芯片封裝體及其制造方法

芯片封裝體及其制造方法
【專利摘要】本發明提出了一種制造芯片封裝體的方法。在第一晶片上提供多個芯片。每個芯片都包括通向所述芯片的第一主表面的腔。所述腔被臨時地填充或蓋住。然后所述芯片被單片化。將單片化的芯片嵌設到封裝材料中。然后重新暴露所述腔。
【專利說明】
芯片封裝體及其制造方法
技術領域
[0001]本發明大體涉及一種制造芯片封裝體的方法并涉及一種芯片封裝體。更具體地，本發明涉及一種包括具有腔的芯片的芯片封裝體。所述腔通向芯片的第一主面。
【背景技術】
[0002]在封裝過程中，腔可能會無意地被封裝材料填充。此外，限界腔的結構可能會被損壞。這在腔被機械易碎的結構所限界的情況下尤其是一個問題。
[0003]由于這個和其它原因，本發明是很有必要的。

【發明內容】

[0004]本發明提供了一種制造芯片封裝體的方法，該方法包括:在第一晶片上提供多個芯片，所述芯片中的每個均包括第一主面和腔，所述腔包括通向所述第一主面的開口；臨時地填充或蓋住所述腔;然后單片化所述芯片;將單片化的芯片嵌設到封裝材料中；然后使所述腔重新暴露。
[0005]根據本發明的一優選實施例，所述芯片中的每個均具有與所述第一主面相反的第二主面，并且所述腔中的每個均在第二主面處由機械易碎的結構限界。
[0006]根據本發明的一優選實施例，所述機械易碎的結構包括下述結構中的一種:微機電結構、微光學機械結構、薄型集成電路、豎直式半導體部件。
[0007]根據本發明的一優選實施例，臨時蓋住所述腔的覆蓋部包括第二晶片。
[0008]根據本發明的一優選實施例，臨時蓋住所述腔的覆蓋部包括剛性箔。
[0009]根據本發明的一優選實施例，所述覆蓋部是粘性接合到所述第一晶片上的。
[0010]根據本發明的一優選實施例，，所述腔在真空下被蓋住。
[0011]根據本發明的一優選實施例，所述腔于特定的氣壓下被蓋住，該氣壓適于所述芯片在進一步的處理過程中所要承受的壓力。
[0012]根據本發明的一優選實施例，所述腔在被蓋住之前被填充以液體。
[0013]根據本發明的一優選實施例，所述腔的重新暴露是通過磨削處理來實現的。
[0014]根據本發明的一優選實施例，所述封裝材料覆蓋所述覆蓋部并且所述磨削處理對所述封裝材料和所述覆蓋部進行磨削。
[0015]根據本發明的一優選實施例，所述腔填充以填充材料，所述填充材料能夠從所述腔中選擇性地去除。
[0016]根據本發明的一優選實施例，所述填充材料是水溶性材料和可選擇性蝕刻材料中的一種。
[0017]根據本發明的一優選實施例，所述填充材料具有與所述第一晶片的熱膨脹系數不同的熱膨脹系數。
[0018]根據本發明的一優選實施例，所述方法還包括在重新暴露所述腔之后蝕刻所述第一晶片。
[0019]根據本發明的一優選實施例，蝕刻所述腔的底部和所述第一晶片的環繞所述腔的上表面。
[0020]根據本發明的另一方面，本發明提供了一種芯片封裝體，所述芯片封裝體包括:芯片，所述芯片具有第一主面和與所述第一主面相反的第二主面，所述芯片具有第一厚度；腔，所述腔在所述芯片的第一主面處敞開并且至少部分地延伸穿過所述芯片；包圍所述芯片的封裝材料，所述封裝材料具有比所述第一厚度更厚的第二厚度并對所述腔的第二部分進行限界。
[0021]根據本發明的一優選實施例，所述腔在所述芯片的第二主面處由機械易碎的結構限界。
[0022]根據本發明的一優選實施例，所述封裝體還包括:蓋住所述腔的開口端的蓋部，所述蓋部布置于所述封裝材料上。
[0023]根據本發明的一優選實施例，所述芯片是MEMS芯片和MOEMS芯片中的一種。
[0024]根據本發明的一優選實施例，所述芯片是麥克風芯片。
【附圖說明】
[0025]附圖被包含以提供對實施例的進一步理解并且包含于并組成了本說明的一部分。附圖示出了實施例并且和本說明書一起來說明各實施例的原理。當通過參考以下詳細說明會更好地理解其它實施例和各實施例的許多預期優點，從而可以容易意識到其它實施例和各實施例的許多預期優點。
[0026]圖1示出根據本發明的第一晶片的剖視圖。
[0027]圖2示意性示出根據本發明的第一晶片的俯視圖。
[0028]圖3A-3I示意性示出根據第一實施例的制造微機電芯片封裝體的方法。
[0029]圖4示意性示出根據本發明的微機電芯片封裝體的剖視圖。
[0030]圖5示意性示出根據本發明的微機電芯片封裝體的俯視圖。
