半导体封装结构及其制造方法与流程

1.本公开涉及半导体技术领域，具体涉及半导体封装结构及其制造方法。


背景技术：

2.压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料-压电效应，压电陶瓷除具有压电性外，还具有介电性、弹性等，已被广泛应用于医学成像、声传感器、声换能器、超声马达等。压电陶瓷利用其材料在机械应力作用下，引起内部正负电荷中心相对位移而发生极化，导致材料两端表面出现符号相反的束缚电荷即压电效应而制作，具有敏感的特性。
3.在一些情况下，压电陶瓷组件封装结构主要是将压电陶瓷组件以金属上盖、印刷电路板以及连接器所包覆而形成。封装设计由于金属上盖的套件尺寸与形状设计而受限，不仅妨碍产品微小化，并且无法有效将振动或封装结构应力的影响隔绝，从而无法降低超音波频率的干扰。


技术实现要素：

4.本公开提供了半导体封装结构及其制造方法。
5.第一方面，本公开提供了一种半导体封装结构，包括：
6.基板；
7.盖体，设于所述基板上；
8.金属屏蔽层和第一电子组件，设于所述盖体的内表面上，所述第一电子组件是通过第一电连接件与所述金属屏蔽层电连接，所述金属屏蔽层是通过第二电连接件与所述基板电连接；
9.阻挡层，包覆所述第一电子组件。
10.在一些可选的实施方式中，所述第一电子组件为压电组件，所述压电组件具有两个电极，所述两个电极是通过所述第一电连接件与所述金属屏蔽层电连接，所述第一电连接件是由非导电层隔开。
11.在一些可选的实施方式中，所述第一电连接件为导电胶，所述非导电层为非导电胶。
12.在一些可选的实施方式中，所述第二电连接件为导电胶或导电胶与导线的结合，所述第二电连接件是用于提供所述金属屏蔽层与所述基板之间的垂直导电路径。
13.在一些可选的实施方式中，还包括：
14.粘合层，粘合所述基板和所述盖体。
15.在一些可选的实施方式中，粘合层为非导电胶。
16.在一些可选的实施方式中，所述导电胶和非导电胶具有低弹性模数，以避免所述压电组件的振动干扰传递到所述基板。
17.在一些可选的实施方式中，所述导电胶具有低弹性模数，以避免所述压电组件的
振动干扰传递到所述基板。
18.在一些可选的实施方式中，所述阻挡层为弹性体材料，所述阻挡层用于阻挡所述压电组件发射至所述基板的超音波反射至所述压电组件。
19.在一些可选的实施方式中，还包括：
20.第二电子组件，设于所述基板上，所述第二电子组件通过所述基板和所述第一电连接件与所述第一电子组件电连接。
21.在一些可选的实施方式中，所述基板具有通孔，所述通孔用于避免爆米花效应。
22.在一些可选的实施方式中，还包括：
23.电磁屏蔽层，设于所述盖体的外表面上。
24.在一些可选的实施方式中，所述盖体为有机材料。
25.第二方面，本公开提供了一种半导体封装结构的制造方法，包括：
26.在盖体内表面形成金属屏蔽层；
27.在所述金属屏蔽层上依次形成第一电连接件和第一电子组件，以使所述第一电子组件通过所述第一电连接件与所述金属屏蔽层电连接；
28.形成第二电连接件，将所述盖体设于基板上，以使所述金属屏蔽层是通过所述第二电连接件与所述基板电连接。
29.在一些可选的实施方式中，在所述在所述金属屏蔽层上依次形成第一电连接件和第一电子组件之后，还包括：
30.形成包覆所述第一电子组件的阻挡层。
31.在一些可选的实施方式中，所述第一电子组件为压电组件，所述压电组件具有两个电极，所述两个电极通过所述第一电连接件与所述金属屏蔽层电连接，所述第一电连接件是由非导电层隔开。
32.在一些可选的实施方式中，所述第一电连接件为导电胶，所述非导电层为非导电胶。
33.在一些可选的实施方式中，所述第二电连接件为导电胶或导电胶与导线的结合，所述第二电连接件是用于提供所述金属屏蔽层与所述基板之间的垂直导电路径。
34.在一些可选的实施方式中，在所述将所述盖体设于所述基板上之前，还包括：
35.在所述基板或所述盖体上设置粘合层；以及
36.所述将所述盖体设于所述基板上，包括：
