[發(fā)明專利]用于面內(nèi)運(yùn)動式微機(jī)電系統(tǒng)器件的三維圓片級封裝結(jié)構(gòu)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010036925.7
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111137839A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙嘉昊;谷明玥
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: B81B7/00
• 分類號: B81B7/00;B81B7/02
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 羅文群

本發(fā)明涉及一種用于面內(nèi)運(yùn)動式微機(jī)電系統(tǒng)器件的三維圓片級封裝結(jié)構(gòu)，屬于微機(jī)電系統(tǒng)封裝技術(shù)領(lǐng)域。該封裝結(jié)構(gòu)包括封裝微機(jī)電系統(tǒng)器件與封蓋層兩層結(jié)構(gòu)，兩層結(jié)構(gòu)鍵合在一起形成密封的封裝結(jié)構(gòu)。在此封裝結(jié)構(gòu)中，利用一層金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，同時起到密封、機(jī)械支撐以及電學(xué)連接的作用，且本發(fā)明中封裝結(jié)構(gòu)的封蓋無需加工空腔，可以簡化加工工藝。本發(fā)明提出的封裝結(jié)構(gòu)采用了垂直引線的方式，縮短了連接線長度，便于減小封裝體積。與已有技術(shù)中的其他形式三維封裝相比，本發(fā)明利用一層金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)在構(gòu)成密封圈結(jié)構(gòu)的同時實(shí)現(xiàn)電學(xué)連接與機(jī)械支撐，且無需在封蓋刻蝕深腔結(jié)構(gòu)，可以簡單有效地實(shí)現(xiàn)器件的三維封裝。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于面內(nèi)運(yùn)動式微機(jī)電系統(tǒng)器件的三維圓片級封裝結(jié)構(gòu)，屬于微機(jī)電系統(tǒng)封裝技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

微機(jī)電系統(tǒng)(Micro Electro-Mechanical Systems，以下簡稱MEMS)技術(shù)，是在集成電路的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的一種新技術(shù)，其在集成電路的基礎(chǔ)上引入了可動機(jī)械部件。基于該技術(shù)可以開發(fā)出多種傳感器或執(zhí)行器，在航空航天、汽車電子、生物醫(yī)療、通訊等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

MEMS器件的封裝是MEMS生產(chǎn)過程中極為重要的一部分，封裝不僅用于隔離器件與外部環(huán)境，保護(hù)器件免受機(jī)械沖擊、氣體腐蝕、射頻干擾等，還用于實(shí)現(xiàn)內(nèi)外信號的連接。高效率、高可靠性、低成本的MEMS封裝技術(shù)將推動MEMS器件進(jìn)一步走向產(chǎn)業(yè)化。圓片級封裝是一種高效可靠的封裝方式，將密封、互連等工藝提前至圓片階段進(jìn)行，之后再劃片。而基于襯底穿孔技術(shù)的三維封裝由于其具有較短的連接線，在減小封裝結(jié)構(gòu)的同時可以提升芯片的性能。因此圓片級三維封裝是MEMS器件封裝的一個主要的發(fā)展方向。

面內(nèi)運(yùn)動式微器件是一種使用微加工技術(shù)制成的MEMS器件，通過光刻、深反應(yīng)離子刻蝕等工藝在硅片上加工出微結(jié)構(gòu)，并且通過陽極鍵合將硅圓片與玻璃襯底鍵合在一起。器件可動部件的常規(guī)運(yùn)動方向?yàn)槠叫杏趫A片平面。已有中國專利CN 207973508U公開了一種MEMS晶圓級封裝結(jié)構(gòu)，該封裝結(jié)構(gòu)將具有深腔的蓋帽層，鍵合于帶有MEMS結(jié)構(gòu)的晶圓表面，將MEMS結(jié)構(gòu)容納于深腔中，隨后通過引線鍵合或電鍍完成連接線的加工，再使用樹脂包覆結(jié)構(gòu)完成封裝。該方法提供了一個三維圓片級封裝的思路，但連接線的加工較困難，且需要在封蓋刻蝕深腔，工藝流程復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是提出一種用于面內(nèi)運(yùn)動式微機(jī)電系統(tǒng)器件的三維圓片級封裝結(jié)構(gòu)，以解決現(xiàn)有MEMS封裝中工藝復(fù)雜、普適性差的問題，封裝工藝簡單，且具有一定普適性。

本發(fā)明提出的用于面內(nèi)運(yùn)動式微機(jī)電系統(tǒng)器件的三維圓片級封裝結(jié)構(gòu)，包括待封裝微機(jī)電系統(tǒng)器件、密封圈、電連接點(diǎn)、支撐點(diǎn)、封蓋基板、垂直互連結(jié)構(gòu)和封裝電極；所述的封蓋基板上開有通孔，通孔中填充導(dǎo)電材料后成為垂直互連結(jié)構(gòu)，在封蓋基板的上表面與垂直互連結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的位置上電鍍有多個封裝電極，在封蓋基板的下表面通過電鍍方法加工有密封圈、多個電連接點(diǎn)和多個支撐點(diǎn)，所述的多個電連接點(diǎn)的位置與垂直互連結(jié)構(gòu)相對應(yīng)；所述的封蓋基板通過金屬鍵合與待封裝微機(jī)電系統(tǒng)器件相對固定。

本發(fā)明為用于面內(nèi)運(yùn)動式微機(jī)電系統(tǒng)器件的三維圓片級封裝結(jié)構(gòu)，針對面內(nèi)運(yùn)動式MEMS器件進(jìn)行三維圓片級封裝，此封裝結(jié)構(gòu)包括待封裝微機(jī)電系統(tǒng)器件和封蓋層兩層結(jié)構(gòu)，兩層結(jié)構(gòu)鍵合在一起形成密封的封裝結(jié)構(gòu)。在此封裝結(jié)構(gòu)中，利用一層金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，同時起到密封、機(jī)械支撐以及電學(xué)連接的作用，除此之外，封裝的封蓋部分無需加工出空腔結(jié)構(gòu)，可以使用簡單的工藝加工出可靠的封裝結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提出的封裝結(jié)構(gòu)采用了垂直引線的方式，縮短了連接線長度，便于減小封裝體積。與已有技術(shù)中的其他形式三維封裝相比，本發(fā)明利用一層金屬凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)在構(gòu)成密封圈結(jié)構(gòu)的同時實(shí)現(xiàn)電學(xué)連接與機(jī)械支撐，且無需在封蓋刻蝕深腔結(jié)構(gòu)，可以簡單有效地實(shí)現(xiàn)器件的三維封裝。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提出的用于面內(nèi)運(yùn)動式微機(jī)電系統(tǒng)器件的三維圓片級封裝結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明封裝結(jié)構(gòu)的一個應(yīng)用實(shí)例圖。