TWI546245B - 微機電系統封裝結構 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種晶片封裝結構，且特別是有關於一種微機電系統封裝結構。
微機電系統(microelectromechanical system,MEMS)是在微小化的封裝結構中所製作的微機電元件，其製造的技術十分類似於製造積體電路的技術，但微機電元件與其周遭環境互動的方式則多於傳統的積體電路，例如力學、光學或磁力上的互動。
微機電元件可包括極小的電子機械元件(例如開關、鏡面、電容器、加速度計、感應器、電容感測器或引動器等)，而微機電元件可以單塊方式與積體電路整合，同時大幅改善整個固態裝置的插入損耗及電隔離效果。然而，微機電元件在整個封裝結構的巨觀世界中是極微脆弱的，隨時都可能被微小的靜電或表面張力影響而造成故障。因此，為了避免微機電元件受到污染或損害，通常將密封於晶片與蓋板之間的一空間中。
圖1是習知的一種微機電系統封裝結構的示意圖。請參閱圖，習知的微機電系統封裝結構10包括一蓋板12、一晶片14、
一封膠體16及一微機電元件18。蓋板12藉由封膠體16固定至晶片14，以將微機電元件18密封於晶片14與蓋板12之間的空間中。
然而，雖然在習知的微機電系統封裝結構10中晶片14與蓋板12之間的空間被封膠體16所密封，但由於蓋板12與晶片14之間具有較大的間隙，當習知的微機電系統封裝結構10在高濕度環境下使用一段時間之後，封膠體16較容易龜裂而使得濕氣輕易地滲入晶片14與蓋板12之間的空間中，進而導致微機電元件18故障。
本發明提供一種微機電系統封裝結構，其具有較佳的抗濕氣能力。
本發明的一種微機電系統封裝結構，包括一晶片、一微機電元件、一蓋板、一封膠體及一第一濕氣阻隔層。晶片具有一主動表面。微機電元件配置於主動表面上。蓋板覆蓋於晶片且包括一凹穴，其中微機電元件位於凹穴內。封膠體設置於晶片與蓋板之間以密封凹穴，其中封膠體的厚度小於微機電元件的高度。第一濕氣阻隔層包覆於晶片、封膠體及蓋板的周圍。
在本發明的一實施例中，更包括一第一基板、一第二基板以及一第二濕氣阻隔層。第一基板具有一孔洞，其中晶片、微機電元件、蓋板、封膠體及第一濕氣阻隔層設置於孔洞內。第二基板設置於第一基板上以覆蓋孔洞。第二濕氣阻隔層密封第一基
板與第二基板之間的一交界區。
在本發明的一實施例中，更包括一模製化合物，設置在孔洞內且密封於第一濕氣阻隔層的周圍。
在本發明的一實施例中，上述的模製化合物在第一濕氣阻隔層上的一投影區域覆蓋封膠體在第一濕氣阻隔層上的一投影區域。
在本發明的一實施例中，更包括一濕氣吸收元件，設置於孔洞內。
在本發明的一實施例中，上述的第二基板具有一覆蓋封膠體的區域。
在本發明的一實施例中，上述的凹穴具有相對於主動表面的一上表面，該微機電裝置包括一鏡子，該主動表面與該上表面之間的距離大於該鏡子的傾斜高度。
在本發明的一實施例中，上述的封膠體的厚度約在1微米至10微米之間。
在本發明的一實施例中，上述的微機電元件包括一鏡子、一開關、一電容器、一加速度計、一感應器或一引動器。
在本發明的一實施例中，上述的封膠體的材料包括環氧樹脂。
基於上述，本發明之微機電系統封裝結構透過蓋板的中央部位具有凹穴，凹穴可供微機電元件容置的設計，降低蓋板周圍與晶片之間的間隙高度，且透過封膠體配置於蓋板周圍與晶片
