局限了基板內空穴的空間大小，而無法縮小封裝裝置的尺寸。此外，以網版印刷的方式須考慮錫膏粘性及流動性，才能使錫膏順利地印刷至該基板的該連接部上，而較難隨需求改變錫膏的成分配比。

【發明內容】

[0004]本發明的主要目的在于借由焊球形成于下基板的環墻表面，再將焊球回焊而形成接合層，使得上基板與下基板可通過接合層互相接合。
[0005]本發明的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。本發明的一種具有中空腔室的半導體封裝制造過程包含提供下基板，該下基板具有底板、環墻及凹槽，該環墻形成于該底板，該環墻具有表面，且該環墻及該底板形成該凹槽；形成第一球下金屬層于該環墻的該表面，該第一球下金屬層具有表面；設置多個焊球于該第一球下金屬層的該表面，各該焊球具有直徑，相鄰的兩個焊球之間具有間距，該間距不小于各該焊球的該直徑的一半；對所述焊球進行回焊，使所述焊球熔化且互相連接而形成接合層，該接合層罩蓋該第一球下金屬層的該表面；將上基板與該下基板連接，該上基板具有連接表面，該連接表面連接該接合層，其中該上基板密封該下基板的該凹槽而形成中空腔室，該中空腔室用以容置電子元件。
[0006]本發明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現。
[0007]前述的具有中空腔室的半導體封裝制造過程，其中各該焊球的該直徑與相鄰的兩個焊球間的該間距之間的比率介于1:0.5至1:3之間。
[0008]前述的具有中空腔室的半導體封裝制造過程，其中該環墻的該表面具有寬度，各該焊球的該直徑與該環墻的該表面的該寬度之間的比率介于1:3至1:0.5之間。
[0009]前述的具有中空腔室的半導體封裝制造過程，其中該上基板具有第二球下金屬層，該第二球下金屬層形成于該連接表面，且當該上基板與該下基板連接時，該第二球下金屬層接觸該接合層。
[0010]前述的具有中空腔室的半導體封裝制造過程，其中該上基板具有凸出部，該連接表面為該凸出部的表面。
[0011]前述的具有中空腔室的半導體封裝制造過程，其中在將該上基板與該下基板連接的步驟前另包含于該接合層上涂布助焊劑。
[0012]前述的具有中空腔室的半導體封裝制造過程，其中該下基板的該環墻具有多個角隅，且在設置多個焊球于該第一球下金屬層的該表面的步驟中，各該角隅上設置有至少一個焊球。
[0013]前述的具有中空腔室的半導體封裝制造過程，其中該接合層完全地罩蓋該第一球下金屬層的該表面。
[0014]前述的具有中空腔室的半導體封裝制造過程，其中該環墻的該表面具有寬度，該寬度介于8 μ m至500 μ m之間。
[0015]前述的具有中空腔室的半導體封裝制造過程，其中該環墻的該表面的該寬度介于8 μ m至500 μ m之間。
[0016]本發明與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。本發明借由回焊所述焊球而形成的該接合層連接該下基板及該上基板，形成密封的該中空腔室以容置該電子元件，由于所述焊球的該直徑可達微米等級，因此可有效地薄化該下基板的該環墻的該寬度，進而縮小整體封裝結構的尺寸，此外，由于所述焊球的成份比例已知，而可視需求選用合適的焊球成份，以進行更廣泛的應用。
[0017]上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本發明的上述和其他目的、特征和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。
【附圖說明】
[0018]圖1:依據本發明的第一實施例，一種具有中空腔室的半導體封裝制造過程的流程圖。
[0019]圖2:依據本發明的第一實施例，該具有中空腔室的半導體封裝制造過程的側面剖視圖。
[0020]圖3:依據本發明的第一實施例，該具有中空腔室的半導體封裝制造過程的側面剖視圖。
[0021]圖4:依據本發明的第一實施例，該具有中空腔室的半導體封裝制造過程的側面剖視圖。
[0022]圖5:依據本發明的第一實施例，該具有中空腔室的半導體封裝制造過程的俯視圖。
[0023]圖6:依據本發明的第一實施例，該具有中空腔室的半導體封裝制造過程的側面剖視圖。
[0024]圖7:依據本發明的第一實施例，該具有中空腔室的半導體封裝制造過程的側面剖視圖。
[0025]圖8:依據本發明的第一實施例，該具有中空腔室的半導體封裝制造過程的側面剖視圖。
[0026]圖9:依據本發明的第二實施例，一種具有中空腔室的半導體封裝制造過程的側面剖視圖。
[0027]【主要元件符號說明】
[0028]10:具有中空腔室的半導體封裝制造過程11:提供下基板
[0029]12:形成第一球下金屬層于環墻表面13:對焊球進行回焊
[0030]14:涂布助焊劑15:將上基板與下基板連接
[0031]100:下基板110:底板
[0032]120:環墻121:表面
[0033]122:角隅130:凹槽
