CN108333745B - Mems微镜结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微镜结构，尤其是一种MEMS微镜结构，属于MEMS封装结构的技术领域。按照本发明提供的技术方案，所述MEMS微镜结构，包括制备于微镜框架内的微镜镜面，所述微镜镜面通过微镜驱动结构与微镜框架适配连接；还包括用于驱动控制微镜镜面的镜面驱动控制体，微镜框架通过框架锡球焊接固定在镜面驱动控制体上，镜面驱动控制体通过框架锡球、微镜框架以及微镜驱动结构与微镜镜面电连接。本发明结构紧凑，与现有工艺兼容，降低封装成本，安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种微镜结构，尤其是一种MEMS微镜结构，属于MEMS封装结构的技术领域。
背景技术
微机电系统（MEMS，Micro-Electro-Mechanical System）其内部结构一般在微米甚至纳米量级，是一个独立的智能系统，主要由传感器、动作器（执行器）和微能源三大部分组成。微机电系统涉及物理学、半导体、光学、电子工程、化学、材料工程、机械工程、医学、信息工程及生物工程等多种学科和工程技术，为智能系统、消费电子、可穿戴设备、智能家居、系统生物技术的合成生物学与微流控技术等领域开拓了广阔的用途。
常见的MEMS产品，一般包括MEMS加速度计、MEMS麦克风、微马达、微泵、微振子、MEMS压力传感器、MEMS陀螺仪、MEMS湿度传感器等以及它们的集成产品的生产制造涵盖设计、制造和封测。由于具有高度定制化、制程控制与材质特殊的特点，封装与测试环节至少占到整个成本的60%。以市场上常规的MEMS芯片封装为例，一般是对引线框电镀镍钯金，将MEMS芯片置放在位于引线框中央区域的金属小岛上，然后打线将MEMS芯片与金属小岛四周均匀分布的内引脚相连，最后采用塑料注塑的方式来将芯片密封。
基于传统打线技术的MEMS芯片的封装，通常使用的线材为金线，线材易受国际金价的影响成本较高，更重要的是采用打线技术购置打线机台，导致加工以及使用成本增加。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种MEMS微镜结构，其结构紧凑，与现有工艺兼容，降低封装成本，安全可靠。
按照本发明提供的技术方案，所述MEMS微镜结构，包括制备于微镜框架内的微镜镜面，所述微镜镜面通过微镜驱动结构与微镜框架适配连接；还包括用于驱动控制微镜镜面的镜面驱动控制体，微镜框架通过框架锡球焊接固定在镜面驱动控制体上，镜面驱动控制体通过框架锡球、微镜框架以及微镜驱动结构与微镜镜面电连接。
在所述微镜镜面的背面设置微镜加固结构。
在所述微镜框架上还设置有透明保护封盖，所述透明保护封盖与微镜框架固定。
所述镜面驱动控制体采用印刷电路板，在微镜框架内设置贯通所述微镜框架的锡球放置孔，框架锡球置于锡球放置孔内后通过回流焊接，能使得微镜框架与印刷电路板焊接固定。
所述锡球放置孔的形状包括倒梯形。
所述镜面驱动控制体采用印刷电路板时，将框架锡球设置于微镜框架上，并通过回流焊接使得微镜框架与印刷电路板固定；框架锡球设置于微镜框架的方式包括植球或电镀。
所述镜面驱动控制体还包括支撑连接晶圆以及位于所述支撑连接晶圆下方的IC芯片，所述IC芯片通过支撑连接晶圆内的再分布层、框架焊球与微镜框架焊接固定。
所述支撑连接晶圆为硅片，支撑连接晶圆上还设置连接焊球，所述连接焊球与IC芯片位于支撑连接晶圆的同一侧或两侧。
在所述微镜框架内设置贯通所述微镜框架的锡球放置孔，框架锡球能置于所述锡球放置孔内，通过对框架锡球回流后，能使得微镜框架通过框架锡球、再分布层与IC芯片电连接。
本发明的优点：在微镜边框内对微镜镜面的刻蚀过程中同时制备得到锡球放置孔，待具有微镜镜面7的微镜边框倒装在印刷电路板上时，将框架锡球植入空中，待球落入锡球放置孔的底部时进行回流焊接，将微镜框架焊接到印刷电路板上，无需额外引入打线工艺，不增加工艺难度。在微镜镜面的背面设置微镜加固结构，能使得微镜镜面工作在高频状态，将微镜框架焊接在印刷电路板上，没有增加额外的工艺，并且锡球的成本低于金线，有效的降低了MEMS的封装成本。可以实现与IC芯片的系统级封装，利用倒装工艺可以减少系统级封装的整体尺寸。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图。
