專利名稱：框架及制造組件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電子器件組裝的框架。
本發(fā)明還涉及一種制造組件的方法，其中這種框架被組裝到至 少包括一個電子元件的器件上。 本發(fā)明還涉及制成的組件。
背景技術(shù)：
本發(fā)明的特定應(yīng)用涉及具有電子元件的組件，其中電子元件需 要位于具有閉合罩的空腔中。由于電子元件的特有結(jié)構(gòu)，需要這個位
置；這種元件的示例有聲表面波(SAW)濾波器，體聲波(BAW)濾波 器，諸如諧振器、振蕩器、可調(diào)電容器和開關(guān)之類的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS) 器件，此外還有某些顯示元件。這些元件具有可動結(jié)構(gòu)或具有不能用 模具覆蓋的表面。
結(jié)果顯示，'如果將所有要求考慮進(jìn)去，制造這種組件是困難的。 罩應(yīng)該提供防潮、防灰塵保護(hù)。它需要在機(jī)械上是穩(wěn)定的，并且不應(yīng) 該由于罩和器件之間熱膨脹的巨大差異而在熱循環(huán)中失效。適當(dāng)?shù)兀?為了降低成本，在晶圓級規(guī)模上將罩組裝到器件上。由于助焊劑會污 染電子元件，導(dǎo)致不正常工作，所以在很多應(yīng)用中不能使用助焊劑。 對于諸如RF MEMS電容器之類的某些應(yīng)用，應(yīng)該限制空腔中的氣體， 例如純氮，或者必須使空腔處于真空狀態(tài)下。那么，當(dāng)然需要密封封 裝了。并且在任何情況下，要盡量地限制光刻步驟的數(shù)量，以便將組 裝成本限制在可接受水平一一組件往往比器件制造更昂貴。適當(dāng)?shù)兀?在切片之前能測試組裝的器件，并且如果該組件不滿足所要求的測試 結(jié)果，可拆除組件并重新組裝。并且，所有這些必須能被可以工業(yè)化 和大規(guī)模使用的工藝所實現(xiàn)。
總的來說，這是真正的工程挑戰(zhàn)，提出和發(fā)展了很多提案，期
5望至少一種工藝能滿足所有要求。 一個是IMEC在US6297072中公開 的提案。其中，罩是硅晶片，該硅晶片具有焊接到器件的焊料環(huán)。焊
料環(huán)中的鋸.齒允許空腔中的氣體進(jìn)行交換。然而，需要使用助焊劑來 制造該工件，這將損壞空腔中的器件。Tessera在US2005/0067688 中公開了另一個提案。其中，用粘合劑等將通常為另一個玻璃片、硅 片或陶瓷片的框架附著在器件晶片上。該粘合劑被涂敷至敏感器件結(jié) 構(gòu)附近。該框架具有側(cè)壁被金屬化的通孔。將焊球施加在這些通孔上 并熔化焊球。該熔化使焊料向下流動，延伸到器件上的對齊的接觸焊 盤。從而產(chǎn)生框架和器件之間的電連接。然而，該專利申請的罩所提 供的保護(hù)取決于形成空腔側(cè)壁的粘合劑材料。如果粘合劑是玻璃，保 護(hù)效果很好，但是聚合物通常是不能提供良好的保護(hù)。使用玻璃的缺 點是需要用高溫來實現(xiàn)與陶瓷、硅或其他玻璃的致密鍵合。另一個實 際問題看起來是所需的對齊如果框架在器件晶片上稍微有一點不對 齊，焊料可能會落在非預(yù)期的其他特征上，結(jié)果是器件失效。
EP-A 1445861公開了另一種非常直接的提案。在此，框架是具 有導(dǎo)電通路的襯底。該襯底可以是由例如陶瓷的電絕緣材料，或具有 絕緣表面的例如金屬的導(dǎo)電材料制成。對框架進(jìn)行鍍錫處理，對器件 進(jìn)行鍍金處理。在鍵合步驟中對它們進(jìn)行熔合。在此，在器件和框架 之間形成了密封環(huán)和各自的觸點。在此說明，優(yōu)選具有金屬核心和絕 緣表面的框架，以便能匹配器件和框架的熱膨脹系數(shù)。然而，這種匹
配將使框架成為一個非常特定的元件，因此是昂貴的。而且，將組件 分割為單件需要進(jìn)行穿過器件晶片和金屬核心的切片。由于金屬和器