37.利用所述粘合层将所述盖体粘合于所述基板上。
38.在一些可选的实施方式中，所述粘合层为非导电胶。
39.在一些可选的实施方式中，所述导电胶和非导电胶具有低弹性模数，以避免所述压电组件的振动干扰传递到所述基板。
40.在一些可选的实施方式中，还包括：
41.在所述盖体的外表面上形成电磁屏蔽层。
42.本公开提供的半导体封装结构及其制造方法，利用有机材盖体搭配金属屏蔽层的设计，相较于金属盖体，可以有效降低盖体的密度与体积，有利于产品结构微小化。另外，利用阻挡层包覆第一电子组件，可以阻挡第一电子组件发射至基板的超音波反射至第一电子组件，进而可以避免第一电子组件接收信号的干扰。
附图说明
43.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本公开的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
44.图1是根据本公开实施例的半导体封装结构的第一结构示意图；
45.图2是根据本公开实施例的半导体封装结构的第二结构示意图；
46.图3至图11是根据本公开实施例的半导体封装结构的制造过程中的结构示意图。
47.符号说明：
48.1-基板，101-通孔，2-盖体，3-金属屏蔽层，4-第一电子组件，41-电极，5-第一电连接件，6-第二电连接件，61-导电胶，62-导线，7-阻挡层，8-非导电层，9-第二电子组件，10-粘合层，11-电磁屏蔽层，12-第一载体，13-第二载体。
具体实施方式
49.下面结合附图和实施例对说明本公开的具体实施方式，通过本说明书记载的内容本领域技术人员可以轻易了解本公开所解决的技术问题以及所产生的技术效果。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
50.需要说明的是，说明书附图中所绘示的结构、比例、大小等，仅用于配合说明书所记载的内容，以供本领域技术人员的了解与阅读，并非用以限定本公开可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本公开所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本公开所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“第一”、“第二”及“一”等用语，也仅为便于叙述的明了，而非用以限定本公开可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当也视为本公开可实施的范畴。
51.应容易理解，本公开中的“在...上”、“在...之上”和“在...上面”的含义应该以最广义的方式解释，使得“在...上”不仅意味着“直接在某物上”，而且还意味着包括存在两者之间的中间部件或层的“在某物上”。
52.此外，为了便于描述，本公开中可能使用诸如“在...下面”、“在...之下”、“下部”、“在...之上”、“上部”等空间相对术语来描述一个元件或部件与附图中所示的另一元件或部件的关系。除了在图中描述的方位之外，空间相对术语还意图涵盖装置在使用或操作中的不同方位。设备可以以其他方式定向(旋转90
°
或以其他定向)，并且在本公开中使用的空间相对描述语可以被同样地相应地解释。
53.另外，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。
54.图1是根据本公开实施例的半导体封装结构的第一结构示意图。如图1所示，该半导体封装结构包括基板1、盖体2、金属屏蔽层3、第一电子组件4以及阻挡层7。盖体2设于基板1上。金属屏蔽层3和第一电子组件4设于盖体2的内表面上。第一电子组件4是通过第一电连接件5与金属屏蔽层3电连接。金属屏蔽层3是通过第二电连接件6与基板1电连接。
