一种MEMS传感器系统封装结构及制造方法与流程

本发明涉及电子封装技术领域，特别涉及一种mems传感器封装结构及其制造方法。

背景技术

近几年来，随着半导体技术的发展，电子产品向着更小尺寸更多功能更加智能发展，因此传感器应用也越来越广。随着电子产品内部结构模块化程度越来越高，传感器也是模块形式集成在电子产品中。在传感器模块中包括了传感器芯片、驱动芯片以及相关电源和信号处理等器件，如何能够在一个小尺寸封装中集成多个芯片及器件，成为目前传感器的系统封装中所面临的技术难题。

随着全球电子类产品蓬勃发展，电子产品的面临着前所未有的竞争压力，成本和技术先进性成为在激烈竞争中成功突围的最重要的因素，采用最低的成本方案获取最佳性能成为各个传感器厂商所追求的目标，因此如何的降低mems传感器系统封装成本成为关键因素之一，采用的传统的封装技术已无法满足各大厂商的发展需求。

以往的传感器采用传统的工艺加工，不但尺寸大功能也简单，基本无法应用在消费类电子中，目前已经逐步被尺寸小易于集成的mems传感器所替代，以往的mems封装中多数传感器芯片与驱动等控制芯片和器件采用分开封装的系统板级集成的方式，很难实现模块的小型化；最新封装技术中有采用的mcm或叠层封装的形式实现mems传感器的系统集成封装，但是mcm牺牲了模块的横向尺寸和叠层封装满足不了封装厚度要求，均面临小型化的问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种集成、小型化、高性能并且技术先进、制造工艺简单成本低的mems传感器系统封装结构及其制作方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种mems传感器系统封装结构，包括：芯片、封装基板、盖板；所述芯片包括有嵌入芯片和上芯片，其中至少一个嵌入芯片嵌入在所述的封装基板内部，至少一个上芯片放置在所述的封装基板上面；所述的封装基板下面放置有与外界互连的焊球；所述的封装基板上面放置有槽坝，形成基板凹槽；所述的封装基板内上下两面分布有至少一层线路层；所述盖板放置在所述封装基板的凹槽上面，形成空腔结构并空腔结构的放置有芯片；

进一步的，所述的芯片为裸芯片、无源器件、封装体；

进一步的，所述盖板为硅、玻璃、金属、陶瓷及有机材料；

进一步的，所述封装基板为硅、玻璃、金属、陶瓷及有机材料；

本发明还提供了一种mems传感器系统封装制作方法，包括：选取载板，在所述的载板上制作用于的埋置芯片的通槽；嵌入芯片放置载板内，将所述的嵌入芯片放置在载板内槽体，在嵌入芯片与槽壁之间间隙内和所述载板的两面制作作为介质层的绝缘材料；在所述绝缘材料中加工与嵌入芯片凸点对应互连盲孔，所述的盲孔内填充互连金属材料；在所述的绝缘材料上面加工线路层，形成嵌入芯片与封装体外部的电连接；在所述的线路层上粘接形成基板凹槽的槽坝；在所述的基板凹槽内贴装上芯片，上芯片与基板形成电连接；在所述的凹槽上面和所述的上芯片的粘接盖板，形成密封空腔；在所述的包括有空腔的载板下面焊盘上制作用于封装体与外界互连的互连结构；

进一步的，所述的载板为硅、玻璃、金属、陶瓷及有机材料；

进一步的，采用激光钻孔、机械雕铣、冲压的方式制作所述的通槽，所述通槽尺寸大于嵌入芯片的尺寸；

进一步的，采用压合、烧结、丝印的工艺方式制作所述的绝缘材料；

进一步的，采用smt、倒装焊接、正装焊线的工艺方式实现上所述的芯片与基板的电连接；

进一步的，采用植bga焊球、在基板下面的制作焊接的焊盘的方式、在基板焊盘上焊接的金属管脚的方式形成所述的封装体与外界互连的互连结构；

本发明提供的mems传感器的封装结构及其制作方法，通过直接将mems传感器系统的传感器芯片或驱动芯片一个或多个芯片埋置在封装基板内，然后在封装基板上面的形成凹槽结构并与盖板形成封闭的空腔结构，将mems传感器等芯片放置在空腔形成传感器系统封装，芯片之间形成很短互连结构和系统的叠层封装结构，即解决mems传感器系统的小型化问题又能获得高性能的系统封装模块。另外本发明提供的mems传感器系统封装制作方法能够与低成本规模化量产的基板加工工艺兼容，能够适用于规模化量产，降低了传感器系统的封装成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的步骤1操作示意图；

图2为本发明实施例提供的步骤2操作示意图；

图3为本发明实施例提供的步骤3操作示意图；

图4为本发明实施例提供的步骤4操作示意图；

图5为本发明实施例提供的步骤5操作示意图；

图6为本发明实施例提供的步骤6操作示意图；

图7为本发明实施例提供的步骤7操作示意图；

图8为本发明实施例提供的步骤8操作示意图；

图9为本发明实施例提供的步骤9操作示意图；

图10为本发明实施例的结构示意图；

其中1-金属通孔，2-阻焊绝缘材料，3-介质绝缘材料，4-嵌入芯片，5-bga焊球，6-导电金属，7-基板线路，8-槽坝，9-粘接胶，10-上芯片，11-盖帽，13-焊线。

