CN104465790A - Mems压力传感器及其封装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种MEMS压力传感器及其封装方法，采用平面基板进行封装，完成引线键合工艺后在所述平面基板上安装栅格，所述平面基板与栅格构成若干容置芯片的容置空间，因此引线键合时在基板的垂直方向上并无遮挡，无需担心劈刀会触碰基板，也就不需要考虑劈刀与基板侧壁的安全距离问题，在平面基板上可以设计安装更多的芯片，可减小MEMS压力传感器的封装体积及成本，在保证MEMS压力传感器功能及可靠性的前提下，提高器件的集成度。

Description

MEMS压力传感器及其封装方法
技术领域
本发明涉及集成电路制造技术领域，特别涉及一种MEMS压力传感器及其封装方法。
背景技术
随着MEMS器件产品在消费类电子领域的广泛应用，采用MEMS技术制作的压力传感器在各个领域都有着广阔的发展前景。而在MEMS压力传感器产品中，封装成本占总成本75％以上，因此终端客户对其小型化、低成本的需求越来越强烈。
对于MEMS压力传感器的封装，传统的工艺使用中央镂空的基板，如图1～3所示，中央镂空的基板10包括底壁10a以及设置于底壁10a上的若干竖直的侧壁10b，所述底壁10a与若干侧壁10b共同限定若干容置空间10c，每一容置空间10c用于安装一芯片11(在此包括控制芯片11a和压敏芯片11b)，可通过导电胶将芯片11固定在底壁10a上，再利用劈刀20进行引线键合，使得金丝14一端连接基板10上的焊盘(pad)13，另一端连接压敏芯片11b。
实践中发现，进行引线键合时劈刀20极容易触碰基板10的侧壁10b，从而造成基板10的损伤或者引线键合工艺的不可靠。为了解决上述问题，通常是在基板设计时预留一定区域，如图1所示，即使焊盘13距离基板10的侧壁10b一安全距离L，以确保劈刀20避开基板10的侧壁10b，通常L≥0.75mm，但是此种方式浪费了很多空间，使得MEMS压力传感器的结构相对较大，成本相对较高，不利于提高器件的集成度。
发明内容
本发明的目的在于，解决现有技术中MEMS压力传感器的结构相对较大，成本相对较高，器件集成度低的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种MEMS压力传感器封装方法，包括：
提供一形成有若干焊盘的平面基板；
在所述平面基板上安装若干芯片，并通过引线键合工艺形成若干引线，所述引线一端连接一芯片，所述引线另一端连接一焊盘；以及
在所述平面基板上安装栅格，所述平面基板与所述栅格构成若干容置空间，每一容置空间内容置一芯片。
可选的，在所述的MEMS压力传感器封装方法中，所述栅格包括栅格主体以及形成于所述栅格主体上的若干镂空区域，所述若干镂空区域与所述若干芯片相对应。所述栅格的若干镂空区域均为方形。
可选的，在所述的MEMS压力传感器封装方法中，所述栅格通过绝缘胶安装于所述平面基板上。利用一印刷网在所述栅格主体上涂抹绝缘胶。所述印刷网包括印刷网主体以及形成于所述印刷网主体上的若干胶水孔，使用刮刀将所述绝缘胶涂抹在所述印刷网的若干胶水孔上，所述绝缘胶经所述胶水孔流到所述栅格主体上。
可选的，在所述的MEMS压力传感器封装方法中，利用一定位夹具将所述栅格安装于所述平面基板上。所述定位夹具包括上夹具和下夹具，所述下夹具上形成有容置所述栅格的凹槽。所述下夹具上还形成有若干定位销，所述平面基板以及所述上夹具上形成有与所述若干定位销匹配的定位孔。
可选的，在所述的MEMS压力传感器封装方法中，所述平面基板与所述栅格主体均为方形结构。
可选的，在所述的MEMS压力传感器封装方法中，所述平面基板与所述栅格的材质相同。
可选的，在所述的MEMS压力传感器封装方法中，所述芯片包括控制芯片以及位于所述控制芯片上的压敏芯片，所述控制芯片通过导电胶固定于所述平面基板上，所述压敏芯片通过绝缘胶固定于所述控制芯片上。
可选的，在所述的MEMS压力传感器封装方法中，在所述平面基板上安装栅格之后，在所述平面基板与栅格构成的容置空间内灌入硅凝胶，所述硅凝胶暴露所述压敏芯片的表面。
