一种MEMS器件晶圆级封装方法及封装结构与流程

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种mems器件晶圆级封装方法及封装结构。

背景技术：

微机电系统(microelectro-mechanicalsystems，mems)涉及电子、机械、材料等多种学科与技术，广泛应用于微型压力传感器、加速度传感器、微麦克风等产品中，其具有广阔的应用前景。在实际应用中，要求mems器件封装结构尺寸及成本进一步降低，同时提高集成度和性能。mems器件晶圆级封装方法及封装结构中，传统工艺中主要采用平面基板封装，通过引线键合工艺，导致封装效率低，封装体积大；现有技术中，通过导电构件与电极相连取代了引线键合工艺，一定程度上减少了封装尺寸，但无法降低封装厚度，且工艺复杂，生产成本高，降低了产品的市场竞争力。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于提供一种mems器件晶圆级封装方法，简化封装工艺，封装效率高，降低封装结构尺寸。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种mems器件晶圆级封装方法，包括：

在盖板基板的第一端沿第一预设位置的外周开设开槽；

在盖板基板的第一端安装载板，第一预设位置的盖板基板连接在载板上；

去除盖板基板的与第一端相对的第二端的材料，使开槽为通槽；

在盖板基板的第二端的第二预设位置设置第一胶层；

mems晶圆包括器件结构和设置在器件结构四周的金属垫，第一预设位置对应的盖板基板和第一胶层封装器件结构，金属垫与通槽相对设置；

去除载板，形成mems器件晶圆级封装结构。

可选地，去除所述载板之后还包括，在所述金属垫上焊锡。

可选地，在所述盖板基板的所述第一端沿所述第一预设位置开设所述开槽之前还包括，在所述盖板基板上设置第二胶层，并在所述第一预设位置去除所述第二胶层；

在所述盖板基板的所述第一端沿所述第一预设位置开设所述开槽之后还包括，去除剩余的所述第二胶层。

可选地，在所述盖板基板的所述第一端安装所述载板之前还包括，在所述盖板基板的所述第一端设置第三胶层，所述盖板基板与所述载板通过所述第三胶层粘接；

去除所述载板之后还包括，去除所述第三胶层。

可选地，所述mems器件晶圆级封装方法还包括：

在所述盖板基板的第二端压接干膜，去除所述第二预设位置以外的所述干膜，以在所述第二预设位置形成所述第一胶层。

可选地，所述盖板基板与所述mems晶圆通过红外线进行对位，以使所述第一预设位置对应的所述盖板基板和所述器件结构、以及所述通槽与所述金属垫分别相对设置。

本发明的另一个目的在于提供一种mems器件晶圆级封装结构，简化封装工艺，封装效率高，降低封装结构尺寸。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种mems器件晶圆级封装结构，通过上述的mems器件晶圆级封装方法制成，包括：

mems晶圆，包括器件结构和设置在所述器件结构四周的金属垫；

盖板基板，包括至少两个分板，各个所述分板分别与所述器件结构对应设置，所述金属垫设置在各个所述分板四周，所述盖板基板连接在所述mems晶圆上；

干膜，连接在所述盖板基板和所述mems晶圆之间，所述盖板基板和所述干膜封装所述器件结构。

可选地，所述金属垫上焊接锡球。

可选地，所述金属垫和所述锡球之间设置有保护层。

可选地，所述锡球的高度不小于100um。

本发明的有益效果：

本发明提供的一种mems器件晶圆级封装方法，制作过程中，盖板基板的制作、第一胶层的制作以及mems晶圆的制作均为晶圆级的封装，封装完成后形成了mems器件晶圆级封装结构，通过晶圆级封装方式，工艺简单，可靠性高；一次可以封装多颗mems器件封装结构，封装效率高，成本降低，封装技术成熟，对封装材料和设备要求低；mems器件晶圆级封装结构与mems晶圆尺寸一致，厚度增加较小，实现超薄封装工艺需求；盖板基板单独制作，然后再与mems晶圆键合，降低了对mems晶圆造成低良或报废风险，且简化了封装工艺。

