微机电系统传感器的封装结构及其封装方法、及电子设备与流程

本发明涉及系统级封装结构技术领域，特别涉及一种微机电系统传感器的封装结构及其封装方法、及电子设备。

背景技术：

微机电系统传感器因其具有尺寸小、频响特性好、噪音低等特点得到广泛应用。其中mems声学传感器或气压传感器的封装结构通常开设有通孔，以感应外界声音或气压变化，但是在使用过程中，由于通孔是直接裸露在外部环境中，容易进入异物颗粒，特别是导电微粒的进入，会造成mems声学传感器或气压传感器发生短路，严重时会影响其使用性能。相关技术中，通常是在通孔处罩设防尘网或防尘膜，以防止外部异物颗粒进入，但是防尘网或防尘膜的存在，很容易形成声阻或气阻，造成其灵敏度衰减。

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。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提供一种微机电系统传感器的封装结构及其封装方法、及电子设备，旨在有效地防止导电微粒进入而造成器件失效，同时保证其较好的灵敏度。

为实现上述目的，本发明提出的微机电系统传感器的封装结构，包括：基板；外壳，所述外壳罩设于所述基板的表面，并与所述基板围合形成容置腔，所述基板和/或所述外壳开设有连通所述容置腔的通孔；以及两个导电极板，两个所述导电极板相对设置于所述通孔的孔壁面，两个所述导电极板之间于施加电压时可吸附导电粒子。

可选地，两个所述导电极板相互平行设置。

可选地，所述通孔为圆形通孔，每一所述导电极板均为弧形导电极板，且每一所述弧形导电极板均完全贴设于所述圆形通孔的孔壁面。

可选地，所述导电极板的厚度范围为5μm至15μm。

可选地，所述基板包括导电层和两绝缘层，两所述绝缘层分别设于所述导电层的两表面，所述通孔贯穿所述导电层和两所述绝缘层；所述导电极板的材质与所述导电层的材质相同。

可选地，所述微机电系统传感器的封装结构还包括电性连接的麦克风传感芯片和麦克风集成电路芯片，所述麦克风传感芯片和所述麦克风集成电路芯片均设于所述基板位于所述容置腔的表面，且所述麦克风集成电路芯片电性连接于所述基板；且/或，所述微机电系统传感器的封装结构还包括气压传感芯片和气压集成电路芯片，所述气压集成电路芯片设于所述基板位于所述容置腔的表面，并电性连接于所述基板，所述气压传感芯片设于所述气压集成电路芯片的背向所述基板的表面，并电性连接于所述气压集成电路芯片。

