CN109638149A - 半导体封装设备 - Google Patents

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CN109638149A CN201810154956.5A CN201810154956A CN109638149A CN 109638149 A CN109638149 A CN 109638149A CN 201810154956 A CN201810154956 A CN 201810154956A CN 109638149 A CN109638149 A CN 109638149A
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substrate
electronic equipment
sensing module
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piezoelectric element
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王盟仁
蔡宗岳
洪志明
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Abstract

一种电子设备包含压电模块、感测模块和缓冲元件。所述压电模块包含衬底和压电元件。所述衬底界定穿透所述衬底的开口。所述压电元件安置于所述衬底上且跨越所述衬底的所述开口。所述感测模块安置于所述压电模块上方。所述缓冲元件安置于所述压电模块与所述感测模块之间。

Description

半导体封装设备
技术领域
本发明涉及一种半导体封装设备，且更明确地说涉及一种包含压电模块的半导体封装设备。
背景技术
在具有触摸面板(例如指纹识别模块)的电子设备中，开关底部或振动马达可用以为触摸触摸面板的用户提供振动反馈。但是，开关底部或振动马达的相对大的厚度会阻碍电子设备的小型化。
发明内容
在一些实施例中，一种电子设备包含压电模块、感测模块和缓冲元件。所述压电模块包含衬底和压电元件。所述衬底界定穿透所述衬底的开口。所述压电元件安置于所述衬底上且跨越所述衬底的所述开口。所述感测模块安置于所述压电模块上方。所述缓冲元件安置于所述压电模块与所述感测模块之间。
在一些实施例中，一种电子设备包含压电模块、感测模块和连接元件。所述压电模块包含衬底和压电元件。所述压电元件安置于所述衬底上。所述感测模块安置于所述压电模块上方。所述连接元件安置于所述压电模块与所述感测模块之间。所述感测模块经配置以在朝向所述压电元件的方向上移动以使所述压电元件变形。
在一些实施例中，一种电子设备包含压电模块、感测模块和连接元件。所述压电元件安置于所述衬底上。所述感测模块安置于所述压电模块上方。所述连接元件安置于所述压电模块与所述感测模块之间。所述连接元件电连接所述感测模块与所述压电模块的所述衬底。
附图说明
图1A说明根据本公开的一些实施例的电子设备的横截面图。
图1B说明根据本公开的一些实施例的电子设备的横截面图。
图2说明根据本公开的一些实施例的电子设备的横截面图。
图3说明根据本公开的一些实施例的电子设备的横截面图。
图4A、图4B和图4C说明安置于感测模块与衬底之间互连结构的不同变化。
图5A、图5B和图5C说明根据本公开的一些实施例的用于制造感测模块的方法。
图6A、图6B和图6C说明根据本公开的一些实施例的用于制造电子设备的方法。
图7A、图7B和图7C说明根据本公开的一些实施例的用于制造电子设备的方法。图8A、图8B和图8C说明根据本公开的一些实施例的用于制造电子设备的方法。
贯穿图式和详细描述使用共同参考标号指示相同或类似元件。根据以下结合附图进行的详细描述将容易地理解本发明。
具体实施方式
