CN107758604A - Mems水听器芯片的扇出型封装结构及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供MEMS水听器芯片的扇出型封装结构，以解决现有技术中MEMS水听器芯片封装工艺封装尺寸过大，可靠性不够好以及工艺复杂，成本高的问题，包括：RDL布线层，MEMS水听器芯片，所述MEMS水听器芯片倒装在所述RDL布线层的上表面上；功能芯片、无源器件以及有源器件，所述功能芯片、所述无源器件以及所述有源器件分别倒装在所述RDL布线层的上表面上；封装层，所述封装层布置在所述RDL布线层的上表面上，且将所述MEMS水听器芯片、所述功能芯片、所述无源器件以及所述有源器件包围在所述封装层中，此外本发明还提供了MEMS水听器芯片的扇出型封装方法。
Description
技术领域
本发明涉及水听器技术领域，具体为MEMS水听器芯片的扇出型封装结构及方法。
背景技术
水听器，又称水下传声器， 其能够将水下的压力变化而产生声信号转换为电信号，从而能够可靠的得到水下的压力，常被用于声场的测绘、声传感器的检测标定以及超声设备的检测校准和性能评估等声学领域的研究。随着科学技术的不断发展和进步，水听器的应用技术也逐渐发展成熟。
现有的压电MEMS水听器芯片与各个功能模块器件是分别独立的连接在PCB板上然后再用塑料盒包装起来的，此种封装方式最大的不足之处在于封装尺寸过大，可靠性不够好以及工艺复杂，成本高。
发明内容
针对以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供MEMS水听器芯片的扇出型封装结构及方法，以解决现有技术中MEMS水听器芯片封装工艺封装尺寸过大，可靠性不够好以及工艺复杂，成本高的问题。
其技术方案是这样的：MEMS水听器芯片的封装结构，其特征在于，包括：
RDL布线层，所述RDL布线层包括上表面和与所述上表面相对的下表面；
MEMS水听器芯片，所述MEMS水听器芯片倒装在所述RDL布线层的上表面上；
功能芯片、无源器件以及有源器件，所述功能芯片、所述无源器件以及所述有源器件分别倒装在所述RDL布线层的上表面上；
封装层，所述封装层布置在所述RDL布线层的上表面上，且将所述MEMS水听器芯片、所述功能芯片、所述无源器件以及所述有源器件包围在所述封装层中。
进一步的，所述RDL布线层包括第一RDL布线层和堆叠在所述第一RDL布线层之上第二RDL布线层，所述第一RDL布线层的上表面上设有铜柱，所述封装层的顶面与所述铜柱的顶面持平，所述第一RDL布线层和所述第二RDL布线层之间通过铜柱、焊锡连接，所述MEMS水听器芯片贴装在所述第二RDL布线层，所述功能芯片、所述无源器件以及所述有源器件分别倒装在所述第一RDL布线层上。
进一步的，所述第二RDL布线层的下表面下设置有焊球下金属和焊球；
进一步的，所述RDL布线层包括金属线路和设置在所述金属线路之间的绝缘介质层，所述MEMS水听器芯片、所述功能芯片、所述无源器件以及所述有源器件的引脚分别连接所述金属线路，所述铜柱、所述焊球下金属和所述焊球分别连接所述金属线路。
进一步的，所述无源器件包括电阻、电容、电感、滤波器、天线，所述功能芯片包括DSP芯片，所述有源器件包括升压电路，降压电路，驱动电路。
MEMS水听器芯片的封装结构方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤a：准备第一封装临时载板和第二封装临时载板； 步骤b：分别在第一封装临时载板和第二封装临时载板上附着胶带层； 步骤c：分别在第一封装临时载板和第二封装临时载板的所述胶带层上制备第一RDL布线层、第二RDL布线层； 步骤d：在所述第一RDL布线层上沉积种子层； 步骤e：在第一封装临时载板的所述种子层上制备铜柱； 步骤f：对所述种子层进行干法刻蚀使得所述第一RDL布线层露出；
步骤g：准备MEMS水听器芯片、功能器件、无源器件以及有源器件，将所述MEMS水听器芯片倒装至所述第二RDL布线层上，将所述功能器件、所述无源器件以及所述有源器件倒装至所述第一RDL布线层上；
步骤h：采用封装材料进行封装，分别将所述铜柱、所述MEMS水听器芯片和所述功能器件、所述无源器件、所述有源器件包围在封装层中；
