專利名稱：用于制造電子組件的方法、電子組件、覆蓋物和襯底的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制造包括電子組件、空腔和襯底的電子組件的方法。
背景技術(shù)：
這種方法例如通過EP0951069而知。該文獻(xiàn)公開了借助于焊接環(huán) 將電子部件裝配到襯底上，使得至少一部分所述組件位于空腔內(nèi)。該 電子部件包括設(shè)置在空腔內(nèi)的微結(jié)構(gòu)，例如MEMS (微機(jī)電系統(tǒng))元 件。焊接環(huán)位于電子部件上，而相應(yīng)的金屬圖案位于襯底上。通過將 焊接環(huán)與金屬圖案對準(zhǔn)并鍵合形成空腔。所述環(huán)由此形成閉合結(jié)構(gòu)， 而所述組件、焊接環(huán)和襯底的組合形成密封。為了允許從空腔中去除 不需要的氣體，在鍵合步驟之前在焊接環(huán)內(nèi)產(chǎn)生凹槽。替代地，可以 在鍵合期間使用所述凹槽向空腔中填充所需壓力下的所需氣體。隨后 的回流焊接步驟導(dǎo)致空腔的最終閉合。
根據(jù)前段的已知方法的一個(gè)缺點(diǎn)是為了獲得合適的焊接連接，不 可避免地采用某種助熔劑以去除不需要的氧化物。已知例如由于腐蝕 性助焊劑的移動(dòng)，這種助熔劑容易破壞未保護(hù)和精密的MEMS結(jié)構(gòu)。
在EP0951069中公開的焊接步驟之前的工藝，例如在電子部件上 或襯底上的金屬種子層的沉積和構(gòu)圖，也伴隨著破壞MEMS結(jié)構(gòu)的風(fēng) 險(xiǎn)。例如當(dāng)襯底和金屬化裝置或工具沒有適當(dāng)?shù)貙?zhǔn)時(shí)，可能發(fā)生這 種破壞。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于制造電子組件的另一種 方法，該方法沒有前面提到的缺點(diǎn)。
為了獲得這個(gè)目的，本發(fā)明提供了用于制造包括電子部件、空腔和襯底的電子組件的方法，所述方法包括
配置具有基本上閉合結(jié)構(gòu)的第一圖案的電子部件； 在所述電子部件的表面上配置覆蓋物，所述覆蓋物與所述表面一 起限定了空腔，所述第一圖案的閉合結(jié)構(gòu)在所述表面處基本上封住所 述覆蓋物；配置具有基本上閉合結(jié)構(gòu)的第二圖案的襯底，所述閉合結(jié) 構(gòu)至少部分地與所述第一圖案的閉合結(jié)構(gòu)相對應(yīng)，并且包括焊料焊盤
(solder pad);
在所述焊料焊盤處設(shè)置焊接材料；
定位所述電子部件和襯底，以對準(zhǔn)所述第一和第二圖案的基本上 閉合結(jié)構(gòu)，同時(shí)所述襯底支撐所述覆蓋物的頂部表面；
回流焊接所述焊接材料，由此在所述第一和第二圖案之間提供焊 接連接。
根據(jù)本發(fā)明，通過在所述電子部件上配置覆蓋物，可以在制造和 鍵合工藝的早期得到空腔的某種臨時(shí)保護(hù)。本身不需要覆蓋物密封地 封閉空腔。在任何容納在空腔中的MEMS結(jié)構(gòu)或相似結(jié)構(gòu)的后續(xù)工藝 步驟中，所述覆蓋物起臨時(shí)保護(hù)的作用。于是，在焊接材料的回流焊 接期間，能夠獲得空腔的密封封閉。因此，獲得了由所述兩個(gè)閉合結(jié) 構(gòu)限定的并且完全圍繞覆蓋物的焊接結(jié)構(gòu)。
當(dāng)將多個(gè)覆蓋物設(shè)置在晶片水平上時(shí)，這些覆蓋物將在單個(gè)電子 部件的切割和運(yùn)輸期間提供足夠的保護(hù)。
而且，本發(fā)明提供一種在電子部件和襯底之間有效而靈活的焊接 連接方法。如將在以下更詳細(xì)的解釋的那樣，僅在襯底的焊料焊盤處 設(shè)置足夠數(shù)量的焊接材料就足以在兩個(gè)基本上閉合結(jié)構(gòu)之間獲得合適 的焊接連接。
