一种六轴集成传感器的封装结构的制作方法

一种六轴集成传感器的封装结构
【技术领域】
1.本实用新型涉及集成式传感器技术领域，尤其涉及一种集成加速度传感器和陀螺仪的六轴传感器的封装结构。


背景技术：

2.近些年来，消费类电子发展迅猛，伴随着智能手机的热销，传感器的应用领域越来越广泛。通常情况下，不同功能的传感器独立运用来实现其功能。随着消费类电子逐渐向轻，薄，小的方向发展，且对灵敏度的要求也越来越高，常规三轴传感器无法满足要求。
3.因此，有必要提出一种集成度更高的六轴传感器满足市场需求。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的之一在于提供一种六轴集成传感器的封装结构，其通过将加速度传感器和陀螺仪集成到一个封装体内部，从而使产品的集成度更高，加工成本更低。
5.根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供一种六轴集成传感器的封装结构，其包括：第一半导体圆片，其正面设置有加速度传感器和第一金属焊盘，其背面设置有陀螺仪和第二金属焊盘；第二半导体圆片，其与所述第一半导体圆片的正面相键合，所述第二半导体圆片的背面与所述述第一半导体圆片的正面相对，且所述第二半导体圆片的背面与所述加速度传感器的相对位置处设置有第一空腔；第三半导体圆片，其与所述第一半导体圆片的背面相键合，所述第三半导体圆片的正面与所述第一半导体圆片的背面相对，且所述第三半导体圆片的正面与所述陀螺仪的相对位置处设置有第二空腔。
6.与现有技术相比，本实用新型通过将加速度传感器和陀螺仪集成到一个封装体内部，一方面可以缩短产品的加工周期，降低了加工成本；另一方面，产品的集成度更高，减小了封装体积，应用前景更广泛。
【附图说明】
7.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
8.图1为本实用新型在一个实施例中的六轴集成传感器的封装结构的纵向剖面示意图；
9.图2为本实用新型在一个实施例中的六轴集成传感器的封装结构的封装方法的流程示意图；
10.图3-图12为本实用新型在一个实施例中图2所示的各步骤对应的纵剖面图。
【具体实施方式】
11.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
12.此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本实用新型至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。除非特别说明，本文中的连接、相连、相接的表示电性连接的词均表示直接或间接电性相连。
13.请参考图1所示，其为本实用新型在一个实施例中的六轴集成传感器的封装结构的纵向剖面示意图，其将加速度传感器和陀螺仪集成到一个封装体内部。图1所示的六轴集成传感器的封装结构包括第一半导体圆片1、第二半导体圆片2、第三半导体圆片3、基板6和塑封料7。通过半导体圆片级封装后，会进行半导体圆片切割的步骤以形成多个相互独立的封装结构，即独立芯片。以半导体圆片切割前的角度来看，即半导体圆片级的角度来看，第一半导体圆片、第二半导体圆片和第三半导体圆片是三个独立的半导体圆片，以半导体圆片切割后的角度来看，即芯片级的角度来看，第一半导体圆片、第二半导体圆片和第三半导体圆片可以被理解为各个半导体圆片的晶片。
14.所述第一半导体圆片1的正面设置有加速度传感器(其包括加速度传感器的结构电路及其驱动电路)101和第一金属焊盘103，其背面设置有陀螺仪(其包括陀螺仪的结构电路及其驱动电路)102和第二金属焊盘104。
15.所述第二半导体圆片2为加速度传感器101的封装盖子(cap)，其与所述第一半导体圆片1的正面相键合，所述第二半导体圆片2的背面与所述述第一半导体圆片1的正面相对(或相邻)，且所述第二半导体圆片2的背面与所述加速度传感器101的相对位置处设置有预先加工的第一空腔201。其中，第一金属焊盘103露出(或第一金属焊盘103未被所述第二半导体圆片2覆盖或遮挡)。
16.所述第三半导体圆片3为陀螺仪102的封装盖子(cap)，其与所述第一半导体圆片1的背面相键合，所述第三半导体圆片3的正面与所述第一半导体圆片1的背面相对(或相邻)，且所述第三半导体圆片3的正面与所述陀螺仪102的相对位置处设置有预先加工的第二空腔301。
17.在图1所示的实施例中，一个键合层4设置于所述第二半导体圆片2的背面与所述述第一半导体圆片1的正面之间；另一个键合层4设置于所述第三半导体圆片3的正面与所述第一半导体圆片1的背面之间。在一个实施例中，第一半导体圆片1和第二半导体圆片2的键合，以及第一半导体圆片1和第三半导体圆片3的键合，可以通过胶水键合，金属键合或阳极键合的方式实现。
18.在图1所示的实施例中，键合后的第三半导体圆片3的背面(或所述第三半导体圆片3远离所述第一半导体圆片1的一面)设置有再布线层302，其由所述第二金属焊盘104引出并再分布到所述第三半导体圆片3的背面，其中，所述第二金属焊盘104的引出方式是在第三半导体圆片3中通过斜坡金属重布线工艺(或侧壁引线工艺)实现的，具体的：第二金属焊盘104露出(或第二金属焊盘104未被所述第三半导体圆片3覆盖或遮挡)；在所述第三半导体圆片3的背面和斜坡上形成钝化层303和再布线层302，沿着斜坡将第二金属焊盘104引到所述第三半导体圆片3的背面。在另一个实施例中，所述第二金属焊盘104的引出方式是
