一种高度集成的MEMS传感器封装结构及其封装方法与流程

一种高度集成的mems传感器封装结构及其封装方法
技术领域
1.本发明属于半导体封装技术领域，具体涉及一种高度集成的mems传感器封装结构及其封装方法。

背景技术：

2.国家对传感器等核心零部件产业的布局与扶持力度愈加明显。我国对芯片等核心零部件的自主化生产已经到了非常迫切的时刻。mems 传感器作为新一代半导体产品和传统传感器的替代品，必将是各主要大国争夺的产业制高点。
3.mems传感器摩尔定律的发展缓慢，产品功能趋向高度集成化，体积趋向小型化，因此，它变得更加依赖封装技术，而新的封装技术要求更轻、更薄、更小、高密度、高速度、低成本，从2d开发到3d逐渐发展。因此，本发明提出了一种高度集成的mems传感器封装结构及其封装方法。

技术实现要素：

4.为解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供了一种高度集成的 mems传感器封装结构及其封装方法。
5.为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用的技术方案为：
6.一种高度集成的mems传感器封装结构，包括由若干个基板围成的空腔，所述空腔内集成设置有若干个芯片和/或电子元器件，芯片的类型可相同或不同，空腔上开设有若干个气孔，空腔内外气压相同。
7.进一步的，所述空腔由第一基板、第二基板和第三基板围成，所述第一基板与第三基板面面相对且二者之间通过第二基板相连接。
8.进一步的，所述空腔为由一个第一基板、两个第二基板和一个第三基板围成的方形结构，所述第一基板相对的两端对称设置有第二基板，所述第一基板与第三基板面面相对且二者长度相同。
9.进一步的，所述第一基板与第三基板上分别设置有芯片，所述第一基板与其上的芯片互联导通，所述第二基板或第三基板上开设若干个气孔。
10.进一步的，所述空腔内且位于第一基板上设置有电子元器件、mems芯片和asic芯片，所述mems芯片和asic芯片分别与第一基板互联导通，所述空腔内且位于第三基板上设置有若干个fccsp芯片。
11.进一步的，所述第一基板上分别胶贴有一个mems芯片和一个asic芯片。
12.进一步的，所述mems芯片通过低应力的硅胶粘接于第一基板上，所述asic芯片通过绝缘胶或者daf粘接于第一基板上。
13.进一步的，所述第三基板朝向空腔的一面设置有两个fccsp芯片，所述第三基板背向fccsp芯片的一面还贴附有耐高温胶膜，所述第三基板压合至第一基板上之前撕下耐高温胶膜。
14.本发明还公开了一种高度集成的mems传感器封装方法，包括以下步骤：
15.1)准备第一基板、第二基板和第三基板；
16.2)在第一基板上贴装电子元器件并在其相对的两端分别贴合第二基板，再将若干个同类型或不同类型的芯片贴装在第一基板表面，第一基板上的芯片和电子元器件位于第一基板的同一面，随后进行打线连接，使得第一基板与其上的芯片互联导通；
17.3)在第三基板正面进行fccsp芯片的倒装贴装，可将一耐高温胶膜贴在第三基板的背面，后期需去除，也可以选择不贴；随后，对fccsp芯片进行点胶，增强fccsp芯片的焊接强度；再在第三基板四周进行点胶或者锡膏，同时撕掉第三基板背面的耐高温胶膜；
18.4)将步骤3)所得基板倒扣在步骤2)所得基板上面，形成具有空腔的三层基板压合结构，该结构即为所需封装结构，其上具有若干个气孔；
19.5)进行印字、切割，形成单颗的成品结构；
20.步骤2)与步骤3)无先后顺序。
21.进一步的，步骤2)中，所述第一基板上贴装有mems芯片和asic芯片，所述mems 芯片和asic芯片分别与第一基板互联导通。
