專(zhuān)利名稱(chēng)：用于微鏡器件的倒裝芯片封裝的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及制造對(duì)象。更具體地，本發(fā)明提供了用于微鏡器件的晶片級(jí)倒裝芯片封裝的方法和系統(tǒng)。本發(fā)明的實(shí)施例提供了在氣密密封的封裝中對(duì)微鏡器件的板上芯片封裝。僅作為示例，本發(fā)明已被應(yīng)用于具有透明玻璃蓋的氣密密封的封裝中的微鏡陣列。方法和結(jié)構(gòu)也可應(yīng)用于其他顯示技術(shù)，例如電荷耦合顯示相機(jī)陣列和紅外陣列。
背景技術(shù)：
硅集成電路的封裝已達(dá)到了高的成熟水平。然而，集成電路器件被包封在塑料包封材料中的傳統(tǒng)封裝在要求高于硅集成電路的電操作的應(yīng)用中出現(xiàn)若干缺點(diǎn)。這種應(yīng)用的一個(gè)示例是微鏡陣列或其他微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)結(jié)構(gòu)的光學(xué)照射和反射。例如，這些應(yīng)用通常需要能夠用光能照射硅集成電路的頂部并隨后從硅集成電路的頂部高效地反射光能。傳統(tǒng)封裝中所利用的塑料包封材料的光學(xué)性質(zhì)(包括缺乏透明度、折射率的不一致性和表面粗糙度)使得這些封裝不適合于該應(yīng)用。
另外，許多MEMS經(jīng)常需要硅集成電路的表面上方的開(kāi)放空間，以使得微機(jī)電結(jié)構(gòu)能夠在與MEMS的平面平行的方向上和與MEMS的平面垂直的方向上運(yùn)動(dòng)。因此，塑料包封材料通常與集成電路表面進(jìn)行的實(shí)體接觸使得該封裝不適合于許多MEMS應(yīng)用。因此，本領(lǐng)域中需要用于MEMS器件的封裝的改進(jìn)的方法和系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例提供了適合于投影顯示應(yīng)用的、用于微鏡器件陣列的高級(jí)的板上芯片封裝。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種用于微機(jī)電器件的封裝。該封裝包括用于支持微機(jī)電器件的襯底。微機(jī)電器件電耦合到多個(gè)電極。該封裝還包括耦合到襯底的導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)、具有與多個(gè)電極電連通的多條跡線的電觸點(diǎn)層以及耦合到襯底的內(nèi)插件結(jié)構(gòu)。該內(nèi)插件結(jié)構(gòu)包括連續(xù)環(huán)形區(qū)域，該連續(xù)環(huán)形區(qū)域劃定了由接合表面所限定的凹陷區(qū)域。該封裝還包括透明蓋，該透明蓋耦合到內(nèi)插件結(jié)構(gòu)并且將微機(jī)電器件密封在凹陷區(qū)域中以將微機(jī)電器件隔離在受控環(huán)境中。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供了一種制造用于微鏡器件陣列的封裝的方法。該方法包括將內(nèi)插件結(jié)構(gòu)接合到帶有微鏡器件陣列的襯底第一側(cè)。微鏡器件陣列中的多個(gè)微鏡與多個(gè)電極電連通。該方法還包括將透明蓋接合到內(nèi)插件結(jié)構(gòu)從而為微鏡器件陣列形成受控環(huán)境，以及形成耦合到襯底第二側(cè)的導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)。該方法還包括形成與多個(gè)電極電連通的電觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例，提供了一種用于微機(jī)電器件的封裝。該封裝包括用于支持電耦合到多個(gè)電極的微機(jī)電器件的襯底、耦合到襯底的導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)以及具有與所述多個(gè)電極電連通的多條跡線的電觸點(diǎn)層。該封裝還包括耦合到襯底的內(nèi)插件結(jié)構(gòu)和耦合到內(nèi)插件結(jié)構(gòu)的透明蓋。
通過(guò)本發(fā)明提供了許多優(yōu)于傳統(tǒng)技術(shù)的益處。例如，本發(fā)明的實(shí)施例使得用于板上芯片組件的方法和系統(tǒng)可以不具有接合線或者減少了接合線。結(jié)果，與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比減少了寄生效應(yīng)。另外，實(shí)施例提供了小占
