[發(fā)明專利]具有多功能蓋板的芯片級(jí)封裝的MEMS芯片及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610070994.3
• 申請(qǐng)日: 2016-01-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105668501B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 華亞平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安徽北方芯動(dòng)聯(lián)科微系統(tǒng)技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): B81B7/00
• 分類號(hào): B81B7/00;B81B7/02;B81C1/00;B81C3/00;B81C99/00
• 代理公司: 蚌埠鼎力專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司34102
• 代理人: 王琪,王玲霞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及MEMS芯片的制造領(lǐng)域，特別涉及一種具有多功能蓋板的芯片級(jí)封裝的MEMS芯片，本發(fā)明還涉及這種具有多功能蓋板的芯片級(jí)封裝的MEMS芯片及其制造方法。

背景技術(shù)

MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)是微機(jī)電系統(tǒng)的縮寫，MEMS芯片制造技術(shù)利用微細(xì)加工技術(shù)，特別是半導(dǎo)體圓片制造技術(shù)，制造出各種微型機(jī)械結(jié)構(gòu)，結(jié)合專用控制集成電路(ASIC)，組成智能化的微傳感器、微執(zhí)行器、微光學(xué)器件等MEMS元器件。MEMS元器件具有體積小、成本低、可靠性高、抗惡劣環(huán)境能力強(qiáng)、功耗低、智能化程度高、易校準(zhǔn)、易集成的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品(如手機(jī)、平板電腦、玩具、數(shù)碼相機(jī)、游戲機(jī)、空中鼠標(biāo)、遙控器、GPS等)、國(guó)防工業(yè)(如智能炸彈、導(dǎo)彈、航空航天、航海、潛水、無(wú)人飛機(jī)等)以及工業(yè)類產(chǎn)品(如汽車、通訊、機(jī)器人、智能交通、工業(yè)自動(dòng)化、環(huán)境監(jiān)測(cè)、平臺(tái)穩(wěn)定控制、現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)、安全監(jiān)控等)中。MEMS元器件是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基石，是工業(yè)現(xiàn)代化的核心元器件。

MEMS芯片，特別是高性能的MEMS芯片的制造工藝很難與普通的CMOS集成電路制造工藝兼容，而且比普通CMOS集成電路制造工藝成本高，利用盡量多的普通CMOS集成電路的制造工藝步驟來(lái)制造MEMS芯片，可以降低成本，提高成品率。早期的高性能MEMS芯片是不用圓片級(jí)封裝技術(shù)的，也就是說(shuō)MEMS結(jié)構(gòu)是暴露在外的，需要通過(guò)金屬或陶瓷封裝將其密封保護(hù)，但這種方法封裝成本高，成品率底。所以現(xiàn)在的高性能MEMS芯片，特別是MEMS加速度計(jì)和陀螺儀，一般都通過(guò)MEMS圓片與蓋板圓片鍵合，再切割成芯片的方法制造芯片級(jí)封裝的MEMS芯片，一般的MEMS芯片級(jí)封裝的蓋板只起到一個(gè)密封的作用。芯片級(jí)封裝的MEMS器件信號(hào)通常通過(guò)芯片底板或芯片的MEMS層引出，再連接到ASIC芯片(專用集成電路，Application specific Integrated Circuit)上，也就是說(shuō)MEMS芯片的信號(hào)線的交叉布線是通過(guò)底板或MEMS層實(shí)現(xiàn)的。MEMS器件的性能隨溫度變化而變化，例如高性能MEMS陀螺儀，在-40℃到+85℃的工作溫度范圍內(nèi)的零偏值比標(biāo)定溫度(通常25℃)下的零偏值大幾倍到幾十倍，這主要是溫度變化引起的各種材料體積變化不均勻而產(chǎn)生應(yīng)力，從而導(dǎo)致MEMS陀螺儀的零偏值漂移；最好解決方法之一是恒定MEMS陀螺儀芯片的溫度，由于芯片級(jí)制冷不容易實(shí)現(xiàn)，而加熱很容易，所以一般通過(guò)加熱控制芯片溫度在最高工作溫度附近，以提高M(jìn)EMS陀螺儀芯片在全工作溫度范圍內(nèi)的性能。美國(guó)專利(專利號(hào)為：US2015/0115377)描述了一種MEMS芯片加熱的方法及其制造工藝，其蓋板只起到密封和加熱的作用。另外，高性能MEMS器件價(jià)格昂貴，可靠性要求十分嚴(yán)格，定期檢測(cè)封裝管殼的氣密性是十分有效的可靠性監(jiān)控方法，美國(guó)專利(專利號(hào)為：US8011226)描述了利用熱對(duì)流加速度計(jì)原理檢測(cè)密封腔體內(nèi)氣壓變化的方法，使用到一個(gè)獨(dú)立的MEMS加速度計(jì)器件。

綜上所述，現(xiàn)有的MEMS芯片級(jí)封裝技術(shù)中沒(méi)有一種蓋板可同時(shí)提供氣密性封裝、信號(hào)線交叉布線、芯片加熱、實(shí)時(shí)檢漏多種功能。因此需要提供一種多功能的MEMS圓片級(jí)封裝蓋板以簡(jiǎn)化高性能MEMS芯片的設(shè)計(jì)和加工工藝，適應(yīng)多品種小批量的特點(diǎn)，提高成品率，同時(shí)改進(jìn)產(chǎn)品長(zhǎng)期使用的穩(wěn)定性，保證產(chǎn)品應(yīng)用過(guò)程中的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有多功能蓋板的MEMS芯片，該MEMS芯片通過(guò)外部金屬線將MEMS結(jié)構(gòu)的電信號(hào)引到蓋板上面的金屬層中，再在蓋板上完成交叉布線；同時(shí)，利用蓋板上的第一金屬層圖形和第二金屬層圖形制作恒溫加熱器和檢漏用熱對(duì)流加速度計(jì)；此方法制造流程短，成本低，設(shè)計(jì)靈活，制造出的具有多功能蓋板的芯片級(jí)封裝的MEMS芯片成品率高。