一种传感器封装结构的制作方法

本发明实施例涉及传感器封装技术领域，尤其涉及一种传感器封装结构。

背景技术：

目前mems传感器封装形式普遍通过金线键合实现电气连接。而金线键合工序是传统载芯片板(chiponboard)封装中的瓶颈工序，由于使用的是金线，封装材料成本较高；有些产品每颗芯片上甚至要键合高达十几根金线，这使得设备受每小时产出(unitperhour，uph)限制，工序效率较低；且焊盘之间需要毫米级长度的金线连接，对可靠性也是一种隐患。

技术实现要素：

本发明提供一种传感器封装结构，以实现asic芯片和mems芯片之间的电气互连，即通过锡球直接焊接连接，无须采用金线键合，降低原材料成本，提高可靠性，缩小器件体积，提高生产效率。

为实现上述目的，本发明提出了一种传感器封装结构，包括：

mems芯片和asic芯片，所述mems芯片位于所述asic芯片的下方，所述mems芯片与所述asic芯片之间通过锡球直接连接。其中，所述mems芯片包括0.5～1um厚度的振动薄膜，所述asic芯片为倒装asic芯片。

具体地，所述mems芯片的顶面设置有第一焊盘，所述asic芯片的顶面设置有第二焊盘，所述asic芯片以倒装形式装贴，所述第一焊盘和所述第二焊盘之间通过第一锡球直接连接。

具体地，所述传感器封装结构还包括：pcb板，所述pcb板设置有盲孔，所述mems芯片设置在所述盲孔中，所述asic芯片采用倒装的方式，一部分位于所述pcb板的上表面上，另一部分位于所述mems芯片的上面。

具体地，所述pcb板中设置有第一通孔，所述asic芯片的顶面设置有第三焊盘，所述第一通孔上方在所述pcb板的上表面设置有第四焊盘，所述第三焊盘与所述第四焊盘之间通过第二锡球直接连接，其中，所述asic芯片以倒装形式装贴；所述第一通孔的下方在所述pcb板的底部连接有第五焊盘，所述第五焊盘与所述pcb板的电路连接。

具体地，所述mems芯片的顶面与所述盲孔的顶面尽量齐平。

具体地，所述asic芯片在所述pcb板上的垂直投影全部覆盖所述mems芯片在所述pcb板上的垂直投影。

具体地，所述传感器封装结构还包括：金属壳，所述金属壳的边缘与所述pcb板的边缘连接，所述金属壳设置有第一开孔，所述第一开孔在所述pcb板上的垂直投影，在所述asic芯片在所述pcb板上的垂直投影内。

具体地，所述盲孔的底部设置有第二开孔，所述第二开孔在所述pcb板上的垂直投影在所述mems芯片在所述pcb板上的垂直投影内。

具体地，具有0.5～1um厚度振动薄膜的所述mems芯片粘结在所述盲孔内。

具体地，所述第一通孔中填充有导电金属。

根据本发明提出的传感器封装结构，包括：具有0.5～1um厚度振动薄膜的mems芯片和做好金属凸点后的asic芯片，所述mems芯片位于所述以倒装方式装贴的asic芯片的下方，所述mems芯片与倒装的所述asic芯片之间的焊盘通过锡球直接连接。从而，以实现asic芯片和mems芯片之间的电气连接通过锡球直接焊接连接，无须采用金线键合方式来连接两个芯片的电气信号，降低原材料成本，提高连接的可靠性能，缩小器件体积，提高生产效率。

