CN111498791A - 微机电系统封装结构及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种微机电系统封装结构及其制作方法。其中，所述微机电系统封装结构的制作方法包括以下步骤：在基板的表面采用倒装技术贴装集成电路芯片；在所述集成电路芯片背向所述基板的表面贴装微机电系统芯片，并将所述微机电系统芯片与所述基板通过引线键合电性连接；向所述集成电路芯片与所述基板的间隙中进行点胶，以填充该间隙之后进行固化。本发明的技术方案能够减小底部填充操作时所需的点胶空间，从而有利于微机电系统封装结构的小型化。

Description

微机电系统封装结构及其制作方法

技术领域

本发明涉及半导体封装技术领域，特别涉及一种微机电系统封装结构及其制作方法。

背景技术

相关技术中，微机电系统封装结构包括基板、集成电路芯片及微机电系统芯片，其制作方法通常包括在基板的表面倒装集成电路芯片、清洗烘烤、等离子清洗、水滴角检测、底部填充、粘贴微机电系统芯片、金线键合等工序。其中，底部填充是通过点胶在集成电路芯片与基板之间填充胶水，由于在点胶过程中要保证填充的胶水不能影响后续的金线键合操作，则需要预留足够大的点胶空间，这不利于微机电系统封装结构的小型化。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种微机电系统封装结构及其制作方法，旨在减小底部填充操作时所需的点胶空间，从而有利于微机电系统封装结构的小型化。

为实现上述目的，本发明提出的微机电系统封装结构的制作方法，包括以下步骤：

在基板的表面采用倒装技术贴装集成电路芯片；

在所述集成电路芯片背向所述基板的表面贴装微机电系统芯片，并将所述微机电系统芯片与所述基板通过引线键合电性连接；

向所述集成电路芯片与所述基板的间隙中进行点胶，以填充该间隙之后进行固化。

可选地，所述基板的表面设置有导电触点，所述集成电路芯片的表面设置有导电凸点，在基板的表面采用倒装技术贴装集成电路芯片的步骤中，包括：

将所述集成电路芯片设置有所述导电凸点的表面朝向所述基板设置有所述导电触点的表面，进行贴装所述集成电路芯片，并使得所述导电凸点与所述导电触点电性抵接。

可选地，所述基板朝向所述集成电路芯片的表面设置有焊盘，所述微机电系统芯片的表面设置有引脚，在所述集成电路芯片背向所述基板的表面贴装微机电系统芯片，并将所述微机电系统芯片与所述基板通过引线键合电性连接的步骤中，包括：

将所述微机电系统芯片设置有所述引脚的表面背向所述集成电路芯片，采用粘片胶将微机电系统芯片贴装在所述集成电路芯片背向所述基板的表面，并固化粘片胶；

将所述引脚与所述焊盘通过引线键合电性连接。

可选地，在所述集成电路芯片背向所述基板的表面贴装微机电系统芯片的步骤之前，还包括：

对所述基板朝向所述集成电路芯片的表面进行清洗和烘烤。

可选地，向所述集成电路芯片与所述基板的间隙中进行点胶，以填充该间隙之后进行固化的步骤之后，还包括：

将金属罩壳贴装于所述基板朝向所述集成电路芯片的表面，以使得所述金属罩壳与所述基板围合形成容纳腔，所述集成电路芯片和所述微机电系统芯片均位于所述容纳腔内。

可选地，所述基板朝向所述集成电路芯片的表面还设置有导电层，所述导电层邻近所述基板的边缘设置，将金属罩壳贴装于所述基板朝向所述集成电路的表面的步骤中，包括：

将锡膏点涂在所述导电层的表面，并将金属罩壳贴装在所述锡膏处，进行焊接，以将所述金属罩壳固定于所述基板。

可选地，所述导电层为环状结构，并沿所述基板的周向环绕设置。

可选地，所述微机电系统芯片为传感器芯片。

可选地，将金属罩壳贴装于所述基板朝向所述集成电路芯片的表面，以使得所述金属罩壳与所述基板围合形成容纳腔，所述集成电路芯片和所述微机电系统芯片均位于所述容纳腔内的步骤之后，还包括：