22.本发明的高度集成的mems传感器封装方法具体包括以下步骤：
23.第1步：首先准备第一基板，制作一个钢网，通过钢网印刷的方式印刷锡膏在第一基板表面；
24.第2步：准备第二基板，先通过smt贴片方式将电子元器件贴装在第一基板表面，再通用基板压合技术过回流焊将第二基板与第一基板贴合；
25.第3步：将mems芯片和asic芯片使用粘片胶贴装在第一基板表面，电子元器件、 mems芯片和asic芯片贴装在第一基板的同一面。mems芯片优选使用低应力的硅胶粘接，asic芯片优选使用绝缘胶或者daf进行粘接；
26.第4步：进行打线连接，使得mems芯片和asic芯片均通过金丝与第一基板互联导通；
27.第5步：准备第三基板；
28.第6步：在第三基板正面进行fccsp芯片的倒装贴装；
29.第7步：对fccsp芯片进行under fill点胶，增强该芯片的焊接强度，最终使得fccsp 芯片通过底部填充胶贴装于第三基板正面；
30.第8步：在第三基板四周进行点胶或者锡膏，同时撕掉第三基板背面的耐高温胶膜；
31.第9步：将第8步所得基板通过基板压合的技术到扣在第4步所得基板上面，形成三层基板压合结构，该结构上具有气孔；
32.第10步：进行印字、切割，形成单颗的成品结构。
33.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
34.1)本发明公开了一种高度集成的mems传感器封装结构及其封装方法，该封装方法中，采用三层基板压合工艺，得到具有空腔的三层基板压合结构，无需设置金属罩或类似结构，在最上面的第三基板上进行fccsp芯片的倒装贴装，既可以实现mems传感器芯片的功能，同时fccsp芯片也可以作为控制芯片使用，当fccsp芯片需要具有高散热需求时，通过气孔进行散热，能够防止芯片因温度过高导致内部烧坏的缺陷；
和若干个同类型或不同类型的芯片，优选在第一基板1上设置有电子元器件4、mems芯片5和asic芯片6，该空腔内且位于第三基板7上设置有若干个fccsp芯片9，空腔上开设有若干个气孔11，优选在第二基板3或第三基板7上开设若干个气孔11，使得空腔内外气压相同，无压差。
52.一种高度集成的mems传感器封装方法，包括以下步骤：
53.1)准备第一基板1、第二基板3和第三基板7；
54.2)在第一基板1上贴装电子元器件4并在其相对的两端分别贴合第二基板3，再将若干个同类型或不同类型的芯片贴装在第一基板1表面，第一基板1上的芯片和电子元器件 4位于第一基板1的同一面，随后进行打线连接，使得第一基板1与其上的芯片互联导通；
55.3)在第三基板7正面进行fccsp芯片9的倒装贴装，可根据实际需求将一耐高温胶膜8贴在第三基板7的背面，也可以不贴耐高温胶膜8；随后，对fccsp芯片9进行点胶，增强fccsp芯片9的焊接强度；再在第三基板7四周进行点胶或者锡膏，同时撕掉第三基板7背面的耐高温胶膜8；
56.4)将步骤3)所得基板倒扣在步骤2)所得基板上面，形成具有空腔的三层基板压合结构，该结构即为所需封装结构，其上具有若干个气孔11，如图9或图10所示；
57.5)进行印字、切割，形成单颗的成品结构；
58.步骤2)与步骤3)无先后顺序。
59.实施例1
60.如图1-9所示，一种高度集成的mems传感器封装结构，包括一个第一基板1、两个第二基板3和一个第三基板7，第一基板1、第二基板3和第三基板7围成一方形的空腔，该空腔内且位于第一基板1上设置有电子元器件4、mems芯片5和asic芯片6，空腔内且位于第三基板7上设置有若干个fccsp芯片9，第三基板7上开设一个气孔11，使得空腔内外气压相同，无压差。