可选的，在所述的MEMS压力传感器封装方法中，在所述平面基板上安装栅格之后，在所述栅格上固定一盖板，所述盖板上设置有开口。
根据本发明的另一面，还提供一种MEMS压力传感器，包括：形成有若干焊盘的平面基板；安装于所述平面基板上的若干芯片；通过引线键合工艺形成的若干引线，所述引线一端连接一芯片，另一端连接所述平面基板上的一焊盘；以及形成若干引线后固定于所述平面基板上的栅格，所述平面基板与所述栅格构成若干容置空间，每一容置空间内容置一芯片。
可选的，在所述的MEMS压力传感器中，所述栅格包括栅格主体以及形成于所述栅格主体上的若干镂空区域，所述若干镂空区域与所述若干芯片相对应。所述栅格的若干镂空区域均为方形。
可选的，在所述的MEMS压力传感器中，所述栅格通过绝缘胶安装于所述平面基板上。
可选的，在所述的MEMS压力传感器中，所述平面基板与所述栅格主体均为方形结构。
可选的，在所述的MEMS压力传感器中，所述平面基板与所述栅格的材质相同。
可选的，在所述的MEMS压力传感器中，所述芯片包括控制芯片以及位于所述控制芯片上的压敏芯片，所述控制芯片通过导电胶固定于所述平面基板上，所述压敏芯片通过绝缘胶固定于所述控制芯片上。
可选的，在所述的MEMS压力传感器中，还包括灌入至所述容置空间内的硅凝胶，所述硅凝胶暴露所述压敏芯片的表面。
可选的，在所述的MEMS压力传感器中，还包括固定于所述栅格上的盖板，所述盖板上设置有开口。
与现有技术相比，本发明采用平面基板进行封装，完成引线键合工艺后在所述平面基板上安装栅格，所述平面基板与栅格构成若干容置芯片的容置空间，因此引线键合时在基板的垂直方向上并无遮挡，无需担心劈刀会触碰基板，不需要考虑劈刀与基板侧壁的安全距离问题，因而在平面基板上可以设计安装更多的芯片，减小MEMS压力传感器的封装体积以及成本，在保证MEMS压力传感器功能及可靠性的前提下，提高器件的集成度。
附图说明
图1是现有技术中MEMS压力传感器的一个芯片的剖面示意图；
图2是现有技术中MEMS压力传感器的一个芯片的俯视示意图；
图3是现有技术中MEMS压力传感器采用的基板的俯视示意图；
图4是本发明一实施例的MEMS压力传感器封装方法的流程示意图；
图5是本发明一实施例中在平面基板上安装芯片后的示意图；
图6是本发明一实施例中使用的印刷网的示意图；
图7是本发明一实施例中使用的栅格的示意图；
图8是本发明一实施例中平面基板与栅格固定状态的示意图；
图9是本发明一实施例中平面基板与栅格固定后一个芯片的剖面示意图；
图10是本发明一实施例中灌入硅凝胶后一个芯片的剖面示意图；
图11是本发明一实施例中固定盖板后一个芯片的剖面示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的MEMS压力传感器及其封装方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图4所示，本发明提供一种MEMS压力传感器封装方法，包括：
S11，提供一形成有若干焊盘的平面基板；
S12，在所述平面基板上安装若干芯片，并通过引线键合工艺形成若干引线，所述引线一端连接一芯片，所述引线另一端连接一焊盘；
S13，在所述平面基板上安装栅格，所述平面基板与所述栅格构成若干容置空间，每一容置空间内容置一芯片。
下面结合图4至图11详细说明本发明的MEMS压力传感器封装方法。
首先，执行步骤S11，如图5所示，提供一平面基板100，所述平面基板100上形成有若干焊盘130，所述平面基板100是指平板状的基板，所述平面基板100可以是正方形平面基板或者长方形平面基板。