另一個(gè)益處是，由于襯底支撐覆蓋物的頂部表面，電子部件和襯 底之間的距離由覆蓋物的高度限定，這允許以靈活的方式控制這個(gè)距 離。而且，與在EP0951069中描述的這些工藝步驟期間的情況相比， 在對準(zhǔn)和鍵合或焊接期間，覆蓋物將提供電子部件的更穩(wěn)定而可靠的 支撐。
覆蓋物可以通過例如在US6621163B2中公開的方法制造，這將要在以下更詳細(xì)地解釋。盡管這個(gè)文獻(xiàn)公開了用于提供在電子部件上具 有空腔的覆蓋物的方法，它并沒有使用這樣的覆蓋物作為臨時(shí)封裝， 或者具有與支撐所述覆蓋物的電子部件相連的襯底。
根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，在電子部件的表面上提供覆蓋物的步 驟包括
在所述表面上設(shè)置第一層，所述第一層留出暴露區(qū)域，所述第一 層基本上封住所述區(qū)域；
在所述第一層上設(shè)置第二層，所述第二層覆蓋所述區(qū)域。這提供 了制造包括空腔的覆蓋物的簡單而有效的方法，所述方法與 US6621163B2中描述的方法類似。所述第一層可以以例如絲網(wǎng)印刷的 普通技術(shù)涂覆。所述第二層可以包括固體箔，例如感光有機(jī)膜。優(yōu)選 地，這兩層膜包括拒焊物質(zhì)。這將是明顯的，即，任何MEMS元件或 類似結(jié)構(gòu)位于由所述第一層圍繞的區(qū)域處。
根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，配置電子部件和襯底的步驟分別包括 配置具有接觸區(qū)域的第一圖案，所述接觸區(qū)域與所述電子部件的電接 觸電連接，以及配置具有接觸區(qū)域的第二圖案，所述接觸區(qū)域與所述 襯底的電接觸電連接，所述第一圖案的接觸區(qū)域與所述第二圖案的接 觸區(qū)域相對應(yīng)，并且也在所述第二圖案的接觸區(qū)域上配置焊接材料。 通過這種方法，這兩個(gè)圖案的設(shè)置和后續(xù)焊接步驟不僅提供了密封封 閉，而且提供了在所述部件和所述襯底之間所需的任何電連接。這使 得在電子部件和襯底之間諸如引線鍵合之類的其它更復(fù)雜的連接方法 變得多余。
根據(jù)本發(fā)明的又一細(xì)節(jié)，配置具有圍繞所述空腔的透氣壁的覆蓋 物，并且在所述回流焊接步驟之前或期間，至少將所述電子部件放入 保護(hù)環(huán)境或真空環(huán)境。這允許例如在電子部件的空腔內(nèi)建立低壓和真 空環(huán)境。這種環(huán)境可以通過這樣的方法獲得，即在焊接之前和/或期間， 將與透氣壁覆蓋物和襯底互相對準(zhǔn)的電子部件放入在真空環(huán)境中。如 果想在空腔內(nèi)建立某種類型的保護(hù)氣氛，可以使用相似的原理。例如 可以在焊接之前和/或期間將這種電子部件放入氮?dú)饣驓鍤猸h(huán)境中。在 EP0951069公開的方法的情況中，需要在焊接層首先制造凹槽，以在空腔內(nèi)建立某種環(huán)境。
而且，本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求5到8所述的電子組件。因此，優(yōu) 選地是在第一圖案和第二圖案各自的基本上閉合結(jié)構(gòu)之間的焊接連接 不僅具有密封封閉空腔的功能，還具有電學(xué)功能。具體地，傳輸所述 電子部件的接地信號的功能看起來是有益的。而且，當(dāng)所述電子部件