之間的間隙以密封凹穴。由於蓋板周圍與晶片之間的間隙較小，封膠體的尺寸不需太大，因此較不易龜裂，而使得本發明之微機電系統封裝結構具有較佳的抗濕氣能力。此外，本發明之微機電系統封裝結構透過第一濕氣阻隔層包覆於晶片、蓋板及封膠體的周圍，以避免濕氣進入凹穴，有效提供第二重保護。另外，本發明之微機電系統封裝結構更藉由將晶片、微機電元件、蓋板、封膠體與第一濕氣阻隔層配置於被第一基板與第二基板所包圍的孔洞內，並藉由第二濕氣阻隔層密封第一基板與第二基板的交界區，以提供阻隔濕氣的第三重保護。並且，本發明之微機電系統封裝結構透過將模製化合物設置於孔洞內並且黏附於第一濕氣阻隔層的四周，以提供阻隔濕氣的第四重保護。再者，本發明之微機電系統封裝結構藉由將濕氣吸收元件設置於孔洞內，以吸收孔洞內的濕氣，而提供第五重保護。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
D‧‧‧距離
H‧‧‧高度
10‧‧‧習知的微機電系統封裝結構
12‧‧‧蓋板
14‧‧‧晶片
16‧‧‧封膠體
18‧‧‧微機電元件
100、200、300‧‧‧微機電系統封裝結構
110、210‧‧‧晶片
112‧‧‧主動表面
120、220、320‧‧‧微機電元件
130、230‧‧‧蓋板
132、232、332‧‧‧凹穴
132a‧‧‧上表面
140、240、340‧‧‧封膠體
150、250、350‧‧‧第一濕氣阻隔層
260、360‧‧‧第一基板
262、362‧‧‧孔洞
270、370‧‧‧第二基板
272‧‧‧區域
280‧‧‧第二濕氣阻隔層
390‧‧‧模製化合物
395‧‧‧濕氣吸收元件
圖1是習知的一種微機電系統封裝結構的示意圖。
圖2是依照本發明的一實施例的一種微機電系統封裝結構的示意圖。
圖3是依照本發明的另一實施例的一種微機電系統封裝結構
的示意圖。
圖4是依照本發明的再一實施例的一種微機電系統封裝結構的示意圖。
下面將配合圖式詳細地敘述本發明的數個較佳實施例。圖2是依照本發明的一實施例的一種微機電系統封裝結構的示意圖。請參閱圖2，本實施例之微機電系統封裝結構100包括一晶片110、一微機電元件120、一蓋板130、一封膠體140及一第一濕氣阻隔層150。晶片110具有一主動表面112。晶片110例如是電荷耦合元件(CCD)或互補金屬氧化半導體(CMOS)之類的光感測晶片，而主動表面112例如是光感測區，但晶片110與主動表面112的種類不以此為限制。
微機電元件120配置於主動表面112上。在本實施例中，微機電元件120為鏡子，但在其他實施例中，微機電元件120亦可為開關、電容器、加速度計、感應器或引動器，微機電元件120之種類不以此為限制。
在本實施例中，蓋板130為透明蓋板，以使外界光線(未繪示)可以穿過蓋板130而傳遞至微機電元件120及晶片110的主動表面112。如圖2所示，蓋板130覆蓋於晶片110且包括一凹穴132，微機電元件120位於凹穴132內。凹穴132具有相對於主動表面112的一上表面132a，在本實施例中，主動表面112與上
表面132a之間的一距離D大於微機電元件120的高度(也就是鏡子的傾斜高度)。在本實施例中，主動表面112與上表面132a之間的距離D約為10微米，而蓋板130周圍與晶片110之間的一間隙的高度H約在1微米至10微米的範圍之間。也就是說，蓋板130周圍與晶片110之間的間隙的高度H小於主動表面112與上表面132a之間的距離D。
如圖2所示，封膠體140設置於蓋板130周圍與晶片110之間的間隙以密封凹穴132a。封膠體140的厚度小於微機電元件120的高度。由圖面上可知，封膠體140的厚度受限於蓋板130周圍與晶片110之間的間隙的高度H，因此，封膠體140的厚度會隨著蓋板130周圍與晶片110之間的間隙的高度H而異。在本實施例中，封膠體140的厚度範圍約在1微米至10微米之間。
值得一提的是，在本實施例中，封膠體140的材料是有機化合物，例如是環氧樹脂。由於有機化合物的分子結構中具有許多的親水性基團，封膠體140僅能阻擋外在的污染及部分濕氣，但無法完全阻隔其中的親水性基團與濕氣作用。因此，在本實施例中，微機電系統封裝結構100藉由第一濕氣阻隔層150包覆於晶片110、封膠體140及蓋板130的周圍，以有效地阻隔封膠體140中的親水性基團與濕氣作用，提升了凹穴132的不可滲透性(impermeability)。如此一來，微機電元件120便能夠正常地運作。
