專利名稱：電元件的封裝和制造方法
在用圓片制造電氣和電子元件時，在圓片階段亦即在分割成單個元件之前，就可能需要用一層掩蔽層覆蓋在圓片上產(chǎn)生的敏感的元件結構。這層掩蔽層一方面可作為其它制造過程中的外界影響的防護層或構成一定的外殼工藝的基礎，特別是，這一掩蔽層對刮痕和碰撞的機械保護、是對其他處理方法中所用介質的密封保護，或對雜質尤其是對微型化元件的導電能力特別有影響的微粒的保護。在這種掩蔽層的基礎上，該外殼例如可通過用樹脂澆注、用塑料注塑、裝入另一外殼中等等使之完備。
例如表面波元件就具有特別敏感的元件結構，這些結構包括用蝕刻的細印制導線構成的叉指式換能器和反射器。這種敏感的結構一般不容許與上述的掩蔽層接觸，否則就可能造成相應表面波元件的性能的不容許的和以不能重復的方式改變。這種結構的掩蔽層只可能通過一個在結構上方構成空腔的封裝來實現(xiàn)。
文獻WO 95/30 276公開了電氣和電子元件的這種封裝，它由一個包封元件結構的框架結構和一層放在該框架結構上的覆蓋層組成，該覆蓋層與該框架共同構成一個包封上述敏感結構的密封罩。其中該框架結構和覆蓋層最好用光刻膠材料尤其是用光刻膠膜制成。為此，必須在其整個面積上進行涂布、通過一個掩模進行曝光和顯影。這些步驟對框架結構和覆蓋層來說，是分開進行的?？偟膩碚f，這種方法相當花錢并需要許多工序。
所以本發(fā)明的目的是對敏感的元件結構提出一種簡單易行而又可靠的封裝方法。
根據(jù)本發(fā)明，這個目的是通過權利要求1所述的方法來實現(xiàn)的。本發(fā)明的諸多有利的改進以及一個這樣制成的封裝還可從其它各項權利要求中得知。
也象上述先有技術所述的方法那樣，本發(fā)明方法涉及一種由兩部分即由一個包封元件結構的框架結構和一個放在其上的頂蓋結構組成的封裝。但與先有方法不同的是，框架結構和頂蓋結構都用一種可涂布的液態(tài)反應樹脂，這種樹脂可事后硬化。在通過第一層反應樹脂的曝光和顯影構成框架結構后，在整個面積上即不但在單個元件上而是在整個圓片上繃緊一種輔助薄膜，該薄膜覆蓋在襯底上產(chǎn)生的全部框架結構并牢固粘附其上。然后在該輔助薄膜上涂敷制圖用的第二層反應樹脂，在這個步驟中，最好通過用一種溶劑溶掉或通過用一種等離子體處理掉外露在框架結構外面或頂蓋結構之間的輔助薄膜的部分。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，第二層反應樹脂用一種紫外線硬化的反應樹脂，這種樹脂在整個面積上涂覆后還要進行蝕刻曝光、顯影和硬化。
其中，液態(tài)反應樹脂的離心涂覆是一個簡單和可控的工藝步驟，它比敷設抗蝕薄膜簡單，而且總的來說比較經(jīng)濟，這是一個特大的優(yōu)點。對頂蓋結構設置的第二層反應樹脂可按要求的厚度涂覆，此層保證封裝的足夠的機械穩(wěn)定性。在這種情況下，不需要在這個頂蓋結構上涂覆其他的層。
第一和第二反應樹脂層的圖像曝光可用一個激光器尤其是用一個紫外線激光器通過掃描來實現(xiàn)。其優(yōu)點是，整個過程可按簡單的方式匹配不斷變化的元件結構，而且對曝光過程不需要首先產(chǎn)生昂貴的光掩模。
在制作第一層反應樹脂層的框架結構的同時，可按有利的方式一起產(chǎn)生其他的元件結構尤其是表面波元件的衰減結構。如果反應樹脂層的材料是聲調節(jié)的即具有一個適當?shù)挠捕群瓦m當?shù)膹椥阅Ａ浚@在這種情況中是有利的。
