[發(fā)明專(zhuān)利]微型電子元件及其封裝結(jié)構(gòu)和制造方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710085539.1
• 申請(qǐng)日: 2007-03-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101261963A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡聰明
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 誠(chéng)佑科技股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L23/00
• 分類(lèi)號(hào): H01L23/00;H01L23/31;H01L21/00;H01L21/56;B81B7/02;B81C1/00;B81C3/00;H03H9/02;H03H3/00
• 代理公司: 隆天國(guó)際知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 陳晨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種微型電子元件及其制造方法，可以表面貼裝方式固定在電路板上。本發(fā)明還涉及微型電子元件的封裝，在微結(jié)構(gòu)上方形成密封中空穴，并填充特定氣體。特別地，本發(fā)明公開(kāi)一種具有密封中空穴的芯片級(jí)封裝元件，在整片基板上制作，并可以低成本方式大量生產(chǎn)。

背景技術(shù)

密封中空穴在電子元件的應(yīng)用上扮演一個(gè)重要的角色，其目的是在電子元件的微結(jié)構(gòu)上方形成一個(gè)中空的空間，填充并密封特定的氣體，而且阻隔外部環(huán)境的氣體進(jìn)入中空穴內(nèi)，以提供微結(jié)構(gòu)一個(gè)安全穩(wěn)定的工作環(huán)境。

密封中空穴在電子元件的應(yīng)用，基本上可以分為幾個(gè)類(lèi)別，第一類(lèi)是高可靠度的微電子電路和光電元件，例如航空、軍事等用途的集成電路，其目的是保護(hù)電子電路免于受到環(huán)境中的濕氣、氧氣與機(jī)械力等的腐蝕與破壞。第二類(lèi)是微振動(dòng)元件，例如振蕩器、表面聲波濾波器等，其表面至少有一個(gè)振動(dòng)子，因此需要一個(gè)中空的空間才能自由運(yùn)作，而且此振動(dòng)子對(duì)濕氣、氧氣很敏感，所以需要一個(gè)密封中空穴。第三類(lèi)是微機(jī)電元件，在硅基板上面制作微型的懸梁、振動(dòng)薄膜等擺動(dòng)元件，必須在密封中空穴內(nèi)，才能正確且穩(wěn)定的運(yùn)作。第四類(lèi)是氣體放電元件，例如等離子體顯示器、過(guò)電壓保護(hù)元件等，必須有一個(gè)密封的空間，填充特定的氣體，才能在設(shè)定的電壓下放電。

電子元件廣泛使用的塑料與橡膠材料，例如環(huán)氧樹(shù)脂(Epoxy)、聚酰亞胺(Polyimide)與硅樹(shù)脂(Silicone)等，無(wú)法達(dá)到密封氣體的要求。金屬、玻璃與陶瓷材料才能密封氣體于中空穴內(nèi)。陶瓷材料因熔點(diǎn)較高，比較適合作為底座、底板與上蓋等結(jié)構(gòu)體，封口材料則使用低熔點(diǎn)的金屬或玻璃。低熔點(diǎn)的金屬以金和錫合金最適用，熔化溫度約攝氏350-400度；玻璃的熔化溫度較高，約攝氏400-600度。

為了適應(yīng)輕薄短小的產(chǎn)品需要，電子元件持續(xù)向微型發(fā)展，可以表面貼裝方式固定在電路板。圖1A所示是現(xiàn)有技術(shù)之一，具有密封中空穴的微型電子元件的最普遍的構(gòu)造。包含長(zhǎng)方形或方形的底座13，其材質(zhì)通常是電絕緣，純度90％以上的氧化鋁，以多層燒結(jié)制作成一個(gè)開(kāi)口在上表面的凹陷空間。底座13的內(nèi)部布置金屬導(dǎo)線(xiàn)24，連接到下表面的端電極22。芯片11是在基板的上表面布置有微電子電路、微機(jī)電元件、振蕩器或表面聲波濾波器等微結(jié)構(gòu)，以黏結(jié)層23固定在底座13上。

連接線(xiàn)26是非常微細(xì)的金屬導(dǎo)線(xiàn)，直徑約20-50微米(μm)，材質(zhì)是金或鋁，將芯片11的微結(jié)構(gòu)經(jīng)由底座13的金屬導(dǎo)線(xiàn)24和端電極22連接。端電極22是元件和電路板連接的接觸點(diǎn)。上蓋18通常是平整的金屬板，表面電鍍金；封口材料28則是低熔點(diǎn)的金屬材料。底座13上表面的四周涂布一層金屬，上蓋18與封口材料28，一個(gè)個(gè)對(duì)齊放置于底座13的上表而。然后置入高溫爐中，通入氮?dú)饣蚱渌囟怏w，熔化封口材料28，密封整個(gè)中空穴17。

圖1B所示是現(xiàn)有技術(shù)之二，具有密封中空穴的微型電子元件的另一構(gòu)造，基板21是平面型態(tài)，其上表面具有微結(jié)構(gòu)12。上蓋19是由陶瓷材料構(gòu)成，材質(zhì)以純度90％以上的氧化鋁最普遍，中間部位凹陷，開(kāi)口在下表面。封口材料25的成份是玻璃，熔化溫度約攝氏400-600度，涂布于上蓋19下表面的四周，密封整個(gè)中空穴17。

圖1B所示的元件是一種芯片型(Chip?Type)氣體放電式過(guò)電壓保護(hù)裝置。基板21是耐高溫的電絕緣平板，通常是長(zhǎng)方形，其中以純度96％的氧化鋁最適用。微結(jié)構(gòu)是兩個(gè)放電電極12，制作于基板21的上表面，彼此間隔適當(dāng)距離，其中一個(gè)電極接地，另一個(gè)電極則連接到需要保護(hù)的電路。在特定的氣體環(huán)境下，過(guò)高的電壓經(jīng)由此微小間距放電疏導(dǎo)。兩個(gè)金屬材料的末端墊16，分別連接到放電電極12的兩端，其寬度比放電電極12大，厚度和放電電極12一樣或更厚，材料可不同于放電電極12。

導(dǎo)電端電極14形成于基板21兩端的側(cè)邊，經(jīng)由末端墊16與放電電極12的兩端分別對(duì)應(yīng)連接，是元件與電路板的接觸點(diǎn)。此種型態(tài)的電子元件，當(dāng)今工業(yè)界能夠做到的最小尺寸是2.0×1.3毫米(mm)(長(zhǎng)度×寬度)。

制作方法首先是將放電電極12與末端墊16制作于基板21的上表面，同時(shí)將封口材料25涂布于上蓋19下表面的四周。再將上蓋19一個(gè)個(gè)對(duì)齊放置于基板21之上，然后置入高溫爐中，通入特定氣體，熔化封口材料25，密封整個(gè)中空穴17。