[發(fā)明專利]一種半導(dǎo)體MEMS芯片封裝方法及其封裝結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110398236.1
• 申請(qǐng)日: 2011-12-05
• 公開（公告）號(hào): CN102431959A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 熊筆鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 煙臺(tái)睿創(chuàng)微納技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): B81C1/00
• 分類號(hào): B81C1/00;B81B7/00
• 代理公司: 北京輕創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11212
• 代理人: 楊立

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體封裝技術(shù)，尤其涉及一種半導(dǎo)體MEMS芯片封裝方法，屬于芯片封裝技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

各種半導(dǎo)體MEMS器件產(chǎn)品作為高品質(zhì)傳感器或者探測(cè)器在工業(yè)傳感、圖象通信、消費(fèi)電子、汽車工業(yè)、軍事工業(yè)等領(lǐng)域得到越來越多的應(yīng)用。半導(dǎo)體MEMS產(chǎn)品制造技術(shù)是這種應(yīng)用的基礎(chǔ)，而半導(dǎo)體MEMS芯片封裝技術(shù)是半導(dǎo)體MEMS傳感產(chǎn)品制造中的最關(guān)鍵技術(shù)之一。

一般而言，半導(dǎo)體MEMS芯片封裝技術(shù)采用金屬或陶瓷殼體作為密封腔，其典型結(jié)構(gòu)如圖1所示，殼體2為一個(gè)開口的長方體腔體，其側(cè)壁上制作了陶瓷結(jié)構(gòu)件3，陶瓷結(jié)構(gòu)件3與殼體2之間經(jīng)過金屬陶瓷共燒工藝進(jìn)行了密封焊接，陶瓷結(jié)構(gòu)件3上制作了金屬焊盤31，金屬焊盤31與殼體2側(cè)壁外附著在陶瓷結(jié)構(gòu)件3上的金屬引線32是電連通的，這樣，半導(dǎo)體芯片1經(jīng)過金絲4與外部形成電連通，實(shí)現(xiàn)信號(hào)通信與控制，半導(dǎo)體芯片1貼裝在熱電制冷器（TEC）5上，熱電制冷器（TEC）5貼裝在殼體2底板上，與外部形成熱通路，光學(xué)窗口或者蓋板6與殼體2之間密封焊接，這樣，半導(dǎo)體芯片1就被密封在一個(gè)密閉環(huán)境中，外部光學(xué)信號(hào)通過光學(xué)窗口6入射到半導(dǎo)體芯片1，對(duì)一些半導(dǎo)體MEMS芯片的應(yīng)用要求而言，光學(xué)窗口6與殼體2形成的密封腔體需要保持高真空狀態(tài)，在產(chǎn)品使用過程中，為了保證高真空長期壽命，需要在腔體內(nèi)安裝吸氣劑7來吸附腔體內(nèi)壁以及內(nèi)部所有元件釋放出來的氣體，即使如此，這種高真空狀態(tài)也不易保持，因此需要對(duì)各元件有嚴(yán)格的極低放氣率要求，所有的粘接材料，比如半導(dǎo)體芯片1與熱電制冷器（TEC）5以及熱電制冷器（TEC）5與殼體1底板之間的粘接材料，也需要有嚴(yán)格的長期極低放氣率要求，這就使得封裝原材料選擇要求極其嚴(yán)格、封裝結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大、制作工藝?yán)щy、封裝成本高昂。

除此之外，還有另外一種與上述結(jié)構(gòu)類似的半導(dǎo)體MEMS芯片封裝技術(shù)，如圖3、圖4所示，就是半導(dǎo)體MEMS芯片1封裝在一個(gè)開口的長方體腔體陶瓷殼體8內(nèi)，殼體底板周邊設(shè)有金屬化焊盤81，與殼體8底部的金屬引線82連通，金屬引線82可以是多排，布局在殼體8的底板四周，這種密封的陶瓷殼體已經(jīng)十分成熟，在封裝領(lǐng)域有廣泛地應(yīng)用，半導(dǎo)體MEMS芯片1通過粘接材料直接貼裝在陶瓷殼體8腔體內(nèi)的底板上，用金絲4以及金絲鍵合工藝實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體MEMS芯片1與金屬化焊盤81之間的電連通，光學(xué)窗口9與殼體8焊接密封，將半導(dǎo)體MEMS芯片1密封在一個(gè)密閉腔體中，與上一種結(jié)構(gòu)類似，只是減少了一個(gè)熱電制冷器，對(duì)某些半導(dǎo)體MEMS芯片而言，需要高真空應(yīng)用環(huán)境，因此，腔體內(nèi)的粘接材料以及各種元件長期放氣特性依然造成了保持和控制長期高真空環(huán)境的困難，同樣，該種封裝結(jié)構(gòu)也存在封裝材料放氣特性要求極嚴(yán)、封裝結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制作工藝?yán)щy、成本高昂的缺點(diǎn)。另外，以上兩種現(xiàn)有的半導(dǎo)體MEMS封裝技術(shù)均需要在密封腔體內(nèi)將芯片貼裝一個(gè)平面上，這存在著各種材料熱膨脹系數(shù)失配以及高應(yīng)力風(fēng)險(xiǎn)，而且粘接工藝難度大，高可靠性粘接材料選擇困難。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種半導(dǎo)體MEMS芯片封裝方法，這種方法結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低廉，經(jīng)過這種方法解決了現(xiàn)有半導(dǎo)體芯片封裝技術(shù)難以維持高真空的不足。

另外，本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種半導(dǎo)體MEMS芯片封裝結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低廉，這種結(jié)構(gòu)解決了現(xiàn)有半導(dǎo)體芯片封裝技術(shù)難以維持高真空的不足。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種半導(dǎo)體MEMS芯片封裝方法，包括以下步驟：

步驟一：將一個(gè)半導(dǎo)體MEMS芯片與一個(gè)包括電極陶瓷塊和墻體的壁型殼體連接為一體；

步驟二：將一個(gè)光學(xué)窗口與步驟一制成的結(jié)構(gòu)密封連接成一個(gè)密封腔體。

進(jìn)一步，本發(fā)明所述的半導(dǎo)體MEMS芯片封裝方法，步驟一具體為：

a.制備一個(gè)半導(dǎo)體MEMS芯片，使所述半導(dǎo)體MEMS芯片包括MEMS結(jié)構(gòu)區(qū)、金屬化焊盤及密封連接區(qū)域三個(gè)結(jié)構(gòu)；

b.制備一個(gè)壁型殼體，使所述壁型殼體包括電極陶瓷塊和墻體兩部分，電極陶瓷塊鑲嵌在墻體中，位于墻體內(nèi)側(cè)的電極陶瓷塊上制作有金屬焊盤，墻體外側(cè)的電極陶瓷塊上制作有金屬引腳，金屬焊盤與金屬引腳分別電連通；

c.?制備一個(gè)光學(xué)窗口，使所述光學(xué)窗口包括通光區(qū)域和連接區(qū)域；

d.將壁型殼體安裝并密封連接在半導(dǎo)體MEMS芯片上的密封連接區(qū)域上；

e.通過金絲將半導(dǎo)體MEMS芯片上的金屬焊盤與壁形殼體上的金屬焊盤連接起來，實(shí)現(xiàn)了半導(dǎo)體MEMS芯片與外部電路的電路的連通；

f.將吸氣劑安裝在壁型殼體的墻體內(nèi)側(cè)；