CN101139079A - 微机电感测元件的塑料构装方法及其结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微机电感测元件的塑料构装方法及其结构，其工艺包含：首先提供一载体，具有一表面。再提供至少一微机电感测元件，微机电感测元件具有一主动表面与一背面，且主动表面上具有一作用区域及多个焊垫。续而进行光阻工艺形成一牺牲层于作用区域上。再将该微机电感测元件粘结并电性连接于该载体表面上。接着形成至少一封胶体，其具有一表面使牺牲层的上表面暴露出来。最后以溶剂自然分解牺牲层，使微机电感测元件作用区域外露，以使作用区域与大气环境接触。

Description

微机电感测元件的塑料构装方法及其结构
技术领域
本发明涉及一种微机电感测元件的塑料构装方法及其结构，尤其涉及一种在塑料构装中的微机电感测元件的作用区域上形成一空间的制造方法及其结构。
背景技术
以目前整个微机电产业而言，微机电感测元件虽然与生俱有微形化与体积整合的特点，但因为整体的元件成本一直居高不下，所以将大幅地缩减其元件可用的领域与范畴。随着全球通信个人化与普及化的潮流影响，人手一机或多机的状况已是一个见怪不怪的现象，就连刚就学的小学学童，因为亲子联的需求而使得手机的消费族群年龄，大幅地降低至未满十岁的儿童，因此大大地增加手机的需求量，而且根据拓谱在2005年九月的调查报告中指出，全球在2005年的手机出货数目约为7.6亿支，且手机用户数将达16.85亿户之多，同时预计2009年时的全球手机用户将可达22.36亿户。因此可见手机的应用市场规模实在不可轻忽。
以手机的产品属性与设计概念来说，手机除了通话和基本功能之外的附属功能和影像通信、无线数据传输、上网连结、时间显示、闹钟提醒、记事簿、全球时差、接收电子邮件、个人秘书、GPS导航、卫星地位与协寻、电子地图、无线遥控、MP3音乐、实时影像、数字照相、数字节目接收、水平标高、监控警示、数字游戏、收音机、扩充内存等等的功能。由于单机功能的无线扩充需求，将导致手机内元件数目与元件积体化的机率大增。很不幸地，由于轻、薄、短、小的消费者使用需求驱使，手机的本体体积不可能因为手机功能的增加而随之增加，相反地可能会被限制在一定的尺寸范围内，甚至有可能因轻巧美观的卖点推波助澜下，进而缩小整体手机的外形大小。另一方面，就是因为手机在全球市场上已是一个平名化的产物，因此整体手机的成本已将会局限在一合理的范围，不可能如高科技的仪器或配件般地高单价，也就是因为如此，所有导人手机内的所有元件成本，将会是一个设计上的挑战，因此低成本且可大量一贯生产的模式，已变成所有应用在手机内元件的一个设计准则与原则，也是技术研究的趋向。
另外对于未来手机而言，生活信息的感测需求将势必大举入侵并整合于手机中，其生活信息如环境温度、湿度、挥发性有机气体(VOC)、一氧化碳有毒气体、紫外线强度、空气中氧气含量、空气中氨含量等等，微形感测机制将是一个必需要做的事，而微机电感测元件正是目前唯一的可能最佳途径。目前手机内已有相当比例的元件采用微机电的元件，如话筒的微形麦克风、游戏效果的微形陀螺仪、照相的CCD等等，再加上上叙未来手机的微机电可能感测元件，由此可见微机电感测元件在未来手机内所扮演着举足轻重角色，而此些微机电感测元件的封装后尺寸，也是需要尽可能的微型化。
在微机电感测元件成本架构上，微机电的构装成本往往占整体微机电感测元件成本的7~8成左右，因此在降低微机电感测元件成本议题上，构装成本不但会是第一个必需检讨的课题，也是一个最有效且重要的改进方向。
一般的微机电感测元件，为了让微机电元件表面的感测机制，在元件封装后与外界大气环境相通，以达感测环境的目的，因此必须要在微机电感测元件表面的感测区域上方打开一信道。目前已知的微机电感测元件构装结构中，如美专专利6,379,988B1，图1A为其微机电感测元件构装结构10，如图所示，其中，在微机电感测元件11模封工艺前，为了保护微机电感测元件11上表面微型感测或制动结构12，先行在微机电感测元件表面覆盖一牺牲层保护层13，且该牺牲层保护层13在模封工艺后，整个埋入模封材料14中，故需在该微型感测或制动结构12上方打开一窗口。其开窗手法如图1B及图1C所示，采用二次不同强酸喷蚀方式，首先以第一衬垫15加载于模封材料14上以局限喷酸工艺的区域，再以第一强酸16喷蚀，在适当的酸蚀时间控制之后，将接触第一强酸16的模封材料14去除，使牺牲层保护层13外露出来；之后以第二衬垫17加载于模封材料14第一次开口区域之上，再以第二强酸18喷蚀，在适当的酸蚀时间控制之后，将牺牲层保护层13去除，以释放微机电感测元件11的微型感测或制动结构12并与大气接触。
