CN101468787A - 电声感知微机电系统的超薄型封装结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电声感知微机电系统的超薄型封装结构，包含基板，其具有第一基板表面，及相对于该第一基板表面的第二基板表面；至少一导电凸块，位于该基板第二表面上；以及电声传感器芯片，具有第一芯片表面，及相对于该第一芯片表面的第二芯片表面，该第一芯片表面与该导电凸块电性连接，其中该导电凸块位于该第二基板表面与该第一芯片表面之间，以形成间隙空间，且其中该金属凸块用以传送该电声传感器芯片的信号至该基板。

Description

电声感知微机电系统的超薄型封装结构

技术领域

本发明涉及一种微机电系统，特别涉及一种电声感知微机电系统的超薄型封装结构。

背景技术

现今电子产品逐渐往功能越来越多元、体积越来越轻薄短小的趋势发展，使得相关零组件的体积以及封装技术也越来越倾向轻薄短小。因此对于许多整合电路产品而言，随着尺寸愈趋微缩化，其封装技术对于工艺的成本，产品的最终体积，以及产品的效能特性皆有重要的相关性。而芯片的封装技术种类非常的多样化。为了让产品可以达到多元功能及轻薄短小的目的，目前已能利用微机电(micro electro mechanical system，MEMS)技术予以达成。所谓的微机电，就是以晶片等级制作出机电整合的元件，微机电的目标，是将电子系统与机械系统整合起来放在芯片内，其芯片制作与封装测试较纯电子系统复杂。对于应用于如手机的微尺寸应用中的微机电麦克风，在其传统机械加工的封装技术中仍有其极限，不但受限于尺寸，加工成品率及品质稳定性，均面临严苛的挑战。

传统的封装技术所使用的基板厚度厚，且由于材料选用关系，导致麦克风的组装无法自动化，无形中提高加工成本。另外，封装时会占用较多的空间，但微机电麦克风都必须进行封装，这也使得其产品面积变得相当大。

另外，当微机电麦克风的尺寸愈趋微小化的同时，意味着需愈复杂的整合工艺，故其内部信号线路在进行全面连线(Global Wiring)时路径太长，信号传递过久的情形，且容易产生电磁干扰现象，因而降低芯片效能。因此十分需要低成本且薄型的封装架构，同时又能够提供良好的电磁干扰(electromagnetic interference，EMI)防护。因此需要提供一种微机电系统，以克服先前技艺的不足。

发明内容

为达上述、其它与本发明的目的，本发明提供一种电声感知微机电系统的超薄型封装结构，包含：基板，包含第一基板表面，及相对于该第一基板表面的第二基板表面；至少一导电凸块，位于该第二基板表面；电声传感器芯片，具有第一芯片表面，及相对于该第一芯片表面的第二芯片表面，该第一芯片表面与该导电凸块电性连接，其中该导电凸块位于该第二基板表面与该第一芯片表面之间，以形成间隙空间，且其中该导电凸块用以自该电声传感器芯片的信号传送至该基板；音孔，穿过该基板；以及腔体，位于该第二基板表面与该第一芯片表面之间，且与该音孔连通，其中该腔体通过一填充层密封该间隙空间周围所形成。

本发明也提供一种电声感知微机电系统的超薄型封装结构，包含：基板，包含第一基板表面，及相对于该第一基板表面的第二基板表面；至少一导电凸块，位于该第二基板表面上；电声传感器芯片，具有第一芯片表面，及相对于该第一芯片表面的第二芯片表面，该第一芯片表面与该导电凸块电性连接，其中该导电凸块位于该第二基板表面与该第一芯片表面之间，以形成间隙空间，且其中该导电凸块用以将来自该电声传感器芯片的信号传送至该基板；音孔，穿过该基板；腔体，包含通过一填充层密封该间隙空间周围所形成的部分，还包含及位于该第二基板表面内的凹槽，其中该腔体的凹槽部分该音孔连通；以及至少一导电球，位于该电声传感器芯片外侧的第二基板表面，其电性连接一系统端，用以自该基板传送信号至该系统端。

