CN218231870U - 一种高度集成的mems传感器封装结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高度集成的MEMS传感器封装结构，包括由若干个基板围成的空腔，空腔内设若干芯片和/或电子元器件，空腔上开设气孔，空腔内外气压相同。本实用新型中，采用三层基板压合工艺得到封装结构且其内进行FCCSP芯片的倒装贴装，既实现MEMS传感器芯片的功能，同时FCCSP芯片也可作为控制芯片使用，有效缩小封装结构的面积，降低成本；封装结构上的气孔既可以满足MEMS传感器如声学、气压等功能需求，同时也可在回流焊中减少对FCCSP芯片的碰撞，且气孔的存在使封装结构内外气压平衡，满足可靠性和高散热需求；本实用新型的结构高度集成化，体积小型化，为MEMS传感器的发展提供新思路。

Description

一种高度集成的MEMS传感器封装结构

技术领域

本实用新型属于半导体封装技术领域，具体涉及一种高度集成的MEMS传感器封装结构。

背景技术

随着2018年以来中美贸易战的发生，国家对传感器等核心零部件产业的布局与扶持力度愈加明显。我国对芯片等核心零部件的自主化生产已经到了非常迫切的时刻。MEMS传感器作为新一代半导体产品和传统传感器的替代品，必将是各主要大国争夺的产业制高点。

MEMS传感器摩尔定律的发展缓慢，产品功能趋向高度集成化，体积趋向小型化，因此，它变得更加依赖封装技术，而新的封装技术要求更轻、更薄、更小、高密度、高速度、低成本，从2D开发到3D逐渐发展。因此，本实用新型提出了一种高度集成的MEMS传感器封装结构及其封装方法。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的在于提供了一种高度集成的MEMS传感器封装结构。

为实现上述目的，达到上述技术效果，本实用新型采用的技术方案为：

一种高度集成的MEMS传感器封装结构，包括由若干个基板围成的空腔，所述空腔内集成设置有若干个芯片和/或电子元器件，芯片的类型可相同或不同，空腔上开设有若干个气孔，空腔内外气压相同。

进一步的，所述空腔由第一基板、第二基板和第三基板围成，所述第一基板与第三基板面面相对且二者之间通过第二基板相连接。

进一步的，所述空腔为由一个第一基板、两个第二基板和一个第三基板围成的方形结构，所述第一基板相对的两端对称设置有第二基板，所述第一基板与第三基板面面相对且二者长度相同。

进一步的，所述第一基板与第三基板上分别设置有芯片，所述第一基板与其上的芯片互联导通，所述第二基板或第三基板上开设若干个气孔。

进一步的，所述空腔内且位于第一基板上设置有电子元器件、MEMS芯片和ASIC芯片，所述MEMS芯片和ASIC芯片分别与第一基板互联导通，所述空腔内且位于第三基板上设置有若干个FCCSP芯片。

进一步的，所述第一基板上分别胶贴有一个MEMS芯片和一个ASIC芯片。

进一步的，所述MEMS芯片通过低应力的硅胶粘接于第一基板上，所述ASIC芯片通过绝缘胶或者DAF粘接于第一基板上。

进一步的，所述第三基板朝向空腔的一面设置有两个FCCSP芯片，所述第三基板背向FCCSP芯片的一面还贴附有耐高温胶膜，所述第三基板压合至第一基板上之前撕下耐高温胶膜。

本实用新型的高度集成的MEMS传感器封装结构采用以下步骤进行封装：

1)准备第一基板、第二基板和第三基板；

2)在第一基板上贴装电子元器件并在其相对的两端分别贴合第二基板，再将若干个同类型或不同类型的芯片贴装在第一基板表面，第一基板上的芯片和电子元器件位于第一基板的同一面，随后进行打线连接，使得第一基板与其上的芯片互联导通；