件之間的硬度差異，用鋸來完成這種切片操作是非常困難的。顯然地， 可在分離步驟中來蝕刻金屬，但是這需要光刻工藝，又使其變得昂貴。 因此，還需要這種組件的改進(jìn)制造方法，其能滿足成本和性能 的要求，而且與其他組裝工藝適當(dāng)?shù)叵嗨疲员憷脴?biāo)準(zhǔn)化材料和工 藝。

發(fā)明內(nèi)容
因此，第一目的是提供一種開篇提到類型的改進(jìn)框架，該框架適于制造包括具有封閉罩的空腔的組件。
第二目'的是提供一種開篇提到類型的制造方法，其中將框架與 器件組裝起來，形成一種改進(jìn)的組件。
用包括具有第一圖案的第一層、中間層和具有第二圖案的第二 層的框架來實現(xiàn)第一目的，其中中間層是連續(xù)的，以便載體襯底不會 碎裂。
將該框架組裝到器件上來實現(xiàn)第二目的，該器件上具有布置在 圖案中的接觸焊盤，所述圖案對應(yīng)于第一圖案的至少一部分，該方法 包括以下步驟(1)將器件的接觸焊盤與框架的第一圖案的至少一部 分對齊；(2)將接觸焊盤鍵合到所述的對齊的圖案，以及(3)蝕刻
中間層。
本發(fā)明的方法與現(xiàn)有技術(shù)的方法的區(qū)別在于罩的蓋部分以及 罩的壁部分都被限定在框架中，而不僅僅是蓋部分。換句話說，可預(yù) 先限定罩的結(jié)構(gòu)，在組裝期間僅僅存在對齊和鍵合任務(wù)?？蚣艿亩鄬?結(jié)構(gòu)能實現(xiàn)在框架內(nèi)提供罩的結(jié)構(gòu)，這允許分別形成第一和第二層的 圖案。
具有連續(xù)中間層的特殊多層結(jié)構(gòu)允許框架集成，只要這種集成 是浙械穩(wěn)定性所需要的。而且，這種結(jié)構(gòu)還解決了如上所述的
EP1445861的金屬/樹脂實施例中存在的分割問題。這項特征對更多 應(yīng)用明顯有利，而不是只對罩實施例明顯有利。
框架的另一個特征在于連續(xù)的中間層具有不同于第一和第二層 的另一種結(jié)構(gòu)。為了能彼此獨立地形成第一和第二層圖案，而且不會
破壞框架的集成，這是有必要的。而且，它還具有如下重要的優(yōu)點
在框架鍵合到器件期間，中間層可吸收器件和第二有圖案的層之間的 熱膨脹的差異。由于中間層的柔軟性，鄰接部分(鄰接罩)在熱機(jī)性 能方面表現(xiàn)獨立。那么，防止了翹曲，或者至少將翹曲降低到最小程 度，即在功能上不會出現(xiàn)有問題的水平。如果第二圖案包括橫向延伸 的特征，該特征將第一圖案中的不同位置上的特征諸如與罩連接起 來，則這種吸收特性尤其重要。
可以看出，從WO-A 03/85728中己知一種具有第一金屬層、中間層和第二金屬層的組合層的框架。然而，其中沒有公開中間層是連 續(xù)的，并且在組裝前已經(jīng)形成第一和第二層圖案。在現(xiàn)有技術(shù)中，在 組裝步驟前形成框架的第二層和中間層圖案。此后，對框架和器件包 覆成型(overmoiild)糴提供機(jī)械穩(wěn)定性。最后，通過其上的蝕刻掩 模(還用作粘結(jié)層)來形成第一層圖案。在本發(fā)明中，對于機(jī)械整體 性而言不需要包覆成型步驟。
在有利的實施例中，第一和第二層包括金屬或合金，以及中間 層是導(dǎo)電的，第一和第二層均在遠(yuǎn)離中間層的一側(cè)上具有導(dǎo)電粘結(jié) 層。適當(dāng)?shù)?，中間層還包括金屬或合金。由于通過上述的 WO-A03/85728中公開的發(fā)展的產(chǎn)業(yè)化能獲得這種組合層的框架，該 實施例不只是適宜的。它還具有另一個優(yōu)點，即能提供垂直的互連線， 并且不需要限定通孔、不需要使用流動焊料或其他先進(jìn)昂貴的特征。 而且，金屬罩是密封封裝的極好示例。
