一种集成电路封装结构及其制作方法与流程

1.本发明涉及集成电路生产应用领域，尤其涉及一种集成电路封装结构及其制作方法。


背景技术：

2.随着科学技术的迅速发展，对电子器件的可靠性要求越来越高。尤其是可靠性问题，比如军事和航天应用中的导弹、卫星携带设备由于其工作的特殊环境对器件的可靠性有着非常苛刻的要求，这些封装产品必须能够在极高或极低温度、潮湿和腐蚀性环境下正常工作，可靠性差将带来严重的后果。即使在民用方面，微电子器件的可靠性也可能引发严重的问题，如普通小轿车上使用的安全气囊压力传感器，必须十分可靠，又如埋入人体内代替心脏功能的微泵，都需要极高的可靠性，这就为封装提出了更高的要求。
3.目前，气密性封装方式被广泛应用于微电子器件，气密封装能够有效隔绝器件内部芯片与外界环境，让管壳内的器件与外部环境相隔离，避免外部空气中的水汽和二氧化硫等有害气体进入管壳内，保证了器件的可靠性。此外，气密性封装的好坏对器件的性能有重要的影响，甚至决定着器件能否正常工作。例如：谐振传感器中空气阻尼减小，可以获得较高的品质因子，以得到较高的分辨率和动态范围；空气阻尼效应减小，可以增加电容式加速度计的动态响应。当前主要有两种实现气密性封装的方法，分别为整体封装方法和后封装方法。整体封装方法即是在制作部件的同时完成封装，但这种方法工艺特殊，并不适用于大部分微电子器件的封装。后封装方法是指封装工艺独立于整个器件工艺，它对于各种微电子器件具有很高的灵活性。一种性价比很高的后封装方法是基于晶片级键合技术发展来的。器件通过上下基板键合实现密封，上下基板在不同的晶圆上制作，两块基板通过金属键合、阳极键合等方式封接在一起，达到气密性封装的目的。
4.由于键合层直接暴露在大气环境下，受到大气微粒、潮湿、温度变化、振动等影响，这将极大的影响器件气密性封装的可靠性。此外，键合过程本身也存在一定的问题，如cu/sn金属键合过程中，会生成一定的金属间化合物(cu3sn和cu6sn5)。这些金属间化合物的密度和热膨胀系数存在一定的差异，这会导致金属化合物界面内形成空洞，在一定的条件下逐渐发展为通孔，导致封装气密性失效。因此，如何延长气密性封装的使用寿命，提高其可靠度是一个急待解决的问题。


