低温封装结构及方法技术

一种低温封装结构，包括封装体、硅基体及印刷电路板，所述硅基体的正面设置有多个电极，每一所述电极分别通过通孔引至硅基体的背面，所述硅基体的背面设置有多个第一金属凸点，每一所述第一金属凸点上设置有至少一第二金属凸点，所述印刷电路板的一表面设置有多个第三金属凸点，所述第二金属凸点的尺寸小于所述第一金属凸点及所述第三金属凸点的尺寸，每一所述第三金属凸点通过冷压键合方式与第二金属凸点连接，以使得所述硅基体与所述印刷电路板之间电连接。本发明专利技术还提供一种低温封装方法。上述低温封装结构及方法，封装结构简单，通过减少硅基体上金属凸点的接触面积，在施加外力的情况下即可实现与印刷电路板的冷压键合。

Low temperature packaging structure and method

【技术实现步骤摘要】
低温封装结构及方法
本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种低温封装结构及方法。
技术介绍
随着半导体圆片级封装技术的不断成熟发展，其以微型化、低成本、高电性能、良好的导热散热性以及对于高频信号高抗干扰性等优点越来越多的被Bio-MEMS器件封装所采用。一般来说，生物测序芯片(如基因测序芯片)对于其加工温度比较敏感(<100摄氏度)，尤其是对于一些加工过程中表面有生物涂层器件，对温度要求更为苛刻。传统的圆片级半导体封装技术其器件加工过程中温度一般都在200摄氏度以上。这样就导致很大一部分生物测序芯片无法采用传统的圆片级封装技术进行封装。现有技术一般是采用传统的铝打线的方式，来满足器件对低温的加工要求，然而采用低温铝打线进行封装，其成本高、产能低、器件小型化较困难。
技术实现思路
鉴于以上内容，有必要提供一种低温封装结构及方法，封装结构简单，在施加外力的情况下即可实现硅基体与印刷电路板的冷压键合。本专利技术一实施方式提供一种低温封装结构，包括封装体、硅基体及印刷电路板，所述硅基体的正面设置有电极区，所述电极区包括多个电极，每一所述电极分别通过通孔引至所述硅基体的背面，所述硅基体的背面设置有多个第一金属凸点，每一所述第一金属凸点通过一通孔一一对应电连接于每一所述电极，每一所述第一金属凸点上设置有至少一第二金属凸点，所述印刷电路板的一表面设置有多个第三金属凸点，所述第二金属凸点的尺寸小于所述第一金属凸点及所述第三金属凸点的尺寸，每一所述第三金属凸点通过冷压键合方式与每一所述第一金属凸点上的第二金属凸点连接，以使得所述硅基体与所述印刷电路板之间电连接。可选地，所述硅基体的正面还设置有功能区，所述功能区包括以下一种或者多种：感光区、生物反应区、压力传感区、电容电感耦合区。可选地，所述通孔的深宽比小于或等于20:1。可选地，所述第一金属凸点的高度为5～30μm，所述第二金属凸点的高度为20-50μm，所述第三金属凸点的高度为30-100μm，且所述第二金属凸点的高度小于所述第三金属凸点的高度。可选地，所述第二金属凸点的硬度大于所述第三金属凸点的硬度，或者所述第二金属凸点的硬度大于所述第三金属凸点的顶部区域金属的硬度。可选地，所述第二金属凸点包括第一子金属层及第二子金属层，所述第二子金属层的硬度小于所述第一子金属层。本专利技术一实施方式还提供一种一种低温封装方法，包括以下步骤：提供一硅基体及一印刷电路板，所述硅基体的正面设置有电极区，所述电极区包括多个电极；将每一所述电极引至所述硅基体的背面；在所述硅基体的背面形成多个第一金属凸点，每一所述第一金属凸点电连接于每一所述电极；在每一所述第一金属凸点上形成至少一第二金属凸点，所述第二金属凸点的尺寸小于所述第一金属凸点的尺寸；在所述印刷电路板上形成多个第三金属凸点，并将每一所述第三金属凸点采用冷压键合方式与每一所述第一金属凸点上的第二金属凸点连接；及对封装体间隙进行填充，其中所述封装体用于封装所述硅基体及所述印刷电路板。可选地，所述硅基体的正面还设置有功能区，所述提供一硅基体的步骤之后还包括：在所述硅基体的正面贴合一保护膜或者临时键合一基片，以保护所述功能区及所述电极区。可选地，所述提供一硅基体的步骤之后还包括：对所述硅基体的背面进行磨片处理，以将所述硅基体的厚度减薄至预设厚度；其中，所述预设厚度为200～500μm。可选地，所述将每一所述电极引至所述硅基体的背面的步骤包括：采用深硅刻蚀方式将所述硅基体正面上的电极打开，形成硅通孔，其中所述硅通孔的深宽比小于或等于20:1；对所述硅通孔填充金属，以将所述电极引至所述硅基体的背面。可选地，所述第二金属凸点包括依次层叠在所述第一金属凸点上的第一子金属层、第二子金属层及第三子金属层，所述第一子金属层的硬度大于所述第二子金属层的硬度及所述第三子金属层的硬度，所述第三金属凸点包括依次层叠在所述印刷电路板表面的第四子金属层及第五子金属层，所述四子金属层的硬度大于所述第五子金属层的硬度，所述第二金属凸点的高度小于所述第五子金属层的高度。可选地，所述将每一所述第三金属凸点采用冷压键合方式与每一所述第一金属凸点上的第二金属凸点连接的步骤之后还包括：采用预设温度对所述硅基体及所述印刷电路板进行加热，以使得所述第三金属凸点与所述第二金属凸点共熔；其中，所述预设温度小于100摄氏度，所述第三金属凸点与所述第二金属凸点共熔比例为1％～35％之间。