在可選實施例中，第一和第二層是由諸如硅之類的半導(dǎo)體材料 或諸如玻璃之類的絕緣材料制成。則中間層適宜為諸如鎳之類的金 屬?？捎脻穹ɑ虻入x子體蝕刻來形成半導(dǎo)體襯底圖案，諸如己知用于 限定溝槽和通孔通道的蝕刻?？蛇x地，尤其是當(dāng)中間層包括對粉末爆 炸(powder blasting)技術(shù)具有抵抗力的金屬時，可使用這種粉末爆 炸技術(shù)。鎳是一種這樣的材料。原則上，可以使用多種技術(shù)來形成半 導(dǎo)體襯底之間的機(jī)械連接，其中包括使用焊料或金屬凸起、使用粘合 劑、使用晶片鍵合技術(shù)，還可以使用氣相沉積技術(shù)(氮化物或多晶硅 LPCVD沉積)。在組裝前，至少在第一層上提供適當(dāng)?shù)恼辰Y(jié)層是適宜 的?？紤]到熱預(yù)算，不需要排除這種氣相沉積技術(shù)，這是由于空腔中 的諸如MEMS元件之類的元件優(yōu)選地包括熱穩(wěn)定性高于400° C的材 料。
將半導(dǎo)體材料用于第一和第二圖案具有幾個優(yōu)點，尤其是對于 空腔封裝的罩的實施例。首先，器件和罩之間沒有熱膨脹系數(shù)的差異。 因此，封裝器件能夠承受熱循環(huán)，這是封裝中的一個重要問題。其次， 使用半導(dǎo)體襯底允許在組裝步驟之后的半導(dǎo)體廠中釆用連續(xù)的工藝； 實際上可以在半導(dǎo)體廠中或者附近來完成這種組裝步驟。這對于后勤原因是有利的，并且其開啟了一條通往另一個系統(tǒng)級封裝解決辦法的 途徑。第三，可在半導(dǎo)體襯底中限定其他的功能元件。這些功能元件 在本質(zhì)上是為聽屬領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知的。這樣的例子有很多變型 的晶體管、二極t、電容器、電感器和電阻器?？雌饋碜钸m合在這里 集成二極管、電容器、電感器和電阻器的無源網(wǎng)絡(luò)。具體應(yīng)用是集成 二極管用作ESD保護(hù)，溝槽電容器用于去耦目的，電阻器、電容器和
電感器用于產(chǎn)生濾波器。最適宜的是使用從W0-A 04/114397已知的
技術(shù)。甚至可以將DC-DC轉(zhuǎn)換器的無源部分集成到這種襯底上。這要
考慮將供電電壓局部轉(zhuǎn)化為用以驅(qū)動空腔內(nèi)的任何MEMS或其他元件
所需的值。另外，通過框架可限定垂直互連線。因此，中間層是導(dǎo)電 的是非常有利的。則中間層可作為用來提供垂直互連線中的導(dǎo)電材料
的電鍍基體。應(yīng)該理解的是，這種電鍍不會改變中間層的那些在組裝 到器件之后被去除部分的特性。
將玻璃用作圖案具有可以被集成在已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化的其他工藝流程 中的優(yōu)點。尤其是，其可被集成在諸如WO-A 95/19645中已知的 Shellcase封裝中，和集成在諸如在非出版前申請PH0001717 (PCT/IB2006/052109)中所述的襯底轉(zhuǎn)印封裝結(jié)構(gòu)中。這些申請以 引文形式并入本文。明顯地，玻璃可用于第一和第二層中的一個層， 而半導(dǎo)體材料用于第一和第二層中的另一個層。
有利的是，中間層包括易延展的金屬或合金。例如，這是一種 包含選自Ni、 Co、 Fe、 Ta、 Mb、 Pt、 Pd、 W構(gòu)成的組中的元素的金屬 或合金。最適宜地，楊氏模量處于100 109-300 109Pa范圍內(nèi)。這 些材料具有足夠的延展性來允許變形，從而補(bǔ)償熱膨脹的差異。同時， 這些材料又具有足夠的剛性以便防止框架在組裝前分裂。最適宜地， 楊氏模量處于150-250 1(TPa范圍內(nèi)。最適宜地，釆用基于Ni、 Co 或Fe的金屬或合金。這種中間層適宜與銅或銅合金的第一和第二層 結(jié)合使用，并且當(dāng)施加了適當(dāng)?shù)暮穸葧r可具有足夠的機(jī)械穩(wěn)定性和延 展性。而且，可以選擇性地蝕刻到第一和第二層的金屬。其暴露于空 氣也不會導(dǎo)致腐蝕。