本发明还提出了一种微机电系统传感器的封装方法，所述封装方法包括以下步骤：

制作基板；

在所述基板的一表面贴装外壳，使得所述外壳与所述基板围合形成容置腔；

在所述基板和/或所述外壳的表面开设通孔，使得所述通孔与所述容置腔连通；

在所述通孔的孔壁面制作两个导电极板，使得两个所述导电极板相对设置。

可选地，制作基板的步骤中，包括：

在导电层的两表面分别沉积第一绝缘层和第二绝缘层；

在所述基板和/或所述外壳的表面开设通孔，使得所述通孔与所述容置腔连通的步骤中，包括：

采用光刻技术对所述第二绝缘层进行定位曝光，去除曝光位置的绝缘材料；

采用化学湿法腐蚀去除导电层对应暴露位置的导电材料；

去除所述第一绝缘层对应暴露位置的绝缘材料，得到通孔；

在所述通孔的孔壁面制作两个导电极板，使得两个所述导电极板相对设置的步骤中，包括：

在所述通孔的孔壁面于导电层截面处进行电镀导电材料，得到两个相对设置的导电极板。

可选地，制作基板的步骤之后，在所述基板的一表面贴装外壳，使得所述外壳与所述基板围合形成容置腔的步骤之前，还包括：

在所述基板位于所述容置腔的表面贴装麦克风集成电路芯片，并采用引线键合方式将所述麦克风集成电路芯片与所述基板电性导通；

在所述基板位于所述容置腔的表面贴装麦克风传感芯片，并采用引线键合方式将所述麦克风传感芯片和所述麦克风集成电路芯片电性导通；

且/或，制作基板的步骤之后，在所述基板的一表面贴装外壳，使得所述外壳与所述基板围合形成容置腔的步骤之前，还包括：

在所述基板位于所述容置腔的表面贴装气压集成电路芯片，并采用引线键合方式将所述气压集成电路芯片与所述基板电性导通；

在所述气压集成电路芯片的背向所述基板的表面贴装气压传感芯片，并采用引线键合方式将所述气压传感芯片与所述气压集成电路芯片电性导通。

本发明还提出了一种电子设备，所述电子设备包括微机电系统传感器的封装结构，所述微机电系统传感器的封装结构包括：基板；外壳，所述外壳罩设于所述基板的表面，并与所述基板围合形成容置腔，所述基板和/或所述外壳开设有连通所述容置腔的通孔；以及两个导电极板，两个所述导电极板相对设置于所述通孔的孔壁面，两个所述导电极板之间于施加电压时可吸附导电粒子。

本发明的技术方案，通过将外壳与基板围合形成容置腔，并于外壳和/或基板开设连通容置腔的通孔，同时在通孔的孔壁面设置两个相对的导电极板。在使用本发明微机电系统传感器的封装结构时，在相对的两个导电极板之间施加电压，两个导电极板之间边形成电场，使得两个导电极板分别带正电和带负电，且二者之间的电场力远大于导电粒子的重力，那么在带有正电荷的导电粒子进入时，会在电场力的作用下运动至带负电荷的导电极板表面，带负电荷的粒子进入时，会在电场力的作用下运动至带正电荷的导电极板表面，这样可以有效地防止导电粒子进入封装结构内部而造成器件失效的情况出现，保证了微机电系统传感器的可靠性，延长了其使用寿命。同时，由于两个导电极板是设置于通孔的孔壁面，而不是罩盖通孔设置，则不会产生声阻或气阻，从而保证微机电系统传感器具有较好的灵敏度。

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传感器的封装结构一实施例的剖视结构示意图；

图2为微机电系统传感器的封装结构于使用时的工作原理示意图；

图3为微机电系统传感器的封装结构于使用时导电粒子进入的原理示意图；

图4为本发明微机电系统传感器的封装方法一实施例的步骤流程示意图；

图5为图4中步骤s10的细化步骤示意图；

图6为本发明微机电系统传感器的封装方法另一实施例的局部步骤流程示意图；

图7为图6中步骤s43之后得到的剖视结构示意图；

图8为图6中步骤s51之后得到的剖视结构示意图；

图9为图4中未进行步骤s30操作得到的剖视结构示意图。

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传感器的封装结构100。

请参阅图1至图3，在本发明微机电系统传感器的封装结构100一实施例中，封装结构100包括：基板10；外壳60，外壳60罩设于基板10的表面，并与基板10围合形成容置腔80，基板10和/或外壳60开设有连通容置腔80的通孔11；以及两个导电极板70，两个导电极板70相对设置于通孔11的孔壁面，两个所述导电极板70之间于施加电压时可吸附导电粒子。

这里基板10为印制电路板，可以为硅基板10、环氧树脂基板10等，其一表面形成有用于电连接的电路，并设置有与上述电路连接的信号引出焊盘(未标示)，另一表面对应开设有显露口16，用于显露外接焊盘(未标示)，外接焊盘用于外接电路板或电子元件。外壳60一般为金属外壳60，通常采用锡膏焊接方式固定连接于基板10设有引出焊盘的表面，这样外壳60与基板10组装后边围合形成了容置腔80。通孔11可以开设于外壳60，并连通容置腔80，也可以开设于基板10，并连通容置腔80，当然地，外壳60和基板10也可以是均开设通孔11，用以感应外界环境声音变化或气压变化。导电极板70的材质可以为铜、锡或其他导电材料，一般采用电镀的方式制作得到。通孔11的形状可以为圆形、方形或其他合理的形状，导电极板70的形状可以任意形状的板状，且两个导电极板70相对设置。在使用本发明微机电系统传感器的封装结构100时，在位于通孔11两侧的两个外界焊盘之间施加电压，电压会在两个相对导电极板70之间形成电场，使得其中一个导电极板70带正电荷，另一个导电极板70带负电荷，且电场力远大于导电粒子的种子，则带正电的导电粒子进入时，会在电场力的作用下运动至带负电荷的导电极板70表面，带负电荷的粒子进入时，会在电场力的作用下运动至带正电荷的导电极板70表面，这样可以有效地防止导电粒子进入封装结构100内部而造成器件失效的情况出现。同时，由于两个导电极板70是设置于通孔11的孔壁面，而不是罩盖通孔11设置，则不会产生声阻或气阻，从而保证微机电系统传感器具有较好的灵敏度。

