CN109835866A - Mems封装结构及方法 - Google Patents

Abstract

一种MEMS封装结构，包括基板和外壳，基板和外壳形成腔体，至少一块芯片被置于腔体之内，并且被安装固定在基板之上，芯片具有若干芯片焊盘，该芯片焊盘由与其焊接的引线引出，所述MEMS封装结构包括一个转接中间件，该转接中间件也被置于由基板和外壳形成的腔体内，且被安装固定在所述芯片的上表面，所述转接中间件的上表面的面积小于所述芯片的上表面，使得转接中间件覆盖了芯片的上表面的一个局部区域，所述转接中间件设有若干转接焊盘，该转接焊盘通过引线与芯片焊盘实现电连接。

Description

MEMS封装结构及方法

技术领域

本发明属于MEMS(Micro-Electro-Mechanical-System)技术领域，特别涉及一种MEMS封装结构及方法。

背景技术

公告号为CN104465790B的专利文件，公开了现有的MEMS的封装工艺，尤其公开了“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。

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”。然而，从上述方案中可以看出，由于芯片设计的原因，有时芯片会被设计成长方形，或者焊盘(pad)的布置不合理时，无法有效的利用封装面积，设计出更合理的封装。

另外，公开号为CN101677423A的专利文件，公开了“一种MEMS麦克风，包括：一带进声孔的上盖板、一壳壁、环绕并支撑上盖板；一基板，其上安装有相互电连接的MEMS芯片和专用集成电路ASIC芯片，所述的基板支撑壳壁和上盖板；所述基板的内部设有声音通道，该声音通道分别与上盖板的进声孔和MEMS芯片的凹陷部贯通，基板上还设有将MEMS芯片和专用集成电路ASIC芯片罩住的屏蔽罩，屏蔽罩与基板构成的空间为背部声腔”，该技术方案，采用了屏蔽罩的设计，对MEMS芯片起到了一定的保护作用，但是还是没有解决pad布置不合理带来的问题。

又有，公告号为CN102404676B的专利文件，提及“在图2a中示出经处理的且背面结构化的第一晶片11，在该第一晶片上以及在该第一晶片中实现多个麦克风芯片的功能。在这里看到多个隔膜1和多个带有焊球7的敷镀通孔6。敷镀通孔6的接触孔有利地在一个加工步骤中与空穴或声音开口3一起产生。这样结构化的晶片11的背面接着被设置可透过声音的网层8。罩形晶片14与麦克风芯片-晶片11无关地被处理并且被背面结构化。在此产生空槽5，它们的开口大小与隔膜2的大小适配并且也以像隔膜2一样以相同的格栅设置。

图2a示出两个晶片11和14，在它们校准之后被相互上下叠置并且相互连接，使得在每个隔膜2上面分别设置有一个空槽5并且构成用于隔膜2的背面容腔。两个晶片11和14之间的连接必须保证：一个与声学要求相应的空气储池位于背面容腔中。晶片11和14之间的连接可以是粘接的、钎焊的、玻璃化的(geglast)或合金化的。

只有在两个晶片11和14相互连接之后，才进行单个化，在单个化时形成单个的MEMS麦克风封装10。这在图2b中示出。为了分成单个，可以使用已知的方法，例如锯切、激光或水束切割”，该方案说明了一种MEMS传感器的晶圆级的制作工艺。

发明内容

本发明提供了一种MEMS封装结构及方法，目的在于解决现有的MEMS封装结构中由于芯片的形状因素，焊盘(pad)的布置不合理，造成封装面积无法有效利用的问题。

一种MEMS封装结构，包括基板和外壳，基板和外壳形成腔体，至少一块芯片被置于腔体之内，并且被安装固定在基板之上，芯片具有若干芯片焊盘，该芯片焊盘由与其焊接的引线引出，所述MEMS封装结构包括一个转接中间件，该转接中间件也被置于由基板和外壳形成的腔体内，且被安装固定在所述芯片的上表面，

所述转接中间件的上表面的面积小于所述芯片的上表面，使得转接中间件覆盖了芯片的上表面的一个局部区域，

所述转接中间件设有若干转接焊盘，该转接焊盘通过引线与芯片焊盘实现电连接。

所述转接中间件从下表面处构造出一个内凹的空腔，在转接中间件上表面开有第一通孔。

所述转接中间件从下表面处构造出的空腔剖面形状是梯形、矩形或半圆形。

所述转接中间件上表面的至少一条边缘是下台阶状，所述转接焊盘布设在台阶边缘表面。下台阶状的转接中间件，可用于塑料封装。转接中间件如果不用下台阶方案，则采用通用封装。

所述MEMS封装结构的外壳表面设有出气孔，所述芯片通过贴片胶与基板固定。当感测物理或化学量如大气压、气温、湿度、气体等等，需要与芯片进行接触感知时，需要外壳的出气孔，若待测量无需与芯片敏感区接触，则无需该出气孔。

