CN101998213A - 一种mems麦克风的封装结构及晶圆级封装方法 - Google Patents

一种mems麦克风的封装结构及晶圆级封装方法 Download PDF

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本发明公开了一种MEMS麦克风封装结构，包括MEMS麦克风芯片，第一基板，第二基板；所述MEMS麦克风芯片的周边缘区域分布用以引出信号的引线盘；所述第一基板含有至少一个声孔，其声孔为声音信号到达MEMS麦克风芯片的通道；其中：第一基板和第二基板分别包括外围边缘和由外围边缘限定的中央区域，第一基板的外围边缘与MEMS麦克风芯片的一面密封连接，其中央区域与MEMS麦克风芯片形成第一声腔；第二基板的外围边缘与MEMS麦克风芯片的另一面密封连接，其中央区域与MEMS麦克风芯片形成第二声腔。本发明还公开了基于此封装结构的晶圆级封装方法；有效解决了现有MEMS麦克风封装体积较大、生产周期长、成本高的问题。

Description

一种MEMS麦克风的封装结构及晶圆级封装方法
技术领域
本发明涉及MEMS麦克风领域，具体公开的是一种新型MEMS麦克风的封装结构及晶圆级封装方法。
背景技术
MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems，微机电系统)麦克风由于良好的性能，极小的体积，适合表面贴装，能经受多次回流焊等诸多好处而备受关注。与微电子产品类似，该类产品能用较低的成本获得极大的产量。为了保护易碎芯片、与外界形成物理和电学连接、减少外部干扰，一个完整的MEMS麦克风除了芯片外还必须封装。与传统微电子产品不同的是，MEMS麦克风对封装的要求比较特殊，封装技术成为制约MEMS麦克风产业化的瓶颈。
现有的MEMS麦克风封装一般是由PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)、金属壳、引线框架或者其组合而成，如图1所示，包括MEMS麦克风传感器73、驱动电路74、杯状盖72、和底板71，杯状盖72的外围边缘与底板71连接，形成容室；容室包括一容置腔，MEMS麦克风73和驱动电路74设置于容置腔内；该封装结构的体积大，无法达到轻薄化的要求。这种封装结构的封装流程如图2所示，首先制作MEMS麦克风晶圆，再对MEMS麦克风晶圆进行切割成单个的晶粒，最后对单个的MEMS麦克风晶粒进行封装；这种封装形式生产周期长，成本高。
发明内容
本发明要解决的技术问题为现有的MEMS麦克风封装结构体积较大、封装形式生产周期长、成本高的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种MEMS麦克风封装结构，包括：MEMS麦克风芯片，第一基板，第二基板；所述MEMS麦克风芯片的周边缘区域还分布用以引出信号的引线盘；所述第一基板含有至少一个声孔，所述声孔为声音信号到达MEMS麦克风芯片的通道；其中：所述第一基板包括外围边缘和由外围边缘限定的中央区域，第一基板的外围边缘与MEMS麦克风芯片的一面密封连接，其中央区域与MEMS麦克风芯片形成第一声腔；所述第二基板包括外围边缘和由外围边缘限定的中央区域，第二基板的外围边缘与MEMS麦克风芯片的另一面密封连接，其中央区域与MEMS麦克风芯片形成第二声腔。与现有技术的封装结构相比较，本发明的封装结构的体积比较小
一种MEMS麦克风封装结构的晶圆级制造方法，其步骤如下：
提供一MEMS麦克风晶圆，其上包含有若干个MEMS麦克风芯片，每个MEMS麦克风芯片集成了MEMS麦克风传感器和驱动电路，MEMS麦克风芯片的周边缘区域分布若干引线盘；