在另一個變型中，中間層的厚度處于0.1至IO微米的范圍內(nèi)。通過去除從圖案延伸出來的中間層的方法來設(shè)置該厚度范圍的上 限一一由于能夠無掩模地在晶片規(guī)模上完成蝕刻，有利的方式是蝕 亥1J。特征尺寸還起到一定的作用；由于不能排除第一層的鉆蝕發(fā)生的 可能性，必須對鉆蝕進(jìn)行限制。應(yīng)該限制鉆蝕，以使鉆蝕不會對機(jī)械 穩(wěn)定性和/或電阻和/或熱阻產(chǎn)生不利影響。特征尺寸越小，該限制發(fā) 揮作用越快，從而中間層厚度的上限越低。在組裝前，通過中間層所 需的一致性和機(jī)械穩(wěn)定性來設(shè)置該范圍的下限。很顯然，這也取決于 中間層的材料。非常適宜的厚度處于0.5-5微米的范圍，最適宜的厚 度處于1-3微米的范圍。對于第一和第二層的厚度和20-30微米數(shù)量 級(即，至少10倍或更多)的最小特征尺寸來說尤其如此。
適宜地，第一圖案包括閉合的環(huán)形壁部分，第二圖案包括延伸 的蓋部分，延伸的蓋部分突出地與環(huán)形部分重疊，從而限定了框架中 的罩。這是用于保護(hù)空腔的實施例。其具有上述的所有優(yōu)點。
而且，本發(fā)明的罩看起來具有足夠的機(jī)械穩(wěn)定性。金屬罩的實 驗示出它的跨度寬可高達(dá)500微米，然而它能夠承受傳遞模塑工藝中 的包覆成型的壓力。能實現(xiàn)更大的跨度寬，但是，然后優(yōu)選的是在空 腔內(nèi)部增加支柱。在用通過蝕刻掩模的濕法化學(xué)蝕刻來限定第一圖案 的情況下，則第一圖案與中間層的分界面處的直徑將大于遠(yuǎn)離中間層 一側(cè)的直徑。這將固有地導(dǎo)致本質(zhì)上更加牢固的機(jī)械結(jié)構(gòu)。
在另一有利的實施例中，第一圖案和第二圖案均包括隔離區(qū)域， 當(dāng)從頂部看時，隔離區(qū)域彼此重疊從而形成凸起形的互連線。在此， 本發(fā)明在結(jié)構(gòu)上不同于現(xiàn)有技術(shù)EP1445861。在現(xiàn)有技術(shù)EP1445861 中，在空腔內(nèi)部限定從器件至框架的互連線或凸起。在本發(fā)明中，在 空腔外部和在罩外部限定凸起。其優(yōu)點是可以減小罩尺寸，這將進(jìn)一 步降低熱循環(huán)問題。
如上所述，本發(fā)明的框架的優(yōu)點是其具有重復(fù)使用的可能性。 這允許使用標(biāo)準(zhǔn)材料，這對于降低成本是重要的。在一個實施例中， 第一圖案和第二圖案均包括彼此隔離的區(qū)域的柵格陣列，當(dāng)從頂部 看，柵格陣列彼此重疊從而限定了球柵陣列。目前，借助于單獨的焊 球來提供球柵陣列，這些單獨的焊球需要被單獨地放置在接觸焊盤上。不僅焊球而且這種逐個放置構(gòu)成了球柵陣列封裝的成本中的重要 因素。柱形凸起的選擇方式需要光刻工藝和濕法化學(xué)(例如，電鍍)， 并不總是可行的。采用本發(fā)明的框架作為具有球柵陣列的薄片看起來 提敘了一種易于使用的感興趣的、劃算的選擇方式。在這種情況下， 框架附接到的器件適宜是封裝的載體襯底，或者晶圓級芯片規(guī)模封裝
情況下的多個器件。用薄的焊料層，或者用EP1445861中公開的方式， 通過擴(kuò)散鍵合存在于器件上和框架上的表面層(諸如Sn和Au、 Ag 和Au、 Au和Al、 Au和Au)能相對容易地實現(xiàn)框架和器件的附接。 如果涂敷了任何的焊料，則其厚度適宜小于20微米，優(yōu)選小于10 微米。
在其感興趣的變型中，陣列的相鄰區(qū)域之間的間距小于框架的 第一蝕刻掩模和第二蝕刻掩模之間的高度。對于焊接領(lǐng)域的技術(shù)人員 已知的是焊球的間距與焊球的直徑相關(guān)，以及該直徑確定了器件和載 體襯底之間的距離。該距離對于熱循環(huán)性能是重要的更大的距離(也 被稱為焊點間隙(stand-off height))會降低熱循環(huán)中出現(xiàn)的問題。 由于本發(fā)明的框架的結(jié)構(gòu)，在不降低焊點間隙的情況下可以降低間 距。
在另一個實施例中，框架能被用于限定封裝中的電感器。在WX)-A 03/85729中已經(jīng)公開了以有些不同的技術(shù)實施的發(fā)明者的這個想 法。所公開的技術(shù)是具有犧牲層和圖案層的兩層箔。相對于所公開的 實施方式，本發(fā)明的優(yōu)點首先在于工藝顯著地降低了所需的蝕刻時 間。而且，本發(fā)明簡化了對用于連接器件和電感器的凸起的限定。
