CN101249936B - 微机电系统的封装构造及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种微机电系统封装构造包含一第一及第二层板及一压合材料。该第一层板包含一下金属线路、一金属薄膜及一贯穿开口，该下金属线路位于该第一层板的下表面上，该金属薄膜配置于该下金属线路上。该第二层板包含一上金属线路及一金属电极片，该上金属线路位于该第二层板的上表面上，该金属电极片配置于该上金属线路上，且该金属电极片对应于该金属薄膜。该压合材料配置于该下金属线路与该上金属线路之间，并包含一中空部分，用以容纳该金属薄膜及该金属电极片，该金属薄膜、该中空部分及该金属电极片形成一感应单元，其对应于该贯穿开口。

Description

微机电系统的封装构造及其制造方法

技术领域

本发明是有关于一种微机电系统的封装构造，更特别有关于一种微机电系统的封装构造，其第一、第二及第三层板是通过印刷电路板制程所完成。

背景技术

微机电系统(Micro-electro-mechanical System；MEMS)组件逐渐引进于许多电子电路的应用及各种微传感器的应用。微机电系统组件是可为机电马达(electromechanical motor)、射频开关(radio frequency switch)、压力转换器(pressure transducer)及加速器(accelerometer)等。

参考图1，其显示习知麦克风的微机电系统(MEMS)的封装构造10。该封装构造10包含一硅基板12、一环形支撑墙14、一电容组件16、一操作数件18及一外盖20。该环形支撑墙14是与该硅基板12形成了一空穴22。该电容组件16及操作数件18是固设于该硅基板12上，并位于该空穴22内。该外盖20是固定于该环形支撑墙14上，并覆盖该空穴22。该外盖20包含一贯穿孔24，用以将外界的声音传入该封装构造10内。该电容组件16为微机电组件，其对应于该贯穿孔24，用以被声音所驱动而接收一振动信号。该操作数件18是用以将声音的非电信号转换成电信号。由于该电容组件16是由两金属薄膜(图未示)与一介质层(图未示)位于其间所组成，因此该电容组件16须通过数个掩膜及微影蚀刻制程而形成在该硅基板12上。然而，通过数个掩膜及微影蚀刻制程所完成的封装构造的制造成本相当高。

因此，便有需要提供一种微机电系统的封装构造及其制造方法，能够解决前述的缺点。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种微机电系统的封装构造，其第一、第二及第三层板通过印刷电路板制程所完成的制造成本较低。

本发明的另一目的在于提供一种微机电系统的封装构造，其金属薄膜与该金属电极片的镀层厚度越厚，则该金属薄膜与该金属电极片的间隙越小。

本发明的再一目的在于提供一种微机电系统的封装构造，其第三层板包含有金属层分别位于该上下表面上，具有电磁遮蔽的保护作用。

为达上述目的，本发明提供一种微机电系统的封装构造包含一第一层板、一第二层板及一压合材料。该第一层板具有一上表面及一下表面，并包含一第一下金属线路、一金属薄膜及一第一贯穿开口，其中该下表面是相对于该上表面，该第一下金属线路是位于该下表面上，该金属薄膜是配置于该第一下金属线路上，且该第一贯穿开口由该上表面延伸至该下表面。该第二层板具有一上表面及一下表面，并包含一第二上金属线路及一金属电极片，其中该下表面是相对于该上表面，该第二上金属线路是位于该上表面上，该金属电极片是配置于该第二上金属线路上，且该金属电极片是对应于该金属薄膜。该压合材料是配置于该第一下金属线路与该第二上金属线路之间，并包含一中空部分，用以容纳该金属薄膜及该金属电极片，其中该金属薄膜、该中空部分及该金属电极片形成一感应单元，且该感应单元是对应于该第一贯穿开口。该微机电系统的封装构造另包含一第三层板，其固定于该封胶体上，并包含一贯穿开孔，其对应于该第二贯穿开口。

