一种微机电系统器件封装方法及结构技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种微机电系统器件封装方法及结构。所述方法包括：在MEMS晶圆上形成器件结构，第一密封圈以及与多个金属焊盘；在盖帽的第一表面形成凹槽和多个直孔；在盖帽的第一表面形成多条第一金属导线和第二密封圈；多条第一金属导线的第一端分别延伸至多个直孔底面，多条第一金属导线的第二端以及第二密封圈位于第一表面的非凹槽区域；第二密封圈环绕凹槽和第一金属导线的第二端，并与第一密封圈对应设置；将第一金属导线的第二端与金属焊盘键合；将第一密封圈与第二密封圈相连接以密封盖帽和MEMS晶圆；刻蚀盖帽的第二表面以裸露出第一金属导线的第一端。本发明专利技术实施例提供了一种在保证气密性的同时，提高MEMS器件性能的封装方案。

Method and structure for packaging micro electromechanical system device

The embodiment of the invention discloses a micro electromechanical system device encapsulation method and structure. The method includes: forming a device structure on MEMS wafer, the first sealing ring and a plurality of metal pads; and a plurality of grooves are formed on the first surface of the cap straight hole; forming a plurality of first metal wires and second sealing ring on the first surface of the cap; a plurality of first metal wires are extended first end a plurality of straight hole bottom surface, non groove region and a plurality of first metal wires of the second terminal and the second sealing ring is positioned on the first surface; second sealing ring groove around the first and second ends of the metal wire, and are provided with the first sealing ring corresponding to the first metal wire; the second ends of the metal pad bonding the first; the sealing ring and the sealing ring is connected with the second seal cap and MEMS wafer; second surface etching blocks as to expose the first end of the first metal wire. The embodiment of the invention provides a package scheme for improving the performance of the MEMS device while guaranteeing air tightness.

【技术实现步骤摘要】
一种微机电系统器件封装方法及结构
本专利技术实施例涉及半导体封装技术，尤其涉及一种微机电系统器件封装方法及结构。
技术介绍
微机电系统(Micro-Electro-MechanicalSystem，MEMS)传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器。与传统的传感器相比，它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点。在消费电子、智能终端和可穿戴产品等领域应用中，要求MEMS传感器的尺寸和成本进一步降低的同时提高集成度和性能。由于大部分MEMS器件都有气密性要求，现有技术中，通常封装之后，在MEMS功能衬底一侧或者在盖帽进行深孔刻蚀和形成绝缘层等真空高温处理，以将MEMS传感器的焊盘引出。但由于密封后存在空腔，有很大爆硅风险，并且容易损伤MEMS传感器的结构及性能。
技术实现思路
