形成有金属盖的ＭＥＭＳ封装制造技术

本发明专利技术揭示一种密闭微机电（ＭＥＭＳ）装置（１００），所述密闭微机电（ＭＥＭＳ）装置包括：载体（１１０），其具有包含装置（１０１）的表面（１１１）及附接条带（１２２），所述条带与所述装置间隔开并环绕所述装置；金属箔（１０２），其具有中心鼓凸部分（１０３）及与所述条带交会的外围轮缘部分（１０４），平行于所述载体的鼓凸横截面从所述轮缘朝向鼓凸顶点（１０５）单调递减；且所述箔定位于所述载体表面上方，以使得所述鼓凸在所述装置上方形成拱顶且所述轮缘与所述条带形成密封。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般来说涉及半导体装置及工艺领域，且更特定来说涉及微机电系统 (MEMS)装置的强健的、低成本且大批量生产的封装的结构及制作方法。
技术介绍
统称为微机电系统(MEMS)装置的各种各样的产品是微米级小型装置，其具有机 械移动部件且常常具有可移动电源及控制件。因为这些移动部件，MEMS装置需要物理及大 气保护。因此，将MEMS装置放置于强健的衬底上并用外壳或封装将其环绕，所述外壳或封 装使所述装置免受环境及电气干扰且免受应力。对于准密闭囊封，其防止纳米粒子进入，但不防止水分子及氧气分子进入，可在批 工艺流程中借助塑料材料及光刻技术逐步建造MEMS装置封装。举例来说，已使得用于塑料 及/或金属层的三个沉积步骤及两个光刻定义步骤以微米精度制造出用于体声波(BAW)滤 波器的封装。准密闭囊封的另一实例是借由借助具有粘性的聚合物胶合到环绕MEMS装置的笔 直金属壁上的扁平金属盖形成的MEMS装置的腔。用于微米级封装的光刻技术将壁厚度耦 合到壁高度，从而需要的1比2的最小纵横比。对于完全密闭囊封，此防止水分子及氧气分子以及纳米粒子进入，MEMS装置封装 通常借助陶瓷材料构造而成。这些封装因其多层金属化而昂贵。举例来说，具有位于扭力梁 上的可偏斜铝微镜及用于下方控制电极的电路的数字微镜的大的硅芯片(例如可从美国 德克萨斯州达拉斯市的德州仪器公司(Texas Instruments)购得的DLPTM微镜装置芯片) 借助多层金属互连装配在陶瓷衬底上。这些所装配的微镜由密封到衬底上的壁的玻璃板覆 盖，从而允许光束到达这些微镜。完全密闭封装中的其它装置(例如MEMS谐振器、回转仪及加速计)甚至可能需要 在所述产品的使用期限期间维持某一真空程度以保证振动结构的性能及稳定性。使用三个 或四个金属层沉积步骤及两个或三个光刻定义步骤沿半导体装配流程建造用于这些谐振 器及共振器中的一些的封装。在借助小于5 .ΙΟ2托的压力将MEMS谐振器封装到腔中的实 例性装配流程中，微米精度的封装工艺流程需要如下3个材料沉积步骤及2个光刻定义步 骤将牺牲层沉积到MEMS谐振器的顶部上；将覆盖层沉积到所述牺牲层上方；穿过所述覆 盖层蚀刻释放孔到达所述牺牲层；穿过所述释放孔移除所述牺牲层，因此使所述谐振器自 由；将谐振器周围的自由空间抽真空；将密封剂层沉积到所述覆盖层上方以密封所述释放 孔；并穿过所述密封剂层打通通孔以接触具有金属垫的覆盖层。所述工艺步骤序列使得封 装技术耗时且昂贵。
技术实现思路
