一种微机电封装结构以及系统的制作方法

1.本公开涉及半导体技术领域，特别涉及一种微机电封装结构以及系统。


背景技术：

2.基于微机电系统(micro electro mechanical systems，mems)制造的麦克风被称为mems麦克风，通常包括微机电结构以及与之电连接的功能集成电路(application specific integrated circuit，asic)芯片。为了实现对芯片的保护以及减少外部环境对芯片的干扰，通常需要设置封装结构来对微机电结构以及芯片进行保护，同时需要通过封装结构实现芯片与外界形成电学连接。
3.常规的麦克风封装结构分为：top型结构与bottom型结构，即进音孔与麦克风贴片用的极性导电区(pad)分别设置在麦克风封装结构的上下表面。为了适应一些特殊终端应用，需要将音孔与贴片导电区(pad)在垂直方向，实现侧面进音结构。
4.在一些现有技术中，微机电封装结构实现了侧面进音结构。但是，现有技术中的微机电系统传递输出信号的走线设置较为复杂、走线之间的干扰较多、进而降低了微机电系统的可靠性、提高了工艺流程的复杂程度、提高了成本。


技术实现要素：

5.鉴于上述问题，本公开的目的在于提供一种微机电封装结构以及系统，以简化微机电系统的引线结构，提高系统的可靠性。
6.本公开提供一种微机电封装结构，包括：
7.壳体，所述壳体具有第一基板、第二基板以及第三基板，所述第一基板的表面和/或所述第三基板的表面具有导电区；
8.至少一个电极，位于所述壳体的侧面；以及
9.层间导电结构，用于将所述第一基板的内表面和所述第三基板的内表面的导电区电连接；
10.至少一个导线，用于分别经所述第一基板和/或所述第三基板将所述电极电连接至相应所述导电区。
11.在一些实施例中，所述层间导电结构分别位于所述第一基板、第二基板以及第三基板的内部和/或表面。
12.在一些实施例中，在所述第一基板上，所述层间导电结构在所述第一基板的内部与所述第一基板上的导电区电连接且暴露于所述第一基板与所述第二基板相对的表面；
13.在所述第二基板上，所述层间导电结构贯穿所述第二基板的厚度方向，并且暴露于所述第二基板与所述第一基板和所述第三基板相对的表面；
14.在所述第三基板上，所述层间导电结构在所述第三基板的内部与所述第三基板上的导电区电连接且暴露于所述第三基板与所述第二基板相对的表面。
15.在一些实施例中，在所述第一基板、第二基板以及第三基板组合在一起时，暴露于
所述第二基板与第一基板相对的表面上的层间导电结构与暴露于第一基板内表面上的层间导电结构对应连接，暴露于所述第二基板与第三基板相对的表面上的层间导电结构与暴露于第三基板内表面上的层间导电结构对应连接。
16.在一些实施例中，所述层间导电结构为金属过孔。
17.在一些实施例中，所述导线经所述第一基板将所述电极连接至相应导电区时，所述电极至少位于所述第一基板的侧面；
18.所述导线经所述第三基板将所述电极连接至相应导电区时，所述电极至少位于所述第二基板的侧面；
19.所述导线经所述第一基板和所述第三基板将所述电极连接至相应导电区时，所述电极至少位于所述第一基板或所述第二基板的侧面。
20.在一些实施例中，所述导线至少包括以下部件中的一种或组合：
21.所述第一基板的内表面设置的导线、所述第一基板的内部设置的导线、所述第一基板的外表面设置的导线、所述第三基板的内表面设置的导线、所述第三基板的内部设置的导线、所述第三基板的外表面设置的导线。
22.在一些实施例中，所述封装结构还包括环形导体，所述环形导体位于第一基板、第二基板以及第三基板相对的任意一个或者多个表面。
23.在一些实施例中，所述第一基板、第二基板以及第三基板组合在一起时，所述层间导电结构位于所述环形导体内部。
24.在一些实施例中，所述封装结构还包括至少一个音孔，音孔设置在与电极所在面邻接的至少一个面。
25.一种微机电系统，包括：
26.封装结构；以及
27.电连接的微机电芯片与asic芯片。
28.在一些实施例中，所述微机电芯片包括麦克风芯片、压力传感器芯片、骨传导芯片中的至少之一。
29.根据本公开实施例提供的微机电封装结构及其系统，该封装结构包括层间导电结构，以将所述第一基板的表面和所述第二基板的表面的导电区电连接，从而只需要经由一层基板连接至侧面电极即可，简化所述微机电封装结构的布线，降低布线难度以及制作成本；同时，所述电极可以只分布于设置有导线的基板的侧面，降低了加工的难度，并节省了加工工序。