地，從而使管芯數(shù)例如增加了多達(dá)25-30%或者更多。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比通
過(guò)提供對(duì)焊球的容易接入而增加了對(duì)器件執(zhí)行晶片級(jí)電探測(cè)和光探測(cè)的容易度，傳統(tǒng)技術(shù)可能需要在執(zhí)行測(cè)試之前去除諸如玻璃條帶之類(lèi)的材料。此外，增大了可靠性并降低了成本。取決于實(shí)施例，可以獲得這些益處中的一個(gè)或多個(gè)以及其他益處。將在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中并且更具體地在下面結(jié)合附圖來(lái)更詳細(xì)地描述這些和其他益處。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于成像器件的封裝的簡(jiǎn)化示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于微鏡器件的封裝的簡(jiǎn)化示意圖；圖3A和圖3B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的晶片級(jí)封裝布局的頂視圖；圖4-圖IIB是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于封裝微鏡器件的簡(jiǎn)化處理流程；
圖12是圖示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于制造封裝的處理流程的簡(jiǎn)化流程圖13是圖示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的用于制造封裝的處理流程的簡(jiǎn)化流程圖14是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于多個(gè)管芯的封裝布局的簡(jiǎn)化頂視圖15A-15C是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的封裝組件的簡(jiǎn)化示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是用于成像器件的封裝的簡(jiǎn)化示意圖。如圖1所示，提供了封裝100，封裝100是利用適用于CMOS成像應(yīng)用的處理而制造的。這樣，具有微鏡頭110的成像區(qū)域設(shè)在玻璃蓋114下方的腔112中。 一般而言，腔壁116根據(jù)成像應(yīng)用而適當(dāng)?shù)靥峁?duì)傳感器腔的非氣密密封。另外，圖1所示設(shè)計(jì)中的腔壁116 —般對(duì)于顯示和投影器件應(yīng)用而言太矮了，在顯示和投影器件應(yīng)用中需要更高的壁，以使得玻璃蓋的表面上的顆?；蛘卟Ａw中的缺陷將不會(huì)被投影到顯示屏上。
位于支持成像器件110的硅層120下方的玻璃層128的特征在于有限的導(dǎo)熱性。雖然這種設(shè)計(jì)適合于成像應(yīng)用，但是其可能不適合于投影顯示應(yīng)用，在投影顯示應(yīng)用中，腔區(qū)域中存在更高光強(qiáng)度。此外，對(duì)封裝進(jìn)行密封所使用的環(huán)氧樹(shù)脂122—般不針對(duì)熱學(xué)考慮而進(jìn)行優(yōu)化，如上所述，這對(duì)于不同應(yīng)用是不同的。腔中的器件與封裝背面上的焊球124之間的電連接的布線是利用僅能支持少量電觸點(diǎn)的單層跡線126進(jìn)行的。因此，圖1所示的封裝支持大量觸點(diǎn)的能力是有限的。
一個(gè)或多個(gè)鈍化層130設(shè)在
玻璃層128之下和金屬跡線126之上。另外， 一個(gè)或多個(gè)電絕緣層被形成在金屬跡線126的下表面上以提供BGA的焊球124之間的電隔離。
圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于微鏡器件的封裝200的簡(jiǎn)化示意圖。該封裝包含多個(gè)特征，這些特征提供使用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)無(wú)法得到的益處。例如，本發(fā)明的實(shí)施例利用導(dǎo)熱環(huán)氧樹(shù)脂210和導(dǎo)熱介電層212，來(lái)適應(yīng)與投影顯示系統(tǒng)的光源和微鏡陣列214的內(nèi)部驅(qū)動(dòng)電路相關(guān)聯(lián)的較大熱負(fù)荷。厚度、幾何形狀和其他設(shè)計(jì)參數(shù)可根據(jù)特定應(yīng)用而適當(dāng)?shù)卦O(shè)定為預(yù)定值。