申请人:认识到，市场趋向于较高MEMS可靠性及较低成本要求的完全密闭封装，但 不包括多金属级陶瓷材料的成本。申请人进一步看到，对于微米级MEMS封装，具有重复光刻对准步骤的现今制作流程成本太过昂贵且耗时；所需组光掩模也与快速改变消费者要 求、短的制造周转时间及普遍的产品多样化的发展中的市场趋势冲突。申请人:通过形成箔(优选地由铝或铜制成)以变成适合半导体芯片的表面上的功 能性MEMS部件的圆顶形壳、且然后通过将所述壳密封到条带(优选地由铝或铜制成)、从而 环绕芯片表面上的装置来解决微米级MEMS装置的完全密闭但低成本腔封装的大批量生产 问题。申请人发现，所述箔的厚度(例如，5μπι到15μπι)使得将能够借由迅速移动的激光 器的能量执行所述密封。箔形成过程赋予所述壳机械强健性，可通过形成额外支撑梁加强 所述壳。金属对金属密封使得所述封装密闭。申请人:开发用于形成金属薄片的工具是低成本且经结构化以用于大批量生产；此 外，所述工具可充当将多个壳输送到装配台的构件。所述工具包含具有下半部及上半部的 模压机。所述下半部具有带有圆形鼓凸及尖头销的扁平表面，鼓凸位置匹配装置位置且鼓 凸大小包围装置大小。所述上半部具有带有圆形凹部及尖头凹口的扁平表面，凹部位置及 大小匹配鼓凸位置及大小，且凹口位置及大小匹配尖端位置及大小。在已将所述箔挤压于 所述下半部与所述上半部之间以使其形成为所述凹部的形状之后，所述箔因到所述凹口的 附接而紧贴到所述上半部，且因此可输送到具有所述装置的载体。在优选实施例中，模压机具有由对载能辐射(例如激光)透明的材料制成的上半 部。当箔及附接条带两者均由适合的金属(例如铝或铜)制成时，在所述箔已接触所述条 带之后，此能量将允许焊接密封件。本专利技术的技术优点是，条带可结构成各种形状，包含低层金属垫或薄金属壁。由于 不涉及光刻步骤，因此壁厚度不再借由1比2的最小纵横比耦合到壁高度。另一技术优点是，封装装配流程可整合到晶片级半导体工艺流程中。用于MEMS保 护的所得腔封装具有微米级尺寸且可使其具有低轮廓拱顶，从而允许到外部部件的低轮廓 附接。另一技术优点是，可使根据本专利技术的封装完全密闭。制作步骤可与批处理相容且 使用低成本材料工艺步骤。因此，与陶瓷封装相比较，根据本专利技术的密闭封装将成本减少约 75%。另外，当不需要完全密闭性时，金属箔可借助聚合粘合剂密封到条带。作为封装概念的变型，电子装置封装的结构及制作工艺可扩展到由对光学信号透 明的材料制成的箔。因此，经囊封的装置可以是灵敏信号监视器。作为另一变型，可通过将 额外支撑梁模压到箔中来同时加强形成为扁平箔的鼓凸。所得拱顶机械强度足够大以在将 鼓凸局部抽真空之后经受大气压力，因此允许MEMS装置在局部真空中操作。附图说明图1是根据本专利技术制作的封装中的MEMS装置的示意性剖视透视图。图2Α是具有带有用于增强所述囊封的机械强度的经模压的结构的圆顶形鼓凸的 另一 MEMS装置的示意性透视图。图2Β是鼓凸箔沿图2Α的线2Β-2Β截取的放大横截面。图3Α是在载体表面上具有多个MEMS装置的半导体载体的示意性分段透视图。图3Β是半导体载体沿图3Α的线3Β-3Β截取的横截面。图4到图11图解说明根据本专利技术用于制作电子装置的封装的方法的步骤。 图4是用于形成在模压机上下半部之间延伸的箔的分段式模压机的示意性横截图5图解说明分段式模压机在合上模压机上下半部且形成箔的工艺步骤处的示 意性横截面。图6描绘分段式模压机在提起具有紧贴的经形成箔的模压机上半部的工艺步骤 处的示意性横截面。图7显示分段式模压机上半部在与相应MEMS装置的工艺步骤对准且施能以将箔 密封到装置载体的步骤之后的示意性横截面。图8是分段式载体上的经囊封的MEMS装置在移除箔模压机之后的示意性横截面。图9示意性地图解说明移除箔鼓凸之间的扁平箔部分的工艺步骤。图10示意性地描绘单分步骤之后的离散经囊封的MEMS装置。图11示意性地显示附接断开的线接合以用于互连的工艺步骤之后的离散经囊封 的MEMS装置。