图1A说明根据本公开的一些实施例的电子设备1A的横截面图。电子设备1A包含衬底10、压电元件11、缓冲元件16和感测模块100。
衬底10可包含例如印刷电路板，例如纸基铜箔层合物、复合铜箔层合物或聚合物浸渍的玻璃纤维基铜箔层合物。衬底10可包含互连结构，例如重新分布层(redistributionlayer，RDL)或接地元件。衬底10界定穿透衬底10的开口10h。
压电元件11安置于衬底10上且跨越衬底10的开口10h。开口10h可适应压电元件11的变形。压电元件11包含分别电连接到载体12和衬底10的电极11a和电极11b。在一些实施例中，压电元件11包含经配置以在变形或被按压时跨越电极11a和电极11b产生电压或电位差的传感器。在一些实施例中，压电元件11包含经配置以在施加外部电场时以物理方式改变形状或振动的致动器。举例来说，压电元件11可提供触觉反馈和/或音频反馈。在一些实施例中，压电元件11包含锆钛酸铅(lead zirconate titanate，PZT)。在一些实施例中，衬底10和压电元件11可还被称作压电模块。
感测模块100安置于衬底10和压电元件11上方。感测模块100包含载体12、电子组件13、封装体14和盖15。感测模块100可与压电元件11间隔开以实现感测模块100的移动。
载体12安置于衬底10和压电元件11上方。载体12可以是例如软性或柔性衬底。载体12可包含互连结构，例如RDL或接地元件。载体12通过接合线17电连接到衬底10上的导电接点10c。
电子组件13安置于载体12上。在一些实施例中，电子组件13包含包含发光设备和/或光检测器的感测晶粒。举例来说，电子组件13可包含发光二极管(light-emittingdiode，LED)、激光二极管或可包含一或多个半导体层的另一设备。举例来说，电子组件13可包含PIN二极管(包含p型半导体区域、本征半导体区和n型半导体区域的二极管)或光二极管或光晶体管。
封装体14安置于载体12上以覆盖电子组件13。在一些实施例中，封装体14包含环氧树脂。在一些实施例中，封装体14包含玻璃。
盖15安置于封装体14上。盖15由光学透明材料(例如对由电子组件13发射的光的波长或对电子组件13经配置以检测的光的波长光学透明)形成或包含光学透明材料。盖15允许发射由电子组件13发射或接收到的光。
缓冲元件16安置于衬底10与感测模块100之间。在一些实施例中，缓冲元件16包含或由弹性或柔性材料制成，所述材料可在压电元件11变形或被按压时在感测模块100与衬底10之间提供缓冲。举例来说，缓冲元件16可包含弹性体或其它合适的聚合物。衬底10、载体12和缓冲元件16界定用以容纳压电元件11的空间。感测模块100可经配置以朝向压电元件11移动和使压电元件11弯曲或变形。
在一些比较性电子设备中，开关底部或振动马达可用以提供振动反馈。但是，开关底部或振动马达的相对大的厚度(例如1到2毫米)阻碍电子设备的小型化。根据如图1A中所展示的电子设备1A的一些实施例，压电模块(包含压电元件11和衬底10)与感测模块100集成以提供振动反馈。因为压电模块的厚度是约0.4毫米或更小、约0.5毫米或更小、约0.6毫米或更小、或约0.7毫米或更小，其小于开关底部和振动马达的厚度，所以可以降低电子设备1A的总大小。
图1B说明根据本公开的一些实施例的电子设备1B的横截面图。电子设备1B类似于图1A中所展示的电子设备1A，除了如图1A中所展示，压电元件11可预按压或弯曲(例如由感测模块100)之外，而如图1B中所展示，极少到没有力在压电元件11上施加，且因此压电元件11大体上平行于衬底10。
图2说明根据本公开的一些实施例的电子设备2的横截面图。电子设备2类似于图1A中所展示的电子设备1A，除了如图2中所展示，实施衬底20之外，且图1A中所展示的缓冲元件16被衬底20的坝结构20b以及粘合剂26替换。
