CN109945852B - 陀螺仪的封装结构及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种陀螺仪的封装结构及制作方法，其中该方法包括：加工侧向异构转接板；加工正向异构转接板；将所述侧向转接板正交集成在所述正向异构转接板的异构槽体内。本发明以晶圆做转接板，将与现有技术有重大区别的侧向异构转接板正交集成与正向异构转接板的异构槽体中，其不仅实现了其封装模块的小型化，而且加工工艺技术成熟度、加工精度以及可靠性都较高。
Description
技术领域
本发明涉及微电子先进封装技术领域，尤其涉及一种陀螺仪的封装结构及制作方法。
背景技术
目前三轴陀螺仪的制造是采用制造能够进行平面二维高精度刚体转动状态测量的传感器，再将三个二维传感器按照90度角进行三维叠装形成可以精确测量三维运动情况的三轴陀螺仪，每个惯性传感器分别用于x、y、z方向转动情况测量。三个传感器通过机件框架进行三维固定；或通过柔性电路板进行平面贴装互连，再将两个贴装传感器的柔性电路板弯折90度固定；形成三个传感器相互垂直的三维封装结构。这两种封装形式，封装体积以及重量都很大，很难做到小型化。同时这两种封装形式，由于互联线长度较大，导致互联线的寄生很大，影响陀螺仪的性能。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于以上技术问题，本发明提供一种陀螺仪的封装结构及制作方法，以至少部分解决上述技术问题。
(三)技术方案
根据本发明的一个方面，提供一种陀螺仪的封装结构的制备方法，包括：
加工侧向异构转接板；
加工正向异构转接板；
将所述侧向转接板正交集成在所述正向异构转接板的异构槽体内。
在进一步的实施方案中，所述加工侧向异构转接板包括：
在所述侧向异构转接板上分别刻蚀互连通孔和正交集成通孔；
通过在所述互连通孔内和正交集成通孔内形成图形金属化并做出正反表面互连线路；
在所述侧向异构转接板的正面键合MEMS陀螺仪传感器和MEMS加速度计，在其反面键合ASIC；
沿着所述正交集成通孔裁切所述侧向异构转接板形成正交集成接口。
在进一步的实施方案中，所述加工正向异构转接板包括：
在所述正向异构转接板上刻蚀异构槽体和互连通孔；
在所述异构槽体内和正向异构转接板表面做出焊盘和重分布层线路；
在所述正向异构转接板的正面键合MEMS陀螺仪传感器、MEMS加速度计、ASIC和存储处理器。
在进一步的实施方案中，所述将所述侧向转接板正交集成在所述正向异构转接板的异构槽体内包括：
在所述异构槽体内的焊盘上植BGA球；
将所述侧向异构转接板的正交集成接口对准所述异构槽体内的BGA球进行键合；
在所述异构槽体内的空隙中填胶、固化。
在进一步的实施方案中，所述侧向异构转接板和正向异构转接板由晶圆加工而成。
根据本发明的另一方面，提供一种陀螺仪的封装结构，包括：侧向异构转接板和正向异构转接板；其中，所述侧向异构转接板正交集成在所述正向异构转接板的异构槽体内。
在进一步的实施方案中，所述侧向异构转接板的边缘处刻蚀有正交集成接口；所述正向异构转接板的异构槽体内有与所述正交集成接口数量相同的BGA球。
在进一步的实施方案中，所述异构槽体内填充有缓冲层，用于电路保护和物理支撑。
在进一步的实施方案中，所述侧向异构转接板的数量为两块，分别垂直正交集成在所述正向异构转接板的异构槽体内，使两块所述侧向异构转接板和所述正向异构转接板之间彼此垂直。
在进一步的实施方案中，所述侧向异构转接板和正向异构转接板的材料为晶圆。
(三)有益效果
本发明相对于现有技术方案的有益效果为：
1、小型化，集成度高：本发明采用了异构转接板和异构槽体正交集成的工艺方法，实现了其封装模块的小型化，另外应用晶圆做转接板，工艺集成度高；
2、加工工艺技术成熟：晶圆加工技术已经具有很长的时间和技术沉淀具有很好的技术积累，目前已经广泛的应用于各个电子领域，技术成熟度高，能够满足其加工的流程以及精度要求；
3、精度高：采用晶圆级的加工技术，对位精度高，可以实现高精度Z轴陀螺仪的正交集成；
4、可靠性性能好：应用的材料全部均为晶圆加工常用材料能够具有很好的兼容性和匹配，所以其具有很好的可靠性等特点。
附图说明
图1是本发明提供的陀螺仪的封装结构的制作方法的流程图。
