[发明专利]通过背面图形化降低MEMS芯片封装应力的方法

说明书

技术领域

本发明属于芯片封装技术领域，具体涉及一种通过背面图形化降低MEMS芯片封装应力的方法。

背景技术

电子封装是将一个或多个电子元器件芯片相互电连接，然后封装在一个保护结构中，其目的是为电子芯片提供电连接、机械保护、化学腐蚀保护等。常用的不具有降低封装应力结构的MEMS芯片的如图1所示，MEMS芯片1由正面层2、MEMS结构层3和背面层4通过圆片键合工艺组成，正面层2上至少有一个上腔体5a，MEMS结构层3上至少有一个下腔体5b，上下腔体与MEMS结构层3形成一个密封腔5，为MEMS结构提供一个自由活动的密闭空间，正面层2上至少有一个压焊块6。对于某些电子产品，如MEMS器件中的陀螺仪、加速度计、震荡器或体声波滤波器等都对应力非常敏感，需要用陶瓷管壳、金属管壳或预成型塑料管壳等对MEMS芯片进行气密性封装。传统的封装方法如图2所示，在封装管壳7的底板上涂抹粘片胶8，装入MEMS芯片1，将MEMS芯片1背面层4通过粘片胶8固定在封装管壳7的底板上，用导线10将压焊块6与位于封装管壳7侧面的金属焊块9电连接，最后用盖板11密封，形成MEMS传感器或制动器元器件。这样，MEMS芯片只有背面层4通过粘片胶8与封装管壳7的底板接触，MEMS芯片的正面层不与任何固体接触，所以，封装应力只能从MEMS芯片的背面层引入。

封装应力是由MEMS芯片、封装管壳和粘片胶的热膨胀系数不一致引起的，它会导致对应力敏感的MEMS结构发生形变，甚至导致MEMS结构粘连、MEMS芯片脱落、或者破裂。封装应力的来源主要有两个：一是封装管壳，二是粘片胶。由于粘片胶、封装管壳的热膨胀系数与MEMS芯片（主要材料是硅）的热膨胀系数不一样，在以后的高温加工过程中，如粘片胶固化、盖封、表面组装（SMT）及终端用户日常使用过程中，温度变化会引起MEMS芯片与封装管壳、粘片胶的体积变化不一致，从而产生封装应力。MEMS芯片最常用的材料是硅，其热膨胀系数非常低，很难找到与之相同的材料，所以封装应力无法避免。封装应力与温度变化引起的MEMS芯片与封装材料间的体积变化量成正比，因此，在材料一定的情况下，MEMS芯片与封装管壳接触面积越大，封装应力越大，所以传统的封装方法并不能达到降低封装应力的目的。

在封装管壳选定的情况下，降低封装应力的方法通常有：1、加厚MEMS芯片的背面层，降低通过它传导到MEMS结构的封装应力，但是由于MEMS芯片一般都是采用标准的MEMS圆片材料和设备，而且MEMS芯片体积一般较小，所以MEMS芯片的背面层不能太厚；2、选用质地柔软的粘片胶，装片后胶固化时，应力被释放，有效隔离了来自封装管壳的封装应力，但软粘片胶一般为有机材料，高温过程中分解释放出的气体无法全部逸出，形成空洞，在随后温度变化时气体会发生膨胀，导入应力。另外，软粘片胶强度不够，抗机械冲击能力弱；3、减少MEMS芯片与封装管壳的接触面积，现有的技术主要有两种，其中一种是局部点胶法，如图3所示，在封装管壳7的底板上的局部位置点上粘片胶8，然后再装上MEMS芯片1。这样，MEMS芯片1只在有粘片胶8的位置与封装管壳底板2相连接，接触面积小，封装应力相应也小。但有两个缺点：一是MEMS芯片1与粘片胶8的接触面积小，抗机械冲击能力差；二是点粘片胶8时，胶点位置无法精确定位，胶点大小无法精确控制，而且MEMS芯片1的位置相对于粘片胶8也无法精确定位，封装应力会不均匀地传导到MEMS芯片上。另一种降低MEMS芯片与封装管壳的接触面积的方法是将封装管壳7的底板图形化，在封装管壳7的底板上形成凸起12，如图4所示，在凸起12上点上粘片胶8，然后装上MEMS芯片1。这样，MEMS芯片1只在有凸起4的部位与封装管壳7的底板相连接，接触面积小，封装应力相应也小。但也有两个缺点：一是MEMS芯片1与粘片胶8的接触面积小，抗机械冲击能力差；二是MEMS芯片1的位置相对于凸起12无法精确定位，封装应力也会不均匀地传导到MEMS芯片上。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种通过背面图形化降低MEMS芯片封装应力的方法，本发明方法不仅能很好地降低MEMS芯片的封装应力，还能保持MEMS芯片的抗机械冲击力。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种通过背面图形化降低MEMS芯片封装应力的方法，具体步骤为：

（1）在MEMS芯片的背面层上涂敷光刻胶；

（2）对光刻胶进行曝光、显影，在背面层上形成光刻胶图形；

（3）以光刻胶图形作为蚀刻掩蔽膜对MEMS芯片的背面层进行蚀刻，形成装片柱；