CN218909865U - 一种集成惯性传感器和磁传感器的封装结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种集成惯性传感器和磁传感器的封装结构，其包括：第一半导体圆片，其正面设置有磁传感器，其背面设置有第一空腔和贯穿第一半导体圆片的导电窗口；第二半导体圆片，其正面与第一半导体圆片的背面相对且相互键合，第二半导体圆片的正面与第一空腔的相对位置处设置有第三空腔和惯性传感器；第二半导体圆片的正面与导电窗口的相对位置处设置有金属焊盘。与现有技术相比，本实用新型通过WLP扇出型的封装方式，将惯性传感器和磁传感器传感器集成到一个封装体内部，一方面可以缩短产品的加工周期，降低了加工成本；另一方面，产品的集成度更高，减小了封装体积，应用前景更广泛。

Description

一种集成惯性传感器和磁传感器的封装结构

【技术领域】

本实用新型涉及集成式传感器技术领域，尤其涉及一种集成惯性传感器和磁传感器的封装结构。

【背景技术】

近些年来，微电子集成技术的研究和开发在CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor，即互补金属氧化物半导体)和MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，即微机电系统)领域取得了惊人的进展。CMOS技术已经成为集成电路(IC)的主要制造技术。然而，MEMS仍然依赖于传统工艺技术。用通俗的话来说，CMOS电路就是“大脑”，提供决策能力，而MEMS是“眼睛”和“手臂”，提供感知和控制环境的能力。近些年来，消费类电子发展迅猛，伴随着智能手机的热销，传感器的应用领域越来越广泛。通常情况下，不同功能的传感器往往独立运用来实现其功能。随着消费类电子逐渐向轻，薄，小的方向发展，且对灵敏度的要求也越来越高，常规三轴传感器无法满足要求。因此，有必要提出集成度更高的多轴传感器满足市场需求。且不同传感器集成的同时，又对封装的尺寸和加工的成本提出了更高的要求。

【实用新型内容】

本实用新型的目的之一在于提供一种集成惯性传感器和磁传感器的封装结构，其通过WLP(Wafer Level Package，即晶圆级封装)扇出型的封装方式，将惯性传感器和磁传感器集成到一个封装体内部，一方面可以缩短产品的加工周期，降低了加工成本；另一方面，产品的集成度更高，减小了封装体积，应用前景更广泛。

根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供一种集成惯性传感器和磁传感器的封装结构，其包括：第一半导体圆片，其正面设置有磁传感器，其背面设置有第一空腔和贯穿所述第一半导体圆片的导电窗口；第二半导体圆片，其正面与所述第一半导体圆片的背面相对且相互键合，所述第二半导体圆片的正面与所述第一空腔的相对位置处设置有第三空腔和惯性传感器；所述第二半导体圆片的正面与所述导电窗口的相对位置处设置有金属焊盘。

进一步的，所述集成惯性传感器和磁传感器的封装结构还包括：塑封料层，其填充并覆盖所述导电窗口，以及覆盖所述第一半导体圆片的正面；金属导线，其由所述金属焊盘和所述磁传感器引出并再分布到所述塑封料层远离所述第一半导体圆片的一侧表面。

进一步的，所述塑封料层在与所述金属焊盘和所述磁传感器的相对位置处分别设置有贯穿所述塑封料层的通孔，以露出所述金属焊盘和所述磁传感器；所述金属导线经所述通孔引出所述金属焊盘和所述磁传感器并再分布到所述塑封料层远离所述第一半导体圆片的一侧表面。

进一步的，所述第一空腔和第三空腔构成腔体A；所述惯性传感器位于所述腔体A内；所述金属焊盘与所述惯性传感器电连接；所述磁传感器与所述腔体A相对，且所述磁传感器位于所述导电窗口或金属焊盘的一侧。