另外，內(nèi)插件(interposer)晶片220用于增大腔壁高度，這對(duì)于投影器件應(yīng)用而言是適當(dāng)?shù)摹ｋm然圖2中未示出，但是執(zhí)行晶片級(jí)封裝并且然后利用單片化或者其他分離處理來(lái)制造圖2所示的封裝。因此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，腔壁內(nèi)插件220最初是晶片級(jí)結(jié)構(gòu)。
如圖2所示使用多層導(dǎo)線跡線232以增大焊球230的密度，并從而適應(yīng)與成像應(yīng)用相比在顯示器件中有用的更大針數(shù)。雖然圖2中僅示出兩層，但是在其他封裝設(shè)計(jì)中可根據(jù)特定應(yīng)用而適當(dāng)?shù)靥峁└嗟膶?。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到許多變體、修改和替換。
在一些實(shí)施例中，微鏡器件陣列(MMD) 214通過(guò)氣密(玻璃粉接合、共晶接合、共價(jià)鍵合等)封裝方法而密封在由硅支持結(jié)構(gòu)242、腔壁內(nèi)插件220和玻璃蓋244形成的腔240中。其他封裝設(shè)有準(zhǔn)氣密(低釋氣環(huán)氧樹(shù)脂、基于液晶的聚合物等)封裝。取決于應(yīng)用，可以提供氣密、準(zhǔn)氣密或者非氣密的封裝。圖2中示出了氣密、準(zhǔn)氣密或者非氣密的封條254。氣密或者準(zhǔn)氣密封條確保了對(duì)于產(chǎn)品壽命持續(xù)時(shí)間的、密封腔內(nèi)的受控化學(xué)環(huán)境。在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中并且更具體地在下面提供了對(duì)本發(fā)明實(shí)施例所提供的受控環(huán)境的進(jìn)一步討論。
為了為封裝和MMD提供空間孔，黑鉻孔250被形成在玻璃蓋244的一個(gè)或多個(gè)表面上，這些表面可以包括抗反射涂層。其他實(shí)施例中包括適合于提供隨位置而變化的反射率的其他材料。利用這種孔，減少了從結(jié)構(gòu)和封裝反射的不希望的雜散光，從而改善了顯示應(yīng)用中的對(duì)比率。在圖2中，黑鉻孔被圖示在玻璃構(gòu)件的頂面和底面上。在其他封裝中，孔可以設(shè) 在玻璃材料的內(nèi)層上或者單個(gè)表面上。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到許 多變體、修改和替換。
一個(gè)或多個(gè)微流體通道260設(shè)在腔壁內(nèi)插件220中，以使得氣體或者 流體能夠從腔外部的位置進(jìn)入到腔240中。例如，潤(rùn)滑劑可被注入到腔中 以減少與所示陣列中的微鏡相關(guān)聯(lián)的靜摩擦問(wèn)題。選擇通道的尺寸、閥門(mén) (包括單向閥)、流量控制器等，以提供隨時(shí)間或諸如腔溫之類(lèi)的其他條 件而變化的流入或流出。雖然微流體通道被示出在內(nèi)插件中，但是除了所 示出的通道之外或者作為所示出的通道的替代，它們可以設(shè)在其他位置 處。在沒(méi)有微通道的其他實(shí)施例中，潤(rùn)滑材料和/或吸氣劑材料可在腔被密 封之前配備在腔內(nèi)。如針對(duì)接下來(lái)的處理流程所述，可以使用部分切片處 理以允許對(duì)各個(gè)器件的晶片級(jí)探測(cè)。因此，本發(fā)明的實(shí)施例提供了增強(qiáng)的 測(cè)試和評(píng)估處理。
圖3A和圖3B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的晶片級(jí)封裝布局的頂視圖。圖 3A所示的布局提供了 120的單元數(shù)目，而圖3B所示的布局提供了 96的 單元數(shù)目。禁止區(qū)310設(shè)在圖3A所示布局的外圍周?chē)Ｓ蛇@里所描述那 樣制造的封裝提供的小占地(footprint)有利于增大封裝密度、增大每個(gè) 晶片的器件產(chǎn)量和降低封裝成本。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，管芯之間的水 平節(jié)距(中心到中心的距離)約為15mm并且垂直節(jié)距約為12.6mm。在 一個(gè)實(shí)施例中，切片跡線被示例為0.10mm (100/xm)。當(dāng)然，取決于特定 應(yīng)用，在其他實(shí)施例中利用其他特定值。
