五金件、微机电传感器封装结构及制造方法与流程

本发明涉及微机电传感器技术领域，更具体地，涉及一种五金件及使用该五金件的微机电传感器封装结构。

背景技术：

微机电传感器组件的封装具有不同功能。封装保护组件免受机械的和化学的环境影响。此外，封装或壳体的类型确定了在使用地点如何安装和接通所述组件。在此特别重要的是用于smt(surfacemountingtechnology：表面安装技术)安装的壳体。在微机电传感器中，壳体承担着一部分传感器功能，起到传递和缓冲声音、压力、加速度等物理信息的作用，因为传感器敏感芯片最终接收到的非电物理量也会由壳体的构型决定性地确定。由此，壳体对微机电传感器的传递特性及性能具有重要影响。

以麦克风封装结构为例，在现有技术中，其壳体多为散装设计，并非像基板一样采用整板设计，在进行批量作业时，需通过工装治具将多个壳体对齐，并等高固定，才可进一步地使其与基板连接，工艺流程繁琐。又或者壳体通过冲压制成，作为与基板相同的整板结构，但是在切割时会遇到壳体与基板紧贴在一起的问题，无法分开，切割时无论使用树脂刀还是金属刀，刀具将受到明显损伤。且如此执行需要专门开模，相应成本居高不下。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种五金件、微机电传感器封装结构及制造方法，以解决现有技术中存在的生产成本高、工艺流程复杂、产品良率低、一致性差、生产效率低的问题。提高微机电传感器封装结构的生产效率、产品良率并简化工艺流程、降低其生产成本。

一方面，本发明提供一种五金件，其特征在于，包括：

多个壳体，所述壳体由金属材料经过刻蚀制成，壳体之间通过连接筋相连；

其中，所述壳体包括顶面和侧壁，所述顶面设有通孔，所述顶面与所述连接筋的一个表面处于同一平面。

优选地，每连续十个壳体中至少一个壳体的至少一边未设置连接筋。

优选地，还包括：

工艺边，所述工艺边位于所述多个壳体的外围，所述工艺边上设有定位标记。

优选地，所述侧壁的下表面设有第一焊盘。

另一方面，本发明还提供一种微机电传感器封装结构，其特征在于，包括：

基板；

设置在所述基板上的壳体，所述壳体与所述基板之间形成空腔；

设置在所述空腔内的mems芯片、asic芯片和连接件；

其中，所述壳体通过如上所述的五金件加工而成，所述mems芯片和所述asic芯片经由金属线通过所述连接件与所述基板电连接。

再一方面，本发明还提供一种微机电传感器封装结构的制造方法，其特征在于，包括：

制备五金件；

制备基板拼板；

在所述五金件与所述基板拼板的至少一者上贴装元件；

将所述五金件与所述基板拼板相连接，形成组合拼板；

对组合拼板进行分割，以获取多个独立的微机电传感器封装结构；

其中，所述五金件与所述基板拼板通过连接材料相连接，所述五金件中的壳体与所述基板拼板中的基板之间形成空腔，贴装的元件位于所述空腔中。

优选地，所述元件包括mems芯片、asic芯片和连接件，所述空腔内的mems芯片、asic芯片和连接件之间通过金属线电连接。

优选地，所述连接材料包括锡膏、导电胶、绝缘胶中的至少一种，通过连接材料设置所述五金件与所述基板拼板的机械连接，并可按需要决定是否使用导电连接材料同时设置电气连接。

优选地，所述连接件包括主体、第一金属层和第一阻焊层，所述主体的底部与所述壳体的顶面内侧相连，所述金属层位于所述主体的顶部，部分所述金属层上设置有第一阻焊层。

优选地，所述基板上设有与所述连接件相对应的第二金属层，部分所述第二金属层上设有第二阻焊层，所述第一阻焊层与所述第二阻焊层用于为焊接及金属线的设置提供相应的空间。

优选地，通过网板向所述基板拼板的待连接部位涂设连接材料，使所述连接材料固化后的厚度为20-80um，且第一阻焊层与第二阻焊层以及第二金属层的厚度之和，不小于连接件上的金属线的线弧高度。

优选地，通过刀具的一次进给，完成对所述组合拼板的分割，获取多个独立的微机电传感器封装结构。

本发明实施例提供的五金件、微机电传感器封装结构及制造方法，通过将壳体与基板进行拼板设计，以分别获得五金件及基板拼板，使原本需要逐个生产的微机电传感器封装结构可以实现整板的批量生产，有利于控制生产产品的一致性，提高了生产效率和产品良率，并简化了工艺流程，降低了生产成本。