进一步的，所述磁传感器包括磁传感器的控制单元及驱动电路；所述惯性传感器包括惯性传感器的控制单元及驱动电路。

进一步的，所述集成惯性传感器和磁传感器的封装结构还包括：焊球，其设置于所述塑封料层远离所述第一半导体圆片的一侧表面。

进一步的，所述惯性传感器为加速度传感器或陀螺仪；和/或所述腔体A为真空或包含一定大气压的气体。

与现有技术相比，本实用新型通过WLP(Wafer Level Package，即晶圆级封装)扇出型的封装方式，将惯性传感器和磁传感器传感器集成到一个封装体内部，一方面可以缩短产品的加工周期，降低了加工成本；另一方面，产品的集成度更高，减小了封装体积，应用前景更广泛。

【附图说明】

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本实用新型在一个实施例中的集成惯性传感器和磁传感器的封装结构的纵向剖面示意图；

图2为本实用新型在一个实施例中的集成惯性传感器和磁传感器的封装结构的封装方法的流程示意图；

图3-图12为本实用新型在一个实施例中图2所示的各步骤对应的纵剖面图。

【具体实施方式】

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本实用新型至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。除非特别说明，本文中的连接、相连、相接的表示电性连接的词均表示直接或间接电性相连。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“正”、“背”、“左”、“右”、“竖直”、“垂直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

请参考图1所示，其为本实用新型在一个实施例中的集成惯性传感器和磁传感器的封装结构的纵向剖面示意图，其将惯性传感器和磁传感器集成到一个封装体内部。图1所示的集成惯性传感器和磁传感器的封装结构包括第一半导体圆片1、第二半导体圆片2和塑封料层3。通过半导体圆片级封装后，会进行半导体圆片切割的步骤以形成多个相互独立的封装结构，即独立芯片。以半导体圆片切割前的角度来看，即半导体圆片级的角度来看，第一半导体圆片1和第二半导体圆片2是两个独立的半导体圆片，以半导体圆片切割后的角度来看，即芯片级的角度来看，第一半导体圆片1和第二半导体圆片2可以被理解为各个半导体圆片的晶片。

第一半导体圆片1的正面设置有磁传感器103和磁传感器的焊垫105，其背面设置有第一空腔101和贯穿第一半导体圆片1的导电窗口104，其中，磁传感器103和磁传感器的焊垫105相对且电连接。在一个实施例中，磁传感器103包括磁传感器的控制单元及驱动电路。

第二半导体圆片2的正面与第一半导体圆片1的背面相对(或相邻)且相互键合，第二半导体圆片2的正面与第一空腔101的相对位置处设置有第三空腔201和惯性传感器202；第二半导体圆片2的正面与导电窗口104的相对位置处设置有金属焊盘203；金属焊盘203与惯性传感器202电连接。其中，第一半导体圆片1和第二半导体圆片2的键合可以通过胶水键合，金属键合或阳极键合的方式实现。

在图1所示的具体实施例中，第一空腔101和第三空腔201构成腔体A，惯性传感器202位于腔体A内；磁传感器103与腔体A相对，且磁传感器103位于导电窗口104或金属焊盘203的一侧。其中，腔体A可以为真空或包含一定大气压的气体。在一个实施例中，惯性传感器202包括惯性传感器的控制单元及驱动电路。惯性传感器可以为加速度传感器或陀螺仪。

在图1所示的实施例中，在键合后的第一半导体圆片1的正面设置有塑封料层3，其中，塑封料层3填充并覆盖导电窗口104，以及覆盖第一半导体圆片1的正面；在塑封料层3远离第一半导体圆片1的一侧表面设置有金属导线(或再布线层)4，金属导线4由金属焊盘203和磁传感器103(或磁传感器的焊垫105)引出并再分布到塑封料层3远离第一半导体圆片1的一侧表面。其中，金属焊盘203和磁传感器103(或磁传感器的焊垫105)的引出方式是通过在塑封料层3上打孔并通过孔壁的布线金属引出，是通过通孔工艺实现的，具体的，塑封料层3在与金属焊盘203和磁传感器103(或磁传感器的焊垫105)的相对位置处分别设置有贯穿塑封料层3的通孔301，以露出金属焊盘203和磁传感器103(或磁传感器的焊垫105)；金属导线4经通孔301引出金属焊盘203和磁传感器103(或磁传感器的焊垫105)并再分布到塑封料层3远离第一半导体圆片1的一侧表面。