步骤i：基于所述胶带层分离所述第二封装临时载板与所述第二RDL布线层，使得所述第二RDL布线层的下表面露出；
步骤j：通过植焊球连接所述第一RDL布线层上的铜柱和第二RDL布线层下表面的金属线路以实现所述第一RDL布线层与所述第二RDL布线层的连接；
步骤k：基于所述胶带层分离所述第一封装临时载板与所述第一RDL布线层，使得所述第一RDL布线层的下表面露出；
步骤l：在所述第一RDL布线层的下表面下制备焊球下金属和焊球。
进一步的，所述封装临时载板为玻璃基板。
进一步的，所述封装材料为环氧树脂材料。
MEMS水听器芯片的封装结构方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤a：准备一封装临时载板； 步骤b：在封装临时载板上附着胶带层； 步骤c：在所述胶带层上制备第一RDL布线层； 步骤d：在所述第一RDL布线层上沉积种子层； 步骤e：在所述种子层上制备铜柱； 步骤f：对所述种子层进行干法刻蚀使得所述第一RDL布线层露出；
步骤g：准备功能器件、无源器件以及有源器件，将所述功能器件、所述无源器件以及所述有源器件倒装至所述第一RDL布线层上；
步骤h：采用封装材料进行封装，将所述铜柱、所述功能器件、所述无源器件以及所述有源器件封装在封装层中；
步骤i：在所述封装层上制备第二RDL布线层；
步骤j：准备MEMS水听器芯片，将所述MEMS水听器芯片倒装至所述第二RDL布线层上；；
步骤k：采用封装材料进行封装，将所述MEMS水听器芯片包围在封装层中。
步骤l：基于所述胶带层分离所述封装临时载板与所述第一RDL布线层，使得所述第一RDL布线层的下表面露出；
步骤m：在所述第一RDL布线层的下表面下制备焊球下金属和焊球。
本发明实现MEMS水听器芯片的晶圆级封装，将芯片与功能芯片整体塑封，封装尺寸大大减小，且可靠性好；利用环氧树脂材料对芯片全面包封，可靠性好，封装结构采用RDL布线层，结构简单，正反面两边有凸点，不需要打线工艺，也不需要高成本的硅穿孔工艺(TSV)，而能实现MEMS水听器芯片的封装，减少了工艺制程，降低工艺难点，成本减小；同时本发明实现了MEMS水听器的扇出型封装，由于扇出型封装技术本身具有的细间距、布线密度高的优势，使得采用这种形式封装的MEMS水听器具有尺寸小等优势，同时采用扇出型封装的MEMS水听器RDL布线层可以直接连接到芯片的引脚，因此电气性能好，信号传导时幅值小，信号时延也会变短；本发明中布置多层RDL布线层，可以满足器件较多、引脚数量较多的情况下对于引脚数量的需求；另外多层RDL布线层还可以为信号传输提供回流路径，提供电磁屏蔽层等，信号传输性能更好。
附图说明
图1为本发明的第一种MEMS水听器芯片的封装方法的步骤a至步骤d的流程示意图；
图2为本发明的第一种MEMS水听器芯片的封装方法的步骤e至步骤i的流程示意图；
图3为本发明的第一种MEMS水听器芯片的封装方法的步骤j至步骤l的流程示意图；
图4为本发明的第二种MEMS水听器芯片的封装方法的步骤a至步骤d的流程示意图；
图5为本发明的第二种MEMS水听器芯片的封装方法的步骤e至步骤h的流程示意图；
图6为本发明的第二种MEMS水听器芯片的封装方法的步骤i至步骤k的流程示意图；
图7为本发明的第二种MEMS水听器芯片的封装方法的步骤i至步骤k的流程示意图；
图8为本发明的MEMS水听器芯片的封装结构示意图。
具体实施方式
见图8，本发明的MEMS水听器芯片的封装结构，包括：
RDL布线层，RDL布线层包括第一RDL布线层1和堆叠在第一RDL布线层1之上第二RDL布线层2，第一RDL布线层1的上表面上设有铜柱3，第一RDL布线层1和第二RDL布线层2之间通过铜柱3、焊锡连接，MEMS水听器芯片4贴装在第二RDL布线层2，功能芯片5、无源器件6以及有源器件7分别倒装在第一RDL布线层1上，第一RDL布线层1和第二RDL布线层2上分别设有封装层8，封装层8的顶面与铜柱3的顶面持平，且将MEMS水听器芯片4、功能芯片5、无源器件6以及有源器件7包围在封装层8中，第二RDL布线层2的下表面下设置有焊球下金属9和焊球10；
第一RDL布线层1和第二RDL布线层2分别包括金属线路11和设置在金属线路11之间的绝缘介质层12，MEMS水听器芯片4、功能芯片5、无源器件6以及有源器件7的引脚分别连接金属线路11，铜柱3、焊球下金属9和焊球10分别连接金属线路11。
