《一種半導體MEMS晶片封裝方法及其封裝結構》是煙臺睿創微納技術有限公司於2011年12月5日申請的發明專利，該專利申請號為2011103982361，公布號為CN102431959B，公布日為2012年5月2日，發明人是熊筆鋒。該發明屬於晶片封裝技術領域。
《一種半導體MEMS晶片封裝方法及其封裝結構》包括以下步驟：步驟一、將一個半導體MEMS晶片與一個包括電極陶瓷塊和牆體的壁型殼體連結為一體；步驟二、將一個光學視窗與步驟一製成的部分密封連線成一個密封腔體。該發明所述的一種半導體MEMS晶片封裝方法及其封裝結構明顯著簡化了半導體MEMS晶片的封裝結構和密封工藝，避免了需要在封裝腔體內貼裝半導體MEMS晶片工藝製作步驟以及晶片貼裝粘接材料長期放氣和物質揮發對密封腔體環境的改變，尤其是對高真空腔體的真空度破壞，減少了密封腔體內元件或物質的數量，減小封裝結構尺寸，顯著降低半導體MEMS晶片的封裝成本，提高了封裝製造的效率。
2017年12月，《一種半導體MEMS晶片封裝方法及其封裝結構》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種半導體MEMS晶片封裝方法及其封裝結構》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種半導體MEMS晶片封裝方法及其封裝結構
- 地址：山東省煙臺市經濟技術開發區珠江路32號留學生創業園3號E區539室
- 申請人：煙臺睿創微納技術有限公司
- 申請號：2011103982361
- 申請日：2011年12月5日
- 發明人：熊筆鋒
- 代理人：楊立
- 代理機構：北京輕創智慧財產權代理有限公司
- 公布號：CN102431959B
- 公布日：2012年5月2日
- 類別：發明專利
- Int. Cl.：B81C1/00（2006.01）I、B81B7/00（2006.01）I
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
各種半導體MEMS器件產品作為高品質感測器或者探測器在工業感測、圖象通信、消費電子、汽車工業、軍事工業等領域得到越來越多的套用。半導體MEMS產品製造技術是這種套用的基礎，而半導體MEMS晶片封裝技術是半導體MEMS感測產品製造中的最關鍵技術之一。
一般而言，半導體MEMS晶片封裝技術採用金屬或陶瓷殼體作為密封腔，其典型結構如圖1所示，殼體2為一個開口的長方體腔體，其側壁上製作了陶瓷結構件3，陶瓷結構件3與殼體2之間經過金屬陶瓷共燒工藝進行了密封焊接，陶瓷結構件3上製作了金屬焊盤31，金屬焊盤31與殼體2側壁外附著在陶瓷結構件3上的金屬引線32是電連通的，這樣，半導體晶片1經過金絲4與外部形成電連通，實現信號通信與控制，半導體晶片1貼裝在熱電製冷器（TEC）5上，熱電製冷器（TEC）5貼裝在殼體2底板上，與外部形成熱通路，光學視窗或者蓋板6與殼體2之間密封焊接，這樣，半導體晶片1就被密封在一個密閉環境中，外部光學信號通過光學視窗6入射到半導體晶片1，對一些半導體MEMS晶片的套用要求而言，光學視窗6與殼體2形成的密封腔體需要保持高真空狀態，在產品使用過程中，為了保證高真空長期壽命，需要在腔體內安裝吸氣劑7來吸附腔體內壁以及內部所有元件釋放出來的氣體，即使如此，這種高真空狀態也不易保持，因此需要對各元件有嚴格的極低放氣率要求，所有的粘接材料，比如半導體晶片1與熱電製冷器（TEC）5以及熱電製冷器（TEC）5與殼體1底板之間的粘接材料，也需要有嚴格的長期極低放氣率要求，這就使得封裝原材料選擇要求極其嚴格、封裝結構複雜、體積較大、製作工藝困難、封裝成本高昂。