55.在本实施例中，金属屏蔽层3可以是金属或金属合金的导电材料，金属例如可以是金(au)、银(ag)、铝(al)、镍(ni)、钯(pd)、铜(cu)或其合金。金属屏蔽层3不仅可以用于提供
第一电子组件4与基板1之间的电性连接路径，还可以用于电磁屏蔽。
56.在一个实施例中，盖体2可以是有机材，例如可以是abf树脂、bt(bismaleimide triazine，双马来酰亚胺三嗪)树脂、玻璃布基有环氧树脂(fr4、fr5)、pi树脂、液晶聚合树脂(lcp)、或环氧树脂(epoxy)等树脂材料。由此可以利用有机材的盖体2搭配金属屏蔽层3，取代金属盖体2，可以有效地降低盖体2的密度和体积。并且可以避免受限于金属盖体2的套件尺寸与形状设计，便于实现尺寸微小化。
57.在本实施例中，第一电子组件4可以是有源组件和无源组件。有源元件例如可以是各种芯片(专用集成电路芯片、高带宽存储器芯片、电源管理芯片、逻辑功能芯片、存储芯片、通信芯片、微处理器芯片、图形芯片)。无源元件例如可以是电容器、电阻器、电感器等。
58.在一个实施例中，第一电子组件4可以是压电组件。压电组件可以具有两个电极41。压电组件可以用于超声波和次声波信号的发射和接收。压电组件发射出的超声波信号可以穿透盖体2，碰到障碍物后反射再由压电组件接收，进而可以根据反射的信号计算出障碍物信息，由此可以适用于空间的障碍物侦测场景。
59.在本实施例中，阻挡层7可以是阻尼材料，可以用于振动和噪声控制。在又一个实施例中，阻挡层7可以为弹性体材料，例如可以是橡胶、硅胶等。阻挡层7可以具有吸振性能，用于阻挡压电组件发射至基板1的超音波反射至压电组件。由此可以减少压电组件向下发射的超音波打到基板1反射，进而可以避免压电组件接收信号的干扰。
60.在一个实施例中，压电组件的两个电极41可以通过第一电连接件5与金属屏蔽层3电连接。第一电连接件5可以是焊球、球栅阵列(ball grid array，bga)球、受控塌陷芯片连接(controlled collapse chip connection，c4)凸块或微凸块。在又一个实施例中，第一电连接件5可以是导电胶，导电胶可以具有例如银粉等金属导电材质。两个电极41上的导电胶之间可以由非导电层8隔开。非导电层8可以是非导电胶。这里，导电胶不仅可以作为第一电子组件4和金属屏蔽层3之间的电性连接路径，还可以使第一电子组件4粘合固定于盖体2的内表面。非导电胶不仅可以用于电性隔绝第一电连接件5，还可以使第一电子组件4粘合固定于盖体2的表面。
61.在一个实施例中，基板1可以具有通孔101。通孔101可以用于避免爆米花效应，防止基板1内部出现裂纹。
62.在一个实施例中，该半导体封装结构还可以包括电磁屏蔽层11。电磁屏蔽层11可以设于盖体2的外表面上。
63.在一个实施例中，该半导体封装结构还可以包括第二电子组件9。第二电子组件9可以设于基板1上。第二电子组件9可以通过基板1、第一电连接件5、金属屏蔽层3以及第一电连接件5与第一电子组件4电连接。第二电子组件9可以是有源组件和无源组件。
64.在本实施例中，第二电连接件6可以是用于提供金属屏蔽层3与基板1之间的垂直导电路径。第二电连接件6可以是焊球、球栅阵列(ball grid array，bga)球、受控塌陷芯片连接(controlled collapse chip connection，c4)凸块或微凸块。在一个实施例中，如图1所示，第二电连接件6可以为导电胶。导电胶可以具有低弹性模数，可以作为缓冲物吸收振动和应力，避免压电组件的振动干扰传递到基板1。可以改善半导体封装结构受振动的影响、降低封装应力的影响，进而避免超声波干扰，增加超音波感测特性与信号质量。在又一个实施例中，如图2所示，第二电连接件6可以为导电胶61与导线62的结合。具体地，金属屏
蔽层3与基板1之间可以采用垂直导线62与少量的导电胶61接合以进行电性连接，由于垂直导线62的直径可以选择且尺寸较小，与基板1的接触面积较小，由此可以尽量隔绝振动的影响。