图2为本发明实施例2的结构示意图。
图3为本发明实施例3的结构示意图。
图4为本发明实施例4的结构示意图。
图5为本发明微镜驱动结构与微镜镜面、微镜框架的配合示意图。
附图标记说明：1-印刷电路板、2-框架焊球、3-微镜框架、4-透明保护封盖、5-锡球放置孔、6-微镜加固结构、7-微镜镜面、8-微镜驱动结构、9-封盖开孔、10-支撑连接晶圆、11-IC芯片、12-再分布层、13-连接焊球。
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。
为了能有效降低封装成本，本发明包括制备于微镜框架3内的微镜镜面7，所述微镜镜面7通过微镜驱动结构8与微镜框架3适配连接；还包括用于驱动控制微镜镜面7的镜面驱动控制体，微镜框架3通过框架锡球2焊接固定在镜面驱动控制体上，镜面驱动控制体通过框架锡球2、微镜框架3以及微镜驱动结构8与微镜镜面7实现电连接。
具体地，微镜框架3、微镜镜面7以及微镜驱动结构8由同一晶圆通过现有的技术手段制备得到，具体制备得到微镜镜面7以及微镜驱动结构8的过程，以及微镜镜面7、微镜驱动结构8与微镜框架3之间的具体连接配合关系为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
在进行封装时，微镜框架3通过框架锡球2与镜面驱动控制体焊接固定，通过框架锡球2、微镜框架3以及微镜驱动结构8与微镜镜面7电连接，通过外加电源信号与镜面驱动控制体的配合能实现对微镜镜面7工作状态的控制，具体对微镜镜面7的控制包括通过微镜驱动结构8驱动微镜镜面7的转动等，具体对微镜镜面7工作状态的控制可以根据需要进行选择确定，此处不再赘述。
本发明实施例中，微镜框架3通过框架锡球2焊接固定在镜面驱动控制体上，避免了现有技术中的打线结构以及打线工艺，能有效降低封装成本。
此外，在所述微镜镜面7的背面设置微镜加固结构6。本发明实施例中，微镜加固结构6位于微镜镜面7的背面，微镜镜面7的正面设置金属等反射材料。当微镜镜面7需要工作在较高的频率时，一般需要微镜镜面7处于较薄的厚度，当微镜镜面7的厚度较薄时，在高频率的工作过程中容易发生形变。通过微镜加固结构6能避免微镜镜面7在使用过程中发生变形，满足高频率的使用要求。具体实施时，可以通过在微镜镜面7的背面刻蚀得到凹凸不平的表面形成微镜加固结构6，当然，微镜加固结构6还可以采用其他的结构形式，具体可以根据需要进行选择确定，此处不再赘述。
下面通过图1~图5对本发明的具体实施情况进行详细的说明。
实施例1
如图1和图5所示，所述镜面驱动控制体采用印刷电路板1，在微镜框架3内设置贯通所述微镜框架3的锡球放置孔5，框架锡球2置于锡球放置孔5内后通过回流焊接，能使得微镜框架3与印刷电路板1焊接固定。
本发明实施例中，印刷电路板1采用能实现对微镜镜面7的工作状态进行控制的结构形式，锡球放置孔5贯通微镜框架3，所述锡球放置孔5的形状包括倒梯形。当锡球放置孔5采用倒梯形，能便于将框架锡球2置于锡球放置孔5内，通过对框架锡球2回流焊接后，能使得微镜框架3与印刷电路板1焊接固定。
此外，在所述微镜框架3上还设置有透明保护封盖4，所述透明保护封盖4与微镜框架3固定。本发明实施例中，透明保护封盖4可以采用玻璃等材料制成，透明保护封盖4与微镜框架3可以采用硅硅键合连接固定。透明保护封盖4压盖在微镜框架3上后，能实现对微镜镜面7的保护，但又不会影响微镜镜面7的具体工作。此外，透明保护封盖4上还设置封盖开孔9，封盖开孔9贯通透明保护封盖4，封盖开孔9与锡球放置孔5对应，即不会影响框架锡球2的放置。
实施例2
如图2和图5所示，所述镜面驱动控制体采用印刷电路板1时，将框架锡球2设置于微镜框架3上，并通过回流焊接使得微镜框架3与印刷电路板1固定；框架锡球2设置于微镜框架3的方式包括植球或电镀。
与实施例1相比，本实施例中，在微镜框架3上未设置透明玻璃封盖，也可根据设计需求加入玻璃封盖（未示意），将框架锡球2通过植球、电镀等工艺设置在微镜框架3上，再通过对框架锡球2回流焊接的方式，使得微镜框架3与印刷电路板1焊接固定。此时，可以不必在微镜框架3内设置锡球放置孔5，。微镜框架3、微镜镜面7等与印刷电路板1间的具体配合过程等均可以参考上述的说明，此处不再赘述。