本发明提供的一种mems器件晶圆级封装结构，通过金属垫与外部结构连接取代引线连接，工艺简单，可靠性高；干膜结构较薄，干膜粘接盖板基板和mems晶圆，能降低封装结构的厚度，满足超薄的封装结构生产工艺需求。具体地，封装后的mems器件封装结构尺寸大大降低，mems器件封装结构的封装结构与mems晶圆尺寸一致，盖板基板的结构较薄，使封装结构的厚度增加较小，一般厚度增加较小，实现超薄封装工艺需求。干膜替代传统使用的光刻胶，防止光刻胶流到盖板基板的周面上而影响产品质量。。

附图说明

图1是本发明的具体实施方式提供的盖板基板上设置有第二胶层的结构示意图；

图2是本发明的具体实施方式提供的盖板基板上去除第一预设位置的第二胶层的结构示意图；

图3是本发明的具体实施方式提供的盖板基板在第一预设位置开槽的结构示意图；

图4是本发明的具体实施方式提供的盖板基板的第一端设置第三胶层的结构示意图；

图5是本发明的具体实施方式提供的盖板基板上设置载板的结构示意图；

图6是本发明的具体实施方式提供的盖板基板的第二端去除材料后的结构示意图；

图7是本发明的具体实施方式提供的盖板基板的第二端设置干膜的结构示意图；

图8是本发明的具体实施方式提供的盖板基板的第二端形成第一胶层的结构示意图；

图9是本发明的具体实施方式提供的盖板基板与mems晶圆连接的结构示意图；

图10是本发明的具体实施方式提供的盖板基板与mems晶圆连接去除载板和第三胶层的结构示意图；

图11是本发明的具体实施方式提供的在金属垫上设置保护层的结构示意图；

图12是本发明的具体实施方式提供的mems器件晶圆级封装结构的结构示意图；

图13是本发明的具体实施方式提供的单颗的mems器件封装结构的结构示意图；

图14是本发明的具体实施方式提供的mems器件晶圆级封装方法的流程图。

图中：

101-盖板基板；1011-通槽；1012-开槽；102-第二胶层；103-uv减粘保护膜；104-键合胶；105-载板；

201-第一胶层；

301-mems晶圆；302-金属垫；303-保护层；304-锡球。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案做进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本实施例提供了一种mems器件晶圆级封装方法，如图1-图14所示，包括：

s1：在盖板基板101上沿第一预设位置开设通槽1011；具体包括以下步骤：

s110：在盖板基板101的第一端沿第一预设位置的外周开设开槽1012；

s120：在盖板基板101的第一端安装载板105，第一预设位置的盖板基板101连接在载板105上；

s130：去除盖板基板101的与第一端相对的第二端的材料，即去除开槽1012的槽底结构，使开槽1012为通槽1011；

s2：在盖板基板101的第二端的第二预设位置设置第一胶层201；

s3：mems晶圆301包括器件结构和设置在器件结构四周的金属垫302，第一预设位置对应的盖板基板101和第一胶层201封装器件结构，金属垫302与通槽1011相对设置；

s4：去除载板105，形成mems器件晶圆级封装结构。

其中，第一预设位置为与mems晶圆301上的器件结构对应的位置，沿第一预设位置外周开设通槽1011，以便金属垫302与通槽1011相对设置，使金属垫302在封装结构上露出。当沿第一预设位置的外周开设通槽1011后，第一预设位置对应的盖板基板101被通槽1011分割为至少两个独立的分板，为便于后续将各个分板安装在mems晶圆301上，将各个分板安装在载板105上，通过载板105将各个分板连接，以便于一次性将各个分板安装在mems晶圆301上，提高组装效率；第二预设位置为mems晶圆301与盖板基板101连接位置，第二预设位置设在器件结构的四周。