衬底20包含平面(或基底)部分20a和坝结构20b。平面部分20a界定开口20h。坝结构20b安置于衬底20的平面部分20a与感测模块100之间。在一些实施例中，平面部分20a与坝结构20b一体成型。坝结构20b和/或平面部分20a可导电。在一些实施例中，衬底20可以是陶瓷衬底。在一些实施例中，坝结构20b在其中包含互连结构来实现感测模块100与衬底20的平面部分20a之间的电气连接。
粘合剂26安置于感测模块100与坝结构20b之间。粘合剂26包含或由弹性或柔性材料制成，所述材料可在压电元件11变形或被按压时在感测模块100与坝结构20b之间提供缓冲。粘合剂26可以是缓冲元件。粘合剂26可以是导电缓冲层。粘合剂26可以是连接元件。在一些实施例中，粘合剂26可以是或包含导电粘合剂、各向异性导电膜(anisotropicconductive film，ACF)、由金属层覆盖的聚合物芯球或其它合适的导电材料。在一些实施例中，衬底20的坝结构20b的杨氏模量大于粘合剂26的杨氏模量。感测模块100、坝结构20b和缓冲元件(例如粘合剂26)可界定容纳压电元件11的空间。
图3说明根据本公开的一些实施例的电子设备3的横截面图。电子设备3类似于图1A中所展示电子设备1A，除了如图3中所展示，图1A中所展示的缓冲元件16被衬底30和粘合剂36替换之外。
衬底30安置于衬底10与感测模块100之间。衬底30可包含例如柔性印刷电路板，例如纸基铜箔层合物、复合铜箔层合物或聚合物浸渍的玻璃纤维基铜箔层合物。衬底30可包含互连结构，例如RDL或接地元件。衬底30通过导电接点30c电连接到衬底10。在一些实施例中，导电接点30c可由底填充料30u包封。衬底30界定穿透衬底30的开口30h。在一些实施例中，衬底30的开口30h的宽度大于衬底10的开口10h的宽度。
粘合剂36安置于感测模块100与衬底30之间。粘合剂36由弹性或柔性材料制成或包含弹性或柔性材料，所述材料可在压电元件11变形或被按压时在感测模块100与衬底30之间提供缓冲。在一些实施例中，粘合剂36可以是或包含导电粘合剂、ACF、由金属层覆盖的聚合物芯球或其它合适的导电材料。在一些实施例中，衬底30的杨氏模量大于粘合剂36的杨氏模量。
图4A和图4B说明安置于感测模块100与衬底10之间的互连结构的比较实例，且图4C说明根据本公开的一些实施例的安置于感测模块100与衬底10之间的互连结构。
如图4A中所展示，感测模块100与衬底10通过由两个导电环氧树脂层40a1包夹的电路板40a连接。但是，在用于制造图4A中展示的互连结构的过程期间，导电环氧树脂可渗出并流向压电元件11，这可能在互连结构与压电元件11之间引起不希望的电气连接(例如短路)。为了防止导电环氧树脂渗出，可实施互连结构与压电元件11之间的额外空间，这将增加互连结构的大小和制造成本。
如图4B中所展示，感测模块100与衬底10通过由两个导电膜41a1包夹的电路板41a连接。在一些实施例中，导电膜41a1可以是或包含压敏粘合剂(pressure sensitiveadhesive，PSA)或ACF。但是，制造这种结构会涉及将一件导电膜分离成多片导电膜，这会是具有挑战性的。另外，保证导电膜41a1与电路板41a之间的所期望对准也会是具有挑战性的。
如图4C中所展示，感测模块100与衬底10一个导电接点42和底填充料42u连接。在一些实施例中，导电接点42包含由金属层覆盖的聚合物芯。导电接点42由底填充料42u覆盖或包封。在一些实施例中，底填充料42u包含环氧树脂、模制化合物(例如环氧模塑料或其它模制化合物)、聚酰亚胺、酚化合物或材料、包含分散在其中的硅酮的材料、或其组合。底填充料42u可防止导电接点42与压电元件11之间的不希望的电气连接(例如短路)，而没有如图4A中所展示额外空间，这可降低所描绘结构的大小和制造成本。
图5A、图5B和图5C说明根据本公开的一些实施例的用于制造如图1A、图1B、图2和图3中所展示的感测模块100的方法。虽然下文相对于多个组件中的每一者来描述一些过程、操作或阶段，但是可相对于多个组件中的一个，或相对于一个与完整多个组件之间的一些数目来选择性地执行那些过程、操作或阶段中的任一个。