提供第一基板，其上包含有若干个声孔，声孔位置与MEMS麦克风芯片对应，以便外界的声音信号能够通过声孔到达MEMS麦克风芯片；
提供第二基板；
黏贴：将第一基板和第二基板分别和MEMS麦克风晶圆进行对位，使得第一基板的声孔位置与MEMS麦克风芯片一一对应，将第一基板的外围边缘与MEMS麦克风芯片的一面密封连接，其中央区域与MEMS麦克风芯片形成第一声腔，将第二基板的外围边缘与MEMS麦克风芯片的另一面密封连接，其中央区域与MEMS麦克风芯片形成第二声腔；
机械半切：在两个相邻的MEMS麦克风芯片之间通过机械半切形成一凹槽，使得引线盘的横侧面暴露；
在横侧面暴露的引线盘表面制作外引线；
制作焊接凸起：在外引线上覆盖保护层，在需焊接处留下开口，并在开口处制作焊接凸起；
切割：在两个相邻的MEMS麦克风芯片之间进行切割，形成单个的晶圆级封装结构。
另一种MEMS麦克风封装结构的晶圆级制造方法，其步骤如下：
提供一MEMS麦克风晶圆，其上包含有若干个MEMS麦克风芯片，每个MEMS麦克风芯片集成了MEMS麦克风传感器和驱动电路，麦克风芯片的周边缘区域分布若干引线盘；
提供第一基板，其上包含有若干个声孔，其位置与MEMS麦克风芯片对应，以便外界的声音信号能够通过声孔到达MEMS麦克风芯片，所述第一基板至少部分覆盖一层具有屏蔽电磁干扰的导电层；
提供第二基板，所述第二基板为PCB，PCB与MEMS麦克风晶圆的引线盘相对应处设有焊盘，焊盘上设有将信号电连接到外部焊盘的金属通孔。
黏贴：将第一基板和第二基板分别和MEMS麦克风晶圆进行对位，使得第一基板的声孔位置与MEMS麦克风芯片一一对应，将第一基板的外围边缘与MEMS麦克风芯片的一面密封连接，中央区域与MEMS麦克风芯片形成第一声腔，将第二基板的外围边缘与MEMS麦克风芯片的另一面密封连接，中央区域与MEMS麦克风芯片形成第二声腔；
切割：在两个相邻的MEMS麦克风芯片之间进行切割，形成单个的晶圆级封装结构。
本发明提供的MEMS麦克风封装结构的晶圆级制造方法为：首先制作MEMS麦克风晶圆，再对MEMS麦克风晶圆进行封装，最后对MEMS麦克风晶圆进行切割；与现有技术相比，本发明MEMS麦克风晶圆级的封装方式较好的实现一片晶圆上的所有MEMS麦克风芯片同时封装，使得生产周期和生产成本大幅下降。
附图说明
图1为现有技术中MEMS麦克风封装结构示意图；
图2为现有技术中MEMS麦克风封装流程图；
图3为本发明的MEMS麦克风封装结构示意图；
图4为本发明的MEMS麦克风封装流程图；
图5为本发明的一个实施例进行晶圆级封装方法的流程图；
图6至图12为根据图5所示流程进行封装的示意图；
图13为本发明图5所示封装流程中所增加一步骤的示意图；
图14为本发明图5所示封装流程中所增加另一步骤的示意图；
图15为本发明图5所示封装流程中所增加另一步骤的示意图；
图16为本发明的另一个实施例晶圆级封装结构示意图；
图17为本发明的另一个实施例晶圆级封装切割后的单个封装体示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
以下所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。其次，在本发明说明书中，元件的不同部分并没有依照尺寸绘图，某些尺度与其它相关尺度相比已经被夸张或是简化，以提供更清楚的描述和本发明的理解。