圖14是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于多個(gè)管芯的封裝布局的簡(jiǎn)化頂 視圖。如圖14所示，多個(gè)管芯(例如，五個(gè)管芯)被設(shè)在襯底(未示 出)上。為了便于描述而標(biāo)有行和列的管芯根據(jù)特定器件尺寸等被適當(dāng)?shù)?以二維柵格形式排列在襯底上。圖14所示的虛線1410圖示出利用本發(fā)明 實(shí)施例所形成的封裝的尺寸。接合焊盤(pán)和內(nèi)插件晶片的幾何形狀1420被 圖示在各管芯之間，但數(shù)目和布局僅僅是示例性的。圖14所示的虛線 1410也在接下來(lái)的圖中示出。
圖4-11B是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于封裝微鏡器件的簡(jiǎn)化處理流程。雖然這些圖示出了對(duì)單個(gè)或兩個(gè)器件的封裝，但是可以了解到提供了 器件的晶片級(jí)封裝，并且這些圖及其描述是鑒于這樣的了解而提供的。本 領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到許多變體、修改和替換。
圖4圖示出在內(nèi)插件晶片420和器件晶片405 (例如，CMOS/MEMS 晶片)的接合表面上形成粘附層。在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，玻璃粉層 430被印刷到這些晶片的接合表面上。例如，可利用絲網(wǎng)印刷處理或者其 他適當(dāng)印刷處理將玻璃粉印刷到接合表面上。玻璃粉通常由經(jīng)精細(xì)打磨然 后與有機(jī)溶劑或粘合劑結(jié)合的鉛玻璃或者硅酸鉛玻璃構(gòu)成，其特征在于膏 體的一致性。如參考圖12所討論的，在印刷玻璃粉之后，利用熱處理來(lái) 去除或者燒干有機(jī)溶劑。有機(jī)燒干處理提供了釉化玻璃粉層，該釉面玻璃 粉層適合于儲(chǔ)藏和后來(lái)的晶片規(guī)模接合操作。關(guān)于玻璃粉印刷、有機(jī)燒干 和釉化的更多細(xì)節(jié)在2005年7月22日提交的、共同在審和共同轉(zhuǎn)讓的美 國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 11/187,421中提供，該申請(qǐng)的公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用全部結(jié)合 于此。在圖4所示的實(shí)施例中，接合焊盤(pán)440被氧化層442覆蓋。
使用玻璃粉密封環(huán)有利于隨后的處理步驟中在形成于MEMS器件周?chē)?的腔中的受控環(huán)境。例如，受控環(huán)境可以是圍繞MEMS器件的氣密密封環(huán) 境。應(yīng)當(dāng)注意，在接合處理期間利用環(huán)氧樹(shù)脂的傳統(tǒng)封裝中，從環(huán)氧樹(shù)脂 的釋氣(outgas)產(chǎn)生這樣的封裝在該封裝中，存在于管芯上的器件未 被密封在受控環(huán)境中。相反，環(huán)氧樹(shù)脂是氣體的源(通常是環(huán)氧樹(shù)脂中所 使用的溶劑)，其隨著時(shí)間將會(huì)污染圍繞MEMS器件的環(huán)境。因此，本發(fā) 明的實(shí)施例提供了利用傳統(tǒng)的基于環(huán)氧樹(shù)脂的封裝技術(shù)未獲得的益處，例 如在腔240中提供了受控環(huán)境。
這種受控環(huán)境提供了可預(yù)測(cè)的器件操作和長(zhǎng)壽命的操作，這在許多應(yīng) 用中是希望的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。又例如，受控環(huán)境可以是真空環(huán)境、包括一種或 多種氣體(例如惰性氣體、干燥氮?dú)獾?的大氣環(huán)境、包括抗粘劑的環(huán)境 等。此外，另一示例性受控環(huán)境可以是封裝基本上不透水的環(huán)境，從而包 括腔240中的MEMS器件以防與水或者其他流體接觸。