包括容納在空腔中的MEMS元件時(shí)，這是有益的。具體地，在這種電 子部件處理期間，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)乇Ｗo(hù)MEMS元件，而在應(yīng)用MEMS元件 的情況下，通常對空腔內(nèi)的環(huán)境有特殊的要求，例如在空腔內(nèi)的真空 環(huán)境或保護(hù)氣體。最后，當(dāng)襯底包括額外的電子部件時(shí)是優(yōu)選的，這 使獲得需要特殊功能的更復(fù)雜的電子組件成為可能。相應(yīng)的封裝可以 被認(rèn)為是封裝中的系統(tǒng)，這個(gè)術(shù)語廣泛地使用在當(dāng)前的技術(shù)領(lǐng)域中。
而且，本發(fā)明也涉及根據(jù)權(quán)利要求9所述的覆蓋物和根據(jù)權(quán)利要求 IO所述的襯底。通過這種襯底，將非常容易和直接地獲得根據(jù)本發(fā)明 的電子組件。


將參考舉例說明較優(yōu)實(shí)施例的附圖，進(jìn)一步解釋本發(fā)明，其中
圖la和lb分別示出了電子部件的頂視圖和截面圖，圖lb的截面圖 是沿著圖la中的線I-I得到的；
圖2a和2b分別示出了襯底的頂視圖和截面圖中，圖2b的截面圖是 沿著圖2a中的線I-I得到的；
圖3a示出了互相對準(zhǔn)的電子部件和襯底；
圖3b示出了電子部件的截面圖。
具體實(shí)施例方式
如之前描述的那樣，相似的參考數(shù)字指示圖中相似的部分。 現(xiàn)在參考圖la和lb，可以看到具有基本上閉合結(jié)構(gòu)14的第一圖案 12的電子部件10。在該電子部件的表面上設(shè)置有覆蓋物18。所述覆蓋 物18與表面16—起限定了空腔20?？涨?0容納MEMS元件22。第一圖 案包括接觸區(qū)域24，所述接觸區(qū)域24與電子部件的電接觸電連接(未示出)。
如圖la和lb所示，第一圖案12的閉合結(jié)構(gòu)14在表面16處封住覆蓋 物。這里閉合結(jié)構(gòu)14具有矩形形狀。然而，它也可以具有圓形、六邊 形或其它適當(dāng)?shù)男螤睢?br> 優(yōu)選地，電子部件10的主體26包括集成電路，這種集成電路的焊 料焊盤與接觸區(qū)域24相連。MEMS元件22是集成電路的一部分，并且 例如可以用作開關(guān)、可調(diào)電容器或傳感器。除了MEMS元件，也可以 應(yīng)用于體聲波濾波器(BAW)、表面聲波濾波器(SAW)或其它類型 的傳感器。
盡管這里的接觸區(qū)域優(yōu)選地位于閉合結(jié)構(gòu)內(nèi)，它們也可以位于閉 合結(jié)構(gòu)外。
圖lb示出了如何優(yōu)選地在電子部件10的表面16上制造覆蓋物18。 首先，在表面16上沉積第一層19，所述第一層在表面16上留出暴露區(qū) 域23，使得第一層基本上封住所述區(qū)域。接下來，在第一層19上沉積 第二層21，而第二層覆蓋區(qū)域23。第一層可以采用諸如絲網(wǎng)印刷之類 的普通技術(shù)。第二層可以包括固體箔，例如光敏有機(jī)膜。優(yōu)選地，兩 層膜都包括拒焊物質(zhì)。覆蓋物的材料優(yōu)選的是聚合材料，所述聚合材 料能夠忍受在回流焊接期間施加的溫度和化學(xué)物質(zhì)。
現(xiàn)在參考圖2a和2b，可以看到在襯底表面40上設(shè)置的具有第二圖 案32的襯底30。第二圖案32包括基本上閉合結(jié)構(gòu)34、與所述閉合結(jié)構(gòu) 相連的焊料焊盤36。而且，所述第二圖案32包括接觸區(qū)域38，所述接 觸區(qū)域38與所述襯底的電接觸(未示出)電連接。這種電接觸是襯底 的電學(xué)布局的一部分。通過這種方法，例如，當(dāng)應(yīng)用更大的襯底時(shí)， 可以將第二圖案與在所述襯底的其它部分處連接的其它電子部件連接 起來。襯底例如可以是印刷電路板。然而，襯底也可以由半導(dǎo)體材料 構(gòu)成，考慮到部件和襯底之間的熱膨脹，這是有益的。