[0031 ]圖6示意性示出根據第二實施例的第一晶片的剖視圖。
[0032]圖7示意性示出根據第二實施例的微機電芯片封裝體的剖視圖。
[0033]圖8A-8F示意性示出根據第三實施例的微機電芯片封裝體的制造方法。
【具體實施方式】
[0034]以下實施例是參考附圖來描述的，其中，自始至終相似的附圖標記大體上是用來指代相似的元件。在下文的實施方式中，為了說明的目的，對許多具體細節進行闡述以便提供對于實施例的一個或多個方面的透徹了解。然而，對于本領域技術人員來說可能很明顯的是，實施例的一個或多個方面可以用這些具體細節的較小程度來實施。因此，不應該以限制的意義理解下文的實施方式，并且保護的范圍由所附權利要求來限定。
[0035]總結的不同方面可以以不同的形式體現出來。以下的實施方式以展示的方式示出各種組合和配置，所述方面可以以所述各種組合和配置來實踐。需要理解的是，所描述的方面和/或實施例僅僅是示例，并且可以使用其它方面和/或實例，以及可以做結構上和功能上的改變而不背離本發明的范圍。此外，盡管實施例的特定特征或方面可能僅僅就多種實施方式中的一種予以公開，但是該特征或該方面可以與其它實施方式的一個或多個特征或方面組合，這是因為這對于任何給定的或者具體的應用可能是期望的或有利的。此外，對于術語“包括”、“具有”、“帶有”或其它變體用于【具體實施方式】或者用于權利要求書，這些術語旨在于用包容性的方式來表達與術語“包括”相同的含義。另外，術語“示例性”僅僅意味著舉例，而不是最佳的或最優的。
[0036]本文描述了一種芯片封裝體及其制造的方法。與所述封裝的芯片相關的說明也可以適用于相應的方法，并且反之亦然。例如，如果封裝的芯片或芯片封裝體的一特定部件被描述，那么盡管提供該部件的動作沒有被明確說明或在附圖中示出，但是用于制造或生產封裝的芯片或芯片封裝體的相應方法也包括以合適的方式提供該部件的動作。此外，除非另有說明，否則本文所描述的不同的示例性方面的特征可以互相結合。
[0037]本文描述的方法可以包括在第一晶片上提供多個芯片。第一晶片可以是半導體晶片。半導體晶片可以例如是硅晶片(Si)、砷化鎵晶片(GaAs)、有機半導體晶片、或者包含其它II1-V或I1-1V材料或其它任何化合物材料的另外的晶片。第一晶片可以是包括不同材料層的層狀晶片。
[0038]每個芯片可以包括一個腔，所述腔通向芯片的第一主面。所述腔可以是任何形式和任何深度。腔可以在與芯片的第一主面相反的第二主面處被限界。可以在芯片中設置腔以形成一種比芯片薄的結構。例如，所述腔在芯片的第二主面處通過機械易碎的結構限界、或者預期通過機械易碎的結構來對腔限界。結構是否屬于機械易碎的取決于結構的材料、結構的尺寸和/或結構的形式。結構上是否被認作是機械易碎的取決于在包含該機械易碎結構的芯片上所執行的處理步驟。
[0039]在本申請中，機械易碎的結構可以是在處理過程中容易受到損壞而使得由于機械易碎的結構的損壞降低制造成品率的結構。
[0040]機械易碎的結構可以是薄層。薄層可以是厚度例如為5微米(μπι)以下的層。薄層可以是厚度為例如I微米(μπι)以下的層。薄層可以是厚度例如為500納米(nm)以下的層。薄層可以包括半導體裝置例如豎直晶體管、水平晶體管或其它任何半導體裝置。
[0041 ]芯片可以是微機電芯片，也被稱為MEMS (微機電系統)芯片。微機電芯片能夠實現非常小的電子裝置。微機電芯片的一種不例是MEMS麥克風。在MEMS麥克風內，機械易碎的結構可以是膜。MEMS麥克風被用于例如手機、筆記本電腦和平板電腦內。其它微機電系統可以包括傳感器和執行器、例如陀螺傳感器。
[0042]此外，芯片可以包括微光學機械系統，或換言之，機械易碎的結構可以是微光學機械結構或微光電機械結構。例如，易碎結構的機械撓度可以用光學檢測。芯片可以是代表光學MEMS芯片的MOEMS芯片。
[0043]機械易碎結構可以具有I微米(μπι)以下到幾微米的尺寸并且非常易于損壞。機械易碎的結構可以在處理過程中被嵌設到犧牲層里，所述犧牲層僅僅在處理過程中的很靠后的時刻被破壞。然而，盡管嵌設在犧牲層中，機械易碎的結構仍然敏感并且在芯片的封裝的過程中必須對其采取特殊的照顧。
[0044]待封裝的芯片可以包括傳感器、換能器或致動器、或者是傳感器、換能器或致動器的一部分，所述傳感器、換能器或致動器例如為壓力傳感器、加速度傳感器、旋轉傳感器、伸長傳感器、麥克風等。芯片可以包括電子機械元件，所述電子機械元件可以例如是橋、膜、或舌結構(tongue structure)。芯片可以包括光學機械元件。