但是，上述现有技术的微机电感测元件构装结构10的工艺存在着极大的问题，首先是开窗方法的问题，因此现有技术采用强酸喷蚀的技术，并以不同的强酸材料、不同的衬垫形状来打开第一层的模封材料14与第二层的牺牲层保护层13，此种强酸工艺除了需要额外的酸蚀区域衬垫之外，酸蚀参数的控制不易导致良率不高，且易有工安及环保的问题，且其强酸工艺必须单个逐一加工，产能低落。另外，因此现有技术需先以牺牲层保护层13于表面全面覆盖再空出焊线区域，其复杂的图案及工艺将对焊线工艺的良率造成影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种微机电感测元件的塑料构装方法及其结构，在对微机电感测元件表面的作用区域(sensitive area)上方开窗时，不需任何衬垫需求，可大为简化工艺，并得以整体加工方式，同时对多个微机电感测元件开窗，大举提升产能，同时提高开窗工艺的良率，且本发明不需任何强酸喷蚀工艺，故完全没有酸蚀参数、时间难以准确控制、酸液外泄的环境污染及工安事故问题。另外，本发明在开窗时，完全不会对微机电感测元件作用区域以外的部分造成影响，没有额外造成微机电感测元件焊垫与载体电性连接不良的机会。
为实现本发明的上述目的，本发明提供一种微机电感测元件的塑料构装方法，包括：提供一载体，具有一表面；再提供至少一微机电感测元件，其微机电感测元件具有一主动表面与一背面，且主动表面上具有一作用区域及多个焊垫；续而进行光阻工艺形成一牺牲层于作用区域上；接着粘结微机电感测元件于载体表面，并与之电性导通；之后形成至少一封胶体，其封胶体具有一表面与牺牲层的上表面约齐平且暴露出牺牲层的上表面；再以溶剂自然分解方式解除牺牲层，使微机电感测元件作用区域外露出来。
上述微机电感测元件的塑料构装方法所述载体可为一印刷电路板、一导线架等基板型态，也可为一与基板粘固并电性连接的特殊应用集成电路。
上述微机电感测元件的塑料构装方法所述封胶体表面与牺牲层之上表面概呈齐平或于封胶体表面更包含一引管形成外引信道。
上述微机电感测元件的塑料构装方法所述微机电感测元件还包括在背面具有一凹穴，并结合一支撑结构层于背面上，以覆盖凹穴。
上述微机电感测元件的塑料构装方法所述封胶体表面更接合一防尘隔离滤片以覆盖微机电感测元件作用区域。
而且，为实现上述目的，本发明又提供一种微机电感测元件的塑料构装结构，包含：一载体；至少一微机电感测元件，设置于载体之上，且其具有一主动表面，主动表面上具有一作用区域及多个焊垫；一封胶体，包覆载体、微机电感测元件及微机电感测元件焊垫等部分，且在微机电感测元件作用区域上具有一开口露出作用区域。
上述微机电感测元件的塑料构装结构的微机电感测元件作用区域上方具有一防尘隔离滤片接合于封胶体上。
上述微机电感测元件的塑料构装结构的封胶体表面相对于微机电感测元件作用区域处，还包含一引管形成外引信道。
采用本发明可大为简化工艺，并得以整体加工方式，同时对多个微机电感测元件开窗，大举提升产能，同时提高开窗工艺的良率；且本发明完全没有酸蚀参数、时间难以准确控制、酸液外泄的环境污染及工安事故问题。另外，本发明在开窗时，完全不会对微机电感测元件作用区域以外的部分造成影响，没有额外造成微机电感测元件焊垫与载体电性连接不良的机会。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1A、图1B及图1C为现有技术的微机电感测元件作用区域开口工艺的结构流程示意图；
图2A、图2B、图2C、图2D、图2E、图2F及图2G为本发明微机电感测元件的塑料构装方法实施例的结构流程示意图；
图3为本发明微机电感测元件的塑料构装方法实施例的立体构装结构示意图；
图4为本发明微机电感测元件的塑料构装方法实施例的加载防尘隔离滤片的结构示意图；
图5为本发明微机电感测元件的塑料构装方法实施例的形成外引信道的结构示意图；及
图6为本发明微机电感测元件的塑料构装方法实施例的悬浮式感测芯片的结构示意图。