30.本公开实施例中，同时在第一基板以及第三基板的表面布置导线，以提升封装良率，降低因第一基板与第二基板或第二基板与第三基板极性连接无效而造成的导电区无法引至侧面电极。
31.本公开实施例中，将音孔设置在第一基板和/或第三基板上，从而让音孔与电极能够位于壳体的不同表面，且音孔与电极不会相对，音孔设置在与电极所在面邻接的至少一个面，电极与音孔在壳体上的位置能够实现微机电系统的侧面进音的功能。
32.本公开实施例中，所述层间导电结构位于环形导体内部，以靠近所述导电区布置，方便布线，同时实现所述层间导电结构与外界的隔离。
附图说明
33.通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
34.图1示出了本公开实施例封装结构的壳体的结构示意图。
35.图2示出了本公开实施例壳体的第一基板与第三基板第一角度的结构示意图；
36.图3示出了本公开实施例壳体的第一基板与第三基板第二角度的结构示意图。
37.图4示出了本公开实施例的第二基板的结构示意图；
38.图5示出了本公开实施例的承载平台的结构示意图；
39.图6示出了本公开第一实施例的微机电系统第一角度的结构示意图；
40.图7示出了本公开第一实施例的微机电系统第二角度的结构示意图；
41.图8示出了图6中第一基板与第二基板连接后的结构示意图；
42.图9示出了图6中第一基板的结构示意图；
43.图10示出了图6中第二基板的结构示意图；
44.图11示出了本公开第二实施例的微机电系统第一角度的结构示意图；
45.图12示出了本公开第二实施例的微机电系统第二角度的结构示意图；
46.图13示出了本公开第三实施例的微机电系统第一角度的结构示意图；
47.图14示出了本公开第三实施例的微机电系统第二角度的结构示意图。
具体实施方式
48.以下将参照附图更详细地描述本公开。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。
49.应当理解，在描述器件的结构时，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”。
50.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”等表述方式。
51.在下文中描述了本公开的许多特定的细节，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公开。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公开。
52.本公开可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。
53.下面将结合图1、图2、图3、图4以及图5对本公开第一实施例的微机电封装结构的壳体结构进行详细说明。
54.本公开实施例中，所述封装结构100包括壳体，所述壳体大致呈长方体，所述壳体包括顶面101、与所述顶面101相对的底面102、分别与所述顶面101和所述底面102临接的四个侧面。
55.在本公开实施例中，为了降低加工难度，所述壳体100由分体设置的第一基板110、第二基板120以及第三基板130构成。
56.所述第一基板110、第二基板120以及第三基板130均选用板状基材，第二基板120中部加工成通孔。所述第一基板110、第二基板120以及第三基板130堆叠在一起，其中，所述第一基板110的外表面构成所述壳体的顶面101，所述第三基板130的外表面构成所述壳体的底面102；第二基板120位于第一基板110和第三基板130之间，具有与第一基板110和第三基板130相对的两个表面122，并通过这两个表面122分别和第一基板110、第三基板130连接。第一基板110的内表面111、第三基板130的内表面131以及第二基板120的内表面121形成空腔，所述空腔内部用于封装微机电芯片200以及asic芯片300等。
57.在一些其他实施例中，第二基板120还可以环绕包围第一基板110和第三基板130中的至少一个。在一些其他实施例中，第一基板110与第二基板120为一体结构，例如采用预成型的方式将第一基板110与第二基板120形成整体的盖状结构。在另一些其他实施例中，第二基板120与第三基板130为一体结构，例如采用预成型的方式将第二基板120与第三基板130形成整体的穴状结构。
58.本实施例中，所述壳体的侧面103包括第一基板110的一个侧面113(沿第一基板110厚度方向延伸的表面)、第二基板120外表面的一个侧面123以及第三基板130的一个侧面133(沿第三基板130厚度方向延伸的表面)。
