晶片層疊塑料封裝的MEMS慣性器件的開封方法與流程
2023-05-20 19:23:07 2
本發明涉及慣性技術領域，尤其是涉及一種晶片層疊塑料封裝的mems慣性器件的開封方法。
背景技術：
慣性技術是導航定位、制導控制、穩瞄穩像、姿態測量的核心技術，慣性陀螺儀和加速度計的技術狀態是表示慣性技術的基礎。其中，陀螺儀用於測量運動體的角速度，加速度計用於測量運動體的加速度。mems(microelectromechanicalsystem，微電子機械系統)慣性器件是指敏感結構採用微加工手段加工的微機械陀螺儀和微加速度計。mems慣性器件因具有體積小、重量輕、功耗低、可大批量生產、成本低、抗過載能力強等一系列優點而得到廣泛應用。
在以矽為基礎的mems加工技術中，需要對加速度計、陀螺儀等微機械的可動器件結構部分實施保護，這種保護的方法就是在器件上方採用空腔封帽矽片保護結構，通過矽矽直接鍵合、陽極鍵合、鋁鍺薄膜鍵合、玻璃熔融鍵合等表面鍵合技術，使器件矽片和封帽矽片密閉結合在一起。這種晶片層疊塑料的封裝結構的mems慣性器件將加速度計mems、陀螺儀mems及共用asic(applicationspecificintegratedcircuit，專用集成電路)晶片等集成在一個封裝裡面，既提供了器件與外界環境交互作用的通道，也使微機械的器件結構和外部環境得到隔離，保護器件敏感結構不因外界作用而損壞，使器件性能保持穩定。通常，晶片層疊塑料封裝的mems慣性器件中的加速度計mems、陀螺儀mems會製作於空腔中，之後加上封帽矽片形成保護腔，而它們的共用asic晶片則是置於封帽矽片上方或是下方，形成層疊結構。各層晶片通過引線鍵合的方式與外界實現電連接。
為了確保mems慣性器件的應用可靠性，研發過程中或使用前，需根據標準對器件進行內部目檢。內部目檢前的樣品開封應避免損壞封裝內部結構。由於mems的封裝比微電子封裝更為複雜，並且沒有統一的標準，不同的mems器件封裝差別很大。採用晶片層疊塑料封裝的mems慣性器件結構特殊，除具有懸臂梁、梳齒等可動微結構，封裝中還含有空腔及上下層的層疊結構，這些特點給傳統開封方法帶來了極大的困難。利用傳統的、用於塑封集成電路的化學腐蝕開封方法，通過發煙硝酸或濃硫酸等對塑封材料有高效分解作用的化學腐蝕液刻蝕，能夠將asic晶片上方的塑封材料局部腐蝕去除，暴露出封裝結構中的asic晶片並觀察分析。但是化學腐蝕液無法腐蝕矽，因此無法將封帽矽片直接腐蝕去除，無法暴露封帽矽片所形成空腔中的加速度計mems及陀螺儀mems，因而也就無法對它們進行觀察分析。而對asic晶片置於封帽矽片下方的，用塑封集成電路的化學腐蝕刻蝕方法將mems慣性器件的外部塑封材料去除之後，得到的則是封帽矽片的背部，也無法觀察到其形成的空腔內的加速度計mems及陀螺儀mems。
為了解決晶片層疊塑料封裝的mems慣性器件封裝複雜、開封難的問題，需要一種針對該類型封裝結構特點的mems慣性器件開封技術，以彌補傳統開封技術的不足，為此類型封裝器件的內部目檢提供技術支撐。
技術實現要素：
基於此，有必要提供一種能夠暴露器件中加速度計mems、陀螺儀mems及asic晶片的晶片層疊塑料封裝的mems慣性器件的開封方法。
本發明解決上述技術問題的技術方案如下。
一種晶片層疊塑料封裝的mems慣性器件的開封方法，包括如下步驟：
步驟1：獲得待測的所述mems慣性器件的初步內部結構信息；
步驟2：根據所述初步內部結構信息獲得所述mems慣性器件的空腔位置及晶片的詳細分布情況信息，確認加速度計mems、陀螺儀mems及asic晶片的具體位置；
步驟31：根據所述詳細分布情況信息，對於asic晶片在上層且加速度計mems及陀螺儀mems在下一層的疊層結構的mems慣性器件，先通過第一化學腐蝕液將asic晶片上方的塑封料局部去除，露出asic晶片及與其相連的鍵合引線，進行檢查分析；在觀察完上層的asic晶片後，將所述mems晶片浸泡在第二化學腐蝕液中，去除封帽矽片與器件矽片之間的鍵合層(如鋁鍺薄膜鍵合層或含鉛玻璃鍵合層等)，使封帽矽片與器件矽片分離，露出空腔中的加速度計mems和陀螺儀mems，進行檢查分析；
