CN103395735A - 微机电系统器件的封装结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微机电系统器件的封装结构，其中，该微机电系统器件的封装结构包括：封装基板；管芯；密封材料，用于在管芯与封装基板之间形成密封空腔；微机电系统结构，位于密封空腔内，并设置于管芯。本发明通过将微机电系统结构封装在管芯、封装基板和密封材料共同形成的密封空腔内，合理地减少了使用的硅衬底数量，简化微机电系统器件的封装工艺，降低了封装成本，减小了封装产品的不良率。

Description

微机电系统器件的封装结构
技术领域
本发明涉及微机电系统领域，并且特别地，涉及一种微机电系统器件的封装结构。
背景技术
当前，微机电系统器件，例如射频滤波器、加速度计、陀螺仪等，由于其良好的性能、低廉的价格、小尺寸的体积等优势被广泛应用于消费类电子产品中。
一般地，微机电系统器件的工作结构要求具有封闭的工作环境以防止外界环境的污染。现有的微机电系统器件的封装形式主要采用晶圆级别封装。如图1所示，通常使用的微机电系统器件包括：底层硅衬底101、上层硅衬底102、密封圈103、微机电系统结构104、金属电连接键合区105、管芯焊接区106、键合线111、焊球112、封装基板键合区121、封装基板焊接区122、过孔123、和塑封胶131。即制作具有微机电系统结构104的硅衬底作为底层硅衬底101，该底层硅衬底101与另一上层硅衬底102进行键合。利用制作于两个硅衬底之间的金属密封圈103环绕微机电系统结构形成密封设置，密封圈103与上层硅衬底102和底层硅衬底103共同形成一个密封的空腔，从而防止微机电系统结构被外界环境污染。同时，如图1左侧的封装结构所示，在上层硅衬底102制作出金属电连接键合区105，利用键合线111与封装基板键合区121进行电连接,封装基板键合区121通过过孔123与地平面或信号端口连接；或者，如图1右侧的封装结构所示，在上层硅衬底102制作出焊球焊接区106，通过至少一个焊球112与封装基板焊接区122连接，封装基板焊接区122通过过孔123与地平面或信号端口连接。此外，在管芯和封装基板表面上方覆盖塑封胶131。这种晶圆级别的封装虽然能够有效的阻断外界污染，但是由于涉及到键合位于管芯中的两个硅衬底，同时需要分别在两个硅衬底上制作键合结构，会提高器件的材料成本，增加工艺的复杂度并且影响到产品的总良率。
针对相关技术中微机电系统器件的封装工艺复杂且封装成本较大的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中微机电系统器件的封装工艺复杂且封装成本较大的问题，本发明提出一种微机电系统器件的封装结构，能够简化封装工艺，降低封装成本。
本发明的技术方案是这样实现的：
根据本发明的一个方面，提供了一种微机电系统器件的封装结构。
该微机电系统器件的封装结构包括：
封装基板；
管芯；
密封材料，用于在管芯与封装基板之间形成密封空腔；
微机电系统结构，位于密封空腔内，并设置于管芯。
其中，微机电系统结构设置于管芯的第一表面，密封材料覆盖管芯的第二表面，并进一步覆盖至封装基板的表面，密封材料与封装基板表面和管芯的第一表面共同形成密封空腔，其中，第二表面位于第一表面的相对侧。
进一步地，上述密封材料为由热固性塑料材料制成的密封膜。
可选地，上述热固性塑料材料包括环氧树脂、酚醛树脂。
并且，管芯包括管芯焊接区，位于管芯的第一表面，管芯焊接区与微机电系统结构电连接，并且，管芯焊接区通过焊球与封装基板的基板焊接区电连接。
此外，上述微机电系统器件的封装结构进一步包括：
塑封胶，至少覆盖于密封膜上。
并且，上述塑封胶覆盖密封膜以及封装基板未被密封膜覆盖的表面。
可选地，上述微机电系统结构设置于管芯的第一表面，密封材料位于管芯的第一表面与封装基板的表面之间，并与管芯的第一表面和封装基板的表面密封接触，以形成密封空腔。
进一步地，上述密封材料为由光敏聚合物材料制成的密封圈。
可选地，上述光敏聚合物材料包括光刻胶材料。
并且，上述管芯包括管芯焊接区，位于管芯的第一表面，管芯焊接区与微机电系统结构电连接，管芯焊接区通过焊球与封装基板的基板焊接区电连接，其中，管芯焊接区、基板焊接区和焊球的电连接区域位于密封圈之内、密封圈之外。
此外，上述微机电系统器件的封装结构进一步包括：
塑封胶，至少覆盖于管芯上。
并且，上述塑封胶覆盖管芯以及管芯之外的封装基板的表面。
本发明通过将微机电系统结构封装在管芯、封装基板和密封材料共同形成的密封空腔内，合理地减少了管芯结构中使用的硅衬底数量，简化微机电系统结构的封装工艺，降低了封装成本，阻断外界污染，减小了封装产品的不良率。