在本實施例中，第一濕氣阻隔層150可藉由化學氣相沉積(chemical vapor deposition,CVD)或是物理氣相沉積(physical
vapor deposition,PVD)的方式形成，但第一濕氣阻隔層150的形成方式並不限於此。此外，第一濕氣阻隔層150的材質為密緻性較高的無機絕緣材料，例如是氧化矽、氮化矽、氮氧化矽或其他不含親水性基團的氮化物、氧化物及氮氧化物，其抗濕氣能力大於封膠體140之抗濕氣能力。也就是說，由於無機絕緣材料不含親水性基團，因而不與濕氣作用，故能有效地阻絕濕氣。因此，第一濕氣阻隔層150可提供第二重的保護，以降低濕氣滲入的可能性。
相較於習知的微機電系統封裝結構10，本實施例之微機電系統封裝結構100在蓋板130周圍與晶片110之間具有較小的間隙，密封於蓋板130周圍與晶片110之間的封膠體140不需要太大的尺寸，較不易龜裂。並且，第一濕氣阻隔層150包覆晶片110、封膠體140及蓋板130的周圍，以提供微機電系統封裝結構100較佳的抗濕氣能力。
圖3是依照本發明的另一實施例的一種微機電系統封裝結構的示意圖。請參閱圖3，本實施例之微機電系統封裝結構200與上一實施例之微機電系統封裝結構100的主要差異在於，在本實施例中，微機電系統封裝結構200更包括一第一基板260、一第二基板270以及一第二濕氣阻隔層280。第一基板260具有一孔洞262。一晶片210、一微機電元件220、一蓋板230、一封膠體240及一第一濕氣阻隔層250設置於孔洞262內。第二基板270設置於第一基板260上以覆蓋孔洞262。第二濕氣阻隔層280密封第一
基板260與第二基板270之間的一交界區。
因此，在微機電系統封裝結構200中，第一基板260、第二基板270及第二濕氣阻隔層280可提供一第三重的保護，以避免濕氣進入凹穴232而導致微機電元件220故障。
此外，在本實施例中，第二基板270的大部分的區域為透明，以使一外界光線(未繪示)可穿過第二基板270。第二基板270具有覆蓋封膠體240的一區域272，也就是說，區域272在晶片210上的投影區域覆蓋於封膠體240在晶片210上的投影區域。在本實施例中，區域272為一黑色區域。因此，區域272可阻擋外界光線照射至封膠體240，而降低封膠體240受光降解的機率。
圖4是依照本發明的再一實施例的一種微機電系統封裝結構的示意圖。請參閱圖4，本實施例之微機電系統封裝結構300與上一實施例之微機電系統封裝結構200的主要差異在於，在本實施例中，微機電系統封裝結構300更包括一模製化合物390及一濕氣吸收元件395。模製化合物390設置在孔洞362內且貼附於第一濕氣阻隔層350的周圍。如圖4所示，模製化合物390在第一濕氣阻隔層350上的一投影區域覆蓋封膠體340在第一濕氣阻隔層350上的一投影區域。也就是說，模製化合物390可以增進封膠體340與第一濕氣阻隔層350的物理結構，以降低封膠體340與第一濕氣阻隔層350破裂的可能性。本實施例之微機電系統封裝結構300透過模製化合物390提供了一第四重保護。
此外，濕氣吸收元件395設置於由第一基板360與第二
基板370所包圍的孔洞362內，如此一來，即便是濕氣滲入孔洞362內，也會被濕氣吸收元件395所吸收，而不會進入凹穴332中，以確保微機電元件320可正常地運作。換言之，本實施例之微機電系統封裝結構300透過濕氣吸收元件395提供了一第五重保障。
