五金件、封装结构及其制造方法与流程

本发明涉及微机电传感器技术领域，更具体地，涉及一种五金件及使用该五金件的封装结构。

背景技术：

MEMS组件的封装具有不同功能。封装保护组件免受机械的和化学的环境影响。此外，封装或壳体的类型确定了在使用地点如何安装和接通所述组件。在MEMS传感器组件的情形中，位于外侧的壳体与位于MEMS传感器下方的五金件承担着一部分传感器功能，起到传递和缓冲声音、压力、加速度等物理信息的作用，因为MEMS传感器芯片最终接收到的非电物理量也会由壳体与结构件的构型决定性地确定。由此，壳体及五金件对MEMS传感器的传递特性及性能具有重要影响。

在现有技术中，对于五金件的贴装使用芯片键合(Die bond)设备进行逐个作业，由于该设备为高精度设备，其贴装效率较低，对应的产能调配和设备摊销等成本较高。另一方面，该五金件为了适应大批量生产，选用与封装下方基板同样大小的板材进行拼板，但其真正的有效尺寸较小，导致整版利用率低、生产成本高。由于封装下方基板是PCB材料，在与五金件拼板组合后，进行分割时，树脂材料需要用钢刀或其他硬刀具切割，五金件的连接处却需要树脂刀等软材料刀具切割。而两处却接在一起，因此存在使用钢刀切割的刀具磨损过快问题，造成成本升高，效率降低。且该五金件若设计太厚，则刀具无法切割，太薄则易产生应力变形，产品良率下降。整板材料不同的切割难度会导致成本升高、效率降低，对应力敏感降低良品率；进一步地，外壳与基板之间的直接连接变成外壳、五金件、基板三层连接，气密可靠性也存在一些问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种五金件、封装结构及其制造方法，以解决现有技术中存在的生产成本高、原材料利用率低、产品良率低和生产效率低的问题。在批量生产的同时，提高该类器件的原材料利用率、生产效率、产品良率并降低其生产成本。

一方面，本发明提供一种封装结构的制造方法，包括：

制备五金件拼板；

为所述五金件拼板表面添加镀层；

切割所述五金件拼板，获取多个独立的五金件；

将多个所述五金件逐个编带；

在基板上涂设连接材料；

将编带中的所述五金件贴装于所述基板上；

其中，每个所述五金件的长宽高均不大于10mm。

优选地，所述封装结构用于微机电传感器中。

优选地，所述镀层包括金、银、锌、镍中的至少一种材料，所述镀层由化学镀、振动电镀、挂镀中的至少一种方式形成。

优选地，所述切割选用的切割工艺与晶圆切割工艺相兼容。

优选地，所述基板上设置有焊盘以及贴装所需的对准图形，所述五金件采用表面贴装技术贴装于所述基板上。

优选地，所述连接材料为焊锡，采用网板将所述连接材料涂设于所述焊盘上。

优选地，所述基板还包括阻容元件，所述五金件的贴装工序复用贴装所述阻容元件。

根据本发明的另一方面，还提供一种五金件，其特征在于，包括：

中间部分；

边框，所述边框包围所述中间部分；

接片，在特定位置连接所述中间部分与所述边框；

其中，所述五金件的长宽高均不大于10mm，所述五金件采用拼板的方式制成，在切割后逐个编带。

优选地，所述五金件中需焊接位置设置有镀层。

根据本发明的再一方面，还提供一种封装结构，其特征在于，包括：

基板；

设置在所述基板上的壳体，所述壳体与所述基板之间形成空腔；

设置在所述空腔内的MEMS芯片、ASIC芯片和五金件；

其中，所述MEMS芯片位于所述五金件上，所述MEMS芯片和所述ASIC芯片经由金属线与所述基板电连接。

本发明实施例提供的五金件、封装结构及其制造方法，在拼板过程中，尽量减少非必要的连接筋，在防止产品变形的同时可以有效减少后续切割刀具的磨损及切割时间。

进一步地，通过将切割后获得的五金件逐个编带，使其具有与阻容元件类似的带状包装，可以更好的兼容集成电路贴片设备，贴装便捷，不良品能通过AOI(Auto Optical Inspection,自动光学检验)功能进行筛除。