图2是本发明提供的侧向异构转接板刻孔剖面图。
图3是本发明提供的侧向异构转接板光刻剖面图。
图4是本发明提供的侧向异构转接板光刻俯视图。
图5是本发明提供的侧向异构转接板图形金属化剖面图。
图6是本发明提供的侧向异构转接板图形金属化俯视图。
图7是本发明提供的侧向异构转接板切孔俯视图。
图8是本发明提供的侧向异构转接板键合传感器俯视图。
图9是本发明提供的正向异构转接板刻蚀槽体剖面图。
图10是本发明提供的正向异构转接板光刻剖面图。
图11是本发明提供的正向异构转接板刻蚀槽体俯视图。
图12是本发明提供的正向异构转接板图形金属化剖面图。
图13是本发明提供的正向异构转接板图形金属化俯视图。
图14是本发明提供的正向异构转接板表面植BGA球剖面图。
图15是本发明提供的正向异构转接板与侧向异构转接板键合剖面图。
图16是本发明提供的填充缓冲层封装结构剖面图。
图17是本发明提供的陀螺仪的封装结构的立体图。
图18是本发明提供的陀螺仪的封装结构的侧向异构转接板向剖面图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，图1是本发明提供的陀螺仪的封装结构的制作方法的流程图，该方法包括：
步骤101：加工侧向异构转接板3；该步骤具体包括：
步骤1011：在所述侧向异构转接板3上分别刻蚀互连通孔14和正交集成通孔15；
在步骤1011中，如图2所示，图2是本发明提供的侧向异构转接板3刻孔剖面图，其中图中的间隙为所述侧向异构转接板3的通孔。
步骤1012：通过在所述互连通孔14内和正交集成通孔15内形成图形金属化并做出正反表面互连线路1；
在步骤1012中，首先在所述侧向异构转接板上贴膜、曝光、显影，将通孔和孔上焊盘12位置露出，其它区域以干膜13覆盖，如图3和图4所示；其中，图中斜线部分为干膜13，空心圈为通孔14，实心圈为光刻后露出的焊盘12；然后所述侧向异构转接板3通过PVD镀膜后将干膜13剥离，形成通孔金属化并做出表面互连线路1，如图5和图6所示。
步骤1013：沿着所述正交集成通孔裁切所述侧向异构转接板形成正交集成接口。
在步骤1013中，如图7所示，图7是本发明提供的侧向异构转接板3切孔俯视图，沿着所述正交集成通孔裁切所述侧向异构转接板3，留下半个金属化的正交集成通孔作为与所述正向异构转接板正交集成的接口。
步骤1014：在所述侧向异构转接板的正面键合MEMS陀螺仪传感器4和MEMS加速度计6，在其反面键合ASIC5；
在步骤1014中，在所述侧向异构转接板正反面的焊盘12上进行引线或植BGA球10，然后在其正面键合MEMS陀螺仪传感器4和MEMS加速度计6，在其反面键合ASIC，如图8所示。
步骤102：加工正向异构转接板；该步骤具体包括：
步骤1021：在所述正向异构转接板上刻蚀异构槽体7和互连通孔；
在步骤1021中，在所述正向异构转接板上通过贴膜、曝光、显影、湿法刻蚀工艺刻蚀出异构槽体7，所述异构槽体7的形状可以为倒梯形，且其底部的宽度大于等于所述侧向异构转接板的厚度，如图9所示；同时在所述正向异构转接板上刻蚀正反表面互连的通孔。
步骤1022：在所述异构槽体7内和正向异构转接板表面做出焊盘12和重分布层线路1；
在步骤1022中，在所述正向异构转接板8表面贴膜、曝光、显影，从而在槽内和转接板表面形成焊盘12与互连线路1图形，如图10和图11所示；然后，所述正向异构转接板通过PVD镀膜后将干膜13剥离，形成正反表面互连线路1，如图12和图13所示。
步骤1023：在所述正向异构转接板8的正面键合MEMS陀螺仪传感器4、MEMS加速度计6、ASIC5和存储处理器2。
在步骤1023中，现在所述正向异构转接板8的表面焊盘12上植BGA球10，然后键合MEMS陀螺仪传感器4、MEMS加速度计6、ASIC5和存储处理器2，这样完成具有x、y向惯性运动检测功能的正向异构转接板8。
步骤103：将所述侧向转接板2正交集成在所述正向异构转接板8的异构槽体7内；该步骤具体包括：
步骤1031：在所述异构槽体7内的焊盘12上植BGA球10；
在步骤1031中，在所述正向异构转接板8的异构槽体7内的焊盘12上植BGA球10，用于与所述侧向异构转接板3正交集成，该步骤一般情况下与步骤1023中在所述正向异构转接板8的表面焊盘12上植BGA球10同时进行，如图14所示。