至少相對于它們的幾何形狀，當(dāng)同時(shí)觀察圖la和圖2a時(shí)，明顯的 是第二圖案與第一圖案相對應(yīng)。對于閉合結(jié)構(gòu)14、 34和接觸區(qū)域24、 38尤為如此。
在舉例說明了電子部件10和襯底30的結(jié)構(gòu)之后，現(xiàn)在可以參考圖3a和3b解釋用于制造電子組件的方法。
在圖3a中，電子部件10和襯底30相互對準(zhǔn)，以便同時(shí)對準(zhǔn)第一和 第二圖案的基本上閉合結(jié)構(gòu)14、 34。因此，第一圖案12和第二圖案32 各自的接觸區(qū)域24、 34也相互對準(zhǔn)。分別在焊料焊盤36和接觸區(qū)域38 上設(shè)置許多或一點(diǎn)焊接材料54。優(yōu)選地，這在對準(zhǔn)電子部件10和襯底 30之前完成。焊接材料54或焊接糊(solder paste)應(yīng)當(dāng)足夠建立起焊 接連接，如下面討論的那樣。
在后續(xù)步驟中，襯底30和電子部件10相互定位，以便讓襯底30支 撐覆蓋物28的頂部表面28 (參見圖3b，盡管應(yīng)當(dāng)注意到這個(gè)圖示出了 回流焊接之后的部件和襯底)。在這個(gè)對準(zhǔn)的和可支撐的位置，將襯底 30和電子部件10放入回流爐中，在其中進(jìn)行回流焊接?；亓骱附訉?dǎo)致 第一與第二圖案之間，或者更精確地在兩個(gè)閉合結(jié)構(gòu)14、 34與相對的 接觸區(qū)域24和38之間的焊接連接52。在這種焊接之后，得到圖3b所示 的最終的電子組件50。
由于一方面電子部件10和襯底之間相對窄的開口56，以及另一方 面在閉合結(jié)構(gòu)14、 34的材料與各自表面16和40的材料之間的潤濕性的 差異，焊接材料54將依賴于焊接自動(dòng)地在閉合結(jié)構(gòu)之間流動(dòng)。因此， 得到了焊接的結(jié)構(gòu)，它能夠密封地封閉空腔20。在回流焊接之前，覆 蓋物18包括空腔20。
如果需要這樣，可以在空腔內(nèi)得到真空或保護(hù)環(huán)境。為此目的， 就在焊接之前或焊接期間，可以將至少電子部件放置在這種氣氛中。 例如，具有帶有透氣壁的覆蓋物可以使這變得容易。
在本發(fā)明的組件的內(nèi)容中，特別優(yōu)選地是具有可移動(dòng)電極的 MEMS部件，所述電極限定在襯底的頂部的層中。適當(dāng)?shù)?，該可移?dòng) 電極主要由金屬構(gòu)成，或者包括壓電材料。例如從WO-A2005/043573 中可知的MEMS部件。盡管具有限定在襯底中的可移動(dòng)電極的MEMS 部件可以由某種低壓或氣相增強(qiáng)CVD層所覆蓋，所述層例如是氮化 硅、氧化硅或甚至多晶硅，這對于具有在襯底之上的可移動(dòng)電極的 MEMS部件看起來是不可能的。然而，具有在襯底之上可移動(dòng)電極的 優(yōu)選MEMS部件被優(yōu)選用作可調(diào)電容或開關(guān)，特別是用于RF應(yīng)用。有益地，可移動(dòng)的電極配置具有足夠厚的金屬層，以實(shí)現(xiàn)與MEMS部件 的低阻抗互連。最適當(dāng)?shù)?，諸如非可變電容器、電阻器和/或電感器的 另外的無源部件與MEMS集成。這些可以限定在空腔的外部。適當(dāng)?shù)兀?MEMS部件的襯底是半導(dǎo)體襯底?？梢哉{(diào)節(jié)襯底的電阻率以提高可用 部件的品質(zhì)因子，特別是電感器的品質(zhì)因子。
盡管在圖3b中沒有示出，襯底優(yōu)選地包括額外的電子部件，所述 電子部件與襯底的電接觸電連接。這種額外的電子部件既可以是有源 部件，例如可能包括MEMS元件的集成電路，也可以是無源部件。
當(dāng)然，在這里在單個(gè)部分的尺寸間的任何比例都不能從附圖中導(dǎo) 出，因?yàn)樗鼈儍H提供了示意圖。參考圖lb，第一層19具有大約40微米 的厚度。第二層21具有大約60微米的厚度。因此，覆蓋物的高度最大 大約是40微米。