进一步地，五金件中的壳体由金属材料经过刻蚀制成，具有明显的凹形特征，使得连接筋的一个表面与顶面处于同一平面，使后续形成的组合拼板中，连接筋位于基板拼板的下方，而非紧密相连，便于进行针对性的切割。同时，在五金件中尽量减少非必要的连接筋，可以有效减少后续切割刀具的磨损及切割时间；在工艺边设置定位标识，可显著提高与基板拼板之间的对位精度。通过网板进行连接材料的涂设，可以有效的控制连接材料的厚度及均匀性，保证产品的连接质量，并通过阻焊层为金属线的设置提供充足的空间。该五金件可以兼容集成电路贴片设备，贴装便捷，不良品能通过aoi(autoopticalinspection,自动光学检验)功能进行筛除，可进行大规模自动化生产。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出了本发明实施例的微机电传感器封装结构的制造方法的示意图。

图2示出了本发明实施例的五金件的局部示意图。

图3示出了本发明实施例的五金件的第一焊盘的示意图。

图4示出了本发明实施例的五金件贴装的示意图。

图5示出了本发明实施例的连接件的示意图。

图6示出了本发明实施例的基板拼板的局部示意图。

图7示出了本发明实施例的基板拼板涂设连接材料的示意图。

图8示出了本发明实施例的基板拼板与五金件相连接的示意图。

图9示出了本发明实施例分割组合拼板中基板拼板的示意图。

图10示出了本发明实施例分割组合拼板中五金件的示意图。

图11示出了本发明实施例分割组合拼板的示意图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。为了简明起见，可以在一幅图中描述经过数个步骤后获得的半导体结构。

应当理解，在描述结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将器件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。

如果为了描述直接位于另一层、另一个区域上面的情形，本文将采用“直接在……上面”或“在……上面并与之邻接”的表述方式。

在下文中描述了本发明部分实施例的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。

本发明可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。

图1示出了本发明实施例的微机电传感器封装结构的制造方法的示意图，制作方法包括以下步骤：

s10制备五金件，通过对微机电传感器封装结构中的壳体进行拼板设计，获得五金件的结构，由金属板材经过加工以获取五金件；本发明实施例的微机电传感器封装结构，其中的壳体例如为金属壳体，选用金属板材通过刻蚀获得五金件，优选地，金属板材可选用对焊锡不浸润的不锈钢，由不锈钢板材通过刻蚀获得五金件，并进一步地对五金件中需要焊接的位置进行电镀，以形成第一焊盘，其中，通过单面震动电镀对五金件中需要焊接的位置镀上可焊接金属，可焊接金属例如为金、银、锌、镍等。当然地，五金件还包括设置在多个壳体外围的工艺边，工艺边上设有定位标记，用于进行位置识别及对位固定。

s20制备基板拼板，对微机电传感器封装结构中的基板进行拼板设计，获得基板拼板的结构，基板拼板例如由pcb经加工制成。基板拼板上还设置有与五金件中需焊接位置相对应的焊盘。类似的，基板拼板的边缘也同样设有与五金件中工艺边上的定位标记相对应的定位标记，以提高五金件与基板拼板间的对位精度。进一步地，五金件与基板拼板1:1相对应。

s30在五金件上贴装元件；在五金件中的各个壳体内侧贴装芯片及连接件，并相应设置用于连接的金属线。贴装的芯片包括mems芯片和asic芯片，mems芯片、asic芯片以及连接件之间通过金属线相连，并通过后续步骤实现mems芯片、asic芯片经由连接件与基板间的电连接。

当然地，元件也可贴装于基板拼板上，仅需使贴装后的元件位于壳体与基板之间形成空腔中即可。

s40将五金件与基板拼板相连接，形成组合拼板；向基板拼板中的待连接部位(焊盘及金属层)涂设连接材料，将涂设有连接材料的一侧与五金件相对设置，连接材料包括锡膏、导电胶、绝缘胶等，通过连接材料设置所述五金件与所述基板拼板的机械连接，并可按需要决定是否使用导电连接材料同时设置电气连接。通过网板对连接材料进行涂设，以有效的控制连接材料的厚度及均匀性，保证连接质量。例如连接材料为锡膏，通过回流焊将锡膏固化，使基板拼板与五金件相连接，形成组合拼板。当然地，部分待连接部位无电连接要求，则可选用绝缘胶作为连接材料。

s50对组合拼板进行分割，以获取多个独立的微机电传感器封装结构；由于基板拼板与五金件的材质不同，可由不同的刀具通过不同深度的进给，分别对组合拼板中的基板拼板和五金件进行分割。进一步地，五金件中的各壳体间通过间或设置的连接筋相连，在刀具损耗可接受的前提下，通过刀具的一次进给即可完成组合拼板的分割。

