CN103523739A - 环境mems传感器三维柔性基板封装结构及制作方法 - Google Patents

环境mems传感器三维柔性基板封装结构及制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种环境MEMS传感器三维柔性基板封装结构，包括一柔性基板，所述柔性基板弯折成U型结构，所述U型结构具有一个弯折部和两个相对的平整部；在一个平整部的柔性基板内面上贴装有控制芯片，与控制芯片相对的另一个平整部的柔性基板内面上贴装有环境MEMS传感芯片，环境MEMS传感芯片的感应部所面对的柔性基板上设有开口；控制芯片和环境MEMS传感芯片与U型结构的柔性基板内面电连接。进一步地，所述控制芯片和环境MEMS传感芯片在高度方向上重叠。进一步地，所述控制芯片的背面和环境MEMS传感芯片的背面粘合在一起。本发明避免了使用薄膜辅助注塑成型技术，成本降低，同时形成的三维层叠封装结构使得器件集成度提高。

Description

环境MEMS传感器三维柔性基板封装结构及制作方法
技术领域
本发明涉及封装技术，尤其是一种环境MEMS传感器三维柔性基板封装结构及制作方法。
背景技术
环境MEMS传感器（如压力、温度、湿度等)封装需要保证传感器与外界环境良好的接触，尽可能与被测传感量直接沟通。一般来说，环境MEMS传感芯片安装在陶瓷、金属或有机基座上，而其与大气连通的腔室不能被器件结构封闭，如图1所示。
以环境MEMS传感器的普通塑封成型为例，其制程中需引入薄膜辅助注塑成型技术（Film Assisted Molding AFM），设备硬件成本聚升。图2是薄膜辅助注塑成型技术的简要示意图，为了使得传感器的感应部在最后封装完毕后可以与外界环境接触，必须在封装时制作一个与大气连通的腔室。因此在封装时，需要在传感器的感应部上放置一个阻挡封装材料的遮挡体（Punch，模具上的冲头），而为了避免遮挡体对传感器直接接触造成损坏，需要利用薄膜辅助成型注塑机在传感器表面形成一层起保护作用的薄膜，封装结束后，再移开遮挡体，去除薄膜，从而保留下可以与大气连通的腔室。
薄膜辅助成型系统的硬件成本是该技术最大的不足之处。一般说来，量产型薄膜辅助成型注塑机的价格在300万元人民币，而对已有的注塑成型设备进行升级改造几乎不可能。
另外，通常来说，环境MEMS传感器是一种多芯片模组，如果在二维平面上集成多芯片，则其模组尺寸势必较大，无法适用于某些PCB板面空间受限的系统级应用。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种环境MEMS传感器三维柔性基板封装结构及相应的制作方法，避免了使用薄膜辅助注塑成型技术，成本降低，同时形成的三维层叠封装结构使得器件集成度提高，可大幅缩减器件的PCB占用面积。本发明采用的技术方案是：
一种环境MEMS传感器三维柔性基板封装结构，包括一柔性基板，所述柔性基板弯折成U型结构，所述U型结构具有一个弯折部和两个相对的平整部；在一个平整部的柔性基板内面上贴装有控制芯片，与控制芯片相对的另一个平整部的柔性基板内面上贴装有环境MEMS传感芯片，环境MEMS传感芯片的感应部所面对的柔性基板上设有开口；控制芯片和环境MEMS传感芯片与U型结构的柔性基板内面电连接。
进一步地，所述控制芯片和环境MEMS传感芯片在高度方向上重叠。
进一步地，所述控制芯片的背面和环境MEMS传感芯片的背面粘合在一起。
进一步地，所述控制芯片通过倒装焊方式贴装在U型结构的柔性基板内面上并和内面电连接。
进一步地，所述环境MEMS传感芯片通过引线键合方式与U型结构的柔性基板内面电连接。
进一步地，所述U型结构内填充有灌封料。
进一步地，所述U型结构的外表面上植有焊球，所述焊球电连接U型结构内的控制芯片和环境MEMS传感芯片。
一种环境MEMS传感器三维柔性基板封装结构的制作方法，包括下述步骤：
步骤一.提供柔性基板，在柔性基板偏离中央的一侧部位开开口；
步骤二.在柔性基板的一个面上贴装环境MEMS传感芯片，使得环境MEMS传感芯片的感应部对准柔性基板上的开口；在贴装环境MEMS传感芯片的柔性基板同一个面上背离环境MEMS传感芯片的那一侧部位贴装控制芯片；完成控制芯片和环境MEMS传感芯片与柔性基板贴装面的电连接；
步骤三.将贴装有控制芯片和环境MEMS传感芯片的柔性基板的那一面向内弯折，形成U型结构；弯折后，控制芯片位于U型结构的一个平整部的柔性基板内面上，而环境MEMS传感芯片位于与控制芯片相对的另一个平整部的柔性基板内面上；
步骤四.在上述形成的U型结构内填充灌封料进行塑封；