本发明的第一、第二及第三层板皆包含有金属层或金属线路分别位于该上下表面上，特别是该第一及第二层板包含有金属薄膜与金属电极片位于该金属线路上，因此该第一、第二及第三层板的材料及制程皆类似于一般印刷电路板。相较于先前技术通过数个掩膜及微影蚀刻制程所完成的封装构造，本发明通过印刷电路板制程所完成的封装构造的制造成本较低。再者，本发明的电镀后该金属薄膜与该金属电极片的镀层厚度越厚，则该金属薄膜与该金属电极片的间隙越小，如此可使该金属薄膜与该金属电极片的间隙小于该预定值。另外，由于该第三层板包含有金属层分别位于该上下表面上，因此该该第三层板具有电磁遮蔽的保护作用。

为了让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显，下文将配合所附图示，作详细说明如下。

附图说明

图1为先前技术的麦克风的微机电系统(MEMS)的封装构造的剖面示意图。

图2为本发明的一实施例的微机电系统的封装构造的剖面示意图。

图3a及图3b为本发明的该实施例的金属薄膜的平面及剖面示意图。

图4为本发明的该实施例的微机电系统的封装构造的制造方法的流程图。

图5至图15为本发明的该实施例的具有微机电系统的封装构造的制造方法的剖面示意图。

具体实施方式

参考图2，其显示本发明的一实施例的微机电系统(MEMS)的封装构造100。该微机电系统的封装构造100包含一第一层板110、一第二层板130及一压合材料150。该第一层板110具有一上表面112及一下表面114，其中该下表面114是相对于该上表面112。该第一层板110包含一第一上金属线路116、一第一下金属线路118、一金属薄膜120及一第一贯穿开口122，其中该第一上金属线路116是位于该上表面112上，该第一下金属线路118是位于该下表面114上，该金属薄膜120是配置于该第一下金属线路118上，且该第一贯穿开口122由该上表面112延伸至该下表面114。该第一上金属线路116及该第一下金属线路118是可为铜所制。该金属薄膜120是可为镍/金所制，并通过诸如两次电镀制程而形成于该第一下金属线路118上。该第一层板110为三氮杂苯(Bismaleimide Triazine；BT)树脂所制。

该第二层板130具有一上表面132及一下表面134，其中该下表面134是相对于该上表面132。该第二层板130包含一第二上金属线路136、一第二下金属线路138及一金属电极片140，其中该第二上金属线路136是位于该上表面132上，该第二下金属线路138是位于该下表面134上，该金属电极片140是配置于该第二上金属线路136上，且该金属电极片140是对应于该金属薄膜120。该金属电极片140是可为镍/金所制，并通过诸如两次电镀制程而形成于该第二上金属线路136上。该第二上金属线路136及该第二下金属线路138是可为铜所制。该第二层板130是可为三氮杂苯(Bismaleimide Triazine；BT)树脂所制。

该压合材料150是配置于该第一下金属线路118与该第二上金属线路136之间，并包含一中空部分152，用以容纳该金属薄膜120及该金属电极片140。该压合材料150是可为聚丙烯(Polypropylene；PP)树脂。该金属薄膜120、该中空部分152及该金属电极140片形成一感应单元142，且该感应单元142是对应于该第一层板110的第一贯穿开口122。该感应单元142是可用以被声音所驱动而接收一振动信号。该感应单元142为一微机电组件，诸如该金属薄膜120、该中空部分152及该金属电极140片形成一电容组件。参考图3a及图3b，该金属薄膜120包含数个贯穿孔121，用以被声音所穿透，更有效地驱动该金属薄膜120而接收该振动信号。详细而言，根据电容的计算公式：