65.在一个实施例中，该半导体封装结构还可以包括粘合层10。粘合层10可以粘合基板1和盖体2，以完成整体结构的密封。在又一个实施例中，粘合层10可以采用非导电胶。非导电胶可以具有低弹性模数，可以作为缓冲物吸收振动和应力，避免压电组件的振动干扰传递到基板1。可以改善半导体封装结构受振动的影响、降低封装应力的影响，进而避免超声波干扰，增加超音波感测特性与信号质量。
66.本公开提供的半导体封装结构，利用有机材盖体2搭配金属屏蔽层3的设计，相较于金属盖体，可以有效降低盖体的密度与体积，有利于产品结构微小化。另外，利用阻挡层7包覆第一电子组件4，可以阻挡第一电子组件4发射至基板1的超音波反射至第一电子组件4，进而避免第一电子组件4接收信号的干扰。
67.图3至图11是根据本公开实施例的半导体封装结构的制造过程中的结构示意图。
68.如图3所示，先将盖体2放置在第一载体12上，然后在盖体2的内表面形成金属屏蔽层3。在一个实施例中，还可以在盖体2外表面形成电磁屏蔽层11。例如可以采用电镀等工艺形成金属屏蔽层3和电磁屏蔽层11。
69.如图4所示，在金属屏蔽层3上形成第一电连接件5。
70.如图5所示，将第一电子组件4放置于第一电连接件5上，以使第一电子组件4通过第一电连接件5与金属屏蔽层3电连接。在一个实施例中，第一电子组件4可以为压电组件。压电组件可以具有两个电极41。两个电极41可以通过第一电连接件5与金属屏蔽层3电连接。可以在两个电极41上的第一电连接件5之间形成非导电层8隔开。在又一个实施例中，非导电层8可以为非导电胶。在又一个实施例中，第一电连接件5可以是导电胶，不仅可以作为第一电子组件4与金属屏蔽层3电连接路径，还可以使第一电子组件4固定于盖体2内，更可以用于电磁屏蔽。
71.如图6所示，形成包覆第一电子组件4的阻挡层7。
72.如图7所示，将基板1放置于第二载体13上。将第二电子组件9放置于基板1上。在基板1上形成粘合层10和第二电连接件6(导电胶)。另外，也可以选择在盖体2上形成粘合层10。金属屏蔽层3上形成第二电连接件6(导电胶)。在一个实施例中，还可以在基板1上形成通孔101。
73.如图8所示，将盖体2设于基板1上，利用粘合层10将盖体2粘合于基板1上。金属屏蔽层3可以通过第二电连接件6(导电胶)与基板1电连接。得到半导体封装结构。
74.如图9所示，在盖体2上形成粘合层10。在金属屏蔽层3上形成导电胶61。在一个实施例中，粘合层10可以是非导电胶。在又一个实施例中，导电胶61和非导电胶具有低弹性模数，以避免压电组件的振动干扰传递到基板1。
75.如图10所示，将基板1放置于第二载体13上。将第二电子组件9放置于基板1上。将导线62打到基板1上。在一个实施例中，还可以在基板1上形成通孔101。
76.如图11所示，将盖体2设于基板1上，利用粘合层10将盖体2粘合于基板1上。导线62与导电胶61相连接形成第二电连接件6。金属屏蔽层3可以通过第二电连接件6与基板1电连接。得到半导体封装结构。
77.本实施例中的制造半导体封装结构的方法能够实现与前述半导体结构类似的技术效果，这里不再赘述。另外，利用基础的封装制程(例如点胶、打线及黏晶贴合等技术)以实现压电组件的封装流程的标准化与自动化，有利于降低生产成本。
78.尽管已参考本公开的特定实施例描述并说明本公开，但这些描述和说明并不限制本公开。所属领域的技术人员可清楚地理解，可进行各种改变，且可在实施例内替代等效元件而不脱离如由所附权利要求书限定的本公开的真实精神和范围。图示可能未必按比例绘制。归因于制造过程中的变量等等，本公开中的技术再现与实际设备之间可能存在区别。可存在未特定说明的本公开的其它实施例。应将说明书和图式视为说明性的，而非限制性的。可作出修改，以使特定情况、材料、物质组成、方法或过程适应于本公开的目标、精神以及范围。所有此些修改都落入在此所附权利要求书的范围内。虽然已参考按特定次序执行的特定操作描述本公开中所公开的方法，但应理解，可在不脱离本公开的教示的情况下组合、细分或重新排序这些操作以形成等效方法。因此，除非本公开中特别指示，否则操作的次序和分组并不限制本公开。