反應樹脂層的顯影最好用液態(tài)顯影劑，根據(jù)所用的樹脂系統(tǒng)用有機溶劑或堿液進行。
在本發(fā)明的另一個實施方案中。蝕刻的第二反應樹脂層通過蝕刻印到框架結構上方范圍內的輔助薄膜上并硬化來產(chǎn)生。作為蝕刻的印刷方法，絲網(wǎng)印刷和掩模印刷是適合的。由于有輔助薄膜，即使在元件結構的結構尺寸很小時，這樣印上去也不成問題，因為元件結構只需用第二反應樹脂層覆蓋。因此上述印刷方法的印刷精度是足夠的，即使這種印刷方法不適合用來制備第一反應樹脂層。
作為輔助薄膜可用一種塑料薄膜尤其是一種熱塑薄膜。這種薄膜的優(yōu)點是，薄膜易于繃緊并由此在框架結構上產(chǎn)生一層平的掩蔽層。此外，塑料薄膜例如可通過粘接、熔接或焊接與框架結構進行良好的連接。
塑料薄膜的材料可這樣選擇，即它可方便重新除掉。特別是，它可在一種溶劑中輕易溶解，這種溶劑用來去掉沒有被封裝覆蓋的框架結構之間的范圍內的塑料薄膜。
一種相當薄的塑料膜也容易在一種等離子體中尤其是在一種含氧的等離子體中去掉。其中，第二反應樹脂層的厚度應選得足夠厚，以便在這個去掉過程中對第二反應樹脂層產(chǎn)生影響的溶解提供足夠的超前。作為塑料薄膜的材料，聚酰胺，聚對苯二甲酸乙二酯或聚碳酸酯薄膜是特別適用的。其中塑料薄膜的厚度應這樣選擇，即一方面它應當盡可能的薄，但另一方面又必須具有足夠的承載能力，以便支承第二反應樹脂層，而不產(chǎn)生太大的撓度。薄膜的厚度一般大約1微米足夠。但也可用厚達大約20微米的薄膜或較薄的薄膜，特別是0.5至5微米厚的薄膜。
下面結合一個實施例及其附圖來詳細說明本發(fā)明。


圖1至8表示在制備封裝時，用一個被封裝的元件的示意橫截面示出的不同工藝階段；圖9表示該元件在一個工藝階段過程中的示意俯視圖。
在這個實施例中描述一個表面波元件的有源的和敏感的元件結構的封裝。所有的圖只是示意圖，因此，沒有按比例表示。
圖1表示一個壓電襯底1，例如一個用鉭酸鋰或鈮酸鋰制成的圓片。現(xiàn)在要在襯底1的表面上制作不同的元件結構尤其是導電的結構例如鋁金屬噴涂。在圖1中只示出了這種金屬化的部分即敏感的元件結構2，它們雖然布置在一個圓片上，但可屬于不同類型的元件?，F(xiàn)在在襯底1上的元件結構2上方的整個表面離心涂覆一層例如厚約50微米的光敏反應樹脂層3。反應樹脂層3的厚度是這樣選擇的，即它超出元件結構2的厚度。使元件結構2和反應樹脂層3的上緣之間的高度差可保證在覆蓋元件結構2時有一定的安全距離。
作為反應樹脂應優(yōu)先涂敷一種陽離子引發(fā)的紫外線硬化的和無溶劑的環(huán)氧樹脂，這種樹脂可在紫外線輻射下硬化。這種樹脂除了陽離子硬化的環(huán)氧外，還含有一種光引發(fā)劑或光引發(fā)劑系統(tǒng)，這種系統(tǒng)與曝光光源匹配。這類環(huán)氧樹脂例如在文獻DE-A 44 43 946進行了描述，這里參考該文獻的全部內容。為了支持固化，這種反應樹脂還可含有添加劑，這類添加劑最好是堿性的并可從鹽類氫氧化物或有機胺中選出。
圖2通過用一個紫外線激光器的掃描曝光4使第一反應樹脂層3的一定區(qū)域5曝光并至少硬化。曝光保證了可用一種顯影液顯影的第一反應樹脂層3的曝光區(qū)域5和未曝光的區(qū)域之間的溶解梯度。
