[发明专利]一种腔体MEMS器件的晶圆级封装结构及封装方法

说明书

技术领域

本发明是涉及半导体封装领域，尤其涉及一种腔体MEMS器件的晶圆级封装结构及封装方法。

背景技术

晶圆级封装(WLP)由于封装加工效率高、封装尺寸轻薄短小、电热性能好等优点在IC/MEMS器件中获得了极快的增长，其封装内的互连线通常不用引线键合(WB)。内互连有多种形式，常见的有：(1)直接在管芯正面的介质层上制作再分布层(RedistributionLayer，即RDL)，将管芯上焊盘再分布为封装上面的I/O阵列焊盘，例如普通IC和一些没有可动部件的MEMS器件。(2)在管芯本体材料上制作沟槽或斜坡，再通过平面印制线将管芯正面焊盘连接到侧面或背面，之后再制作I/O(input/output)引出端，例如Shellcase的CIS封装技术。(3)TSV(ThroughSiliconVias)技术，直接从管芯正面焊盘垂直穿过本体材料连接到背面。但是以上互连方式对于腔体MEMS器件并不适合，(1)方式由于腔体需要保护或有可动部件等原因无法直接应用，(2)方式存在封装外形异常、可靠性不高、管芯正面/背面面积利用率低等缺陷，(3)方式当通孔厚度较大时，将面临工艺成本高、技术难度大等问题。

很多MEMS器件均含有可动部件，需要封装提供腔体(Cavity)对其进行保护或腔体本身为功能实现的一部分，而且要保持空腔内的真空或气体环境，这样就需要一个盖子(Cap)来形成键合(bonding)，在WLP封装中键合有多种方式，常见的有直接键合(directwaferbonding)、阳极键合(anodicbonding)、黏合剂键合(adhesivebonding)、金属键合、玻璃焊料键合等，其中黏合剂键合(如某些epoxy)特别适合很低工艺温度要求的器件，但键合本身无法提供互连功能，金属键合虽然可以提供互连但其工艺温度相对epoxy较高，不适用于对工艺温度敏感的器件，其它键合方式工艺温度更高且对表面形貌或材料有特殊要求。

对于某些对温度敏感的腔体器件，比如腔内需要填充特定气体的封装，若采用较高温度的键合工艺会引发气体逃逸而导致腔内压力不足，同时面临上述的互连设计的挑战。

因此，有必要提出一种新的方案。

发明内容

本发明的目的之一在于克服现有技术的缺陷，提供一种腔体MEMS器件的晶圆级封装结构，其针对温度敏感的有腔体MEMS器件，实现低成本、高可靠性和气体密封的要求。

本发明的目的之二在于提供一种腔体MEMS器件的晶圆级封装方法。其针对温度敏感的有腔体MEMS器件，实现低成本、高可靠性和气体密封的要求。

为达成前述目的之一，本发明的腔体MEMS器件的晶圆级封装结构，其包括：

一盖板圆片，其具有第一水平面和第二水平面，所述第一水平面上形成有第一凹槽，自所述第一凹槽的底部至所述第二水平面开设有TSV通孔，自所述第一水平面至所述第一凹槽的底部分布有第一再分布层，所述第一再分布层覆盖所述TSV通孔，所述第一水平面上的第一再分布层上设置有凸起部，所述第二水平面上分布有第二再分布层，所述第二再分布层覆盖所述TSV通孔，所述第二水平面上设置有I/O引出端；

一集成电路圆片，其具有第三水平面和第四水平面，所述第三水平面上形成有第二凹槽，所述第三水平面上设置有衬垫；

一连接部，其设置在所述盖板圆片的第一水平面和集成电路圆片的第三水平面之间，具有第一连接部和第二连接部，所述盖板圆片和集成电路圆片通过第一连接部相连形成物理连接，同时所述第一凹槽和第二凹槽形成一空腔，在所述盖板圆片和集成电路圆片连接的同时，所述凸起部和衬垫也连接在一起形成第二连接部，实现盖板圆片和集成电路圆片的导电连接。

作为本发明一个优选的实施方式，其还包括传感器或致动器，其位于所述空腔中。

作为本发明一个优选的实施方式，所述第一连接部为高分子化合物层，仅对空腔进行密封，不参与电连接；所述第二连接部作为金属或金属合金焊接层，仅实现电连接，不参与密封。

作为本发明一个优选的实施方式，所述盖板圆片的材料为硅、玻璃、石英、陶瓷中的一种或多种。

作为本发明一个优选的实施方式，所述空腔内可以是气体填充或真空。

作为本发明一个优选的实施方式，所述TSV通孔的深度为50-100um。

作为本发明一个优选的实施方式，所述第一连接部对空腔的密封可以是气密或非气密的。

进一步的，为达成前述目的之二，本发明的腔体MEMS器件的晶圆级封装方法，其包括如下步骤：