[发明专利]双压力MEMS芯片圆片级封装方法及其双压力MEMS芯片

说明书

技术领域

本发明属于芯片封装领域，具体是一种双压力MEMS芯片圆片级封装方法，本发明还涉及由这种封装方法制得的双压力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。 

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。随着便携式电子产品，特别是可穿戴式电子产品，对运动传感器的要求越来越严，既要体积小、性能高，又要价格低，组合式运动传感器的市场份额越来越大，即将三轴加速度计和三轴陀螺仪芯片做在同一个MEMS芯片中。但由于他们的工作原理不一样，陀螺仪需要一定的真空度，也就是较低压力，一般在0.001大气压以下；加速度计需要非真空，也就是较高压力，一般在0.1大气压以上。在圆片加工过程中同时满足两者要求，即将MEMS陀螺仪结构通过圆片级封装方法密封在较低压力中，同时，将MEMS加速度计结构封装在较高压力中，做成双压力MEMS芯片。 

现有的双压力MEMS芯片是由德国Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie的K. Reimer, Ch. Schr?der, M. Wei?等人在《Dual pressure chip capping technology》一文中提出的，即在一个密封腔中制作有吸气剂，在另一个密封腔中没有吸气剂，当他们在圆片键合时密封腔中封入活性气体和惰性气体的混合物，然后加热后处理，有吸气剂的密封腔内的活性气体被吸收，只剩下惰性气体，内部压力较低，根据混合气体的比例不同，压力可接近真空；而没有吸气剂的密封腔内活性气体不会被吸收，气体压力不会变化，压力较高，这样达成双压力圆片级封装目的。此方法需要用到吸气剂，而且吸气剂还需要图形化，成本较高。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术中存在的不足，提供一种工艺简单、成本低的双压力MEMS芯片圆片级封装方法，以满足组合式运动传感器芯片中MEMS陀螺仪和MEMS加速度计对不同压力的要求。 

本发明要解决的另一个技术问题是提供一种双压力MEMS芯片，该芯片不需要在密封腔内放入吸气剂，也不需要增加图形化工序，就可以满足组合式运动传感器芯片中MEMS陀螺仪和MEMS加速度计对不同压力的要求，而且本芯片厚度薄，制作成本低，市场竞争力强。 

为解决上述技术问题，本发明提供了一种双压力MEMS芯片的圆片级封装方法，包括以下步骤： 

（1）盖板圆片形成：通过半导体加工工艺在盖板圆片衬底上表面蚀刻出第一上腔体和第二上腔体，并生长盖板绝缘层；

（2）待键合MEMS圆片形成：将步骤（1）形成的盖板圆片与MEMS圆片键合，在盖板圆片下表面加工盖板凹腔，磨削MEMS圆片至厚度在10 μm到100 μm之间，形成MEMS结构层，在MEMS结构层上通过半导体加工工艺分别蚀刻出第一密封区、第一MEMS结构、第二密封区、第二MEMS结构和第三密封区，在第三密封区上蚀刻出通气槽，形成待键合MEMS圆片；

（3）底板圆片形成：在底板圆片衬底上表面蚀刻出第一下腔体、第二下腔体和底板凹腔，生长底板绝缘层，在位于底板凹腔的底板绝缘层上形成压焊块，在除第一下腔体、第二下腔体和底板凹腔的底板绝缘层上形成焊料层，将压焊块与焊料层电连接；