步骤五.在上述形成的U型结构的外表面上植焊球，使得焊球电连接U型结构内的控制芯片和环境MEMS传感芯片。
进一步地，所述步骤二中，控制芯片通过倒装焊方式贴装在柔性基板的贴装面上并和柔性基板电连接；环境MEMS传感芯片通过引线键合方式与柔性基板的贴装面电连接。
进一步地，所述步骤三中，弯折形成U型结构后，还包括将控制芯片的背面和环境MEMS传感芯片的背面粘合在一起的步骤。
本发明的优点：本发明实现了一种低成本的环境MEMS传感器三维柔性基板封装结构，并且该封装结构可以提高传感器件的集成度，进而大幅缩减器件的PCB占用面积。与传统薄膜辅助注塑成型加工工艺比较，工艺设备投资小。
附图说明
图1为现有环境MEMS传感器示意图。
图2为现有环境MEMS传感器的普通塑封工艺示意图。
图3为本发明的柔性基板示意图。
图4为本发明的芯片贴装示意图。
图5为本发明的柔性基板弯折示意图。
图6为本发明的芯片塑封示意图。
图7为本发明的器件植球示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图3～图7所示：一种环境MEMS传感器三维柔性基板封装结构，包括一柔性基板1，所述柔性基板1弯折成U型结构，所述U型结构具有一个弯折部和两个相对的平整部；在一个平整部的柔性基板1内面上贴装有控制芯片2，与控制芯片2相对的另一个平整部的柔性基板1内面上贴装有环境MEMS传感芯片3，环境MEMS传感芯片3的感应部所面对的柔性基板1上设有开口4。
控制芯片2通过倒装焊方式贴装在U型结构的柔性基板1内面上并和内面电连接。环境MEMS传感芯片3通过引线键合方式与U型结构的柔性基板1内面电连接。
控制芯片2和环境MEMS传感芯片3在高度方向上重叠，并且可进一步将控制芯片2的背面和环境MEMS传感芯片3的背面粘合在一起。如此可形成三维层叠封装结构。
U型结构内填充有灌封料5，以完成塑封。
U型结构的外表面上植有焊球6，所述焊球6电连接U型结构内的控制芯片2和环境MEMS传感芯片3。
下面详细介绍环境MEMS传感器三维柔性基板封装结构的制作方法，包括下述步骤：
步骤一.如图3所示，提供柔性基板1，在柔性基板1偏离中央的一侧部位开开口4；
开口4能够使得最后形成的封装结构内的环境MEMS传感芯片3的感应部与外界环境有一个沟通的通道。
步骤二.如图4所示，在柔性基板1的一个面上贴装环境MEMS传感芯片3，使得环境MEMS传感芯片3的感应部对准柔性基板1上的开口4；在贴装环境MEMS传感芯片3的柔性基板1同一个面上背离环境MEMS传感芯片3的那一侧部位贴装控制芯片2；完成控制芯片2和环境MEMS传感芯片3与柔性基板1贴装面的电连接；
其中，控制芯片2通过倒装焊方式贴装在柔性基板1的贴装面上并和柔性基板1电连接。
环境MEMS传感芯片3可以通过引线键合方式与柔性基板1的贴装面电连接。
步骤三.如图5所示，将贴装有控制芯片2和环境MEMS传感芯片3的柔性基板1的那一面（也就是贴装面）向内弯折，形成U型结构；该U型结构具有一个弯折部和两个相对的平整部；
弯折时，可以将贴装有控制芯片2那一侧的柔性基板1向环境MEMS传感芯片3方向进行弯折（即图5所示），也可以将贴装有环境MEMS传感芯片3那一侧的柔性基板1向控制芯片2方向弯折。
弯折后，控制芯片2位于U型结构的一个平整部的柔性基板1内面上，而环境MEMS传感芯片3就位于与控制芯片2相对的另一个平整部的柔性基板1内面上；为了形成层叠结构，弯折后，使得控制芯片2和环境MEMS传感芯片3在高度方向上重叠。
可进一步将控制芯片2的背面和环境MEMS传感芯片3的背面粘合在一起；以加强整体结构的牢固程度。
步骤四.如图6所示，在上述形成的U型结构内填充灌封料5进行塑封；
步骤五.如图7所示，在上述形成的U型结构的外表面上植焊球6，使得焊球6电连接U型结构内的控制芯片2和环境MEMS传感芯片3。
焊球6可以植在U型结构的两个平整部的任意一个的外表面上。焊球6与U型结构内的芯片实现电连接不是本发明的重点，在此从略。
本发明通过对贴装环境MEMS传感芯片和控制芯片的柔性基板的弯折，形成了三维层叠封装结构，使得器件集成度提高，可大幅缩减器件的PCB占用面积。使得采用该封装结构的环境MEMS传感器能够适应高微组装密度和高集成度的应用场合，适合于某些PCB板面空间受限的系统级应用。
本发明在柔性基板上开开口，将环境MEMS传感芯片的感应部对准柔性基板上的开口进行安装，避免了使用薄膜辅助注塑成型技术，无需使用成本昂贵的薄膜辅助成型注塑机。与传统薄膜辅助注塑成型加工工艺比较，工艺设备投资小。