在所述金属罩壳或所述基板的表面开设通孔，所述通孔连通所述容纳腔。

本发明还提出了一种微机电系统封装结构，所述微机电系统封装结构是由如前所述的微机电系统封装结构的制作方法制作得到。

本发明的技术方案，在制作微机电系统封装结构时，首先在基板的表面倒装集成电路芯片，然后在集成电路芯片背向基板的表面贴装微机电系统芯片，并将微机电系统芯片与基板通过引线键合电性连接，之后再向集成电路芯片与基板的间隙中进行点胶，以填充该间隙，并固化。这里点胶操作是在引线键合操作之后进行的，则点胶操作的胶水不会对引线键合操作造成影响，且引线键合操作所需的空间足够可以用来进行点胶操作，这样可以相对减小点胶操作所需的空间，有利于微机电系统封装结构的小型化。并且，可以省去原有的等离子清洗和水滴角检测工序，有效地避免了等离子清洗操作对微机电系统造成影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明微机电系统封装结构的制作方法一实施例的步骤流程图；

图2为微机电系统封装结构的制作方法另一实施例的步骤流程图；

图3为微机电系统封装结构的制作方法又一实施例的步骤流程图；

图4为本发明微机电系统封装结构一实施例的剖视结构示意图；

图5为微机电系统封装结构另一视角的局部剖视结构示意图；

图6为图5中移除金属罩壳后的结构示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种微机电系统封装结构100的制作方法，用于制作微机电系统(MEMS,Micro-Electro-Mechanical System)封装结构100。

需要说明的是，由于集成电路芯片20是采用倒装技术贴装在基板10的表面，这样集成电路芯片20与基板10之间会存在间隙，为了保证二者连接的牢固性，且保证后续MEMS芯片的顺利贴装，常规的做法是先对集成电路芯片20与基板10的间隙进行填充，然后再进行MEMS芯片的贴装，这样会对点胶填充操作要求较高，以保证填充的胶水不会对后续MEMS芯片的引线键合操作造成影响，即需要足够大的点胶空间。该常规操作也是基于现有制作工艺流程的，而本发明是打破常规的技术构思，对制作工艺流程进行改进，以减小点胶填充所需的空间。并且，常规操作中，在点胶填充操作之间，往往进行等离子清洗基板10，以清除表面氧化物，提高胶水在基板10表面的润滑性，以使其流动性较好，便于更好更快地填充间隙。之后采用水滴角对基板10表面的润湿性进行检测。但是这里的等离子清洗会对MEMS芯片产生影响。而本发明省去等离子清洗基板10步骤，先对MEMS芯片进行引线键合，后进行点胶填充间隙，这样点胶间隙时，不需要保证胶水具有较好的流动性，这样反而能够保证胶水不会流出对MEMS芯片的引线键合操作造成影响，保证了MEMS芯片的可靠性。

如图1所示，在本发明微机电系统封装结构100的制作方法一实施例中，该制作方法包括以下步骤：

步骤S10，在基板10的表面采用倒装技术贴装集成电路芯片20；

步骤S20，在所述集成电路芯片20背向所述基板10的表面贴装微机电系统芯片30，并将所述微机电系统芯片30与所述基板10通过引线键合电性连接；

步骤S30，向所述集成电路芯片20与所述基板10的间隙中进行点胶，以填充该间隙之后进行固化。

具体地，这里基板10为线路基板10，采用倒装芯片技术将集成电路芯片20倒装在线路基板10的表面，集成电路芯片20的表面设置有焊球，比如锡铅球，加热熔融焊球，以将集成电路芯片20倒装在线路基板10的表面，并且，倒装后集成电路芯片20与线路基板10电性导通。这里采用倒装集成电路芯片20的方式使得集成电路与基板10电性导通，替代了常规的引线键合操作，具有较好的电学和热学性能，且有利于封装结构的小型化。之后，在集成电路芯片20背向基板10的表面贴装微机电系统芯片30(MEMS,Micro-Electro-Mechanical System)，其贴装方式一般采用胶粘方式，简单且有效。并采用引线键合技术将微机电系统芯片30与基板10通过引线32电性导通。之后，采用点胶操作对集成电路芯片20与基板10的间隙进行填充胶水，以加强集成电路芯片20的设置稳固性。这里胶水采用低粘度的胶水便可实现填充效果，胶水的主要化学成分为环氧树脂，经过加热烘烤固化后，便可得到填充胶层22，可以有效地支撑固定集成电路芯片20。这里填充胶水操作是在引线键合操作之后进行的，则填充的胶水不会对引线键合操作造成影响，且引线键合操作所需的空间足够可以进行填充胶水操作，这样可以相对减小填充胶水操作的空间，有利于微机电系统封装结构100的小型化。并且，可以省去原有的等离子清洗和水滴角检测工序，有效地避免了等离子清洗操作对微机电系统造成影响。