附图说明

图1是本发明实施例提出的传感器封装结构的结构示意图；

图2是图1中a部分的放大示意图；

图3是本发明一个实施例提出的传感器封装结构的结构示意图；

图4是图3中b部分的放大示意图；

图5是本发明另一个实施例提出的传感器封装结构的结构示意图；

图6是本发明又一个实施例提出的传感器封装结构的结构示意图；

图7是本发明再一个实施例提出的传感器封装结构的结构示意图；

图8是本发明另一个实施例提出的传感器封装结构的结构示意图；

图9是本发明又一个实施例提出的传感器封装结构的结构示意图；

图10是本发明再一个实施例提出的传感器封装结构的结构示意图；

图11是本发明另一个实施例提出的传感器封装结构的结构示意图；

图12是本发明实施例提出的传感器封装结构中asic芯片设置金属凸点的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1是本发明实施例提出的传感器封装结构的结构示意图。如图1所示，该传感器封装结构100包括：

mems芯片101和asic芯片102，其中，所述mems芯片101包括0.5～1um厚的振动薄膜120和背极板121，所述mems芯片101位于所述asic芯片102的下方，所述mems芯片101与所述asic芯片102之间通过锡球直接连接。

其中，asic芯片102提前做好rdl(重新布线，将原来设计的芯片线路接点位置，通过晶圆级金属布线制程和凸点制程来改变其接点位置，使得芯片能适用于不同的封装形式)、焊接凸点、植好锡球等工艺(做rdl、焊接凸点、植好锡球等为bump工艺)完成后以倒装形式贴装。

如图12所示，在asic芯片102上设置焊盘130，并通过钝化层134和光刻胶131，设置铜柱132和焊锡133，最终在asic芯片102上形成金属凸点。

具体地，图2是图1中a部分的放大示意图。如图1和图2所示，所述mems芯片101的顶面设置有第一焊盘104，所述asic芯片102的顶面设置有第二焊盘105，其中，asic芯片102以倒装形式贴装，所述第一焊盘104和所述第二焊盘105之间通过第一锡球103直接连接，所述asic芯片102与mems芯片101焊接时不能碰到振动薄膜，其中，所述第一锡球103为bump工艺中做好的金属凸点。从而，避免了asic芯片102与mems芯片101之间使用金线，降低原材料成本，提高连接的可靠性，缩小器件体积。

其中，mems(micro-electromechanicalsystem)芯片101为微机电系统，可以为电容式传感器。由厚度只有0.5～1um的振动薄膜和背极板组成，用于检测声音或微流量气流。asic(applicationspecificintegratedcircuit)芯片102为专用集成电路。mems芯片101用于检测外来信号，并将检测结果传输至asic芯片102，由asic芯片102处理信号，并将处理后的信号传出至其他的电气元件中。

具体地，图3是本发明一个实施例提出的传感器封装结构的结构示意图。如图3所示，所述传感器封装结构100还包括：pcb板106，所述pcb板106设置有盲孔1061，所述mems芯片101设置在所述盲孔1061中，所述asic芯片102采用倒装的方式，一部分位于所述pcb板106的上表面上，另一部分位于所述mems芯片102的上面。。

所述asic芯片102在所述mems芯片101的上方，并且所述asic芯片102部分与所述mems芯片101重叠，这样使得倒装后的所述asic芯片102的第二焊盘105与所述mems芯片101的第一焊盘104刚好对齐，进而，可以在所述第一焊盘104与所述第二焊盘105之间设置第一锡球103，使得所述asic芯片102与所述mems芯片101建立电连接，从而，使得所述asic芯片102与所述mems芯片101之间无需使用金线键合，减少了原材料的成本，提高了连接可靠性。

通过在所述pcb板106中设置盲孔1061，将所述mems芯片101放置在所述盲孔1061中，将所述asic芯片102放置在所述pcb板106的上表面上，这样减小了沿所述pcb板106垂直指向所述asic芯片102的方向上，整个传感器封装结构100的厚度，并且所述mems芯片与所述asic芯片102部分交叠，这样减小了整个传感器封装结构100的宽度。

具体地，如图3所示，所述mems芯片101的顶面与所述盲孔1061的顶面尽量齐平。即，所述盲孔1061的深度与所述mems芯片101的高度尽量相同，这样保证了所述asic芯片101的平整度，并且缩短了所述mems芯片101与所述asic芯片102之间的间距，使得所述asic芯片102的第二焊盘105与所述mems芯片101的第一焊盘104之间的间距最短，提高了可靠性。其中，所述mems芯片101的顶面与所述盲孔1061的顶面之间的距离在-20um至20um之间。