[0045]麥克風MEMS芯片可以包括膜。該膜可以是柔性膜。麥克風MEMS芯片可以進一步包括可以被稱為背板的固定板或剛性板。背板或背電極和膜可以共同形成具有可變電容的檢測電容器。它們可以形成將聲波轉換成電壓變化的換能器。另外的MEMS芯片可以被構造為角位置傳感器、運動傳感器、霍爾傳感器或GMR傳感器(GMR:巨磁阻)。所述膜可以例如由硅或金屬制成。膜的厚度可以小于lOOOnm、小于500m、小于300nm、或更薄。所述膜可以距離背板大約Iym至大約3μηι遠。在其它實施例中，該間距可以小于大約Ιμπι或大于大約3μηι。
[0046]第一晶片上所包括的芯片中的每個均可以包含有腔。該腔可以鄰近機械易碎的元件或結構。該腔可以被蝕刻到芯片內。換言之，第一晶片可以包含許多腔。所述腔可以是圓形的形狀。所述腔可以為任何其它形狀。腔的側壁可以基本上垂直于第一晶片的主表面。腔的側壁通常可以為縮窄的。對于用在麥克風中或更具體而言用在硅麥克風中的微機電芯片，腔可以限定所謂的麥克風的背容腔(back volume)并且可以從膜延伸到第一晶片的相反表面或更具體而言是延伸到第一硅晶片的相反面。
[0047]多個腔可通過光刻步驟來形成。光刻步驟可以包括:在第一晶片上施加掩模形式的光致抗蝕劑。在蝕刻過程中暴露的半導體表面可以被蝕刻以形成腔，同時沒有損壞由掩模保護的部分。在晶片級上的光刻步驟是本領域所公知的并且能達到高精準度的定位。
[0048]然而，在后續的封裝步驟中，腔可能被損壞或可能意外地被不期望的材料填充。腔被例如封裝材料填充可能會阻礙后續對腔的進出，后續對腔的進出例如用于以另外的材料填充腔或者接觸腔的底部。腔被例如封裝材料填充可能會損壞處于底層的機電結構或者更普遍而言會損壞機械易碎的結構。制造芯片封裝體的方法因此可以進一步包括臨時地填充或者蓋住所述腔。被臨時填充的或蓋住的腔不會意外地被不期望的材料填充。在一實施例中，可以通過從與腔的相反的一側、例如借助在機械易碎的結構的上形成具有凹部的覆蓋部來臨時覆蓋機械易碎的結構從而進一步保護機械易碎的結構。可以通過填充或蓋住腔來臨時保護所述腔。在一實施例中，可以通過第二晶片臨時蓋住所述腔。第二晶片可以是半導體晶片。第二晶片也可以是別的剛性材料。所述覆蓋部還可以例如是足夠厚的粘結箔。第二晶片或者更普遍而言所述覆蓋部可以以接合至第一晶片的被所述腔所通向的主側上地接合至第一晶片。接合可以通過粘合劑實現。任何合適的粘合劑均可以被使用。合適的粘合劑適于進一步的處理步驟過程中所遭受的溫度和壓力。粘合劑可以是所謂的永久性粘合劑。永久性粘合劑不具有任何使其粘合力被受控破壞的特殊特性。永久性粘合劑也可以具有不允許容易地機械剝離的高粘合力。需要理解的是，盡管腔僅僅是被覆蓋部臨時地蓋住，但是在不提供剝離機制的情況下，覆蓋部可以牢固地粘附至第一晶片。粘合可以例如通過粘結箔、或者通過在覆蓋部上和/或在第一晶片上施加粘合劑并固化用于接合的粘合劑來實現。
[0049]在一實施例中，將覆蓋部接合至第一晶片可以在一特定壓力下進行。在一特定壓力下接合可以包括在真空下接合，即腔是真空密封的。接合也可以在這樣的特定壓力下進行，該特定壓力比大氣壓力低但是比真空高以提供處于進一步處理過程中所遭受的最大壓力與最小壓力之間的中間壓力。在另外的實施例中，在將覆蓋部接合至第一晶片之前，腔可以由適當的液體填充。盡管腔被氣密性關閉或密封，但是也允許在處理步驟中存在極少的壓力。
[0050]在另外的實施例中，腔可以由填充材料填充。所述填充材料可以是固體而非液體。在實施例中，填充材料可以包括硅樹脂。在具有固體填充材料的實施例中，不需要覆蓋部。腔沒有被蓋住但是由固體填充材料填充以保護所述腔。
[0051]蓋住或填充腔進一步對第一晶片提供了穩定性。在實施例中，臨時填充腔之后，包括使在第一晶片上的芯片單片化(singulate)。由于覆蓋部或填充材料使腔的側壁穩定，因此可以使用任何用于單片化的分離工藝。尤其可以以鋸切的方式來單片化微機電芯片。當然，其它的單片化方法、例如隱形劃片(s t ea I th d i c i ng)或蝕刻也是可能的。
