專利名稱：形成有金屬蓋的mems封裝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般來(lái)說(shuō)涉及半導(dǎo)體裝置及工藝領(lǐng)域，且更特定來(lái)說(shuō)涉及微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS)裝置的強(qiáng)健的、低成本且大批量生產(chǎn)的封裝的結(jié)構(gòu)及制作方法。
背景技術(shù)：
統(tǒng)稱為微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)裝置的各種各樣的產(chǎn)品是微米級(jí)小型裝置，其具有機(jī) 械移動(dòng)部件且常常具有可移動(dòng)電源及控制件。因?yàn)檫@些移動(dòng)部件，MEMS裝置需要物理及大 氣保護(hù)。因此，將MEMS裝置放置于強(qiáng)健的襯底上并用外殼或封裝將其環(huán)繞，所述外殼或封 裝使所述裝置免受環(huán)境及電氣干擾且免受應(yīng)力。對(duì)于準(zhǔn)密閉囊封，其防止納米粒子進(jìn)入，但不防止水分子及氧氣分子進(jìn)入，可在批 工藝流程中借助塑料材料及光刻技術(shù)逐步建造MEMS裝置封裝。舉例來(lái)說(shuō)，已使得用于塑料 及/或金屬層的三個(gè)沉積步驟及兩個(gè)光刻定義步驟以微米精度制造出用于體聲波(BAW)濾 波器的封裝。準(zhǔn)密閉囊封的另一實(shí)例是借由借助具有粘性的聚合物膠合到環(huán)繞MEMS裝置的筆 直金屬壁上的扁平金屬蓋形成的MEMS裝置的腔。用于微米級(jí)封裝的光刻技術(shù)將壁厚度耦 合到壁高度，從而需要的1比2的最小縱橫比。對(duì)于完全密閉囊封，此防止水分子及氧氣分子以及納米粒子進(jìn)入，MEMS裝置封裝 通常借助陶瓷材料構(gòu)造而成。這些封裝因其多層金屬化而昂貴。舉例來(lái)說(shuō)，具有位于扭力梁 上的可偏斜鋁微鏡及用于下方控制電極的電路的數(shù)字微鏡的大的硅芯片(例如可從美國(guó) 德克薩斯州達(dá)拉斯市的德州儀器公司(Texas Instruments)購(gòu)得的DLPTM微鏡裝置芯片) 借助多層金屬互連裝配在陶瓷襯底上。這些所裝配的微鏡由密封到襯底上的壁的玻璃板覆 蓋，從而允許光束到達(dá)這些微鏡。完全密閉封裝中的其它裝置(例如MEMS諧振器、回轉(zhuǎn)儀及加速計(jì))甚至可能需要 在所述產(chǎn)品的使用期限期間維持某一真空程度以保證振動(dòng)結(jié)構(gòu)的性能及穩(wěn)定性。使用三個(gè) 或四個(gè)金屬層沉積步驟及兩個(gè)或三個(gè)光刻定義步驟沿半導(dǎo)體裝配流程建造用于這些諧振 器及共振器中的一些的封裝。在借助小于5 .ΙΟ"2托的壓力將MEMS諧振器封裝到腔中的實(shí) 例性裝配流程中，微米精度的封裝工藝流程需要如下3個(gè)材料沉積步驟及2個(gè)光刻定義步 驟將犧牲層沉積到MEMS諧振器的頂部上；將覆蓋層沉積到所述犧牲層上方；穿過(guò)所述覆 蓋層蝕刻釋放孔到達(dá)所述犧牲層；穿過(guò)所述釋放孔移除所述犧牲層，因此使所述諧振器自 由；將諧振器周圍的自由空間抽真空；將密封劑層沉積到所述覆蓋層上方以密封所述釋放 孔；并穿過(guò)所述密封劑層打通通孔以接觸具有金屬墊的覆蓋層。所述工藝步驟序列使得封 裝技術(shù)耗時(shí)且昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
