[发明专利]微机电系统芯片晶圆级封装结构及其制造工艺

说明书

本发明涉及芯片晶圆级封装领域，特别涉及一种容易受封装应力影响的微机电系统芯片的晶圆级封装及其相关制造工艺。晶圆级封装结构包括基板和盖板，所述基板即为待封装的微机电系统芯片，所述盖板上形成有凹陷部。所述盖板与基板相键合后形成密封的空腔，空腔内的基板上设置有微机电元件。所述盖板可通过划片分割出多个相互绝缘的弹性电引脚。所述电引脚的底部比顶部小，成蘑菇状结构，具有释放封装应力的作用。本晶圆级封装可以减少封装应力，从而提高微机电系统芯片的性能。此外，晶圆级封装的微机电系统芯片体积更小，封装成本低，同时符合倒装球焊的要求，有利于提升微机电系统的集成度。

技术领域

本发明涉及芯片晶圆级封装，特别是一种容易受封装应力影响的微机电系统芯片的晶圆级封装结构及其制造工艺。

背景技术

在集成电路芯片生产过程中，芯片封装是十分重要的环节。由于芯片上的特征尺寸非常微小，金属触点难以直接与电路板上的导线连接，需要通过封装技术将芯片上的触点与电路板之间建立连接。此外，在实际使用时，芯片一般需要进行保护，以防止意外碰损。传统的芯片封装技术是将预先加工并分割好的单个芯片固定在封装管壳内，通过引线键合技术将芯片上的触点与封装管壳上的电引脚相电连接，最后向封装管壳内灌注绝缘的封装材料或加盖板密封。常用的封装管壳及封装材料有塑料、陶瓷、金属等。随着半导体制造工艺的发展，晶圆级封装(Wafer Lever Packaging，WLP)被开发出来用于提高集成度和降低芯片制造成本。晶圆级封装技术先将硅晶圆片进行封装处理，并在晶圆片上的每个触点上设置金属焊球，最后将晶圆片分割为单个芯片。分割好的单个芯片通过倒装球焊技术直接与电路板相电连接，省去了封装管壳及其引线和引脚，有利于减少寄生耦合。由于芯片本身就是封装，因此，这种封装工艺又名为芯片级封装(Chip Scale Package，CSP)。与传统的管壳级封装相比，晶圆级封装的芯片体积更小，制造成本更低，也更适合应用于小型移动应用或高集成度系统之中。

近年，微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS)已经在各种领域被广泛应用。微机电系统芯片上加工有微米级的机械结构和电极，可以实现物理、声、光、磁力等信号的传输或感测，并由此制成各种各样的传感器和驱动器，例如压力计、加速度计、陀螺仪、麦克风、微镜、磁力计等。微机电系统芯片的封装技术借鉴了许多上述集成电路芯片的封装技术，并且在此基础上额外提出了更多的要求。由于微机电元件十分脆弱，容易受外部污染物或颗粒等损害，一般都需要加盖板密封进行保护。此外，微机电元件中微结构之间的空隙也是微米级的，因此，任何由封装应力而产生的形变，都会对微机电系统性能带来极大的影响。目前用于微机电系统芯片封装的管壳材料依然以塑料、陶瓷或金属为主。但是由于微机电系统芯片大多由单晶硅组成，封装管壳材料与单晶硅之间杨氏模量与热膨胀系数不匹配会引入封装应力，该封装应力往往会传输至微机电系统芯片上的应力敏感结构从而导致芯片性能下降。除此之外，管壳封装还有成本较高，封装体积较大的缺点。晶圆级封装技术也适合用于微机电系统芯片封装，一般先通过盖板硅晶圆片与微机电系统硅晶圆片的键合，从而达到了晶圆级密封的要求，同时也避免了不同材料之间杨氏模量与热膨胀系数不匹配的问题。相比管壳级封装，晶圆级封装的封装体积更小，成本更低。但是，晶圆级封装的微机电系统芯片如果通过倒装球焊技术焊接在电路板上，电路板与芯片之间也存在杨氏模量与热膨胀系数不匹配的问题。同时，外部应力也可以通过电路板传送到微机电系统芯片，令里面的微机电结构产生形变，大大影响微机电系统的性能。因此常规的晶圆级封装技术并不能有效减少封装应力对微机电系统芯片的影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可释放封装应力、集成度高、可靠性高、制造成本低、适合晶圆级封装的微机电系统芯片封装方法。

一种微机电系统芯片晶圆级封装结构，包括相互键合的基板和盖板；所述盖板由单晶硅制成；所述盖板的一面上形成有凹陷部，所述凹陷部与所述基板相键合后形成密封的空腔；所述空腔内的基板上设置有微机电元件；所述盖板与所述基板相键合后通过划片分割出多个相互独立的弹性电引脚，每个所述弹性电引脚与所述基板上的所述微机电元件通过欧姆接触相电连接。