除此之外，還有另外一種與上述結構類似的半導體MEMS晶片封裝技術，如圖3、圖4所示，就是半導體MEMS晶片1封裝在一個開口的長方體腔體陶瓷殼體8內，殼體底板周邊設有金屬化焊盤81，與殼體8底部的金屬引線82連通，金屬引線82可以是多排，布局在殼體8的底板四周，這種密封的陶瓷殼體已經十分成熟，在封裝領域有廣泛地套用，半導體MEMS晶片1通過粘接材料直接貼裝在陶瓷殼體8腔體內的底板上，用金絲4以及金絲鍵合工藝實現半導體MEMS晶片1與金屬化焊盤81之間的電連通，光學視窗9與殼體8焊接密封，將半導體MEMS晶片1密封在一個密閉腔體中，與上一種結構類似，只是減少了一個熱電製冷器，對某些半導體MEMS晶片而言，需要高真空套用環境，因此，腔體內的粘接材料以及各種元件長期放氣特性依然造成了保持和控制長期高真空環境的困難，同樣，該種封裝結構也存在封裝材料放氣特性要求極嚴、封裝結構複雜、製作工藝困難、成本高昂的缺點。另外，以上兩種2011年12月之前已有的半導體MEMS封裝技術均需要在密封腔體內將晶片貼裝一個平面上，這存在著各種材料熱膨脹係數失配以及高應力風險，而且粘接工藝難度大，高可靠性粘接材料選擇困難。
發明內容
專利目的
《一種半導體MEMS晶片封裝方法及其封裝結構》提供一種半導體MEMS晶片封裝方法，這種方法結構簡單、體積小、成本低廉，經過這種方法解決了2011年12月之前已有半導體晶片封裝技術難以維持高真空的不足。
另外，該發明的另一個目的在於提供一種半導體MEMS晶片封裝結構，這種結構簡單、體積小、成本低廉，這種結構解決了2011年12月之前已有半導體晶片封裝技術難以維持高真空的不足。
技術方案
《一種半導體MEMS晶片封裝方法及其封裝結構》包括以下步驟：
步驟一：將一個半導體MEMS晶片與一個包括電極陶瓷塊和牆體的壁型殼體連線為一體；
步驟二：將一個光學視窗與步驟一製成的結構密封連線成一個密封腔體。
進一步，該發明所述的半導體MEMS晶片封裝方法，步驟一具體為：
a.製備一個半導體MEMS晶片，使所述半導體MEMS晶片包括MEMS結構區、金屬化焊盤及密封連線區域三個結構；
b.製備一個壁型殼體，使所述壁型殼體包括電極陶瓷塊和牆體兩部分，電極陶瓷塊鑲嵌在牆體中，位於牆體內側的電極陶瓷塊上製作有金屬焊盤，牆體外側的電極陶瓷塊上製作有金屬引腳，金屬焊盤與金屬引腳分別電連通；
c.製備一個光學視窗，使所述光學視窗包括通光區域和連線區域；
d.將壁型殼體安裝並密封連線在半導體MEMS晶片上的密封連線區域上；
e.通過金絲將半導體MEMS晶片上的金屬焊盤與壁形殼體上的金屬焊盤連線起來，實現了半導體MEMS晶片與外部電路的電路的連通；
f.將吸氣劑安裝在壁型殼體的牆體內側；
步驟二具體為：
g.將光學視窗與壁型殼體密封連線在一起，半導體MEMS晶片、壁型殼體、光學視窗和吸氣劑四部分組成一個密封腔體。