綜上所述，本發明之微機電系統封裝結構透過蓋板的中央部位具有凹穴，凹穴可供微機電元件容置的設計，降低蓋板周圍與晶片之間的間隙高度，且透過封膠體配置於蓋板周圍與晶片之間的間隙以密封凹穴。由於蓋板周圍與晶片之間的間隙較小，封膠體的尺寸不需太大，因此較不易龜裂，而使得本發明之微機電系統封裝結構具有較佳的抗濕氣能力。此外，本發明之微機電系統封裝結構透過第一濕氣阻隔層包覆於晶片、蓋板及封膠體的周圍，以避免濕氣進入凹穴，有效提供第二重保護。另外，本發明之微機電系統封裝結構更藉由將晶片、微機電元件、蓋板、封膠體與第一濕氣阻隔層配置於被第一基板與第二基板所包圍的孔洞內，並藉由第二濕氣阻隔層密封第一基板與第二基板的交界區，以提供阻隔濕氣的第三重保護。並且，本發明之微機電系統封裝結構透過將模製化合物設置於孔洞內並且黏附於第一濕氣阻隔層的四周，以提供阻隔濕氣的第四重保護。再者，本發明之微機電系統封裝結構藉由將濕氣吸收元件設置於孔洞內，以吸收孔洞內的濕氣，而提供第五重保護。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本
發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
D‧‧‧距離
H‧‧‧高度
100‧‧‧微機電系統封裝結構
110‧‧‧晶片
112‧‧‧主動表面
120‧‧‧微機電元件
130‧‧‧蓋板
132‧‧‧凹穴
132a‧‧‧上表面
140‧‧‧封膠體
150‧‧‧第一濕氣阻隔層
Claims (9)
- 一種微機電系統封裝結構，包括：一晶片，具有一主動表面；一微機電元件，配置於該主動表面上；一蓋板，覆蓋於該晶片，該蓋板為一體且包括一凹穴，其中該微機電元件位於該凹穴內；一封膠體，設置於該晶片與該蓋板之間以密封該凹穴，其中該封膠體的厚度小於該微機電元件的高度；一第一濕氣阻隔層，包覆於該晶片、該封膠體及該蓋板的周圍；一第一基板，具有一孔洞，其中該晶片、該微機電元件、該蓋板、該封膠體及該第一濕氣阻隔層設置於該孔洞內；一第二基板，設置於該第一基板上以覆蓋該孔洞；以及一第二濕氣阻隔層，密封該第一基板與該第二基板之間的一交界區。
- 如申請專利範圍第1項所述的微機電系統封裝結構，更包括：一模製化合物，設置在該孔洞內且密封於該第一濕氣阻隔層的周圍。
- 如申請專利範圍第2項所述的微機電系統封裝結構，其中該模製化合物在該第一濕氣阻隔層上的一投影區域覆蓋該封膠體在該第一濕氣阻隔層上的一投影區域。
- 如申請專利範圍第1項所述的微機電系統封裝結構，更包括：一濕氣吸收元件，設置於該孔洞內。
- 如申請專利範圍第1項所述的微機電系統封裝結構，其中該第二基板具有一覆蓋該封膠體的區域。
- 如申請專利範圍第1項所述的微機電系統封裝結構，其中該凹穴具有相對於該主動表面的一上表面，該微機電裝置包括一鏡子，該主動表面與該上表面之間的距離大於該鏡子的傾斜高度。
- 如申請專利範圍第1項所述的微機電系統封裝結構，其中該封膠體的厚度約在1微米至10微米之間。
- 如申請專利範圍第1項所述的微機電系統封裝結構，其中該微機電元件包括一鏡子、一開關、一電容器、一加速度計、一感應器或一引動器。
- 如申請專利範圍第1項所述的微機電系統封裝結構，其中該封膠體的材料包括環氧樹脂。
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2014
- 2014-02-06 TW TW103103945A patent/TWI546245B/zh active
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| TW201531436A (zh) | 2015-08-16 |
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