图12是根据本专利技术囊封且覆晶装配到板上的实例性MEMS装置的示意性横截面。图13是根据本专利技术囊封且装配到板上的另一实例性MEMS装置的示意性横截面。具体实施例方式作为本专利技术的实例性实施例，图1图解说明表示为100的一般电子产品，其包含封 装在成形为鼓凸或拱顶103的箔102之下的微机电(MEMS)装置101。MEMS装置101可以是 谐振器、体声波滤波器或具有机械移动部件的任何微结构，且具有例如介于15 μ m到20 μ m 之间的长度及约2μπι的高度的实例性尺寸。装置101附接到载体110，所述载体可以是包 含绝缘表面层111的半导体芯片。另一选择本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，其包括：载体，其具有包含装置的表面；及箔，其具有中心鼓凸部分及外围轮缘部分；其中所述鼓凸部分经配置以具有平行于所述载体的从所述轮缘部分朝向鼓凸顶点单调递减的横截面；且其中所述箔定位于所述载体表面上方，以使得所述鼓凸部分在所述装置上方形成拱顶且所述轮缘部分与所述载体表面形成密封。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2008-4-25 61/047,919;US 2008-12-17 12/337,320一种设备，其包括载体，其具有包含装置的表面；及箔，其具有中心鼓凸部分及外围轮缘部分；其中所述鼓凸部分经配置以具有平行于所述载体的从所述轮缘部分朝向鼓凸顶点单调递减的横截面；且其中所述箔定位于所述载体表面上方，以使得所述鼓凸部分在所述装置上方形成拱顶且所述轮缘部分与所述载体表面形成密封。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述箔包含选自由铝、铜及其合金组成的群组的金属ο3.根据权利要求2所述的设备，其中所述箔具有在从约5μ m到15 μ m的范围内的厚度。4.根据权利要求1所述的设备，其进一步包含从所述箔的所述轮缘部分延伸为单个不 间断薄片的扁平凸缘，所述凸缘平行于所述载体。5.根据权利要求1所述的设备，其中所述箔是金属箔，其进一步包含在所述箔鼓凸部 分中的可操作为用于机械加强所述鼓凸部分的支撑梁的结构性配置。6.根据权利要求1所述的设备，其进一步包含在所述载体表面上的附接条带，所述条 带与所述装置间隔开并环绕所述装置。7.根据权利要求6所述的设备，其中所述附接条带由金属制成，且所述箔轮缘与所述 条带形成密封。8.根据权利要求1所述的设备，其中所述装置是微机电(MEMS)装置；且所述载体是半 导体芯片。9.一种用于制作半导体装置的封装的方法，其包括如下步骤将模压于箔中的鼓凸的轮缘密封到在表面上具有装置的载体的表面上，以使得所述鼓 凸在所述装置上方形成穹顶。10.根据权利要求9所述的方法，其在所述密封步骤之前进一步包含如下步骤 将鼓凸形成于定位于模压机中的扁平箔中，同时使扁平箔部分围绕所述鼓凸；及 使所述经模压的箔在所述载体表面上的所述装置上方移动。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述移动步骤包含输送所述箔，同时将其紧贴 到所述模压机的一部分。12.根据权利要求9所述的方法，其中所述装置包含微机电(MEMS)装置；且所...

【专利技术属性】
技术研发人员：库尔特P瓦赫特勒，史威扬，格雷戈里E霍华德，
申请(专利权)人：德州仪器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]