芯片封装结构、其制作方法和电子设备与流程

1.本发明涉及半导体领域，具体而言，涉及一种芯片封装结构、其制作方法和电子设备。


背景技术：

2.随着半导体行业的快速发展，麦克风在消费领域已经广泛应用于各种电子产品中，其中硅麦克风由于尺寸较小，稳定性强等特点，已经广泛应用在移动终端中。硅麦克风的芯片封装结构中包含mems(微机电系统，micro electro mechanical system)芯片和asic（特殊应用集成电路，application specific integrated circuit）芯片，用于接收、处理声信号。随着电子产品运用于通信领域高频、低频信号的迭代，故需求mems硅麦产品具备天线功能。但现有的硅麦克风的芯片封装结构与天线结构的集成度较差。


技术实现要素：

3.本发明的目的包括，提供一种芯片封装结构、其制作方法和电子设备，其较好地将用于接收、处理声信号的芯片和天线结构集成起来，使芯片封装结构以及电子设备具有较好的性能并且结构紧凑。
4.本发明的实施例可以这样实现：第一方面，本发明提供一种芯片封装结构，包括：基板，基板上设置有处理芯片和麦克风芯片，麦克风芯片通过处理芯片与基板上的线路连接；设置于基板的保护罩，保护罩将麦克风芯片和处理芯片罩住；设置于保护罩外表面的射频芯片，射频芯片与基板上的线路电连接；封装体，封装体包裹于保护罩和射频芯片外侧，并露出传音孔；设置于封装体表面的天线，天线通过埋设于封装体内的第一传输线路与射频芯片电连接；其中，基板和/或保护罩形成传音孔，传音孔连通保护罩的空腔和芯片封装结构的外侧。
5.在可选的实施方式中，传音孔的朝向与基板平行。
6.在可选的实施方式中，保护罩包括罩体和连接于罩体外侧的通道板，罩体将处理芯片和麦克风芯片罩在其内，罩体与基板相邻的边缘具有缺口，通道板连接于缺口的上缘并与基板平行，通道板与基板之间形成传音孔。
7.在可选的实施方式中，罩体包括顶板和侧板，顶板与侧板共同形成罩体的腔体，顶板位于罩体远离基板的一侧，缺口形成于侧板，射频芯片设置于顶板的外侧。
8.在可选的实施方式中，保护罩上设有第二传输线路，第二传输线路与保护罩通过绝缘层分隔，第二传输线路的两端分别连接第一传输线路和射频芯片。
9.在可选的实施方式中，保护罩的内侧面和外侧面之间埋设有连接通道，连接通道
的两端均从保护罩的外侧面贯穿出，第二传输线路埋设在连接通道内，并与连接通道的内壁之间通过绝缘层分隔，第二传输线路的两端分别从连接通道的两端露出。
10.在可选的实施方式中，保护罩包括罩体和连接于罩体外侧的通道板，罩体将处理芯片和麦克风芯片罩在其内，罩体与基板相邻的边缘具有缺口，通道板连接于缺口的上缘并与基板平行，通道板与基板之间形成传音孔；第二传输线路设置于通道板，射频芯片通过打线的方式连接于第二传输线路的一端。
11.第二方面，本发明提供一种芯片封装结构的制作方法，包括：在基板上设置处理芯片和麦克风芯片，麦克风芯片通过处理芯片与基板上的线路连接；制作保护罩将麦克风芯片和处理芯片罩住，基板和/或保护罩形成有传音孔；在保护罩上设置射频芯片；制作封装体以包裹于保护罩和射频芯片；在封装体内埋设第一传输线路，并在封装体外侧设置天线，以使天线通过第一传输线路连接射频芯片。
12.在可选的实施方式中，保护罩上设置有第二传输线路，射频芯片与第二传输线路电连接；设置埋设于封装体内的第一传输线路，并在封装体外侧设置天线，以使天线通过第一传输线路连接射频芯片，具体包括：从封装体的外侧向内开设连接孔，连接孔的底部延伸至保护罩上的第二传输线路；在连接孔内填充导电材料以形成第一传输线路；在封装体外侧设置天线，以使天线连接于第一传输线路。
13.第三方面，本发明提供一种电子设备，包括前述实施方式中任一项的芯片封装结构。
14.本发明实施例的有益效果包括：本发明实施例的芯片封装结构包括基板、设置于基板的麦克风芯片和处理芯片、将麦克风芯片和处理芯片罩住的保护罩、设置于保护罩外表面的射频芯片、包裹保护罩和射频芯片的封装体以及设置于封装体表面的天线。通过将天线设置在封装体表面，将射频芯片设置在保护罩外，再通过第一传输线路将二者连接起来，实现了天线结构与麦克风芯片和处理芯片的集成，使得该芯片封装结构既能够接收、处理声信号，也能够通过天线发射信号，其功能性强大能够满足更多的使用需求；并且结构紧凑，有利于电子设备的小型化。
15.本发明实施例提供的制作方法用于制作上述的芯片封装结构。本发明实施例提供的电子设备包含上述的芯片封装结构，因此具有功能更多、结构紧凑的优点。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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获得其他相关的附图。