3)在第三基板正面进行FCCSP芯片的倒装贴装，可将一耐高温胶膜贴在第三基板的背面，后期需去除，也可以选择不贴；随后，对FCCSP芯片进行点胶，增强FCCSP芯片的焊接强度；再在第三基板四周进行点胶或者锡膏，同时撕掉第三基板背面的耐高温胶膜；

4)将步骤3)所得基板倒扣在步骤2)所得基板上面，形成具有空腔的三层基板压合结构，该结构即为所需封装结构，其上具有若干个气孔；

5)进行印字、切割，形成单颗的成品结构；

步骤2)与步骤3)无先后顺序。

步骤2)中，所述第一基板上贴装有MEMS芯片和ASIC芯片，所述MEMS芯片和ASIC芯片分别与第一基板互联导通。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

1)本实用新型采用三层基板压合工艺，得到具有空腔的三层基板压合结构，无需设置金属罩或类似结构，在最上面的第三基板上进行FCCSP芯片的倒装贴装，既可以实现MEMS传感器芯片的功能，同时FCCSP芯片也可以作为控制芯片使用，当FCCSP芯片需要具有高散热需求时，通过气孔进行散热，能够防止芯片因温度过高导致内部烧坏的缺陷；

2)本实用新型将FCCSP芯片集成在封装结构内部，有效缩小了封装结构的面积，减少空间占用率，在不影响正常使用的前提下显著降低了成本；

3)本实用新型的封装结构上的气孔可容许声音、气体等进出，既可以满足MEMS传感器如声学、气压等功能需求，同时也可以在回流焊中减少对FCCSP芯片的碰撞，避免出现破裂或裂纹等，且气孔的存在使得封装结构内外气压平衡，无压差，满足可靠性需求；可根据实际需求选择气孔的设置位置，本实用新型优选将气孔设置于第二基板上，也即封装结构的侧壁时，气孔数量至少有两个，第一基板和第三基板都可以作为后端上PCB模组时的焊接面，便于终端客户灵活选择，气孔数量的增多有助于加快封装结构内外气体流动，同时也可以降低在焊接回流焊中基板爆开的风险；

4)本实用新型的封装结构为高度集成化设计，体积趋向小型化，为MEMS传感器的未来发展提供新思路。

附图说明

图1为本实用新型的一种高度集成的MEMS传感器封装方法的第1步时的结构示意图；

图2为本实用新型的一种高度集成的MEMS传感器封装方法的第2步时的结构示意图；

图3为本实用新型的一种高度集成的MEMS传感器封装方法的第3步时的结构示意图；

图4为本实用新型的一种高度集成的MEMS传感器封装方法的第4步时的结构示意图；

图5为本实用新型的一种高度集成的MEMS传感器封装方法的第5步时的结构示意图；

图6为本实用新型的一种高度集成的MEMS传感器封装方法的第6步时的结构示意图；

图7为本实用新型的一种高度集成的MEMS传感器封装方法的第7步时的结构示意图；

图8为本实用新型的一种高度集成的MEMS传感器封装方法的第8步时的结构示意图；

图9为本实用新型实施例1的一种高度集成的MEMS传感器封装方法的第9步时的结构示意图；

图10为本实用新型实施例2的一种高度集成的MEMS传感器封装方法的第9步时的结构示意图。

具体实施方式

下面对本实用新型进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

如图1-10所示，一种高度集成的MEMS传感器封装结构，包括由若干个基板围成的空腔，该空腔内集成设置有若干个芯片和/或电子元器件4，芯片的类型可相同或不同，空腔上开设有若干个气孔11，通过设置气孔11既可以实现声音、气体等进出，也可以使空腔内外气压相同，无压差，也可以起到散热作用，气孔11可根据实际需求设置于空腔上方或侧壁。

作为本实用新型的其中一个实施例，高度集成的MEMS传感器封装结构包括由第一基板1、第二基板3和第三基板7围成的空腔，该空腔内且位于第一基板1上设置有电子元器件4和若干个同类型或不同类型的芯片，优选在第一基板1上设置有电子元器件4、MEMS芯片5和ASIC芯片6，该空腔内且位于第三基板7上设置有若干个FCCSP芯片9，空腔上开设有若干个气孔11，优选在第二基板3或第三基板7上开设若干个气孔11，使得空腔内外气压相同，无压差。