接着，执行步骤S12，如图5所示，在平面基板100上点导电胶150，通过导电胶150将芯片110固定于平面基板100上，所述导电胶150的厚度优选在15～75μm之间。本实施例中所述芯片110包括控制芯片111以及位于控制芯片111上的压敏芯片112，实际生产过程中考虑到压敏芯片112背面通常是导电金属成分，若直接安装到控制芯片111上很容易导致控制芯片111短路，因此会在压敏芯片112背面贴一层绝缘薄膜或者使用绝缘胶，所述压敏芯片112通过绝缘薄膜或者绝缘胶固定于所述控制芯片111上。接着通过引线键合工艺形成若干引线140，所述引线140一端连接一压敏芯片112，所述引线140另一端连接一焊盘130，所述引线140优选是金丝。由于本发明采用平面基板进行封装，因此引线键合时在基板的垂直方向上并无遮挡，无需担心劈刀会触碰基板，不需要考虑劈刀200与基板侧壁的安全距离问题，因而在平面基板上可以设计安装更多的芯片，减小MEMS压力传感器的封装体积以及成本，在保证MEMS压力传感器功能及可靠性的前提下，提高器件的集成度。
接着，执行步骤S13，如图6～9所示，在平面基板100上安装栅格120，所述平面基板100与栅格120构成若干容置空间110’，每一容置空间110’内容置一芯片110。
如图7所示，栅格120包括栅格主体121以及形成于所述栅格主体121上的若干镂空区域122，所述若干镂空区域122与所述若干芯片110相对应，即，栅格120的镂空区域122与平面基板100上的芯片区域一一对应，以保证每一容置空间110’内容置一芯片110。本实施例中，栅格120的镂空区域122为方形，因此其与平面基板100形成的容置空间110’也为方形，可以理解的是，所述栅格120的镂空区域122还可以是其它与平面基板100上的芯片区域相匹配的形状。本实施例中，栅格主体121与平面基板100均为正方形结构。然而应当认识到，所述栅格主体121的形状还可随平面基板100的整体形状变化而适应性变化，如平面基板100整体为长方形结构则栅格主体121也为长方形结构，或者，平面基板100为长方形而栅格主体121为正方形，例如，平面基板100是长度为宽度四倍的长方形结构，而栅格主体121为正方形结构，并且栅格主体121的边长与平面基板100的宽度相同，此时将四个栅格120同时安装于平面基板100上仍可满足要求，也就是说，只要多个栅格120安装于平面基板100上最终形成的容置空间满足MEMS压力传感器所需的空腔要求即可。
本实施例中，所述平面基板100与所述栅格120的材质相同，当然，所述栅格120与所述平面基板100的材质也可以不相同，所述栅格120只要能够与平面基板100构成容置空间以容置芯片即可。
具体如图6～9所示，所述栅格120通过绝缘胶160固定于平面基板100上，利用印刷网300在栅格120上涂抹绝缘胶160，利用定位夹具400将所述栅格120安装于平面基板100上。
如图6所示，所述印刷网300包括印刷网主体301以及形成于所述印刷网主体301上的若干胶水孔302，所述印刷网300与所述栅格120的形状匹配，印刷时使用刮刀将绝缘胶160均匀涂抹在印刷网300上，绝缘胶160经印刷网上的胶水孔302流到栅格主体121上，通过此种方式在栅格主体121上涂覆绝缘胶160，可减少绝缘胶流动导致的外溢。本实施例中，所述胶水孔302呈方形或圆形，若干胶水孔302均匀分布，以使绝缘胶160均匀的涂抹于栅格120上。
如图8所示，所述定位夹具400包括上夹具410和下夹具420，优选方案中，所述下夹具420上形成有用于容置栅格120的凹槽421，并且所述下夹具420上还形成有定位销422，所述平面基板100以及上夹具410上形成有与所述定位销422匹配的定位孔，涂有胶水的栅格120放置于下夹具420的凹槽421中，将完成引线键合的平面基板100倒扣于所述下夹具420上，所述平面基板100上的芯片对应于所述栅格120的镂空区域122，然后将上夹具410放置于平面基板100上，所述下夹具420上的定位销422插入到所述平面基板100和上夹具410上的定位孔中，施加压力使平面基板100与栅格120实现较小空隙，从而保证黏贴强度，同时由于绝缘胶的流动性，其会沿着平面基板100与栅格120的接触面重新均匀分布，保证栅格牢固的粘合在平面基板100上。
如图9所示，利用定位夹具400将栅格120与平面基板100夹紧后，对所述平面基板100进行烘烤，使绝缘胶160固化以使栅格120与平面基板100紧密结合，可使用充氮气的烘箱对上述平面基板100进行烘烤，烘烤温度范围为150～200℃，烘烤时间为0.5～1.5小时，最终涂抹在栅格120上的绝缘胶160厚度在30～50μm之间，粘合的效果较佳。