17.图1为本发明一种实施例中芯片封装结构的示意图；
图2为本发明另一种实施例中芯片封装结构的示意图；图3为图1中局部iii的放大图；图4为本发明一种实施例中芯片封装结构的制作方法的流程图；图5至图9为本发明一种实施例中芯片封装结构在制作过程中的形态示意图。
18.图标：010
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芯片封装结构；100
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基板；110
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锡球；200
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麦克风芯片；210
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处理芯片；300
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保护罩；310
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罩体；311
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侧板；312
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顶板；320
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通道板；322
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第二传输线路；324
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绝缘层；330
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传音孔；400
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封装体；500
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天线；510
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第一传输线路；520
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射频芯片。
具体实施方式
19.随着ic射频天线结构广泛应用于半导体行业中，以及电子产品运用于通信领域高频、低频信号的迭代，故需求电子产品（比如麦克风、移动通讯设备）在具有mems硅麦产品的功能的同时，也要有具有天线的功能，满足其高/低频信号发射的需求。但现有的电子设备的设计中，起到接收、处理声信号的mems硅麦产品与天线结构是两个独立产品，没有射频天线结构与mems硅麦结构相结合的技术。这样导致具有多种功能的电子设备的集成度不高，小型化受限。并且，现有技术ic射频天线结构制作方法中，天线层接地焊盘制作于基板上，采用激光开槽时，容易将基板焊盘击穿，从而导致天线图形传输受影响。
20.为了提高当前相关技术中硅麦与天线集成度不高的问题，本发明实施例提供一种芯片封装结构，将二者结合在一起。并且在这种结构下，能够避免制作天线时将基板焊盘击穿的风险。
21.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
22.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。
23.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
24.在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
25.此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
26.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