申請(qǐng)人:認(rèn)識(shí)到，市場(chǎng)趨向于較高M(jìn)EMS可靠性及較低成本要求的完全密閉封裝，但 不包括多金屬級(jí)陶瓷材料的成本。申請(qǐng)人進(jìn)一步看到，對(duì)于微米級(jí)MEMS封裝，具有重復(fù)光刻對(duì)準(zhǔn)步驟的現(xiàn)今制作流程成本太過(guò)昂貴且耗時(shí)；所需組光掩模也與快速改變消費(fèi)者要 求、短的制造周轉(zhuǎn)時(shí)間及普遍的產(chǎn)品多樣化的發(fā)展中的市場(chǎng)趨勢(shì)沖突。申請(qǐng)人:通過(guò)形成箔(優(yōu)選地由鋁或銅制成)以變成適合半導(dǎo)體芯片的表面上的功 能性MEMS部件的圓頂形殼、且然后通過(guò)將所述殼密封到條帶(優(yōu)選地由鋁或銅制成)、從而 環(huán)繞芯片表面上的裝置來(lái)解決微米級(jí)MEMS裝置的完全密閉但低成本腔封裝的大批量生產(chǎn) 問(wèn)題。申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，所述箔的厚度(例如，5μπι到15μπι)使得將能夠借由迅速移動(dòng)的激光 器的能量執(zhí)行所述密封。箔形成過(guò)程賦予所述殼機(jī)械強(qiáng)健性，可通過(guò)形成額外支撐梁加強(qiáng) 所述殼。金屬對(duì)金屬密封使得所述封裝密閉。申請(qǐng)人:開發(fā)用于形成金屬薄片的工具是低成本且經(jīng)結(jié)構(gòu)化以用于大批量生產(chǎn)；此 外，所述工具可充當(dāng)將多個(gè)殼輸送到裝配臺(tái)的構(gòu)件。所述工具包含具有下半部及上半部的 模壓機(jī)。所述下半部具有帶有圓形鼓凸及尖頭銷的扁平表面，鼓凸位置匹配裝置位置且鼓 凸大小包圍裝置大小。所述上半部具有帶有圓形凹部及尖頭凹口的扁平表面，凹部位置及 大小匹配鼓凸位置及大小，且凹口位置及大小匹配尖端位置及大小。在已將所述箔擠壓于 所述下半部與所述上半部之間以使其形成為所述凹部的形狀之后，所述箔因到所述凹口的 附接而緊貼到所述上半部，且因此可輸送到具有所述裝置的載體。在優(yōu)選實(shí)施例中，模壓機(jī)具有由對(duì)載能輻射(例如激光)透明的材料制成的上半 部。當(dāng)箔及附接條帶兩者均由適合的金屬(例如鋁或銅)制成時(shí)，在所述箔已接觸所述條 帶之后，此能量將允許焊接密封件。本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是，條帶可結(jié)構(gòu)成各種形狀，包含低層金屬墊或薄金屬壁。由于 不涉及光刻步驟，因此壁厚度不再借由1比2的最小縱橫比耦合到壁高度。另一技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是，封裝裝配流程可整合到晶片級(jí)半導(dǎo)體工藝流程中。用于MEMS保 護(hù)的所得腔封裝具有微米級(jí)尺寸且可使其具有低輪廓拱頂，從而允許到外部部件的低輪廓 附接。另一技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是，可使根據(jù)本發(fā)明的封裝完全密閉。制作步驟可與批處理相容且 使用低成本材料工藝步驟。因此，與陶瓷封裝相比較，根據(jù)本發(fā)明的密閉封裝將成本減少約 75%。另外，當(dāng)不需要完全密閉性時(shí)，金屬箔可借助聚合粘合劑密封到條帶。作為封裝概念的變型，電子裝置封裝的結(jié)構(gòu)及制作工藝可擴(kuò)展到由對(duì)光學(xué)信號(hào)透 明的材料制成的箔。因此，經(jīng)囊封的裝置可以是靈敏信號(hào)監(jiān)視器。作為另一變型，可通過(guò)將 額外支撐梁模壓到箔中來(lái)同時(shí)加強(qiáng)形成為扁平箔的鼓凸。所得拱頂機(jī)械強(qiáng)度足夠大以在將 鼓凸局部抽真空之后經(jīng)受大氣壓力，因此允許MEMS裝置在局部真空中操作。


