CN104900599A - 集成传感器的封装结构和封装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集成传感器的封装结构和封装方法，包括：第一基板以及设置在所述第一基板上的多个传感器，每个所述传感器均包括MEMS传感器芯片和与所述MEMS传感器芯片电连接的ASIC芯片；至少一个由外壳和所述第一基板围成的第一封装腔体，所述第一封装腔体内部和外部均设置有至少一个所述传感器；还包括从整体上封装全部所述传感器和全部所述第一封装腔体的注塑胶封装结构。本发明集成传感器的封装是先利用外壳将较为敏感的传感器封装保护住，然后再利用注塑胶将全部传感器一体封装在第一基板上，克服了注塑胶对敏感传感器的应力作用以及其它传感器对敏感传感器的干扰，提升了集成传感器的工作性能。

Description

集成传感器的封装结构和封装方法
技术领域
本发明涉及一种集成传感器的封装结构和一种集成传感器的封装方法。
背景技术
集成传感器是一种内部集成了多个传感器单元的传感器芯片(例如由压力传感器单元和温度传感器单元集成的集成传感器)，并且作为一个能够同时实现多种传感功能的独立的芯片进行使用。目前一些具有多个传感器单元的集成传感器在封装时是将各个传感器通过SMT焊接贴于基板上，然后再用注塑胶整体封装形成最终应用产品的集成传感器，例如图1所示：集成传感器包括两个传感器单元，其中一个传感器单元包括MEMS传感器芯片3和ASIC芯片5，两者之间通过引线4电连接，AISC芯片5通过引线连接至基板1；另一个传感器单元包括MEMS传感器芯片6和ASIC芯片7，两者之间同样通过引线电连接，AISC芯片7通过引线连接至基板1。基板1的背面设有焊盘8，两个传感器单元通过焊盘8与外部电路电连接，贴装完成后，通过注塑胶2覆盖两个传感器单元以将两个传感器单元整体封装在基板1上。
现有集成传感器的这种封装方式，注塑胶会对比较敏感的传感器芯片造成严重应力作用，并且不同传感器芯片之间也会有电磁干扰，这些都会影响敏感传感器芯片和集成传感器的正常工作，降低产品性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种集成传感器封装的新的技术方案，以克服注塑胶对敏感传感器的应力作用以及屏蔽传感器之间的互相干扰。
根据本发明的第一方面，提供了一种集成传感器的封装结构，包括：第一基板以及设置在所述第一基板上的多个传感器，每个所述传感器均包 括MEMS传感器芯片和与所述MEMS传感器芯片电连接的ASIC芯片；至少一个由外壳和所述第一基板围成的第一封装腔体，所述第一封装腔体内部和外部均设置有至少一个所述传感器；还包括从整体上封装全部所述传感器和全部所述第一封装腔体的注塑胶封装结构。
优选的，所述外壳的最顶部设有一开口，所述注塑胶封装结构露出所述外壳的最顶部以暴露所述开口。
优选的，所述第一封装腔体内的传感器通过第二基板设置于所述第一基板上。
优选的，至少一个所述传感器的MEMS传感器芯片和ASIC芯片集成在一起。
优选的，所述第一封装腔体外部的传感器包括下列任一或组合：加速度传感器、角速度传感器、速度传感器。
优选的，多个所述传感器中的每个敏感传感器均单独设置于一个所述第一封装腔体内部。
优选的，所述敏感传感器包括下列任一或组合：压力传感器、麦克风、湿度传感器。
根据本发明的第二方面，提供了一种集成传感器的封装方法，包括以下步骤：S1、提供多个传感器和第一基板，每个所述传感器均包括MEMS传感器芯片和ASIC芯片；S2、将敏感传感器贴装在所述第一基板上；S3、利用外壳从上方覆盖所述敏感传感器并且与所述第一基板围成第一封装腔体。S4、将其它传感器单元贴装在所述第一封装腔体外部的第一基板上；S5、用注塑胶从整体上封装全部所述传感器和全部所述第一封装腔体。
可选的，所述步骤S4位于所述步骤S2之前或者位于所述步骤S3之前。
优选的，在所述步骤S3中，在所述外壳的最顶部设置开口；在所述步骤S5中，令所述注塑胶露出所述外壳的最顶部以暴露所述开口。
本发明集成传感器的封装是先利用外壳将较为敏感的传感器封装保护住，然后再利用注塑胶将全部传感器一体封装在第一基板上，具有以下技术效果：
1)将敏感传感器用外壳封装在第一腔体内部，克服了后续注塑胶对敏 感传感器的应力作用。
2)将敏感传感器设置于第一封装腔体内部和其它传感器隔离开，屏蔽了其它传感器对敏感传感器的干扰。
3)通过第二基板将敏感传感器间接设置于第一基板上，进一步缓冲了外部应力对敏感传感器的作用。
4)采用注塑胶将全部传感器和第一封装腔体一体封装，可以使得第一封装腔体和集成传感器更为牢固，提高了敏感传感器的可靠性，也从整体上提高了集成传感器的性能。
5)采用注塑胶将全部传感器和第一封装腔体一体封装，可以获得具有平整表面的集成传感器，有利于后续工艺。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1是现有集成传感器封装结构的结构示意图。
图2是本发明集成传感器的封装结构的第一实施例的结构示意图。