因此，可以理解的，本发明的技术方案，在制作微机电系统封装结构100时，首先在基板10的表面倒装集成电路芯片20，然后在集成电路芯片20背向基板10的表面贴装微机电系统芯片30，并将微机电系统芯片30与基板10通过引线键合电性连接，之后再向集成电路芯片20与基板10的间隙中进行点胶，并固化。这里填充胶水操作是在引线键合操作之后进行的，则填充的胶水不会对引线键合操作造成影响，且引线键合操作所需的空间足够可以用来进行点胶操作，这样可以相对减小填充胶水操作所需的空间，有利于微机电系统封装结构100的小型化。并且，可以省去原有的等离子清洗和水滴角检测工序，有效地避免了等离子清洗操作对微机电系统造成影响。

请参阅图3和图4，基板10的表面设置有导电触点，集成电路芯片20的表面设置有导电凸点21，步骤S10包括：

步骤S10a，将所述集成电路芯片20设置有所述导电凸点21的表面朝向所述基板10设置有所述导电触点的表面，进行倒装所述集成电路芯片20，并使得所述导电凸点21与所述导电触点电性抵接。

这里基板10为线路基板10，线路基板10具有相对的两表面，其一表面导电触点，导电触点设置有多个，多个导电触点之间通过重布线路电性导通。导电凸点21为焊球，同样设置有多个，多个导电凸点21间隔设置于集成电路芯片20的表面，且集成电路芯片20的表面形成有线路图形，多个导电凸点21通过线路图形电性连通。在倒装集成电路芯片20时，对导电凸点21进行加热使其熔化，使得导通凸点焊接于对应的导电触点，这样可以完成集成电路芯片20的倒装操作，同时保证集成电路芯片20与线路基板10电性导通。

可以理解的，由于集成电路芯片20与线路基板10之间通过导电凸点21和导电触点抵接来实现电性导通，则集成电路芯片20和线路基板10之间存在间隙，之后采用点胶工艺，向该间隙内填充胶水即可保证集成电路芯片20的设置稳固性。

请参阅图3至图6，基板10朝向集成电路芯片20的表面设置有焊盘11，微机电系统芯片30的表面设置有引脚33，步骤S20中，包括：

步骤S20a，将所述微机电系统芯片30设置有所述引脚33的表面背向所述集成电路芯片20，采用粘片胶将微机电系统芯片30贴装在所述集成电路芯片20背向所述基板10的表面，并固化粘片胶；

步骤S20b，将所述引脚33与所述焊盘11通过引线键合电性连接。

具体地，焊盘11呈长条状，沿其长度方向设置有多个焊点；相应地，引脚33也设置有多个，多个引脚33成排设置于微机电系统芯片30的表面。在贴装微机电系统芯片30时，在微机电系统芯片30未设置引脚33的表面涂覆一层粘片胶层31，将微机电系统芯片30设置有引脚33的表面背向集成电路芯片20，此时，粘片胶层31朝向集成电路芯片20，这样便可以将微机电系统芯片30通过粘片胶层31粘接在集成电路背向基板10的表面。之后采用引线键合工艺将引脚33与焊盘11电性连接，即相对应的引脚33和焊盘11之间采用引线32连接，这里引线32一般为金线，如此便可实现微机电系统芯片30与线路基板10的电性导通。

需要说明的是，线路基板10背向焊盘11的表面开设有显露口，以用于显露焊盘11，焊盘11可以用来接地或连接外部电子器件。

进一步地，步骤S20之前，还包括：

步骤S11，对所述基板10朝向所述集成电路芯片20的表面进行清洗和烘烤。

由于在倒装集成电路芯片20的过程中进行焊接操作，则基板10朝向集成电路芯片20的表面会存在残留物，比如一些助焊剂残留物，这里通过清洗可以有效地将残留物清除，之后采用烘烤烘干清洗残留的水分，便可得到干燥的基板10。这里清洗剂可以采用清水或醇溶剂。