本专利技术提供一种微机电系统器件封装方法及结构，以提供一种在保证气密性的同时，提高MEMS器件性能的封装方案。第一方面，本专利技术实施例提供了一种微机电系统器件封装方法，所述方法包括：在MEMS晶圆上形成器件结构，第一密封圈以及与所述器件结构电连接的多个金属焊盘，所述第一密封圈环绕所述器件结构和所述金属焊盘；在盖帽的第一表面形成凹槽和多个直孔，所述凹槽与所述器件结构对应设置；在所述盖帽的第一表面形成多条第一金属导线和第二密封圈；所述多条第一金属导线的第一端分别延伸至所述多个直孔底面，所述多条第一金属导线的第二端以及所述第二密封圈位于所述第一表面的非凹槽区域；所述第二密封圈环绕所述凹槽和所述第一金属导线的第二端，并与所述第一密封圈对应设置；将所述MEMS晶圆与所述盖帽相对放置，并将所述第一金属导线的第二端与所述金属焊盘键合，以实现线路连接；将所述第一密封圈与所述第二密封圈相连接以密封所述盖帽和所述MEMS晶圆；刻蚀所述盖帽的第二表面以裸露出所述第一金属导线的第一端。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种微机电系统器件封装结构，所述结构包括：相对设置的盖帽和微机电系统MEMS晶圆；所述MEMS晶圆上形成有器件结构、第一密封圈以及与所述器件结构电连接的多个金属焊盘；所述第一密封圈环绕所述器件结构和所述金属焊盘；所述盖帽的第一表面形成有凹槽、多个直孔、多条第一金属导线和第二密封层；所述多条第一金属导线的第一端分别通过所述多个直孔贯穿至所述盖帽的第二表面，所述多条第一金属导线的第二端以及所述第二密封圈位于所述第一表面的非凹槽区域；所述第二密封圈环绕所述凹槽和所述第一金属导线的第二端，并与所述第一密封圈对应设置；所述凹槽与所述器件结构对应设置；所述第一金属导线的第二端与所述金属焊盘键合，以实现线路连接；所述第一密封圈与所述第二密封圈相连接以密封所述盖帽和所述MEMS晶圆。本专利技术实施例通过在MEMS晶圆与盖帽密封之前，在盖帽上形成多个直孔和第一金属导线，通过所述第一金属导线将MEMS晶圆上的金属焊盘引出至封装结构外部，避免了密封后进行真空高温制程，降低了爆硅风险，并且避免了损伤MEMS晶圆上的器件结构和金属焊盘，提供了一种在保证气密性的同时，提高MEMS器件性能的封装方案。附图说明图1是本专利技术实施例中的一种微机电系统器件封装方法的流程图；图2是本专利技术实施例中的一种MEMS晶圆的结构示意图；图3是本专利技术实施例中的一种盖帽的结构示意图；图4是本专利技术实施例中的又一种盖帽的结构示意图；图5是本专利技术实施例中的MEMS晶圆与盖帽键合结构示意图；图6是本专利技术实施例中的一种MEMS器件封装结构示意图；图7是本专利技术实施例中的又一种MEMS器件封装结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。图1是本专利技术实施例中的一种微机电系统器件封装方法的流程图，本实施例提供了一种微机电系统器件封装方法，参考图1，所述方法具体包括如下步骤：步骤100、在MEMS晶圆上形成器件结构，第二密封圈以及与所述器件结构电连接的多个金属焊盘。图2是本专利技术实施例中的一种MEMS晶圆的结构示意图，参考图2，第一密封圈120环绕器件结构110和金属焊盘130。其中，第一密封圈120设置于MEMS晶圆10的边缘位置，用于对MEMS晶圆10上的器件结构110和金属焊盘130进行密封，其形状可以根据MEMS晶圆10的形状进行设定，示例性的可以为圆形或矩形等。步骤200、在盖帽的第一表面形成凹槽和多个直孔。图3是本专利技术实施例中的一种盖帽的结构示意图，参考图3，凹槽210与器件结构110对应设置。凹槽210的尺寸可以根据器件结构110的尺寸进行设置，并不做具体限定。盖帽20可以采用硅材料，可以采用干法刻蚀或湿法腐蚀形成凹槽210和多个直孔220。具体的，本实施例中，在密封之前，在盖帽20上形成直孔220，不会损伤MEMS晶圆10上的器件结构110和金属焊盘130，降低了爆硅风险，并且可以降低封装结构的内应力。步骤300、在盖帽20的第一表面21形成多条第一金属导线和第二密封圈。图4是本专利技术实施例中的又一种盖帽的结构示意图，参考图4，多条第一金属导线230的第一端231分别延伸至多个直孔220底面，多条第一金属导线230的第二端232以及第二密封圈240位于第一表面21的非凹槽区域；第二密封圈240环绕凹槽210和第一金属导线230的第二端232，并与第一密封圈120对应设置。具体的，第二密封圈240的形状与第一密封圈120相同，第二密封圈240与第一密封去120配合对MEMS晶圆10上的器件结构110和金属焊盘130进行密封。第一金属导线230用于将MEMS晶圆10上的金属焊盘130引至封装结构外部，以实现密封后MEMS晶圆10上的器件结构110与外部器件的电连接。