图3是本发明集成传感器的封装结构的第二实施例的结构示意图。
图4是本发明集成传感器的封装结构的第三实施例的结构示意图。
图5是本发明集成传感器的封装结构的第四实施例的结构示意图。
图6是本发明集成传感器的封装方法的流程示意图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
本发明的集成传感器封装结构，包括第一基板以及设置在所述第一基板上的多个传感器，每个所述传感器均包括MEMS传感器芯片和与所述MEMS传感器芯片电连接的ASIC芯片；至少一个由外壳和所述第一基板围成的第一封装腔体，所述第一封装腔体内部和外部均设置有至少一个所述传感器；还包括从整体上封装全部所述传感器和全部所述第一封装腔体的注塑胶封装结构。
集成传感器中的某些传感器单元对注塑胶带来的应力较为敏感，例如压力传感器；还有一些传感器单元相对更容易受到其它传感器单元的干扰，这里将对应力较为敏感和相对更容易受到其它传感器干扰的传感器称之为“敏感传感器”，本发明将敏感传感器设置于第一封装腔体内部，进一步还可以将每个敏感传感器单独设置于一个第一封装腔体内部。例如在一个包括加速度传感器、压力传感器、麦克风、以及湿度传感器的集成传感器中，压力传感器对注塑胶的应力更为敏感，同时加速度传感器和压力传感器会释放电磁信号和热能成为干扰源，麦克风很容易被释放出的电磁信号所干扰，湿度传感器很容易被释放出的热能所干扰，所以压力传感器、麦克风、湿度传感器均为敏感传感器，可以将压力传感器、麦克风、湿度传感器分别单独设置在不同第一封装腔体的内部，将加速度传感器设置在各个第一封装腔体的外部。在本发明公开的基础上，本领域技术人员可以根据实际应用产品和环境确定敏感传感器，这些也应当属于本发明的保护范围内。
参考图2所示为集成传感器封装结构的第一实施例，集成传感器包括两个传感器单元，其中第一个传感器单元包括MEMS传感器芯片3和ASIC芯片5，两者之间通过一引线4电连接，AISC芯片5同样通过一引线连接 至第一基板1。第二个传感器单元包括MEMS传感器芯片6和ASIC芯片7，两者之间通过一引线电连接，AISC芯片7同样通过一引线连接至第一基板1。两个传感器单元均贴装于第一基板1上，通过第一基板1背面的焊盘8与外部电路电连接。从图中可以看出，第二个传感器单元设置在一个由外壳9和第一基板1围成的第一封装腔体的内部，在外壳9的最顶部设有第二个传感器传感所需的开口10，而第一个传感器单元设置在第一封装腔体的外部，注塑胶2从整体上封装两个传感器单元和第一封装腔体，并且露出外壳9的最顶部以暴露开口10。
参考图3所示为集成传感器封装结构的第二实施例，和图2所示的第一实施例的不同之处在于，第二传感器单元不是直接设置于第一基板1上而是通过第二基板11间接设置于第一基板1上，该传感器单元贴装于第二基板11上，通过第一基板1背面的焊盘8与外部电路电连接。在该传感器单元的装配、工作过程中，外部应力传递至第一基板1然后由第二基板11缓冲卸掉，保护了该传感器单元，使该传感器单元性能更稳定。特别对于压力传感器单元，第二基板11作为缓冲部的结构设计，避免了外部应力对压力传感器产生影响而导致压力传感器数据误差，提高了压力传感器单元的灵敏度。
参考图4所示为集成传感器封装结构的第三实施例，集成传感器包括三个传感器单元，其中第一个传感器单元包括MEMS传感器芯片3和ASIC芯片5，第二个传感器单元包括MEMS传感器芯片6和ASIC芯片7，第三个传感器单元包括MEMS传感器芯片14和ASIC芯片15。三个传感器单元均贴装于第一基板1上，通过第一基板1背面的焊盘8与外部电路电连接。从图中可以看出，第二个传感器单元设置在一个由外壳9和第一基板1围成的第一封装腔体的内部，在外壳9的最顶部设有第二个传感器传感所需的开口10。第三个传感器单元设置在一个由外壳12和第一基板1围成的第一封装腔体的内部，在外壳12的最顶部设有第三个传感器传感所需的开口13。而第一个传感器单元设置在第一封装腔体的外部。注塑胶2从整体上封装三个传感器单元和两个第一封装腔体，并且露出外壳9和12的最顶部以暴露开口10和13。
参考图5所示为集成传感器封装结构的第四实施例，集成传感器包括三个传感器单元，其中第一个传感器单元包括MEMS传感器芯片3和ASIC芯片5，第二个传感器单元包括MEMS传感器芯片6和ASIC芯片7，第三个传感器单元包括MEMS传感器芯片14和ASIC芯片15。三个传感器单元均贴装于第一基板1上，通过第一基板1背面的焊盘8与外部电路电连接。从图中可以看出，第三个传感器单元设置在一个由外壳12和第一基板1围成的第一封装腔体的内部，在外壳12的最顶部设有第三个传感器传感所需的开口13，而第一个传感器单元和第二个传感器单元均设置于第一封装腔体的外部，注塑胶2从整体上封装三个传感器单元和第一封装腔体，并且露出外壳12的最顶部以暴露开口13。
其中，外壳可以为金属外壳或者由基板组成的外壳。
其中，位于第一封装腔体外部的传感器可以包括下列任一或组合：加速度传感器、角速度传感器、速度传感器，这些传感器无需与外界连通，所以不需要为这些传感器设置开口。
