晶圆级多腔体多级真空封装结构及其制备方法

allin2025-06-12  56


本发明属于芯片晶圆级封装,特别是涉及一种晶圆级多腔体多级真空封装结构及其制备方法。


背景技术:

1、在集成电路芯片生产过程中,芯片封装是十分重要的环节。由于芯片上的特征尺寸非常微小,金属触点难以直接与电路板上的导线连接,需要通过封装技术将芯片上的触点与电路板之间建立连接。此外,在实际使用时,芯片一般需要进行保护,以防止意外碰损。传统的芯片封装是将预先加工并分割好的单个芯片固定在封装管壳内,通过引线键合技术将芯片上的触点与封装管壳上的电引脚连接,最后灌入绝缘封装材料或加盖板密封。随着半导体制造工艺的发展,晶圆级封装(wafer lever packaging,wlp)被开发出来用于提高集成度和降低芯片制造成本,该技术是对整片晶圆进行封装测试后再切割得到单个成品芯片的技术,封装后的芯片尺寸与裸片几乎一致。与传统的管壳级封装相比,晶圆级封装的芯片体积更小,制造成本更低,也更适合应用于小型移动应用或高集成度系统之中。

2、近年,微机电系统(mico-electro-mechanical systems,mems)已经在各种领域被广泛应用。微机电系统芯片上加工有微米级的机械结构和电极,可以实现物理、声、光、磁力等信号的传输或感测,并由此制成各种各样的传感器和驱动器,例如压力计、加速度计、陀螺仪、麦克风、微镜、磁力计、温度传感器等。微机电系统芯片的封装技术借鉴了许多上述集成电路芯片的封装技术,并且再次基础上额外提出了更多的要求。由于微机电元件十分脆弱,容易受外部污染物或颗粒等损害,一般都需要加带腔体的盖板密封进行保护。晶圆级封装技术也适合用于微机电系统芯片封装,一般先通过带腔体的盖板晶圆与微机电系统晶圆的键合,达到晶圆级密封的要求,同时保持盖板晶圆与微机电系统晶圆之间的物理空间。目前,在制备晶圆级多腔体多级真空封装结构中存在多腔体的制造工艺复杂、成本高昂,且多腔体在实现真空过程中容易导致产品碎裂,从而使良率降低等的问题。


技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种晶圆级多腔体多级真空封装结构及其制备方法,用于解决现有技术中在制备晶圆级多腔体多级真空封装结构中存在多腔体的制造工艺复杂、成本高昂,且多腔体在实现真空过程中容易导致产品碎裂,从而使良率降低等的问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供一种晶圆级多腔体多级真空封装结构的制备方法,所述制备方法包括:

3、提供预设厚度的第一金属晶圆,所述第一金属晶圆包括相对的第一面及第二面;

4、于所述第一金属晶圆的所述第一面形成至少一个沿其厚度方向延伸的盲腔,及形成至少一个沿所述第一金属晶圆厚度方向贯通的空腔;剩余的所述第一金属晶圆形成为金属墙;

5、提供表面形成有键合金属层的芯片晶圆,并将所述芯片晶圆上的所述键合金属层与所述第一金属晶圆上的所述金属墙键合,以使所述盲腔与所述芯片晶圆之间形成为第一真空腔体;

6、提供表面粘合有有机粘合层的第二金属晶圆,并对所述第一金属晶圆上的所述空腔进行预设真空度的抽真空后,基于所述有机粘合层将所述第二金属晶圆与所述第一金属晶圆的所述第二面键合,以使所述空腔与所述芯片晶圆之间形成为第二真空腔体。

7、可选地,键合所述第二金属晶圆后,还包括对所述芯片晶圆进行减薄至预设厚度的步骤。

8、可选地,所述第一金属晶圆的材料为可伐合金,所述第二金属晶圆的材料为可伐合金。

9、可选地,采用机械加工工艺形成所述盲腔及所述空腔。

10、进一步地,所述机械加工工艺为激光刻蚀。

11、可选地,采用金属间熔融键合的方式将所述键合金属层与所述第一金属晶圆上的所述金属墙键合。

12、可选地,所述第一金属晶圆上还形成有多个预留空腔,该预留空腔作为后续形成的独立的封装体的电路引出腔。

13、可选地,还包括划片步骤,将上述所得结构沿切割道分割为独立的封装体。

14、本发明还提供一种晶圆级多腔体多级真空封装结构,采用如上任一所述的晶圆级多腔体多级真空封装结构的制备方法制备得到,所述封装结构包括:由下向上依次键合的芯片晶圆、第一金属晶圆及第二金属晶圆;