一种高度集成的MEMS传感器封装方法，包括以下步骤：

1)准备第一基板1、第二基板3和第三基板7；

2)在第一基板1上贴装电子元器件4并在其相对的两端分别贴合第二基板3，再将若干个同类型或不同类型的芯片贴装在第一基板1表面，第一基板1上的芯片和电子元器件4位于第一基板1的同一面，随后进行打线连接，使得第一基板1与其上的芯片互联导通；

3)在第三基板7正面进行FCCSP芯片9的倒装贴装，可根据实际需求将一耐高温胶膜8贴在第三基板7的背面，也可以不贴耐高温胶膜8；随后，对FCCSP芯片9进行点胶，增强FCCSP芯片9的焊接强度；再在第三基板7四周进行点胶或者锡膏，同时撕掉第三基板7背面的耐高温胶膜8；

4)将步骤3)所得基板倒扣在步骤2)所得基板上面，形成具有空腔的三层基板压合结构，该结构即为所需封装结构，其上具有若干个气孔11，如图9或图10所示；

5)进行印字、切割，形成单颗的成品结构；

步骤2)与步骤3)无先后顺序。

实施例1

如图1-9所示，一种高度集成的MEMS传感器封装结构，包括一个第一基板1、两个第二基板3和一个第三基板7，第一基板1、第二基板3和第三基板7围成一方形的空腔，该空腔内且位于第一基板1上设置有电子元器件4、MEMS芯片5和ASIC芯片6，空腔内且位于第三基板7上设置有若干个FCCSP芯片9，第三基板7上开设一个气孔11，使得空腔内外气压相同，无压差。

一种高度集成的MEMS传感器封装方法，包括以下步骤：

第1步：如图1，首先准备第一基板1，制作一个钢网，通过钢网印刷的方式印刷锡膏2在第一基板1表面；

第2步：如图2，准备第二基板3，先通过SMT贴片方式将电子元器件4贴装在第一基板1表面，再通用基板压合技术过回流焊将第二基板3与第一基板1贴合；

第3步：如图3，将MEMS芯片5和ASIC芯片6使用粘片胶贴装在第一基板1表面，电子元器件4、MEMS芯片5和ASIC芯片6贴装在第一基板1的同一面。MEMS芯片5优选使用低应力的硅胶粘接，ASIC芯片6优选使用绝缘胶或者DAF进行粘接；

第4步：如图4，进行打线连接，使得MEMS芯片5和ASIC芯片6均通过金丝1-1与第一基板1互联导通；

第5步：如图5，准备第三基板7，该第三基板7一侧开设有气孔11，将一耐高温胶膜8贴在第三基板7的背面，其作用是使第三基板7可以真空吸附在设备的平台上；

第6步：如图6，在第三基板7正面进行FCCSP芯片9的倒装贴装；

第7步：如图7，对FCCSP芯片9进行Under fill点胶，增强该芯片的焊接强度，最终使得FCCSP芯片9通过底部填充胶10贴装于第三基板7正面；

第8步：如图8，在第三基板7四周进行点胶或者锡膏，同时撕掉第三基板7背面的耐高温胶膜8；

第9步：将第8步所得基板通过基板压合的技术到扣在第4步所得基板上面，形成三层基板压合结构，如图9所示；

第10步：进行印字、切割，形成单颗的成品结构。

实施例2

如图1-4和图10所示，一种高度集成的MEMS传感器封装结构，包括一个第一基板1、两个第二基板3和一个第三基板7，第一基板1、第二基板3和第三基板7围成一方形的空腔，该空腔内且位于第一基板1上设置有电子元器件4、MEMS芯片5和ASIC芯片6，空腔内且位于第三基板7上设置有若干个FCCSP芯片9，位于第一基板1两侧的两个第二基板3上对称开设气孔11，使得空腔内外气压相同，无压差。