其中，附图标记：
[现有技术部分]
10：微机电感测元件构装结构  11：微机电感测元件
12：微型感测或制动结构      13：牺牲层保护层
14：模封材料                15：第一衬垫
16：第一强酸                17：第二衬垫
18：第二强酸
[本发明部分]
21：载体                  22：微机电感测元件
221：主动表面             222：作用区域
223：焊垫                 224：背面
23：牺牲层                231：上表面
24：封胶体                241：表面
25：特殊应用集成电路      26：外引信道
27：凹穴                  271：支撑结构层
28：防尘隔离滤片
具体实施方式
如图2A至图2G所示，为本发明微机电感测元件的塑料构装方法实施例的结构流程示意图。其工艺包含：首先提供一载体21，具有一表面，此载体21可为一印刷电路板(PCB)或一导线架(lead frame)等基板(Substrate)型态。续提供至少一微机电感测元件22，微机电感测元件22具有一主动表面221与一背面224，且主动表面221上具有一作用区域222及多个焊垫223。之后进行光阻(photoresist)工艺形成一牺牲层23于作用区域上，以保护后续的封胶作业时对作用区域造成破坏，牺牲层23可为一感光反应的高份子材料如SU-8光阻剂，且其披覆于作用区域上的方式可利用旋转涂布(Spin Coating)方式形成厚度均匀的光阻层(即牺牲层23)，也或利用光罩(Screen Mask)的网板印刷(Screen Printing)方式制作而成。再以微机电感测元件22的背面224粘结于载体21表面，并使微机电感测元件22主动表面221上的此些焊垫223与载体21作电性连接，其电性连接的方式可为打线接合(wire bonding)、覆晶结合(flip chip)或异方性导电胶(anisotropic adhesive film)等电性导通技术，本实施例乃以打线接合方式为例。然后，形成至少一封胶体24，可利用移转铸模(Transfer Molding)、轴向喷洒涂胶(Radial-spray Coating)或反应射出成形(Reaction-injection Molding；RIM)等方法制成，其封胶体24材料一液态点滴填充在加热固化的液态有机化合物(liquid compound)或一固态加热液化填充再固化的胶饼(compound)，其封胶体24具有一表面241暴露出牺牲层23的上表面231，表面241可为一概与牺牲层23的上表面231齐平。以及以溶剂自然分解方式解除牺牲层23，使微机电感测元件22作用区域222外露而暴露于空气之中；此溶剂可选用有机物质的丙酮溶液为主，其最大特色是去除牺牲层23的技术是以破坏分子键结的方式来移除牺牲层23，而非以强酸化学侵蚀原理，且此溶剂只对牺牲层23有反应，故不会侵蚀微机电感测元件的感测材料与封胶体24的材料。
如图3所示为本发明微机电感测元件的塑料构装方法实施例的立体构装结构示意图。上述的载体21结构除了可为印刷电路板或导线架等基板型态之外，也可为一特殊应用集成电路的型态，也即可先将该微机电感测元件22先与一特殊应用集成电路25粘固并电性连接之后，再将特殊应用集成电路25设置于一印刷电路板或一导线架的基板上，形成一整合式的3D立体构，以达到间接式系统芯片(System in Package；SiP)的封装结构。
如图4所示为本发明微机电感测元件的塑料构装方法实施例的加载防尘隔离滤片的结构示意图。上述的封胶体24的表面241还接合一防尘隔离滤片28以覆盖微机电感测元件22的作用区域222，以达到防尘目的。其材料为塑料织布、纸织布、纤维布或金属细网。其与封胶体24接合方式为热压、胶着或超音波震荡等方式皆可为的。
如图5所示为本发明微机电感测元件的塑料构装方法实施例的形成外引信道的结构示意图。另外，上述封胶体24表面241与牺牲层23大上表面231还包含一引管形成外引信道26。