具体地，所述mems芯片101粘结在所述盲孔1061内。也就是说，所述mems芯片101的下端粘结在所述盲孔1061内，其中，可通过胶水将所述mems芯片101粘结在所述盲孔1061内。胶水可以为硅胶。进而，将所述mems芯片101固定在所述盲孔1061内。

具体地，图4是图3中b部分的放大示意图。如图3和图4所示，所述pcb板106中设置有第一通孔1063，所述asic芯片102的顶面设置有第三焊盘107，所述第一通孔1063上方在所述pcb板106的上表面设置有第四焊盘108，所述第三焊盘107与所述第四焊盘108之间通过第二锡球109直接连接；其中，所述asic芯片以倒装形式装贴，所述第一通孔1063的下方在所述pcb板106的底部连接有第五焊盘110，所述第五焊盘110与所述pcb板106的电路连接。

具体地，所述第一通孔1063中填充有导电金属。

通过将所述asic芯片102上的第三焊盘107和所述pcb板106的上表面上的第四焊盘108通过第二锡球109直接连接，并在所述pcb板106的中设置第一通孔1063，并将所述第一通孔1063对准第四焊盘108，以及在第一通孔1063中填充导电金属，从而，可以将所述asic芯片102处理过的信号传输至外部元件，由于第一通孔1063的下方连接有第五焊盘110，并且所述第五焊盘110与所述pcb板106的电路连接，进而，可通过第一通孔1063将所述pcb板106的电路中的电信号传输至所述asic芯片102，第一通孔1063为所述asic芯片102与外部元器件沟通的桥梁。同样的，所述asic芯片102与所述pcb板106直接通过第二锡球109连接，避免了所述asic芯片102与所述pcb板106之间连接打金线，节省了原材料成本，减小了整个传感器封装结构100的厚度。由于直接在所述pcb板106中设置第一通孔1063，也避免了所述asic芯片102与所述pcb板102中的电路之间打金线，即无需围绕所述pcb板106外部打金线，进一步减小了整个传感器封装结构100的厚度和宽度。

具体地，图5是本发明另一个实施例提出的传感器封装结构的结构示意图。如图5所示，所述asic芯片102在所述pcb板106上的垂直投影全部覆盖所述mems芯片101在所述pcb板106上的垂直投影。

也就是说，在所述asic芯片102垂直指向所述pcb板106的方向上，所述mems芯片101在所述pcb板106上的垂直投影在所述asic芯片102在所述pcb板106上的垂直投影内，这样，进一步减小了整个传感器封装结构100的宽度。

具体地，图6是本发明又一个实施例提出的传感器封装结构的结构示意图。图7是本发明再一个实施例提出的传感器封装结构的结构示意图。如图6和图7所示，所述传感器封装结构100还包括：金属壳111，所述金属壳111的边缘与所述pcb板106的边缘连接，所述金属壳111设置有第一开孔112，所述第一开孔112在所述pcb板106上的垂直投影，在所述asic芯片102在所述pcb板106上的垂直投影内。

其中，所述第一开孔112在所述pcb板106上的垂直投影在所述asic芯片102在所述pcb板106上的垂直投影内。也就是说，所述第一开孔112仅设置在所述asic芯片102的上方，避免设置在所述mems芯片101上方，防止从第一开孔112中落入灰尘等至所述mems芯片101上，使得所述mems芯片检测灵敏度下降。所述金属壳111的边缘可通过胶水粘结(或焊接)在所述pcb板106的边缘上，所述金属壳111设置有第一开孔112，该传感器封装结构100可以应用于硅麦克风产品(前进音结构)，即为mems声学传感器封装结构。

金属壳111上保留一个进声孔(第一开孔112)，其他位置密封，形成前腔和背腔。这两个腔体结构为麦克风工作所必须。其工作原理为：当外界有声音发出，声压信号经进音孔被所述mems芯片101中厚度为0.5～1um的高灵敏度的振动薄膜感知，进而改变mems芯片101中的振动薄膜与mems芯片101中的背极板之间的距离，从而形成电容变化。所述mems芯片101接所述asic芯片102中的cmos放大器将电容变化转变成电压信号的变化，再经放大后输出。