圖1是根據(jù)本發(fā)明制作的封裝中的MEMS裝置的示意性剖視透視圖。圖2Α是具有帶有用于增強(qiáng)所述囊封的機(jī)械強(qiáng)度的經(jīng)模壓的結(jié)構(gòu)的圓頂形鼓凸的 另一 MEMS裝置的示意性透視圖。圖2Β是鼓凸箔沿圖2Α的線2Β-2Β截取的放大橫截面。圖3Α是在載體表面上具有多個(gè)MEMS裝置的半導(dǎo)體載體的示意性分段透視圖。圖3Β是半導(dǎo)體載體沿圖3Α的線3Β-3Β截取的橫截面。圖4到圖11圖解說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明用于制作電子裝置的封裝的方法的步驟。
圖4是用于形成在模壓機(jī)上下半部之間延伸的箔的分段式模壓機(jī)的示意性橫截圖5圖解說(shuō)明分段式模壓機(jī)在合上模壓機(jī)上下半部且形成箔的工藝步驟處的示 意性橫截面。圖6描繪分段式模壓機(jī)在提起具有緊貼的經(jīng)形成箔的模壓機(jī)上半部的工藝步驟 處的示意性橫截面。圖7顯示分段式模壓機(jī)上半部在與相應(yīng)MEMS裝置的工藝步驟對(duì)準(zhǔn)且施能以將箔 密封到裝置載體的步驟之后的示意性橫截面。圖8是分段式載體上的經(jīng)囊封的MEMS裝置在移除箔模壓機(jī)之后的示意性橫截面。圖9示意性地圖解說(shuō)明移除箔鼓凸之間的扁平箔部分的工藝步驟。圖10示意性地描繪單分步驟之后的離散經(jīng)囊封的MEMS裝置。圖11示意性地顯示附接斷開的線接合以用于互連的工藝步驟之后的離散經(jīng)囊封 的MEMS裝置。圖12是根據(jù)本發(fā)明囊封且覆晶裝配到板上的實(shí)例性MEMS裝置的示意性橫截面。圖13是根據(jù)本發(fā)明囊封且裝配到板上的另一實(shí)例性MEMS裝置的示意性橫截面。
具體實(shí)施例方式作為本發(fā)明的實(shí)例性實(shí)施例，圖1圖解說(shuō)明表示為100的一般電子產(chǎn)品，其包含封 裝在成形為鼓凸或拱頂103的箔102之下的微機(jī)電(MEMS)裝置101。MEMS裝置101可以是 諧振器、體聲波濾波器或具有機(jī)械移動(dòng)部件的任何微結(jié)構(gòu)，且具有例如介于15 μ m到20 μ m 之間的長(zhǎng)度及約2μπι的高度的實(shí)例性尺寸。裝置101附接到載體110，所述載體可以是包 含絕緣表面層111的半導(dǎo)體芯片。另一選擇為，載體110可以是任何其它材料，例如母板 或金屬厚板；在具有金屬厚板的一些裝置中，可優(yōu)選地在所述金屬上添加絕緣表面。在圖1 中，裝置101通過(guò)金屬觸點(diǎn)120附接到載體，所述金屬觸點(diǎn)可屬于與反觸點(diǎn)121相同的金屬 化層。金屬120促進(jìn)到除圓頂形箔102之外且與其分開的接觸墊或接合墊130的電連接。 附接到接合墊130的是到外部部件的金屬連接器140。箔102優(yōu)選為金屬的；其可(例如)包含鋁或銅或其合金。作為金屬箔，MEMS裝 置的優(yōu)選厚度范圍介于5 μ m到15 μ m之間；然而，對(duì)于具有大于典型MEMS裝置的裝置的應(yīng) 用，箔可以相當(dāng)厚，甚至在毫米范圍內(nèi)。另一選擇為，箔102可由對(duì)輻射(例如光學(xué)輻射) 尤其對(duì)聚焦激光透明的塑料化合物的制成。當(dāng)可傳輸光信號(hào)時(shí)，所述MEMS裝置可操作為傳 感器。如圖1所指示，箔102具有中心鼓凸部分103及外圍輪緣部分104。舉例來(lái)說(shuō)，對(duì) 于一些MEMS裝置，從所述鼓凸的中心到輪緣的距離可介于20 μ m到50 μ m之間。所述輪緣 部分可進(jìn)一步包含扁平凸緣104a，所述扁平凸緣從所述箔的輪緣部分延伸為單個(gè)不間斷薄 片。實(shí)例性圖1顯示鼓凸103為平滑的且近似為圓環(huán)形或橢圓形。所述鼓凸平行于載體 110的橫截面從輪緣104朝向鼓凸頂點(diǎn)105單調(diào)遞減。