在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，金屬層430被形成在晶片的接合表面上。 適合于本發(fā)明實(shí)施例的范圍內(nèi)所包括的應(yīng)用的示例性金屬包括金/錫、銦/銀等，這取決于接合處理的溫度要求。包括鍍、沉積、濺射等的金屬形成 處理可用于在接合表面上形成單層或多層金屬。金屬層為隨后的步驟中的 共晶接合提供了合適的表面。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到許多變體、 修改和替換。
圖5圖示出內(nèi)插件晶片與CMOS襯底的接合，其中CMOS襯底包括 諸如微鏡器件陣列之類(lèi)的微機(jī)電(MEMS)器件。接合表面可以包括一個(gè) 或多個(gè)粘附層，例如所圖示的氧化層和可選的玻璃粉或金屬化層。在內(nèi)插 件晶片420的一部分的兩側(cè)圖示出兩個(gè)MMD陣列214。在內(nèi)插件晶片與 CMOS襯底405的接合之前、之后或者同時(shí)，內(nèi)插件被如圖5所示地接合 到玻璃蓋構(gòu)件244。 CMOS襯底包括為了清楚起見(jiàn)而未在圖5中示出的電 路和互連。兩個(gè)接合焊盤(pán)440被圖示出以表示該電路。在接合之后，多個(gè) 腔240被形成在CMOS晶片和玻璃蓋之間，由內(nèi)插件晶片提供橫向限定。 根據(jù)特定應(yīng)用，內(nèi)插件晶片和玻璃蓋可以是由一片材料形成的整體結(jié)構(gòu)， 或者是復(fù)合結(jié)構(gòu)。
在一個(gè)實(shí)施例中，微機(jī)械器件被相對(duì)于外部環(huán)境氣密密封或者準(zhǔn)氣密 密封。
圖6圖示出對(duì)硅CMOS晶片的背面進(jìn)行打薄和對(duì)硅進(jìn)行刻蝕以暴露接 合焊盤(pán)?？梢允褂么蚰ァ⒀心?、刻蝕或者其他打薄處理來(lái)將硅襯底的厚度 減小到例如130/mi的縮減厚度。在其他實(shí)施例中，根據(jù)特定應(yīng)用而適當(dāng)?shù)?使用其他厚度。在圖6中示出化學(xué)各向同性刻蝕處理以暴露接合焊盤(pán)并產(chǎn) 生劃片線，但是本發(fā)明的實(shí)施例不限于這種刻蝕處理。各向同性或其他刻 蝕或材料去除處理包括在本發(fā)明實(shí)施例的范圍內(nèi)。經(jīng)打薄的(例如經(jīng)打磨 的)表面610和經(jīng)刻蝕的表面620在圖6中圖示出。
如圖7所示，熱環(huán)氧樹(shù)脂720和介電層710形成在CMOS襯底上。例 如，介電層710是通過(guò)旋涂玻璃形成處理或者其他技術(shù)而形成的玻璃。在 利用其他技術(shù)制造的封裝中使用玻璃構(gòu)件的接合。如圖8所示形成凹槽， 從而暴露與內(nèi)部電路互連的電觸點(diǎn)焊盤(pán)(C焊盤(pán))。通常使用刻蝕或者其 他材料去除技術(shù)來(lái)形成所圖示的凹槽。
如圖9所示，利用金屬沉積和圖案化形成電引線910，然后通過(guò)電鍍獲得所希望的金屬厚度。T形觸點(diǎn)920形成在圖案化的電引線與觸點(diǎn)焊盤(pán) (C焊盤(pán))之間。所制造的引線具有延伸到紙面中的二維結(jié)構(gòu)，以提供與 器件結(jié)構(gòu)的各部分的電接觸。此外，雖然未圖示出，但是本發(fā)明的實(shí)施例 在介電層的背面上提供多層跡線，從而提供比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)更高的弓I線密度布
線。圖10圖示出BGA的形成，其中共晶焊凸點(diǎn)230與多層電引線電接 觸。提供鈍化層1010，其可以是從提供足夠機(jī)械穩(wěn)定性的各種電絕緣材料 制造的。
圖IIA圖示出對(duì)將用于芯片級(jí)測(cè)試的封裝進(jìn)行切片。圖IIB圖示出對(duì) 將利用作為替代的晶片級(jí)探測(cè)方法來(lái)測(cè)試的封裝的部分切片。取決于特定 測(cè)試協(xié)議，這兩種方法都是有用的。對(duì)封裝進(jìn)行切片或者部分切片時(shí)可以 利用的處理包括使用晶片鋸的切割、刻蝕、劃片和折斷處理等。本領(lǐng)域普 通技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到許多變體、修改和替換。
應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，圖4-11B所圖示的具體步驟提供了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施 例對(duì)微鏡器件進(jìn)行封裝的一種特定方法。根據(jù)作為替代的實(shí)施例，也可以 執(zhí)行其他的步驟序列。例如，本發(fā)明的替代實(shí)施例可以按不同順序來(lái)執(zhí)行 上面概述的步驟。此外，圖4-11B所圖示的個(gè)體步驟可以包括多個(gè)子步 驟，這些子步驟可根據(jù)個(gè)體步驟而適當(dāng)?shù)匾愿鞣N順序執(zhí)行。此外，取決于 特定應(yīng)用，可以增加或者去除另外的步驟。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí) 到許多變體、修改和替換。