无源器件6包括电阻、电容、电感、滤波器、天线，功能芯片5包括DSP芯片，有源器件7包括升压电路，降压电路，驱动电路。
见图1至图3，本发明的第一种MEMS水听器芯片的封装方法，包括以下步骤：
步骤a：准备第一封装临时载板131和第二封装临时载板132，第一封装临时载板131和第二封装临时载板132分别为玻璃基板； 步骤b：分别在第一封装临时载板131和第二封装临时载板132上附着胶带层14； 步骤c：分别在第一封装临时载板131和第二封装临时载板132的胶带层14上制备第一RDL布线层1、第二RDL布线层2； 步骤d：在第一RDL布线层1上沉积种子层15； 步骤e：在第一封装临时载板131的种子层15上制备铜柱3； 步骤f：对种子层15进行干法刻蚀使得第一RDL布线层1露出；
步骤g：准备MEMS水听器芯片4、功能器件5、无源器件6以及有源器件7，将MEMS水听器芯片4倒装至第二RDL布线层2上，将功能器件5、无源器件6以及有源器件7倒装至第一RDL布线层1上；
步骤h：采用环氧树脂材料进行封装，分别将铜柱3、MEMS水听器芯片4和功能器件5、无源器件6、有源器件7包围在封装层8中；
步骤i：基于胶带层14分离第二封装临时载板132与第二RDL布线层2，使得第二RDL布线层2的下表面露出；
步骤j：通过植焊球连接第一RDL布线层1上的铜柱3和第二RDL布线层2下表面的金属线路以实现第一RDL布线层1与第二RDL布线层2的连接；
步骤k：基于胶带层14分离第一封装临时载板131与第一RDL布线层1，使得第一RDL布线层1的下表面露出；
步骤l：在第一RDL布线层1的下表面下制备焊球下金属9和焊球10。
见图4至图7，本发明的第二种MEMS水听器芯片的封装方法，包括以下步骤：
步骤a：准备封装临时载板131，封装临时载板131为玻璃基板； 步骤b：在封装临时载板131上附着胶带层14； 步骤c：在胶带层14上制备第一RDL布线层1； 步骤d：在第一RDL布线层1上沉积种子层15； 步骤e：在种子层15上制备铜柱3； 步骤f：对种子层15进行干法刻蚀使得第一RDL布线层1露出；
步骤g：准备功能器件5、无源器件6以及有源器件7，将功能器件5、无源器件6以及有源器件7倒装至第一RDL布线层1上；
步骤h：采用封装材料进行封装，将铜柱3、功能器件5、无源器件6以及有源器件7封装在封装8层中；
步骤i：在封装层8上制备第二RDL布线层2；
步骤j：准备MEMS水听器芯片4，将MEMS水听器芯片4倒装至第二RDL布线层上2；；
步骤k：采用封装材料环氧树脂进行封装，将MEMS水听器芯片4包围在封装层8中。
步骤l：基于胶带层13分离封装临时载板131与第一RDL布线层1，使得第一RDL布线层1的下表面露出；
步骤m：在第一RDL布线层1的下表面下制备焊球下金属9和焊球10。
本发明的MEMS水听器芯片的封装结构，将芯片与功能芯片、无源器件、有源器件整体塑封，封装尺寸大大减小，且可靠性好；利用环氧树脂材料对芯片全面包封，可靠性好，封装结构采用RDL布线层，结构简单，正反面两边有凸点且无需TSV工艺，减少了工艺制程，降低工艺难点，成本减小；同时本发明实现了MEMS水听器的扇出型封装，由于扇出型封装技术本身具有的细间距、布线密度高的优势，使得采用这种形式封装的MEMS水听器具有尺寸小等优势，同时采用扇出型封装的MEMS水听器RDL布线层可以直接连接到芯片的引脚，因此电气性能好，信号传导时幅值小，信号时延也会变短，此外本发明的MEMS水听器芯片的封装方法通过在RDL布线层上设置铜柱，可以方便晶圆堆叠连接，本发明中布置多层RDL布线层，可以满足器件较多、引脚数量较多的情况下对于引脚数量的需求；另外多层RDL布线层还可以为信号传输提供回流路径，提供电磁屏蔽层等，信号传输性能更好。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.MEMS水听器芯片的封装结构，其特征在于，其包括：
RDL布线层，所述RDL布线层包括上表面和与所述上表面相对的下表面；
MEMS水听器芯片，所述MEMS水听器芯片倒装在所述RDL布线层的上表面上；
功能芯片、无源器件以及有源器件，所述功能芯片、所述无源器件以及所述有源器件分别倒装在所述RDL布线层的上表面上；