進一步，該發明所述的半導體MEMS晶片封裝方法，所述的步驟a、b、c的順序可以任意互換。
進一步，該發明所述的半導體MEMS晶片封裝方法，所述的步驟d、g中的密封連線方式可以採用金屬密封焊接工藝。
進一步，該發明所述的半導體MEMS晶片封裝方法，所述的步驟d、g中的密封連線方式可以採用通過粘接材料密封粘接工藝。
進一步，該發明所述的半導體MEMS晶片封裝方法，所述的步驟e金絲D通過金絲鍵合方法將半導體MEMS晶片A上的金屬焊盤A2與壁形殼體B上的金屬焊盤B11連線起來，金絲鍵合方法是指用金絲作為焊線的一種焊接方法。
根據該發明的另一個目的，提供的一種半導體MEMS晶片封裝結構，所述半導體MEMS晶片封裝結構由一個半導體MEMS晶片、一個壁型殼體和一個光學視窗三部分組成一個密封腔體，還有一個吸氣劑安裝在密封腔體內部。
進一步，該發明所述半導體MEMS晶片設有位於半導體MEMS晶片中部的MEMS結構區、位於半導體MEMS晶片邊緣呈閉合結構的密封連線區域及位於所述MEMS結構區兩側密封連線區域內部的金屬化焊盤，所述壁型殼體包括電極陶瓷塊和牆體，電極陶瓷塊鑲嵌在牆體中，位於牆體內側的電極陶瓷塊上製作有金屬焊盤，牆體外側的電極陶瓷塊上製作有金屬引腳，金屬焊盤與金屬引腳分別電連通，所述光學視窗包括位於光學視窗邊緣呈閉合結構的連線區域和被連線區域閉合包圍在內部的通光區域。
進一步，該發明所述吸氣劑置於壁型殼體的牆體內側。
進一步，該發明所述壁型殼體安裝並密封連線在半導體MEMS晶片上的密封連線區域上，所述半導體MEMS晶片上的金屬焊盤與壁形殼體上的金屬焊盤通過金絲連線。
進一步，該發明所述光學視窗上的連線區域與壁型殼體未與半導體MEMS晶片連線的一面的牆體密封連線在一起。
進一步，該發明所述密封連線方式可以採用金屬密封焊接工藝或採用通過粘接材料密封粘接工藝，所述金絲通過金絲鍵合技術將半導體MEMS晶片上的金屬焊盤與壁形殼體上的金屬焊盤連線起來。
改善效果
《一種半導體MEMS晶片封裝方法及其封裝結構》簡化了半導體MEMS晶片的封裝結構和密封工藝，避免了需要在封裝腔體內貼裝半導體MEMS晶片工藝製作步驟以及晶片貼裝粘接材料長期放氣和物質揮發對密封腔體環境的改變，尤其是對高真空腔體的真空度破壞，減少了密封腔體內元件或物質的數量，減小封裝結構尺寸，顯著降低半導體MEMS晶片的封裝成本，提高了封裝製造的效率。
附圖說明
圖1為2011年12月之前已有半導體MEMS晶片封裝典型結構示意圖；
圖2為2011年12月之前已有半導體MEMS晶片封裝典型結構分解示意圖；
圖3為2011年12月之前已有另一種半導體MEMS晶片封裝典型結構示意圖；
圖4為2011年12月之前已有另一種半導體MEMS晶片封裝典型結構分解示意圖；
圖5為《一種半導體MEMS晶片封裝方法及其封裝結構》所述的一種半導體MEMS晶片封裝方法結構示意圖；
圖6為該發明所述的一種半導體MEMS晶片封裝方法結構分解示意圖；
圖7為該發明所述的一種半導體MEMS晶片封裝方法的半導體MEMS晶片的結構示意圖；
圖8為該發明所述的一種半導體MEMS晶片封裝方法的壁型殼體的結構示意圖；
圖9為該發明所述的一種半導體MEMS晶片封裝方法的光學視窗的結構示意圖。
權利要求