[0052]在實施例中，微機電芯片的封裝通過制造所謂的重組晶片來實現。單片化的芯片或者晶粒(die)可以被拾取并放置到臨時承載部上。半導體晶粒或芯片的拾取和放置可以通過已知的拾取-放置工具來實現。晶粒可以以將相鄰的芯片分隔開的距離大于第一晶片上的芯片之間的距離地布置在臨時承載部上。也可以將來自其它半導體晶片的其它芯片布置到臨時承載部上以形成封裝體形式的系統。在麥克風的示例中，包括膜的微機電芯片可以與包括邏輯電路或電源電路的半導體芯片相關聯。例如，另外的部件或另外的半導體芯片可以包括前置放大器和輸入/輸出端。替代地，所述部件可以包括保護裝置或集成于前置放大器的功率半導體裝置。
[0053]將芯片布置到臨時承載部上之后，芯片可以由封裝材料封裝。該封裝材料可以包括聚酰亞胺、環氧樹脂、熱塑性塑料、陶瓷、金屬陶瓷、或金屬塑料。該封裝材料可以包括層壓材料(預浸)、例如復合纖維、玻璃纖維、環氧樹脂內的碳纖維。該封裝材料可以是包含導熱填充材料的環氧樹脂。例如，填料的含量可以是至少在大約70%到大約93%之間的氧化硅、氧化鋁、氮化硼或氧化鋅。該封裝材料也可以包括被大量填充材料填充的硅。該封裝材料可以覆蓋晶粒并且填充晶粒之間的空隙。
[0054]該封裝材料可以覆蓋所述覆蓋部和/或位于所述腔中的填充材料。后續處理可以包括形成再分配層。再分配層可以包括絕緣層和導電層。導電層可以被結構化(structure)。絕緣層可以包含貫通接觸部和通孔。
[0055]實施例可以包括:在將單片化的芯片嵌設到封裝材料之后，重新暴露所述腔。重新暴露所述腔可以包括磨削步驟。磨削可以包括磨削覆蓋用于蓋住所述腔的覆蓋部的封裝材料。重新暴露腔可以包括磨削所述封裝材料和部分填充材料。在由固體填充材料填充腔的實施例中，暴露腔可以包括除去填充材料。所述填充材料可以選擇性地從腔去除。在一實施例中，填充材料可以為能夠選擇性地蝕刻的。能夠選擇性地蝕刻表明蝕刻劑高速蝕刻填充材料，而第一晶片的周圍材料例如硅被以非常低的速率被蝕刻。所述填充材料也可以由于為水溶性的所以能夠被選擇性地去除。該填充材料也可以由于它的熱膨脹系數與第一半導體晶片材料的熱膨脹系數不同而能夠被選擇性地去除。因此，將重組晶片置于較低或較高的溫度時，該填充材料可以比周圍材料收縮得更多并且由此可以容易地從腔中取出。
[0056]在實施例中，所述重新暴露的腔可以被進一步蝕刻。進一步蝕刻腔可能不需要掩模，這是因為腔的側壁和周圍封裝材料形成一種硬掩模。不需要進一步的掩模步驟是有利的，這是因為單片化的芯片相對于彼此可能以比在晶片中更小的精準度定位在封裝材料中并且由此光刻步驟的精準度較低。蝕刻腔可以包括蝕刻腔的底部和腔側壁的上表面的各向異性蝕刻。
[0057]在實施例中，機械易碎的結構、例如微機電結構可以由一個或多個犧牲層保護。可以通過蝕刻步驟盡可能晚地去除犧牲層。去除所述犧牲層可能需要從芯片的上側和芯片的下側、即從腔的側方接近微機電結構。
[0058]在對機械易碎的結構、例如微機電結構處理完畢之后，即在去除犧牲層之后，腔可以由蓋部蓋住。該蓋部可以蓋住重組晶片上的所有腔。該蓋部可以布置在封裝材料上并且可以粘附至封裝材料。使用永久性粘合劑可以將蓋部固定至封裝材料。該蓋部可以密封腔。該蓋部可以包括光致抗蝕劑、層壓材料、或固體結構如金屬或塑料。該蓋部可以布置于重組晶片上。
[0059]圖1示意性示出根據一實施例的第一晶片10的剖視圖。第一晶片10可以是半導體晶片、尤其是硅晶片。圖1所示的剖視圖示出五個微機電芯片。本領域技術人員將會理解的是，在晶片10的一橫截面中可能包括更多或更少的芯片并且這些芯片不一定是微機電芯片。在下文中但并非限定地，第一晶片為由硅材料12形成的硅晶片，并且芯片為MEMS(微機電系統)芯片。在硅材料12里蝕刻出腔14。硅晶片10包括第一主表面16和與第一表面16相反的第二主表面18。腔14通向第二表面18。微機電結構20形成在第一表面16上。這些微機電結構20可以是任何微機電結構，例如上文所討論的那些。在圖1所示的實施例中，微機電結構20包括用來形成MEMS麥克風的、具有剛性背板和柔性膜的換能器。
[0060]圖2示意性示出硅晶片10的俯視圖。多個MEMS芯片成行和列地布置于晶片上。芯片22由鋸線24分隔開。每個芯片22基本上是矩形的并且圓形腔14用虛線表示。腔14可以在芯片22上居中。現在參考圖3A到31來說明根據本發明的用來封裝MEMS芯片22的方法。