参考图5A，提供载体12。电子组件13(例如感测晶粒)安置于载体12上。在一些实施例中，电子组件13可通过倒装芯片或导线接合技术电连接到载体12。
参考图5B，封装体14形成于载体12上以覆盖或包封电子组件13。在一些实施例中，封装体14可通过例如传递模塑或压缩成型等模制技术形成。
参考图5C，盖(或盖板)15安置于封装体上以形成感测模块100。盖15包含或由光学透明材料形成。盖15允许发射由电子组件13发射或接收到的光。
图6A、图6B和图6C说明根据本公开的一些实施例的制造如图1B中所展示的电子设备1B的方法。虽然下文相对于多个组件中的每一者来描述一些过程、操作或阶段，但是可相对于多个组件中的一个，或相对于一个与完整多个组件之间的一些数目来选择性地执行那些过程、操作或阶段中的任一个。
参考图6A，提供衬底10且形成开口10h以穿透衬底10。在一些实施例中，可通过机械钻井、激光钻孔或其它合适的工艺形成开口10h。
参考图6B，包含电极11a和电极11b的压电元件11安置于衬底10上且跨越开口10h。缓冲层16安置于衬底10上且邻近于压电元件11。导电材料接着施加到压电元件11的电极11a和电极11b以实现电气连接。在一些实施例中，导电材料是或包含银浆料。
参考图6C，感测模块100安置于压电元件11和缓冲元件16上。感测模块100通过接合线17电连接到衬底10上的导电接点10c，以形成如图1B中所展示的电子设备1B。如图6C中所展示，压电元件11未由感测模块100变形或按压。在其它实施例中，压电元件11可由1A如图中所展示的感测模块100预按压。在一些实施例中，可通过为缓冲元件16实施适当的厚度来选择是否预按压压电元件11。
图7A、图7B和图7C说明根据本公开的一些实施例的用于制造电子设备的方法。虽然下文相对于多个组件中的每一者来描述一些过程、操作或阶段，但是可相对于多个组件中的一个，或相对于一个与完整多个组件之间的一些数目来选择性地执行那些过程、操作或阶段中的任一个。
参考图7A，提供衬底20。衬底20包含平面部分20a和坝结构20b。形成开口20h穿透衬底20的平面部分20a。在一些实施例中，可通过机械钻井、激光钻孔或其它合适的工艺形成开口20h。
参考图7B，包含电极11a和电极11b的压电元件11安置于衬底20的平面部分20a上且跨越开口20h。粘合剂26施加于衬底20的坝结构20b上。导电材料接着施加到压电元件11的电极11a和电极11b以实现电气连接。在一些实施例中，导电材料是或包含银浆料。
参考图7C，感测模块100安置于压电元件11和衬底20的坝结构20b上。感测模块100通过粘合剂26电连接到衬底20。如图7C中所展示，压电元件11未由感测模块100变形或按压。在其它实施例中，压电元件11可由感测模块100预按压以形成如图2中所展示的电子设备2。
图8A、图8B和图8C说明根据本公开的一些实施例的用于制造电子设备的方法。虽然下文相对于多个组件中的每一者来描述一些过程、操作或阶段，但是可相对于多个组件中的一个，或相对于一个与完整多个组件之间的一些数目来选择性地执行那些过程、操作或阶段中的任一个。
参考图8A，提供衬底10且形成开口10h以穿透衬底10。在一些实施例中，可通过机械钻井、激光钻孔或其它合适的工艺形成开口10h。衬底30安置于衬底10上且通过导电接点30c电连接到衬底10。形成开口30h以穿透衬底30。在一些实施例中，可通过机械钻井、激光钻孔或其它合适的工艺形成开口30h。在一些实施例中，开口30h的宽度大于开口10h的宽度。在一些实施例中，可安置底填充料30u以覆盖或包封导电接点30c。
参考图8B，包含电极11a和电极11b的压电元件11安置于衬底10上且跨越开口10h。粘合剂36施加于衬底30上。导电材料接着施加到压电元件11的电极11a和电极11b以实现电气连接。在一些实施例中，导电材料是或包含银浆料。