1.一種半導體MEMS晶片封裝方法，其特徵在於，包括以下步驟：
步驟一：將一個半導體MEMS晶片與一個包括電極陶瓷塊和牆體的壁型殼體連線為一體；
步驟二：將一個光學視窗與步驟一製成的結構密封連線成一個密封腔體；具體為：將光學視窗與壁型殼體未與半導體MEMS晶片連線的一面密封連線在一起，半導體MEMS晶片、壁型殼體和光學視窗三部分組成一個密封腔體。
2.如權利要求1所述的半導體MEMS晶片封裝方法，其特徵在於，所述步驟一具體為：a.製備一個半導體MEMS晶片，使所述半導體MEMS晶片包括位於半導體MEMS晶片中部的MEMS結構區、位於半導體MEMS晶片邊緣呈閉合結構的密封連線區域及位於所述MEMS結構區兩側密封連線區域內部的金屬焊盤；
b.製備一個壁型殼體，使所述壁型殼體包括電極陶瓷塊和牆體兩部分，電極陶瓷塊鑲嵌在牆體中，位於牆體內側的電極陶瓷塊上製作有金屬焊盤，牆體外側的電極陶瓷塊上製作有金屬引腳，金屬焊盤與金屬引腳分別電連通；
c.使用透光密封材料製備一個光學視窗，使所述光學視窗包括位於光學視窗邊緣呈閉合結構的連線區域和被連線區域閉合包圍在內部的通光區域；
d.將壁型殼體安裝並密封連線在半導體MEMS晶片上的密封連線區域上；
e.通過金絲將半導體MEMS晶片上的金屬焊盤與壁形殼體上的金屬焊盤連線起來；
f.將吸氣劑安裝在壁型殼體的牆體內側。
3.如權利要求2所述的半導體MEMS晶片封裝方法，其特徵在於，所述的步驟e中通過金絲鍵合方法將半導體MEMS晶片上的金屬焊盤與壁形殼體上的金屬焊盤連線起來。
4.如權利要求2所述的半導體MEMS晶片封裝方法，其特徵在於，所述的步驟a、b、c的順序可互換。
5.如權利要求1至4任一項所述的半導體MEMS晶片封裝方法，其特徵在於，所述的步驟一或步驟二中的連線方式為金屬密封焊接。
6.如權利要求1至4任一項所述的半導體MEMS晶片封裝方法，其特徵在於，所述的步驟一或步驟二中的連線方式為通過粘接材料密封粘接。
7.一種半導體MEMS晶片封裝結構，包括一個半導體MEMS晶片、一個光學視窗和一個吸氣劑，其特徵在於，還包括一個壁型殼體，所述半導體MEMS晶片封裝結構由一個半導體MEMS晶片、一個光學視窗和一個壁型殼體三部分組成一個密封腔體，所述吸氣劑置於該密封腔體內部；所述光學視窗與壁型殼體密封連線在一起，半導體MEMS晶片、壁型殼體、光學視窗和吸氣劑四部分組成一個密封腔體。
8.如權利要求7所述的半導體MEMS晶片封裝結構，其特徵在於，所述半導體MEMS晶片設有位於半導體MEMS晶片中部的MEMS結構區、位於半導體MEMS晶片邊緣呈閉合結構的密封連線區域及位於所述MEMS結構區兩側密封連線區域內部的金屬化焊盤，所述壁型殼體包括電極陶瓷塊和牆體，電極陶瓷塊鑲嵌在牆體中，位於牆體內側的電極陶瓷塊上製作有金屬焊盤，牆體外側的電極陶瓷塊上製作有金屬引腳，金屬焊盤與金屬引腳分別電連通，所述光學視窗包括位於光學視窗邊緣呈閉合結構的連線區域和被連線區域閉合包圍在內部的通光區域。
9.如權利要求7所述的半導體MEMS晶片封裝結構，其特徵在於，所述吸氣劑置於壁型殼體的牆體內側。
10.如權利要求8所述的半導體MEMS晶片封裝結構，其特徵在於，所述壁型殼體安裝並密封連線在半導體MEMS晶片上的密封連線區域上，所述半導體MEMS晶片上的金屬焊盤與壁形殼體上的金屬焊盤通過金絲連線。