上述实施例中，各个芯片需要单独贴装和电连接，工序多效率低，不良隐患剧增，并且各个芯片之间需要留出组装安全空间，浪费产品总体空间。为了能够更好的实现腔体的分立，本发明还可以将传感器单元进行集成设计，以减少空间浪费，优化加工工序，提升封装效率和产品良率。本发明提供了以下三种集成方式：1.将一个传感器单元的MEMS传感器芯片和ASIC芯片集成在一起。2.将互不干扰的传感器单元的ASIC芯片集成在一起。3.将互不干扰的传感器单元的MEMS传感器芯片集成在一起。
参考图6所示是本发明集成传感器的封装方法的流程示意图，包括以下步骤：
S1、提供多个传感器和第一基板，每个所述传感器均包括MEMS传感器芯片和ASIC芯片；
S2、将敏感传感器贴装在所述第一基板上；
S3、利用外壳从上方覆盖所述敏感传感器并且与所述第一基板围成第一封装腔体。
S4、将其它传感器单元贴装在所述第一封装腔体外部的第一基板上；
S5、用注塑胶从整体上封装全部所述传感器和全部所述第一封装腔体。
其中，所述步骤S4可以位于所述步骤S2之前或者位于所述步骤S3之前。
其中，在所述步骤S3中，在所述外壳的最顶部设置开口；在所述步骤S5中，令所述注塑胶露出所述外壳的最顶部以暴露所述开口。
其中，在所述步骤S2中，将敏感传感器通过第二基板贴装在所述第一基板上。
其中，所述第一封装腔体外部的传感器包括下列任一或组合：加速度传感器、角速度传感器、速度传感器。
本发明集成传感器的封装是先利用外壳将较为敏感的传感器封装保护住，然后再利用注塑胶将全部传感器一体封装在第一基板上，具有以下技术效果：
1)将敏感传感器用外壳封装在第一腔体内部，克服了后续注塑胶对敏感传感器的应力作用。
2)将敏感传感器设置于第一封装腔体内部和其它传感器隔离开，屏蔽了其它传感器对敏感传感器的干扰。
3)通过第二基板将敏感传感器间接设置于第一基板上，进一步缓冲了外部应力对敏感传感器的作用。
4)采用注塑胶将全部传感器和第一封装腔体一体封装，可以使得第一封装腔体和集成传感器更为牢固，提高了敏感传感器的可靠性，也从整体上提高了集成传感器的性能。
5)采用注塑胶将全部传感器和第一封装腔体一体封装，可以获得具有平整表面的集成传感器，有利于后续工艺。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种集成传感器的封装结构，其特征在于，包括：
第一基板以及设置在所述第一基板上的多个传感器，每个所述传感器均包括MEMS传感器芯片和与所述MEMS传感器芯片电连接的ASIC芯片；
至少一个由外壳和所述第一基板围成的第一封装腔体，所述第一封装腔体内部和外部均设置有至少一个所述传感器；
还包括从整体上封装全部所述传感器和全部所述第一封装腔体的注塑胶封装结构。
2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述外壳的最顶部设有一开口，所述注塑胶封装结构露出所述外壳的最顶部以暴露所述开口。
3.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述第一封装腔体内的传感器通过第二基板设置于所述第一基板上。
4.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，至少一个所述传感器的MEMS传感器芯片和ASIC芯片集成在一起。
5.根据权利要求1-4任一项所述的结构，其特征在于，所述第一封装腔体外部的传感器包括下列任一或组合：加速度传感器、角速度传感器、速度传感器。
6.根据权利要求1-4任一项所述的结构，其特征在于，多个所述传感器中的每个敏感传感器均单独设置于一个所述第一封装腔体内部。
7.根据权利要求6所述的结构，其特征在于，所述敏感传感器包括下列任一或组合：压力传感器、麦克风、湿度传感器。
8.一种集成传感器的封装方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、提供多个传感器和第一基板，每个所述传感器均包括MEMS传感器芯片和ASIC芯片；
S2、将敏感传感器贴装在所述第一基板上；
S3、利用外壳从上方覆盖所述敏感传感器并且与所述第一基板围成第一封装腔体。
S4、将其它传感器单元贴装在所述第一封装腔体外部的第一基板上；
S5、用注塑胶从整体上封装全部所述传感器和全部所述第一封装腔体。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤S4位于所述步骤S2之前或者位于所述步骤S3之前。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述步骤S3中，在所述外壳的最顶部设置开口；在所述步骤S5中，令所述注塑胶露出所述外壳的最顶部以暴露所述开口。
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