C＝(εA)/d

电容C的大小与该金属薄膜120或该金属电极片140的面积A及介质的介电是数ε成正比，而与该金属薄膜120与该金属电极片140的间隙d成反比。因此，声音振动所产生的该金属薄膜120与该金属电极片140的间隙变化量将造成电容值变化量。换言之，计算电容值变化量则可推算出声音振动所产生的该金属薄膜120与该金属电极片140的间隙变化量，进而得知该振动信号的大小。再者，该金属薄膜120与该金属电极片140的间隙须小于一预定值，诸如25μm，如此才能使电容值造成足够大的变化量，以方便计算电容值变化量。由于本发明的该金属薄膜120与该金属电极片140是通过电镀制程而形成，因此该金属薄膜120与该金属电极片140的间隙可取决于电镀后该金属薄膜120与该金属电极片140的镀层厚度。换言之，电镀后该金属薄膜120与该金属电极片140的镀层厚度越厚，则该金属薄膜120与该金属电极片140的间隙越小，如此可使该金属薄膜120与该金属电极片140的间隙小于该预定值。

再参考图2，一芯片(诸如操作数件)154是固设于该第一层板110的上表面112上，并电性连接至该金属薄膜120与该金属电极片140，用以计算电容值变化量，进而得知该振动信号的大小。详细而言，该芯片154是可通过诸如打线接合或覆晶接合制程而依序经由一接垫156、该第一上金属线路116、一镀通孔158及该第一下金属线路118电性连接至该金属薄膜120。再者，该芯片154是可依序通过一接垫162、该第一上金属线路116、一镀通孔164、该第二下金属线路138、一镀通孔166及该第二上金属线路136电性连接至该金属电极片140。或者，该芯片是可依序通过一接垫、该第一上金属线路、一镀通孔(图未示)及该第二上金属线路电性连接至该金属电极片。

一封胶体168是用以包覆该芯片154，并具有一第二贯穿开口172，其中该第二贯穿开口172对应于该第一贯穿开口122。

一第三层板180是固定于该封胶体168上，并包含一贯穿开孔174，其对应于该第二贯穿开口172。该第三层板180具有一上表面182及一下表面184，该下表面184是相对于该上表面182，且该第三层板180包含一第三上金属层186及一第三下金属层188分别位于该上下表面182、184上。由于该第三层板180包含有金属层186、188分别位于该上下表面182、184上，因此该第三层板180具有电磁遮蔽的保护作用。该第三上金属层186及该第三下金属层188是可为铜所制。该第三层板180是可为三氮杂苯(Bismaleimide Triazine；BT)树脂所制。

本发明的第一、第二及第三层板皆包含有金属层或金属线路分别位于该上下表面上，特别是该第一及第二层板包含有金属薄膜与金属电极片位于该金属线路上，因此该第一、第二及第三层板的材料及制程皆类似于一般印刷电路板。相较于先前技术通过数个掩膜及微影蚀刻制程所完成的封装构造，本发明通过印刷电路板制程所完成的封装构造的制造成本较低。

参考图4，其显示本发明的该实施例的微机电系统(MEMS)的封装构造100的制造方法。在步骤202中，提供一第一层板110，其中该第一层板110具有一上表面112及一下表面114，并包含一第一上下金属层116、118分别位于该上下表面112、114上，如图5所示。然后，将一镀通孔158形成该上表面112及下表面114之间，用以将该第一上下金属层116、118彼此电性连接，如图6所示。在步骤204中，将一金属薄膜120形成于该第一下金属层118上，如图7所示。该金属薄膜120是可为镍/金所制，并通过诸如两次电镀制程而形成于该第一下金属层118上。然后，通过诸如机械钻孔制程将数个贯穿孔形成于该金属薄膜120上。在步骤206中，通过诸如雷射钻孔制程将一第一贯穿开口122由该上表面112上的该第一上金属层116贯穿至该下表面114，如图7所示。在步骤208中，将该第一下金属层118图案化成该第一下金属线路118，并移除位于该第一贯穿开口122的该第一下金属层118，如图8所示。