回流焊接期間的溫度大約是280士10'C。優(yōu)選地，使用具有高熔點(diǎn) 的焊接合金，例如90-10PbSn。優(yōu)選地，在可能的后續(xù)鍵合步驟期間， 例如將額外的部件焊接到襯底上的步驟中，使用低于280士1(TC的溫 度。因此，避免了焊接連接52在這些步驟期間熔化。例如，可以在 250-260。C焊接。
對于第一和第二圖案，優(yōu)選地，使用具有金最后一層的鎳層。
襯底的電子布局包括幾層導(dǎo)電材料，以將電信號從表面40傳輸?shù)?襯底的其它部分。這種信號分別通過接觸區(qū)域24、 38和焊接連接52從 電子部件傳輸?shù)竭@個(gè)表面。如果需要，例如為了傳輸接地信號的目的， 可以在閉合結(jié)構(gòu)14、 34之間使用焊接連接。
應(yīng)當(dāng)注意到，上面提到的實(shí)施例舉例說明了本發(fā)明，但不是限制 本發(fā)明，在不偏離所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍的條件下，本 領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠設(shè)計(jì)多種替代的實(shí)施例。在權(quán)利要求中，在括號 中的任何參考符號不應(yīng)認(rèn)為限定權(quán)利要求。動(dòng)詞"包括"和它的結(jié)合 在總體上不排除除了在任何權(quán)利要求或說明書中列出以外的那些元件 或步驟。元件的單數(shù)參考不排除這種元件的復(fù)數(shù)參考，反之亦然。
權(quán)利要求
1、一種用于制造包括電子部件、空腔和襯底的電子組件(50)的方法，所述方法包括配置具有基本上閉合結(jié)構(gòu)(14)的第一圖案(12)的電子部件(10)；在所述電子部件的表面(16)上配置覆蓋物(18)，所述覆蓋物與所述表面一起限定了空腔(20)，所述第一圖案的閉合結(jié)構(gòu)在所述表面處基本上封住所述覆蓋物；配置具有基本上閉合結(jié)構(gòu)(34)的第二圖案(32)的襯底(30)，所述閉合結(jié)構(gòu)至少部分地與所述第一圖案的閉合結(jié)構(gòu)相對應(yīng)，并且包括焊料焊盤(36)；在所述焊料焊盤處設(shè)置焊接材料(54)；定位所述電子組件和襯底，以對準(zhǔn)所述第一和第二圖案的基本上閉合結(jié)構(gòu)，同時(shí)所述襯底支撐覆蓋物的頂部表面(28)；回流焊接所述焊接材料，由此在所述第一和第二圖案之間提供焊接連接(52)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在電子部件(10)的表面(16) 上配置覆蓋物(18)的步驟包括在所述表面上設(shè)置第一層(19)，所述第一層留出暴露區(qū)域(23)， 所述第一層基本上封住所述區(qū)域；在所述第一層上設(shè)置第二層(21)，所述第二層覆蓋所述區(qū)域。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中配置電子部件(10)和襯底 (30)的步驟分別包括配置具有接觸區(qū)域(24)的第一圖案(12)，所述接觸區(qū)域(24)與所述電子部件的電接觸電連接，以及配置具有 接觸區(qū)域(38)的第二圖案(32)，所述接觸區(qū)域(38)與所述襯底的 電接觸電連接，所述第一圖案的接觸區(qū)域與所述第二圖案的接觸區(qū)域 相對應(yīng)，并且其中也在所述第二圖案的接觸區(qū)域上配置焊接材料。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中配置具有圍繞所述空腔(20) 的透氣壁的覆蓋物(18)，并且在所述回流焊接步驟之前或期間，至少 將所述電子部件(10)放入保護(hù)環(huán)境或真空環(huán)境。