技术实现要素：

5.鉴于以上现有技术存在的问题，本发明提出一种集成电路封装结构及其制作方法，主要解决现有气密性封装的使用寿命短且可靠性较差的问题。
6.为了实现上述目的及其他目的，本发明采用的技术方案如下。
7.一种集成电路封装结构，包括：
8.衬底；
9.待封装器件，设置于所述衬底上；
10.封装壳体，其包括腔体，所述封装壳体扣接在所述待封装器件上，以使所述待封装器件置于所述腔体内；
11.储液箱，用于盛放粘合剂，所述储液箱设置于所述封装壳体的周向上，所述储液箱的底部设置有阀门；
12.传感模块，设置于所述腔体内，以所述腔体内的气体含量发生变化时生成检测信号；
13.控制模块，设置于所述腔体内，所述控制模块分别接所述传感模块和所述阀门，根据所述检测信号开启所述阀门；
14.隔板，设置于所述衬底上，以在所述隔板与所述封装壳体之间形成封装槽，其中，所述封装槽与所述阀门相对设置，通过打开所述阀门使得所述粘合剂填充整个所述封装槽。
15.在本技术一实施例中，集成电路封装结构还包括：
16.传感模块，设置于所述腔体内，以所述腔体内的气体含量发生变化时生成检测信号；
17.控制模块，设置于所述腔体内，所述控制模块分别接所述传感模块和所述阀门，根据所述检测信号开启所述阀门。
18.在本技术一实施例中，所述传感模块包括压强传感器或气体传感器。
19.在本技术一实施例中，所述隔板的材质包括透光材质。
20.在本技术一实施例中，所述粘合剂包括：环氧树脂、填充剂或硬化剂。
21.在本技术一实施例中，所述储液箱为环状。
22.在本技术一实施例中，所述储液箱的材质包括：亚克力、陶瓷、硅或pc材料。
23.在本技术一实施例中，所述阀门为多个，所述储液箱位于所述封装壳体四个周侧的底部分别设置有所述阀门。
24.在本技术一实施例中，所述封装壳体的材质包括陶瓷。
25.本技术还提供一种集成电路封装结构的制作方法，包括：
26.提供封装壳体和衬底，其中，所述衬底上设置有待封装器件，所述衬底上设置有隔板，所述封装壳体周向上设置有用于盛放粘合剂的储液箱，所述储液箱底部设置有阀门，所述封装壳体包括腔体，所述腔体内设置有传感模块和控制模块，所述控制模块分别接所述传感模块和所述阀门，根据所述传感模块的检测信号启动所述阀门；
27.将所述封装壳体扣接在所述待封装器件上，以使所述待封装器件置于所述腔体内，且在所述隔板与所述封装壳体之间形成封装槽，所述封装槽与所述阀门相对设置，以通过打开所述阀门使得所述粘合剂填充整个所述封装槽。
28.在本技术一实施例中，将所述封装壳体扣接在所述待封装器件上，包括：
29.在所述衬底上形成键合层，通过所述键合层将所述封装壳体与所述衬底键合。
30.如上所述，本技术提供的一种集成电路封装结构及其制作方法，具有以下有益效果。
31.通过在封装壳体周侧设置储液箱，在封装壳体需要进行二次气密性封装时，只需要打开储液箱底部的阀门，储液箱便可自动流入封装槽完成二次封装，延长气密性器件的使用寿命，增强器件可靠性。
附图说明
32.图1为本技术一实施例中集成电路封装结构的示意图。
33.图2为本技术一实施例中集成电路封装方法的流程示意图。
34.附图标号说明
35.1-衬底，2-隔板，3-键合层，4-粘合剂，5-储液箱，6-封装壳体，7-传感模块，8-待封装器件，9-控制模块。
具体实施方式
36.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
37.需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
38.请参阅图1，本发明提供一种集成电路封装结构，该封装结构包括衬底1、待封装器件8、封装壳体6、储液箱5、传感模块7、控制模块9以及隔板2。待封装器件8可以包括传感器芯片，具体待封装器件8可根据实际应用需求进行选择适配，这里不作限制。待封装器件8设置于衬底1一侧表面上，可在衬底1上完成待封装器件8的走线布线，以与外部电路建立连接，衬底1可采用硅基底。
39.在一实施例中，完成待封装器件8设置后，将封装壳体6扣接在衬底1上，封装壳体6可设置为立方体结构，内部设置有腔体，通过封装壳体6覆盖衬底1上的待封装器件8，使得待封装器件8位于腔体内。封装壳体6的材质可采用陶瓷。在另一实施例中，封装壳体6的外形也可根据需要设置为圆柱体或其他形状，这里不作限制。
40.在一实施例中，封装壳体6可通过键合层3与衬底1键合以完成扣接，键合层3可采用cu/sn键合，具体键合工艺及过程这里不再赘述。通过键合层3实现一次气密性封装。
41.在一实施例中，封装壳体6周向上可设置储液箱5，储液箱5用于存放粘合剂4。该储液箱5可根据需要设置为环状或者其他形状，以环状储液箱5为例，储液箱5可与封装壳体6一体成型，储液箱5底部可设置阀门，打开阀门可使得储液箱5中的粘合剂4流出。
42.在一实施例中，储液箱5的材质可包括：亚克力、陶瓷、硅或pc材料(即聚碳酸酯)。