在另一個實施例中，可使用框架來更充分地限定例如用于空腔 中的器件的接觸焊盤。同樣在早期技術(shù)中，例如在WO-A 03/85736 中公開了這種示例?？蛇x地，可使用框架來使某些焊盤接觸處于更高 的高度。為了在兩個不同的高度上執(zhí)行組裝工藝，這點是有用的。例 如，將從器件至封裝襯底的引線鍵合應(yīng)用到未升高的接觸焊盤，而從 已升高的接觸焊盤提供在同一個系統(tǒng)級封裝中的從第一器件至第二 鄰近器件的引線鍵合?？蛇x地，可將未升高的接觸焊盤用于引線鍵合， 而已升高的接觸焊盤用于放置在裸片堆疊結(jié)構(gòu)中的另一個器件。在另一個實施例中，框架在組裝之前被彎曲，并被用于在封裝 中提供在相對于器件平面的第三維上延伸的導(dǎo)體。在之前的應(yīng)用中已' 經(jīng)描述了基于類似技術(shù)的應(yīng)用，例如具有犧牲層和圖案層的，層箔。 這些應(yīng)用特別包括例如環(huán)繞鐵磁心的夾鍵合應(yīng)用和多引線鍵合應(yīng)用。
雖然已經(jīng)大量描述了作為單獨示例的先前應(yīng)用，但是不排除彼 此組合地使用這些應(yīng)用。而且，還可將框架用于互連目的和重布線的 目的。在這種情況下，第一圖案和第二圖案中的至少一個包括橫向延 伸的部分，來作為互連線或重布線軌跡。而且，框架還可包括散熱特 征或裸片焊盤特征。在此，不排除使用罩狀的結(jié)構(gòu)來將芯片附接在掩 埋位置上。
不僅框架包括多個單元，而且器件也是包括多個器件的主體的 一部分，從這個意義上來講，最適宜在晶圓級上執(zhí)行本發(fā)明的組裝方 法。從成本角度來講，這種晶圓級組裝是有利的，同時，中間層的性 能允許對器件和框架之間的熱膨脹差異進(jìn)行補(bǔ)償。
如果器件包括具有可動部分的元件(諸如MEMS元件)或者具有
敏感表面的元件(諸如體聲波(BAW)元件)，主體適宜是半導(dǎo)體材
料的主體。
可選地，主體可以是封裝的載體襯底。這對于球柵陣列的實施 例來說是適宜的，其中最適宜的是在組裝步驟前已經(jīng)對載體襯底進(jìn)行 了包覆成型。而且，適宜環(huán)繞分立元件(諸如分離的功率半導(dǎo)體元件 和圖像傳感器)來制造空腔。在功率半導(dǎo)體元件的示例中，該元件適
宜被定位在散熱的頂部。這種元件的示例是用于RF功率應(yīng)用的垂直 畫0ST、雙極型晶體管、橫向畫0ST。用引線鍵合或夾鍵合技術(shù)來制 造到元件上的接觸焊盤的電連接。而且，元件可具有與空腔的罩的熱 連接。這在用倒裝片技術(shù)將元件組裝到襯底上時尤其是優(yōu)選的。那么， 罩不僅可以作為熱連接，而且作為電連接。
然而，不排除執(zhí)行該組裝方法以使多個單個器件被組裝到單個 框架上的情況。
本發(fā)明還涉及框架的個別部分和器件的形成的組件。通過上面 的描述應(yīng)該理解，設(shè)想了這種組件的幾個實施例。在不詳細(xì)重復(fù)所有特征和選項的情況下，可以理解這些特征也適用于形成的組件。本發(fā) 明的組件的一個優(yōu)點是其具有一致性。該組裝過程僅僅包括有艱數(shù)量 的獨立步驟，利用了對多個元件進(jìn)行預(yù)先限定的框架。，這表示作為組 裝結(jié)果的公差界限(margin of tolerance)是非常小的。該組件的 另一個優(yōu)點是固有應(yīng)力處于有限的水平。由于基于框架的連續(xù)中間層 能夠釋放應(yīng)力，所以降低了組件中的應(yīng)力積累。這改善了可靠性。


參照附圖，將進(jìn)一步闡明本發(fā)明的框架、方法和組件的這些和
其他方面，其中
圖1以剖面圖形式示出了在蝕刻第一層和第二層之前的現(xiàn)有技 術(shù)中已知的框架；
圖2以剖面圖形式示出了在蝕刻第一層和第二層之后的本發(fā)明 的框架；
圖3以剖面圖形式示出了將框架組裝到的電子器件；
圖4以剖面圖形式示出了器件和框架的組件；
圖5以剖面圖形式示出了在去除中間層的某些部分之后的組件；
圖6示出了具有焊料沉積的框架和器件，以及.