如图3所示为本发明的MEMS麦克风封装结构示意图；一种MEMS麦克风封装结构，包括：MEMS麦克风芯片3，第一基板1，第二基板2；所述MEMS麦克风芯片3集成了MEMS麦克风传感器和驱动电路(图中未示出)，MEMS麦克风传感器与驱动电路电连接，所述MEMS麦克风传感器集成于MEMS麦克风芯片的中心区域，驱动电路集成于MEMS麦克风芯片的外围区域，；所述MEMS麦克风芯片3的周边缘区域还包括用以引出信号的引线盘31；所述第一基板含有至少一个声孔11，所述声孔11为声音信号到达MEMS麦克风芯片的通道；其中：所述第一基板1包括外围边缘和由外围边缘限定的中央区域，第一基板1的外围边缘与MEMS麦克风芯片3的一面密封连接，中央区域与MEMS麦克风芯片3形成第一声腔；所述第二基板2包括外围边缘和由外围边缘限定的中央区域，第二基板2的外围边缘与MEMS麦克风芯片3的另一面密封连接，中央区域与MEMS麦克风芯片3形成第二声腔。与现有技术的封装结构相比较，本发明的封装结构的体积比较小。
如图4所示为本发明MEMS麦克风晶圆级封装流程图；首先制作MEMS麦克风晶圆，再对MEMS麦克风晶圆进行封装，最后MEMS麦克风晶圆进行切割。与现有技术相比，本发明MEMS麦克风晶圆级的封装方式较好的实现一片晶圆上的所有MEMS麦克风芯片同时封装，使得生产周期和生产成本大幅下降。
为实现本发明MEMS麦克风封装结构，提供了两种有关MEMS麦克风封装结构的晶圆级制造方法的方案。
方案一，此方案中优选为几个实施例，如下分别进行说明。
实施例一
如图5所示为本发明方案一的一个实施例进行晶圆级封装方法的细化流程图；包括以下步骤：
S201，提供第一基板、第二基板、MEMS麦克风晶圆；
S202，将第一基板和第二基板分别黏贴在MEMS麦克风晶圆的两面；
S203，在两个MEMS麦克风芯片之间机械半切出一凹槽；
S204，制作外引线；
S205，覆盖保护层；
S206，形成焊接凸起；
S207，切割成单个的封装体。
如图6至图12为根据图5所示流程进行封装的示意图；下面结合图6至图12对上述封装方法进行详细说明。
如图6所示，首先执行步骤S201，提供第一基板1、第二基板2、MEMS麦克风晶圆3；第一基板1、第二基板2和MEMS麦克风晶圆3上相对应的位置处分别设置有对位标记。第一基板1上包含有若干个声孔11，其位置与MEMS麦克风芯片对应，以便外界的声音信号能够通过声孔到达MEMS麦克风芯片；MEMS麦克风晶圆3包含有若干个MEMS麦克风芯片，每个MEMS麦克风芯片集成了MEMS麦克风传感器和驱动电路，MEMS麦克风芯片的周边缘区域分布若干引线盘。
第一基板1为金属或非金属等，第一基板1至少部分覆盖一层具有屏蔽电磁干扰的导电层；第二基板2为非金属绝缘材料，如环氧树酯、FR-4等；第一基板1上有声孔11，用于将声音信号传输到MEMS麦克风晶圆芯片3。
接着执行步骤S202，如图7所示，将第一基板1和第二基板2分别黏贴在MEMS麦克风晶圆1的两面；将第一基板1的外围边缘与MEMS麦克风芯片3的一面密封连接，中央区域与MEMS麦克风芯片3形成第一声腔；第二基板2的外围边缘与MEMS麦克风芯片3的另一面密封连接，将第二基板的中央区域与MEMS麦克风芯片3形成第二声腔。
执行步骤S203，如图8所示，在两个MEMS麦克风芯片之间机械半切出一凹槽；在没有机械半切之前两个MEMS麦克风芯片的相应的引线盘31是连接在一起的，机械半切的目的是暴露出引线盘31横切面，以便于制作外引线并与外引线电连接；在此步骤中进一步包括在第一基板1上黏贴一层保护膜5，此保护膜5的作用可以为固定、防水、防灰尘等。
然后执行步骤S204，如图9所示，在横侧面暴露的引线盘表面制作外引线；使用物理溅射的方法在第二基板远离MEMS麦克风芯片的一面沉积一层导电金属，采用众所周知的光刻处理和电镀工艺制作形成外引线22，所述外引线22优选为Al/Ni结构。