由于MEMS压力传感器在使用过程中可能会面临恶劣的有害化学物质腐蚀，因此本实施例在进行烘烤之后，如图10所示，在平面基板100与栅格120形成的容置空间122内灌入硅凝胶170，在硅凝胶170固化后，使芯片与外界环境形成隔离，以达到对引线及芯片形成保护的目的。为了使MEMS压力传感器正常工作，通过对硅凝胶灌入量的精确控制，保证硅凝胶不覆盖到压敏芯片表面，即压敏芯片112的表面被暴露出来。
由于硅凝胶材质较柔软，为了进一步保护芯片，如图11所示，形成硅凝胶170后在所述栅格120上固定一盖板180，所述芯片110上方盖板上设置有开口181，在达到保护目的的同时，为外界压力进入提供窗口。所述盖板180可通过胶水黏贴的方式固定于栅格120上，所述盖板180上的开口181可以为圆形开口、方形开口或者其他形状，以圆形开口为例其直径优选在0.1～0.2mm之间。所述盖板180的安装过程与所述栅格120的安装过程类似，在此不再赘述。
根据本发明的另一面，还提供一种MEMS压力传感器，包括：
形成有若干焊盘130的平面基板100；
安装于所述平面基板100上的若干芯片110；
通过引线键合工艺形成的若干引线140，所述引线140一端连接一芯片110，另一端连接所述平面基板100上的一焊盘130；以及
形成若干引线140后固定于所述平面基板100上的栅格120；
其中，所述平面基板100与所述栅格120构成若干容置空间122，每一容置空间122内容置一芯片110。
本发明MEMS压力传感器在所述平面基板100上完成引线键合工艺后，再在所述平面基板100上固定一栅格120，所述平面基板100与所述栅格120构成若干容置空间122，通过所述容置空间110’容置一芯片110，由于采用平面基板100进行封装，因此进行引线键合工艺时无需担心劈刀会触碰基板，不需要在基板设计时预留一定区域，可以减小MEMS压力传感器的封装体积以及成本，在保证MEMS压力传感器功能及可靠性的前提下，提高了器件的集成度。
其中，所述栅格120包括栅格主体121以及形成于所述栅格主体121上的若干镂空区域122，所述若干镂空区域122与所述若干芯片110相对应。本实施例中，所述栅格120的若干镂空区域122均为方形，因此其与平面基板100形成的容置空间也为方形。所述栅格120通过绝缘胶安装于所述平面基板100上。所述平面基板100与所述栅格主体121均为方形结构。
继续参考图11所示，所述的MEMS压力传感器还包括形成于所述容置空间110’内的硅凝胶，硅凝胶固化后使芯片与外界环境形成隔离，以达到对引线及芯片形成保护的目的，所述硅凝胶170的表面优选低于所述芯片的表面，以保证压敏芯片112的顶面被暴露出来。此外，所述的MEMS压力传感器还包括固定于所述栅格120上的盖板180，所述盖板180上设置有开口181，在达到保护目的的同时，为外界压力进入提供窗口。
综上所述，本发明的MEMS压力传感器采用平面基板进行封装，因此引线键合时在基板的垂直方向上并无遮挡，无需担心劈刀会触碰基板，不需要考虑劈刀与基板侧壁的安全距离问题，因而在平面基板上可以设计安装更多的芯片，减小MEMS压力传感器的封装体积以及成本，在保证MEMS压力传感器功能及可靠性的前提下，提高器件的集成度。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (22)

1.一种MEMS压力传感器封装方法，其特征在于，包括：
提供一形成有若干焊盘的平面基板；
在所述平面基板上安装若干芯片，并通过引线键合工艺形成若干引线，所述引线一端连接一芯片，所述引线另一端连接一焊盘；以及
在所述平面基板上安装栅格，所述平面基板与所述栅格构成若干容置空间，每一容置空间内容置一芯片。
2.如权利要求1所述的MEMS压力传感器封装方法，其特征在于，所述栅格包括栅格主体以及形成于所述栅格主体上的若干镂空区域，所述若干镂空区域与所述若干芯片相对应。