另外，本发明提供一种电声感知微机电系统的超薄型封装结构，包含：基板，包含第一基板表面，及相对于该第一基板表面的第二基板表面；至少一导电凸块，位于该第二基板表面上；电声传感器芯片，具有第一芯片表面，及相对于该第一芯片表面的第二芯片表面，该第一芯片表面与该导电凸块电性连接，其中该导电凸块位于该第二基板表面与该第一芯片表面之间，以形成间隙空间，且其中该导电凸块用以将来自该电声传感器芯片的信号传送至该基板；音孔，穿过该基板；腔体，包含通过一填充层密封该间隙空间周围所形成的部分，还包含位于该第二基板表面的凹槽，其中该腔体的凹槽部分与该音孔连通，且该填充层还包括一延伸层，以向外延伸而填充位于该电声传感器芯片侧边的第二基板表面上的空间；以及导电互连层，其自该电声传感器芯片外侧穿过该延伸层，而与该第二基板表面电性连接，用以自该基板传送信号至一系统端，其中该基板与该系统端通过该导电互连层连接。

附图说明

图1绘示根据本发明实施例的微机电系统的剖面图。

图2绘示根据本发明实施例的微机电系统的剖面图。

图3绘示根据本发明实施例的微机电系统的剖面图。

图4绘示根据本发明实施例的微机电系统的剖面图。

图5绘示根据本发明实施例的形成腔体的俯视图。

附图标记说明

2～基板材料层；            4～第一基板表面；

6～第二基板表面；          8～导电凸块；

9～后声腔背板；            10～电声传感器芯片；

12～第一芯片表面；         14～第二芯片表面；

16～音孔；                 18～腔体；

18a～凹槽；                18b～间隙空间；

18′～腔体；               20～填充层；

22～防护层；               24～金属层；

26～导电球；               28～系统端；

26′～导电互连层；         40～基板。

具体实施方式

本发明的实施例提供一种电声感知微机电系统的超薄型封装结构。有关各实施例的制造方式和使用方式为如下所详述，并伴随图示加以说明。其中，图式和说明书中使用的相同的元件编号表示相同或类似的元件。而在图中，为清楚和方便说明起见，有关实施例的形状和厚度或有不符实际的情形。而以下所描述的是特别针对本发明的装置的各项元件或其整合加以说明，然而，值得注意的是，上述元件并不特别限定于所显示或描述者，而是本领域技术人员所得的各种形式，此外，当一层材料层是位于另一材料层或基板之上时，其可以是直接位于其表面上或另外插入有其他中介层。

请参考图1，其绘示根据本发明实施例的微机电系统的剖面图。在一实施例中，微机电系统包含基板40，其具有第一基板表面4，及相对于第一基板表面4的第二基板表面6。电声传感器芯片10，其具有第一芯片表面12，及相对于第一芯片表面12的第二芯片表面14。第二芯片表面14上具有后声腔背板9。以及位于基板40的第二基板表面6，及电声传感器芯片10的第一芯片表面12之间的导电凸块8，故基板40与电声传感器芯片10通过导电凸块8电性连接。在一实施例中，可通过倒装焊(flip chip)技术或引线(wirebond)技术将电声传感器芯片10与基板40接合。在一实施例中，电声传感器芯片10是透过标准的CMOS工艺和微机电技术，把换能器功能、微电子、软件或其他相关集成电路整合至单颗芯片当中所构成。使电声传感器芯片10可以感测周遭环境的声音并做出回应。在一实施例中，电声传感器芯片10的第一芯片表面12具有高分子感测薄膜于其上。