圖12是圖示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于制造封裝的處理流程的 簡(jiǎn)化流程圖。處理流程1200包括在內(nèi)插件晶片上印刷玻璃粉圖案 (1210)。經(jīng)常作為膏體而被涂敷的玻璃粉在一個(gè)實(shí)施例中是利用絲網(wǎng)印 刷處理而劃定的，以在內(nèi)插件晶片上以預(yù)定圖案來(lái)提供玻璃粉材料層。如 先前所討論的，玻璃粉被涂敷到內(nèi)插件晶片的接合表面上。在印刷玻璃粉 材料之后，執(zhí)行有機(jī)燒干處理(1212)以從玻璃粉材料中去除易揮發(fā)的有 機(jī)物，從而使玻璃粉材料固化。在MEMS封裝內(nèi)提供受控環(huán)境的實(shí)施例 中，燒干處理使得玻璃粉材料能夠提供這樣的接合界面該接合界面免除 了會(huì)引起MEMS封裝環(huán)境污染的釋氣和其他處理。
內(nèi)插件晶片被接合到器件晶片(例如CMOS/MEMS晶片)(1214)，以將器件晶片上的器件(例如微鏡陣列)密封在受控環(huán)境中。 在晶片接合之后，器件晶片的背面被研磨或者打薄以減小器件晶片的厚
度，并且被選擇性地刻蝕以形成劃片線(1216)。如圖6所圖示，與刻蝕
處理相結(jié)合地使用打磨或其他打薄處理來(lái)減小器件晶片的厚度并去除器件 晶片的與接合焊盤(pán)相鄰的部分。
背面介電層(例如玻璃襯底)被利用熱環(huán)氧樹(shù)脂而附接到器件晶片的
背面(1218)。熱環(huán)氧樹(shù)脂通過(guò)內(nèi)插件晶片而與管芯分開(kāi)，從而保護(hù)了管 芯使其不與熱環(huán)氧樹(shù)脂接觸。如圖9和圖IO所圖示，執(zhí)行背面開(kāi)槽并形 成外部引線(1220)。形成BGA (1222)并執(zhí)行切片(1224)。切片可用 于如圖11A所示將管芯完全分開(kāi)，或者如圖11B所示僅部分地將管芯分 開(kāi)。
應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，圖12所圖示的具體步驟提供了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例 的制造MEMS封裝的一種特定方法。根據(jù)作為替代的實(shí)施例可以執(zhí)行其他 的步驟序列。例如，本發(fā)明的替代實(shí)施例可以按不同順序來(lái)執(zhí)行上面概述 的步驟。此外，圖12所圖示的個(gè)體步驟可以包括多個(gè)子步驟，這些子歩 驟可根據(jù)個(gè)體步驟而適當(dāng)?shù)匾愿鞣N順序執(zhí)行。此外，取決于特定應(yīng)用，可 以增加或者去除另外的步驟。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到許多變體、 修改和替換。
圖13是圖示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的用于制造封裝的處理流程的 簡(jiǎn)化流程圖。參考圖13，所圖示的處理流程1300與圖12所圖示的處理流 程共享一些公共處理。這里為了簡(jiǎn)明而不重復(fù)對(duì)公共處理的類(lèi)似描述。內(nèi) 插件晶片被金屬化(1310)，以在內(nèi)插件晶片的接合表面上形成粘附層。 器件晶片也被金屬化(1312)，以在器件晶片的結(jié)合表面上形成相應(yīng)的粘 附層。晶片的金屬化可以利用沉積、鍍、濺射或者類(lèi)似處理來(lái)執(zhí)行。在一 個(gè)特定實(shí)施例中，金屬層是利用厚度大約100/mr的金/錫、銦/銀或者其他 合適的金屬或合金形成的。內(nèi)插件晶片被接合到器件晶片(例如 CMOS/MEMS晶片)(1314)，以將器件晶片上的器件(例如微鏡陣列) 密封在受控環(huán)境中。接下來(lái)的處理1316-1324被如參考圖12所述地執(zhí)行。
應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，圖13所圖示的具體步驟提供了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的制造MEMS封裝的一種特定方法。根據(jù)作為替代的實(shí)施例可以執(zhí)行其他