[0061 ]圖3A示出所提供的如圖1所示的第一晶片1。相較于圖1，晶片1旋轉了 180度，所以第一表面16現在為硅晶片10的下表面并且第二表面18現在為硅晶片10的上表面。如已經參考圖1所說明的，硅晶片1包括硅材料12、MEMS結構20和腔14。腔14通向上表面18。
[0062]MEMS結構20被示出為有一個表面基本上與晶片10的第一表面16共面。需要理解的是，MEMS結構20也可以布置于晶片表面16的頂部上，或者換言之，MEMS結構20可以從晶片10突出。更廣泛而言，MEMS結構20布置在第一表面16處。MEMS結構20可以由一個或一個以上犧牲層來保護，所述犧牲層例如可以是氧化物層或氮化物層。在圖3A所示的實施例中，由硅12構成的層保留在腔14與MEMS結構20之間。
[0063]圖3B示出用第二晶片或者覆蓋部26關閉腔之后的圖3A中的晶片10。第二晶片26可以布置在晶片10的第二表面18上。粘結層28布置于晶片10與覆蓋部26之間。粘結層28可以是粘結箔。粘結層28可以由永久性粘合劑形成，該永久性粘合劑可以以液體形式施加然后固化。盡管覆蓋部26被認為是僅僅臨時性關閉腔14，但是任何永久性粘合劑均可以被使用。腔14可以是空的，或者換言之，腔14可以填充以周圍的空氣或者可以填充以氣體或液體。當腔填充以氣體、例如周圍空氣時，腔中可以提供特定的壓力。例如，可以用覆蓋部26將晶片10以真空腔地蓋住。真空腔允許選擇一特定壓力，該特定壓力可以是真空或者是真空與周圍大氣壓力之間的一特定壓力。具有一特定壓力的優點在于，可以在進一步的加工過程中減小由于外界壓力的變化和溫度的變化所導致的作用于腔壁上的力。
[0064]圖3C示出相對于圖3B旋轉了大約180度并被布置在臨時承載部30上的晶片10。臨時承載部30可以是劃片膠帶(dicing tape)。具有被第二晶片26密封的腔14的晶片10以覆蓋晶片26面向臨時承載部30地布置于劃片膠帶30上。各芯片22由切割線32分開，該切割線32是沿著圖2所示的鋸線24形成的。對芯片切割或劃片以單片化可以通過常規的晶片劃片來實現。第二晶片或者覆蓋部26使芯片22足夠穩定，從而可以在不損壞腔或者更具體而言不損壞腔14的側壁的情況下實現劃片。
[0065]圖3D示出一臨時承載部34，該臨時承載部34在其頂部上可包括粘合劑36。粘合劑36可以是臨時粘合劑或者是具有較低粘合力的粘合劑。單片化的芯片22可以布置在臨時承載部34上或者更確切而言以MEMS結構20面向粘結層36地布置在粘結層36上。單片化的芯片22可以由如本領域已知曉的拾取-放置工具來布置。芯片22可以以互相之間的距離大于第一晶片10上的芯片22之間的距離地布置在臨時承載部34上。覆蓋部26使得能夠沒有破壞腔14的風險地使用拾取-放置工具。在圖示的實施例中，只有芯片22被布置在臨時承載部34上。本領域的科技人員將會理解的是，其它芯片、例如包含功率放大器或其它電路(例如與MEMS麥克風一起使用的其它電路)的芯片可以例如與芯片22交替地布置在臨時承載部34上以形成系統。
[0066]布置在承載部34上的芯片22由封裝材料38封裝。如前所述，封裝材料38可以是如上文所述的任何合適的封裝材料。封裝材料38可以是成型化合物(molding compound)。芯片22可以利用成型化合物38在成型模具(mold form)中被包覆模制。其它封裝形式、例如壓縮成型、注射成型、粉末成型、灌封、分配(dispensing)、噴射或層壓也是可以的。
[0067]圖3E示出由封裝的芯片22和封裝材料38形成的重組晶片40。該重組晶片40相對于圖3D旋轉了 180度，并且臨時承載部34和粘結層36被去除。再分配層42施加在重組晶片40的頂部上。再分配層(RDL)42可以包含絕緣層和導電層。RDL 42可以提供不同的電路部分之間的互連。特別地，RDL 42可以提供對如前所述的其它種類的集成電路的互連。RDL 42可以不覆蓋MEMS結構20。封裝材料38使得可以容易地移動重組晶片40并且還允許扇出型結構。換言之，再分配層42不但施加在芯片22上，而且還施加在封裝材料38上。
[0068]圖3F示出使腔14重新暴露之后的重組晶片40。通過磨削過程去掉封裝劑38、覆蓋部26和粘結層28的一部分，從而使腔14重新暴露。磨削過程去除了由密封劑38構成的覆蓋所述覆蓋部26以及在覆蓋部26之間延伸的層。在圖3F中，腔14通向重組晶片40的與RDL 42相反的表面。在腔14在用覆蓋部26關閉腔14之前填充以液體的實施例中，液體被清空。位于兩個相鄰芯片之間的封裝材料38提供了穩定性。現在參考圖3G來說明一可選步驟。
