微加速度传感器的芯片级封装结构及制作方法与划片方法与流程

本发明涉及一种用于微加速度传感器的圆片级封装技术，尤其涉及一种微加速度传感器的芯片级封装结构及制作方法与划片方法。

背景技术：

圆片级封装技术让微加速度传感器可以使用高性价比的标准半导体工艺技术进行批次封装，降低器件封装成本，减小器件封装后的体积。通过圆片级封装过程中抽真空处理，可以对微结构的阻尼进行调节，从而使得微加速度传感器有更多的阻尼保护以及更好的频率响应。微加速度传感器一般包含悬浮微结构，这些微机械结构容易因机械接触而损坏、因暴露而沾污，特别是表面工艺加工的器件，在很薄的薄膜上批量加工，结构强度就更低，能承受的机械强度远远小于ic芯片。通过圆片级封装可以避免外界环境对敏感微结构的影响，使微加速度传感器在生产中得到更高的成品率。

目前采用比较多的圆片级封装是采用制作焊球或者盖板开洞的方法引线(johnw.orcuttetal.“memswaferlevelpackage”[p].uspatentnumber:6743656，jun1,2004)，而采用划片方式使得焊盘暴露的方法则可以降低工艺难度，避免了化学试剂残留的问题。在划片过程中，划片刀片高度的控制误差比较大。mems圆片级封装后如果采用普通划片方法将焊盘露出，则容易在划片过程中损伤到焊盘。本发明提出通过在盖板划片槽腐蚀深凹槽增加了对划片刀高度的误差范围，使得划片更为简便。

技术实现要素：

本发明目的在于解决传统封装方法中存在的问题，特别封装后的成品率低、封装效率低、封装成本高、封装工艺复杂等缺点的不足而提供的一种新型微加速度传感器的芯片级封装结构及制作方法与划片方法。

本发明是通过以下技术方案来实现的：一种微加速度传感器的芯片级封装结构，包括盖板单晶硅圆片、微加速度传感器结构，所述微加速度传感器结构上的金属引线通过盖板单晶硅圆片的凸点转移到盖板单晶硅圆片上，所述盖板单晶硅圆片下部的空腔通过圆片对准键与所述微加速度传感器结构形成一个密封的真空腔体结构，所述微微加速度传感器结构位于所述密封的真空腔体结构内。

进一步地，还包括基板或管座，所述微加速度传感器结构安装固定在基板或管座上，并通过打线将微加速度传感器与基板或管座进行电连接。

进一步地，所述盖板单晶硅圆片包括硅衬底、金属层、封装材料层、硅凸点，所述硅衬底背面或正面设有凹腔结构，所述硅衬底正面图形化有一金属层，所述硅衬底正面还图形化有一封装材料层，所述硅衬底正面下部设有硅凸点。

一种微加速度传感器的芯片级封装结构的制作方法，包括如下步骤：

(1)采用微加工工艺制作加速度敏感元件结构；

(2)采用氧化、光刻、氧化硅腐蚀和硅腐蚀的方法在硅衬底背面或正面制作凹腔结构；

(3)通过薄膜沉积的方法在步骤(2)的硅衬底的背面沉积金属薄膜；盖板单晶硅圆片的反面沉积铝，使用铝腐蚀的工艺制作凸点与引线；

(4)通过丝网印刷的方法制作一层图形化的封装材料层；盖板单晶硅圆片的反面通过丝网印刷将陶瓷玻璃浆料印刷至预留步骤(2)中预留的凹腔内；

(5)将包含加速度敏感元件的器件圆片与盖板单晶硅圆片进行低温真空圆片对准键合圆片，同时完成封装材料的回流与定型。

进一步地，所述步骤(3)中的微加速度传感器结构衬底圆片与盖板硅片在真空氛围下进行陶瓷玻璃浆料或树脂材料低温圆片对准键合圆片，同时进行陶瓷玻璃浆料的回流。

进一步地，所述步骤(4)中的丝网印刷的封装材料层正好位于凹腔内；丝网印刷的封装材料在键合的同时软化流动，通过压力的施加使得上方金属触点与下方结构金属拍位完全接触达到传导信号的目的。

一种微加速度传感器的芯片级封装结构的划片方法，包括如下步骤：

(1)采用划片机对键合圆片进行横轴和纵轴方向上的划片，键合圆片的背面通过划片机在微加速度传感器焊盘划片槽处进行划片，将焊盘划片槽划开，衬底的余下硅片的厚度，通过划片位置的改变，可以将器件分为真空封装与非真空封装；

如需非真空封装，则采用划片机对步骤(1)中键合圆片背面进行划片，再通过划片将键合圆片上盖板单元分离；将微加速度传感器上通气管道露出；

(2)将划片后得到的单个红外探测器芯片微加速度传感器固定于基板上，并通过打线的方法与基板进行电连接；

(3)在芯片周边涂上一层硬质有机物以保护金属导线。

进一步地，所述步骤(3)中的芯片周边用硬质有机物保护引线。

进一步地，通过预留深度的槽在反面进行划片可以使得圆片在一面得到分离。

进一步地，通过预留深度的槽，划片时候选择不同的位置而达到划分多种不同结构的器件；通过预留深度的槽在反面进行划片可以使得圆片在一面划片完成后，再划键合圆片后正面，使得器件彻底分离，所述键合圆片的温度范围为300-480℃。