参考图8C，感测模块100安置于压电元件11和衬底30上。感测模块100通过粘合剂36和衬底30电连接到衬底10。如图8C中所展示，压电元件11未由感测模块100变形或按压。在其它实施例中，压电元件11可由感测模块100预按压以形成如图3中所展示的电子设备3。
如本文中所使用，术语“导电(conductive)”、“导电(electrically conductive)”和“电导率”是指转移电流的能力。导电材料通常指示展现对于电流流动的极少或零对抗的那些材料。电导率的一个量度是西门子/米(S/m)。通常，导电材料是电导率大于约104S/m(例如至少105S/m或至少106S/m)的一种材料。材料的电导率有时可以随温度而变化。除非另外规定，否则在室温下测量材料的电导率。
如本文中所使用，术语“大体上”、“大体”、“大致”和“约”用以描述并考虑小的变化。当与事件或情形结合使用时，所述术语可以指其中事件或情形明确发生的例子以及其中事件或情形极近似于发生的例子。举例来说，当结合数值使用时，术语可指代小于或等于所述数值的±10％的变化范围，例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％、或小于或等于±0.05％。举例来说，如果两个数值之间的差小于或等于所述值的平均值的±10％，例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％、或小于或等于±0.05％，那么可认为所述两个数值“大体上”相同或相等。举例来说，“大体上”平行可能是指相对于0°的小于或等于±10°的角度变化范围，例如小于或等于±5°、小于或等于±4°、小于或等于±3°、小于或等于±2°、小于或等于±1°、小于或等于±0.5°、小于或等于±0.1°、或小于或等于±0.05°。举例来说，“大体上”垂直可指代相对于90°的小于或等于±10°的角度变化范围，例如小于或等于±5°、小于或等于±4°、小于或等于±3°、小于或等于±2°、小于或等于±1°、小于或等于±0.5°、小于或等于±0.1°，或小于或等于±0.05°。
在一些实施例中，如果两个表面之间的移位较小，如不大于1μm、不大于5μm或不大于10μm，那么所述两个表面可视为共面或大体上共面的。
如本文中所使用，除非上下文另外明确规定，否则单数术语“一(a/an)”和“所述”可包含多个指示物。在一些实施例的描述中，设置于另一组件“上”或“上方”的组件可涵盖前一组件直接在后一组件上(例如与后一组件物理接触)的情况，以及一或多个中间组件位于前一组件与后一组件之间的情况。
另外，有时在本文中按范围格式呈现量、比率和其它数值。应理解，此类范围格式是为了便利和简洁而使用，并且应灵活地理解成不仅包含明确地指定为范围限制的数值，而且包含涵盖于所述范围内的所有个别数值或子范围，如同明确地指定每一数值和子范围一般。
虽然已参考本公开的特定实施例描述并说明本公开，但是这些描述和说明并不限制本公开。所属领域的技术人员应理解，可在不脱离如由所附权利要求书界定的本公开的真实精神和范围的情况下，作出各种改变且取代等效物。所述说明可能不一定按比例绘制。由于制造工艺和公差，本发明中的艺术再现与实际设备之间可能存在区别。可能存在并未特定说明的本公开的其它实施例。应将所述说明书和图式视为说明性的，而非限制性的。可做出修改，以使特定情况、材料、物质组成、方法或过程适应于本发明的目标、精神和范围。所有此类修改意图处于所附权利要求书的范围内。虽然本文中所公开的方法已参考按特定次序执行的特定操作加以描述，但是应理解，可在不脱离本发明的教示的情况下组合、细分或重新排序这些操作以形成等效方法。因此，除非本文中特别指示，否则操作的次序和分组并非本发明的限制。

Claims (24)

1.一种电子设备，其包括：
压电模块，其包括：