另外，第一金属导线230通过盖帽20上的直孔220引出金属焊盘130，而直孔220的内径可以做的很小，因此金属焊盘130可以做的很小，可以可有效减小封装尺寸。可选的，在盖帽20的第一表面21形成多条第一金属导线230和第二密封圈240包括：通过化学气相沉积工艺在多个直孔220表面及盖帽20的第一表面21形成第一绝缘层250；在第一绝缘层250上形成多条第一金属导线230和第二密封圈240。具体的，若盖帽20采用半导体硅材料，其会影响第一金属导线230与金属焊盘130的电连接，从而影响整个封装结构的电性能。通过在多个直孔220表面及盖帽20的第一表面21形成第一绝缘层250，保证了整个封装结构具有稳定的电性能。另外，本实施例的方法，在密封之前形成第一绝缘层250和第一金属导线230，使得化学气相沉等工艺可以采用更高的温度，形成的第一绝缘层250以及第一金属导线230等性能更稳定，从而保证了封装结构的电性能和稳定性好更好。步骤400、将MEMS晶圆10与盖帽20相对放置，并将第一金属导线230的第二端232与金属焊盘130键合，以实现线路连接。图5是本专利技术实施例中的MEMS晶圆与盖帽键合结构示意，参考图5，第一金属导线230的第二端232与金属焊盘130电连接，将金属焊盘130引出，使得MEMS晶圆130上的器件结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微机电系统器件封装方法，其特征在于，包括：在微机电系统MEMS晶圆上形成器件结构，第一密封圈以及与所述器件结构电连接的多个金属焊盘，所述第一密封圈环绕所述器件结构和所述金属焊盘；在盖帽的第一表面形成凹槽和多个直孔，所述凹槽与所述器件结构对应设置；在所述盖帽的第一表面形成多条第一金属导线和第二密封圈；所述多条第一金属导线的第一端分别延伸至所述多个直孔底面，所述多条第一金属导线的第二端以及所述第二密封圈位于所述第一表面的非凹槽区域；所述第二密封圈环绕所述凹槽和所述第一金属导线的第二端，并与所述第一密封圈对应设置；将所述MEMS晶圆与所述盖帽相对放置，并将所述第一金属导线的第二端与所述金属焊盘键合，以实现线路连接；将所述第一密封圈与所述第二密封圈相连接以密封所述盖帽和所述MEMS晶圆；刻蚀所述盖帽的第二表面以裸露出所述第一金属导线的第一端。

【技术特征摘要】
1.一种微机电系统器件封装方法，其特征在于，包括：在微机电系统MEMS晶圆上形成器件结构，第一密封圈以及与所述器件结构电连接的多个金属焊盘，所述第一密封圈环绕所述器件结构和所述金属焊盘；在盖帽的第一表面形成凹槽和多个直孔，所述凹槽与所述器件结构对应设置；在所述盖帽的第一表面形成多条第一金属导线和第二密封圈；所述多条第一金属导线的第一端分别延伸至所述多个直孔底面，所述多条第一金属导线的第二端以及所述第二密封圈位于所述第一表面的非凹槽区域；所述第二密封圈环绕所述凹槽和所述第一金属导线的第二端，并与所述第一密封圈对应设置；将所述MEMS晶圆与所述盖帽相对放置，并将所述第一金属导线的第二端与所述金属焊盘键合，以实现线路连接；将所述第一密封圈与所述第二密封圈相连接以密封所述盖帽和所述MEMS晶圆；刻蚀所述盖帽的第二表面以裸露出所述第一金属导线的第一端。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述第一密封圈与所述第二密封圈相连接以密封所述盖帽和所述MEMS晶圆包括：所述第一密封圈与所述第二密封圈为金属层，通过金属共晶键合将所述第一密封圈和所述第二密封圈键合，以密封所述盖帽和所述MEMS晶圆。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述第一密封圈与所述第二密封圈相连接以密封所述盖帽和所述MEMS晶圆包括：所述第一密封圈与所述第二密封圈为胶层，通过粘结所述第一密封圈和所述第二密封圈密封所述盖帽和所述MEMS晶圆。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述盖帽的第一表面形成多条第一金属导线和第二密封圈包括：通过化学气相沉积工艺在所述多个直孔表面及所述盖帽的第一表面形成第一绝缘层；在所述第一绝缘层上形成多条第一金属导线和第二密封圈。5.根据权利要求1述的方法，其特征在于，刻蚀所述盖帽的第二表面以裸露出所述第一金属导线的第一端之后，还包括：在所述盖帽的第二表面形成第二绝缘层；在所述第二绝缘层上形成铜柱，其中，所述铜柱与所述第一金属导线的第一端电连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：任玉龙，
申请(专利权)人：华进半导体封装先导技术研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32