[发明专利]腔式半导体封装及其封装方法

说明书

技术领域

本发明通常涉及半导体封装，更具体地说本发明涉及一种用于腔式微机电系统(MEMS)器件封装的盖子附着技术。

背景技术

近年来，微电子和微机电系统(MEMS)技术广受欢迎。这是因为它们提供了一种制作非常小的电子和机械结构的方式并且通过使用传统批量半导体加工工艺在单一衬底上集成这些结构。当这些微电子和MEMS器件成为主流技术的时候，半导体封装的制作和易用性方面的有效封装费用面临着挑战。

附图说明

结合附图并参阅详细说明书以及权利要求书，对本发明会有比较完整的理解。其中在附图中类似的参考符号表示类似的元件，并且：

图1根据一个实施例，显示了示范的腔式半导体封装的透视图；

图2根据另一个实施例，显示了封装图1的腔式半导体封装的封装过程的流程图；

图3显示了在封装的初始阶段的器件的顶视图；

图4显示了沿图3剖面线4-4的器件的侧视图；

图5显示了在封装的后续阶段的器件的顶视图；

图6显示了沿图5剖面线6-6的器件的侧视图；

图7显示了在封装的后续阶段的器件的顶视图；

图8显示了沿图7剖面线8-8的器件的侧视图；

图9根据另一个实施例，显示了器件的侧视图。

具体实施方式

半导体封装通常提供了一组相关的元素。这些元素包括：例如，一个或多个要封装的半导体器件、从器件到封装的连接、提供机械支撑和电、化学和环境保护的围绕或包含结构、以及将封装附接到主板或系统的连接结构。半导体封装工艺的开发人员面临的挑战起因于例如，半导体器件（例如，微电子和微观结构）对高温工艺的灵敏度、对合适屏蔽的需要，在某些情况下需要密闭或接近密闭的密封以保护器件免受污染，等等。

实际上，对于很多半导体器件的封装来说，保护是关键因素。因为腐蚀、防潮、碎片可以阻止设备的工作，即，如果封装保护受损，半导体器件可能会失效，就不产生给定输入的输出或产生给定输入的无效的或不准确的输出。随着集成电路（IC）器件尺寸的持续减小，对微机电系统（MEMS）器件的使用持续增加、并且包括多个半导体器件的半导体封装的制作持续发展、对低成本、可靠的、高密度封装解决方案的需求增加了。

某些类型的半导体器件要求腔式封装，在所述封装内，安装到基座的一个或多个器件被容纳在盖子结构的腔内。所述结构粘附到所述基座。腔式盖子结构部分地为封装的器件提供环境保护。腔式半导体封装的某些盖子附着材料要求热固化以硬化分配在所述基座和所述盖子之间的盖子附着材料，所述基座包括一个或多个半导体器件，所述盖子具有腔，所述半导体器件位于所述腔内。在热固化期间，当结构从室温被加热到固化温度的时候，由于腔内膨胀气体的压力，开口也称为流孔（flow hole）可能形成于粘结材料内。流孔可能形成于盖子附着材料内使得膨胀气体可以从腔内逸出。这些流孔可以给外来媒介例如水、苏打、酸类、制动液、盐雾、以及任何其它能够损坏腔内器件的污染物提供入口。腔式半导体封装内的外来媒介可能导致在腔内形成不需要的导电路径、所需导电路径例如键合引线的断裂和/或腔内材料的分层或肿胀。

为了避免与流孔形成相关联的问题，提出了室温固化材料。然而，一些室温固化材料可能不适合要求有电磁屏蔽的设计。为了提供电磁屏蔽，盖子是由一种导电材料例如金属所形成的。导电盖子可能对电磁屏蔽无效，除非在半导体封装内被附接到地面。在这样的配置中，盖子附着材料应该是导电的以提供通往地面的路径。适合于在室温下固化的现有技术的导电盖子附着材料具有短的工作时间。也称为适用期（pot life）的短的工作时间是材料在其原有封装被打开或加入催化剂或其它固化剂之后是有用的时间长度。室温固化导电盖子附着材料的短适用期在生产环境中不是所想要的特性。适合于在室温下固化的一些现有技术的盖子附着材料通过使用例如紫外线辐射，可以有较长的适用期。然而，这种UV固化盖子附着材料通常其导电形式是不可获得的。

另一种可以实施以避免流孔形成的问题的技术是超声波焊接。在超声波焊接中，高频超声波的声振动被局部施加到工件中以创建固态的焊接。在超声波焊接中，不需要将焊接材料、粘合剂、紧固件等与材料结合在一起。因此，流孔不能形成。然而，超声波焊接可不适用于包含例如MEMS器件的半导体封装，因为高频率的超声波声振动可能会破坏位于腔内的MEMS器件的脆弱的移动微观结构。