的步驟序列。例如，本發(fā)明的替代實(shí)施例可以按不同順序來(lái)執(zhí)行上面概述
的步驟。此外，圖13所圖示的個(gè)體步驟可以包括多個(gè)子步驟，這些子步
驟可根據(jù)個(gè)體步驟而適當(dāng)?shù)匾愿鞣N順序執(zhí)行。此外，取決于特定應(yīng)用，可 以增加或者去除另外的步驟。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到許多變體、 修改和替換。
圖15A-15C是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的封裝組件的簡(jiǎn)化示意圖。圖15A所 圖示的封裝是包括印刷電路板(PCB) 1505的撓曲型(flex-type)組件， PCB 1505中形成多條導(dǎo)線跡線1520，用于提供與MEMS封裝的BGA的 電連接。PCB可以是從陶瓷材料、樹(shù)脂等制造的。熱化合物1510用于對(duì) MEMS封裝進(jìn)行底部填充(underfill)并提供從MEMS封裝到PCB的導(dǎo)熱 性。在一個(gè)實(shí)施例中，熱化合物1510是電絕緣的。熱傳導(dǎo)焊盤(pán)1530設(shè)在 PCB的下表面上，進(jìn)一步增強(qiáng)了封裝組件的導(dǎo)熱性。在一個(gè)特定實(shí)施例 中，熱傳導(dǎo)焊盤(pán)是從導(dǎo)熱環(huán)氧樹(shù)脂(也稱(chēng)為填充化合物)制造的，盡管這 不是所要求的。
圖15B是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的封裝組件的簡(jiǎn)化示意圖。圖15B所 圖示的插座型封裝組件與圖15A所圖示的撓曲型組件共享一些特性。 一些 公共要素是對(duì)MEMS封裝進(jìn)行底部填充的熱化合物和熱傳導(dǎo)焊盤(pán)1530。 圖15C是根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的封裝組件的簡(jiǎn)化示意圖。圖15C所圖示 的直接安裝封裝組件與圖15A所圖示的撓曲型組件和圖15B所圖示的插座 型封裝組件共享一些特性。該MEMS封裝直接安裝在PCB 1505或者其他 合適的襯底上。PCB中所包含的導(dǎo)線跡線1520提供與MEMS封裝的電連 接，熱傳導(dǎo)焊盤(pán)1530提供增強(qiáng)的導(dǎo)熱性。
雖然參考特定實(shí)施例及其具體示例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)了解，其 他實(shí)施例可以落在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)參考 所附權(quán)利要求及其全部范圍的等同物來(lái)確定。
權(quán)利要求
1.一種用于微機(jī)電器件的封裝，該封裝包括用于支持所述微機(jī)電器件的襯底，所述微機(jī)電器件與多個(gè)電極電耦合；與所述襯底相耦合的導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)；電觸點(diǎn)層，該電觸點(diǎn)層具有與所述多個(gè)電極電連通的多條跡線；與所述襯底相耦合的內(nèi)插件結(jié)構(gòu)，其中，該內(nèi)插件結(jié)構(gòu)包括連續(xù)環(huán)形區(qū)域，該連續(xù)環(huán)形區(qū)域劃定由接合表面所限定的凹陷區(qū)域；以及透明蓋，該透明蓋耦合到所述內(nèi)插件結(jié)構(gòu)，并且將所述微機(jī)電器件密封在所述凹陷區(qū)域中以將所述微機(jī)電器件隔離在受控環(huán)境中。
2. 如權(quán)利要求1所述的封裝，其中，所述微機(jī)電器件包括微鏡器件陣列。
3. 如權(quán)利要求2所述的封裝，其中，所述微鏡器件陣列是在所述襯底上制造的。
4. 如權(quán)利要求1所述的封裝，其中，所述導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)熱環(huán)氧樹(shù)脂層和導(dǎo)熱介電層。
5. 如權(quán)利要求1所述的封裝，其中，所述電觸點(diǎn)層包括兩層或更多層的導(dǎo)線跡線。
6. 如權(quán)利要求1所述的封裝，其中，所述內(nèi)插件結(jié)構(gòu)包括玻璃或硅中的至少一者。