[0034]200:第一球下金屬層210:表面
[0035]300:焊球400:接合層
[0036]500:上基板510:連接表面
[0037]520:第二球下金屬層530:凸出部
[0038]600:助焊劑D:直徑
[0039]G:間距C:中空腔室
[0040]W:寬度E:電子元件
【具體實施方式】
[0041]為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所采取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的具有中空腔室的半導體封裝制造過程其【具體實施方式】、特征及其功效，詳細說明如后。
[0042]請參閱圖1，為本發明的第一實施例，一種具有中空腔室的半導體封裝制造過程10的流程圖，該具有中空腔室的半導體封裝制造過程10包含“提供下基板11”、“形成第一球下金屬層于環墻表面12”、“對焊球進行回焊13”、“涂布助焊劑14”及“將上基板與下基板連接15”的步驟。
[0043]請參閱圖1、圖2及圖5，在步驟11中提供下基板100，該下基板100可選自于硅、陶瓷、玻璃、金屬、高分子材料或其他半導體材料，該下基板100具有底板110、環墻120及凹槽130，該環墻120形成于該底板110，且該環墻120及該底板110形成該凹槽130，該環墻120具有表面121及多個角隅122，該環墻120的該表面121具有寬度W，該寬度W介于8 μπι至500 μπι之間。在本實施例中，該下基板100是借由如先前技術中所述以濕式刻蝕、干式刻蝕或放電加工形成，且電子元件E安裝于該下基板100的該凹槽130中。
[0044]請參閱圖1及圖3，在步驟12中形成第一球下金屬層200于該環墻120的該表面121，該第一球下金屬層200具有表面210，該第一球下金屬層200的該表面210的寬度實質上與該環墻120的該表面121的該寬度W相同，在本實施例中，該第一球下金屬層200通過光刻膠制造過程及電鍍/化學鍍制造過程形成于該環墻120的該表面121，其中該第一球下金屬層200可為多層金屬堆疊或合金的結構，用以提供粘附、潤濕及阻障等功效，在本實施例中，該第一球下金屬層200包含T1、Ti/W、Cu、Cr、Ni/V等金屬材料。
[0045]請參閱圖1、圖4及圖5，設置多個焊球300于該第一球下金屬層200的該表面210，各該焊球300具有直徑D，其中相鄰的兩個焊球300之間具有間距G，該間距G不小于各該焊球300的該直徑D的一半，以避免相鄰的兩個焊球300互相干涉，而在植球制造過程中產生碰撞偏離定位，但若相鄰的兩個焊球300之間的該間距G過大時，回焊后的該焊球300之間則會無法連接而產生縫隙。因此，請參閱圖5，較佳地，各該焊球300的該直徑D與相鄰的兩個焊球300間的該間距G之間的比率介于1:0.5至1:3之間，以確保回焊后的該焊球300之間可互相連接。此外，為避免焊球300的該直徑D過大，而在回焊后溢出該第一球下金屬層200的該表面210造成該電子元件E的短路或整體封裝結構的污染，較佳的，各該焊球300的該直徑D與該環墻120的該表面121的該寬度W之間的比率介于1:3至1:0.5之間。在本實施例中，所述焊球300的材料可為Sn、B1、In、Au/Sn、Sn/Ag、Sn/Cu、Sn/B1、Sn/Ag/Cu、Sn/Ag/Bi或Sn/Ag/Cu/Sb等無鉛錫球，由于本發明以已知成分比例的所述焊球300作為基板連接的材料，因此，本發明可依據需求選擇所述焊球300的成分比例，而較現有習知技術能進行更廣泛的應用。
[0046]請再參閱圖5，較佳的，在本實施例中，在設置多個焊球300于該第一球下金屬層200的該表面210的步驟中，各該角隅122上設置有至少一個焊球300，以確保回焊后的所述焊球300能完全地罩蓋第一球下金屬層200的該表面210。
[0047]請參閱圖1及圖6，在步驟13中對所述焊球300進行回焊，使所述焊球300熔化且互相連接而形成接合層400，該接合層400罩蓋該第一球下金屬層200的該表面210，請參閱圖6，所述焊球300熔化后會因表面張力內聚形成球形表面，且各該焊球300的該直徑D越大時，該接合層400的高度越高，較佳的，該接合層400完全地罩蓋該第一球下金屬層200的該表面210，使后續的上基板連接至該下基板100時能密合。其中回焊溫度視所述焊球300的熔點而定，在本實施例中，回焊溫度是比各該焊球300的熔點高出0°C至80°C之間，例如SAC的熔點約為220°C，則以220°C至300°C之間的回焊溫度進行回焊，以確保所述焊球300能完全熔化并使該接合層400表面平整。
[0048]請參閱圖1及圖7，在步驟14中在該接合層400上涂布助焊劑600，以對該接合層400的表面進行初步的清潔，而有助于后續的上基板與該下基板100接合時金屬間化合物(Intermetallic Compound, IMC)的生成。或在其他實施例中，該接合層400表面在制造過程中能保持平整且清潔、或該接合層400是選用不需助焊劑的接合材料、或是在真空腔室(圖未繪出)中進行本發明的封裝時，則可省略本步驟，而在步驟13對所述焊球300進行回焊后直接進行步驟15。