43.在一实施例中，阀门可以为多个，以封装壳体6为立方体结构为例，封装壳体6每一个周向侧面的储液箱5底部均可设置一个阀门，四个周侧的阀门可同步打开，使得每侧的粘合剂4流出后分布均匀。进一步地，每一侧的阀门位于对应侧的储液箱5底部的中心位置。阀门可采用挡板结构，挡板遮挡储液箱5底部的开孔，经过触发后，挡板可发生细微移动，露出储液箱5底部开孔，使得粘合剂从底部开孔流出。单个挡板位置的开孔可以为一个或多个，具体可根据实际应用需求进行设置，这里不作限制。再触发阀门开启之前，通过阀门封闭储液箱5以形成封闭箱5的密闭结构。
44.在一实施例中，衬底1上还可设置隔板2，隔板2也可为环状结构，进而在隔板2与封装壳体6之间形成封装槽，封装槽正对储液箱5的底部，阀门打开后，粘合剂4流入封装槽完成二次气密性封装。
45.在一实施例中，隔板2的材质可采用透光材质，示例性地，可采用透光亚克力板，通过透光亚克力板可直观的看到粘合剂4流入封装槽的情况。隔板2用于对粘合剂4流入位置进行限制，确保所有的粘合剂4流向导向槽中预定位置。
46.在一实施例中，还可在封装壳体6的腔体内设置传感模块7和控制模块9，控制模块9分别与传感模块7以及阀门电性连接。在一实施例中，传感模块7、控制模块9与阀门通过陶瓷封装壳体6内部铜电缆进行连接。封装结构制作完成后，传感模块7可用于检测腔体内气压的变化或者检测特定气体(n2、h2o、o2、co2等)。示例性地，传感模块7可包括压强传感器或气体传感器等，主要目的在于感知封装壳体6内部气密性变化，触发后施放电信号至控制模块9。若传感模块7检测到气压变化或特定气体，则说明一次气密性封装在使用过程中存在气密性问题，将检测结果反馈给控制模块9，触发控制模块9打开阀门，使得粘合剂4流入封装槽进行二次气密性封装。储液箱5中盛放的粘合剂4的量以能够完全覆盖键合层3为宜，具体储量可根据实际应用需求进行调整，这里不作限制。粘合剂4可包括环氧树脂、填充剂、溶剂、增强剂(如硬化剂)等。粘合剂流入封装槽后与空气接触可自行凝固，完成二次封装。
47.在一实施例中，控制模块9可包括一开关器件和一供电单元，开关器件可采用mos管等，在接收到传感模块7的信号电平后，开关器件导通，使得阀门控制端上电，阀门打开。具体控制模块9的电路结构可根据实际应用需求进行调整，这里不作限制。
48.请参阅图2，本技术实施例还提供一种集成电路封装结构的制作方法，该方法包括以下步骤：
49.步骤s200，提供封装壳体和衬底，其中，所述衬底上设置有待封装器件，所述衬底上设置有隔板，所述封装壳体周向上设置有用于盛放粘合剂的储液箱，所述储液箱底部设置有阀门，所述封装壳体包括腔体，所述腔体内设置有传感模块和控制模块，所述控制模块分别接所述传感模块和所述阀门，根据所述传感模块的检测信号启动所述阀门；
50.在一实施例中，可提供封装壳体，封装壳体可采用陶瓷材质，在不损坏陶瓷封装壳体的情况下，以一体化成型的方式在其外侧加装一圈储液箱，其中，封装壳体设置有腔体，在腔体内存在一定的铜线缆用于传输电信号。陶瓷封装壳体内侧顶部安装传感模块，并预留控制模块安装位置；在陶瓷封装壳体的腔体内侧安装控制模块，并实现传感模块、控制模块与阀门之间良好的电接触；将粘合剂溶液置入储液箱，检测是否存在漏液现象，确保只有阀门单个出口；以硅基底作为衬底，在硅基底置入一圈透光亚克力板环作为隔板，隔板与键合位置预留一定的空间用以存放释放后的粘合剂。对上述步骤加工后所得封装壳体进行清洁处理，键合硅基底，实现集成电路器件封装。
51.步骤s210，将所述封装壳体扣接在所述待封装器件上，以使所述待封装器件置于所述腔体内，且在所述隔板与所述封装壳体之间形成封装槽，所述封装槽与所述阀门相对设置，以通过打开所述阀门使得所述粘合剂填充整个封装槽。
52.在一实施例中，将所述封装壳体扣接在所述待封装器件上，包括：在所述衬底上形成键合层，通过所述键合层将所述封装壳体与所述衬底键合。
53.在一实施例中，对9mm
ⅹ
9mm
ⅹ
11mm的陶瓷封装壳体进行激光切割加工，以一体化
成型的方式在其外侧加装一圈储液箱，其深度为6mm，径宽为3mm。其中，储液箱底部安装可伸缩式阀门，通过铜电缆与控制模块进行连接。在陶瓷封装壳体四周居中位置各安装有一个1.2mm
ⅹ
1.2mm
ⅹ
1mm的可滑动式阀门。这里仅示例性地给出其中一种尺寸设置方式，具体尺寸可根据实际应用需求进行调整，这里不作限制。将传感模块和控制模块安装在陶瓷封装壳体内部，通过电缆连接传感模块、控制模块和阀门，并进行电测试，确保该传感器系统能够按照预期正常工作。同时，检查陶瓷封装壳体内部气密性，确保在安装过程中没有造成外壳破损。
54.将粘粘合剂溶液(环氧树脂)置入储液箱，深度约为5mm，使其触发后能够完全覆盖键合层。同时，检查控制储液箱是否存在漏液现象，并进行更正。
55.在衬底上距离键合层预留位置3mm处焊接一圈透光隔板，用以置留粘合剂溶液流入位置，同时用以观测是否有粘合剂溶液流入，以判断是否触发二次封装。
56.对上述步骤加工后所得封装管壳和衬底进行清洁处理，键合衬底，实现传感器器件封装。
57.基于以上技术方案，本技术采用粘合剂以实现二次气密性封装，极大程度的保证了封装结构的气密性和可靠性，能够有效延长器件使用寿命，降低电子垃圾的产生。
58.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