其中，微机电传感器封装结构的制造并非一定按照s10-s60的步骤顺序进行，例如可将步骤s20与步骤s30的顺序互换，同样不影响该微机电传感器封装结构的制造。

通过将壳体进行拼板设计，获得相应的五金件，使原本需要逐个生产的微机电传感器封装结构可以实现整板的批量生产，有利于控制生产产品的一致性，提高产品良率。

图2示出了本发明实施例的五金件的局部示意图，其例如通过不锈钢板材经过刻蚀加工而成，图中所示为五金件1000的局部截面图，横向包括4个壳体100，五金件1000例如由阵列排布的多个壳体100以及工艺边(图中未示出)组成，工艺边位于多个壳体100的外围，工艺边上设有定位标记，用于位置识别及对位固定。

其中，单个壳体100包括顶面110和具有一定厚度的侧壁120，其顶面110还包括贯穿顶面110的通孔111，通孔111处于侧壁120的环绕中，壳体100还包括从其顶面横向向外延伸的连接筋112，用于与其他相邻的壳体100相连，因连接筋112最终会被切除，故连接筋112并非一定要连续设置，优选地，连接筋112在相邻的壳体100之间间或设置，顶面110与连接筋112的一个表面处于同一平面，连接筋112的宽度小于顶面110的宽度，并尽可能的减小连接筋112的宽度，以便于最终的切除。

图3示出了本发明实施例的五金件的第一焊盘的示意图。通过对金属板材的刻蚀，获取五金件1000的外形结构，并进一步地对五金件1000中需要焊接的位置电镀可焊接金属，并形成相应的第一焊盘121。可焊接金属例如选用镍、金等，第一焊盘121例如位于侧壁120的下表面，即五金件1000的下表面，多个壳体100的第一焊盘可通过对五金件1000的下表面进行单面震动电镀统一制得。

图4示出了本发明实施例的五金件贴装的示意图，贴装的元件包括芯片和连接件。将图3中的五金件1000翻转，使其相对平整的顶面110朝下放置，第一焊盘121朝上，将芯片和连接件贴装于五金件1000中各个壳体100的顶面110的内侧上，并相应的设置用于连接的金属线。贴装的芯片包括mems芯片300和asic芯片400，顶面110上的通孔111位于mems芯片300的内侧，连接件500的一端连接于壳体顶面的内侧。mems芯片300、asic芯片400以及连接件500依次通过金属线相连接。

图5示出了本发明实施例的连接件的示意图，连接件500例如为柱状，包括主体510、第一金属层520和第一阻焊层530，主体510的材料例如为pcb，第一金属层520位于主体510的顶面上，第一阻焊层530位于部分第一金属层520上。

图6示出了本发明实施例的基板拼板的示意图。基板拼板2000例如通过原材料加工而成，原材料例如采用pcb板材，图中所示为基板拼板2000的局部截面图，横向包括3个基板200，基板拼板2000例如由与五金件相对应的阵列排布的多个基板200以及拼板边缘区域组成，拼板边缘区域与工艺边类似，可设置相应的定位标记以保证其与五金件间的对位精度。

其中，单个拼板200包括第一表面201和第二表面202，第一表面201上设置有与第一焊盘121相对应的第二焊盘210，在第二焊盘210的内侧，第一表面201上还设有与第一金属层520相对应的第二金属层230以及位于部分第二金属层230上的第二阻焊层240。第二表面202上设有第三焊盘220。

图7示出了本发明实施例的基板拼板涂设连接材料的示意图，通过网板，在第二焊盘210和第二金属层230上涂设连接材料250、251，连接材料250、251例如均为锡膏，使涂设的锡膏在固化后的厚度为20-80um。锡膏固化后的厚度，可根据锡膏固化前的相应厚度制作相应厚度的网板，通过使用网板涂设锡膏来保证。进一步地，对于第二焊盘210与第一焊盘121之间的连接无电连接要求，则第二焊盘210上的连接材料250也可选用厌氧胶，第二金属层230上的连接材料依旧选用锡膏。

通过网板涂设连接材料既提高了工作效率，又保证了连接材料的均匀性及产品良率。进一步地，连接材料选用锡膏时，由于壳体选用了对焊锡液不浸润的材料，仅对需要焊接的位置进行了电镀，使得可以通过焊锡液的表面张力保障其在需要焊接位置不发生偏移。如果要求壳体与基板机械连接的部分不一定有电气连接，也可以使用网板来涂设流动性合乎要求的绝缘厌氧胶。导电胶这种连接材料不要求对壳体对焊接位置电镀处理，但其流动性和成本在具体实施时将遇到更大的困难。