一种高度集成的MEMS传感器封装方法，包括以下步骤：

第1步：如图1，首先准备第一基板1，制作一个钢网，通过钢网印刷的方式印刷锡膏2在第一基板1表面；

第2步：如图2，准备第二基板3，两个第二基板3上对称开设有气孔11，先通过SMT贴片方式将电子元器件4贴装在第一基板1表面，再通用基板压合技术过回流焊将第二基板3与第一基板1贴合；

第3步：如图3，将MEMS芯片5和ASIC芯片6使用粘片胶贴装在第一基板1表面，电子元器件4、MEMS芯片5和ASIC芯片6贴装在第一基板1的同一面。MEMS芯片5优选使用低应力的硅胶粘接，ASIC芯片6优选使用绝缘胶或者DAF进行粘接；

第4步：如图4，进行打线连接，使得MEMS芯片5和ASIC芯片6均通过金丝1-1与第一基板1互联导通；

第5步：准备第三基板7，本实施例的第三基板7的背面不需贴附耐高温胶膜8；

第6步：在第三基板7正面进行FCCSP芯片9的倒装贴装；

第7步：对FCCSP芯片9进行Under fill点胶，增强该芯片的焊接强度，最终使得FCCSP芯片9通过底部填充胶10贴装于第三基板7正面；

第8步：在第三基板7四周进行点胶或者锡膏；

第9步：将第8步所得基板通过基板压合的技术到扣在第4步所得基板上面，形成三层基板压合结构，如图10所示；

第10步：进行印字、切割，形成单颗的成品结构。

余同实施例1。

本实用新型未具体描述的部分或结构采用现有技术或现有产品即可，在此不做赘述。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种高度集成的MEMS传感器封装结构，其特征在于，包括由若干个基板围成的空腔，所述空腔内集成设置有若干个芯片和/或电子元器件，芯片的类型可相同或不同，空腔上开设有若干个气孔，空腔内外气压相同。

2.根据权利要求1所述的一种高度集成的MEMS传感器封装结构，其特征在于，所述空腔由第一基板、第二基板和第三基板围成，所述第一基板与第三基板面面相对且二者之间通过第二基板相连接。

3.根据权利要求2所述的一种高度集成的MEMS传感器封装结构，其特征在于，所述空腔为由一个第一基板、两个第二基板和一个第三基板围成的方形结构，所述第一基板相对的两端对称设置有第二基板，所述第一基板与第三基板面面相对且二者长度相同。

4.根据权利要求2所述的一种高度集成的MEMS传感器封装结构，其特征在于，所述第一基板与第三基板上分别设置有芯片，所述第一基板与其上的芯片互联导通，所述第二基板或第三基板上开设若干个气孔。

5.根据权利要求4所述的一种高度集成的MEMS传感器封装结构，其特征在于，所述空腔内且位于第一基板上设置有电子元器件、MEMS芯片和ASIC芯片，所述MEMS芯片和ASIC芯片分别与第一基板互联导通，所述空腔内且位于第三基板上设置有若干个FCCSP芯片。

6.根据权利要求5所述的一种高度集成的MEMS传感器封装结构，其特征在于，所述第一基板上分别胶贴有一个MEMS芯片和一个ASIC芯片。

7.根据权利要求6所述的一种高度集成的MEMS传感器封装结构，其特征在于，所述MEMS芯片通过低应力的硅胶粘接于第一基板上，所述ASIC芯片通过绝缘胶或者DAF粘接于第一基板上。

8.根据权利要求5所述的一种高度集成的MEMS传感器封装结构，其特征在于，所述第三基板朝向空腔的一面设置有两个FCCSP芯片，所述第三基板背向FCCSP芯片的一面还贴附有耐高温胶膜，所述第三基板压合至第一基板上之前撕下耐高温胶膜。

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