衬底，其界定穿透所述衬底的开口；以及
压电元件，其安置于所述衬底上且跨越所述衬底的所述开口；
感测模块，其安置于所述压电模块上方；以及
缓冲元件，其安置于所述压电模块与所述感测模块之间。
2.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述缓冲元件包括导电粘合剂、聚合物芯和覆盖所述聚合物芯的金属层，或各向异性导电膜ACF。
3.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述衬底包括平面部分和坝结构，所述坝结构安置于所述缓冲元件与所述平面部分之间，其中所述感测模块、所述坝结构和所述缓冲元件界定用以容纳所述压电元件的空间。
4.根据权利要求3所述的电子设备，其中所述坝结构的杨氏模量大于所述缓冲元件的杨氏模量。
5.根据权利要求3所述的电子设备，其中坝结构与所述平面部分一体成型。
6.根据权利要求3所述的电子设备，其中所述坝结构包括印刷电路板。
7.根据权利要求1所述的电子设备，其进一步包括安置于所述感测模块与所述压电模块之间以电连接所述感测模块与所述压电元件的导电材料。
8.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述感测模块进一步包括：
载体；
晶粒，其安置于所述载体上，所述晶粒包括光发射器或光检测器；以及
封装体，其安置于所述载体上以覆盖所述晶粒。
9.根据权利要求1所述的电子设备，其进一步包括将所述感测模块电连接到所述衬底的柔性电路板。
10.一种电子设备，其包括：
压电模块，其包括：
衬底；以及
压电元件，其安置于所述衬底上；
感测模块，其安置于所述压电模块上方；以及
连接元件，其安置于所述压电模块与所述感测模块之间，
其中所述感测模块经配置以在朝向所述压电元件的方向上移动以使所述压电元件变形。
11.根据权利要求10所述的电子设备，其中所述衬底界定开口，所述开口穿透所述衬底以界定用以容纳所述压电元件的变形的空间。
12.根据权利要求10所述的电子设备，其中所述连接元件包括弹性材料。
13.根据权利要求10所述的电子设备，其中所述连接元件包括导电粘合剂、聚合物芯和覆盖所述聚合物芯的金属层，或ACF。
14.根据权利要求10所述的电子设备，其中所述感测模块与所述压电元件间隔开以实现所述感测模块的移动。
15.根据权利要求10所述的电子设备，其中所述衬底包括平面部分和坝结构，所述坝结构安置于所述连接元件与所述平面部分之间，其中所述感测模块、所述坝结构和所述连接元件界定用以容纳所述压电元件的空间。
16.根据权利要求15所述的电子设备，其中所述坝结构与所述平面部分一体成型。
17.根据权利要求15所述的电子设备，其中所述坝结构包括印刷电路板。
18.根据权利要求10所述的电子设备，其进一步包括电连接所述感测模块与所述衬底的柔性电路板。
19.一种电子设备，其包括：
压电模块，其包括：
衬底；以及
压电元件，其安置于所述衬底上；
感测模块，其安置于所述压电模块上方；以及
连接元件，其安置于所述压电模块与所述感测模块之间，其中所述连接元件电连接所述感测模块与所述压电模块的所述衬底。
20.根据权利要求19所述的电子设备，其中所述衬底界定穿透所述衬底的开口，且其中所述压电元件跨越所述衬底的所述开口安置。
21.根据权利要求19所述的电子设备，其中所述衬底包括坝结构，且所述连接元件包括安置于所述导电坝结构上方的导电缓冲层。
22.根据权利要求21所述的电子设备，其中所述坝结构包括印刷电路板。
23.根据权利要求19所述的电子设备，其中所述连接元件包括导电粘合剂、聚合物芯和覆盖所述聚合物芯的金属层，或ACF带。
24.根据权利要求19所述的电子设备，其中所述压电元件电连接到所述感测模块和所述压电模块的所述衬底。
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