执行步骤S205，如图10所示，覆盖保护层；在外引线22上包覆保护性焊接掩膜即保护层23，在需焊接处留下开口。
然后执行步骤S206，如图11所示，形成焊接凸起；通过丝网印刷的方法在开口处形成焊接凸起25，焊接凸起25优选为无铅锡膏，一处焊接凸起25对应一处引线盘31。
执行最后一步骤S207，如图12所示，切割成单个的封装体；在两个相邻的MEMS麦克风芯片之间进行切割，形成单个的晶圆级封装结构，如图11中的切割线4，沿切割线4通过切割的方法将封装芯片从整个晶圆中分立出来，至此封装完成。
实施例二，在实施例一的基础上，可以在步骤S203，在两个相邻的MEMS麦克风芯片之间机械半切出一凹槽之前，增加步骤：在需焊接凸起的位置处溅射UBM(Under Bump Metallization，球下金属)，UBM可以加强最终焊接凸起的可靠性；如图13所示，溅射UBM为本领域技术人员所公知的技术，此处不再赘述；后续步骤及工艺与实施例一相同。
实施例三，在实施例一的基础上，可以在步骤S203，在两个MEMS麦克风芯片之间机械半切出一凹槽之后，增加步骤：在需焊接凸起的位置处溅射UBM，这样可以加强最终焊接凸起的可靠性；如图14所示，后续步骤及工艺与实施例一相同。
实施例四，在实施例一的基础上，可以在步骤S205，在外引线上覆盖保护层之后，增加步骤：在需焊接凸起的位置处溅射UBM，可以加强最终焊接凸起的可靠性；如图15所示，后续步骤及工艺与实施例一相同。
方案二
以下为本发明方案二的步骤：
提供一MEMS麦克风晶圆3，其上包含有若干个MEMS麦克风芯片，每个MEMS麦克风芯片集成了MEMS麦克风传感器和驱动电路，MEMS麦克风芯片的周边缘区域分布若干引线盘31；
提供第一基板1，其上包含有若干个声孔21，其位置与MEMS麦克风芯片对应，以便外界的声音信号能够通过声孔到达MEMS麦克风芯片，所述第一基板1至少部分覆盖一层具有屏蔽电磁干扰的导电层；
提供第二基板2，所述第二基板为PCB，PCB与MEMS麦克风晶圆引线盘31相对应处设有焊盘203，焊盘上设有有将信号电连接到外部焊盘202的金属通孔201。
第一基板1、第二基板2和MEMS麦克风晶圆3分别在相应的位置处设置有对位标记。将第一基板1的外围边缘与MEMS麦克风芯片的一面密封连接，中央区域与MEMS麦克风芯片形成第一声腔，将第二基板2的外围边缘与MEMS麦克风芯片的另一面密封连接，中央区域与MEMS麦克风芯片形成第二声腔；如图16所示。
在两个相邻的MEMS麦克风芯片之间进行切割，形成单个的晶圆级封装结构沿切割线4切割MEMS麦克风晶圆3、第一基板1和第二基板2，形成单个的晶圆级封装结构；如图17所示。
在切割MEMS麦克风晶圆3、第一基板1和第二基板2的步骤之前还包括在第一基板1上黏贴一层保护膜5，所述保护膜5的作用为固定、防水、防灰尘等。
方案二中第二基板为PCB，这样可在制作PCB时将焊盘以及金属通孔制作完成，节省了方案一中的某些步骤，从而进一步缩短了生产周期，降低了生产成本。

Claims (10)

1.一种MEMS麦克风封装结构，包括：
MEMS麦克风芯片，所述MEMS麦克风芯片的周边缘区域分布用以引出信号的引线盘；第一基板，所述第一基板含有至少一个声孔，所述声孔为声音信号到达MEMS麦克风芯片的通道；第二基板；其特征在于：
所述第一基板包括外围边缘和由外围边缘限定的中央区域，第一基板的外围边缘与MEMS麦克风芯片的一面密封连接，其中央区域与MEMS麦克风芯片形成第一声腔；所述第二基板包括外围边缘和由外围边缘限定的中央区域，第二基板的外围边缘与MEMS麦克风芯片的另一面密封连接，其中央区域与MEMS麦克风芯片形成第二声腔。