进一步地，请参阅图2至图4，步骤S30之后，还包括：

步骤S40，将金属罩壳40贴装于所述基板10朝向所述集成电路芯片20的表面，以使得所述金属罩壳40与所述基板10围合形成容纳腔50，所述集成电路芯片20和所述微机电系统芯片30均位于所述容纳腔50内。

这里金属罩壳40的材质一般为金属铜，通常采用焊接的方式贴装在基板10朝向集成电路芯片20的表面，这样金属罩壳40与基板10便围合形成有容纳腔50，集成电路芯片20和微机电系统芯片30均位于该容纳腔50内。

请参阅图3、图5及图6，基板10朝向集成电路芯片20的表面还设置有导电层12，导电层12邻近基板10的边缘设置，步骤S40中，包括：

步骤S40a，将锡膏点涂在所述导电层12的表面，并将金属罩壳40贴装在所述锡膏处，进行焊接，以将所述金属罩壳40固定于所述基板10。

具体地，导电金属层为裸露铜层，形成在线路基板10朝向集成电路芯片20的表面，并邻近基板10的边缘设置。在贴装金属罩壳40时，经锡膏点涂在导电层12的表面，之后将金属罩体贴装在锡膏处，进行焊接，便可以将金属罩壳40固定连接于基板10。需要说明的是，这里在焊接时可以对锡膏进行回流，以保证其焊接效果，同时锡膏得到了充分的利用，其资源利用率较高。

可选地，导电层12为环状结构，并沿基板10的周向环绕设置。这里导电层12为环状结构，其形状与金属罩壳40的形状相同，且二者尺寸相适配，这样，在贴装金属罩壳40时，金属罩壳40能够充分地与导电层12接触，采用锡膏焊接便可固定金属罩壳40，这样可以保证金属罩壳40的设置稳固性，同时保证金属罩壳40与基板10电性导通，可以通过金属罩壳40来消除外部电磁对微机电系统封装结构100内的芯片造成干扰。

在本发明的一实施例中，微机电系统芯片30为传感器芯片。传感器芯片可以为环境传感器芯片，比如温度传感器芯片、湿度传感器芯片或气压传感器芯片；传感器芯片也可以为声学传感器芯片，比如麦克风芯片。这样微机电系统结构即为传感器封装结构，用来检测外界环境变化或感应声音变化。

可以理解的，这里传感器芯片可以设置有至少两个，其中的两个传感器芯片可以间隔贴装在集成电路芯片20背向基板10的表面，也可以层叠设置，且每一个传感器芯片均通过引线键合与基板10电性连通。

当微机电系统芯片30为传感器芯片时，步骤S40之后，还包括：

步骤S41，在所述金属罩壳40或所述基板10的表面开设通孔41，所述通孔41连通所述容纳腔50。

这里通孔41的开设，可以用来感应外界环境变化或检测声音变化。

请参阅图1至图5，在本发明的一实施例中，通孔41开设有金属罩壳40的表面，通孔41大致呈圆形，并对应于传感器芯片开设，这样可以更有效地外界环境变化或检测声音变化。

本发明还提出了一种微机电系统封装结构100，微机电系统封装结构100是由如上所述的微机电系统封装结构100的制作方法制作得到。

请参阅图4至图6，微机电系统封装结构100包括基板10、集成电路芯片20、微机电系统芯片30及金属罩壳40，集成电路芯片20倒装在基板10的表面，且二者电性导通，基板10和集成电路芯片20之间设置填充胶层22，以加强集成电路芯片20的设置稳固性。微机电系统芯片30采用粘片胶层31胶接在集成电路芯片20背向基板10的表面，并通过引线32与基板10电性连接，金属罩壳40罩设于基板10朝向集成电路芯片20的表面，并与基板10围合形成容纳腔50，集成电路芯片20和微机电系统芯片30均位于该容纳腔50内。这里金属罩壳40是通过焊接方式固定于基板10表面的导电层12，则金属罩壳40与基板10电性导通，这样可以有效地屏蔽外部电磁干扰。