所述芯片具有敏感区域，所述转接中间件覆盖了该敏感区域。

基板和外壳形成的腔体采用塑封料EMC灌注密封。

一种MEMS封装方法，用于MEMS封装结构，该封装结构的基板和外壳形成腔体，至少一块芯片被置于该腔体之内，并且被安装固定在基板之上，芯片具有若干芯片焊盘，该芯片焊盘由与其焊接的引线引出，

将一个转接中间件置于由基板和外壳形成的腔体内，且被安装固定在所述芯片的上表面，

由于所述转接中间件的上表面的面积小于所述芯片的上表面，使得转接中间件覆盖芯片的上表面的一个局部区域，

在所述转接中间件上设有若干转接焊盘，将转接焊盘通过引线与芯片焊盘实现电连接。

从所述转接中间件下表面处构造出一个内凹的空腔，在转接中间件上表面开出第一通孔。

所述转接中间件从下表面处构造出的空腔剖面形状是梯形、矩形或半圆形。

所述转接中间件上表面的至少一条边缘是下台阶状，所述转接焊盘布设在台阶边缘表面。

所述MEMS封装结构的外壳表面设有出气孔，所述芯片通过贴片胶与基板固定。

所述芯片具有敏感区域，用所述转接中间件覆盖该敏感区域。

采用塑封料EMC灌注密封由基板和外壳形成的腔体。

当芯片的PAD布局设计不利于封装结构设计时，通过转接中间件可以重配PAD布局，根据封装要求灵活有效的利用封装的面积，同时感测通道因为是用微加工的方法实现，所以其尺寸和形状可以灵活的控制。

因此，本发明通过在现有MEMS封装结构中，增加一个转接中间件，或者称为中间件，也可以称为中间芯片，将原封装结构的PAD进行重布，同时增加传感器的感测通道，实现更加有效、更加灵活利用封装面积，实现小外形尺寸的MEMS传感器封装，可以更加灵活的控制感测通道的外形、尺寸。

另外，中间件芯片还起到进一步保护芯片敏感区域的作用，可以更好的保护敏感区域不受外界沾污、异物等的影响，减弱敏感性能。

本发明的封装结构通过中间件实现了封装芯片电连接的再分布，中间件在传感器的封装中起到了导通传感器与待测量的作用。中间件可采用易于批量加工、低成本的、与硅材料特性相同或相近的硅、玻璃制作。中间件可以通过先划切再Pick&place、die bond的方式，也可以用晶圆级键合的方式生产。

本发明的MEMS封装结构和方法，可适用于多种传感器，尤其适用介质压力、气体、温湿度、颗粒等传感器。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：

图1本发明涉及的现有芯片的俯视图。

图2本发明涉及的现有的MEMS压力传感器剖面示意图。

图3是本发明的转接中间件的俯视图。

图4是本发明实施例中一种转接中间件的正面剖视图。

图5是本发明实施例中一种转接中间件的正面剖视图。

图6是本发明实施例中一种转接中间件的正面剖视图。

图7是本发明实施例中一种转接中间件的正面剖视图。

图8是本发明实施例中一种转接中间件的正面剖视图。

图9是本发明实施例中一种转接中间件的正面剖视图。

图10是本发明的中间件芯片的晶圆级制作方法示意图。

图11是本发明实施例中一种MEMS压力传感器腔体内俯视图。

图12是本发明实施例中一种MEMS压力传感器正面剖视图。

图13是本发明实施例中一种MEMS压力传感器腔体内俯视图。

图14是本发明实施例中一种MEMS压力传感器正面剖视图。

1——敏感区域，2——芯片焊盘，3——引线，4——出气孔，5——外壳，6——芯片，7——贴片胶，8——基板，9——转接中间件，10——塑封料EMC，11——转接焊盘，12——第一通孔。

具体实施方式

如图1所示，MEMS压力传感器中芯片的俯视图，芯片具有若干芯片焊盘，芯片的中心区域是敏感区域。

图2是现有的MEMS压力传感器剖面示意图，MEMS传感器的封装结构包括基板和外壳，基板和外壳形成腔体，芯片被置于腔体之内，并且通过贴片胶与基板固定。芯片的芯片焊盘由与其焊接的引线引出。MEMS封装结构的外壳上设有出气孔。出气孔的用途是，实现感测物理或化学量与芯片的接触通道，如大气压、气温、湿度、气体等等。若待测量无需与芯片敏感区接触，则无需该孔。

图3是本发明的转接中间件的俯视图，转接中间件具有多个转接焊盘，转接中间件上表面开有第一通孔。第一通孔的作用是，当感测物理或化学量如大气压、气温、湿度、气体等等，需要与芯片进行接触感知时，需要将芯片敏感区与封装外壳的出气孔联通到外界环境时需要，若待测量无需与芯片敏感区接触，则无需该第一通孔。