27.图1为本发明一种实施例中芯片封装结构010的示意图。如图1所示，本实施例提供的芯片封装结构010包括：基板100，基板100上设置有处理芯片210和麦克风芯片200，麦克风芯片200通过处
理芯片210与基板100上的线路连接；设置于基板100的保护罩300，保护罩300将麦克风芯片200和处理芯片210罩住；设置于保护罩300外表面的射频芯片520，射频芯片520与基板100上的线路电连接；封装体400，封装体400包裹于保护罩300和射频芯片520外侧，并露出传音孔330；设置于封装体400表面的天线500，天线500通过埋设于封装体400内的第一传输线路510与射频芯片520电连接；其中，基板100和/或保护罩300形成传音孔330，传音孔330连通保护罩300的空腔和芯片封装结构010的外侧。
28.可以看出，本发明提供的芯片封装结构010中，通过将麦克风芯片200和处理芯片210罩在保护罩300内，并开设传音孔330，能够满足声音接收、处理的需要。在本实施例中，传音孔330可以形成于基板100或者保护罩300上，也可以由基板100和保护罩300共同形成（如图1所示）。将射频芯片520设置在保护罩300外，利用封装体400包裹整个保护罩300和射频芯片520，在封装体400外设置天线500，这样将天线500和麦克风芯片200、处理芯片210集成起来，令整个封装结构的功能更多且结构紧凑。另外，天线500形成在封装体400上，避免了在基板100上形成天线500时可能存在的击穿焊盘的风险。
29.在本发明实施例中，麦克风芯片200为mems芯片，其包括硅振膜和硅背极板。其作用是利用声音变化产生的压力梯度使硅振膜受声压干扰而产生形变，进而改变硅振膜和硅背极板之间的电容值，从而将声信号转化为电信号。而本发明实施例中的处理芯片210为asic芯片，其用于对麦克风芯片200输送来的电信号进行处理（比如放大等）。在可选的实施例中，处理芯片210通过打线的方式与基板100上的线路连接，并通过打线的方式连接麦克风芯片200。
30.在本发明可选的实施例中，传音孔330的朝向与基板100平行。通常，麦克风芯片200上的硅振膜的朝向是背离基板100的，通过将传音孔330的朝向设置为与基板100平行，这样使得从传音孔330传入的声音不会直接正对麦克风芯片200的硅振膜，避免硅振膜因为高强度的声压冲击而破裂。由于保护罩300形成了一个腔体，因此声音在通过传音孔330进入保护罩300后，会在腔体内扩散，被麦克风芯片200接收。在本实施例中，传音孔330是位于保护罩300的侧面的，并且其侧壁的一部分由保护罩300形成，另一部分由基板100形成，在可选的其他实施例中，侧向开设的传音孔330也可以是位于基板100的内部，其一端从基板100的侧边缘伸出，另一端从基板100表面穿出而伸到保护罩300内。在另一些实施例中，传音孔330也可以从基板100的背面贯穿基板100，从而连通至保护罩300内。
31.图2为本发明另一种实施例中芯片封装结构010的示意图。如图2所示，在可选的实施例中，传音孔330可以有两个或者两个以上，不同的传音孔330朝向不同，这样能够更好地接收不同方向的声音信号，提升灵敏度。当然，在可选的其他实施例中，传音孔330的朝向可以根据需要进行调整，不仅限于平行于基板100，比如可以垂直于基板100。
32.在本实施例中，保护罩300包括罩体310和连接于罩体310外侧的通道板320，罩体310将处理芯片210和麦克风芯片200罩在其内，罩体310与基板100相邻的边缘具有缺口，通道板320连接于缺口的上缘并与基板100平行，通道板320与基板100之间形成传音孔330。在本实施例中，保护罩300的材料可以是陶瓷或者金属，当其为金属时，能够起到电磁屏蔽的
作用。
33.进一步的，如图1所示，罩体310可选为矩形的罩体310。在可选的实施方式中，罩体310包括顶板312和侧板311，顶板312与侧板311共同形成罩体310的腔体，顶板312位于罩体310远离基板100的一侧，缺口形成于侧板311，射频芯片520设置于顶板312的外侧。在本实施例中由于设置了通道板320，通道板320围成了一个具有一定长度的传音孔330，该传音孔330的一端（内端）连通至侧板311上的缺口，另一端（外端）则连通该芯片封装结构010的外侧，用于供声音传入。
34.应当理解，在可选的实施例中，可以不设置通道板320的结构，仅以侧板311上的缺口作为传音孔330。或者，侧板311上可以设置通孔（替代上述缺口），通孔与管状的通道结构（替代上述的通道板320）连接，管状的通道结构形成具有一定长度的传音孔330。