封装层，所述封装层布置在所述RDL布线层的上表面上，且将所述MEMS水听器芯片、所述功能芯片、所述无源器件以及所述有源器件包围在所述封装层中。
2.根据权利要求1所述的MEMS水听器芯片的封装结构，其特征在于：所述RDL布线层包括第一RDL布线层和堆叠在所述第一RDL布线层之上第二RDL布线层，所述第一RDL布线层的上表面上设有铜柱，所述封装层的顶面与所述铜柱的顶面持平，所述第一RDL布线层和所述第二RDL布线层之间通过铜柱、焊锡连接，所述MEMS水听器芯片贴装在所述第二RDL布线层，所述功能芯片、所述无源器件以及所述有源器件分别倒装在所述第一RDL布线层上。
3.根据权利要求2所述的MEMS水听器芯片的封装结构，其特征在于：所述第二RDL布线层的下表面下设置有焊球下金属和焊球。
4.根据权利要求1所述的MEMS水听器芯片的封装结构，其特征在于：所述RDL布线层包括金属线路和设置在所述金属线路之间的绝缘介质层，所述MEMS水听器芯片、所述功能芯片、所述无源器件以及所述有源器件的引脚分别连接所述金属线路，所述铜柱、所述焊球下金属和所述焊球分别连接所述金属线路。
5.根据权利要求1所述的MEMS水听器芯片的封装结构，其特征在于：所述无源器件包括电阻、电容、电感、滤波器、天线，所述功能芯片包括DSP芯片，所述有源器件包括升压电路，降压电路，驱动电路。
6.MEMS水听器芯片的封装结构方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤a：准备第一封装临时载板和第二封装临时载板； 步骤b：分别在第一封装临时载板和第二封装临时载板上附着胶带层； 步骤c：分别在第一封装临时载板和第二封装临时载板的所述胶带层上制备第一RDL布线层、第二RDL布线层； 步骤d：在所述第一RDL布线层上沉积种子层； 步骤e：在第一封装临时载板的所述种子层上制备铜柱； 步骤f：对所述种子层进行干法刻蚀使得所述第一RDL布线层露出；
步骤g：准备MEMS水听器芯片、功能器件、无源器件以及有源器件，将所述MEMS水听器芯片倒装至所述第二RDL布线层上，将所述功能器件、所述无源器件以及所述有源器件倒装至所述第一RDL布线层上；
步骤h：采用封装材料进行封装，分别将所述铜柱、所述MEMS水听器芯片和所述功能器件、所述无源器件、所述有源器件包围在封装层中；
步骤i：基于所述胶带层分离所述第二封装临时载板与所述第二RDL布线层，使得所述第二RDL布线层的下表面露出；
步骤j：通过植焊球连接所述第一RDL布线层上的铜柱和第二RDL布线层下表面的金属线路以实现所述第一RDL布线层与所述第二RDL布线层的连接；
步骤k：基于所述胶带层分离所述第一封装临时载板与所述第一RDL布线层，使得所述第一RDL布线层的下表面露出；
步骤l：在所述第一RDL布线层的下表面下制备焊球下金属和焊球。
7.根据权利要求6所述的MEMS水听器芯片的封装结构方法，其特征在于：所述封装临时载板为玻璃基板。
8.根据权利要求6所述的MEMS水听器芯片的封装结构方法，其特征在于：所述封装材料为环氧树脂材料。
9.MEMS水听器芯片的封装结构方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤a：准备一封装临时载板； 步骤b：在封装临时载板上附着胶带层； 步骤c：在所述胶带层上制备第一RDL布线层； 步骤d：在所述第一RDL布线层上沉积种子层； 步骤e：在所述种子层上制备铜柱； 步骤f：对所述种子层进行干法刻蚀使得所述第一RDL布线层露出；
步骤g：准备功能器件、无源器件以及有源器件，将所述功能器件、所述无源器件以及所述有源器件倒装至所述第一RDL布线层上；
步骤h：采用封装材料进行封装，将所述铜柱、所述功能器件、所述无源器件以及所述有源器件封装在封装层中；
步骤i：在所述封装层上制备第二RDL布线层；
步骤j：准备MEMS水听器芯片，将所述MEMS水听器芯片倒装至所述第二RDL布线层上；；
步骤k：采用封装材料进行封装，将所述MEMS水听器芯片包围在封装层中；
步骤l：基于所述胶带层分离所述封装临时载板与所述第一RDL布线层，使得所述第一RDL布线层的下表面露出；
步骤m：在所述第一RDL布线层的下表面下制备焊球下金属和焊球。
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