然而，鼓凸103可具有適于為裝置 101提供空間來(lái)按打算操作其移動(dòng)部件的任何形狀。舉例來(lái)說(shuō)，鼓凸103可大致成形為矩形 或新月形或蛇形或不規(guī)則外形。此外，鼓凸103可經(jīng)結(jié)構(gòu)以包含特征(例如支撐梁)，所述特征將額外機(jī)械強(qiáng)度賦予所述鼓凸從而支撐用于所述鼓凸的薄的箔材料。舉例來(lái)說(shuō)，圖2A圖解說(shuō)明圓頂形鼓凸 201，其具有從輪緣部分到達(dá)頂點(diǎn)205附近(所述頂點(diǎn)自身可以是扁平的)的多個(gè)細(xì)長(zhǎng)突 部或肋202。在圖2B中描繪鼓凸沿線2B-2B的橫截面，其在箔材料中顯示近似半球狀浮凸 202a。依據(jù)支撐梁的密度以及圓頂形鼓凸的大小及曲率，所述支撐梁允許構(gòu)造封裝，其 中腔可經(jīng)受小于5 · 10_2托的壓力。對(duì)于其它裝置，所述支撐梁實(shí)現(xiàn)封裝，其中可用氣體(例如氮?dú)?位于鼓凸下方的 腔達(dá)超過(guò)大氣壓力的壓力。現(xiàn)參考圖1，產(chǎn)品100進(jìn)一步包含在表面層111上的適于附接箔輪緣的結(jié)構(gòu)122。 結(jié)構(gòu)122優(yōu)選地具有與裝置101間隔開并環(huán)繞裝置101的條帶配置。優(yōu)選地，附接條帶122 包含金屬，例如銅或鋁或其合金。舉例來(lái)說(shuō)，條帶122可在半導(dǎo)體制作流程中從最頂部金屬 化層圖案化。另一選擇為，條帶122可包含塑料化合物、具有粘性的化合物或半導(dǎo)體絕緣 層。條帶122具有適于與輪緣104交會(huì)并附接到輪緣104的總體配置及寬度。在其它實(shí)施例中，可不需要作為單獨(dú)本體的條帶。替代地，輪緣104及凸緣104a 直接附接到載體110。在此情況下，優(yōu)選附接方法采用聚合粘合劑。在其它實(shí)施例中，尤其 當(dāng)載體為金屬的時(shí)，金屬箔到載體的密封為金屬對(duì)金屬密封。當(dāng)條帶122為金屬時(shí)，箔金屬與條帶金屬之間的接觸實(shí)現(xiàn)不僅對(duì)粒子不可滲透而 且對(duì)例如水分子及氧氣分子不可滲透的密閉密封。用于制作金屬對(duì)金屬密封的實(shí)際方法是 焊接(見下文)。當(dāng)載體110是半導(dǎo)體芯片或金屬厚板時(shí)，密閉密封使得如圖1中所示的整 個(gè)封裝密閉。另一選擇為，當(dāng)條帶122為聚合化合物或當(dāng)使用聚合粘合劑時(shí)，箔與條帶之間 的接觸僅為半密閉；其對(duì)粒子不可滲透，但對(duì)水分子及氧氣分子可滲透。條帶122且因此所 述密封可保持窄小，例如達(dá)幾微米。如上文所指出，當(dāng)圖1中的鼓凸部分103由單個(gè)箔薄片制成時(shí)，平行于載體110的 鼓凸橫截面從輪緣104到頂點(diǎn)105單調(diào)遞減。另外，當(dāng)外圍輪緣部分104具有凸緣104a(所 述凸緣從所述輪緣部分無(wú)縫延伸)時(shí)，扁平凸緣104a平行于載體110。為圖解說(shuō)明將多個(gè)MEMS裝置301成批封裝于低成本囊封中的制造工藝流程，圖3A 給出在晶片表面311上具有二維規(guī)則MEMS裝置301陣列的半導(dǎo)體晶片310的一部分的示 意性實(shí)例。裝置301位于裝置位置中。在其它實(shí)例中，所述裝置可處于不規(guī)則或異常位置。 每一 MEMS裝置301由總成條帶320環(huán)繞，所述總成條帶優(yōu)選地由金屬(例如鋁)制成。多 個(gè)金屬墊330 (優(yōu)選地由銅制成)充當(dāng)?shù)较鄳?yīng)裝置的電連接位置。在圖3B中描繪晶片沿線 3B-3B的橫截面；此橫截面將在圖7到圖11中用于圖解說(shuō)明某些工藝步驟。