请参考图1，在一实施例中，基板40由多层基板材料层2、金属层24，及至少一层防护层22所构成的多层结构。基板材料层2可以是刚性基板材料或柔性基板材料。刚性基板材料的优选实施例可为覆铜基板。它是用增强材料(reinforeing material)，浸以树脂胶粘剂，通过烘干、裁剪、叠合成坯料，然后覆上铜箔，用钢板作为模具，在热压机中经高温高压成形加工而制成的。一般的多层结构基板所用的柔性基板材料，则是覆铜板在制作过程中的半成品(多为玻璃布浸以树脂，经干燥加工而成)。覆铜箔基板的分类方法有多种。一般按基板的增强材料不同，可划分为：纸基板、玻璃纤维布基板、复合基板(CEM系列)、层叠多层基板和特殊材料基板(陶瓷、金属芯基板等)五大类。若按板所采用的树脂胶粘剂不同进行分类，常见的纸基板。有：酚醛树脂(XPC、XXXPC、FR-1、FR-2等)、环氧树脂(FE-3)、聚酯树脂等各种类型。常见的玻璃纤维布基板有环氧树脂(FR-4、FR-5)，它是目前最广泛使用的玻璃纤维布基板类型。另外还有其他特殊性树脂(以玻璃纤维布、聚基酰胺纤维、无纺布等为增加材料)：双马来酰亚胺改性三嗪树脂(BT)、聚酰亚胺树脂(PI)、二亚苯基醚树脂(PPO)、马来酸酐亚胺—苯乙烯树脂(MS)、聚氰酸酯树脂、聚烯烃树脂等。按玻璃纤维布基板的阻燃性能分类，可分为阻燃型(UL94-VO、UL94-V1级)和非阻燃型(UL94-HB级)两类基板。近几年，随着对环保问题更加重视，在阻燃型玻璃纤维布基板中又分出一种新型不含溴类物的玻璃纤维布基板品种，可称为“绿色型阻燃玻璃纤维布基板”。随着电子产品技术的高速发展，对玻璃纤维布基板有更高的性能要求。因此，从玻璃纤维布基板的性能分类，又分为一般性能玻璃纤维布基板、低介电常数玻璃纤维布基板、高耐热性的玻璃纤维布基板、低热膨胀系数的玻璃纤维布基板等类型。

请参考图1，基板40包含多层金属层24，用以作为内连线。在一实施例中，基板40包含至少一层防护层22，且防护层22全面延展于基板40当中，用以避免电磁波干扰作用。防护层可包含导电聚合物，如银胶(silverepoxy)，或金属，如铜或金。

因此，本发明的实施例中的多层结构基板40，其基板材料层2并不限于已知技术中所使用的硅基板材料，更可包含具有可扭曲性的柔性基板材料，因此能使用于更大的应用范围及工艺技术中。且多层结构基板40，其厚度较已知技术中所使用的封装硅基板更薄，因此在应用于微缩化的消费性电子产品中，对于提供更薄的封装厚度具有更佳的优势。基板40所包含的防护层22，能够避免电磁波干扰作用，因而提升微机电麦克风的效能。另，基板40所包含的金属层24已能用作电性连接，因此在封装过程中，并不须另蚀穿基板以形成导线以做电性连接，因而能提供较已知技术更简单的工艺，而减少工艺费用。

导电凸块8可包含锡、锡锌合金(SnZn)、锡银合金(SnAg)、锡金合金(SnAu)、锡铋合金(SnBi)、锡银铜合金(SnAgCu)、锡铅合金(SnPb)，或其他材料。基板40与电声传感器芯片10通过导电凸块8电性连接。其中导电凸块8用以将来自电声传感器芯片10的信号传送至基板40。

请参考图1，本发明实施例的微机电系统还包含一腔体18。位于基板40的第二基板表面6，及电声传感器芯片10的第一芯片表面12之间的导电凸块8，其具有一高度，故导电凸块8能在基板40的第二基板表面6，及电声传感器芯片10的第一芯片表面12之间形成间隙空间。在一实施例中，腔体18通过填充层20将上述间隙空间周围密封后所形成。本发明实施例的微机电系统包含一音孔16，其穿过基板40，且与腔体18连通。音孔16用以接收外界音波。且音孔16同时能够避免外界灰尘颗粒或湿气进入腔体18内，以影响微机电麦克风的效能品质。在一实施例中，防护层22可位于第一基板表面4上(此实施例未显示于图中)，其位于音孔16上方的位置具有至少一个小孔，因此此实施例中的防护层22，能避免电磁波干扰作用，同时能够避免外界灰尘颗粒或湿气进入腔体18内，以影响微机电麦克风的效能品质。