附图说明
图1是现有技术中微机电系统器件的封装结构的截面图；
图2是根据本发明实施例的一种微机电系统器件的封装结构的截面图；
图3是根据本发明实施例的又一种微机电系统器件的封装结构的截面图；
图4是根据本发明实施例的再一种微机电系统器件的封装结构的截面图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的实施例，提供了一种微机电系统器件的封装结构。
根据本发明实施例的微机电系统器件的封装结构可以包括：
封装基板；
管芯，可以包括管芯焊接区，位于管芯的第一表面，管芯焊接区与微机电系统结构电连接，并且，管芯焊接区通过焊球与封装基板的基板焊接区电连接；
密封材料，用于在管芯与封装基板之间形成密封空腔，该密封材料可以为由热固性塑料材料制成的密封膜，进一步地，热固性塑料材料可以包括环氧树脂、酚醛树脂；
微机电系统结构，位于密封空腔内，并设置于管芯。
在一个实施例中，微机电系统结构设置于管芯的第一表面，密封材料可以为密封膜，该密封膜覆盖管芯的第二表面，并进一步覆盖至封装基板的表面，密封膜与封装基板表面和管芯的第一表面共同形成密封空腔，其中，第二表面位于第一表面的相对侧。
图2示出了根据本实施例的封装结构。如图2所示，该封装结构包括：密封膜201、管芯211、管芯焊接区212、微机电系统结构213、焊球221、封装基板焊接区231、过孔232和塑封胶241。其中，管芯211的一个表面上制作有微机电系统结构213，在管芯的同侧制作有管芯焊接区212，管芯焊接区212与微机电系统结构213之间存在电连接，该电连接可以是金属走线电连接或是本领域技术人员所知的其它方式的电连接，文中所述的电连接方式均包括上述方法，不再一一重复。管芯211采用倒装形式安装到衬底上，管芯焊接区212与封装基板焊接区231之间通过焊球221连接，其中，本文所述的管芯焊接区、封装基板焊接区以及焊球的数量均可以依用户需要设定。然后，封装基板焊接区231通过过孔232与封装基板地平面或信号端口连接。为了使得管芯上的微机电系统结构与外界环境隔绝（在未示出的实施例中，封装基板焊接区可以通过同层金属走线与封装基板地平面或信号端口连接），同时降低封装成本，提高封装良率，根据本发明实施例的微机电系统器件封装结构采用密封膜201将倒装的管芯覆盖，密封膜201面积大于管芯211占用面积，超过管芯211的四周部分贴合在封装基板表面，利用封装基板表层、管芯衬底和密封膜201围成一个密封空腔，达到将微机电系统结构密封的目的。进一步地，在图2所示的密封膜201的外层再加盖一层塑封胶241，该塑封胶241覆盖密封膜201以及封装基板未被密封膜201覆盖的表面。保证了微机电系统结构处于密封的工作环境中，且保护了密封膜201，提高了器件的可靠性。
根据本发明的另一实施例，微机电系统结构可以设置于管芯的第一表面，密封材料位于管芯的第一表面与封装基板的表面之间，并与管芯的第一表面和封装基板的表面密封接触，以形成密封空腔。其中，密封材料可以为由光敏聚合物材料制成的密封圈。光敏聚合物材料可以包括光刻胶材料，光刻胶材料可以包括SU-8、BCB、AZ等。并且，上述管芯包括管芯焊接区，位于管芯的第一表面，管芯焊接区与微机电系统结构电连接，并且，该管芯焊接区通过焊球与封装基板的基板焊接区电连接，其中，管芯焊接区、基板焊接区和焊球的电连接区域可以分别位于密封圈之内和/或密封圈之外。
图3示出了根据本实施例的封装结构。如图3所示，根据本实施例的封装结构与图2所示的封装结构基本相同，除了图3所示的封装结构不包括密封膜201，而是包括密封圈311。管芯301的表面上制作有微机电系统结构303，在管芯301与微机电系统结构303同侧制作有管芯焊接区302，管芯焊接区302与微机电系统结构303之间存在电连接。管芯301采用倒装形式安装到衬底上，使得管芯焊接区302与封装基板焊接区331之间通过焊球321连接，封装基板焊接区331通过过孔332与封装基板地平面或信号端口连接（在未示出的实施例中，封装基板焊接区可以通过同层金属走线与封装基板地平面或信号端口连接）。在管芯301与封装基板相靠近的平面的外围制作有密封圈311，管芯焊接区302和焊球321全部位于密封圈311所围空间内部，密封圈311一侧与封装基板的表层贴合，另一侧与管芯301贴合。封装基板表层、管芯衬底和密封圈311共同围成密封空腔，能够有效地提供微机电系统器件工作的密封环境，防止外界环境污染。