59.其中，壳体的侧面103具有凹槽103a与分隔凹槽103a的平面103b，相应的，侧面113具有凹槽113a与平面113b，侧面123具有凹槽123a与平面123b，侧面123具有凹槽133a与平面133b，在第一基板110、第二基板120以及第三基板130组合后，凹槽113a、凹槽123a以及凹槽133a共同构成凹槽103a。
60.凹槽103a的形状可以根据需要设置成弧形槽、方形槽、梯形槽、三角形槽等等。在将封装结构固定在承载平台900上后，承载平台的凸起901与壳体侧面103的凹槽103a卡合，从而增加了产品固定后的稳定性能。
61.所述封装结构100包括音孔140，所述音孔140设置于所述壳体的顶面101，并且贯穿所述第一基板110的厚度方向。本实施例中，所述封装结构100包括一个音孔140，不难理解，所述封装结构100还可以包括多个音孔，所述一个或者多个音孔位于所述壳体的至少一个表面，本公开对音孔140的位置及数量都不做限定。
62.下面将结合图6、图7、图8、图9以及图10对本公开第一实施例的微机电系统的结构进行详细说明。
63.本公开第一实施例的微机电系统包括：封装结构、微机电芯片200以及asic芯片300。封装结构包括：壳体、音孔140以及至少一个电极150。其中，关于封装结构的壳体可以参照图1、图2、图3、图4的描述，此处不再赘述。
64.参照图6，在本实施例中，所述电极150设置于侧面103上，与位于所述顶面101上的音孔140设置于相邻接的两个面，以实现侧进音。
65.本实施例中，电极150的数量为3个，其中两个电极150作为常规电极，用于引出微机电系统的电信号，例如输出信号与接地信号。另一个电极150作为备用电极，用于在需要时代替常规电极引出微机电系统的电信号。然而，本实施例并不限于此，本领域技术人员可以根据需要对电极150的数量以及对应的电信号功能进行其他设置。
66.在一些具体的实施例中，电极150包括电镀层，采用电镀工艺形成在壳体的侧面103。每个电极150覆盖对应凹槽103a的表面，相邻的电极150被平面103b分隔。
67.参照图8和图9，本实施例中，微机电芯片200以及asic芯片300均固定在第一基板110的内表面111上。其中，微机电芯片200通过引线301与asic芯片300电连接，asic芯片300与相应的一个或者多个第一导电区161电连接。
68.然而本公开实施例并不限于此，本领域技术人员还可以根据需要将第一导电区161的一部分设置在第三基板130的内表面131，并将微机电芯片200以及asic芯片300灵活地设置在第一基板110与第三基板130上。
69.在一些其他实施例中，还可以包括分立器件，分立器件例如为电容、电阻、电感等，分立器件与相应的第一导电区161连接，电容、电阻、电感等可以与第一基板110和/或第三基板130集成。
70.参照图7，所述底面102上选择性地设置有第二导电区162，所述第二导电区162用于实现所述微机电系统的焊接。
71.所述微机电芯片200、asic芯片300以及分立器件的第一导电区161以及位于底面102上的第二导电区162需要与电极150实现电学连接，进而实现与外界的电学连接。
72.本实施例中，所述封装结构100的导电区通过层间导电结构180电连接，进而只需要一层基板上的导电区或者层间导电结构与所述电极150之间电学连接即可。
73.具体地，所述层间导电结构180分别位于所述第一基板110、第二基板120以及第三基板130的内部和/或表面。
74.具体地，在所述第一基板110上，所述层间导电结构180在所述第一基板110的内部与所述第一导电区161电连接且暴露于所述第一基板110的内表面111；在所述第二基板120上，所述层间导电结构180贯穿所述第二基板的厚度方向，并且暴露于所述第二基板120的与所述第一基板110和所述第三基板130相对的表面；在所述第三基板130上，所述层间导电结构180在所述第三基板130的内部与所述第二导电区162电连接且暴露于所述第三基板130的内表面131。
75.在所述第一基板110、第二基板120以及第三基板130组合在一起时，暴露于所述第二基板120与第一基板110相对的表面122上的层间导电结构180与暴露于第一基板110内表面111上的层间导电结构180对应连接，暴露于所述第二基板120与第三基板130相对的表面122上的层间导电结构180与暴露于第三基板130内表面131上的层间导电结构180对应连接，进而实现所述封装结构100的导电区板间的电连接。