通过在第三半导体圆片3上打孔并通过孔壁的布线金属引出，是通过通孔工艺实现的。
19.在第三半导体圆片3的背面设置有焊球304。金属焊盘103、104和焊球304均可作为信号触点。
20.键合后的第三半导体圆片3、第一半导体圆片1和第二半导体圆片2自所述基板6的正面向上依次层叠设置，其中，通过倒装工艺将第三半导体圆片3背面的焊球304与所述基板6连接；通过压焊工艺使用焊线5将所述第一金属焊盘103与所述基板6连接，以使第一半导体圆片1、第二半导体圆片2、第三半导体圆片3和基板6集成在一起。
21.通过塑封工艺，使用塑封料7将集成在一起的第一半导体圆片1、第二半导体圆片2、第三半导体圆片3和基板6进行塑封，以形成最终的封装体。
22.请参考图2所示，其为本实用新型在一个实施例中的六轴集成传感器的封装结构的封装方法的流程示意图；请参考图3-图12所示，其为本实用新型在一个实施例中，图2所示的各步骤对应的纵剖面图。图2所示的六轴集成传感器的封装结构的封装方法包括如下步骤。
23.步骤210、如图3所示，提供第一半导体圆片1，在第一半导体圆片1的正面设置有加速度传感器(其包括加速度传感器的结构电路及其驱动电路)101和第一金属焊盘103，其背面设置有陀螺仪(其包括陀螺仪的结构电路及其驱动电路)102和第二金属焊盘104。
24.步骤220、如图4所示，提供第二半导体圆片2，所述第二半导体圆片2的背面设置有第一空腔201和非贯穿的沟槽202，所述沟槽202自所述第二半导体圆片2的背面向所述第二半导体圆片2内刻蚀而成。
25.步骤230、如图5所示，提供第三半导体圆片3，所述第三半导体圆片3的正面设置有第二空腔301。
26.步骤240、如图6所示，将所述第二半导体圆片2与所述第一半导体圆片1的正面相键合，将第三半导体圆片3与所述第一半导体圆片1的背面相键合。键合后，所述第二半导体圆片2的背面与所述第一半导体圆片1的正面相对，且所述第二半导体圆片2背面的第一空腔201和沟槽202分别与所述第一半导体圆片1正面的所述加速度传感器101和第一金属焊盘103相对；键合后，所述第三半导体圆片3的正面与所述第一半导体圆片1的背面相对，且所述第三半导体圆片3正面的第二空腔301与第一半导体圆片1背面的所述陀螺仪102相对。其中，一个键合层4设置于所述第二半导体圆片2的背面与所述述第一半导体圆片1的正面之间；另一个键合层4设置于所述第三半导体圆片3的正面与所述第一半导体圆片1的背面之间。在一个实施例中，第一半导体圆片1和第二半导体圆片2的键合，以及第一半导体圆片1和第三半导体圆片3的键合，可以通过胶水键合，金属键合或阳极键合的方式实现。
27.步骤250、如图7和图8所示，在键合后的所述第三半导体圆片3的背面形成再布线层302，该再布线层302由所述第二金属焊盘104引出并再分布到所述第三半导体圆片3的背面。在图7所示的实施例中，所述第二金属焊盘104的引出方式是在第三半导体圆片3中通过斜坡金属重布线工艺(或侧壁引线工艺)实现的。其具体包括如下步骤：如图7所示，从键合后的第三半导体圆片3的背面进行刻蚀，侧面形成斜坡，使得第二金属焊盘104露出；如图8所示，在所述第三半导体圆片3的背面和斜坡上形成钝化层303和再布线层302，沿着斜坡将第二金属焊盘104引到所述第三半导体圆片3的背面。在另一个实施例中，所述第二金属焊盘104的引出方式是通过在第三半导体圆片3上打孔并通过孔壁的布线金属引出，是通过通
孔工艺实现的。
28.步骤260、如图9所示，对键合后的所述第一半导体圆片1的正面进行磨片，以磨去沟槽202的底部，使所述第二金属焊盘104露出。
29.步骤270、如图10所示，在形成有再布线层302的所述第三半导体圆片3的背面设置焊球304，从而使键合后的第一半导体圆片1、第二半导体圆片2和第三半导体圆片3形成圆片结构。其中，金属焊盘103、104和焊球304均可作为信号触点。
30.步骤280、如图11所示，切割圆片结构以得到图10所示的单颗芯片结构，并通过倒装工艺将第三半导体圆片3背面的焊球304与所述基板6连接；通过压焊工艺使用焊线5将所述第一金属焊盘103与所述基板6连接，以使第一半导体圆片1、第二半导体圆片2、第三半导体圆片3和基板6集成在一起。
31.步骤290、如图12所示，通过塑封工艺，使用塑封料7将集成在一起的第一半导体圆片1、第二半导体圆片2、第三半导体圆片3和基板6进行塑封，以形成最终的封装体。
32.综上所述，本实用新型通过将加速度传感器和陀螺仪集成到一个封装体内部，一方面可以缩短产品的加工周期，降低了加工成本；另一方面，产品的集成度更高，减小了封装体积，应用前景更广泛。
33.在本实用新型中，“连接”、“相连”、“连”、“接”等表示电性连接的词语，如无特别说明，则表示直接或间接的电性连接。
34.以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式，本实用新型的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本实用新型揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。