在步骤210中，提供一第二层板130，其中该第二层板130具有一上表面132及一下表面134，并包含一第二上下金属层136、138分别位于该上下表面132、134上，如图9所示。然后，将一镀通孔166形成该上表面132及下表面134之间，用以将该第二上下金属层136、138彼此电性连接，如图10所示。在步骤212中，将一金属电极片140形成于该第二上金属层136上。该金属电极片140是可为镍/金所制，并通过诸如两次电镀制程而形成于该第二上金属线路136上。同时，通过相同电镀制程可将焊垫141形成于该第二下金属层138上，如图11所示。在步骤214中，将该第二上金属层136图案化成该第二上金属线路136，如图12所示。

在步骤216中，通过一压合制程，将一压合材料150形成于该第一下金属线路118与该第二上金属线路136之间，如图13a及图13b所示。该压合材料150包含一中空部分152，该中空部分152是用以容纳该金属薄膜120及该金属电极片140，该金属电极片140是对应于该金属薄膜120，该金属薄膜120、该中空部分152及该金属电极片140形成一感应单元142(诸如电容组件)，且该感应单元142是对应于该第一贯穿开口122。该金属薄膜120与该金属电极片140的间隙可取决于电镀后该金属薄膜120与该金属电极片140的镀层厚度，因此电镀后该金属薄膜120与该金属电极片140的镀层厚度越厚，则该金属薄膜120与该金属电极片140的间隙越小。

然后，将两镀通孔164、165贯穿该第一层板110、压合材料150及第二层板130，其中该镀通孔164用以将该第一上金属层116电性连接至该第二下金属层138，而该镀通孔165用以将该第一上金属层116电性连接至该焊垫141，如图14所示。然后，将两接垫156、162形成于该第一上金属层116上。将该第一上金属层116及第二下金属层138分别图案化成该第一上金属线路116及第二下金属线路138。将一防焊层190形成于该第二下金属线路138上，并裸露出该焊垫141，如图15所示。

在步骤218中，将一芯片154固设于该第一层板110的上表面112上，并电性连接至该金属薄膜120及该金属电极片140，如图2所示。提供一封胶体168，用以包覆该芯片154，并具有一第二贯穿开口172，其中该第二贯穿开口172对应于该第一贯穿开口122，如图2所示。在步骤220中，将一第三层板180固定于该封胶体168上，如图2所示。该第三层板180包含一贯穿开孔174，其对应于该第二贯穿开口172。该第三层板180具有一上表面182及一下表面184，该下表面184是相对于该上表面182，且该第三层板180包含一第三上金属层186及一第三下金属层188分别位于该上下表面182、184上。由于该第三层板180包含有金属层186、188分别位于该上下表面182、184上，因此该第三层板180具有电磁遮蔽的保护作用。

虽然本发明已以前述实施例揭示，然其并非用以限定本发明，任何本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改。因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准。

Claims (11)

1.一种微机电系统的封装构造，包含：

第一层板，具有上表面及下表面，并包含第一下金属线路、金属薄膜及第一贯穿开口，其中该下表面是相对于该上表面，该第一下金属线路是位于该下表面上，该金属薄膜是配置于该第一下金属线路上，且该第一贯穿开口由该上表面延伸至该下表面，其中该金属薄膜包含数个贯穿孔；

第二层板，具有上表面及下表面，并包含第二上金属线路及一金属电极片，其中该下表面是相对于该上表面，该第二上金属线路是位于该上表面上，该金属电极片是配置于该第二上金属线路上，且该金属电极片是对应于该金属薄膜；以及

压合材料，配置于该第一下金属线路与该第二上金属线路之间，并包含一中空部分，用以容纳该金属薄膜及该金属电极片，其中该金属薄膜、该中空部分及该金属电极片形成一感应单元，且该感应单元是对应于该第一贯穿开口。