步驟32：根據所述詳細分布情況信息，對於asic晶片在下層且加速度計mems及陀螺儀mems在上層的疊層結構的mems慣性器件，使用第一化學腐蝕液腐蝕去除asic晶片上方與加速度計mems及陀螺儀mems的密封結構之間的塑封料，以及加速度計mems和陀螺儀mems上方的塑封料，將含asic晶片的結構、含加速度計mems和陀螺儀mems的密封結構分離，並將asic晶片暴露出來檢查分析；再使用第二化學腐蝕液去除封帽矽片及製作有加速度計mems、陀螺儀mems的器件矽片的密封結構之間的鍵合層去除，使封帽矽片與器件矽片分離，露出空腔內的加速度計mems、陀螺儀mems，進行檢查分析。
在其中一個實施例中，在所述步驟1中，是使用x射線檢查技術觀察所述mems慣性器件。x射線主要是看平面的內部結構信息，譬如晶片面積大小。
在其中一個實施例中，在所述步驟1中，所述初步內部結構信息包括晶片大小、晶片數量、晶片層數及引線鍵合分布情況。
在其中一個實施例中，在所述步驟2中，是使用金相切片技術製作剖面，獲得所述空腔位置及晶片的詳細分布情況信息。金相切片主要是從縱向方面去看內部結構信息，譬如多層晶片如何疊放等。
在其中一個實施例中，所述第一化學腐蝕液是發煙硝酸和/或濃硫酸。
在其中一個實施例中，所述發煙硝酸的濃度為95wt％；所述濃硫酸的濃度為95wt％～98wt％。
在其中一個實施例中，所述第二化學腐蝕液是鹽酸。
在其中一個實施例中，所述鹽酸的濃度為36wt％～38wt％。
在其中一個實施例中，在所述步驟2中，採用金相顯微鏡或掃描電子顯微鏡對剖面製作的效果進行監測。
在其中一個實施例中，在所述步驟31及所述步驟s32中，均採用金相顯微鏡或掃描電子顯微鏡對化學腐蝕的效果進行監測。
通過金相顯微鏡或掃描電子顯微鏡對剖面製作或化學腐蝕的效果進行實時監測，可以避免腐蝕過渡或者不足而導致樣品損壞或者觀察效果不佳的現象發生。
上述晶片層疊塑料封裝的mems慣性器件的開封方法至少具有如下有益效果：
1)可以將晶片層疊塑料封裝的mems慣性器件中的加速度計mems、陀螺儀mems及共用的asic晶片等分別暴露出來，以分別對它們進行檢查分析；
2)可解決現有方法無法解決晶片層疊塑料封裝的mems慣性器件封裝形式多樣、開封難的問題，經此方法開封的電路，經內部目檢，封裝空腔內的器件結構(如懸臂梁、梳齒等可動微結構)完好無損，滿足晶片層疊塑料封裝的mems慣性器件的內部目檢的需求。
附圖說明
圖1為在掃描電子顯微鏡下觀察到的晶片層疊塑料封裝mems慣性器件內部結構圖，其中，加速度計mems及空腔等在上層，asic晶片在下層；
圖2為在金相顯微鏡下的陀螺儀mems晶片局部形貌；
圖3為在金相顯微鏡下的加速度計mems晶片局部形貌；
圖4為在金相顯微鏡下的asic晶片局部形貌。
具體實施方式
為了便於理解本發明，下面將參照相關附圖對本發明進行更全面的描述。附圖中給出了本發明的較佳實施例。但是，本發明可以以許多不同的形式來實現，並不限於本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發明的公開內容的理解更加透徹全面。
除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬於本發明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在於限制本發明。本文所使用的術語「和/或」包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。
請結合圖1至圖4，一實施方式的晶片層疊塑料封裝的mems慣性器件的開封方法，包括如下步驟。
步驟1：獲得待測的mems慣性器件的初步內部結構信息。