上述制作过程中，盖板基板101的制作、第一胶层201的制作以及mems晶圆301的制作均为晶圆级的封装，封装完成后形成了mems器件晶圆级封装结构，具体地，可根据需求再将mems器件晶圆级封装结构切割为单颗的mems器件封装结构；一次可以封装多颗mems器件封装结构，封装效率高，成本降低，封装技术成熟，对封装材料和设备要求低；封装后的mems器件晶圆封装结构尺寸大大降低，mems器件晶圆封装结构的与mems晶圆301尺寸一致，盖板基板101的结构较薄，使封装结构的厚度增加较小，一般厚度提高了60-100um，实现超薄封装工艺需求；盖板基板101单独制作，然后再与mems晶圆301键合，降低了对mems晶圆301造成低良或报废风险，且简化了封装工艺。

通过金属垫302与外部结构连接，取代引线连接，工艺简单，可靠性高，得到的单颗的mems器件封装结构的晶圆级封装结构，可以直接通过smt(surfacemountedtechnology,表面贴装技术)安装到系统板上，取代了传统打线方法，方便后续安装使用。可选地，去除载板105之后还包括，在金属垫302上焊锡，金属垫302通过焊锡与外部结构连接，连接方便可靠。

可选地，盖板基板101可以是硅片，硅片通过干法蚀刻加工硅通孔(throughsiliconvia，tsv)；可选地，盖板基板101也可以是玻璃板，玻璃板可以通过激光打孔和湿法蚀刻方式实现玻璃通孔(throughglassvia，tgv)。可选地，盖板基板101的厚度设置在0.45-0.75mm之间，盖板基板101的形状可以是圆片、方片或者是其他形状。

依次在盖板基板101的第一端上开设开槽1012、在盖板基板101的第一端上安装载板105、最后在盖板基板101的第二端的端面上去除材料，安装载板105之后再去除材料，其目的是保护加工过程中的盖板基板101，防止其裂片。可选地，载板105为玻璃板，玻璃板的厚度可设置为0.1mm-1.1mm，一般选用0.4mm厚度。

具体地，去除盖板基板101的第二端的材料时，可通过机械研磨的方式，磨去盖板基板101第二端的材料，使开槽1012为通槽1011，为后制程连接mems晶圆301做准备。整个盖板基板101的厚度可以是30um-500um，一般的厚度为100um。

可选地，如图1-图3、及图10所示，在s110之前还包括：

s111：在盖板基板101上设置第二胶层102，并在第一预设位置去除第二胶层102，之后在去除了第二胶层102的位置及第二胶层102未保护区域蚀刻出所需深度的开槽1012，通过设置第二胶层102设定开槽1012的通槽1011位置，使通槽1011位置更精确；

在s110之后，还包括：

s112：去除剩余的第二胶层102，防止第二胶层102影响后续加工，以及避免影响封装结构的厚度。可选地，第二胶层102为光刻胶，具体地在盖板基板101上涂覆一层光刻胶，光刻胶是一层正性感光材料，通过涂布、曝光及显影方式得到所需图形，之后一般采用丙酮刷洗等方式去除。

可选地，如图4所示，在s120之前还包括：

s121：在盖板基板101的第一端设置第三胶层，盖板基板101与载板105通过第三胶层粘接；第三胶层一个作用是用于保护通槽1011，防止后续制成中有胶体粘附在孔内或其他结构损伤通槽1011，第三胶层的另一个作用是用于盖板基板101与玻璃载体键合。具体地，第三胶层可以包括uv减粘保护膜103和键合胶104，本实施例中，在已经完成蚀刻通槽1011的第一端贴一层uv减粘保护膜103，uv减粘保护膜103用于保护通槽1011；然后在uv减粘保护膜103上涂一层临时键合胶104水或键合双面膜，用于盖板基板101与玻璃载体键合。

去除载板105之后，还包括：

s122：去除第三胶层，防止第三胶层影响后续加工，且能防止第三胶层影响封装结构的厚度。

传统第一胶层201的制作通过涂一层负性光刻胶，然后经过曝光显影等方式做成第一胶层201，但盖板基板101的加工面上存在蚀刻孔，无法直接涂光刻胶。为解决上述问题，具体地，如图7和图8所示，s2包括：

s210：在盖板基板101的第二端压接干膜，去除第二预设位置以外的干膜，以在第二预设位置形成第一胶层201；通过将干膜压在盖板基板101上，防止了光刻胶流入到通槽1011内，并通过曝光及显影等方式形成在第二预设位置的第一胶层201。通过干膜粘合到盖板基板101上的制作方法可以制作出超薄的盖板基板101，满足了超薄生产工艺需求。