61.一种高度集成的mems传感器封装方法，包括以下步骤：
62.第1步：如图1，首先准备第一基板1，制作一个钢网，通过钢网印刷的方式印刷锡膏2在第一基板1表面；
63.第2步：如图2，准备第二基板3，先通过smt贴片方式将电子元器件4贴装在第一基板1表面，再通用基板压合技术过回流焊将第二基板3与第一基板1贴合；
64.第3步：如图3，将mems芯片5和asic芯片6使用粘片胶贴装在第一基板1表面，电子元器件4、mems芯片5和asic芯片6贴装在第一基板1的同一面。mems芯片5 优选使用低应力的硅胶粘接，asic芯片6优选使用绝缘胶或者daf进行粘接；
65.第4步：如图4，进行打线连接，使得mems芯片5和asic芯片6均通过金丝1-1 与第一基板1互联导通；
66.第5步：如图5，准备第三基板7，该第三基板7一侧开设有气孔11，将一耐高温胶膜8贴在第三基板7的背面，其作用是使第三基板7可以真空吸附在设备的平台上；
67.第6步：如图6，在第三基板7正面进行fccsp芯片9的倒装贴装；
68.第7步：如图7，对fccsp芯片9进行under fill点胶，增强该芯片的焊接强度，最终使得fccsp芯片9通过底部填充胶10贴装于第三基板7正面；
69.第8步：如图8，在第三基板7四周进行点胶或者锡膏，同时撕掉第三基板7背面的耐
高温胶膜8；
70.第9步：将第8步所得基板通过基板压合的技术到扣在第4步所得基板上面，形成三层基板压合结构，如图9所示；
71.第10步：进行印字、切割，形成单颗的成品结构。
72.实施例2
73.如图1-4和图10所示，一种高度集成的mems传感器封装结构，包括一个第一基板 1、两个第二基板3和一个第三基板7，第一基板1、第二基板3和第三基板7围成一方形的空腔，该空腔内且位于第一基板1上设置有电子元器件4、mems芯片5和asic芯片6，空腔内且位于第三基板7上设置有若干个fccsp芯片9，位于第一基板1两侧的两个第二基板3上对称开设气孔11，使得空腔内外气压相同，无压差。
74.一种高度集成的mems传感器封装方法，包括以下步骤：
75.第1步：如图1，首先准备第一基板1，制作一个钢网，通过钢网印刷的方式印刷锡膏2在第一基板1表面；
76.第2步：如图2，准备第二基板3，两个第二基板3上对称开设有气孔11，先通过smt 贴片方式将电子元器件4贴装在第一基板1表面，再通用基板压合技术过回流焊将第二基板3与第一基板1贴合；
77.第3步：如图3，将mems芯片5和asic芯片6使用粘片胶贴装在第一基板1表面，电子元器件4、mems芯片5和asic芯片6贴装在第一基板1的同一面。mems芯片5 优选使用低应力的硅胶粘接，asic芯片6优选使用绝缘胶或者daf进行粘接；
78.第4步：如图4，进行打线连接，使得mems芯片5和asic芯片6均通过金丝1-1 与第一基板1互联导通；
79.第5步：准备第三基板7，本实施例的第三基板7的背面不需贴附耐高温胶膜8；
80.第6步：在第三基板7正面进行fccsp芯片9的倒装贴装；
81.第7步：对fccsp芯片9进行under fill点胶，增强该芯片的焊接强度，最终使得fccsp 芯片9通过底部填充胶10贴装于第三基板7正面；
82.第8步：在第三基板7四周进行点胶或者锡膏；
83.第9步：将第8步所得基板通过基板压合的技术到扣在第4步所得基板上面，形成三层基板压合结构，如图10所示；
84.第10步：进行印字、切割，形成单颗的成品结构。
85.余同实施例1。
86.本发明未具体描述的部分或结构采用现有技术或现有产品即可，在此不做赘述。
87.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：