76.本实施例中，由于所述第一基板110、第二基板120以及第三基板130上的导电区之间通过所述层间导电结构180实现了电学连接，进而任意一层或者几层基板的导电区/层间导电结构180连接至电极150即可实现第一基板110、第二基板120以及第三基板130上导电区与电极150的连接。
77.本实施例中，位于所述第一基板110的第一导电区161连接至所述电极150，第二基板以及第三基板不需要布线连接至电极，降低布线难度以及制作成本。
78.具体地，第一基板110的外表面(即顶面101)设置有导线171，导线171的一端通过贯穿第一基板110的导电孔与第一基板110内表面的第一导电区161电连接，另一端与电极150电连接。
79.不难理解，在其他实施例中，所述导线171还可以布置于所述第一基板110的板内或者内表面，本领域技术人员可以根据需要对所述导电171的分布进行设置，本实施例不做
限制。
80.本实施例中，所述电极150至少覆盖所述第一基板110对应的凹槽113a内，以实现所述第一基板110上的第一导电区161与所述电极150的连接。电极150可以仅位于第一基板110的侧面113，还可以位于第一基板110的侧面113和第二基板120的侧面123、第一基板110的侧面113和第三基板130的侧面133或者位于第一基板110的侧面113、第二基板120的侧面123以及第三基板130的侧面133。
81.所述第一基板110的内表面111还具有环形导体180a，所述环形导体180a位于所述第一基板110内表面111的边缘，包围所述微机电芯片200、所述asic芯片300以及第一导电区161，所述环形导体180a不与所述机电芯片200和所述asic芯片300以及第一导电区161连接，起到屏蔽作用；同时，在所述第一基板110和所述第二基板120组装在一起时，所述环形导体180a的厚度在所述第一基板110和第二基板120进行衔接，起到密封作用。
82.相应地，第二基板120与所述第三基板130相对的表面122上或第三基板130的内表面131上也具有环形导体180a，在第二基板120与第三基板130固定时，所述环形导体180a的厚度在所述第二基板120和第三基板130进行衔接。
83.封装结构还包括电磁屏蔽层190，电磁屏蔽层190位于第二基板120的内表面121并且分别延伸至与第一基板110、第二基板120相对的两个表面122上，在第二基板120的表面122具有环形导体180a时，电磁屏蔽层190与第二基板120上的环形导体180a连接；在第一基板110与第二基板120固定时，第一基板110上的环形导体180a或第三基板130上的环形导体180a与电磁屏蔽层180接触。
84.当然，在一些微机电系统对电磁干扰不敏感的环境下，可以不设置电磁屏蔽层190与环形导体180a。
85.本实施例中，所述层间导电结构180位于所述环形导体180a内部，所述环形导体180a实现对所述层间导电结构180与外界的隔离，同时方便所述层间导电结构180与第一导电区161以及第二导电区162之间就近布线。
86.本实施例中，所述层间导电结构180例如为金属过孔，每层基板上的层间导电结构180为两个。在其他的实施例中，所述层间导电结构180还可以为其他形式，每层基板上的层间导电结构180还可以为一个或者多个，本实施例不对所述层间导电结构180的形式以及数量做出限制。
87.在一些优选的实施例中，在将asic芯片300与第一基板110的导电区160电连接后，还需要在asic芯片300上设置保护层，该保护层的材料例如为胶水，在保护asic芯片300的同时还可以更加牢固地将asic芯片300固定在第一基板110上。
88.本实施例中，所述微机电芯片200为麦克风芯片，然而也可以是压力传感器芯片、骨传导芯片等等微机电系统芯片。本公开对微机电芯片200的类型不做限制。
89.本实施例的封装结构包括层间导电结构，以将所述第一基板的表面和所述第二基板的表面的导电区电连接，从而只需要经由一层基板连接至侧面电极即可，简化所述微机电封装结构的布线，降低布线难度以及制作成本。
90.进一步地，所述电极可以只分布于设置有导线的基板的侧面，降低了加工的难度，并节省了加工工序。
91.进一步地，所述层间导电结构位于环形导体内部，一方面将所述层间导电结构与
外部进行隔离，另一方面，所述层间导电结构临近所述第一基板和/或第三基板的导电区设置，方便在板内/板间布线。