优选地，该五金件的对应位置还设置有镀层，如五金件与基板之间的连接材料选用焊锡膏，通过贴装及回流焊的工序可以进一步地提高该五金件的定位精度。

该制造方法可以有效提高该类器件的原材料利用率、生产效率、产品良率并降低其生产成本。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出了本发明实施例的封装结构的制造方法的示意图。

图2示出了本发明实施例的五金件拼板的局部示意图。

图3示出了本发明实施例的五金件的俯视图。

图4示出了本发明实施例中编带后的五金件的示意图。

图5示出了本发明实施例贴装五金件的基板的示意图。

图6示出了本发明实施例贴装芯片的示意图。

图7示出了本发明实施例的封装结构的示意图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明。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。

应当理解，在描述结构时，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”。

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”的表述方式。

在下文中描述了本发明部分实施例的许多特定的细节，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发明。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发明。

本发明可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。

图1示出了本发明实施例的封装结构的制造方法的示意图，具体制造方法包括以下步骤：

S10制备五金件拼板；该五金件拼板中包括多个五金件，单个五金件的长宽高均小于10mm，例如采用金属板材作为原材料，具体地，选用厚度不小于0.1mm的钢板，采用金属刻蚀、3D打印、高温烤蓝、退火等工艺制作五金件拼板，其中的高温烤蓝及退火处理，可以有效增强五金件的抗腐蚀能力并使其内部应力充分释放。

S20为五金件拼板添加镀层；采用电镀或化学镀的表面处理工艺为五金件拼板的表面添加镀层，镀层选用可焊接材料，例如为金、银、锌、镍等，如无外观需求，优选镍作为镀层材料以降低成本。具体地，如对镀层的厚度和均匀性要求较为苛刻，可选用化学镀涂的方式；如对添加镀层后的五金件的内部尺寸和整体厚度要求不发生较大变化的，可选用振动电镀的方式，仅对五金件(拼板)中需要进行焊接连接的面添加镀层即可；如对镀层的均匀性、厚度以及添加镀层后五金件的内部尺寸变化要求较低，可选用挂镀的方式。以上各种添加镀层的方式可根据具体部件和具体要求，结合加工成本综合考虑进行选取。

S30切割五金件拼板，获取多个独立的五金件；使用与晶圆切割工艺兼容的切割工艺对五金件拼板进行切割，将五金件拼板中的连接筋切除以获取多个独立的五金件。由于其切割工艺与晶圆切割工艺相兼容，可复用晶圆切割设备对五金件拼板进行切割，无需添置新设备，节省成本同时节省了设备占用面积。

S40将多个五金件逐个编带；将通过切割获取的多个独立的五金件逐个编带，使五金件形成与阻容元件类似的带状包装形式。

S50在基板上涂设连接材料；当然地，基板上设置有对应的焊盘以及贴片所需的对准图形。在基板的焊盘上涂设连接材料，连接材料例如为焊锡膏，通过网板将焊锡膏涂设在基板对应的焊盘上，如基板上还有阻容元件需要贴装，阻容元件对应焊盘的锡膏也可同步进行涂设。

S60将五金件贴装于基板上；采用表面贴装技术将五金件贴装于基板上，如基板上还有阻容元件需要贴装，阻容元件也可同步进行贴装。由于已经对五金件进行了编带，五金件具有与阻容元件类似的带状包装，两者均可十分便利的使用SMT贴装机贴装于基板的对应位置上。进一步地，将贴有五金件的基板放入回流焊炉，进行回流焊，使焊锡膏固化，同样地，阻容元件的固化也可同步进行。

当然地，在五金件贴装固化后，还可对贴有五金件的基板进行清洗，以去除焊渣等，保证基板和五金件的清洁，以便后道其他工序的展开。

上述步骤中并非一定要按照S10-S60的顺序进行，部分步骤的顺序也可根据情况进行互换，在上述步骤完成后，再进行芯片的贴装以及壳体的安装即可形成相对完整的封装结构。

图2示出了本发明实施例的五金件拼板的局部示意图，五金件拼板2000包括多个阵列的五金件200，五金件200之间通过连接筋210相互连接，图中纵向的连接筋210不间断的连续设置在五金件200之间，横向的连接筋210间断的设置在五金件200之间，且奇数行与偶数行的横向连接筋设置相互错开。通过该连接筋210的设置方法，保证了五金件200不易发生形变，同时有效减少后续切割刀具的磨损及切割时间。