具体地，图8是本发明另一个实施例提出的传感器封装结构的结构示意图。图9是本发明又一个实施例提出的传感器封装结构的结构示意图。如图8和图9所示，所述盲孔1061的底部设置有第二开孔113，所述第二开孔113在所述pcb板106上的垂直投影在所述mems芯片101在所述pcb板106上的垂直投影内。

也就是说，所述第二开孔113设置在所述pcb板106中的盲孔1061的底部，其中，金属壳111上是不设置开孔的，该传感器封装结构100可以应用于硅麦克风产品(后进音结构)，即为mems声学传感器封装结构。

通过设置第二开孔113，其他位置密封，形成前腔和背腔。这两个腔体结构为麦克风工作所必须。其工作原理为：当外界有声音发出，声压信号经进音孔被所述mems芯片101中厚度为0.5～1um的高灵敏度的振动薄膜感知，进而改变mems芯片101中的振动薄膜与mems芯片101中的背极板之间的距离，从而形成电容变化。所述mems芯片101接所述asic芯片102中的cmos放大器将电容变化转变成电压信号的变化，再经放大后输出。图10是本发明再一个实施例提出的传感器封装结构的结构示意图。图11是本发明另一个实施例提出的传感器封装结构的结构示意图。如图10和图11所示，所述金属壳111上设置有第一开孔112，所述盲孔1061的底部设置有第二开孔113，该种传感器封装结构100应用于电子烟传感器，即为mems微流量气流传感器封装结构。通过在所述pcb板106和金属壳111上各有一个透气孔，以形成空气流动的通路。

其工作原理为：在吸烟状态下，气流通过烟枪至金属壳111进气孔(第一开孔112)进入传感器腔体，内置mems芯片101振膜发生形变产生电容变化，并输出给asic芯片102进行处理将其转换为控制信号，直接驱动雾化器。当吸烟状态吸气气流小，mems芯片101振膜形变量小，输出电容变化量小，asic芯片102转化后的雾化功率低出烟量小；同理，当吸烟状态吸气气流大，出烟量大。

具体的，该传感器封装结构100，无需采用金线键合，降低原材料成本，无需打线，提高连接可靠性，封装后厚度更薄，减少一道金线键合工序，降低加工成本，原pcb板上金线键合的空间便可节省下来，减小产品空间占有率，满足客户小型化需求。

具体的，该传感器封装结构100的制作方法如下，在所述asic芯片102晶圆上做焊接凸点，植好锡球后，将晶圆切割成单颗芯片，接着将mems芯片101贴在pcb板106中的盲孔1061中，使用胶水固定，其中，asic芯片102采用倒装芯片工艺贴装，锡球位置分别与mems芯片101的焊盘、pcb板106的焊盘位置重合，贴装好芯片的pcb板106过回流焊，金属壳111使用smt设置贴片过回流焊，最终进行产品切割。

其中，mems芯片101中的高灵敏度的振动薄膜厚度在0.5～1um之间，在mems芯片制作完成后，对薄膜的任何动作都会对薄膜造成损坏，因此，不能在mems芯片上做rdl或植球等工艺，只能在所述asic芯片102晶圆上做rdl、焊接凸点，植好锡球等工艺完成后，与mems芯片101上的焊盘过回流焊形成连接，此过程对mems芯片上的振动薄膜无任何触碰，不会损坏mems芯片上的振动薄膜。另外，mems芯片101的下端与pcb板106使用胶水固定，呈封闭状态，保证了声腔的气密封。

综上所述，根据本发明提出的传感器封装结构，包括：mems芯片和asic芯片，其中，所述mems芯片包括0.5～1um厚的振动薄膜，其中，asic芯片以倒装方式装贴，所述mems芯片位于所述做好金属凸点工艺后的asic芯片的下方，所述mems芯片与倒装的所述asic芯片之间通过锡球直接连接。从而，以实现asic芯片和mems芯片之间的电气互连通过锡球直接焊接连接，无须采用金线键合，降低原材料成本，提高可靠性和生产效率，缩小器件体积。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。