Claims (10)

1. 一种环境MEMS传感器三维柔性基板封装结构，其特征在于：包括一柔性基板(1)，所述柔性基板(1)弯折成U型结构，所述U型结构具有一个弯折部和两个相对的平整部；
在一个平整部的柔性基板(1)内面上贴装有控制芯片(2)，与控制芯片(2)相对的另一个平整部的柔性基板(1)内面上贴装有环境MEMS传感芯片(3)，环境MEMS传感芯片(3)的感应部所面对的柔性基板(1)上设有开口(4)；
控制芯片(2)和环境MEMS传感芯片(3)与U型结构的柔性基板(1)内面电连接。
2.如权利要求1所述的环境MEMS传感器三维柔性基板封装结构，其特征在于：所述控制芯片(2)和环境MEMS传感芯片(3)在高度方向上重叠。
3.如权利要求2所述的环境MEMS传感器三维柔性基板封装结构，其特征在于：所述控制芯片(2)的背面和环境MEMS传感芯片(3)的背面粘合在一起。
4.如权利要求2或3所述的环境MEMS传感器三维柔性基板封装结构，其特征在于：所述控制芯片(2)通过倒装焊方式贴装在U型结构的柔性基板(1)内面上并和内面电连接。
5.如权利要求2或3所述的环境MEMS传感器三维柔性基板封装结构，其特征在于：所述环境MEMS传感芯片(3)通过引线键合方式与U型结构的柔性基板(1)内面电连接。
6.如权利要求1所述的环境MEMS传感器三维柔性基板封装结构，其特征在于：所述U型结构内填充有灌封料(5)。
7.如权利要求1所述的环境MEMS传感器三维柔性基板封装结构，其特征在于：所述U型结构的外表面上植有焊球(6)，所述焊球(6)电连接U型结构内的控制芯片(2)和环境MEMS传感芯片(3)。
8.一种环境MEMS传感器三维柔性基板封装结构的制作方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤一.提供柔性基板(1)，在柔性基板(1)偏离中央的一侧部位开开口(4)；
步骤二.在柔性基板(1)的一个面上贴装环境MEMS传感芯片(3)，使得环境MEMS传感芯片(3)的感应部对准柔性基板(1)上的开口(4)；在贴装环境MEMS传感芯片(3)的柔性基板(1)同一个面上背离环境MEMS传感芯片(3)的那一侧部位贴装控制芯片(2)；完成控制芯片(2)和环境MEMS传感芯片(3)与柔性基板(1)贴装面的电连接；
步骤三.将贴装有控制芯片(2)和环境MEMS传感芯片(3)的柔性基板(1)的那一面向内弯折，形成U型结构；弯折后，控制芯片(2)位于U型结构的一个平整部的柔性基板(1)内面上，而环境MEMS传感芯片(3)位于与控制芯片(2)相对的另一个平整部的柔性基板(1)内面上；
步骤四.在上述形成的U型结构内填充灌封料(5)进行塑封；
步骤五.在上述形成的U型结构的外表面上植焊球(6)，使得焊球(6)电连接U型结构内的控制芯片(2)和环境MEMS传感芯片(3)。
9.如权利要求8所述的环境MEMS传感器三维柔性基板封装结构的制作方法，其特征在于：所述步骤二中，控制芯片(2)通过倒装焊方式贴装在柔性基板(1)的贴装面上并和柔性基板(1)电连接；环境MEMS传感芯片(3)通过引线键合方式与柔性基板(1)的贴装面电连接。
10.如权利要求8所述的环境MEMS传感器三维柔性基板封装结构的制作方法，其特征在于：所述步骤三中，弯折形成U型结构后，还包括将控制芯片(2)的背面和环境MEMS传感芯片(3)的背面粘合在一起的步骤。
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