[发明专利]微型电子元件及其封装结构和制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微型电子元件及其制造方法，可以表面贴装方式固定在电路板上。本发明还涉及微型电子元件的封装，在微结构上方形成密封中空穴，并填充特定气体。特别地，本发明公开一种具有密封中空穴的芯片级封装元件，在整片基板上制作，并可以低成本方式大量生产。

背景技术

密封中空穴在电子元件的应用上扮演一个重要的角色，其目的是在电子元件的微结构上方形成一个中空的空间，填充并密封特定的气体，而且阻隔外部环境的气体进入中空穴内，以提供微结构一个安全稳定的工作环境。

密封中空穴在电子元件的应用，基本上可以分为几个类别，第一类是高可靠度的微电子电路和光电元件，例如航空、军事等用途的集成电路，其目的是保护电子电路免于受到环境中的湿气、氧气与机械力等的腐蚀与破坏。第二类是微振动元件，例如振荡器、表面声波滤波器等，其表面至少有一个振动子，因此需要一个中空的空间才能自由运作，而且此振动子对湿气、氧气很敏感，所以需要一个密封中空穴。第三类是微机电元件，在硅基板上面制作微型的悬梁、振动薄膜等摆动元件，必须在密封中空穴内，才能正确且稳定的运作。第四类是气体放电元件，例如等离子体显示器、过电压保护元件等，必须有一个密封的空间，填充特定的气体，才能在设定的电压下放电。

电子元件广泛使用的塑料与橡胶材料，例如环氧树脂(Epoxy)、聚酰亚胺(Polyimide)与硅树脂(Silicone)等，无法达到密封气体的要求。金属、玻璃与陶瓷材料才能密封气体于中空穴内。陶瓷材料因熔点较高，比较适合作为底座、底板与上盖等结构体，封口材料则使用低熔点的金属或玻璃。低熔点的金属以金和锡合金最适用，熔化温度约摄氏350-400度；玻璃的熔化温度较高，约摄氏400-600度。

为了适应轻薄短小的产品需要，电子元件持续向微型发展，可以表面贴装方式固定在电路板。图1A所示是现有技术之一，具有密封中空穴的微型电子元件的最普遍的构造。包含长方形或方形的底座13，其材质通常是电绝缘，纯度90％以上的氧化铝，以多层烧结制作成一个开口在上表面的凹陷空间。底座13的内部布置金属导线24，连接到下表面的端电极22。芯片11是在基板的上表面布置有微电子电路、微机电元件、振荡器或表面声波滤波器等微结构，以黏结层23固定在底座13上。

连接线26是非常微细的金属导线，直径约20-50微米(μm)，材质是金或铝，将芯片11的微结构经由底座13的金属导线24和端电极22连接。端电极22是元件和电路板连接的接触点。上盖18通常是平整的金属板，表面电镀金；封口材料28则是低熔点的金属材料。底座13上表面的四周涂布一层金属，上盖18与封口材料28，一个个对齐放置于底座13的上表而。然后置入高温炉中，通入氮气或其它特定气体，熔化封口材料28，密封整个中空穴17。

图1B所示是现有技术之二，具有密封中空穴的微型电子元件的另一构造，基板21是平面型态，其上表面具有微结构12。上盖19是由陶瓷材料构成，材质以纯度90％以上的氧化铝最普遍，中间部位凹陷，开口在下表面。封口材料25的成份是玻璃，熔化温度约摄氏400-600度，涂布于上盖19下表面的四周，密封整个中空穴17。

图1B所示的元件是一种芯片型(Chip Type)气体放电式过电压保护装置。基板21是耐高温的电绝缘平板，通常是长方形，其中以纯度96％的氧化铝最适用。微结构是两个放电电极12，制作于基板21的上表面，彼此间隔适当距离，其中一个电极接地，另一个电极则连接到需要保护的电路。在特定的气体环境下，过高的电压经由此微小间距放电疏导。两个金属材料的末端垫16，分别连接到放电电极12的两端，其宽度比放电电极12大，厚度和放电电极12一样或更厚，材料可不同于放电电极12。

导电端电极14形成于基板21两端的侧边，经由末端垫16与放电电极12的两端分别对应连接，是元件与电路板的接触点。此种型态的电子元件，当今工业界能够做到的最小尺寸是2.0×1.3毫米(mm)(长度×宽度)。

制作方法首先是将放电电极12与末端垫16制作于基板21的上表面，同时将封口材料25涂布于上盖19下表面的四周。再将上盖19一个个对齐放置于基板21之上，然后置入高温炉中，通入特定气体，熔化封口材料25，密封整个中空穴17。