另，本发明实施例的微机电系统包含导电球26，其位于电声传感器芯片10外侧的第二基板表面6之上，且导电球26可电性连接系统端28，用以自基板40传送信号至系统端28。因此，在此具体实施例中，可藉导电凸块8，及基板40所具有的金属层24，如图1所示，金属层24位于第二基板表面6上，将来自电声传感器芯片10的信号传送至基板40后，再通过位于第二基板表面6上的金属层24及导电球26，将传送至基板40的信号再传送至系统端28。信号不须通过如已知技术穿过于硅基板中的导电金属而传递。因而能够提供较已知技术更短捷的信号传送路径，以避免路径过长所造成的信号减弱或干扰的问题。在其他实施例中，可以卷带式封装技术(tape carrier package，TCP)或薄膜倒装焊(chip on film，COF)技术，于电声传感器芯片10外侧的第二基板表面6上与薄型软板接合，并以金手指从侧方引出(此实施例未显示于图中)。

图2绘示根据本发明的另一实施例的微机电系统的剖面图。其中与图1相同的部分将不再加以赘述。在此具体实施例中，腔体18′除通过填充层20将位于第二基板表面6，及第一芯片表面12之间之间隙空间周围密封后所形成的部分外，还包含位于该第二基板表面6内的凹槽部分18a，其中上述凹槽18a介于音孔16与间隙空间18b之间。在一实施例中，防护层22可位于第一基板表面4上(此实施例未显示于图中)，其位于音孔16上方的位置具有至少一个小孔，因此此实施例中的防护层22，能避免电磁波干扰作用，同时能够避免外界灰尘颗粒或湿气进入腔体18内，以影响微机电麦克风的效能品质。

在其他实施例中，上述凹槽18a亦可贯穿基板40，因此腔体18′整个穿过基板40(此实施例未显示于图中)。腔体18′其位于基板第一表面4的水平位置可被覆盖一具有细微孔洞的纤维层。覆盖于腔体18′上的纤维层所具有的细微孔洞，能用以接收外界音波，且同时能够避免外界灰尘颗粒或湿气进入腔体18′内，以影响微机电麦克风的效能品质。在一实施例中，防护层22可位于第一基板表面4上(此实施例未显示于图中)，其位于腔体18′上方的位置具有至少一个小孔，因此此实施例中的防护层22，能避免电磁波干扰作用，同时能够避免外界灰尘颗粒或湿气进入腔体18′内，以影响微机电麦克风的效能品质。

图3绘示根据本发明的另一实施例的微机电系统的剖面图。其中与图1相同的部分将不再加以赘述。在此具体实施例中，填充层20还包括一延伸部20a，其可向外延伸，以填充位于电声传感器芯片10侧边的第二基板表面6上的空间。且还包括导电互连层26′，其自电声传感器芯片10外侧穿过填充层延伸部20a，而与第二基板表面6电性连接，用以自基板40传送信号至系统端28。因此，在此具体实施例中，可藉导电凸块8，及基板40所具有的金属层24，如图3所示，金属层24位于第二基板表面6上，将来自电声传感器芯片10的信号传送至基板40后，再通过位于第二基板表面6上的金属层24及导电互连层26′，将传送至基板40的信号再传送至系统端28。信号不须通过如已知技术穿过于硅基板中的导电金属而传递。因而能够提供较已知技术更短捷的信号传送路径，以避免路径过长所造成的信号减弱或干扰的问题。

图4绘示根据本发明的另一实施例的微机电系统的剖面图。其中与图3相同的部分将不再加以赘述。在此具体实施例中，腔体18′除通过填充层20及延伸部20a将位于第二基板表面6，及第一芯片表面12之间之间隙空间18b周围密封后所形成的部分外，还包含位于该第二基板表面6内的凹槽部分18a，其中上述凹槽18a介于音孔16与间隙空间18b之间。在其他实施例中，上述凹槽18a贯穿基板40，因此腔体18′整个穿过基板40(此实施例未显示于图中)。腔体18′其位于基板第一表面4的水平位置被覆盖一具有细微孔洞的纤维层。覆盖于腔体18′上的纤维层所具有的细微孔洞，能用以接收外界音波，且同时能够避免外界灰尘颗粒或湿气进入腔体18′内，以影响微机电麦克风的效能品质。

