可緩解蓋板應力的mems封裝結構及其封裝方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及MEMS芯片的晶圓級封裝，尤其涉及一種可緩解蓋板應力的MEMS封裝結構及其封裝方法。
【背景技術】
[0002]MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems)芯片，如加速度計，在封裝過程中，為了保證其功能區精密組件的正常工作，降低外界環境對功能區的不利影響，通常使用一帶空腔的蓋板，鍵合到MEMS芯片的功能面上，為其組件營造密封環境。
[0003]然而，僅一表面有空腔的蓋板為不對稱結構，很容易導致蓋板有翹曲，而鍵合工藝對翹曲有較嚴的管控，因此翹曲嚴重的蓋板易產生邊緣未鍵合上等異常，以致帶來芯片可靠性的問題。此外，MEMS芯片對應力比較敏感，在封裝過程中，還需要考量芯片最終焊接到功能板上的應力分布問題。
【發明內容】
[0004]為了解決上述技術問題，本發明提出一種可緩解蓋板應力的MEMS封裝結構及其封裝方法，通過將MEMS封裝結構的蓋板設計成一表面上具有空腔，另一表面上刻出若干凹槽的結構，可以緩解蓋板與MEMS芯片鍵合時，由于空腔導致的蓋板應力，以削減翹曲度，提高蓋板與MEMS芯片的鍵合效果。還可以緩解蓋板與電路板(功能基板)鍵合時的焊接應力，以提尚MEMS芯片的封裝可靠性。
[0005]本發明的技術方案是這樣實現的:
[0006]一種可緩解蓋板應力的MEMS封裝結構，包括:
[0007]MEMS芯片，所述MEMS芯片具有功能區和位于功能區周邊的若干焊墊；
[0008]蓋板，所述蓋板具有第一表面和與其相對的第二表面，所述第一表面具有空腔，所述第二表面上形成有若干凹槽，所述蓋板上還形成有貫通的至少一開口，所述蓋板的第一表面與所述MEMS芯片的功能面鍵合在一起，使所述空腔罩住所述MEMS芯片的功能區；
[0009]電導通結構，形成于所述蓋板的第二表面上，其電性通過所述開口引至所述MEMS芯片的焊墊上。
[0010]進一步的，若干所述凹槽的橫截面形狀包括方形、三角形、多邊形、圓形、橢圓形、菱形和不規則圖形中的一種或多種。
[0011]進一步的，所述凹槽橫截面形狀的外接圓直徑范圍為2?5 μπι ;所述凹槽的深度為1?10 μ m。
[0012]進一步的，若干所述凹槽整體所占面積大于所述蓋板表面面積的1/3。
[0013]進一步的，所述MEMS芯片的功能面與所述蓋板的第一表面通過一密封圈和若干第一焊接部進行鍵合連接，使鍵合后的密封圈密封環繞所述MEMS芯片的功能區，且所述電導通結構弓I至所述蓋板第一表面后通過所述第一焊接部電連接所述MEMS芯片的焊墊。
[0014]進一步的，所述MEMS芯片的功能面除功能區和焊墊以外的區域上覆蓋有一層絕緣層，所述絕緣層上設有環繞所述功能區的具有設定寬度和設定高度的密封圈連接點，每個所述焊墊上制作有微凸點連接點；所述蓋板的第一表面對應位置上設有具有設定寬度和設定高度的密封圈，所述蓋板的第一表面對應位置上制作有焊料微凸點，且該焊料微凸點與引至所述蓋板的第一表面的電導通結構電連接，所述密封圈與所述密封圈連接點之間鍵合密封連接，所述焊料微凸點與所述微凸點連接點之間鍵合電連接。
[0015]進一步的，所述密封圈的外邊緣延伸并靠近所述MEMS芯片的邊緣，并與所述MEMS芯片的邊緣相隔一第一距離；所述焊料微凸點內嵌在所述密封圈中，并與所述密封圈之間相隔一隔離間隙。
[0016]進一步的，所述電導通結構包括:
[0017]鈍化層，覆蓋在所述蓋板的第二表面上、所述凹槽內及所述開口的側壁上；
[0018]金屬線路，形成于所述鈍化層上，且其電性通過所述開口引至所述MEMS芯片的焊墊上；
[0019]保護層，形成于所述蓋板第二表面的金屬線路上及所述開口內的金屬線路上；所述保護層上形成有電連接所述金屬線路的若干第二焊接部；
[0020]另設有電路板，所述電路板與所述第二焊接部電連接。
[0021 ] 一種可緩解蓋板應力的MEMS封裝結構的封裝方法，包括如下步驟:
[0022]A、提供一包括若干MEMS芯片的晶圓，每個MEMS芯片具有功能區和位于功能區周邊的若干焊墊；提供一晶圓大小的蓋板，該蓋板具有第一表面和與其相對的第二表面；
[0023]B、在所述蓋板的第二表面上形成若干貫通所述蓋板的開口 ；
[0024]C、在所述蓋板的第二表面上形成若干凹槽；
[0025]D、在所述蓋板上制作對應每個MEMS芯片的電導通結構，該電導通結構使蓋板第二表面的電性通過開口延伸到蓋板第一表面；
[0026]E、在所述蓋板第一表面上制作正對每個MEMS芯片的功能區的空腔；
[0027]F、鍵合所述蓋板第一表面與所述晶圓的功能面，并使每個MEMS芯片的焊墊與引至蓋板第一表面的電導通結構電性連接；
[0028]G、在所述蓋板第二表面的電導通結構上制作若干第二焊接部，切割蓋板及晶圓，形成單顆MEMS封裝結構。
[0029]進一步的，電導通結構的制作包括如下步驟:
[0030]a、在蓋板第二表面及開口內壁鋪設一層鈍化層；
[0031]b、在所述鈍化層上鋪設金屬線路，所述金屬線路由蓋板第二表面經所述開口引至蓋板的第一表面，與其對應的MEMS芯片焊墊電性相連；
[0032]c、在所述蓋板上及所述開口內鋪設保護層，該保護層覆蓋住金屬線路，并在蓋板第二表面的金屬線路上預設第二焊接部的位置留開口，制作與所述金屬線路電連接的第二焊接部。
[0033]本發明的有益效果是:本發明提供一種可緩解蓋板應力的MEMS封裝結構及其封裝方法，該MEMS封裝結構的蓋板第一表面上設有空腔，該蓋板的第二表面上刻有若干凹槽，蓋板第一表面與MEMS芯片的功能面鍵合，空腔與MEMS芯片功能區形成密閉空間；蓋板上設有貫通的開口，并在蓋板的第二表面上形成有電導通結構，將MEMS芯片功能面的焊墊的電性由蓋板第一表面引至第二表面上，在電導通結構上設置第二焊接部，比如焊球，通過焊球可連接電路板。上述結構中，通過將MEMS封裝結構的蓋板設計成一表面上具有空腔，另一表面上刻出若干凹槽的結構，可以緩解蓋板與MEMS芯片鍵合時，由于空腔導致的蓋板應力，以削減翹曲度，提高蓋板與MEMS芯片的鍵合效果。且該若干凹槽，還可以緩解蓋板與電路板(功能基板)鍵合時的焊接應力，以提高MEMS芯片的封裝可靠性。較佳的，MEMS芯片的功能面與蓋板的第一表面的鍵合連接通過一密封圈和若干第一焊接部實現，密封圈密封環繞MEMS芯片的功能區，為功能區的功能組件提供密封的工作空間，第一焊接部電連接引至蓋板第一表面的電導通結構與MEMS芯片的焊墊，以將MEMS芯片的焊墊的電性引至蓋板的第二表面。更佳的，密封圈的外邊緣延伸并靠近MEMS芯片的邊緣，并與MEMS芯片的邊緣相隔一第一距離；第一焊接部(焊料微凸點)內嵌在密封圈中，并與密封圈之間相隔一隔離間隙。這樣，密封圈的寬度得到增大，增加了密封圈與MEMS芯片及蓋板的黏結面積，從而加強了黏結力，保證了密封能力，并提高抗氣壓能力，增加可靠性。
【附圖說明】
[0034]圖1為本發明MEMS封裝結構一實施例的剖視圖；
[0035]圖2為圖1中蓋板的剖視圖；
[0036]圖3為圖2中在A處