[0049]請參閱圖1及圖8，在步驟15中將上基板500與該下基板100以回焊制造過程或熱壓合制造過程進行連接，該上基板500具有連接表面510及第二球下金屬層520，該第二球下金屬層520形成于該連接表面510，且當該上基板500與該下基板100連接時，該第二球下金屬層520接觸該接合層400，該連接表面510經由該第二球下金屬層520連接該接合層400，其中該上基板500密封該下基板100的該凹槽130而形成中空腔室C，由于上述步驟13將該接合層400完全地罩蓋該第一球下金屬層200的該表面210，因此，該上基板500通過該接合層400與該下基板100接合時能使該中空腔室C完全密封，并使容置于該中空腔室C中的該電子元件E與外在環境隔離，增加該電子元件E作動的穩定度。
[0050]請參閱圖9，為本發明的第二實施例，一種具有中空腔室的半導體封裝制造過程10的側面剖視圖，其與第一實施例的差異在于該上基板500具有凸出部530，該連接表面510為該凸出部530的表面，借此，將該上基板500與該下基板100接合后，該中空腔室C的高度能夠更高，而可用以容置高度較高或是需要垂直作動的該電子元件E。
[0051]本發明借由回焊所述焊球300而形成的該接合層400連接該下基板100及該上基板500，形成密封的該中空腔室C以容置該電子元件E，由于所述焊球300的該直徑D可達微米等級，因此可有效地薄化該下基板100的該環墻120的該寬度W，進而縮小整體封裝結構的尺寸，此外，由于所述焊球300的成份比例已知，而可視需求選用合適的焊球300成份，以進行更廣泛的應用。
[0052]以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明做任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍內，當可利用上述揭示的技術內容做出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。
【主權項】
1.一種具有中空腔室的半導體封裝制造過程，其特征在于該中空腔室用以容置電子元件，該具有中空腔室的半導體封裝制造過程包含: 提供下基板，具有底板、環墻及凹槽，該環墻形成于該底板，該環墻具有表面，且該環墻及該底板形成該凹槽； 形成第一球下金屬層于該環墻的該表面，該第一球下金屬層具有表面； 設置多個焊球于該第一球下金屬層的該表面，各該焊球具有直徑，相鄰的兩個焊球之間具有間距，該間距不小于各該焊球的該直徑的一半； 對所述焊球進行回焊，使所述焊球熔化且互相連接而形成接合層，該接合層罩蓋該第一球下金屬層的該表面；以及 將上基板與該下基板連接，該上基板具有連接表面，該連接表面連接該接合層，其中該上基板密封該下基板的該凹槽而形成中空腔室。2.根據權利要求1所述的具有中空腔室的半導體封裝制造過程，其特征在于:其中各該焊球的該直徑與相鄰的兩個焊球間的該間距之間的比率介于1:0.5至1:3之間。3.根據權利要求1或2所述的具有中空腔室的半導體封裝制造過程，其特征在于:其中該環墻的該表面具有寬度，各該焊球的該直徑與該環墻的該表面的該寬度之間的比率介于1:3至1:0.5之間。4.根據權利要求1所述的具有中空腔室的半導體封裝制造過程，其特征在于:其中該上基板具有第二球下金屬層，該第二球下金屬層形成于該連接表面，且當該上基板與該下基板連接時，該第二球下金屬層接觸該接合層。5.根據權利要求4所述的具有中空腔室的半導體封裝制造過程，其特征在于:其中該上基板具有凸出部，該連接表面為該凸出部的表面。6.根據權利要求1所述的具有中空腔室的半導體封裝制造過程，其特征在于:其中在將該上基板與該下基板連接的步驟前另包含于該接合層上涂布助焊劑。7.根據權利要求1所述的具有中空腔室的半導體封裝制造過程，其特征在于:其中該下基板的該環墻具有多個角隅，且在設置多個焊球于該第一球下金屬層的該表面的步驟中，各該角隅上設置有至少一個焊球。8.根據權利要求1或7所述的具有中空腔室的半導體封裝制造過程，其特征在于:其中該接合層完全地罩蓋該第一球下金屬層的該表面。9.根據權利要求1所述的具有中空腔室的半導體封裝制造過程，其特征在于:其中該環墻的該表面具有寬度，該寬度介于8 μπι至500 μπι之間。10.根據權利要求3所述的具有中空腔室的半導體封裝制造過程，其特征在于:其中該環墻的該表面的該寬度介于8 μπι至500 μπι之間。
【文檔編號】H01L23/31GK106098568SQ201510386211
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2015年7月3日
【發明人】施政宏, 謝永偉, 林淑真, 何馥言, 陳彥廷
【申請人】頎邦科技股份有限公司