图8示出了本发明实施例的组合拼板的示意图，之前已描述部分在此不再赘述。组合拼板1200例如通过将图7所示的涂设有连接材料的基板拼板2000进行翻转后，扣于图4所示的完成贴装后的五金件1000上制得，连接材料例如均选用锡膏，通过回流焊将锡膏固化，使基板拼板与五金件相连接，形成组合拼板1200。其中，壳体100与基板200之间形成空腔1201，芯片、连接件500及金属线均位于空腔1201中。进一步地，通过第一阻焊层530和第二阻焊层240保证空腔1201的空间尺寸。第一阻焊层530与第二阻焊层240的厚度之和与锡膏固化后的厚度相同，例如为20-80um，通过将锡膏固化后的高度控制在20-80um，使得在连接件500的上方设置金属线时，金属线的线弧高度不大于第一阻焊层530、第二阻焊层240以及第二金属层230的厚度之和即可。该尺寸通过常规的电子生产工艺均可轻松实现，具有很强的实用性。

进一步地，相比于采用两层基板与壳体配合的微机电传感器封装结构，本发明提供的由金属刻蚀形成的壳体与一层基板的组合，其生产成本更低，且仅需通过一次回流焊即可将锡膏固化，使壳体与基板相连接，无需二次焊接，工艺更加简单，良品率高，且采用整板进行制作，产品一致性好，利于大批量生产。

图9示出了本发明实施例分割组合拼板中基板拼板的示意图。在进行分割之前，先将组合拼板1200中的五金件顶面朝下，由胶体3100将顶面110上的通孔111塞住，以防止通孔111中进入杂物，并在组合拼板1200的下方设置薄膜3200。

基板200一般选用pcb材料，壳体100选用金属材料，其中，基板200所选用的树脂材料需要用钢刀或其他硬质刀具3300切割，五金件1000中的连接筋112需要树脂刀等软材料刀具3400切割。

由于五金件1000中连接筋112与顶面110处于同一平面，故连接筋112位于基板拼板2000的下方，与基板拼板2000之间具有高度差。

选用硬质刀具3300从上方对组合拼板1200进行切割，控制刀具的进给深度，使其仅切割基板拼板2000。

进一步地，在图9的基础上，更换树脂刀等软材料刀具3400，调节刀具的进给深度，进行第二次切割，如图10所示，切割连接筋112，以完成对五金件的分割，使得组合拼板1200中的多个微机电传感器封装结构彼此分离。

当然地，由于连接筋112采用非连续的间或设置，且可以在拼板设计时将连接筋112的宽度设置的较窄，因此，可以在刀具损耗可接受的前提下，使用一把刀具通过如图10所示的一次进给，完成组合拼板的分割。

如图11所示，在对组合拼板1200进行分割之前，也可将组合拼板1200中的五金件顶面朝下，直接与下方的薄膜3200贴合，通过薄膜3200防止杂物进入通孔111。但在刀具3400对组合拼板1200进行切割后，会在薄膜3200上形成相应的凹痕，但该凹痕在一定程度上并不影响正常生产。

相应的，图9与图10所示的方案中对组合拼板1200的切割并不会损伤薄膜3200；图11所示的方案中，虽然省去了胶体3100及相应的步骤，但会对薄膜3200产生一定的损伤，其可根据实际情况进行成本核算后选取较优的一种方案。

本发明实施例提供的五金件、微机电传感器封装结构及制造方法，通过将壳体与基板进行拼板设计，以分别获得五金件及基板拼板，使原本需要逐个生产的微机电传感器封装结构可以实现整板的批量生产，有利于控制生产产品的一致性，提高了生产效率和产品良率，并简化了工艺流程，降低了生产成本。

进一步地，五金件中的壳体由金属材料经过刻蚀制成，具有明显的凹形特征，使得顶面与连接筋的一个表面处于同一平面，使后续形成的组合拼板中的连接筋位于基板拼板的下方，而非紧密相连，便于针对性的切割。同时，在五金件中尽量减少非必要的连接筋，可以有效减少后续切割刀具的磨损及切割时间；在五金件的工艺边设置定位标识，可显著提高与基板拼板之间的对位精度。通过网板进行连接材料的涂设，可以有效的控制连接材料的厚度及均匀性，保证产品的连接质量，并通过阻焊层为金属线的设置提供充足的空间。该五金件可以兼容集成电路贴片设备，贴装便捷，不良品能通过aoi(autoopticalinspection,自动光学检验)功能进行筛除，可进行大规模自动化生产。

在以上的描述中，对于各器件的构图、刻蚀等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。

以上对本发明的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求及其等效限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本发明的范围之内。