3.如权利要求2所述的MEMS压力传感器封装方法，其特征在于，所述栅格的若干镂空区域均为方形。
4.如权利要求2所述的MEMS压力传感器封装方法，其特征在于，所述栅格通过绝缘胶安装于所述平面基板上。
5.如权利要求4所述的MEMS压力传感器封装方法，其特征在于，利用一印刷网在所述栅格主体上涂抹绝缘胶，所述印刷网包括印刷网主体以及形成于所述印刷网主体上的若干胶水孔，使用刮刀将所述绝缘胶涂抹在所述印刷网的若干胶水孔中，所述绝缘胶经所述胶水孔流到所述栅格主体上。
6.如权利要求2所述的MEMS压力传感器封装方法，其特征在于，利用一定位夹具将所述栅格安装于所述平面基板上。
7.如权利要求6所述的MEMS压力传感器封装方法，其特征在于，所述定位夹具包括上夹具和下夹具，所述下夹具上形成有容置所述栅格的凹槽。
8.如权利要求7所述的MEMS压力传感器封装方法，其特征在于，所述下夹具上还形成有若干定位销，所述平面基板以及所述上夹具上形成有与所述若干定位销匹配的定位孔。
9.如权利要求2所述的MEMS压力传感器封装方法，其特征在于，所述平面基板与所述栅格主体均为方形结构。
10.如权利要求1至9中任意一项所述的MEMS压力传感器封装方法，其特征在于，所述平面基板与所述栅格的材质相同。
11.如权利要求1至9中任意一项所述的MEMS压力传感器封装方法，其特征在于，所述芯片包括控制芯片以及位于所述控制芯片上的压敏芯片，所述控制芯片通过导电胶固定于所述平面基板上，所述压敏芯片通过绝缘胶固定于所述控制芯片上。
12.如权利要求11所述的MEMS压力传感器封装方法，其特征在于，在所述平面基板上安装栅格之后，在所述平面基板与栅格构成的容置空间内灌入硅凝胶，所述硅凝胶暴露所述压敏芯片的表面。
13.如权利要求1至9中任意一项所述的MEMS压力传感器封装方法，其特征在于，在所述平面基板上安装栅格之后，在所述栅格上固定一盖板，所述盖板上设置有圆形开口。
14.一种MEMS压力传感器，其特征在于，包括：
形成有若干焊盘的平面基板；
安装于所述平面基板上的若干芯片；
通过引线键合工艺形成的若干引线，所述引线一端连接一芯片，另一端连接所述平面基板上的一焊盘；以及
形成若干引线后固定于所述平面基板上的栅格，所述平面基板与所述栅格构成若干容置空间，每一容置空间内容置一芯片。
15.如权利要求14所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述栅格包括栅格主体以及形成于所述栅格主体上的若干镂空区域，所述若干镂空区域与所述若干芯片相对应。
16.如权利要求15所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述栅格的若干镂空区域均为方形。
17.如权利要求15所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述栅格通过绝缘胶安装于所述平面基板上。
18.如权利要求15所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述平面基板与所述栅格主体均为方形结构。
19.如权利要求14所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述平面基板与所述栅格的材质相同。
20.如权利要求14所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述芯片包括控制芯片以及位于所述控制芯片上的压敏芯片，所述控制芯片通过导电胶固定于所述平面基板上，所述压敏芯片通过绝缘胶固定于所述控制芯片上。
21.如权利要求20所述的MEMS压力传感器，其特征在于，还包括灌入至所述容置空间内的硅凝胶，所述硅凝胶暴露所述压敏芯片的表面。
22.如权利要求14所述的MEMS压力传感器，其特征在于，还包括固定于所述栅格上的盖板，所述盖板上设置有开口。
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