具体实施方式

参见图10，发明实施例提供了一种mems传感器系统封装结构，包括盖帽、上芯片、槽坝、封装基板、嵌入芯片、绝缘材料、阻焊绝缘材料、基板线路及bga焊球。其中至少一个嵌入芯片埋置在封装基板内部的通槽内，在嵌入芯片与通槽壁之间间隙和载板的上面放置有介质绝缘材料，嵌入芯片通过填充有导电金属材料的穿透介质层绝缘材料盲孔结构与封装体外界和封装内其他芯片或器件互连；通过在封装基板上粘结有槽坝结构形成基板凹槽结构，槽坝基板之间的通过液态胶体或基板半固化材料实现互连；在凹槽内放置有上芯片，上芯通过焊线与封装结构的线路层形成互连，在上芯片与基板的结合的界面上涂有一层粘结胶以提高上芯片与基板的结合强度；在上芯片与槽坝的上方粘接盖板，形成封闭的空腔结构；在封装基板的介质层的绝缘材料的表面或两层绝缘材料之间制作线路层，线路层上面放置一层绝缘材料，形成对线路层的隔离和保护；在嵌入芯片的周围的载板上放置有导电通孔结构，通孔结构通过与线路层连接实现嵌入芯片和上芯片与外界互连。在封装基板的下面的焊盘位置的放置bga焊球，形成封装体与外界的互连结构。

参见图1-图9，本发明实施例还提供了一种mems传感器系统封装制作方法，包括：

步骤1：选取载板，在载板上制作用于嵌入嵌入芯片的通槽，其中载板可以硅、玻璃、陶瓷及其有机材料。其中通槽可以采用激光切割、机械雕铣、冲压的方式加工，并且其通槽的尺寸要稍大于嵌入芯片的尺寸；

步骤2：将嵌入芯片芯片放置在载板的通槽内，然后在嵌入芯片和通槽壁之间的间隙和载板的表面通过压合、丝印、烧结方式制作作为介质层的绝缘材料，从而将芯片完全埋置载板内部。

步骤3：在绝缘材料中通过激光钻孔、喷砂方式加工盲孔，其中盲孔的位置正对嵌入芯片焊盘的位置，穿透芯片正面的绝缘材料，盲孔尺寸小于的芯片焊盘的尺寸。在嵌入芯片的周围的载板上通过机械钻孔、激光钻孔、喷砂方式加工互连载板内线路层的互连通孔，其中通孔主要起到能够将嵌入芯片以及上芯片与封装体外界互连作用。

步骤4：在盲孔以及通孔内填充金属导电材料，其中导电材料为首先通过化学镀、物理沉积方式制作种子层材料，然后通过电镀金属的方式实现填充金属导电材料。并且在载板表面的绝缘材料上面通过基板工艺、印刷烧结工艺方式形成封装基板的线路层，其中线路层分布载板上下两侧，各至少包括有一层金属线路。

步骤5：在线路层上面制作一层绝缘阻焊层，其中绝缘阻焊层可以通过压合、化学气相沉积、丝网印刷方式实现，其中绝缘阻焊层材料可以为有机材料或氧化硅、陶瓷、氮化硅等无机材料，并且在绝缘阻焊层实现焊盘位置的线路层上开窗，形成焊接、植球的焊盘结构。

步骤6：在完成制作线路的基板上方粘接槽坝形成基板凹槽，其中槽坝和基板之间通过粘接材料实现牢固连接，其中粘接材料可以液态的胶体、膜状胶、基板半固化材料或回流共晶焊接的金属合金材料。

步骤7：基板凹槽内放置上芯片，其中上芯片与装基板之间通过胶体、共晶或回流焊接材料形成牢固连接；其中上芯片与封装基板的线路层通过倒装焊球、正装焊线或smt焊接等工艺方式实现互连，其中上芯片和基板凹槽的上表面平齐或低于的凹槽上表面；

步骤8：在凹槽与上芯片的上表面贴装盖板；其中盖板可以通过胶体粘结、共晶焊接、回流焊接工艺方式实现与凹槽和上芯片粘接。其中盖板可以为硅、玻璃、陶瓷及其有机材料。

步骤9：在带有盖板结构的封装基板的下表面形成封装体与外界的互连结构。其中互连结构可以为通过印刷、植球方式形成外界互连的bga焊球，也可以为加工在封装基板上焊接的焊盘。

本发明提供的一种mems传感器系统封装结构中采用直接将系统芯片埋置在封装基板内部，并通过形成基板凹槽与盖板结构形成封装封闭的空腔，将mems传感器芯片与其他芯片形成叠层的封装结构，有效的缩小了mems传感器系统封装的体积，解决了传感器系统封装的小型化问题；提供的一种mems传感器系统封装制作方法采用了低成本、可规模化量产的封装基板加工工艺，另外基板埋入的工艺方案为传感器系统芯片之间提供了短互连距离，提高了传感器的性能，具有高性能、低成本、小型化的优点。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用于说明本发明的技术方案而并非限制，尽管参照实施例对发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利可要求范围当中。