在步驟1中，初步內部結構信息包括晶片大小、晶片數量、晶片層數及引線鍵合分布情況等。在一個實施例中，在步驟1中，是使用x射線檢查技術觀察mems慣性器件。
步驟2：根據初步內部結構信息獲得mems慣性器件的空腔位置及晶片的詳細分布情況信息，確認加速度計mems、陀螺儀mems及asic晶片的具體位置。
在一個實施例中，在步驟2中，是使用金相切片技術製作剖面，獲得空腔位置及晶片的詳細分布情況信息。
進一步，在一個實施例中，在步驟2中，採用金相顯微鏡或掃描電子顯微鏡對剖面製作的效果進行監測。
步驟31：根據詳細分布情況信息，對於asic晶片在上層且加速度計mems及陀螺儀mems在下一層的疊層結構的mems慣性器件，先通過第一化學腐蝕液將asic晶片上方的塑封料局部去除，露出asic晶片及與其相連的鍵合引線，進行檢查分析；在觀察完上層的asic晶片後，將mems晶片浸泡在第二化學腐蝕液中，去除封帽矽片與器件矽片之間的鍵合層(如鋁鍺薄膜鍵合層或含鉛玻璃鍵合層等)，使封帽矽片與器件矽片分離，露出空腔中的加速度計mems和陀螺儀mems，進行檢查分析；
步驟32：根據詳細分布情況信息，對於asic晶片在下層且加速度計mems及陀螺儀mems在上層的疊層結構的mems慣性器件，使用第一化學腐蝕液腐蝕去除asic晶片上方與加速度計mems及陀螺儀mems的密封結構之間的塑封料，以及加速度計mems和陀螺儀mems上方的塑封料，將含asic晶片的結構、含加速度計mems和陀螺儀mems的密封結構分離，並將asic晶片暴露出來檢查分析；再使用第二化學腐蝕液去除封帽矽片及製作有加速度計mems、陀螺儀mems的器件矽片的密封結構之間的鍵合層去除，使封帽矽片與器件矽片分離，露出空腔內的加速度計mems、陀螺儀mems，進行檢查分析。
在一個實施例中，第一化學腐蝕液是發煙硝酸和/或濃硫酸，第二化學腐蝕液是鹽酸。
進一步，在一個實施例中，在步驟31及步驟s32中，均採用金相顯微鏡或掃描電子顯微鏡對化學腐蝕的效果進行監測。
通過金相顯微鏡或掃描電子顯微鏡對剖面製作或化學腐蝕的效果進行實時監測，可以避免腐蝕過渡或者不足而導致樣品損壞或者觀察效果不佳的現象發生。
晶片層疊塑料封裝的mems慣性器件具有體積小、重量輕、功耗低、成本低、抗過載能力強等一系列優點而得到廣泛應用。為了確保mems慣性器件的應用可靠性，研發過程中或使用前，需根據標準對器件進行內部目檢。由於mems的封裝比微電子封裝更為複雜，並且沒有統一的標準，不同的mems器件封裝差別很大。本發明針對晶片層疊塑料封裝的mems慣性器件具有懸臂梁、梳齒等可動微結構，封裝中含有空腔及上下層疊結構的結構特點，提出一種新的開封技術及流程，可有選擇性的將封裝中的各個晶片(包括加速度計mems、陀螺儀mems、asci晶片)依次暴露出來供檢查分析，為該類型封裝器件的內部目檢提供了必不可少的技術支撐，有助於確認mems慣性器件的工藝質量，對提高mems慣性器件的應用可靠性有重要意義。
上述晶片層疊塑料封裝的mems慣性器件的開封方法至少具有如下有益效果：
1)可以將晶片層疊塑料封裝的mems慣性器件中的加速度計mems、陀螺儀mems及共用的asic晶片等分別暴露出來，以分別對它們進行檢查分析；
2)可解決現有方法無法解決晶片層疊塑料封裝的mems慣性器件封裝形式多樣、開封難的問題，經此方法開封的電路，經內部目檢，封裝空腔內的器件結構(如懸臂梁、梳齒等可動微結構)完好無損，滿足晶片層疊塑料封裝的mems慣性器件的內部目檢的需求。
以上所述實施例的各技術特徵可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特徵所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特徵的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的範圍。
以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。