[发明专利]气密封装组件以及封装方法有效
申请号: | 201210442794.8 | 申请日: | 2012-11-08 |
公开(公告)号: | CN102923638A | 公开(公告)日: | 2013-02-13 |
发明(设计)人: | 姜利军 | 申请(专利权)人: | 姜利军 |
主分类号: | B81B7/00 | 分类号: | B81B7/00;B81C3/00 |
代理公司: | 上海翼胜专利商标事务所(普通合伙) 31218 | 代理人: | 孙佳胤 |
地址: | 310053 浙江省*** | 国省代码: | 浙江;33 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 气密 封装 组件 以及 方法 | ||
技术领域
本发明涉及半导体封装,尤其涉及一种气密封装组件以及封装方法。
背景技术
封装技术的目的和功能是对微电子产品的芯片进行保护,避免外界环境的不利因素如机械损伤、水汽、氧气、腐蚀性离子等对芯片的破坏。同时,封装提供了芯片与外界的电连接以及机械支撑。半导体芯片的封装技术从金属封装、陶瓷封装、塑封、到目前的芯片尺寸封装(CSP)、晶圆级封装(WLP)、3D封装等多种形式,驱动其发展的因素包括成本降低、体积缩小等。
MEMS传感器的封装相比半导体电路封装更加复杂。首先,除了保护和电连接功能之外,MEMS封装还必须提供外界信号到达MEMS芯片的通道。由于MEMS传感器种类繁多,检测的物理和化学量多种多样,其封装形式也必然具有多样性的特点。例如,光学传感器必须具备光线达到传感器的窗口,微流体传感器必须具备与流体样本的通道等等。
另外,不同的传感器往往要求在特定的环境条件下工作。例如,有多种MEMS传感器(红外探测器、陀螺仪、RF-MEMS等)需要工作在真空或特定气氛、气压等条件下。对这些传感器芯片的封装必须采用气密性封装,与外界形成极低的漏气率,以保持封装内部的条件。传统的气密性封装采用金属、陶瓷、玻璃等低漏率外壳,在完成MEMS芯片贴片、键合、烘焙等工艺步骤后,采用平行缝焊、激光焊、储能焊、共晶回流焊等方法进行气密性封帽。如果封装内需要填充惰性气体等特种气体,一般采用在充满该气体的箱体内进行封帽。如果封装内需要形成真空,则往往需要在封帽后通过连接壳体的排气管抽真空、达到要求后再对排气管进行密封。这些封装方法的缺点在于材料成本高、外形体积大、不适合大批量自动化生产等。
业界因此开发了可进行一定规模内批量生产的真空气密封装方法,其主要特点是利用复杂的机械夹具,把封装壳体、盖帽等按上下顺序固定好,相互之间保持预先设定的间距,放置于真空炉体内,按工艺顺序进行烘焙、排气等,再利用夹具的上下移动把盖帽放置到对应的壳体上,然后利用加热装置熔合焊料,把盖帽与壳体封接。该方法可以在炉腔内平行放置多个器件实现同时密封封帽。
为进一步降低封装成本和缩小外形体积,业界开发了晶圆级封装(WLP)技术,其基本方式是利用另一片晶圆按需求制作出包含腔体、焊环、吸气剂、镀膜等结构的盖帽晶圆(Lid Wafer),利用对准装置将器件晶圆(Device Wafer)与盖帽晶圆对准。同时利用夹具使两片晶圆之间保持一定的间距空隙,放置于真空炉腔或某种气氛中进行真空排气或气体回填。接下来移开夹具,使两片晶圆贴合,通过加热回流的方法使两片晶圆结合,在每个芯片上形成由盖帽晶圆形成的密封体。WLP封装技术可进一步实现MEMS封装的批量化生产。
上述的封装技术和方法在封帽前都需要特殊的夹具以使盖帽与壳体之间保持一定的间距,以用于真空排气或气体回填的通道。使用复杂的夹具将增加设备成本、占用真空炉体内的有效体积、降低生产效率等,不利于进一步降低MEMS传感器的制造成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,提供一种气密封装组件以及封装方法,能够避免使用复杂的夹具,提高炉体的空间利用率,提高生产效率,降低成本。
为了解决上述问题,本发明提供了一种气密封装组件,包括上板和下板,所述下板上表面设置一第一焊环,所述上板的下表面上设置有一第二焊环,所述第一焊环与第二焊环的形状相同,所述下板的上表面进一步设置有至少一个孔洞,所述孔洞用于放置直径大于第一与第二焊环厚度之和的焊球在其开口处。
可选的,所述下板的上表和/或上板的下表面具有一内腔,对应的第一焊环和/或第二焊环环绕所述内腔设置。
可选的,所述孔洞的数目至少为三个,且围绕所述第一焊环设置。
可选的,进一步包括一过渡环,所述过渡环设置在所述上板和下板之间,所述过渡环的下表面设置有与所述第一焊环形状相同的第三焊环,上表面设置有与所述第二焊环形状相同的第四焊环,所述过渡环上进一步设置有至少一个孔洞,所述孔洞用于放置直径大于第一与第三焊环厚度之和的焊球在其开口处。
可选的,所述孔洞的数目与位置与所述下板上表面的所述孔洞的数目与位置相同。
可选的,所述上板和下板的表面均为平面结构。
可选的,所述下板进一步为衬底晶圆,所述上板进一步为分立的盖帽。
可选的,所述下板进一步为衬底晶圆,所述上板进一步为盖帽晶圆。
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