[實用新型]單片超小型MEMS芯片

有效

• 申請號: 201320722916.9
• 申請日: 2013-11-15
• 公開（公告）號: CN203568841U
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 華亞平
• 申請（專利權）人: 安徽北方芯動聯科微系統技術有限公司
• 主分類號: B81B7/00
• 分類號: B81B7/00
• 代理公司: 蚌埠鼎力專利商標事務所有限公司 34102
• 代理人: 王琪;陸淑賢

技術領域

本實用新型屬于芯片封裝領域，具體是一種單片超小型MEMS芯片。

背景技術

電子封裝是將一個或多個電子元器件芯片相互電連接，然后封裝在一個保護結構中，其目的是為電子芯片提供電連接、機械保護、化學腐蝕保護等。對于某些電子產品，芯片表面不能與封裝材料接觸，特別是對那些有可動結構的MEMS器件，需要用陶瓷管殼，金屬管殼，預成型塑料管殼等進行氣密性封裝，但這些封裝方法成本高，體積大，不適用于消費類電子產品中。隨著MEMS器件在消費領域中使用越來越廣泛，成本低、體積小的塑料封裝方法，如LGA（柵格陣列封裝）、QFN（方形扁平無引腳封裝）、DFN（雙邊無鉛封裝）等被廣泛采用。但這些封裝方法中，塑封料是直接與芯片接觸的。所以對那些表面有可動部件的MEMS芯片，表面必須先通過圓片級封裝的方法為MEMS結構加個蓋板，將可動部分保護起來，然后再進行一般的塑料封裝。圓片級封裝技術是對整個制作有電子器件的圓片進行封裝測試后再切割成單個成品電子器件的加工技術。圓片級封裝后的成品具有重量輕、體積小、厚度薄、價格低的優點，是電子元器件封裝技術的發展趨勢。另外，圓片級封裝后的芯片后續加工方便，不需要超凈環境，圓片切割時也不需要特殊保護，節約了加工成本。

MEMS芯片的圓片級封裝中，蓋板一般是用與MEMS結構相同的材料制作，通常為Si，下部制作有一個凹腔。?蓋板的主要作用是與底板一起，形成一個密封的空腔，向被密封于該空腔的MEMS結構提供一個可自由運動的空間，同時，保證MEMS結構不受外部環境的干擾。底板可以是集成電路芯片，也可以是不帶電路的Si材料。

在消費電子市場的的應用中，特別是便攜式電子產品，如手機，平板電腦等，一個MEMS器件需要感應X、Y、?Z三個軸向的信號，如三軸加速度計、三軸陀螺儀等。對于電子行業采用最廣泛的電容式MEMS器件，要感應三個軸向的信號，就必須有X、Y、Z三個軸向的感應電極。通常感應電極制作在圓片級封裝的空腔中，信號線從圓封裝的側面或底面引出。

圖1是現有的圓片級封裝的MEMS芯片，由下蓋板層101上的下凹腔109b和硅穿孔層104上的上凹腔109a構成的密封腔109為MEMS結構103a提供一個可自由活動的密封空間，上凹腔深度為10～50?μm，MEMS層103與下蓋板層101間有鍵合材料層102提供氣密性機械連接，鍵合材料層102可以是導電材料，如鋁、金、銅、金-錫合金等金屬，也可以是絕緣材料，如二氧化硅。硅穿孔層104上的隔離溝111，將硅穿孔層104分隔為蓋板區104b和導電柱104c，隔離溝104中填充有絕緣材料，如二氧化硅。實際上導電柱104c、隔離溝111和蓋板區104b共同構成了上蓋板。由于上凹腔深度較深，蓋板區無法感應MEMS結構的信號，因此蓋板區132純粹是用作蓋板，而不能用作垂直電極。絕緣層105用于隔離硅穿孔層104和金屬導線層106，金屬導線層106通過在絕緣層105上的通孔105a中沉積金屬導線與導電柱104c和蓋板區104b進行電連接。這樣，MEMS結構103a的信號通過鍵合塊110、導電柱104c、通孔105a輸出到金屬導線層106上。鈍化層107用于保護金屬導線層106，在隨后的二次封裝中，通過鈍化層107上的壓焊窗口107a打金屬導線連接引線框，或在壓焊窗口107a內植倒裝焊球就可將電信號引出。此方法無法直接形成垂直電極，若要制作垂直電極，只能先蝕刻MEMS層，形成不同部位的厚度差，再蝕刻出MEMS結構，這樣，利用MEMS結構中的電極高度差作為垂直電極感應MEMS結構在垂直方向的運動。但此方法效率低，導致芯片面積大，成本高。

實用新型內容

本實用新型要解決的技術問題是克服現有技術中存在的不足，提供一種單片超小型MEMS芯片，通過減小上腔體的深度，將部分硅穿孔層直接作為垂直電極，并通過在鈍化層上淀積金屬層作屏蔽層，不需要另外制作垂直電極，其工藝流程簡單，可減小MEMS芯片的面積和體積，成本低，成品率高。