本发明的有益效果在于：

(1)采用圆片级封装将微加速度传感器进行封装组合，可以大大提高器件封装效率，封装后器件的体积也可以大大减小，并且封装后器件可以通过贴片的方式与外围电路连接，不需要采用金属管壳，封装成本亦可大大降低；同时，由于在芯片分割前，进行了封装，这就保护了器件的敏感元件不受后续工艺的影响，提高了器件的成品率；

(2)盖板单晶硅圆片具有凹腔结构，其中边缘凹腔提供封装材料(陶瓷玻璃浆料)的流动空间，中间的凹腔提供加速度器件阻尼，凹腔中心有铝线凸点与下部器件接触；含有凸点的盖板单晶硅圆片使用对准键合圆片与器件硅片键合，利用凸点使器件上的金属引线转移到盖板单晶硅圆片上；划片槽采用深凹腔克服划片高度的误差，并且使用划片的方法去除焊盘上的盖板单晶硅圆片。

【附图说明】

图1为本发明微加速度传感器结构层结构示意图；

图2为本发明微加速度传感器结构工艺制作凸点与引线结构示意图；

图3为本发明通过丝网印刷将陶瓷玻璃浆料印刷至预留的凹腔结构示意图；

图4为本发明微加速度传感器结构衬底圆片与真空氛围下进行陶瓷玻璃浆料低温圆片对准键合圆片，同时进行陶瓷玻璃浆料的回流结构示意图；

图5为本发明键合圆片的背面通过划片机在微加速度传感器焊盘划片槽处进行划片，将焊盘划片槽划开，衬底的余下硅片的厚度结构示意图；

图6为本发明键合圆片的从微结构片背面将通气管道通过划片方法露出结构示意图；

图7为本发明微加速度传感器芯片安装固定于一基板或管座结构示意图；

附图标记：1、盖板单晶硅圆片；11、硅衬底；12、金属层；13、封装材料层；14、硅凸点；2、微加速度传感器结构；3、基板或管座；4、划片槽；5、通气管道；6、盖板对准标记；7、金属引线。

【具体实施方式】

下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步描述：

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7所示，一种微加速度传感器的芯片级封装结构，包括盖板单晶硅圆片1、微加速度传感器结构2，所述微加速度传感器结构2上的金属引线7通过盖板单晶硅圆片1的凸点转移到盖板单晶硅圆片1上，所述盖板单晶硅圆片1下部的空腔通过圆片对准键与所述微加速度传感器结构2形成一个密封的真空腔体结构，所述微微加速度传感器结构2位于所述密封的真空腔体结构内。

优选地，还包括基板或管座3，所述微加速度传感器结构2安装固定在基板或管座3上，并通过打线将微加速度传感器与基板或管座3进行电连接。

优选地，所述盖板单晶硅圆片1包括硅衬底11、金属层12、封装材料层13、硅凸点14，所述硅衬底11背面或正面设有凹腔结构，所述硅衬底11正面图形化有一金属层12，所述硅衬底11正面还图形化有一封装材料层13，所述硅衬底11正面下部设有硅凸点14。

一种微加速度传感器的芯片级封装结构的制作方法，包括如下步骤：

(1)采用微加工工艺制作加速度敏感元件结构；

(2)采用氧化、光刻、氧化硅腐蚀和硅腐蚀的方法在硅衬底11背面或正面制作凹腔结构；

(3)通过薄膜沉积的方法在步骤(2)的硅衬底11的背面沉积金属薄膜；盖板单晶硅圆片1的反面沉积铝，使用铝腐蚀的工艺制作凸点与金属引线7；

(4)通过丝网印刷的方法制作一层图形化的封装材料层13；盖板单晶硅圆片1的反面通过丝网印刷将陶瓷玻璃浆料印刷至预留步骤(2)中预留的凹腔内；

(5)将包含加速度敏感元件的器件圆片与盖板单晶硅圆片1进行低温真空圆片对准键合圆片，同时完成封装材料的回流与定型。

优选地，所述步骤(3)中的微加速度传感器结构2衬底圆片与单晶硅圆片1在真空氛围下进行陶瓷玻璃浆料或树脂材料低温圆片对准键合圆片，同时进行陶瓷玻璃浆料的回流。

优选地，所述步骤(4)中的丝网印刷的封装材料层13正好位于凹腔内；丝网印刷的封装材料13在键合的同时软化流动，通过压力的施加使得上方金属触点与下方结构金属拍位完全接触达到传导信号的目的。

一种微加速度传感器的芯片级封装结构的划片方法，包括如下步骤：

(1)采用划片机对键合圆片进行横轴和纵轴方向上的划片，键合圆片的背面通过划片机在微加速度传感器焊盘划片槽4处进行划片，将焊盘划片槽4划开，硅衬底的余下硅片的厚度，通过划片位置的改变，可以将器件分为真空封装与非真空封装；

如需非真空封装，则采用划片机对步骤(1)中键合圆片背面进行划片，再通过划片将键合圆片上盖板单元分离；将微加速度传感器上通气管道5露出；

(2)将划片后得到的单个红外探测器芯片微加速度传感器固定于基板或管座3上，并通过打线的方法与基板或管座3进行电连接；

(3)在芯片周边涂上一层硬质有机物以保护金属导线。

优选地，所述步骤(3)中的芯片周边用硬质有机物保护引线。

优选地，通过预留深度的槽在反面进行划片可以使得圆片在一面得到分离。

优选地，通过预留深度的槽，划片时候选择不同的位置而达到划分多种不同结构的器件；通过预留深度的槽在反面进行划片可以使得圆片在一面划片完成后，再划键合圆片后正面，使得器件彻底分离，所述键合圆片的温度范围为300-480℃。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。