2.如权利要求1所述的微机电系统的封装构造，另包含：

芯片，固设于该第一层板的上表面上，并电性连接至该金属薄膜与该金属电极片；以及

封胶体，用以包覆该芯片，并具有第二贯穿开口，其中该第二贯穿开口对应于该第一贯穿开口。

3.如权利要求1所述的微机电系统的封装构造，另包含：

第三层板，固定于该封胶体上，并包含一贯穿开孔，其对应于该第二贯穿开口，其中该第三层板具有上表面及下表面，该下表面是相对于该上表面，且该第三层板包含第三上金属层及第三下金属层分别位于该上下表面上。

4.如权利要求2所述的微机电系统的封装构造，其中该第一层板另包含第一上金属线路及第一镀通孔，且该芯片是依序通过该第一上金属线路、该第一镀通孔及该第一下金属线路电性连接至该金属薄膜。

5.如权利要求4所述的微机电系统的封装构造，另包含：

第二镀通孔，其中该芯片是依序通过该第一上金属线路、该第二镀通孔及该第二上金属线路电性连接至该金属电极片。

6.如权利要求1所述的微机电系统的封装构造，其中该金属薄膜与该金属电极片的间隙是小于25μm。

7.一种微机电系统的封装构造，包含：

第一层板，包含金属薄膜及第一贯穿开口；

第二层板，包含金属电极片，其中该金属电极片是对应于该金属薄膜；

压合材料，配置于该第一层板与该第二层板之间，并包含一中空部分，用以容纳该金属薄膜及该金属电极片，其中该金属薄膜、该中空部分及该金属电极片形成一感应单元，且该感应单元是对应于该第一贯穿开口，其中该金属薄膜包含数个贯穿孔；

芯片，固设于该第一层板上，并电性连接至该金属薄膜与该金属电极片；

封胶体，用以包覆该芯片，并具有第二贯穿开口，其中该第二贯穿开口对应于该第一贯穿开口；以及

第三层板，固定于该封胶体上，并包含一贯穿开孔，其对应于该第二贯穿开口，其中该第三层板具有上表面及下表面，该下表面是相对于该上表面，且该第三层板包含第三上金属层及第三下金属层分别位于该上下表面上。

8.如权利要求7所述的微机电系统的封装构造，其中该金属薄膜与该金属电极片的间隙是小于25μm。

9.一种微机电系统的封装构造的制造方法，包含下列步骤：

提供第一层板，其中该第一层板具有上表面及下表面，并包含第一下金属层位于该下表面上；

将金属薄膜形成于该第一下金属层上；

将数个贯穿孔形成于该金属薄膜上

将第一贯穿开口由该上表面贯穿至该下表面；

将该第一下金属层图案化成该第一下金属线路，并移除位于该第一贯穿开口的该第一下金属层；

提供第二层板，其中该第二层板具有上表面及下表面，并包含第二上金属层位于该上表面上；

将金属电极片形成于该第二上金属层上；

将该第二上金属层图案化成该第二上金属线路；以及

通过压合制程，将压合材料形成于该第一下金属线路与该第二上金属线路之间，其中该压合材料包含中空部分，该中空部分是用以容纳该金属薄膜及该金属电极片，该金属电极片是对应于该金属薄膜，该金属薄膜、该中空部分及该金属电极片形成感应单元，且该感应单元是对应于该第一贯穿开口。

10.如权利要求9所述的制造方法，另包含下列步骤：

将芯片固设于该第一层板的上表面上，并电性连接至该金属薄膜与该金属电极片；以及

提供封胶体，用以包覆该芯片，并具有第二贯穿开口，其中该第二贯穿开口对应于该第一贯穿开口。

11.如权利要求10所述的制造方法，另包含下列步骤：

将第三层板固定于该封胶体上，其中第三层板包含一贯穿开孔，其对应于该第二贯穿开口，其中该第三层板具有上表面及下表面，该下表面是相对于该上表面，且该第三层板包含第三上金属层及第三下金属层分别位于该上下表面上。

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