圖7以鳥瞰圖的形式示出了形成的組件。
具體實施例方式
附圖不是按照比例繪制的，以及不同附圖中的相同標(biāo)號表示相 同的部件。
圖1以剖面圖形式示出了在第一層和第二層中限定第一圖案和 第二圖案之前的框架?？蚣?包括第一層3、中間層5和第二層4。 第一層3包括銅，且厚度為25微米。第二層4也包括銅，且厚度為 65微米。中間層5包括鎳，且厚度為l微米。應(yīng)當(dāng)理解的是，這些 只是示范性的示例。然而，第一層3在厚度上小于第二層4是有利的。 當(dāng)?shù)诙?具有諸如罩的蓋部分之類的橫向延伸的圖案時尤其如此。 第二層4的厚度對其機(jī)械穩(wěn)定性有影響。明顯地，在對組件進(jìn)行包覆成型的情況下，這與蓋部分相關(guān)。適宜地，第二層4的厚度不大于第
二層3厚度的4倍，即如果第一層3厚度為25微米，則第二層4厚 度適宜地不超過100微米。有利的是，該比例,大為3。比例上的過 大差異會導(dǎo)致分辨率的差異，這從設(shè)計觀點看起來是不夠的。該示例 的厚度允許第一層4中具有間距為100微米的50微米線寬。明顯地， 這是目前球柵陣列封裝中的分辨率，其中通常使用500-1000微米的 間距。
在第一層3遠(yuǎn)離中間層5的一側(cè)上提供粘結(jié)層2。在第二層4 遠(yuǎn)離中間層5的一側(cè)上提供粘結(jié)層12。該示例的粘結(jié)層2、 12包括 鎳、鈀和金的堆疊，但是這不是必要的。從圖中可以清楚地看出，粘 結(jié)層2、 12已經(jīng)分別具有第一圖案和第二圖案，其中第一圖案與第二 圖案不同。通過蝕刻，將這些圖案分別轉(zhuǎn)移到第一層3和第二層4。
圖2示出了在根據(jù)粘結(jié)層2、 12中的圖案對第一層3和第二層4 形成圖案之后本發(fā)明的框架1。該特定圖案提供了罩21，該罩21具 有蓋部分22和環(huán)形部分23。凸起部分31鄰近蓋部分21。另外，示 出了框架部分41。出于操作目的，這些框架部分41適宜地存在于該 框架的橫向邊緣部分。實際上，框架部分41將多個單獨單元環(huán)繞在 框架1內(nèi)。另一個凸起部分31或罩21將存在于鄰近所示凸起部分 31的位置上。間隔25存在于框架的各個部分21、 31、 41之間。用 連續(xù)的中間層5將部分21、 31、 41互相連接起來，從而保證框架1 不會分裂為所述的部分21、 31、 41。
作為鉆蝕的結(jié)果，粘結(jié)層2、 12的橫向延伸(即，表面面積) 大于第一層3和第二層4的對應(yīng)部分。被確認(rèn)為有利的是，較大的表 面面積還改善了對要進(jìn)行組裝的器件或外部組件或板上的對應(yīng)接觸 焊盤的粘結(jié)性。應(yīng)當(dāng)理解的是，框架1還可具有除罩21或凸起部分 31之外的其他特征。這些特征取決于第一圖案和第二圖案。其允許 提供互連圖案、提供凸起部分的柵格陣列、提供電感器等?？紤]到第 二層4的厚度較大，并且為了將尺寸受限的接觸焊盤應(yīng)用到任何器件 上，適宜在第二層4中限定橫向延伸線。
圖3示出了能用本發(fā)明的方法來組裝的器件50。該器件50具有襯底51，并且包括元件52，在該示例中元件52是微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS) 元件。本示例的MEMS元件52是用薄膜技術(shù)制造的電容性MEMS元件。 顯然地，這不是必需的，不排除其他的諸.如限定在多晶硅層或襯底層 中的適宜作為諧振器或加速計的MEMS元件之類的MEMS元件。器件 50還具有環(huán)形接觸焊盤57和互連焊盤59。
圖4示出了執(zhí)行本發(fā)明的方法之后的本發(fā)明的組件100。根據(jù)該 方法，首先將框架1對準(zhǔn)器件50。在此，框架1的環(huán)形部分23與器 件50的環(huán)形接觸焊盤57對準(zhǔn)。另外，框架1的凸起部分31與器件 50的互連焊盤59對準(zhǔn)。后面的操作對于提供環(huán)繞空腔60的罩來說 不是必需的，但是非常適合。如果需要，可以借助于光掩模對準(zhǔn)來執(zhí) 行該對準(zhǔn)。