圖3表示顯影后的元件。原有的第一反應樹脂層3的已曝光的和顯影后剩下的區(qū)域6構成封閉的框架結構6，這種框架結構包封敏感的元件結構2。必要時，在這個工藝階段可通過短時間的升溫使通過紫外線激光器只硬化了的框架結構6完全固化。完全固化也可在顯影之前進行。
然后在框架結構6上面繃緊一層薄的塑料薄膜7，使該薄膜緊貼在框架結構6上。作為輔助薄膜用的塑料薄膜7最好在整個襯底1的上方繃緊。
圖4表示這個工藝階段后的組態(tài)。通過加熱，用一種涂有粘接劑的薄膜通過激光焊接或磨擦焊接或類似措施在薄膜7和框架結構6之間實現(xiàn)粘附連接。
然后在輔助薄膜7上整個表面離心涂覆一層同樣是光敏的液態(tài)反應樹脂層8。最好使用第一反應樹脂層相同的樹脂。其中這個第二反應樹脂層8的厚度選擇成使之明顯位于塑料薄膜7的厚度上方。圖5表示這個工藝步驟后的組態(tài)。
在這個第二反應樹脂層8內也進行一次蝕刻曝光，以產(chǎn)生硬化的區(qū)域9，與第一反應樹脂層3的曝光相似，這里的曝光也通過掃描的紫外線激光輻射來進行。硬化的區(qū)域9是這樣排列的，它們構成與框架結構6匹配的并與其外周邊一致的頂蓋結構。
圖7必要時，再進行一次升溫，使區(qū)域9完全固化。然后用一種液態(tài)顯影劑根據(jù)所用的樹脂系統(tǒng)用有機溶劑或堿液去掉第二反應樹脂層8的未曝光的區(qū)域，其中保留頂蓋結構10。
下一步是去掉未被頂蓋結構10覆蓋的塑料薄膜7的區(qū)域，例如通過在一種合適的例如含氧的等離子體中進行短時間的灰化處理。在這個腐蝕步驟中，塑料薄膜7的外露的未覆蓋的區(qū)域被完全去掉。同時產(chǎn)生頂蓋結構10的部分的層去除。圖8表示完全包封的元件結構2的結果，其中這種封裝由框架結構6和頂蓋結構10組成，在這兩種結構之間帶有剩余的輔助薄膜11?，F(xiàn)在元件結構2進行氣密性密封并例如防止下一步腐蝕處理步驟受到損害。也可在這個階段分立元件，即例如通過鋸鋸開元件結構或封裝之間的襯底1。
圖9表示圍繞敏感的元件結構2的框架結構6布置的示意俯視圖，元件結構在這里以彎曲的形式示意示出。這些敏感的元件結構可通過印制線與襯底1上的電連接面12連接。然后框架結構6這樣布置，使敏感的元件結構2被包封，但連接面12必要時連同電引線部分則位于框架結構6的外面。其中電引線的一部分被框架結構覆蓋。在敷設頂蓋結構11、10以后，電連接面12仍保持可達性并可從外面接合，該頂蓋結構的外界線與框架結構6的周邊一致。例如可通過倒裝接合工藝進行接合，其中連接面通過所謂的碰撞與一塊底板連接。但也可在連接面12上方用壓焊絲進行元件的連接。
下一步處理最好用倒裝接合，這時敏感的元件結構位于面向底板的襯底表面上并由此達到附加的保護。通過襯底1和底板(圖中未示出)之間的間隙的附加的密封，可使元件達到進一步的密封。
雖然本發(fā)明只用一個實施例進行了說明，但本發(fā)明不受這個實施例的限制。更確切地說，用本發(fā)明也可封裝別的元件，并可用別的襯底材料、別的反應樹脂或別的曝光方式。其中被封裝的元件或被封裝的元件結構的種類確定封裝的幾何尺寸，這種封裝可在很大的范圍內變化。
權利要求