在图1所示的实施例中，在分布有金属导线4的塑封料层3远离第一半导体圆片1的一侧表面覆盖有钝化层5；在塑封料层3远离第一半导体圆片1的一侧表面设置有焊球6，金属焊盘203和焊球6均可作为信号触点。

请参考图2所示，其为本实用新型在一个实施例中的集成惯性传感器和磁传感器的封装结构的封装方法的流程示意图；请参考图3-图12所示，其为本实用新型在一个实施例中，图2所示的各步骤对应的纵剖面图。图2所示的集成惯性传感器和磁传感器的封装结构的封装方法包括如下步骤。

步骤210、如图3所示，提供第一半导体圆片1，在第一半导体圆片1的背面设置有第一空腔101和第二空腔102。在图3所示的实施例中，第一空腔101和第二空腔102的深度不同，其中，第一空腔101的深度小于第二空腔102的深度。

步骤220、如图4所示，提供第二半导体圆片2，在第二半导体圆片2的正面设置有第三空腔201、惯性传感器202和金属焊盘203。在图4所示的实施例中，惯性传感器202悬置于第三空腔201上，金属焊盘203位于第三空腔201的一侧，金属焊盘203与惯性传感器202电连接。在一个实施例中，惯性传感器202包括惯性传感器的控制单元及驱动电路。惯性传感器可以为加速度传感器或陀螺仪。

步骤230、如图5所示，将第一半导体圆片1的背面与第二半导体圆片2的正面相键合，键合后，第一半导体圆片1的背面与第二半导体圆片2的正面相对(或相邻)，且第一半导体圆片1背面的第二空腔102与第二半导体圆片2正面的金属焊盘203相对，第一半导体圆片1背面的第一空腔101与第二半导体圆片2正面的第三空腔201和惯性传感器202相对。其中，第一半导体圆片1和第二半导体圆片2的键合可以通过胶水键合，金属键合或阳极键合的方式实现。

步骤240、如图6所示，在键合后的第一半导体圆片1正面形成磁传感器103和磁传感器的焊垫105，其中，磁传感器103和磁传感器的焊垫105相对且电连接。在图6所示的实施例中，磁传感器103与第一空腔101相对，且磁传感器103位于第二空腔102的一侧。在一个实施例中，磁传感器103包括磁传感器的控制单元及驱动电路。

步骤250、如图7所示，刻蚀掉第一半导体圆片1的第二空腔102的底部，以形成贯穿第一半导体圆片1的导电窗口104，金属焊盘203从导电窗口104露出。

步骤260、如图8所示，从第一半导体圆片1的正面，用塑封料对键合在一起的第一半导体圆片1和第二半导体圆片2进行圆片级的包封，以形成塑封料层3，塑封料层3填充并覆盖导电窗口104，以及覆盖形成有磁传感器103和磁传感器的焊垫105的第一半导体圆片1的正面。

步骤270、如图9和图10所示，在塑封料层3远离第一半导体圆片1的一侧表面形成金属导线(或再布线层)4，金属导线4由金属焊盘203和磁传感器103(或磁传感器的焊垫105)引出并再分布到塑封料层3远离第一半导体圆片1的一侧表面。在图9和图10所示的实施例中，金属焊盘203和磁传感器103(或磁传感器的焊垫105)的引出方式是通过在塑封料层3上打孔并通过孔壁的布线金属引出，是通过通孔工艺实现的，其具体包括如下步骤：如图9所示，通过激光钻孔工艺，在塑封料层3与金属焊盘203和磁传感器103(或磁传感器的焊垫105)的相对位置处分别形成贯穿塑封料层3的通孔301，以露出金属焊盘203和磁传感器103(或磁传感器的焊垫105)；如图10所示，通过再布线工艺，将通孔301填满，并将金属导线4引申至塑封料层3远离第一半导体圆片1的一侧表面，也就是说，经通孔301将金属焊盘203和磁传感器103(或磁传感器的焊垫105)引出至塑封料层3远离第一半导体圆片1的一侧表面，并将引出的金属导线4在塑封料层3远离第一半导体圆片1的一侧表面再分布。