请参考图5，其绘示根据本发明的实施例中，通过填充层20将位于第二基板表面6，及第一芯片表面12之间之间隙空间18b周围密封而形成腔体18b的工艺俯视图。电声传感器芯片10的表面上具有多数个导电凸块。在一实施例中，导电凸块的排列方式是以一小环状间隔排列成小环状导电凸块8a，以及以一大环状间隔排列成大环状导电凸块8b。这里所指的环状并不限于圆形、三角形，或方型，任何可形成封闭结构的形状皆可。填充材料可通过毛细效应自大环状导电凸块8b由外逐渐往内填充间隙空间18b周围，而小环状导电凸块8a可作为填充停止层，因此填充材料能够密封间隙空间18b周围，而不致完全充满间隙空间，以于第二基板表面6，及第一芯片表面12之间形成腔体18或18′。

本发明的实施例为一种微机电系统，其包含由基板材料层、金属层，及至少一层防护层所构成的多层结构基板。其中基板材料层并不限于已知技术中所使用的硅基板材料，更可包含具有可扭曲性的柔性基板材料，因此能使用于更大的应用范围及工艺技术中。且多层结构基板，较已知技术中所使用的封装硅基板更薄，因此在应用于微缩化的消费性电子产品中，对于提供更薄的封装厚度具有更佳的优势。基板所包含的防护层，能够避免电磁波干扰作用，因而提升微机电麦克风的效能。另，基板所包含的金属层已能用作电性连接，因此在封装过程中，并不须另蚀穿基板以形成导线以做电性连接，而能提供较已知技术更简单的工艺，而减少工艺费用。而本发明的实施例还包含音孔，或覆盖于腔体上方的具有细微孔洞的材料层，能用以接收音波，且同时能够避免外界灰尘颗粒或湿气进入腔体内，以影响微机电麦克风的效能品质。另，藉导电凸块，及位于第二基板表面上的金属层，将来自电声传感器芯片的信号传送至基板后，再通过位于第二基板表面上的金属层及导电球，将传送至基板的信号再传送至系统端。信号不须通过如已知技术穿过于硅基板中的导电金属而传递。因而能够提供较已知技术更短捷的信号传送路径，以避免路径过长所造成的信号减弱或干扰的问题。

虽然本发明已以数个优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作任意的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定的为准。

Claims (21)

1.一种电声感知微机电系统的超薄型封装结构，包含：

基板，包含第一基板表面，及相对于该第一基板表面的第二基板表面；

至少一导电凸块，位于该第二基板表面；

电声传感器芯片，具有第一芯片表面，及相对于该第一芯片表面的第二芯片表面，该第一芯片表面与该导电凸块电性连接，其中该导电凸块位于该第二基板表面与该第一芯片表面之间，以形成间隙空间，且其中该导电凸块用以自该电声传感器芯片的信号传送至该基板；

音孔，穿过该基板；以及

腔体，位于该第二基板表面与该第一芯片表面之间，且与该音孔连通，其中该腔体通过一填充层密封该间隙空间周围所形成。

2.如权利要求1所述的电声感知微机电系统的超薄型封装结构，其中该基板为多层结构。

3.如权利要求2所述的电声感知微机电系统的超薄型封装结构，其中该基板包含防护层，用以避免电磁干扰。

4.如权利要求2所述的电声感知微机电系统的超薄型封装结构，其中该基板包含基板材料层，其为陶瓷、金属芯，或覆铜基板的刚性基板材料。

5.如权利要求2所述的电声感知微机电系统的超薄型封装结构，其中该基板包含基板材料层，其为纸基板或玻璃纤维布基板的柔性基板材料。

6.如权利要求5所述的电声感知微机电系统的超薄型封装结构，其中该纸基板包含酚醛树脂、环氧树脂，或聚酯树脂。

7.如权利要求5所述的电声感知微机电系统的超薄型封装结构，其中该玻璃纤维布基板包含环氧树脂。

8.如权利要求1所述的电声感知微机电系统的超薄型封装结构，其中该腔体还包含位于该第二基板表面的凹槽，其中该凹槽介于该音孔与该间隙空间之间。

9.如权利要求1所述的电声感知微机电系统的超薄型封装结构，其中包含至少一导电球，位于该电声传感器芯片外侧的第二基板表面上，其电性连接一系统端，用以自该基板传送信号至该系统端。