5、 一種電子組件(50)，包括電子部件(10)，設(shè)置在所述電子部件表面(16)上的覆蓋物(18)， 位于所述表面和所述覆蓋物之間的空腔(20)，設(shè)置在所述表面上的第 一圖案(12)，所述第一圖案具有基本上閉合結(jié)構(gòu)(14)，并且具有與 所述電子部件的電接觸相連的接觸區(qū)域(24)，所述閉合結(jié)構(gòu)基本上在 所述表面處封住所述覆蓋物；襯底(30)，支撐所述覆蓋物的頂部表面(28)，并且包括設(shè)置在 所述襯底表面(40)上的第二圖案(32)，所述第二圖案具有基本上閉 合結(jié)構(gòu)(34)，并且具有與所述襯底的電接觸電連接的接觸區(qū)域(38)， 所述閉合結(jié)構(gòu)至少部分地與所述第一圖案的閉合結(jié)構(gòu)相對應(yīng)，并且包 括焊料焊盤(36);在所述第一和第二圖案之間的焊接連接(52)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電子組件(50)，其中在所述第一圖案 (12)和第二圖案(32)各自的基本上閉合結(jié)構(gòu)(14， 34)之間的焊接連接(52)提供了電學(xué)功能，例如接地功能。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電子組件(50)，其中所述電子部件(IO) 包括容納在所述空腔(20)中的MEMS元件(22)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電子組件(50)，其中所述襯底(30) 包括額外的電子部件。
9、 一種覆蓋物(18)，用于根據(jù)權(quán)利要求5所述的電子組件。
10、 一種襯底(30)，用于根據(jù)權(quán)利要求5所述的電子組件，其中 所述襯底包括具有基本上閉合結(jié)構(gòu)(34)的第二圖案(32)，所述圖案 包括與基本上閉合結(jié)構(gòu)相連的焊料焊盤(36)以及與所述襯底的電接 觸電連接的接觸區(qū)域，并且所述襯底包括設(shè)置在所述焊料焊盤和接觸 區(qū)域上的許多焊接材料(54)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制造包括電子部件、空腔和襯底的電子組件(50)的方法，所述方法包括配置具有基本上閉合結(jié)構(gòu)的第一圖案的電子部件(10)；在所述電子部件的表面上配置覆蓋物(18)，所述覆蓋物與所述表面一起限定了空腔(20)，第一圖案的閉合結(jié)構(gòu)在所述表面處基本上封住所述覆蓋物；配置具有基本上閉合結(jié)構(gòu)的第二圖案的襯底(30)，所述閉合結(jié)構(gòu)至少部分地與第一圖案的閉合結(jié)構(gòu)相對應(yīng)，并且包括焊料焊盤；在所述焊料焊盤處設(shè)置焊接材料；定位所述電子部件和襯底，以對準(zhǔn)第一和第二圖案的基本上閉合結(jié)構(gòu)，同時(shí)所述襯底支撐所述覆蓋物的頂部表面(28)；回流焊接所述焊接材料，由此在第一和第二圖案之間提供焊接連接(52)。另外，本發(fā)明涉及一種電子組件(50)、覆蓋物(18)和襯底(30)。
文檔編號B81C1/00GK101421178SQ200780012989
公開日2009年4月29日 申請日期2007年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月13日
發(fā)明者康奈麗斯·斯郎布, 弗雷克·E·范斯坦騰, 約翰內(nèi)斯·W·維坎普, 雅格布·M·舍爾 申請人:Nxp股份有限公司