[发明专利]具有垂直压焊块的圆片级封装MEMS芯片及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于MEMS芯片领域，具体是涉及具有垂直压焊块的圆片级封装MEMS芯片，本发明还涉及这种具有垂直压焊块的圆片级封装MEMS芯片及其制作方法。

背景技术

MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)芯片，特别是MEMS惯性传感器芯片，其感测方向与MEMS结构有对应关系，例如X轴MEMS测量单元只能感测X轴方向的惯性信号，Y轴和Z轴与此同理；在消费级MEMS惯性传感器中，X、Y、Z三个轴的测量单元被集成在同一个MEMS芯片上以减小芯片尺寸；但在高性能工业级的MEMS惯性传感器中，为保证产品的性能，通常是一个MEMS芯片上制作一个轴的测量单元，只能感测一个方向的信号，要测量X、Y、Z三个轴方向的信号，需要三个MEMS芯片，通过封装的方法将三个MEMS芯片封装在一起，成为一个产品；其实施方式通常有二种：一种是三个MEMS芯片都水平安装，但其中至少有一个芯片感应方向与其余二个芯片不同，例如二个感测方向完全相同的MEMS芯片对准X、Y轴安装，Z轴MEMS芯片的感测轴与X、Y轴垂直，这需要两种不同的MEMS芯片，它们的MEMS结构不同，这就需要设计两种芯片，甚至芯片加工工艺不同，该两种芯片的性能也不同，为了将不同性能的MEMS芯片调试到基本的性能，测试流程复杂，测试成本也高；另一种实施方式是将三个完全相同的MEMS芯片分别对准X、Y、Z三个轴的方向安装，达到感测三个方向信号的目的，这就至少需要一个MEMS芯片垂直于水平面安装，需要在其上制作垂直压焊块，以便将信号引出。

各种制作垂直于芯片表面的侧面压焊块的方法，其基本流程都相近，即在两个芯片中间位置蚀刻出通孔或沟槽，生长或淀积绝缘层，在绝缘层上淀积金属层，形成覆盖通孔或沟槽侧壁的金属层图形，切割通孔或沟槽，制作完成带有侧壁压焊块的芯片。现有技术中，制作垂直压焊块都是在主芯片的主要制作流程完成后，在封装阶段进行，或单独制作只起到连接电信号的载板，这些方法都需要额外的制作流程以形成垂直压焊块，工艺复杂，成本高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术中存在的不足，提供一种具有垂直压焊块的圆片级封装MEMS芯片，该MEMS芯片在底板沟槽的绝缘层上淀积金属层作为垂直压焊块，结构简单，后续封装容易。

本发明要解决的另一个技术问题是提供一种具有垂直压焊块的圆片级封装MEMS芯片的制作方法，该方法在不增加额外工艺流程的前提下，制作完成MEMS芯片的同时形成垂直压焊块，具有开发时间短、测试简单、成本低等优点，特别适用于高性能工业级MEMS芯片的制作。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种具有垂直压焊块的圆片级封装MEMS芯片，由盖板、MEMS结构层和底板组成，盖板下表面至少有一个上凹腔，底板上表面至少有一个下凹腔，上凹腔和下凹腔共同形成密封腔；MEMS结构层由MEMS引线区、MEMS结构和MEMS密封区组成，MEMS结构位于密封腔中，并可在密封腔中自由活动；盖板通过玻璃浆料层与MEMS结构层键合，底板与MEMS结构层间有绝缘层隔离，底板上表面还具有键合柱和底板沟槽，键合柱和底板沟槽的表面及侧面也具有绝缘层，MEMS结构的锚点固定在键合柱上，MEMS结构的电信号通过MEMS引线区引出密封腔；金属层覆盖在MEMS引线区的上表面和端面上，以及底板沟槽的绝缘层上，位于MEMS引线区的金属层作为水平压焊块，位于底板沟槽的绝缘层上的金属层则成为垂直压焊块。

后续封装时，将具有垂直压焊块的圆片级封装MEMS芯片的底板固定在封装管壳底板上，MEMS结构层表面与管壳底板平行，在MEMS芯片的水平压焊块与管壳焊盘焊接金属线，将MEMS芯片的信号引出到管壳；相似地，将另一MEMS芯片的底板切割面固定在管壳底板上，MEMS结构层表面与管壳底板垂直，在MEMS芯片的垂直压焊块与管壳焊盘焊接金属线，将MEMS芯片的信号引出到管壳；这样，封装后的多轴MEMS器件就可以感测水平和垂直方向的信号。本发明的具有垂直压焊块的圆片级封装MEMS芯片集垂直压焊块和水平压焊块于一体，封装时不需要将多个MEMS芯片垂直布置，也能感测水平和竖直方向的信号，降低封装难度，缩小封装体积。

本发明的一个实施例中，底板沟槽顶部具有倒角，金属层还淀积在倒角斜面的绝缘层上，且有利于在淀积金属层时金属层均匀覆盖倒角斜面以及底板沟槽侧面。

为解决上述技术问题，本发明还提供了这种具有垂直压焊块的圆片级封装MEMS芯片的制作方法，步骤为：