[发明专利]具有多功能盖板的芯片级封装的MEMS芯片及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及MEMS芯片的制造领域，特别涉及一种具有多功能盖板的芯片级封装的MEMS芯片，本发明还涉及这种具有多功能盖板的芯片级封装的MEMS芯片及其制造方法。

背景技术

MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)是微机电系统的缩写，MEMS芯片制造技术利用微细加工技术，特别是半导体圆片制造技术，制造出各种微型机械结构，结合专用控制集成电路(ASIC)，组成智能化的微传感器、微执行器、微光学器件等MEMS元器件。MEMS元器件具有体积小、成本低、可靠性高、抗恶劣环境能力强、功耗低、智能化程度高、易校准、易集成的优点，被广泛应用于消费类电子产品(如手机、平板电脑、玩具、数码相机、游戏机、空中鼠标、遥控器、GPS等)、国防工业(如智能炸弹、导弹、航空航天、航海、潜水、无人飞机等)以及工业类产品(如汽车、通讯、机器人、智能交通、工业自动化、环境监测、平台稳定控制、现代化农业、安全监控等)中。MEMS元器件是物联网技术的基石，是工业现代化的核心元器件。

MEMS芯片，特别是高性能的MEMS芯片的制造工艺很难与普通的CMOS集成电路制造工艺兼容，而且比普通CMOS集成电路制造工艺成本高，利用尽量多的普通CMOS集成电路的制造工艺步骤来制造MEMS芯片，可以降低成本，提高成品率。早期的高性能MEMS芯片是不用圆片级封装技术的，也就是说MEMS结构是暴露在外的，需要通过金属或陶瓷封装将其密封保护，但这种方法封装成本高，成品率底。所以现在的高性能MEMS芯片，特别是MEMS加速度计和陀螺仪，一般都通过MEMS圆片与盖板圆片键合，再切割成芯片的方法制造芯片级封装的MEMS芯片，一般的MEMS芯片级封装的盖板只起到一个密封的作用。芯片级封装的MEMS器件信号通常通过芯片底板或芯片的MEMS层引出，再连接到ASIC芯片(专用集成电路，Application specific Integrated Circuit)上，也就是说MEMS芯片的信号线的交叉布线是通过底板或MEMS层实现的。MEMS器件的性能随温度变化而变化，例如高性能MEMS陀螺仪，在-40℃到+85℃的工作温度范围内的零偏值比标定温度(通常25℃)下的零偏值大几倍到几十倍，这主要是温度变化引起的各种材料体积变化不均匀而产生应力，从而导致MEMS陀螺仪的零偏值漂移；最好解决方法之一是恒定MEMS陀螺仪芯片的温度，由于芯片级制冷不容易实现，而加热很容易，所以一般通过加热控制芯片温度在最高工作温度附近，以提高MEMS陀螺仪芯片在全工作温度范围内的性能。美国专利(专利号为：US2015/0115377)描述了一种MEMS芯片加热的方法及其制造工艺，其盖板只起到密封和加热的作用。另外，高性能MEMS器件价格昂贵，可靠性要求十分严格，定期检测封装管壳的气密性是十分有效的可靠性监控方法，美国专利(专利号为：US8011226)描述了利用热对流加速度计原理检测密封腔体内气压变化的方法，使用到一个独立的MEMS加速度计器件。

综上所述，现有的MEMS芯片级封装技术中没有一种盖板可同时提供气密性封装、信号线交叉布线、芯片加热、实时检漏多种功能。因此需要提供一种多功能的MEMS圆片级封装盖板以简化高性能MEMS芯片的设计和加工工艺，适应多品种小批量的特点，提高成品率，同时改进产品长期使用的稳定性，保证产品应用过程中的可靠性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种具有多功能盖板的MEMS芯片，该MEMS芯片通过外部金属线将MEMS结构的电信号引到盖板上面的金属层中，再在盖板上完成交叉布线；同时，利用盖板上的第一金属层图形和第二金属层图形制作恒温加热器和检漏用热对流加速度计；此方法制造流程短，成本低，设计灵活，制造出的具有多功能盖板的芯片级封装的MEMS芯片成品率高。