图4示出了根据本发明又一实施例的封装结构。如图4所示的封装结构与图3所示的封装结构基本相同，区别在于部分管芯焊接区、基板焊接区和焊球的电连接区域可以位于密封的空腔之外。如图4所示，在根据本实施例的封装结构中，管芯401上制作有微机电系统结构403，在管芯401的同侧制作有管芯焊接区402、404，管芯焊接区402、404与微机电系统结构403之间存在金属电连接。管芯401采用倒装形式安装到衬底上，使得管芯焊接区402、404与封装基板焊接区431之间通过焊球421连接，封装基板焊接区431通过过孔432与封装基板地平面或信号端口连接（在未示出的实施例中，封装基板焊接区可以通过同层金属走线与封装基板地平面或信号端口连接）。在管芯401与封装基板相靠近的平面制作有密封圈411，管芯焊接区402位于密封圈411所围空间外部，管芯焊接区404位于密封圈411所围空间内部。密封圈411一侧与封装基板的表层贴合，另一侧与管芯401贴合。封装基板表层、管芯衬底和密封圈411共同围成密封空腔，能够有效地提供微机电系统器件工作的密封环境，防止外界环境污染。
进一步地，图3和图4中示出的密封材料可以为由光敏聚合物材料制成的密封圈。并且，光敏聚合物材料可以包括光刻胶材料，光刻胶材料可以包括SU-8、BCB、AZ等。并且，可以分别在图3和图4所示的管芯的上层再加盖一层的塑封胶341或441，该塑封胶可以从管芯覆盖至封装基板的表面，保证了微机电系统结构处于密封的工作环境中，保护了管芯和密封圈，提高器件可靠性。
根据本发明的技术方案，当密封圈设置在管芯和封装基板之间时，只要密封圈、管芯和封装基板形成的腔体能密封微机电系统结构，相连接的管芯焊接区、焊球和基板焊接区位于密封圈所围空间的内部、外部或内外均可，其位置不对本发明的技术方案的效果产生影响，并且能够有效地提供微机电系统器件工作所需的密封环境。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，本发明通过将微机电系统结构封装在管芯、封装基板和密封材料共同形成的密封空腔内，避免需要分别在两个硅衬底上制作键合结构的情况，合理地减少了使用的硅衬底数量，简化微机电系统结构的封装工艺，降低了封装成本，阻断外界污染，减小了封装产品的不良率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种微机电系统器件的封装结构，其特征在于，包括：
封装基板；
管芯；
密封材料，用于在所述管芯与所述封装基板之间形成密封空腔；
微机电系统结构，位于所述密封空腔内，并设置于所述管芯。
2.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述微机电系统结构设置于所述管芯的第一表面，所述密封材料覆盖所述管芯的第二表面，并进一步覆盖至所述封装基板的表面，所述密封材料与封装基板表面和管芯的第一表面共同形成密封空腔，其中，所述第二表面位于所述第一表面的相对侧。
3.根据权利要求2所述的封装结构，其特征在于，所述密封材料为由热固性塑料材料制成的密封膜。
4.根据权利要求3所述的封装结构，其特征在于，热固性塑料材料包括环氧树脂、酚醛树脂。
5.根据权利要求2所述的封装结构，其特征在于，所述管芯包括管芯焊接区，位于所述管芯的第一表面，所述管芯焊接区与所述微机电系统结构电连接，并且，所述管芯焊接区通过焊球与所述封装基板的基板焊接区电连接。
6.根据权利要求3所述的封装结构，其特征在于，进一步包括：
塑封胶，至少覆盖于所述密封膜上。
7.根据权利要求6所述的封装结构，其特征在于，所述塑封胶覆盖所述密封膜以及所述封装基板未被所述密封膜覆盖的表面。
8.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述微机电系统结构设置于所述管芯的第一表面，所述密封材料位于所述管芯的第一表面与所述封装基板的表面之间，并与所述管芯的第一表面和所述封装基板的表面密封接触，以形成密封空腔。
9.根据权利要求8所述的封装结构，其特征在于，所述密封材料为由光敏聚合物材料制成的密封圈。
10.根据权利要求9所述的封装结构，其特征在于，所述光敏聚合物材料包括光刻胶材料。
11.根据权利要求8所述的封装结构，其特征在于，所述管芯包括管芯焊接区，位于所述管芯的所述第一表面，所述管芯焊接区与所述微机电系统结构电连接，所述管芯焊接区通过焊球与所述封装基板的基板焊接区电连接，其中，管芯焊接区、基板焊接区和焊球的电连接区域位于所述密封圈之内、所述密封圈之外。
12.根据权利要求2或8所述的封装结构，其特征在于，进一步包括：
塑封胶，至少覆盖于所述管芯上。
13.根据权利要求12所述的封装结构，其特征在于，所述塑封胶覆盖所述管芯以及所述管芯之外的所述封装基板的表面。
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