35.在本实施例中，通过通道板320形成具有一定长度的传音孔330的好处之一，是便于在制作过程中通过切割形成暴露在芯片封装结构010外侧的传音孔330外端。可以理解，芯片封装结构010在制作过程中，可以是多个芯片封装结构010共同成型在一个大的基板100上，最后通过切割形成单个的芯片封装结构010。在切割之前，不同芯片封装结构010的封装体400、保护罩300可以是连在一起的，而在一种可选的实施例中，各个保护罩300是通过各自的通道板320连接的。在切割时，将连在一起的两个通道板320（切割之前则是一体的）切开，切口处（比如图1实施例的右侧）便形成了传音孔330的外端。通过切割通道板320来分离两个芯片封装结构010的保护罩300，切割面比较小，因此切割难度降低。
36.图3为图1中局部iii的放大图。如图3所示，在可选的实施方式中，保护罩300上设有第二传输线路322，第二传输线路322与保护罩300通过绝缘层324分隔，第二传输线路322的两端分别连接第一传输线路510和射频芯片520。在本实施例中，第二传输线路322设置在通道板320，因此，在本实施例中，通道板320的另一作用是可以便于设置第二传输线路322，来连接射频芯片520和天线500。射频芯片520通过打线的方式连接于第二传输线路322的一端以及基板100上的线路。在本实施例中，保护罩300为金属材料，为了避免短路，因此需要设置绝缘层324，来将第二传输线路322与保护罩300分隔开。当保护罩300材料为陶瓷等绝缘材料时，也可以不设置绝缘层324。
37.本实施例中，保护罩300（具体为通道板320）的内侧面和外侧面之间埋设有连接通道，连接通道的两端均从保护罩300的外侧面贯穿出，第二传输线路322埋设在连接通道内，并与连接通道的内壁之间通过绝缘层324分隔，第二传输线路322的两端分别从连接通道的两端露出。当然，在可选的其他实施例中，连接通道也可以用设置在保护罩300外表面的槽体来代替，设置不设置连接通道，直接将第二传输线路322设置在保护罩300的表面，只要保证与保护罩300之间绝缘即可。另外，根据实际需要，第二传输线路322也可以不设置在通道板320上，还可以设置在保护罩300的其他位置。
38.为了减小整个封装的体积，还可以在罩体310的顶板312上开设槽，来容纳至少部分射频芯片520。
39.在本实施例中，封装体400也大致呈矩形，天线500形成于封装体400远离基板100一侧的表面。而第一传输线路510则竖直地贯穿封装体400，其上下两端分别连接天线500和第二传输线路322，进而与射频芯片520电连接。
40.在本发明实施例中，第一传输线路510、第二传输线路322以及天线500均可以由银
浆、铜浆、铝浆、导电油墨等形成，从而实现电信号传输的功能。
41.本实施例中，在基板100的背面（未设置芯片的一面）还阵列设置有锡球110。
42.本发明实施例提供的芯片封装结构010，通过将射频芯片520设置在保护罩300上，将天线500设置在封装体400表面，通过第一传输线路510、第二传输线路322连接起来，实现了声音接收、处理功能与信号发射功能的集成，满足更多的使用场景。并且该结构紧凑稳定，有利于设备的小型化。
43.图4为本发明一种实施例中芯片封装结构的制作方法的流程图；图5至图9为本发明一种实施例中芯片封装结构010在制作过程中的形态示意图。如图4至图9所示，本发明实施例提供的一种芯片封装结构的制作方法，可以用于制作本发明上述实施例提供的芯片封装结构010，其步骤包括：步骤s100，在基板上设置处理芯片和麦克风芯片，麦克风芯片通过处理芯片与基板上的线路连接。
44.在本实施例中，可以在一张大的基板100上布置多个待制作的芯片封装结构010的处理芯片210和麦克风芯片200，这样可以大幅提高制作的效率。以同时制作两个芯片封装结构010为例，如图5中所示，在基板100上设置两组处理芯片210和麦克风芯片200，麦克风芯片200通过打线方式与处理芯片210连接，处理芯片210通过打线方式与基板100上的芯片连接，如图5所示，实现信号的传输。
45.步骤s200，制作保护罩将麦克风芯片和处理芯片罩住，基板和/或保护罩形成有传音孔。
46.如图6所示，利用保护罩300将麦克风芯片200和处理芯片210罩住，可选的，保护罩300与基板100之间可以通过焊接相连。在本实施例中，两个芯片封装结构010的保护罩300是连在一起的，具体通过通道板320连接在一起，也即是说传音孔330是相连通的，后续切割时的切割位置即在通道板320处。当然，在可选的其他实施例中，也可以分别设置两个相互分离的保护罩300，将两组芯片分别罩在其内。应当理解，在其他实施例中，当保护罩300可以有多个传音孔330，每个朝向不同的传音孔330均与不同的另一个保护罩300连接。当传音孔330开设于保护罩300上时，可以预制包含有传音孔330的保护罩300；当传音孔330开设于基板100时，可以预制具有传音孔330的保护罩。