技术特征：
1.一种集成电路封装结构，其特征在于，包括：衬底；待封装器件，设置于所述衬底上；封装壳体，其包括腔体，所述封装壳体扣接在所述待封装器件上，以使所述待封装器件置于所述腔体内；储液箱，用于盛放粘合剂，所述储液箱设置于所述封装壳体的周向上，所述储液箱的底部设置有阀门；传感模块，设置于所述腔体内，以所述腔体内的气体含量发生变化时生成检测信号；控制模块，设置于所述腔体内，所述控制模块分别接所述传感模块和所述阀门，根据所述检测信号开启所述阀门；隔板，设置于所述衬底上，以在所述隔板与所述封装壳体之间形成封装槽，其中，所述封装槽与所述阀门相对设置，通过打开所述阀门使得所述粘合剂填充整个所述封装槽。2.根据权利要求2所述的集成电路封装结构，其特征在于，所述传感模块包括压强传感器或气体传感器。3.根据权利要求1所述的集成电路封装结构，其特征在于，所述隔板的材质包括透光材质。4.根据权利要求1所述的集成电路封装结构，其特征在于，所述粘合剂包括：环氧树脂、填充剂或硬化剂。5.根据权利要求1所述的集成电路封装结构，其特征在于，所述储液箱为环状。6.根据权利要求1所述的集成电路封装结构，其特征在于，所述储液箱的材质包括：亚克力、陶瓷、硅或聚碳酸酯。7.根据权利要求6所述的集成电路封装结构，其特征在于，所述阀门为多个，所述储液箱位于所述封装壳体四个周侧的底部分别设置有所述阀门。8.根据权利要求1所述的集成电路封装结构，其特征在于，所述封装壳体的材质包括陶瓷。9.一种集成电路封装结构的制作方法，其特征在于，包括：提供封装壳体和衬底，其中，所述衬底上设置有待封装器件，所述衬底上设置有隔板，所述封装壳体周向上设置有用于盛放粘合剂的储液箱，所述储液箱底部设置有阀门，所述封装壳体包括腔体，所述腔体内设置有传感模块和控制模块，所述控制模块分别接所述传感模块和所述阀门，根据所述传感模块的检测信号启动所述阀门；将所述封装壳体扣接在所述待封装器件上，以使所述待封装器件置于所述腔体内，且在所述隔板与所述封装壳体之间形成封装槽，所述封装槽与所述阀门相对设置，以通过打开所述阀门使得所述粘合剂填充整个所述封装槽。10.根据权利要求8所述的集成电路封装结构的制作方法，其特征在于，将所述封装壳体扣接在所述待封装器件上，包括：在所述衬底上形成键合层，通过所述键合层将所述封装壳体与所述衬底键合。

技术总结
本申请提供一种集成电路封装结构及其制作方法，该封装结构包括：衬底；待封装器件，设置于所述衬底上；封装壳体，其包括腔体，所述封装壳体扣接在所述待封装器件上，以使所述待封装器件置于所述腔体内；储液箱，用于盛放粘合剂，所述储液箱设置于所述封装壳体的周向上，所述储液箱的底部设置有阀门；传感模块，设置于所述腔体内；控制模块，设置于所述腔体内，所述控制模块分别接所述传感模块和所述阀门，当传感模块检测到腔体内气体含量发生改变，传导信号至控制模块，控制模块启动所述阀门；隔板，设置于所述衬底上，以在所述隔板与所述封装壳体之间形成封装槽，其中，所述封装槽与所述阀门相对设置。门相对设置。门相对设置。


技术研发人员：朱智源 蒲茂秋 彭德光
受保护的技术使用者：重庆兆光科技股份有限公司
技术研发日：2023.05.16
技术公布日：2023/9/14