圖4顯示在制造方法中用作二維模壓機(jī)的實(shí)例性形成工具的橫截面。通常表示為 400的所述工具具有下半部410及上半部420。在優(yōu)選實(shí)施例中，模壓機(jī)的下半部由鋼制成， 且上半部由對(duì)激光光學(xué)透明的材料(例如玻璃、石英或透明塑料)制成。當(dāng)使用其它形式 的聚焦能量(例如熱輻射或紅外輻射)時(shí)，上半部402應(yīng)對(duì)所述形式的能量透明。參考圖4，模壓機(jī)下半部410具有扁平表面411。鼓凸412及尖頭銷413從表面 411突出。鼓凸412優(yōu)選地為圓形，以使得所述鼓凸平行于表面411的橫截面從表面411處 最寬的鼓凸尺寸412a朝向鼓凸頂點(diǎn)412b單調(diào)遞減。鼓凸412的位置匹配圖3中MEMS裝 置301的位置。鼓凸412的大小(線性尺寸，例如直徑及外形以及高度)包圍圖3中MEMS裝置301的大小?，F(xiàn)參考圖4，模壓機(jī)上半部420具有扁平表面421。凹部422及尖頭凹口 423挖空 到表面411中。凹部422的位置、形狀及大小匹配相應(yīng)鼓凸412的位置、形狀及大小。凹口 423的位置、形狀及大小匹配相應(yīng)銷413的位置、形狀及大小。圖4進(jìn)一步顯示在模壓機(jī)下半部410與模壓機(jī)上半部420之間延伸的扁平箔430。 在優(yōu)選實(shí)施例中，箔430由金屬(例如鋁、銅、不銹鋼或其合金)制成；另一選擇為，如果不 需要抵抗水分子及氧氣分子的封裝密閉性，則箔430可以由塑料化合物制成。箔430的優(yōu) 選厚度范圍在從約5 μ m到15 μ m的范圍內(nèi)；另一選擇為，當(dāng)可用適合的密封技術(shù)時(shí)，所述箔 可較厚，達(dá)毫米范圍。圖4中的箭頭440指示模壓機(jī)上半部420朝向下半部410移動(dòng)的方 向。在下一工藝步驟中，模壓機(jī)上半部420朝向下半部410移動(dòng)以便使所述模壓機(jī)合 上。在圖4中由箭頭440指示此移動(dòng)。在圖5中圖解說(shuō)明合上模壓機(jī)的結(jié)果。將箔430擠 壓于下半部410與上半部420之間，以使得所述箔形成為展示所述凹部的形狀的鼓凸503， 其中扁平箔部分504a保留在所述凹部之間。將額外箔部分壓成凹口 523的形狀。在圖5 的批工藝步驟中，在單個(gè)工藝步驟中制作多個(gè)相應(yīng)MEMS裝置(參見圖3)所需的多個(gè)鼓凸 503。在圖6中所示的下一工藝步驟中，如由箭頭640指示通過(guò)將模壓機(jī)上半部420從 下半部410提起來(lái)打開模壓機(jī)。如圖6指示，在此提起過(guò)程中，箔430保持緊貼到模壓機(jī)上 半部，這是因?yàn)椴糠?23保持固附于上半部420的凹口中。接下來(lái)，將包含緊貼的箔430的模壓機(jī)上半部420輸送到附接到載體的MEMS裝置 (參見圖3中所描繪的多個(gè)MEMS裝置)。如在圖7中所圖解說(shuō)明，上半部420連同緊貼的 箔430 —起與裝置載體110的表面對(duì)準(zhǔn)，以使得上半部420的每一凹部中的箔503與相應(yīng) 裝置101的位置對(duì)準(zhǔn)，且位于所述凹部之間的扁平箔部分504a具有環(huán)繞每一裝置101的附 接條帶122。如由圖7中的箭頭740指示，將上半部420向下放到載體110上，直到所述箔的扁 平部分504a觸及附接條帶122。觸及條帶122的箔部分在圖7中表示為722。在此階段， 上半部420的每一凹部中的箔503形成在裝置101上方形成拱頂?shù)墓耐埂D7進(jìn)一步圖解說(shuō)明源750使載能輻射751穿過(guò)透明上半部420聚焦到觸及的箔 部分722及條帶122上。輻射能量由箔部分722及條帶122吸收以升高局部溫度，直到箔 材料(例如，第二金屬)與條帶材料(例如，第一金屬)局部密封在一起。