11.如權利要求8所述的半導體MEMS晶片封裝結構，其特徵在於，所述光學視窗上的連線區域與壁型殼體未與半導體MEMS晶片連線的一面的牆體密封連線在一起。
12.如權利要求10所述的半導體MEMS晶片封裝結構，其特徵在於，所述密封連線方式為金屬密封焊接或通過粘接材料密封粘接，所述金絲通過金絲鍵合方式將半導體MEMS晶片上的金屬焊盤與壁形殼體上的金屬焊盤連線起來。
實施方式
《一種半導體MEMS晶片封裝方法及其封裝結構》所述的一種半導體MEMS晶片封裝方法，步驟如下：首先是製備原料階段，如圖7所示，製備一個半導體MEMS晶片A，使所述半導體MEMS晶片A包括MEMS結構區A1、金屬化焊盤A2及密封連線區域A3三個結構，如8所示，製備一個壁型殼體B，使所述壁型殼體B包括電極陶瓷塊B1和牆體B2兩部分，電極陶瓷塊B1鑲嵌在牆體B2中，位於牆體B2內側的電極陶瓷塊B1上製作有金屬焊盤B11，牆體B2外側的電極陶瓷塊B1上製作有金屬引腳B12，金屬焊盤B11與金屬引腳B12分別電連通，如圖9所示，製備一個光學視窗C，使所述光學視窗C包括通光區域C1和連線區域C2。
之後，按照如圖6所示，將四個部件按次序連線在一起，將壁型殼體B安裝並金屬密封焊接在半導體MEMS晶片A上的密封連線區域A3上，金絲D通過金絲鍵合技術將半導體MEMS晶片A上的金屬焊盤A2與壁形殼體B上的金屬焊盤B11連線起來，實現了半導體MEMS晶片A與外部電路的電路的連通，將吸氣劑E安裝在壁型殼體B的牆體B2內側，將光學視窗C與壁型殼體B密封粘接在一起，半導體MEMS晶片A、壁型殼體B和光學視窗C三部分組成一個密封腔體，如圖5所示。
如圖5所示，該發明所述的一種半導體MEMS晶片封裝結構，所述半導體MEMS晶片封裝結構由一個半導體MEMS晶片A、一個壁型殼體B和一個光學視窗C三部分組成一個密封腔體，一個吸氣劑E設於密封腔體內，所述吸氣劑E安裝在壁型殼體B的牆體B2內側，如圖7所示，所述半導體MEMS晶片A設有位於半導體MEMS晶片中部的MEMS結構區A1、位於半導體MEMS晶片邊緣呈閉合結構的密封連線區域A3及位於所述MEMS結構區兩側密封連線區域內部的金屬化焊盤A2，如圖8所示，所述壁型殼體B包括電極陶瓷塊B1和牆體B2，電極陶瓷塊B1鑲嵌在牆體B2中，位於牆體B2內側的電極陶瓷塊B1上製作有金屬焊盤B11，牆體B2外側的電極陶瓷塊B1上製作有金屬引腳B12，所述金屬焊盤B11與金屬引腳B12分別電連通，如圖9所示，所述光學視窗C包括位於光學視窗邊緣呈閉合結構的連線區域C2和被連線區域閉合包圍在內部的通光區域C1，如圖6所示，所述壁型殼體B安裝並通過粘接材料密封粘接工藝密封連線在半導體MEMS晶片A上的密封連線區域A3上，所述半導體MEMS晶片A上的金屬焊盤A2與壁形殼體B上的金屬焊盤B11使用金絲通過金絲鍵合技術連線，所述光學視窗C上的連線區域C2與壁型殼體B未與半導體MEMS晶片A連線的一面的牆體B2通過粘接材料密封粘接工藝密封連線在一起。
榮譽表彰
2017年12月，《一種半導體MEMS晶片封裝方法及其封裝結構》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