1.一种高度集成的mems传感器封装结构，其特征在于，包括由若干个基板围成的空腔，所述空腔内集成设置有若干个芯片和/或电子元器件，芯片的类型可相同或不同，空腔上开设有若干个气孔，空腔内外气压相同。2.根据权利要求1所述的一种高度集成的mems传感器封装结构，其特征在于，所述空腔由第一基板、第二基板和第三基板围成，所述第一基板与第三基板面面相对且二者之间通过第二基板相连接。3.根据权利要求2所述的一种高度集成的mems传感器封装结构，其特征在于，所述空腔为由一个第一基板、两个第二基板和一个第三基板围成的方形结构，所述第一基板相对的两端对称设置有第二基板，所述第一基板与第三基板面面相对且二者长度相同。4.根据权利要求2所述的一种高度集成的mems传感器封装结构，其特征在于，所述第一基板与第三基板上分别设置有芯片，所述第一基板与其上的芯片互联导通，所述第二基板或第三基板上开设若干个气孔。5.根据权利要求4所述的一种高度集成的mems传感器封装结构，其特征在于，所述空腔内且位于第一基板上设置有电子元器件、mems芯片和asic芯片，所述mems芯片和asic芯片分别与第一基板互联导通，所述空腔内且位于第三基板上设置有若干个fccsp芯片。6.根据权利要求5所述的一种高度集成的mems传感器封装结构，其特征在于，所述第一基板上分别胶贴有一个mems芯片和一个asic芯片。7.根据权利要求6所述的一种高度集成的mems传感器封装结构，其特征在于，所述mems芯片通过低应力的硅胶粘接于第一基板上，所述asic芯片通过绝缘胶或者daf粘接于第一基板上。8.根据权利要求5所述的一种高度集成的mems传感器封装结构，其特征在于，所述第三基板朝向空腔的一面设置有两个fccsp芯片，所述第三基板背向fccsp芯片的一面还贴附有耐高温胶膜，所述第三基板压合至第一基板上之前撕下耐高温胶膜。9.一种高度集成的mems传感器封装方法，其特征在于，包括以下步骤：1)准备第一基板、第二基板和第三基板；2)在第一基板上贴装电子元器件并在其相对的两端分别贴合第二基板，再将若干个同类型或不同类型的芯片贴装在第一基板表面，第一基板上的芯片和电子元器件位于第一基板的同一面，随后进行打线连接，使得第一基板与其上的芯片互联导通；3)在第三基板正面进行fccsp芯片的倒装贴装；随后，对fccsp芯片进行点胶，增强fccsp芯片的焊接强度；再在第三基板四周进行点胶或者锡膏；4)将步骤3)所得基板倒扣在步骤2)所得基板上面，形成具有空腔的三层基板压合结构，该结构上具有气孔；5)进行印字、切割，形成单颗的成品结构；步骤2)与步骤3)无先后顺序。10.根据权利要求9所述的一种高度集成的mems传感器封装方法，其特征在于，步骤2)中，所述第一基板上贴装有mems芯片和asic芯片，所述mems芯片和asic芯片分别与第一基板互联导通。

技术总结

本发明公开了一种高度集成的MEMS传感器封装结构及其封装方法，该封装结构包括由若干个基板围成的空腔，空腔内设若干芯片和/或电子元器件，空腔上开设气孔，空腔内外气压相同。本发明中，采用三层基板压合工艺得到封装结构且其内进行FCCSP芯片的倒装贴装，既实现MEMS传感器芯片的功能，同时FCCSP芯片也可作为控制芯片使用，有效缩小封装结构的面积，降低成本；封装结构上的气孔既可以满足MEMS传感器如声学、气压等功能需求，同时也可在回流焊中减少对FCCSP芯片的碰撞，且气孔的存在使封装结构内外气压平衡，满足可靠性和高散热需求；本发明的结构高度集成化，体积小型化，为MEMS传感器的发展提供新思路。感器的发展提供新思路。感器的发展提供新思路。