10.如权利要求1所述的电声感知微机电系统的超薄型封装结构，其中该填充层还包含一延伸层，其向外延伸以填充位于该电声传感器芯片侧边的第二基板表面上的空间。

11.如权利要求10所述的电声感知微机电系统的超薄型封装结构，其中还包括导电互连层，其自该电声传感器芯片外侧穿过该延伸层，而与该第二基板表面电性连接，用以自该基板传送信号至一系统端，其中该基板与该系统端通过该导电互连层连接。

12.一种电声感知微机电系统的超薄型封装结构，包含：

基板，包含第一基板表面，及相对于该第一基板表面的第二基板表面；

至少一导电凸块，位于该第二基板表面上；

电声传感器芯片，具有第一芯片表面，及相对于该第一芯片表面的第二芯片表面，该第一芯片表面与该导电凸块电性连接，其中该导电凸块位于该第二基板表面与该第一芯片表面之间，以形成间隙空间，且其中该导电凸块用以将来自该电声传感器芯片的信号传送至该基板；

音孔，穿过该基板；

腔体，包含通过一填充层密封该间隙空间周围所形成的部分，还包含及位于该第二基板表面内的凹槽，其中该腔体的凹槽部分该音孔连通；以及

至少一导电球，位于该电声传感器芯片外侧的第二基板表面，其电性连接一系统端，用以自该基板传送信号至该系统端。

13.如权利要求12所述的电声感知微机电系统的超薄型封装结构，其中该基板为多层结构。

14.如权利要求13所述的电声感知微机电系统的超薄型封装结构，其中该基板包含防护层，用以避免电磁干扰。

15.如权利要求13所述的电声感知微机电系统的超薄型封装结构，其中该基板包含基板材料层，其为陶瓷、金属芯，或覆铜基板的刚性基板材料。

16.如权利要求13所述的电声感知微机电系统的超薄型封装结构，其中该基板包含基板材料层，其为纸基板或玻璃纤维布基板的柔性基板材料。

17.一种电声感知微机电系统的超薄型封装结构，包含：

基板，包含第一基板表面，及相对于该第一基板表面的第二基板表面；

至少一导电凸块，位于该第二基板表面上；

电声传感器芯片，具有第一芯片表面，及相对于该第一芯片表面的第二芯片表面，该第一芯片表面与该导电凸块电性连接，其中该导电凸块位于该第二基板表面与该第一芯片表面之间，以形成间隙空间，且其中该导电凸块用以将来自该电声传感器芯片的信号传送至该基板；

音孔，穿过该基板；

腔体，包含通过一填充层密封该间隙空间周围所形成的部分，还包含位于该第二基板表面的凹槽，其中该腔体的凹槽部分与该音孔连通，且该填充层还包括一延伸层，以向外延伸而填充位于该电声传感器芯片侧边的第二基板表面上的空间；以及

导电互连层，其自该电声传感器芯片外侧穿过该延伸层，而与该第二基板表面电性连接，用以自该基板传送信号至一系统端，其中该基板与该系统端通过该导电互连层连接。

18.如权利要求17所述的电声感知微机电系统的超薄型封装结构，其中该基板为多层结构。

19.如权利要求18所述的电声感知微机电系统的超薄型封装结构，其中该基板包含防护层，用以避免电磁干扰。

20.如权利要求18所述的电声感知微机电系统的超薄型封装结构，其中该基板包含基板材料层，其为陶瓷、金属芯，或覆铜基板的刚性基板材料。

21.如权利要求18所述的电声感知微机电系统的超薄型封装结构，其中该基板包含基板材料层，其为纸基板或玻璃纤维布基板的柔性基板材料。

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