隨后，所提及的框架1的部分23、 31與器件50的焊盤57、 59 彼此鍵合。在該示例中，使用了涂敷在焊盤57、 59上、或者涂敷在 部分23、 31上、或者涂敷在焊盤57、 59和部分23、 31上的焊料材 料70。特別是使用了例如用金/錫的無助焊劑焊接工藝。雖然，無助 焊劑焊接工藝需要更高的焊接溫度，但是它不會損傷空腔60中的 MEMS元件52。例如，這個更高的焊接溫度大約是28CTC。其具有的 優(yōu)點是罩21、器件50和焊料材料70的組合密封了空腔60。然而， 應(yīng)該理解，存在用另外的焊料材料70來進(jìn)行無助焊劑焊接應(yīng)用的其 他方法。這樣的一個例子是EP1445861中提到的擴(kuò)散焊接。另一個例 子是使用優(yōu)選地已經(jīng)被涂敷在框架上的浸入焊接凸起。當(dāng)需要在液體 浴中進(jìn)行浸入步驟時，優(yōu)選這種框架上的涂敷。該浸入步驟將損壞 MEMS元件，并且對于任何其他的敏感表面或已經(jīng)組裝(和引線鍵合) 了芯片的載體襯底來說，該浸入步驟看起來不合適。在使用浸入焊接 凸起的情況下，粘結(jié)層2適宜主要由鎳組成。
圖6以鳥瞰圖的形式示出了在組裝前的框架1和器件50。在該 圖中可以看出向框架1涂敷了焊料70。在框架1上限定特定的焊料 沉積71。該沉積71與環(huán)形部分22連接。在器件50中限定對應(yīng)的特 征72。在焊料沉積71上沉積了焊料材料70之后，執(zhí)行回流步驟和 清洗步驟。此后，將進(jìn)行對準(zhǔn)和鍵合步驟。對框架1和器件50進(jìn)行對準(zhǔn)和定位，使得焊料材料70完全或幾乎接觸特征72，然后進(jìn)行鍵 合。然后升高溫度。由于框架l和器件5'0之間的距離有限，焊料材 料開始流動，并且潤濕全部的環(huán)難部分22以及對應(yīng)的焊盤57。
圖5示出在去除中間層5部分之后的形成的組件。圖'7以等距 視圖的形式示出了同一組件。去除的部分是那些出現(xiàn)在框架1的部分 21、 31、 41之間的間隔25中的部分。隨后可對組件IOO包覆成型。 可選地，可采用諸如旋涂之類的其他方法涂敷絕緣材料，或者可將部 分21、 31之間的間隔25保留為空。使用框架1的第二層4上的粘結(jié) 層12，可將組件100附著到諸如印刷電路板之類的外部部件上。
總之，本發(fā)明提供了一種框架，以及組裝該框架的方法?？蚣躭 包括夾在具有第一圖案的第一層3和具有第二圖案的第二層4之間的 中間層5。粘結(jié)層2、 12分別存在于第一層3和第二層4上。對所述 圖案進(jìn)行限定，以限定凸起部分31和罩21。中間層5是連續(xù)的，并 且在凸起部分31和罩21之間的間隔25上延伸，以防止分裂。將框 架組裝到具有諸如MEMS元件之類的電子元件52的器件50上。罩21 然后在元件52上密封出空腔60。
權(quán)利要求
1. 一種用于組裝電子器件的框架，該框架依次包括具有第一圖案的第一層、中間層、具有第二圖案的第二層，其中，中間層是連續(xù)的，從而載體襯底不會分裂。
2. 如權(quán)利要求l所述的框架，其中第一層和第二層在它們遠(yuǎn)離 中間層的側(cè)上具有粘結(jié)層，這些粘結(jié)層也是用于將第一圖案和第二圖 案限定到第一層和第二層中的蝕刻掩模。
3. 如權(quán)利要求2所述的框架，其中第一層和第二層以及第一粘 結(jié)層和第二粘結(jié)層包括金屬或合金，并且中間層是導(dǎo)電的。
4. 如權(quán)利要求l所述的框架，其中第一層和第二層均包括一種 從玻璃和半導(dǎo)體材料所組成的組中選擇出來的材料。
5. 如權(quán)利要求1或權(quán)利要求3所述的框架，其中中間層的厚度 介于O. 1到10微米的范圍內(nèi)。
6. 如權(quán)利要求l所述的框架，其中第一圖案包括閉合的環(huán)形部 分，第二圖案包括延伸部分，延伸部分突出地與環(huán)形部分重疊，從而 限定了框架中的罩。