图3示出了本发明实施例的五金件的俯视图，图中五金件200已经过切割分离，包括：边框230、中间部分240和接片250。该精细结构可借助于引线框架的制作方法制成，如蚀刻和深拉伸完成结构化。该五金件200可用于微机电传感器中，具体可用于麦克风封装中。

边框230用于与封装结构的基板密封连接，具体地，边框230的底面设置有镀层，该镀层例如采用振动电镀的方式制成，仅覆盖需要焊接的位置，该五金件例如由对焊锡不浸润的金属材料制成，如不锈钢，五金件的非镀层表面对液体焊锡不浸润，起到类似阻焊的作用，通过镀层与对应基板的焊盘相配合，使得可以利用液体焊锡的表面张力对五金件贴装的位置进行纠偏，进一步保证了五金件200的定位精度。

中间部分240通过接片250与方形的边框230连接，其中，接片250设置在边框230的角上。中间部分240的边缘区域与边框230一起通过蚀刻方法形成凹陷。

图4示出了本发明实施例中编带后的五金件的示意图，将切割后的多个单独的五金件200逐个进行编带，使其形成于阻容元件类似的带状包装，以便SMT贴装机进行后续的贴装操作。

图5示出了本发明实施例贴装五金件的基板的示意图，图示中五金件200通过连接材料600贴装于基板100上，图中连接材料600仅为示意，其并非布满整个五金件200的底面。五金件200与基板100之间的连接材料600例如选用焊锡膏，使用网板在基板100的对应焊盘上进行涂设，当然地，如基板100上还设置有阻容元件，对应阻容元件的焊盘也可一并完成焊锡膏的涂设，相应的，五金件200也可与阻容元件一同进行贴装和回流焊(固化焊锡膏)。后道生产工序可能包括如压焊(wirebond)等，需要将基板100加热到125-175℃，故选用最终固化后焊锡的熔点不低于200℃的焊锡膏，提升后续制程最高温度，为后续制程预留了(温度)参数调整空间，且五金件200与阻容元件一同贴装，避免了额外的操作步骤，降低了生产成本。

图6示出了本发明实施例贴装芯片的示意图，在五金件200贴装完成后，进行芯片的贴装，贴装芯片包括：MEMS芯片300和ASIC芯片400，同样通过连接材料600完成芯片的贴装。

连接材料600包括焊锡、焊锡膏、导电胶、绝缘胶等，通过连接材料600在需要连接的部件之间设置相应的机械连接，并可按需要决定是否使用导电的连接材料600，使得在设置机械连接的同时设置相应的电气连接。

芯片贴装的连接材料600例如选用绝缘胶，在相应位置涂设绝缘胶后，使用芯片键合(Die bond)设备分别贴装MEMS芯片300和ASIC芯片400，MEMS芯片300例如设置在五金件200上，ASIC芯片400例如设置在基板100上，通过金属线340将MEMS芯片300、ASIC芯片400以及基板100电连接。

图7示出了本发明实施例的封装结构的示意图。在图6的基础上，再将壳体500设置在基板100上，以形成相对完整的封装结构。壳体500与基板100之间形成空腔，MEMS芯片300、ASIC芯片400、五金件200以及金属线340均位于该空腔中，其中，MEMS芯片300位于五金件200上，壳体500的上表面还设置有通孔510。

本发明实施例提供的五金件、封装结构及其制造方法，在五金件的拼板设计中，尽量减少非必要的连接筋，在防止产品变形的同时可以有效减少后续切割刀具的磨损及切割时间。

进一步地，通过将切割后获得的五金件逐个编带，使其具有与阻容元件类似的带状包装，可以更好的兼容集成电路贴片设备，贴装便捷，不良品能通过AOI(Auto Optical Inspection,自动光学检验)功能进行筛除。

优选地，该五金件的对应位置还设置有镀层，如五金件与基板之间的连接材料选用焊锡膏，通过贴装及回流焊的工序可以进一步地提高该五金件的定位精度。

该制造方法可以有效提高该类器件的原材料利用率、生产效率、产品良率并降低其生产成本。

在以上的描述中，对于各器件的构图、蚀刻等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。

以上对本发明的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求及其等效限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本发明的范围之内。