優(yōu)選地，輻射源 可沿χ方向及y方向移動(dòng)從而沿環(huán)繞每一 MEMS裝置的附接條帶形成密封接縫。舉例來(lái)說(shuō)， 當(dāng)箔755及條帶122由鋁制成時(shí)，所聚焦輻射751優(yōu)選地是可移動(dòng)激光且密封動(dòng)作包含焊 接。激光束751可快速移動(dòng)，以使得可在短時(shí)間周期內(nèi)完成箔到附接條帶的焊接。由金屬 到金屬焊接所進(jìn)行的密封產(chǎn)生金屬囊封對(duì)載體(例如，半導(dǎo)體芯片)的完全密閉密封。對(duì)于僅需要準(zhǔn)密閉封裝的裝置，可使用聚合粘合劑化合物來(lái)將箔鼓凸附接到載體 條帶或在缺少條帶的情況下附接到載體表面。為使化合物硬化(聚合)，將能量源用于所 聚焦的輻射可能是合實(shí)際的。另一方面，對(duì)于一些化合物，在升高溫度下的老化過(guò)程可能足 夠。在箔附接到載體的情況下，可將模壓機(jī)上半部從箔提起。在已分開并移除模壓機(jī)上半部之后，圖8描繪由箔的鼓凸503囊封的載體110上的MEMS裝置101，所述箔的鼓凸由 密封接縫822附接到載體到達(dá)環(huán)繞所述裝置的條帶。圖9描繪移除(箭頭940)密封接縫822之間的扁平箔部分901的下一工藝步驟。 所述薄的箔在密封接縫822處斷開，且提起(箭頭940)扁平箔部分901。虛線910指示為 單分經(jīng)囊封的裝置而將切割載體(例如半導(dǎo)體晶片)的位置。優(yōu)選切割技術(shù)是鋸切。圖10 顯示單分步驟之后的離散經(jīng)封裝的MEMS裝置1000。在替代方法中，模壓機(jī)下半部經(jīng)配置以使得僅在箔附接位置外部用環(huán)繞每一 MEMS 裝置的尖脊替換銷413。因此，與合上模壓機(jī)兩個(gè)半部且形成箔的步驟(參見圖5)同時(shí)地 切割箔以使得僅具有鼓凸503的每一箔部分保持緊貼到模壓機(jī)上半部，同時(shí)切掉連接箔部 分。因此，僅凸出的箔部分到達(dá)圖7的密封步驟，且圖9中描繪的工藝步驟變得多余。圖11顯示附接到經(jīng)單分裝置的接觸墊130的連接器140。制作連接器的優(yōu)選技 術(shù)是使用由金、銅、鋁或其合金制成的線的線接合。形成自由空氣球140a并通過(guò)將其擠到 墊上來(lái)附接其。所述線在機(jī)械弱熱影響區(qū)中在足夠高于箔鼓凸的頂峰的長(zhǎng)度140b處斷開。 另一選擇為，可將連接導(dǎo)電柱(例如由銅或銅合金制成)沉積到接觸墊上。圖12顯示離散MEMS裝置1201的實(shí)例(未按比例繪制)，其附接到半導(dǎo)體載體 1210且借由金屬1203密閉囊封，其借由斷開的焊球接合1240覆晶裝配到外部板1250上。 所述裝置的總長(zhǎng)度可介于約40 μ m到100 μ m之間且高度約為10 μ m到30 μ m。在圖13中顯示密閉封裝中經(jīng)裝配的MEMS裝置的另一實(shí)例(未按比例繪制)。在 此實(shí)例中，金屬填充的直通硅通孔(TSV) 1340提供從外部板1350到位于金屬鼓凸1303下 方的MEMS裝置1301的電連接。到板1350的觸點(diǎn)上的裝配是通過(guò)填充導(dǎo)通體的金屬的延 長(zhǎng)部分來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中所述延長(zhǎng)部分充當(dāng)微凸塊1340a以供裝配。與具有斷開的焊球接合的 裝置實(shí)例(參見圖12)相比較，圖13的表面安裝裝配允許更小的MEMS裝置進(jìn)一步用于單 分過(guò)程，其中鋸子同時(shí)切穿金屬箔1303 (形成邊緣1303a)及半導(dǎo)體載體1310 (形成邊緣 1310a)。本發(fā)明適用于任何類型的半導(dǎo)體芯片、離散或集成電路，且半導(dǎo)體芯片的材料可 包含硅、硅鍺、砷化鎵或集成電路制造中所使用的任何其它半導(dǎo)體或化合物材料。