1.根據(jù)電元件的敏感的元件結構(2)選擇的封裝方法包括如下步驟-在具有敏感元件結構的元件襯底(1)的表面上進行整個面積的離心涂覆第一層液態(tài)的光敏反應樹脂層(3)；-進行這個第一反應樹脂層的按圖像的曝光和顯影，其中一個包封元件結構(2)的框架結構(6)保留下來；-在襯底(1)的整個框架結構(6)上繃緊一層輔助薄膜(7)；-在框架結構(6)的上方范圍內的該輔助薄膜的表面上這樣產(chǎn)生第二蝕刻的反應樹脂層，即保留用框架(6)覆蓋的并與之共同構成一個空腔的頂蓋結構(10)；-去掉頂蓋結構(10)之間的外露區(qū)域內的輔助薄膜(7)。
2.按權利要求1的方法，在這種方法中，產(chǎn)生第二蝕刻反應樹脂層8包括下列步驟-在輔助薄膜(7)的表面的整個面積上離心涂覆一層光敏的液態(tài)的第二反應樹脂層(8)；-進行這個第二反應樹脂層的按結構的曝光和顯影，其中保留與框架(6)一致的并與它一起構成一個空腔的頂蓋結構(10)。
3.按權利要求2的方法，在該方法中，第一和/或第二反應樹脂層(3，8)的按結構的曝光是通過用一個激光器(4)的掃描來實現(xiàn)的。
4.按權利要求1或2的方法，在該方法中，曝光后的第一和/或第二反應樹脂層(3，8)的顯影用一種液成顯影劑進行。
5.按權利要求1的方法，在該方法中，第二蝕刻的反應樹脂層(8)用一種印刷方法蝕刻在輔助薄膜(7)上。
6.按權利要求5的方法，在這種方法中，頂蓋結構(10)用一種絲網(wǎng)印刷法或掩膜印刷法產(chǎn)生并隨即硬化。
7.按權利要求1～6任一項的方法，在該方法中，作為輔助薄膜(7)使用一種薄的塑料薄膜。
8.按權利要求1～7任一項的方法，在該方法中，塑料薄膜(7)與框架結構(6)粘接或焊接。
9.按權利要求1～8任一項的方法，在該方法中，去掉外露在框架結構之間的輔助薄膜(7)是通過用一種等離子體進行灰化處理來實現(xiàn)的。
10.按權利要求1～8的方法，在該方法中，去掉外露在框架結構之間的輔助薄膜(7)是通過用一種該輔助薄膜的溶劑來進行的。
11.按權利要求1～10任一項的方法，在該方法中，在進行第一反應樹脂層(3)的按結構的曝光和顯影時，除了構成框架結構(6)外，還構成衰減結構。
12.按權利要求1～11任一項的方法，在該方法中，輔助薄膜(7)選用聚酰胺，聚對苯二甲酸乙二酯薄膜或聚碳酸酯薄膜并具有0.5～5微米的厚度。
13.按權利要求1～12任一項的方法，在這種方法中，第一和第二反應樹脂層(3，8)包括一種紫外線硬化的環(huán)氧樹脂。
14.具有敏感元件結構(2)的電元件在一個襯底(1)上的封裝包括-一個在該襯底上用硬化反應樹脂制成的、包封這些敏感元件結構的框架結構(6)，和-一個罩，該罩覆蓋框架結構(6)并與之構成一個空腔并由一層塑料薄膜(11)和一層設置其上的硬化的反應樹脂層(10)組成。
15.按權利要求11的封裝，塑料薄膜(7)包括一種熱塑性塑料，選用聚酰胺，聚對苯二甲酸乙二酯或聚碳酸酯。
全文摘要
本發(fā)明涉及敏感的元件結構(2)的封裝，這類元件結構用一個由光敏反應樹脂制成的框架結構(6)包封，并在敷設一層輔助薄膜(7)后，該反應樹脂用另一層刻蝕的反應樹脂層(8)覆蓋。例如通過蝕刻印制或光刻可在框架結構(6)上制出匹配的頂蓋結構(10)。外露的輔助薄膜(7)的殘余部分被溶解掉或腐蝕掉。
文檔編號H01L21/02GK1401136SQ01805044
公開日2003年3月5日 申請日期2001年2月2日 優(yōu)先權日2000年2月14日
發(fā)明者W·帕爾, W·菲舍爾 申請人:埃普科斯股份有限公司