步骤1032：将所述侧向异构转接板3的正交集成接口对准所述异构槽体7内的BGA球进行键合；
在步骤1032中，将所述侧向异构转接板3的经过裁切后的各正交集成接口分别对准所述所述异构槽体7内各BGA球10进行键合，如图15所示。
步骤1033：在所述异构槽体7内的空隙中填胶、固化。
在步骤1033中，在所述正向异构转接板的异构槽体7内的空隙中填胶、固化以形成缓冲层11，其类似于底填胶的作用，可以作为电路保护和物理支撑，随之完成侧向转接板的正交集成，如图16所示。
本发明以晶圆做转接板，将与现有技术有重大区别的侧向异构转接板正交集成与正向异构转接板的异构槽体7中，其不仅实现了其封装模块的小型化，而且加工工艺技术成熟度、加工精度以及可靠性都较高。
如图17所示，图17是本发明提供的陀螺仪的封装结构的立体图，该结构包括：侧向异构转接板3和正向异构转接板8；其中，所述侧向异构转接板3正交集成在所述正向异构转接板8的异构槽体7内。
在所述封装结构中，所述侧向异构转接板3的边缘处刻蚀有正交集成接口9；所述正向异构转接板8的异构槽体7内有与所述正交集成接口9数量相同的BGA球10。其中，所述正交集成接口9为半圆形，可与所述BGA球10契合进行正交集成。
在所述封装结构中，所述异构槽体7内填充有缓冲层11，用于电路保护和物理支撑。其中，所述缓冲层11通过填胶固化形成，类似于底填胶的作用。
在所述封装结构中，所述侧向异构转接板3的数量为两块，分别垂直正交集成在所述正向异构转接板8的异构槽体7内，使两块所述侧向异构转接板3和所述正向异构转接板8之间彼此垂直。其中，所述两块侧向异构转接板3均在正面键合MEMS陀螺仪传感器4和MEMS加速度计6，反面键合ASIC5；且两块侧向异构转接板3在其正面键合的MEMS陀螺仪传感器4分别用于检测x、z方向运动和y、z方向运动。
在所述封装结构中，所述侧向异构转接板3和正向异构转接板8的材料为晶圆。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种陀螺仪的封装结构的制备方法，其特征在于，包括：
在侧向异构转接板上分别刻蚀互连通孔和正交集成通孔；
在所述互连通孔内和正交集成通孔内形成图形金属化并做出正反表面互连线路；
在所述侧向异构转接板的正面键合MEMS陀螺仪传感器和MEMS加速度计，在其反面键合ASIC；
沿着所述正交集成通孔裁切所述侧向异构转接板形成正交集成接口；
在正向异构转接板上刻蚀异构槽体和互连通孔；
在所述异构槽体内和正向异构转接板表面做出焊盘和重分布层线路；
在所述正向异构转接板的正面键合MEMS陀螺仪传感器、MEMS加速度计、ASIC和存储处理器；
在所述异构槽体内的焊盘上植BGA球；
将所述侧向异构转接板的正交集成接口对准所述异构槽体内的BGA球进行键合；
在所述异构槽体内的空隙中填胶、固化，以将所述侧向异构转接板正交集成在所述正向异构转接板的异构槽体内。
2.根据权利要求1所述的陀螺仪的封装结构的制备方法，其特征在于，所述侧向异构转接板和正向异构转接板由晶圆加工而成。
3.一种陀螺仪的封装结构，其特征在于，包括：侧向异构转接板和正向异构转接板；其中，所述侧向异构转接板的边缘处刻蚀有正交集成接口；所述正向异构转接板的异构槽体内有与所述正交集成接口数量相同的BGA球，所述异构槽体内填充有缓冲层，用于电路保护和物理支撑，所述侧向异构转接板正交集成在所述正向异构转接板的异构槽体内；
其中，所述侧向异构转接板上分别刻蚀互连通孔和正交集成通孔，所述正交集成接口由沿着所述正交集成通孔裁切所述侧向异构转接板形成；
所述正向异构转接板上还刻蚀有互连通孔。
4.根据权利要求3所述的陀螺仪的封装结构，其特征在于，所述侧向异构转接板的数量为两块，分别垂直正交集成在所述正向异构转接板的异构槽体内，使两块所述侧向异构转接板和所述正向异构转接板之间彼此垂直。
5.根据权利要求3所述的陀螺仪的封装结构，其特征在于，所述侧向异构转接板和正向异构转接板的材料为晶圆。
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