所述囊封方法可擴(kuò)展到在襯底上封裝任何半導(dǎo)體裝置，以使其完全密閉或準(zhǔn)密 閉，而不浸入普遍材料(例如聚合模制化合物)中。其平行于襯底的橫截面從鼓凸輪緣到 鼓凸頂點(diǎn)單調(diào)遞減的箔鼓凸在低成本、快速周轉(zhuǎn)及消費(fèi)者定向水平上提供密閉外殼。載體為金屬的且具有多個(gè)通孔，借助每一導(dǎo)通體中的連接器到達(dá)裝配于所述載體 上的裝置(當(dāng)然，所述連接器與所述金屬載體絕緣)，且所述裝置由圓頂形金屬箔囊封。以 此方式，所述裝置在模仿法拉第筒/屏的封裝中靜電屏蔽輻射。所述方法可超出半導(dǎo)體封裝的制作擴(kuò)展到對(duì)襯底上任何裝置的微米級(jí)以及更大 數(shù)量級(jí)的囊封，其中密閉性(局部或全部)必不可少，且裝置上方的鼓凸箔具有平行于襯底 的從凸出輪緣到鼓凸頂點(diǎn)單調(diào)遞減的橫截面。本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，在所主張發(fā)明的范圍內(nèi)，許多其它實(shí)施方案 可行。
權(quán)利要求
一種設(shè)備，其包括載體，其具有包含裝置的表面；及箔，其具有中心鼓凸部分及外圍輪緣部分；其中所述鼓凸部分經(jīng)配置以具有平行于所述載體的從所述輪緣部分朝向鼓凸頂點(diǎn)單調(diào)遞減的橫截面；且其中所述箔定位于所述載體表面上方，以使得所述鼓凸部分在所述裝置上方形成拱頂且所述輪緣部分與所述載體表面形成密封。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述箔包含選自由鋁、銅及其合金組成的群組的金屬ο
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述箔具有在從約5μ m到15 μ m的范圍內(nèi)的厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含從所述箔的所述輪緣部分延伸為單個(gè)不 間斷薄片的扁平凸緣，所述凸緣平行于所述載體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述箔是金屬箔，其進(jìn)一步包含在所述箔鼓凸部 分中的可操作為用于機(jī)械加強(qiáng)所述鼓凸部分的支撐梁的結(jié)構(gòu)性配置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含在所述載體表面上的附接條帶，所述條 帶與所述裝置間隔開并環(huán)繞所述裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述附接條帶由金屬制成，且所述箔輪緣與所述 條帶形成密封。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述裝置是微機(jī)電(MEMS)裝置；且所述載體是半 導(dǎo)體芯片。
9.一種用于制作半導(dǎo)體裝置的封裝的方法，其包括如下步驟將模壓于箔中的鼓凸的輪緣密封到在表面上具有裝置的載體的表面上，以使得所述鼓 凸在所述裝置上方形成穹頂。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其在所述密封步驟之前進(jìn)一步包含如下步驟 將鼓凸形成于定位于模壓機(jī)中的扁平箔中，同時(shí)使扁平箔部分圍繞所述鼓凸；及 使所述經(jīng)模壓的箔在所述載體表面上的所述裝置上方移動(dòng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述移動(dòng)步驟包含輸送所述箔，同時(shí)將其緊貼 到所述模壓機(jī)的一部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述裝置包含微機(jī)電(MEMS)裝置；且所述載體 是半導(dǎo)體芯片。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述箔包含選自包含鋁、銅及其合金的群組的金屬 ο