与现有技术相比，上述低温封装结构及方法，封装结构简单，利用部分金属表面硬度较低的特性，通过减少硅基体上金属凸点的接触面积，在施加外力的情况下实现与印刷电路板的冷压键合，利用部分金属/合金熔点较低的特性，通过低温加热即可实现硅基体与印刷电路板接触区域小范围共熔连接，形成金属生长层，从而提高器件的电性能及结构可靠性，极大程度上解决现有生物器件封装体积过大，成本较高、散热效果不佳的技术难题，实现生物器件的低温电连接封装。附图说明图1是本专利技术一实施方式的低温封装结构的结构示意图。图2是本专利技术一实施方式的硅基体的结构示意图。图3是本专利技术一实施方式的印刷电路板形成有金属凸点的结构示意图。图4是本专利技术一实施方式的硅基体正面贴合有保护膜的结构示意图。图5是本专利技术一实施方式的硅基体经过磨片工艺后的结构示意图。图6是本专利技术一实施方式的硅基体上的电极经过硅穿孔技术形成硅通孔的结构示意图。图7是本专利技术一实施方式的对硅通孔填充金属后的硅基体的结构示意图。图8是本专利技术一实施方式的硅基体背面形成有金属凸点的结构示意图。图9是本专利技术一实施方式的第二金属凸点的结构示意图。图10是本专利技术一实施方式的硅基体通过倒装冷压键合到印刷电路板的结构示意图。图11是本专利技术一实施方式的低温封装结构完成封装体间隙填充后的结构示意图。主要元件符号说明具体实施方式如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。请参阅图1，本专利技术一实施方式提供一低温封装结构100，所述低温封装结构100包括硅基体101、印刷电路板102及封装体103，所述封装体103用于封装所述硅基体101及所述印刷电路板102。所述硅基体101的正面110设置有电极区104及功能区105。所述电极区104包括有多个电极104a、104b(图1仅示出2个电极104a、104b为例，并不以2个为限)。所述功能区105可以是以下一种或者多种：感光区、生物反应区、压力传感区、电容电感耦合区。在一实施方式中，所述硅基体101可以是晶圆或者其他形状的硅晶片。每一所述电极104a、104b分别通过硅通孔167引至所述硅基体101的背面120(指与所述硅基体的正面相对的另一表面)，所述硅通孔167可以通过硅穿孔技术及深孔电镀填充的方式来进行加工，所述硅通孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低温封装结构，包括封装体、硅基体及印刷电路板，其特征在于：所述硅基体的正面设置有电极区，所述电极区包括多个电极，每一所述电极分别通过通孔引至所述硅基体的背面，所述硅基体的背面设置有多个第一金属凸点，每一所述第一金属凸点通过一通孔一一对应电连接于每一所述电极，每一所述第一金属凸点上设置有至少一第二金属凸点，所述印刷电路板的一表面设置有多个第三金属凸点，所述第二金属凸点的尺寸小于所述第一金属凸点及所述第三金属的尺寸，每一所述第三金属凸点通过冷压键合方式与每一所述第一金属凸点上的第二金属凸点连接，以使得所述硅基体与所述印刷电路板之间电连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种低温封装结构，包括封装体、硅基体及印刷电路板，其特征在于：所述硅基体的正面设置有电极区，所述电极区包括多个电极，每一所述电极分别通过通孔引至所述硅基体的背面，所述硅基体的背面设置有多个第一金属凸点，每一所述第一金属凸点通过一通孔一一对应电连接于每一所述电极，每一所述第一金属凸点上设置有至少一第二金属凸点，所述印刷电路板的一表面设置有多个第三金属凸点，所述第二金属凸点的尺寸小于所述第一金属凸点及所述第三金属的尺寸，每一所述第三金属凸点通过冷压键合方式与每一所述第一金属凸点上的第二金属凸点连接，以使得所述硅基体与所述印刷电路板之间电连接。


2.如权利要求1所述的低温封装结构，其特征在于，所述硅基体的正面还设置有功能区，所述功能区包括以下一种或者多种：感光区、生物反应区、压力传感区、电容电感耦合区。


3.如权利要求1或2所述的低温封装结构，其特征在于，所述第一金属凸点的高度为5～30μm，所述第二金属凸点的高度为20-50μm，所述第三金属凸点的高度为30-100μm，且所述第二金属凸点的高度小于所述第三金属凸点的高度。


4.如权利要求1或2所述的低温封装结构，其特征在于，所述第二金属凸点的硬度大于所述第三金属凸点的硬度，或者所述第二金属凸点的硬度大于所述第三金属凸点的顶部区域金属的硬度。


5.如权利要求1或2所述的低温封装结构，其特征在于，所述第二金属凸点包括第一子金属层及第二子金属层，所述第二子金属层的硬度小于所述第一子金属层。


6.一种低温封装方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一硅基体及一印刷电路板，所述硅基体的正面设置有电极区，所述电极区包括多个电极；
将每一所述电极引至所述硅基体的背面；
在所述硅基体的背面形成多个第一金属凸点，每一所述第一金属凸点电...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋将，
申请(专利权)人：深圳华大智造极创科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44