因此，可以理解的，本发明的技术方案，通过将外壳60与基板10围合形成容置腔80，并于外壳60和/或基板10开设连通容置腔80的通孔11，同时在通孔11的孔壁面设置两个相对的导电极板70。在使用本发明微机电系统传感器的封装结构100时，在相对的两个导电极板70之间施加电压，两个导电极板70之间边形成电场，使得两个导电极板70分别带正电和带负电，且二者之间的电场力远大于导电粒子的重力，那么在带有正电荷的导电粒子进入时，会在电场力的作用下运动至带负电荷的导电极板70表面，带负电荷的粒子进入时，会在电场力的作用下运动至带正电荷的导电极板70表面，这样可以有效地防止导电粒子进入封装结构100内部而造成器件失效的情况出现，保证了微机电系统传感器的可靠性，延长了其使用寿命。同时，由于两个导电极板70是设置于通孔11的孔壁面，而不是罩盖通孔11设置，则不会产生声阻或气阻，从而保证微机电系统传感器具有较好的灵敏度。

进一步地，两个导电极板70相互平行设置。

这里两个导电极板70相互平行设置，在二者之间施加电压时，二者之间产生的电场力较强，能够更有效地吸附导电粒子，从而更有效地防止导电粒子进入封装结构100内部而造成器件失效的情况出现，保证了微机电系统传感器的可靠性，延长了其使用寿命。可选地，两个导电极板70形状和尺寸均相同，且相互平行设置。

在本发明的一实施例中，通孔11为圆形通孔11，每一导电极板70均为弧形导电极板70，且每一弧形导电极板70均完全贴设于圆形通孔11的孔壁面。

这里通孔11为圆形通孔11，导电极板70为弧形导电极板70，二者相互贴合设置，这样可以有效保证导电极板70的设置稳定性，同时，在两个导电极板70之间施加电压时能够在二者之间产生较强的电场。

为了既保证两个导电极板70之间的电场力较强，同时又不能形成声阻或气阻，则要严格控制导电极板70的厚度，使其厚度设置较为适宜。一般地，导电极板70的厚度范围为5μm至15μm，比如，导电极板70的厚度为5μm、7μm、10μm、12μm或15μm。优选导电极板70的厚度范围为10μm至15μm。

在本发明的一实施例中，基板10包括导电层14和两绝缘层，两绝缘层分别设于所述导电层14的两表面，通孔11贯穿导电层14和两绝缘层；导电极板70的材质与导电层14的材质相同。

这里绝缘层的材质为介质材料，比如硅，二氧化硅等，导电层14的材质一般为金属铜，相应地，导电极板70的材质也为金属铜，这样可以增强导电极板70与导电层14截面的结合力，也即增强导电极板70与通孔11孔壁的结合力，从而提高导电极板70的设置稳定性。

进一步地，请再次参阅图1，微机电系统传感器的封装结构100还包括电性连接的麦克风传感芯片20和麦克风集成电路芯片30，麦克风传感芯片20和麦克风集成电路芯片30均设于基板10位于容置腔80的表面，且麦克风集成电路芯片30电性连接于基板10。

这里麦克风传感芯片20和麦克风集成电路芯片30共同构成了麦克风传感器的结构，用于感应外界声音振动源的变化。麦克风传感芯片20和麦克风集成电路芯片30一般通过引线键合方式电性导通。麦克风传感芯片20和麦克风集成电路芯片30均采用粘片胶贴装在基板10位于容置腔80的表面，并且，麦克风集成电路芯片30采用引线键合方式与基板10表面的引出焊盘电性连接。可选地，麦克风传感芯片20罩盖于通孔11设置，这里可以更灵敏地感应外界声音变化。

需要说明的是，麦克风传感芯片20包括支架(未标示)和麦克风振膜(未标示)，支架为环状结构，并环绕通孔11设置，麦克风振膜固定于支架，并罩盖于通孔11。当在基板10背向容置腔80的一侧输入振动源(振动信号)时，容置腔80内的气体发生振动，振动的气体会带动麦克风振膜发生振动，以感应外界振动源的变化。

进一步地，请再次参阅图1，微机电系统传感器的封装结构100还包括气压传感芯片40和气压集成电路芯片50，气压集成电路芯片50设于基板10位于容置腔80的表面，并电性连接于基板10，气压传感芯片40设于气压集成电路芯片50的背向基板10的表面，并电性连接于气压集成电路芯片50。