92.进一步地，将音孔设置在第一基板和/或第三基板上，电极位于侧面，从而让音孔与电极能够位于壳体的不同表面，且音孔与电极不会相对，音孔设置在与电极所在面邻接的至少一个面，电极与音孔在壳体上的位置能够实现微机电系统的侧面进音的功能。
93.下面将结合图11和图12对本公开第二实施例的微机电系统的结构进行说明。
94.本公开第二实施例的微机电系统包括：封装结构、微机电芯片200、以及asic芯片300，还可以包括多个分立器件400。封装结构包括：壳体、音孔140、至少一个电极150以及层间电极。本公开第二实施例的封装结构与第一实施例大体一致，此处不再赘述。与第一实施例的不同之处在于，在本实施例中，位于所述第三基板130的第二导电区162连接至所述电极150，第一基板以及第二基板不需要布线连接至电极，降低布线难度以及制作成本。
95.本实施例中，第三基板130的外表面(即底面101)设置有导线172，导线172的一端与第三基板130外表面的第二导电区162电连接，另一端与电极150电连接。
96.不难理解，在其他实施例中，所述导线172还可以布置于所述第三基板130的板内，本领域技术人员可以根据需要对所述导电172的分布进行设置，本实施例不做限制。
97.本实施例中，所述电极150至少覆盖所述第三基板130对应的凹槽133a内，以实现所述第三基板130上的第二导电区162与所述电极150的连接。电极150可以仅位于第三基板130的侧面133，还可以位于第三基板130的侧面133和第二基板120的侧面123、第一基板110的侧面113和第三基板130的侧面133或者位于第一基板110的侧面113、第二基板120的侧面123以及第三基板130的侧面133。
98.下面将结合图13和图14对本公开第三实施例的微机电系统的结构进行说明。
99.本公开第三实施例的微机电系统包括：封装结构、微机电芯片200、以及asic芯片300，还可以包括多个分立器件400。封装结构包括：壳体、音孔140、至少一个电极150以及层间电极。本公开第三实施例的封装结构与第一实施例大体一致，此处不再赘述。与第一实施例的不同之处在于，在本实施例中，位于所述第一基板110的第一导电区161以及位于所述第三基板130的第二导电区162连接至所述电极150，第二基板不需要布线连接至电极，降低布线难度以及制作成本的同时，降低因第一基板与第二基板或第二基板与第三基板极性连接失效而造成的导电区无法引至侧面电极。
100.所述第一基板110上的导电区160通过导线171与所述电极150连接，所述导线171分布于所述第一基板110的外表面(即所述壳体的顶面101)，导线171通过贯穿第一基板110的导电孔与第一基板110内表面的导电区160电连接。
101.所述第三基板130上的导电区160通过导线172与所述电极150连接，所述导线172分布于所述第三基板130的外表面(即所述壳体的底面102)，导线172通过贯穿第三基板130的导电孔与第三基板130内表面131的导电区160电连接。
102.本实施例中，所述电极150至少覆盖所述第一基板110对应的凹槽113a和/或所述第三基板130对应的凹槽133a内，以实现所述第一基板110和/或所述第三基板130上的导电区160与所述电极150的连接。电极150可以仅位于第一基板110的侧面113，可以仅位于第三基板130的侧面133，还可以位于第一基板110的侧面113和第二基板120的侧面123、第一基板110的侧面113和第三基板130的侧面133、第二基板120的侧面123和第三基板130的侧面
133或者位于第一基板110的侧面113、第二基板120的侧面123以及第三基板130的侧面133。
103.本实施例中，同时在第一基板以及第三基板的表面布置导线，以提升封装良率，降低因第一基板与第二基板或第二基板与第三基板极性连接无效而造成的导电区无法引至侧面电极。
104.依照本公开的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该公开仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本公开的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本公开以及在本公开基础上的修改使用。本公开仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。