47.步骤s300，在保护罩上设置射频芯片。
48.具体的，如图7所示，可以在保护罩300上贴装射频芯片520。可选的，可以在保护罩300的外侧设置凹槽，将射频芯片520嵌入其中，以减小封装体积。射频芯片520优选设置在罩体310的顶板312外侧，当然也可以设置在保护罩300的其他位置。
49.在本实施例中，保护罩300上预先设置有第二传输线路322，射频芯片520通过打线，分别连接基板100上的线路以及第二传输线路322的一端。
50.步骤s400，制作封装体以包裹于保护罩和射频芯片。
51.具体的，如图8所示，利用塑封工艺，一次性将基板100上的各个保护罩300、射频芯片520全部包裹起来。在形成封装体400之后，既可以立即进行切割，将两个芯片封装结构010（未完成状态）分开，并同时在切割处将传音孔330的一端露出；也可以暂时不进行切割，待后续待设置的结构全部设置完成后再切割。在图8的实施例中则是暂未切割，因此两个保护罩300的传音孔330仍处于连通状态。
52.步骤s500，在封装体内埋设第一传输线路，并在封装体外侧设置天线，以使天线通过第一传输线路连接射频芯片。
53.在本实施例中，可以从封装体400的外侧向内开设连接孔，连接孔的底部延伸至保护罩300上的第二传输线路322，然后在连接孔内填充导电材料以形成第一传输线路510，之后在封装体400外侧设置天线500，以使天线500连接于第一传输线路510，如图9所示。具体的，开设连接孔的可以利用激光实现，所填充的导电材料可以是银浆、铜浆等金属，也可以是导电油墨。形成第一传输线路510后，第一传输线路510与第二传输线路322连接。之后可以在封装体400表面利用激光形成天线图案后，采用印刷/涂覆方式，形成天线图形；天线图形也可以采用塑封模具一次形成凹槽后填充天线图形；也可以激光开设连接孔时一起将天线图案凹槽形成后，涂覆/印刷导电材料，形成天线图形。将天线500设置在封装体400上，可以避免天线接地焊盘制作于基板上采用激光开槽时容易将基板焊盘击穿的问题。天线500的导电材料可以为能够满足发射或接收用途的材料，具有电阻率低、信号稳定等特点。例如可以选用导电油墨、铝浆、铜浆、银浆等。之后，可以在基板100的背面设置锡球110。
54.当芯片封装结构010的必要部件制作完成之后，可以进行切割，切割的位置为保护罩300的通道板320处，通过切割形成单粒的芯片封装结构010，并且传音孔330的端部于切割处形成，并露出在封装结构的表面，切割之后形成图1实施例所示的芯片封装结构010。切割操作设在塑封工艺之后，封装体400可以起到保护作用：保护罩300在切割时，防止保护罩300底部与基板100焊接结构的裂纹产生，提升焊接可靠性。
55.应当理解，本实施例中采用最后进行切割的方式，实现了同时制作多个芯片封装结构010，以提高效率。在其他实施例中，切割的时间点也可以进行改变，比如在封装体400完成之后天线500，制作之前进行切割；甚至可以单独进行单粒芯片封装结构010的制作，封装体400完成后便露出传音孔330。
56.本发明实施例还提供一种电子设备，包含本发明上述实施例提供的芯片封装结构010。该电子设备可以是通讯设备。
57.综上，本发明实施例的芯片封装结构010包括基板100、设置于基板100的麦克风芯片200和处理芯片210、将麦克风芯片200和处理芯片210罩住的保护罩300、设置于保护罩300外表面的射频芯片520、包裹保护罩300和射频芯片520的封装体400以及设置于封装体400表面的天线500。通过将天线500设置在封装体400表面，将射频芯片520设置在保护罩300外，再通过第一传输线路510将二者连接起来，实现了天线500结构与麦克风芯片200和处理芯片210的集成，使得该芯片封装结构010既能够接收、处理声信号，也能够通过天线500发射信号，其功能性强大能够满足更多的使用需求；并且结构紧凑，有利于电子设备的小型化。
58.本发明实施例提供的制作方法用于制作上述的芯片封装结构010。本发明实施例提供的电子设备包含上述的芯片封装结构010，因此具有功能更多、结构紧凑的优点。
59.以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。