[0069]圖3G示出執行可選的各向異性蝕刻步驟之后的重組晶片40，該可選的各向異性蝕刻步驟蝕刻所述第一晶片的材料。在本發明中，硅被各向異性蝕刻。所述各向異性蝕刻通過蝕刻掉腔14的硅底部(參見圖3A)而使MEMS結構20從腔14的側方暴露。同時，從腔14側壁的前表面蝕刻腔14的側壁，從而除去部分側壁。腔14現在被分成第一部分14A和第二部分14B。腔部分14A在一側由MEMS結構20和硅側壁限界。在MEMS結構20的相反側處，腔部分14A由該腔的第二部分14B限界。腔部分14B在一側由腔部分14A和硅側壁的前表面限界。腔部分14B還被由封裝材料38制成的側壁限界。腔部分14B還由封裝材料38的構成重組晶片40的外表面的表面所限定的表面限界。由于腔14B不包括硅側壁，因此第二腔部分14B的寬度大于腔部分14A的寬度。這兩個腔部分14A和14B組合在一起形成MEMS麥克風的背容腔14。該可選步驟中的蝕刻硅的優點在于可以增大背容腔。另外的優點在于，剩下的硅側壁12為位于上方的再分配層提供了剛性結構同時提供了剛性結構用于保持MEMS結構。這種可選的蝕刻步驟不需要掩模。
[0070]圖3H示出相對于圖3G旋轉了180度的重組晶片40。因此，腔14的開口位于上側。腔14的開口被蓋部44蓋住或密封。蓋部44適合于重組晶片40的形狀并且同時密封所有腔14。可以通過粘合劑將蓋部44附接至封裝材料38。優選地，通過具有對于MEMS麥克風的預期用途足夠高的粘合力和足夠大的溫度范圍的永久性粘合劑將蓋部44附接至密封劑38。更廣泛而言，永久性粘合劑可適于所形成的MEMS封裝結構。在密封腔之前，要執行對MEMS結構20的任何最后的露出或暴露步驟。如之前所說明的，MEMS結構可以由犧牲層保護。這些層可以從MEMS結構的兩側蝕刻掉。因此，任何MEMS結構20的暴露都必須在蓋部44密封腔之前執行。
[0071]圖31示意性示出封裝的MEMS芯片48彼此之間的分離。重組晶片40相對于圖3H旋轉了 180度并且布置在可以是劃片膠帶的臨時承載部46上。蓋部44面向劃片膠帶46。封裝的芯片的分離或者單片化可以通過任何分離工藝、例如鋸切來實現。穿過位于兩個芯片之間的封裝材料38來切割重組晶片40。可以切割穿過再分配層42來分離。盡管RDL 42在附圖中僅僅是非常示意性地示出，但是需要理解的是，RDL 42可以提供芯片22的電性有源部件之間的和/或芯片22與布置在同一重組晶片40上的另外的芯片之間的電互連。由于腔14被蓋部44密封，由此提供了穩健的部件并且可以使用任何適當的分離方法。需要理解的是，盡管所述方法是參考封裝MEMS芯片來說明的，但是本發明不局限于此，并且包含有腔且該腔的開口通向芯片主表面的任何芯片都可以被封裝。
[0072]圖4示意性示出根據本發明的芯片封裝體48的剖視圖，該芯片封裝體48可以是MEMS芯片封裝體48。圖4所示的實施例包括分成兩個腔部分14A和14B的腔14。封裝體48大致呈箱形(box-shaped)，具有由蓋部44形成的下表面和由封裝材料38形成的側壁。腔的下部分14B與蓋部44鄰接并且被封裝材料38限界。封裝體48還包括腔的上部分14A的由第一晶片的硅材料或換言之由芯片形成的側壁。腔部分14A的側壁的外表面抵接封裝材料38。腔的上部分14A由機械易碎的結構、例如MEMS結構20限界或界定，該機械易碎的結構在本實施例中可以是具有背板的麥克風膜。RDL 42部分布置于封裝劑38上并且部分布置于硅側壁12和部分MEMS結構20上。RDL層42形成大致箱形的芯片封裝體的上表面。
[0073]圖5示意性示出沒有MEMS結構20并且沒有RDL42的封裝體48的俯視圖。外周由從四側封裝芯片的封裝材料38形成。硅材料12提供了腔部分14A的內側壁。根據所示的實施例，腔14A為大致圓形或圓柱形。
[0074]圖6示意性示出所提供的根據第二實施例的第一晶片50的剖視圖。腔通向第一晶片50的一個主表面。腔14穿過晶片50延伸至機械易碎的結構例如MEMS結構20。或者換言之，整個腔或者最后的腔已經被蝕刻在硅晶片級上。MEMS結構20可以僅僅由犧牲層保護。由于腔14如前所述那樣在進一步的加工期間由覆蓋部或者的填充材料保護，因此在參考圖3A至31所說明的實施例中的如腔14底部所示的保護性硅層可以被省略。用于封裝設置有第一晶片50的芯片的進一步的處理步驟等同或類似于參考圖3所討論的那些步驟，并且將不會予以進一步說明。