这里气压传感芯片40和气压集成电路芯片50共同构成了气压传感器的结构，用于感应外界气压的变化。气压集成电路芯片50一般采用粘片胶贴装在基板10位于容置腔80的表面，并采用引线键合的方式与基板10表面的引出焊盘电性导通。气压传感芯片40采用粘片胶贴装在气压集成电路芯片50的背向基板10的表面，并采用引线键合的方式与气压集成电路芯片50电性导通。

需要说明的是，麦克风传感器结构与气压传感器结构相互绝缘断开。此外，基板10位于容置腔80的表面还可贴装有其他类型的传感器结构，比如湿度传感器结构、温度传感器结构等，以实现更多的功能。

本发明还提出一种微机电系统传感器的封装方法，用于制作如前所述的微机电系统传感器的封装结构100。

请参阅图4，在本发明微机电系统传感器的封装方法一实施例中，封装方法包括以下步骤：

步骤s10，制作基板10；

步骤s30，在所述基板10的一表面贴装外壳60，使得所述外壳60与所述基板10围合形成容置腔80；

步骤s40，在所述基板10和/或所述外壳60的表面开设通孔11，使得所述通孔11与所述容置腔80连通；

步骤s50，在所述通孔11的孔壁面制作两个导电极板70，使得两个所述导电极板70相对设置。

具体地，首先制作基板10，基板10的一表面制作有用于电连接的电路，并制作与上述电路连接的信号引出焊盘。在基板10设有引出焊盘的表面点涂锡膏，采用锡膏焊接的方式贴装外壳60，并经过锡膏回流以加强外壳60与基板10的连接稳固性。外壳60贴装后与基板10围合形成了容置腔80，之后在外壳60和/或基板10的表面开设通孔11，通孔11与容置腔80相连通。最后采用电镀方式在通孔11的孔壁面电镀导电金属层，便可得到两个相对的导电极板70。如此完成了微机电系统传感器的封装，该封装方法操作简单且有效。

可以理解的，由于在通孔11的孔壁面电镀制作两个相对的导电极板70，则在使用本发明微机电系统传感器的封装结构100时，在相对的两个导电极板70之间施加电压，两个导电极板70之间边形成电场，使得两个导电极板70分别带正电和带负电，且二者之间的电场力远大于导电粒子的重力，那么在带有正电荷的导电粒子进入时，会在电场力的作用下运动至带负电荷的导电极板70表面，带负电荷的粒子进入时，会在电场力的作用下运动至带正电荷的导电极板70表面，这样可以有效地防止导电粒子进入封装结构100内部而造成器件失效的情况出现，保证了微机电系统传感器的可靠性，延长了其使用寿命。同时，由于两个导电极板70是设置于通孔11的孔壁面，而不是罩盖通孔11设置，则不会产生声阻或气阻，从而保证微机电系统传感器具有较好的灵敏度。

请参阅图5和图7，在步骤s10中，包括：

步骤s11，在导电层14的两表面分别沉积第一绝缘层12和第二绝缘层13。

具体地，这里导电层14为金属铜层，在金属铜层的两表面分别压介质材料，便可得到第一绝缘层12和第二绝缘层13，也即得到了电路基板10。

请参阅图6和图7，相应地，步骤s40中，包括：

步骤s41，采用光刻技术对所述第二绝缘层13进行定位曝光，去除曝光位置的绝缘材料；

步骤s42，采用化学湿法腐蚀去除导电层14对应暴露位置的导电材料；

步骤s43，去除所述第一绝缘层12对应暴露位置的绝缘材料，得到通孔11。

这里通孔11开设于基板10，其开设操作较为简单且有效。

请参阅图6和图8，相应地，步骤s50中，包括：

步骤s51，在所述通孔11的孔壁面于导电层14截面处进行电镀导电材料，得到两个相对设置的导电极板70。

这里电镀时，在通孔11的孔壁面于导电层14截面处进行电镀金属材料，便可得到导电极板70。可选地，金属材料为金属铜材料，这样可以增加导电极板70与导电层14截面的结合力，增强导电极板70的电镀稳固性。

需要说明的是，请再次参阅图5，步骤s11之后还包括：

步骤s12，采用光刻技术对所述第二绝缘层13进行定位曝光，去除曝光位置的绝缘材料，并采用化学湿法腐蚀去除导电层14对应暴露位置的导电材料，得到导电层14分离结构；