图4是本发明实施例中一种转接中间件的正面剖视图，转接中间件从下表面处构造出的空腔剖面形状是矩形。

图5是本发明实施例中一种转接中间件的正面剖视图，转接中间件从下表面处构造出的空腔剖面形状是梯形。

图6是本发明实施例中一种转接中间件的正面剖视图，转接中间件从下表面处构造出的空腔剖面形状是半圆形。

图7、图8和图9，分别是本发明实施例中一种转接中间件的正面剖视图，转接中间件上表面的至少一条边缘是下台阶状，所述转接焊盘布设在台阶边缘表面。下台阶状的只是转接中间件一种方案，可用于塑料封装。如果不用下台阶方案，转接中间件采用通用封装。

图10是本发明的中间件芯片的晶圆级制作方法示意图，可以参考现有技术中的专利公开文件。中间件芯片的材料优选为硅晶圆材料和玻璃晶圆材料。

图11是本发明的MEMS压力传感器腔体内俯视图，转接中间件的上表面的面积小于所述芯片的上表面，转接中间件覆盖了芯片的上表面的中心区域，覆盖了芯片的敏感区域。

图12是本发明的MEMS压力传感器正面剖视图，转接中间件的转接焊盘通过引线与芯片焊盘实现电连接，引线可以采用金线。

图13是本发明的MEMS压力传感器腔体内俯视图，中间芯片采用了图7、图8和图9中所示的中间芯片，其上表面的2条边缘是下台阶形状。

图14是本发明的一种MEMS压力传感器正面剖视图，基板和外壳形成的腔体采用塑封料EMC灌注密封。

值得说明的是，虽然前述内容已经参考若干具体实施方式描述了本发明创造的精神和原理，但是应该理解，本发明并不限于所公开的具体实施方式，对各方面的划分也不意味着这些方面中的特征不能组合，这种划分仅是为了表述的方便。本发明旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。

Claims (14)

1.一种MEMS封装结构，包括基板和外壳，基板和外壳形成腔体，至少一块芯片被置于腔体之内，并且被安装固定在基板之上，芯片具有若干芯片焊盘，该芯片焊盘由与其焊接的引线引出，其特征在于，所述MEMS封装结构包括一个转接中间件，该转接中间件也被置于由基板和外壳形成的腔体内，且被安装固定在所述芯片的上表面，

所述转接中间件的上表面的面积小于所述芯片的上表面，使得转接中间件覆盖了芯片的上表面的一个局部区域，

所述转接中间件设有若干转接焊盘，该转接焊盘通过引线与芯片焊盘实现电连接。

2.如权利要求1所述的MEMS封装结构，其特征在于，所述转接中间件从下表面处构造出一个内凹的空腔，在转接中间件上表面开有第一通孔。

3.如权利要求2所述的MEMS封装结构，其特征在于，所述转接中间件从下表面处构造出的空腔剖面形状是梯形、矩形或半圆形。

4.如权利要求3所述的MEMS封装结构，其特征在于，所述转接中间件上表面的至少一条边缘是下台阶状，所述转接焊盘布设在台阶边缘表面。

5.如权利要求1所述的MEMS封装结构，其特征在于，所述MEMS封装结构的外壳表面设有出气孔，所述芯片通过贴片胶与基板固定。

6.如权利要求1所述的MEMS封装结构，其特征在于，所述芯片具有敏感区域，所述转接中间件覆盖了该敏感区域。

7.如权利要求1至6任一所述的MEMS封装结构，其特征在于，基板和外壳形成的腔体采用塑封料EMC灌注密封。

8.一种MEMS封装方法，用于MEMS封装结构，该封装结构的基板和外壳形成腔体，至少一块芯片被置于该腔体之内，并且被安装固定在基板之上，芯片具有若干芯片焊盘，该芯片焊盘由与其焊接的引线引出，

其特征在于，将一个转接中间件置于由基板和外壳形成的腔体内，且被安装固定在所述芯片的上表面，

由于所述转接中间件的上表面的面积小于所述芯片的上表面，使得转接中间件覆盖芯片的上表面的一个局部区域，

在所述转接中间件上设有若干转接焊盘，将转接焊盘通过引线与芯片焊盘实现电连接。

9.如权利要求8所述的MEMS封装方法，其特征在于，从所述转接中间件下表面处构造出一个内凹的空腔，在转接中间件上表面开出第一通孔。

10.如权利要求9所述的MEMS封装方法，其特征在于，所述转接中间件从下表面处构造出的空腔剖面形状是梯形、矩形或半圆形。

11.如权利要求9所述的MEMS封装方法，其特征在于，所述转接中间件上表面的至少一条边缘是下台阶状，所述转接焊盘布设在台阶边缘表面。

12.如权利要求8所述的MEMS封装方法，其特征在于，所述MEMS封装结构的外壳表面设有出气孔，所述芯片通过贴片胶与基板固定。

13.如权利要求8所述的MEMS封装方法，其特征在于，所述芯片具有敏感区域，用所述转接中间件覆盖该敏感区域。

14.如权利要求8至13任一所述的MEMS封装方法，其特征在于，采用塑封料EMC灌注密封由基板和外壳形成的腔体。