[实用新型]单片超小型MEMS芯片

说明书

技术领域

本实用新型属于芯片封装领域，具体是一种单片超小型MEMS芯片。

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。对于某些电子产品，芯片表面不能与封装材料接触，特别是对那些有可动结构的MEMS器件，需要用陶瓷管壳，金属管壳，预成型塑料管壳等进行气密性封装，但这些封装方法成本高，体积大，不适用于消费类电子产品中。随着MEMS器件在消费领域中使用越来越广泛，成本低、体积小的塑料封装方法，如LGA（栅格阵列封装）、QFN（方形扁平无引脚封装）、DFN（双边无铅封装）等被广泛采用。但这些封装方法中，塑封料是直接与芯片接触的。所以对那些表面有可动部件的MEMS芯片，表面必须先通过圆片级封装的方法为MEMS结构加个盖板，将可动部分保护起来，然后再进行一般的塑料封装。圆片级封装技术是对整个制作有电子器件的圆片进行封装测试后再切割成单个成品电子器件的加工技术。圆片级封装后的成品具有重量轻、体积小、厚度薄、价格低的优点，是电子元器件封装技术的发展趋势。另外，圆片级封装后的芯片后续加工方便，不需要超净环境，圆片切割时也不需要特殊保护，节约了加工成本。

MEMS芯片的圆片级封装中，盖板一般是用与MEMS结构相同的材料制作，通常为Si，下部制作有一个凹腔。 盖板的主要作用是与底板一起，形成一个密封的空腔，向被密封于该空腔的MEMS结构提供一个可自由运动的空间，同时，保证MEMS结构不受外部环境的干扰。底板可以是集成电路芯片，也可以是不带电路的Si材料。

在消费电子市场的的应用中，特别是便携式电子产品，如手机，平板电脑等，一个MEMS器件需要感应X、Y、 Z三个轴向的信号，如三轴加速度计、三轴陀螺仪等。对于电子行业采用最广泛的电容式MEMS器件，要感应三个轴向的信号，就必须有X、Y、Z三个轴向的感应电极。通常感应电极制作在圆片级封装的空腔中，信号线从圆封装的侧面或底面引出。

图1是现有的圆片级封装的MEMS芯片，由下盖板层101上的下凹腔109b和硅穿孔层104上的上凹腔109a构成的密封腔109为MEMS结构103a提供一个可自由活动的密封空间，上凹腔深度为10～50 μm，MEMS层103与下盖板层101间有键合材料层102提供气密性机械连接，键合材料层102可以是导电材料，如铝、金、铜、金-锡合金等金属，也可以是绝缘材料，如二氧化硅。硅穿孔层104上的隔离沟111，将硅穿孔层104分隔为盖板区104b和导电柱104c，隔离沟104中填充有绝缘材料，如二氧化硅。实际上导电柱104c、隔离沟111和盖板区104b共同构成了上盖板。由于上凹腔深度较深，盖板区无法感应MEMS结构的信号，因此盖板区132纯粹是用作盖板，而不能用作垂直电极。绝缘层105用于隔离硅穿孔层104和金属导线层106，金属导线层106通过在绝缘层105上的通孔105a中沉积金属导线与导电柱104c和盖板区104b进行电连接。这样，MEMS结构103a的信号通过键合块110、导电柱104c、通孔105a输出到金属导线层106上。钝化层107用于保护金属导线层106，在随后的二次封装中，通过钝化层107上的压焊窗口107a打金属导线连接引线框，或在压焊窗口107a内植倒装焊球就可将电信号引出。此方法无法直接形成垂直电极，若要制作垂直电极，只能先蚀刻MEMS层，形成不同部位的厚度差，再蚀刻出MEMS结构，这样，利用MEMS结构中的电极高度差作为垂直电极感应MEMS结构在垂直方向的运动。但此方法效率低，导致芯片面积大，成本高。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术中存在的不足，提供一种单片超小型MEMS芯片，通过减小上腔体的深度，将部分硅穿孔层直接作为垂直电极，并通过在钝化层上淀积金属层作屏蔽层，不需要另外制作垂直电极，其工艺流程简单，可减小MEMS芯片的面积和体积，成本低，成品率高。