如图9所示，可选地，盖板基板101与mems晶圆301通过红外线进行对位，以使第一预设位置对应的盖板基板101和器件结构、以及通槽1011与金属垫302分别相对设置，其对位效果好，速度快且便于操作，之后将盖板基板101与mems晶圆301进行压合。之后再如图10所示，参照上述步骤s140和s121，将第三胶层和载板105去除，不再重复。

如图12所示，在切割整片的mems器件封装结构为单颗的mems器件封装结构之前，在金属垫302上焊接锡球304，通过锡球304使mems器件封装结构与外部结构连接；优选地，锡球304的高度＞100um；可选地，在金属垫302上焊接锡球304之前，通过化学镀方式在mems晶圆301的金属垫302表面镀一层保护层303，优选地，化学镀材料可以选用ni/au或ni/pd等，目的是为了防止金属垫302氧化，并增加金属垫302与锡球304之间的结合力，使锡球304结构稳定。

具体地，如图12和图13所示，可通过机械切割或激光切割等方式将mems器件晶圆级封装结构变成单颗的mems器件封装结构。

本实施例还提供了一种mems器件晶圆级封装结构，通过上述的mems器件晶圆级封装方法制成，其包括mems晶圆301、盖板基板101和干膜，具体地，如图12所示，mems晶圆301包括器件结构和设置在器件结构四周的金属垫302；盖板基板101开设有与金属垫302正对设置的通槽1011，盖板基板101包括至少两个分板，各个分板分别与器件结构对应设置，金属垫302设置在各个分板四周，盖板基板101连接在mems晶圆301上；干膜连接在盖板基板101和mems晶圆301之间，盖板基板101和干膜封装器件结构。

通过金属垫302与外部结构连接取代引线连接，工艺简单，可靠性高；干膜结构较薄，干膜粘接盖板基板101和mems晶圆301，能降低封装结构的厚度，满足超薄的封装结构生产工艺需求。具体地，封装后的mems器件封装结构尺寸大大降低，mems器件封装结构的封装结构与mems晶圆301尺寸一致，盖板基板101的结构较薄，使封装结构的厚度增加较小，一般厚度增加较小，一般提高了60-100um，实现超薄封装工艺需求。干膜替代传统使用的光刻胶，防止光刻胶流到盖板基板101的周面上而影响产品质量。

本实施例所提供的mems器件晶圆级封装结构，可采用上述的制作方式制作，便于在制造过程中，即盖板基板101的制作、第一胶层201的制作以及mems晶圆301的制作均为晶圆级的封装，封装完成后形成了mems器件晶圆级封装结构，再将mems器件晶圆级封装结构切割为单颗的mems器件封装结构；一次可以封装多颗mems器件封装结构，封装效率高，成本降低，封装技术成熟，对封装材料和设备要求低；盖板基板101单独制作，然后再与mems晶圆301键合，降低了对mems晶圆301造成低良或报废风险，且简化了封装工艺。单颗的mems器件封装结构的晶圆级封装结构，可以直接通过smt安装到系统板上，取代了传统打线方法，方便后续安装使用。

可选地，mems晶圆301上设置有密封胶，密封胶与干膜连接，提高了盖板基板101与mems晶圆301的连接强度，提高了结构可靠性。

可选地，金属垫302上焊接锡球304，使mems器件封装结构通过锡球304使mems器件封装结构与外部结构连接。

可选地，金属垫302和锡球304之间设置有保护层303，目的是为了防止金属垫302氧化，并增加金属垫302与锡球304之间的结合力，使锡球304结构稳定。

可选地，各个锡球304沿盖板基板101对称设置，外观性好，便于加工；本实施例中，锡球304对称设置，即金属垫302对称设置，以便于后续切割mems器件晶圆级封装结构。

可选地，锡球304的高度不小于100um，使锡球304结构足够大，以便于后续与外部结构焊接使用。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。