15、所述第一金属晶圆表面形成有至少一个沿其厚度方向延伸的盲腔,及至少一个沿其厚度方向贯通的空腔;剩余的所述第一金属晶圆形成为金属墙;

16、所述芯片晶圆表面形成有键合金属层;

17、所述第一金属晶圆与所述芯片晶圆通过所述键合金属层与所述金属墙键合,并在所述盲腔与所述芯片晶圆之间形成第一真空腔体;

18、所述第二金属晶圆表面形成有有机粘合层,且通过该有机粘合层与所述第一金属晶圆键合,以在所述空腔与所述芯片晶圆之间形成第二真空腔体。

19、可选地,所述芯片晶圆为微机电系统芯片晶圆。

20、如上所述,本发明的晶圆级多腔体多级真空封装结构及其制备方法,该制备方法以金属材料作为盖板晶圆,可直接刻蚀形成盲腔及空腔,避免了真空刻蚀机台的使用,金属本身就可以作为键合材料,避免了在盖板晶圆上制备键合金属层的过程,且使用两块金属晶圆即可实现第二真空腔体,有效降低工艺复杂度及制造成本;另外,金属具有较佳的导电属性且具有较小的热膨胀系数和较好的力学强度,导电性能使其具有较强的电磁屏蔽效应,较小的热膨胀系数使其在后续加工过程中不易变形,较好的力学强度可使第一晶圆做的比较薄,避免在后续的工艺过程中,例如键合过程、抽真空过程,对芯片晶圆造成损伤,提高产品良率;最后,金属材质的盖板更能提高封装体的散热效果。



技术特征:

1.一种晶圆级多腔体多级真空封装结构的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括:

2.根据权利要求1所述的晶圆级多腔体多级真空封装结构的制备方法,其特征在于:键合所述第二金属晶圆后,还包括对所述芯片晶圆进行减薄至预设厚度的步骤。

3.根据权利要求1所述的晶圆级多腔体多级真空封装结构的制备方法,其特征在于:所述第一金属晶圆的材料为可伐合金,所述第二金属晶圆的材料为可伐合金。

4.根据权利要求1所述的晶圆级多腔体多级真空封装结构的制备方法,其特征在于:采用机械加工工艺形成所述盲腔及所述空腔。

5.根据权利要求4所述的晶圆级多腔体多级真空封装结构的制备方法,其特征在于:所述机械加工工艺为激光刻蚀。

6.根据权利要求1所述的晶圆级多腔体多级真空封装结构的制备方法,其特征在于:采用金属间熔融键合的方式将所述键合金属层与所述第一金属晶圆上的所述金属墙键合。

7.根据权利要求1所述的晶圆级多腔体多级真空封装结构的制备方法,其特征在于:所述第一金属晶圆上还形成有多个预留空腔,该预留空腔作为后续形成的独立的封装体的电路引出腔。

8.根据权利要求1所述的晶圆级多腔体多级真空封装结构的制备方法,其特征在于,还包括划片步骤,将上述所得结构沿切割道分割为独立的封装体。

9.一种晶圆级多腔体多级真空封装结构,其特征在于,所述封装结构包括:由下向上依次键合的芯片晶圆、第一金属晶圆及第二金属晶圆;

10.根据权利要求9所述的晶圆级多腔体多级真空封装结构,其特征在于:所述芯片晶圆为微机电系统芯片晶圆。


技术总结
本发明提供一种晶圆级多腔体多级真空封装结构及其制备方法,以金属材料作为盖板晶圆,可直接刻蚀形成盲腔及空腔,避免了真空刻蚀机台的使用,金属本身就可以作为键合材料,避免了在盖板晶圆上制备键合金属层的过程,且使用两块金属晶圆即可实现第二真空腔体,有效降低工艺复杂度及制造成本;另外,金属具有较佳的导电属性且具有较小的热膨胀系数和较好的力学强度,导电性能使其具有较强的电磁屏蔽效应,较小的热膨胀系数使其在后续加工过程中不易变形,较好的力学强度可使第一晶圆做的比较薄,避免在后续的工艺过程中,例如键合过程、抽真空过程,对芯片晶圆造成损伤,提高产品良率;最后,金属材质的盖板更能提高封装体的散热效果。

技术研发人员:肖克来提
受保护的技术使用者:中国科学院上海微系统与信息技术研究所
技术研发日:
技术公布日:2024/10/31
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