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述形成步驟包含具有下半部及上半部的模壓 機(jī)；所述下半部具有帶有圓形鼓凸的扁平表面，鼓凸位置匹配裝置位置且鼓凸大小包圍裝 置大?。凰錾习氩烤哂袔в袌A形凹部的扁平表面，凹部位置及大小匹配所述鼓凸位置及 大小。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其進(jìn)一步包含在所述模壓機(jī)上半部中的凹口以使所 述經(jīng)模壓的箔能夠緊貼到所述上半部以用于所述移動(dòng)步驟。
16.一種用于制作裝置的封裝的方法，其包括如下步驟提供具有包含裝置的表面及附接條帶的載體，每一條帶與相應(yīng)裝置間隔開并環(huán)繞所述 裝置；提供具有下半部及上半部的模壓機(jī)，所述上半部對(duì)輻射透明；所述下半部具有帶有圓形鼓凸及尖頭銷的扁平表面，鼓凸位置匹配裝置位置且鼓凸大 小包圍裝置大?。凰錾习氩烤哂袔в袌A形凹部及尖頭凹口的扁平表面，凹部位置及大小匹配所述鼓凸 位置及大小，且凹口位置及大小匹配銷位置及大小；使扁平箔在所述模壓機(jī)下半部與所述模壓機(jī)上半部之間延伸；合上所述模壓機(jī)，從而將所述箔擠壓于所述下半部與所述上半部之間，以使得所述箔 形成為所述凹部的形狀，其中扁平箔部分保持在所述凹部之間；打開所述模壓機(jī)，借此所述所形成的箔由所述凹口保持固附且因此緊貼到所述模壓機(jī) 上半部；使包含所述緊貼的箔的所述上半部與所述載體表面對(duì)準(zhǔn)，以使得每一凹部中的所述箔 與相應(yīng)裝置的位置對(duì)準(zhǔn)，且使所述凹部之間的所述扁平箔部分與具有環(huán)繞每一裝置的所述 條帶對(duì)準(zhǔn)；將所述上半部向下放到所述載體上，直到所述扁平箔部分觸及所述附接條帶且所述箔 鼓凸在所述裝置上方形成拱頂；及使載能輻射穿過(guò)所述透明上半部聚焦到所述觸及的箔與條帶以升高局部溫度，直到第 二金屬與第一金屬局部密封在一起，從而沿環(huán)繞每一裝置的所述條帶形成密封接縫。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其進(jìn)一步包含如下步驟移除所述模壓機(jī)上半部；移除所述密封接縫之間的所述扁平箔部分；及通過(guò)將所述載體切割成離散單元來(lái)單分所述裝置。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種密閉微機(jī)電(MEMS)裝置(100)，所述密閉微機(jī)電(MEMS)裝置包括載體(110)，其具有包含裝置(101)的表面(111)及附接條帶(122)，所述條帶與所述裝置間隔開并環(huán)繞所述裝置；金屬箔(102)，其具有中心鼓凸部分(103)及與所述條帶交會(huì)的外圍輪緣部分(104)，平行于所述載體的鼓凸橫截面從所述輪緣朝向鼓凸頂點(diǎn)(105)單調(diào)遞減；且所述箔定位于所述載體表面上方，以使得所述鼓凸在所述裝置上方形成拱頂且所述輪緣與所述條帶形成密封。
文檔編號(hào)H01L23/02GK101925530SQ200980102748
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2009年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月25日
發(fā)明者史威揚(yáng), 庫(kù)爾特·P·瓦赫特勒, 格雷戈里·E·霍華德 申請(qǐng)人:德州儀器公司