可以理解的，在制作微机电系统封装结构100时，由于填充胶水操作是在引线键合操作之后进行的，则填充的胶水不会对引线键合操作造成影响，且引线键合操作所需的空间足够可以用来进行点胶操作，这样可以相对减小填充胶水操作所需的空间，则制作得到的微机电系统封装结构100的尺寸相对较小。并且，可以省去原有的等离子清洗和水滴角检测工序，有效地避免了等离子清洗操作对微机电系统造成影响，如此可以保证制作得到的微机电系统封装结构100具有较好的稳定性和可靠性。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种微机电系统封装结构的制作方法，其特征在于，所述微机电系统封装结构的制作方法包括以下步骤：

在基板的表面采用倒装技术贴装集成电路芯片；

在所述集成电路芯片背向所述基板的表面贴装微机电系统芯片，并将所述微机电系统芯片与所述基板通过引线键合电性连接；

向所述集成电路芯片与所述基板的间隙中进行点胶，以填充该间隙之后进行固化。

2.如权利要求1所述的微机电系统封装结构的制作方法，其特征在于，所述基板的表面设置有导电触点，所述集成电路芯片的表面设置有导电凸点，在基板的表面采用倒装技术贴装集成电路芯片的步骤中，包括：

将所述集成电路芯片设置有所述导电凸点的表面朝向所述基板设置有所述导电触点的表面，进行贴装所述集成电路芯片，并使得所述导电凸点与所述导电触点电性抵接。

3.如权利要求1所述的微机电系统封装结构的制作方法，其特征在于，所述基板朝向所述集成电路芯片的表面设置有焊盘，所述微机电系统芯片的表面设置有引脚，在所述集成电路芯片背向所述基板的表面贴装微机电系统芯片，并将所述微机电系统芯片与所述基板通过引线键合电性连接的步骤中，包括：

将所述微机电系统芯片设置有所述引脚的表面背向所述集成电路芯片，采用粘片胶将微机电系统芯片贴装在所述集成电路芯片背向所述基板的表面，并固化粘片胶；

将所述引脚与所述焊盘通过引线键合电性连接。

4.如权利要求1所述的微机电系统封装结构的制作方法，其特征在于，在所述集成电路芯片背向所述基板的表面贴装微机电系统芯片的步骤之前，还包括：

对所述基板朝向所述集成电路芯片的表面进行清洗和烘烤。

5.如权利要求1至4中任一项所述的微机电系统封装结构的制作方法，其特征在于，向所述集成电路芯片与所述基板的间隙中进行点胶，以填充该间隙之后进行固化的步骤之后，还包括：

将金属罩壳贴装于所述基板朝向所述集成电路芯片的表面，以使得所述金属罩壳与所述基板围合形成容纳腔，所述集成电路芯片和所述微机电系统芯片均位于所述容纳腔内。

6.如权利要求5所述的微机电系统封装结构的制作方法，其特征在于，所述基板朝向所述集成电路芯片的表面还设置有导电层，所述导电层邻近所述基板的边缘设置，将金属罩壳贴装于所述基板朝向所述集成电路的表面的步骤中，包括：

将锡膏点涂在所述导电层的表面，并将金属罩壳贴装在所述锡膏处，进行焊接，以将所述金属罩壳固定于所述基板。

7.如权利要求6所述的微机电系统封装结构的制作方法，其特征在于，所述导电层为环状结构，并沿所述基板的周向环绕设置。

8.如权利要求5所述的微机电系统封装结构的制作方法，其特征在于，所述微机电系统芯片为传感器芯片。

9.如权利要求8所述的微机电系统封装结构的制作方法，其特征在于，将金属罩壳贴装于所述基板朝向所述集成电路芯片的表面，以使得所述金属罩壳与所述基板围合形成容纳腔，所述集成电路芯片和所述微机电系统芯片均位于所述容纳腔内的步骤之后，还包括：

在所述金属罩壳或所述基板的表面开设通孔，所述通孔连通所述容纳腔。

10.一种微机电系统封装结构，其特征在于，所述微机电系统封装结构是由如权利要求1至9中任一项所述的微机电系统封装结构的制作方法制作得到。

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