2.根据权利要求1所述的MEMS麦克风封装结构，其特征在于：所述MEMS麦克风芯片集成了MEMS麦克风传感器和驱动电路，MEMS麦克风传感器与驱动电路电连接，MEMS麦克风传感器集成于MEMS麦克风芯片的中心区域，驱动电路集成于MEMS麦克风芯片的外围区域。
3.根据权利要求1所述的MEMS麦克风封装结构，其特征在于：所述第一基板为金属或非金属，第二基板为PCB。
4.一种MEMS麦克风封装结构的晶圆级制造方法，其特征在于：
提供一MEMS麦克风晶圆，其上包含有若干个MEMS麦克风芯片，每个MEMS麦克风芯片集成了MEMS麦克风传感器和驱动电路，MEMS麦克风芯片的周边缘区域分布若干引线盘；
提供第一基板，其上包含有若干个声孔，声孔位置与MEMS麦克风芯片对应，以便外界的声音信号能够通过声孔到达MEMS麦克风芯片；
提供第二基板；
黏贴：将第一基板和第二基板分别和MEMS麦克风晶圆进行对位，使得第一基板的声孔位置与MEMS麦克风芯片一一对应，将第一基板的外围边缘与MEMS麦克风芯片的一面密封连接，其中央区域与MEMS麦克风芯片形成第一声腔，将第二基板的外围边缘与MEMS麦克风芯片的另一面密封连接，其中央区域与MEMS麦克风芯片形成第二声腔；
机械半切：在两个相邻的MEMS麦克风芯片之间通过机械半切形成一凹槽，使得引线盘的横侧面暴露；
在横侧面暴露的引线盘表面制作外引线；
制作焊接凸起：在外引线上覆盖保护层，在需焊接处留下开口，并在开口处制作焊接凸起；
切割：在两个相邻的MEMS麦克风芯片之间进行切割，形成单个的晶圆级封装结构。
5.根据权利要求4所述的MEMS麦克风封装结构的晶圆级制造方法，其特征在于：在机械半切步骤之前还包括：在需焊接凸起的位置处溅射UBM。
6.根据权利要求4所述的MEMS麦克风封装结构的晶圆级制造方法，其特征在于：在制作外引线步骤之前还包括：在需焊接凸起的位置处溅射UBM。
7.根据权利要求4所述的MEMS麦克风封装结构的晶圆级制造方法，其特征在于：在制作焊接凸起步骤中的覆盖保护层之后还包括：在需焊接凸起的位置处溅射UBM。
8.根据权利要求4所述的MEMS麦克风封装结构的晶圆级制造方法，其特征在于：在两个MEMS麦克风芯片之间进行机械半切的步骤中还包括：进行机械半切之前在第一基板的外表面上黏贴一层具有固定、防水、防灰尘的保护膜。
9.一种MEMS麦克风封装结构的晶圆级制造方法，其特征在于：
提供一MEMS麦克风晶圆，其上包含有若干个MEMS麦克风芯片，每个MEMS麦克风芯片集成了MEMS麦克风传感器和驱动电路，麦克风芯片的周边缘区域分布若干引线盘；
提供第一基板，其上包含有若干个声孔，其位置与MEMS麦克风芯片对应，以便外界的声音信号能够通过声孔到达MEMS麦克风芯片，所述第一基板至少部分覆盖一层具有屏蔽电磁干扰的导电层；
提供第二基板，所述第二基板为PCB，PCB与MEMS麦克风晶圆的引线盘相对应处设有焊盘，焊盘上设有将信号电连接到外部焊盘的金属通孔。
黏贴：将第一基板和第二基板分别和MEMS麦克风晶圆进行对位，使得第一基板的声孔位置与MEMS麦克风芯片一一对应，将第一基板的外围边缘与MEMS麦克风芯片的一面密封连接，中央区域与MEMS麦克风芯片形成第一声腔，将第二基板的外围边缘与MEMS麦克风芯片的另一面密封连接，中央区域与MEMS麦克风芯片形成第二声腔；
切割：在两个相邻的MEMS麦克风芯片之间进行切割，形成单个的晶圆级封装结构。
10.根据权利要求9所述的MEMS麦克风封装结构的晶圆级制造方法，其特征在于：在所述切割之前还包括：在第一基板的外表面上黏贴一层具有固定、防水、防灰尘的保护膜。
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