[0075]圖7示出從晶片50獲得的封裝體52。封裝的芯片52大致為呈塊狀。封裝體52的下表面由蓋部44形成。封裝體52的側壁由封裝材料38形成。封裝材料38保護芯片的四側。腔14沒有被分成兩部分。換言之，腔14的側壁由第一晶片50的材料形成。在本實施例中，腔14的側壁由硅形成。腔14在其上側由MEMS結構20關閉。RDL層42部分布置在封裝材料38上，部分布置在硅材料12上并且部分布置在MEMS結構20上。與如圖4所示的封裝的芯片48相比，背容腔14或者腔14較小。腔14在其下部沒有被擴大。在制造過程中，可選的蝕刻硅的步驟(即參考圖3G所說明的用于對腔進一步成形并用于蝕刻掉與MEMS結構20相鄰的保護性硅層的可選的蝕刻硅的步驟)是不需要的。
[0076]現在參考圖8A-8F來說明用于制造封裝的芯片例如封裝的MEMS芯片的第三實施例。
[0077]圖8A示出第一晶片10的示意性剖視圖，該第一晶片10可以與圖1所示的晶片相同。第一晶片1可以是包括硅材料12和MEMS結構20的硅晶片。腔14被蝕刻到硅晶片12中。硅層留在腔14和MEMS結構20之間。需要理解的是，如圖6所示的第一晶片50也可用在這個第三實施例中。圖8A示出用填充材料54填充的腔14。填充材料54可以是基于硅樹脂的。填充材料54優選地具有下述特性:使得能夠在后續中容易地去除填充材料。該特性可以是選擇性蝕刻能力，即對于給定的蝕刻劑，與硅的和所使用的封裝材料的蝕刻速率相比，填充材料的蝕刻速率更高。該特性也可以是水溶性。該區別性的特性也可以是不同的熱膨脹系數，該不同的熱膨脹系數使得填充材料能夠在給定的溫度下相比于周圍硅產生收縮。該填充材料54可以被印刷、分配或旋涂到腔14中。其它施加填充材料54的方法也是可能的。該填充材料是固化的。
[0078]圖SB示意性示出布置于臨時承載部30上的晶片10。臨時承載部30可以是劃片膠帶。晶片1以被填充的腔面向劃片膠帶地布置于切割膠帶30上。換言之，該MEMS結構20背向劃片膠帶。切割線32使芯片22相對于彼此分開。切割線32可以循著如圖2所示的鋸線24。由于填充材料54，不再需要覆蓋部26來保護腔14。在芯片22單片化之后，芯片可以通過已知的拾取-放置工具來拾取和放置。
[0079]圖8C示出布置于另外的臨時承載部34上的單片化的芯片22。臨時承載部34可以與參考圖3D說明的實施例中所使用的臨時承載部相同。盡管圖SC沒有示出，但是粘結層36也可以布置于臨時承載部34與芯片22之間。芯片22以MEMS結構20面向承載部地布置在臨時承載部上面。封裝材料38封裝芯片22從而形成重組晶片56。封裝材料38覆蓋芯片和填充材料54。
[0080]圖8D示意性示出相對于圖8C旋轉了大約180度的重組晶片56的剖視圖。臨時承載部34被去除。如參考圖31已經討論過的，RDL 42布置于重組晶片56上。需要理解的是，盡管沒有示出，該RDL可以包含貫通的連接部并且可以提供不同電路部分之間的互連。
[0081]圖SE示出在已經執行磨削處理之后的重組晶片56。部分封裝材料38已經被磨削去除。磨削還可以去除部分硅12和部分填充材料54。腔重新暴露但是仍然被填充材料54填充。現在可以依據所使用的填充材料來去除填充材料。
[0082]圖8F示意性示出在填充材料與硅具有不同的溫度膨脹系數(CTE)的情況下填充材料54的去除。根據系數差別，重組晶片56被冷卻或者加熱以便使填充材料54收縮并能夠容易地從腔14中取出。在其它實施例中，重組晶片可以經歷只蝕刻填充材料的蝕刻過程。在其它實施例中，如果填充材料54是水溶性的話，那么重組晶片可以經歷水洗步驟。現在可以繼續對重組晶片56的如參考圖3G-3I的所說明的處理。
[0083]盡管本發明已經就一個或多個實施方案進行圖示和描述，但是在不背離所附權利要求的精神和范圍的情況下可以對示出的示例做出改變和/或修改。除非另有說明，否則特別對于由上文描述的部件或結構(裝置、電路、系統等等)所執行的不同功能，用于描述這些部件的術語旨在對應于執行所描述的部件的具體功能的任何部件或結構(例如功能上等效的部件或結構)，盡管其與所公開的執行本發明在本文中示出的示例性實施方式的功能的結構不是結構上等效的。