7. 如權(quán)利要求6所述的框架，其中第一圖案和第二圖案均包括 隔離區(qū)域，從頂部看，第一圖案的隔離區(qū)域與第二圖案的隔離區(qū)域彼 此重疊，從而形成了突起狀的互連線。
8. 如權(quán)利要求3所述的框架，其中第一圖案和第二圖案均包括 彼此隔離的區(qū)域的柵格陣列，從頂部看，第一圖案的柵格陣列與第二 圖案的柵格陣列彼此重疊，從而限定了球柵陣列。2
9. 如權(quán)利要求8所述的框架，其中陣列中相鄰區(qū)域之間的間距 小于框架的第一蝕刻掩模和第二蝕刻掩模之間相距的高度。
10. 如權(quán)利要求6、 7或8所述的框架，其中第一圖案和第二圖 案中的至少一個圖案包括橫向延伸的部分，來作為互連線或重布線軌 跡。
11. 一種制造組件的方法，其中將之前任何一項權(quán)利要求中所 述的框架組裝到至少包括一個電子元件的器件上，所述器件的接觸焊 盤的圖案與所述框架的第一圖案的至少一部分相對應(yīng)，該方法包括以下步驟將器件的接觸焊盤與框架的第一圖案的至少一部分對齊； 將接觸焊盤鍵合到所述的對齊圖案上，以及 去除中間層，從而使框架中的圖案分開。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中應(yīng)用如權(quán)利要求6所述的 框架，并且在制造組件之后，電子元件位于罩內(nèi)。
13. 如權(quán)利要求ll所述的方法，其中電子元件選自微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS)元件、聲表面波和體聲波元件(SAW、 BAW)和分立功率半導(dǎo)體元件所組成的組中。
14. 如權(quán)利要求11或12所述的方法，其中用無助焊劑的焊料 來進(jìn)行鍵合。
15. 如權(quán)利要求U所述的方法，其中在襯底和框架中的至少一 個上限定焊料沉積，所述的焊料沉積存在于或?qū)R于焊料焊盤，所述 焊料焊盤連接至第一圖案的橫向延伸部分，其中在鍵合步驟中，焊料 通過毛細(xì)管作用覆蓋了第一圖案中的所述延伸部分。
16.如權(quán)利要求U所述的方法，其中通過蝕刻進(jìn)行去除。
17. —種組件，其爭括電子器件和可以通過權(quán)利要求ii至16中的任一權(quán)利要求所述的方法獲得的框架的各個部分。
18. —種組件，其包括一種電子器件，該電子器件具有布置在被罩所密封的空腔中的第一元件，其中罩包括具有第一圖案的第一 層、中間層和具有第二圖案的第二層，其中第一圖案是環(huán)形結(jié)構(gòu)，第 二圖案是連續(xù)區(qū)域。
19. 一種組件，其包括一種電子器件，該電子器件至少包括一 個電子元件，該器件具有襯底，該襯底具有第一側(cè)和相對的第二側(cè)， 在第一側(cè)上存在電子元件，在第二側(cè)上限定了用于附接凸起的多個接 觸焊盤，其中多個凸起包括具有第一圖案的第一層、中間層和具有第 二圖案的第二層，其中第一層和第二層均包括金屬或合金，中間層是 導(dǎo)電的，以及其中第一層包括連接至襯底上的接觸焊盤的粘結(jié)層，第二層包括連接至外部元件上的接觸焊盤的粘結(jié)層。
全文摘要
框架(1)包括中間層(5)，該中間層夾在具有第一圖案的第一層(3)和具有第二圖案的第二層(4)之間。粘結(jié)層(2，12)分別出現(xiàn)在第一和第二層(3，4)上。對所述圖案進(jìn)行限定，以限定凸起部分(31)和罩(21)。中間層(5)是連續(xù)的，并且在凸起部分(31)和罩(21)之間的間隔(25)上延伸，以防止碎裂。框架被組裝到具有諸如MEMS元件之類的電子元件(52)的器件(50)上。然后罩(21)在元件(52)上密封出空腔(60)。
文檔編號H03H9/10GK101490955SQ200780027378
公開日2009年7月22日 申請日期2007年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月20日
發(fā)明者約翰內(nèi)斯·W·威坎普 申請人:Nxp股份有限公司