如图6所示为本发明微机电感测元件的塑料构装方法实施例的悬浮式感测芯片的结构示意图。且上述的微机电感测元件22还包括在背面224具有一凹穴27，并结合一支撑结构层271于背面224上，以覆盖凹穴27。当然，该支撑结构层271的材料一刚性材料，包括玻璃、硅晶片、金属或强化塑料片。而与微机电感测元件22结合方式为晶片接合(wafer bonding)、粘着胶涂布或预成型胶膜热压。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (20)

1.一种微机电感测元件的塑料构装方法，其特征在于，包含：
提供一载体，具有一表面；
提供至少一微机电感测元件，该微机电感测元件具有一主动表面与一背面，且该主动表面上具有一作用区域及多个焊垫；
进行光阻工艺形成一牺牲层于该微机电感测元件主动表面的该作用区域上；
粘结该微机电感测元件于该载体表面，且该微机电感测元件的该焊垫与该载体形成电性连接；
形成至少一封胶体，该封胶体具有一表面暴露出该牺牲层的上表面；以及
以溶剂自然分解该牺牲层，使该微机电感测元件作用区域外露。
2.根据权利要求1所述的微机电感测元件的塑料构装方法，其特征在于，该载体表面还进一步具有多个封装区分别供该微机电感测元件粘结并电性连接。
3.根据权利要求1所述的微机电感测元件的塑料构装方法，其特征在于，该载体为一印刷电路板、一导线架或一特殊应用集成电路。
4.根据权利要求1所述的微机电感测元件的塑料构装方法，其特征在于，该载体一特殊应用集成电路，且该特殊应用集成电路并与一印刷电路板或一导线架形成粘结且电性连接。
5.根据权利要求1所述的微机电感测元件的塑料构装方法，其特征在于，该封胶体表面与该牺牲层的上表面约齐平。
6.根据权利要求1所述的微机电感测元件的塑料构装方法，其特征在于，该封胶体表面还包含一引管形成外引信道。
7.根据权利要求5所述的微机电感测元件的塑料构装方法，其特征在于，该微机电感测元件还包括在该背面具有一凹穴，并结合一支撑结构层于该背面上，以覆盖该凹穴。
8.根据权利要求5或7所述的微机电感测元件的塑料构装方法，其特征在于，该封胶体表面还接合一防尘隔离滤片以覆盖该微机电感测元件作用区域。
9.根据权利要求8所述的微机电感测元件的塑料构装方法，其特征在于，该封胶体表面与该防尘隔离滤片的接合方式为热压、胶着或超音波震荡。
10.根据权利要求8所述的微机电感测元件的塑料构装方法，其特征在于，该防尘隔离滤片为塑料织布、纸织布、纤维布或金属细网。
11.根据权利要求7所述的微机电感测元件的塑料构装方法，其特征在于，该支撑结构层材料为一刚性材料，包括玻璃、硅晶片、金属或强化塑料片。
12.根据权利要求7所述的微机电感测元件的塑料构装方法，其特征在于，该支撑结构层的结合方式为晶片接合、粘着胶涂布或预成型胶膜热压。
13.根据权利要求1所述的微机电感测元件的塑料构装方法，其特征在于，该微机电感测元件与该载体表面的粘结方式包含金硅共晶反应、玻璃胶、高分子胶或焊接方法。
14.根据权利要求1所述的微机电感测元件的塑料构装方法，其特征在于，该牺牲层披覆方式为旋转涂布方式或网板印刷方式。
15.根据权利要求1所述的微机电感测元件的塑料构装方法，其特征在于，该牺牲层为SU-8光阻剂。
16.根据权利要求1所述的微机电感测元件的塑料构装方法，其特征在于，该微机电感测元件与该载体电性连接为打线接合、覆晶结合或异方性导电胶的接合方式。
17.根据权利要求1所述的微机电感测元件的塑料构装方法，其特征在于，该封胶体材料一液态点滴填充在加热固化的液态有机化合物或一固态加热液化填充再固化的胶饼。
18.一种微机电感测元件的塑料构装结构，其特征在于，包含：
一载体；
至少一微机电感测元件，设置于该载体之上，且其具有一主动表面，该主动表面上具有一作用区域及至少一焊垫；以及
一封胶体，包覆该载体、该微机电感测元件及该微机电感测元件焊垫区域，且在该微机电感测元件作用区域上方具有一开口露出该微机电感测元件作用区域。
19.根据权利要求18所述的微机电感测元件的塑料构装结构，其特征在于，该微机电感测元件作用区域上方具有一防尘隔离滤片接合于该封胶体上，该防尘隔离滤片并覆盖该作用区域。
20.根据权利要求18所述的微机电感测元件的塑料构装结构，其特征在于，该封胶体表面相对于该微机电感测元件作用区域处，还包含一引管形成外引信道。
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