【主權項】
1.一種制造芯片封裝體的方法，該方法包括: 在第一晶片上提供多個芯片，所述芯片中的每個均包括第一主面和腔，所述腔包括通向所述第一主面的開口； 臨時地填充或蓋住所述腔； 然后單片化所述芯片； 將單片化的芯片嵌設到封裝材料中； 然后使所述腔重新暴露。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述芯片中的每個均具有與所述第一主面相反的第二主面，并且所述腔中的每個均在第二主面處由機械易碎的結構限界。3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述機械易碎的結構包括下述結構中的一種:微機電結構、微光學機械結構、薄型集成電路、豎直式半導體部件。4.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，臨時蓋住所述腔的覆蓋部包括第二晶片。5.根據權利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，臨時蓋住所述腔的覆蓋部包括剛性箔。6.根據權利要求2或5所述的方法，其特征在于，所述覆蓋部是粘性接合到所述第一晶片上的。7.根據權利要求2至6中任一項所述的方法，其特征在于，所述腔在真空下被蓋住。8.根據權利要求2至6中任一項所述的方法，其特征在于，所述腔于特定的氣壓下被蓋住，該氣壓適于所述芯片在進一步的處理過程中所要承受的壓力。9.根據權利要求2至6中任一項所述的方法，其特征在于，所述腔在被蓋住之前被填充以液體。10.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述腔的重新暴露是通過磨削處理來實現的。11.根據權利要求10所述的方法，其特征在于，所述封裝材料覆蓋所述覆蓋部并且所述磨削處理對所述封裝材料和所述覆蓋部進行磨削。12.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述腔填充以填充材料，所述填充材料能夠從所述腔中選擇性地去除。13.根據權利要求12所述的方法，其特征在于，所述填充材料是水溶性材料和可選擇性蝕刻材料中的一種。14.根據權利要求12所述的方法，其特征在于，所述填充材料具有與所述第一晶片的熱膨脹系數不同的熱膨脹系數。15.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在重新暴露所述腔之后蝕刻所述第一晶片。16.根據權利要求15所述的方法，其特征在于，所述腔的底部和所述第一晶片的環繞所述腔的上表面被蝕刻掉。17.—種芯片封裝體，所述芯片封裝體包括: -芯片，所述芯片具有第一主面和與所述第一主面相反的第二主面，所述芯片具有第一厚度； -腔，所述腔在所述芯片的第一主面處敞開并且至少部分地延伸穿過所述芯片； -包圍所述芯片的封裝材料，所述封裝材料具有比所述第一厚度更厚的第二厚度并對所述腔的第二部分進行限界。18.根據權利要求17所述的封裝體，其特征在于，所述腔在所述芯片的第二主面處由機械易碎的結構限界。19.權利要求17或18所述的封裝體，其特征在于，所述封裝體還包括: -蓋住所述腔的開口端的蓋部，所述蓋部布置于所述封裝材料上。20.根據權利要求17至19中任一項所述的封裝體，其特征在于，所述芯片是MEMS芯片和MOEMS芯片中的一種。21.根據權利要求17至19中任一項所述的封裝體，其特征在于，所述芯片是麥克風芯片。
【文檔編號】B81B7/00GK106082110SQ201610244599
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年4月19日 公開號201610244599.2, CN 106082110 A, CN 106082110A, CN 201610244599, CN-A-106082110, CN106082110 A, CN106082110A, CN201610244599, CN201610244599.2
【發明人】A·德厄, T·基爾格, D·邁爾, M·梅納特, F·X·米爾鮑爾, D·波爾沃爾, J·瓦格納
【申請人】英飛凌科技股份有限公司