步骤280、如图11所示，通过钝化工艺，在分布有金属导线4的塑封料层3远离第一半导体圆片1的一侧表面覆盖钝化层5。

步骤290、如图12所示，通过光刻工艺图像化钝化层5，并通过植球设置焊球6，也可以说，在形成金属导线4和钝化层5的塑封料层3远离第一半导体圆片1的一侧表面设置焊球6，从而使键合后的第一半导体圆片1和第二半导体圆片2形成完整的晶圆级扇出封装体。其中，金属焊盘203和焊球6均可作为信号触点。

步骤300，切割晶圆级扇出封装体，以得到如图12所示的单颗芯片结构(或单颗封装体)。在图12所示的具体实施例中，第一空腔101和第三空腔201构成腔体A，惯性传感器202位于腔体A内；磁传感器103与腔体A相对，且磁传感器103位于导电窗口104或金属焊盘203的一侧。其中，腔体A可以为真空或包含一定大气压的气体。

综上所述，本实用新型通过WLP(Wafer Level Package，即晶圆级封装)扇出型的封装方式，将惯性传感器和磁传感器传感器集成到一个封装体内部，一方面可以缩短产品的加工周期，降低了加工成本；另一方面，产品的集成度更高，减小了封装体积，应用前景更广泛。

在本实用新型中，“连接”、“相连”、“连”、“接”等表示电性连接的词语，如无特别说明，则表示直接或间接的电性连接。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式，本实用新型的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本实用新型揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (7)

1.一种集成惯性传感器和磁传感器的封装结构，其特征在于，其包括：

第一半导体圆片(1)，其正面设置有磁传感器(103)，其背面设置有第一空腔(101)和贯穿所述第一半导体圆片(1)的导电窗口(104)；

第二半导体圆片(2)，其正面与所述第一半导体圆片(1)的背面相对且相互键合，所述第二半导体圆片(2)的正面与所述第一空腔(101)的相对位置处设置有第三空腔(201)和惯性传感器(202)；所述第二半导体圆片(2)的正面与所述导电窗口(104)的相对位置处设置有金属焊盘(203)。

2.根据权利要求1所述的集成惯性传感器和磁传感器的封装结构，其特征在于，其还包括：

塑封料层(3)，其填充并覆盖所述导电窗口(104)，以及覆盖所述第一半导体圆片(1)的正面；

金属导线(4)，其由所述金属焊盘(203)和所述磁传感器(103)引出并再分布到所述塑封料层(3)远离所述第一半导体圆片(1)的一侧表面。

3.根据权利要求2所述的集成惯性传感器和磁传感器的封装结构，其特征在于，

所述塑封料层(3)在与所述金属焊盘(203)和所述磁传感器(103)的相对位置处分别设置有贯穿所述塑封料层(3)的通孔(301)，以露出所述金属焊盘(203)和所述磁传感器(103)；

所述金属导线(4)经所述通孔(301)引出所述金属焊盘(203)和所述磁传感器(103)并再分布到所述塑封料层(3)远离所述第一半导体圆片(1)的一侧表面。

4.根据权利要求1所述的集成惯性传感器和磁传感器的封装结构，其特征在于，

所述第一空腔(101)和第三空腔(201)构成腔体A；

所述惯性传感器(202)位于所述腔体A内；

所述金属焊盘(203)与所述惯性传感器(202)电连接；

所述磁传感器(103)与所述腔体A相对，且所述磁传感器(103)位于所述导电窗口(104)或金属焊盘(203)的一侧。

5.根据权利要求1所述的集成惯性传感器和磁传感器的封装结构，其特征在于，

所述磁传感器(103)包括磁传感器的控制单元及驱动电路；

所述惯性传感器(202)包括惯性传感器的控制单元及驱动电路。

6.根据权利要求2所述的集成惯性传感器和磁传感器的封装结构，其特征在于，其还包括：

焊球(6)，其设置于所述塑封料层(3)远离所述第一半导体圆片(1)的一侧表面。

7.根据权利要求4所述的集成惯性传感器和磁传感器的封装结构，其特征在于，

所述惯性传感器(202)为加速度传感器或陀螺仪；和/或

所述腔体A为真空或包含一定大气压的气体。

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