步骤s13，去除所述第二绝缘层13，并在所述导电层14背向所述第一导电层14的表面沉积第三绝缘层15；

步骤s14，采用光刻技术对所述第三绝缘层15进行定位曝光，去除曝光位置的绝缘材料，以显露部分所述导电层14，得到引出焊盘。

这里制作引出焊盘的操作方法较为简单且有效。

请参阅图6，相应地，步骤s30中，包括：

步骤s31，在位于基板10边缘的引出焊盘处点涂锡膏，并采用锡膏焊接的方式贴装外壳60，使得外壳60与基板10围合形成容置腔80。

该贴装外壳60的操作简单且有效。

进一步地，步骤s11之后还包括：

步骤s15，采用光刻技术对所述第一绝缘层12进行定位曝光，去除曝光位置的绝缘材料，得到显露口16，以显露部分所述导电层14，得到外接焊盘。

制作外接焊盘的操作较为简单方便，操作可行性较好。

需要说明的是，由于步骤s12和步骤s15之间相互不影响，则二者的先后顺序不作限定。

进一步地，请再次参阅图4和图9，步骤s10之后，还包括：

步骤s20，在所述基板10位于所述容置腔80的表面贴装麦克风集成电路芯片30，并采用引线键合方式将所述麦克风集成电路芯片30与所述基板10电性导通；

步骤s21，在所述基板10位于所述容置腔80的表面贴装麦克风传感芯片20，并采用引线键合方式将所述麦克风传感芯片20和所述麦克风集成电路芯片30电性导通。

具体地，在基板10设有引出焊盘的表面点涂粘片胶，分别贴装麦克风集成电路芯片30和麦克风传感芯片20，并通过引线键合方式将麦克风集成电路芯片30与基板10的引出焊盘电性导通，同时通过引线键合方式将麦克风传感芯片20和麦克风集成电路芯片30电性导通。如此便可完成了麦克风传感器结构的制作，该制作方法操作简单且有效。

需要说明的，这里麦克风传感芯片20罩盖通孔11贴装，麦克风集成电路芯片30邻近麦克风传感芯片20贴装，如此可以使得麦克风传感器结构具有较好的检测灵敏度。

进一步地，步骤s10之后，还包括：

步骤s20a，在所述基板10位于所述容置腔80的表面贴装气压集成电路芯片50，并采用引线键合方式将所述气压集成电路芯片50与所述基板10电性导通；

步骤s21a，在所述气压集成电路芯片50的背向所述基板10的表面贴装气压传感芯片40，并采用引线键合方式将所述气压传感芯片40与所述气压集成电路芯片50电性导通。

具体地，在基板10设有引出焊盘的表面点涂粘片胶，贴装气压集成电路芯片50，并采用引线键合方式将气压集成电路芯片50与基板10的引出焊盘电性导通。接着，在气压集成电路芯片50的背向基板10的表面点涂粘片胶，贴装气压传感芯片40，并采用引线键合方式将气压传感芯片40与气压集成电路芯片50电性导通。如此便可完成了气压传感器结构的制作，该制作方法操作简单且有效。

可以理解的，基板10表面的引出焊盘设置有多个，分别用来贴装外壳60，电性连接麦克风集成电路芯片30和气压集成电路芯片50。并且，步骤s20和步骤s20a之间相互无影响，二者的先后顺序可以调换，在此不作限制。

需要说明的是，当通孔11开设于基板10时，步骤s30贴装外壳60的操作也可以放置在步骤s50之后，也即最后进行贴装外壳60的操作。当然地，步骤s20和步骤s20a的操作也可放置在步骤s50制作导电极板70之后，均在本发明的保护范围内。

本发明还提出一种电子设备，所述电子设备包括如前所述的微机电系统传感器的封装结构100，该微机电系统传感器的封装结构100的具体结构参照前述实施例。由于电子设备采用了前述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有前述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

需要说明的是，电子设备一般为手机、手表、耳机、手环等，微机电系统传感器的封装结构100一般是安装于电子设备的壳体内，并通过其外接焊盘电性连接于壳体内的电路板，以使得电子设备使用时能够地防止导电粒子进入封装结构100内部而造成器件失效的情况出现，从而保证了微机电系统传感器的可靠性，延长了其使用寿命。

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。