实施例3
如图3和图5所示，所述镜面驱动控制体还包括支撑连接晶圆10以及位于所述支撑连接片10下方的IC芯片11，所述IC芯片11通过支撑连接片10内的再分布层12、框架焊球2与微镜框架3焊接固定。
本发明实施例中，所述支撑连接晶圆10为硅片，支撑连接晶圆10上还设置连接焊球13，所述连接焊球13与IC芯片11位于支撑连接晶圆10的同一侧同时IC芯片11也可以位于焊球13的两侧。利用连接焊球13能方便实现系统级封装。
在所述微镜框架3内设置贯通所述微镜框架3的锡球放置孔5，框架锡球2能置于所述锡球放置孔3内，通过对框架锡球2回流后，能使得微镜框架3通过框架锡球2、再分布层12与IC芯片11电连接。
与实施例1相比，本实施例中，镜面驱动控制体采用支撑连接晶圆10以及IC芯片11的配合形式，其他均与实施例1中采用相同的结构以及工艺，即可以在微镜框架3上设置透明保护封盖4，具体可以参考实施例1的说明，此处不再赘述。具体实施时，IC芯片11具体可以采用实现对微镜镜面7具体工作过程控制的结构形式均可，此处不再赘述。
实施例4
如图4所示，所述镜面驱动控制体还包括支撑晶圆10以及位于所述支撑晶圆10下方的IC芯片11，所述IC芯片11通过支撑晶圆10内的再分不层层12、框架焊球2与微镜框架3焊接固定。
本实施例中，将框架焊球2通过植球或电镀等方式设置于再分布层12上，再通过回流焊接方式，能实现将微镜框架3与支撑晶圆10的连接固定，连接固定后，通过再分布层12能实现系统级封装。具体实施结构等可以参考实施例3的说明，此处不再赘述。
综上，本发明在微镜边框3内对微镜镜面7的刻蚀过程中同时制备得到锡球放置孔5，待具有微镜镜面7的微镜边框3倒装在印刷电路板1上时，将框架锡球2植入放置孔5中，待球落入锡球放置孔5的底部时进行回流焊接，将微镜框架3焊接到印刷电路板1上，无需额外引入打线工艺，不增加工艺难度。
在微镜镜面7的背面设置微镜加固结构6，能使得微镜镜面7工作在高频状态，将微镜框架3焊接在印刷电路板1上，没有增加额外的工艺，并且锡球的成本低于金线，有效的降低了MEMS的封装成本。可以实现与IC芯片11的系统级封装，利用倒装工艺可以减少系统级封装的整体。
Claims (4)
1.一种MEMS微镜结构，包括制备于微镜框架（3）内的微镜镜面（7），所述微镜镜面（7）通过微镜驱动结构（8）与微镜框架（3）适配连接；其特征是：还包括用于驱动控制微镜镜面（7）的镜面驱动控制体，微镜框架（3）通过框架锡球（2）焊接固定在镜面驱动控制体上，镜面驱动控制体通过框架锡球（2）、微镜框架（3）以及微镜驱动结构（8）与微镜镜面（7）电连接；在所述微镜镜面（7）的背面刻蚀得到凹凸不平的表面形成微镜加固结构（6）；
所述镜面驱动控制体采用印刷电路板（1），在微镜框架（3）内设置贯通所述微镜框架（3）的锡球放置孔（5），框架锡球（2）置于锡球放置孔（5）内后通过回流焊接，能使得微镜框架（3）与印刷电路板（1）焊接固定；
或者，所述镜面驱动控制体包括支撑连接晶圆（10）以及位于所述支撑连接晶圆（10）下方的IC芯片（11），所述IC芯片（11）通过支撑连接晶圆（10）内的再分布层（12）、框架焊球（2）与微镜框架（3）焊接固定；在所述微镜框架（3）内设置贯通所述微镜框架（3）的锡球放置孔（5），框架锡球（2）置于所述锡球放置孔（5）内，通过对框架锡球（2）回流后，能使得微镜框架（3）通过框架锡球（2）、再分布层（12）与IC芯片（11）电连接。
2.根据权利要求1所述的MEMS微镜结构，其特征是：在所述微镜框架（3）上还设置有透明保护封盖（4），所述透明保护封盖（4）与微镜框架（3）固定。
3.根据权利要求1所述的MEMS微镜结构，其特征是：所述锡球放置孔（5）的形状包括倒梯形。
4.根据权利要求1所述的MEMS微镜结构，其特征是：所述支撑连接晶圆（10）为硅片，支撑连接晶圆（10）上还设置连接焊球（13），所述连接焊球（13）与IC芯片（11）位于支撑连接晶圆（10）的同一侧或两侧。
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