7. 如權(quán)利要求1所述的封裝，其中，所述透明蓋包括玻璃層。
8. 如權(quán)利要求1所述的封裝，其中，所述接合表面包括玻璃粉材料。
9. 如權(quán)利要求1所述的封裝，其中，所述結(jié)合表面包括金屬材料。
10. 如權(quán)利要求7所述的封裝，還包括與所述玻璃層相耦合的孔或抗反射涂層中的至少一者。
11. 如權(quán)利要求1所述的封裝，還包括一個(gè)或多個(gè)通道，所述一個(gè)或多個(gè)通道提供與所述微機(jī)電器件相關(guān)聯(lián)的氛圍與外部氛圍之間的流體連通。
12. 如權(quán)利要求1所述的封裝，其中，所述受控環(huán)境包括氣密密封環(huán)境。
13. —種制造用于微鏡器件陣列的封裝的方法，該方法包括將內(nèi)插件結(jié)構(gòu)接合到襯底的第一側(cè)，所述第一側(cè)帶有所述微鏡器件陣列，其中，所述微鏡器件陣列中的多個(gè)微鏡與多個(gè)電極電連通；將透明蓋接合到所述內(nèi)插件結(jié)構(gòu)從而為所述微鏡器件陣列形成受控環(huán)境；形成與所述襯底的第二側(cè)相耦合的導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)；以及形成與所述多個(gè)電極電連通的電觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)熱環(huán)氧樹(shù)脂層和導(dǎo)熱介電層。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述電觸點(diǎn)層包括兩層或更多層的導(dǎo)線跡線。
16. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中，形成電觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的步驟包括提供多條導(dǎo)線跡線，這多條導(dǎo)線跡線從位于所述微鏡器件陣列的外圍部分的所述多個(gè)電極引導(dǎo)至與所述導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)相耦合的球柵陣列。
17. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述內(nèi)插件結(jié)構(gòu)包括玻璃襯底和硅襯底中的至少一者。
18. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述透明蓋包括玻璃襯底。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述內(nèi)插件結(jié)構(gòu)是從所述玻璃襯底的一部分制造的。
20. 如權(quán)利要求18所述的方法，還包括形成與所述玻璃層相耦合的孔或抗反射涂層中的至少一者。
21. 如權(quán)利要求13所述的方法，還包括形成一個(gè)或多個(gè)通道，所述一個(gè)或多個(gè)通道提供與所述微機(jī)電器件相關(guān)聯(lián)的氛圍與外部氛圍之間的流體連通。
22. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述方法形成氣密密封封裝或準(zhǔn)氣密密封封裝中的至少一者。
全文摘要
一種用于微機(jī)電器件的封裝包括用于支持微機(jī)電器件的襯底。微機(jī)電器件與多個(gè)電極電耦合。該封裝還包括與襯底相耦合的導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)、具有與多個(gè)電極電連通的多條跡線的電觸點(diǎn)層以及與襯底相耦合的內(nèi)插件結(jié)構(gòu)。該內(nèi)插件結(jié)構(gòu)包括連續(xù)環(huán)形區(qū)域，該連續(xù)環(huán)形區(qū)域劃定了由接合表面所限定的凹陷區(qū)域。該封裝還包括透明蓋，該透明蓋耦合到內(nèi)插件結(jié)構(gòu)并且將微機(jī)電器件密封在凹陷區(qū)域中以在受控環(huán)境中隔離微機(jī)電器件。
文檔編號(hào)H01L21/00GK101675498SQ200880014375
公開(kāi)日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2008年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月2日
發(fā)明者陳東敏 申請(qǐng)人:明銳有限公司