環(huán)境mems傳感器三維柔性基板封裝結構及制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種環(huán)境MEMS傳感器三維柔性基板封裝結構，包括一柔性基板，所述柔性基板彎折成U型結構，所述U型結構具有一個彎折部和兩個相對的平整部；在一個平整部的柔性基板內面上貼裝有控制芯片，與控制芯片相對的另一個平整部的柔性基板內面上貼裝有環(huán)境MEMS傳感芯片，環(huán)境MEMS傳感芯片的感應部所面對的柔性基板上設有開口；控制芯片和環(huán)境MEMS傳感芯片與U型結構的柔性基板內面電連接。進一步地，所述控制芯片和環(huán)境MEMS傳感芯片在高度方向上重疊。進一步地，所述控制芯片的背面和環(huán)境MEMS傳感芯片的背面粘合在一起。本發(fā)明避免了使用薄膜輔助注塑成型技術，成本降低，同時形成的三維層疊封裝結構使得器件集成度提高。
【專利說明】環(huán)境MEMS傳感器三維柔性基板封裝結構及制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及封裝技術，尤其是一種環(huán)境MEMS傳感器三維柔性基板封裝結構及制作方法。
【背景技術】
[0002]環(huán)境MEMS傳感器(如壓力、溫度、濕度等)封裝需要保證傳感器與外界環(huán)境良好的接觸，盡可能與被測傳感量直接溝通。一般來說，環(huán)境MEMS傳感芯片安裝在陶瓷、金屬或有機基座上，而其與大氣連通的腔室不能被器件結構封閉，如圖1所示。
[0003]以環(huán)境MEMS傳感器的普通塑封成型為例，其制程中需引入薄膜輔助注塑成型技術(Film Assisted Molding AFM),設備硬件成本聚升。圖2是薄膜輔助注塑成型技術的簡要示意圖，為了使得傳感器的感應部在最后封裝完畢后可以與外界環(huán)境接觸，必須在封裝時制作一個與大氣連通的腔室。因此在封裝時，需要在傳感器的感應部上放置一個阻擋封裝材料的遮擋體(Punch，模具上的沖頭)，而為了避免遮擋體對傳感器直接接觸造成損壞，需要利用薄膜輔助成型注塑機在傳感器表面形成一層起保護作用的薄膜，封裝結束后，再移開遮擋體，去除薄膜，從而保留下可以與大氣連通的腔室。
[0004]薄膜輔助成型系統(tǒng)的硬件成本是該技術最大的不足之處。一般說來，量產型薄膜輔助成型注塑機的價格在300萬元人民幣，而對已有的注塑成型設備進行升級改造幾乎不可能。
[0005]另外，通常來說，環(huán)境MEMS傳感器是一種多芯片模組，如果在二維平面上集成多芯片，則其模組尺寸勢必較大，無法適用于某些PCB板面空間受限的系統(tǒng)級應用。
【發(fā)明內容】
[0006]針對現(xiàn)有技術中存在的不足，本發(fā)明提供一種環(huán)境MEMS傳感器三維柔性基板封裝結構及相應的制作方法，避免了使用薄膜輔助注塑成型技術，成本降低，同時形成的三維層疊封裝結構使得器件集成度提高，可大幅縮減器件的PCB占用面積。本發(fā)明采用的技術方案是:
一種環(huán)境MEMS傳感器三維柔性基板封裝結構，包括一柔性基板，所述柔性基板彎折成U型結構，所述U型結構具有一個彎折部和兩個相對的平整部；在一個平整部的柔性基板內面上貼裝有控制芯片，與控制芯片相對的另一個平整部的柔性基板內面上貼裝有環(huán)境MEMS傳感芯片，環(huán)境MEMS傳感芯片的感應部所面對的柔性基板上設有開口 ；控制芯片和環(huán)境MEMS傳感芯片與U型結構的柔性基板內面電連接。
[0007]進一步地，所述控制芯片和環(huán)境MEMS傳感芯片在高度方向上重疊。
[0008]進一步地，所述控制芯片的背面和環(huán)境MEMS傳感芯片的背面粘合在一起。
[0009]進一步地，所述控制芯片通過倒裝焊方式貼裝在U型結構的柔性基板內面上并和內面電連接。
[0010]進一步地，所述環(huán)境MEMS傳感芯片通過引線鍵合方式與U型結構的柔性基板內面電連接。
[0011]進一步地，所述U型結構內填充有灌封料。
[0012]進一步地，所述U型結構的外表面上植有焊球，所述焊球電連接U型結構內的控制芯片和環(huán)境MEMS傳感芯片。
[0013]一種環(huán)境MEMS傳感器三維柔性基板封裝結構的制作方法，包括下述步驟:
步驟一.提供柔性基板，在柔性基板偏離中央的一側部位開開口 ；
步驟二.在柔性基板的一個面上貼裝環(huán)境MEMS傳感芯片，使得環(huán)境MEMS傳感芯片的感應部對準柔性基板上的開口 ；在貼裝環(huán)境MEMS傳感芯片的柔性基板同一個面上背離環(huán)境MEMS傳感芯片的那一側部位貼裝控制芯片；完成控制芯片和環(huán)境MEMS傳感芯片與柔性基板貼裝面的電連接；
步驟三.將貼裝有控制芯片和環(huán)境MEMS傳感芯片的柔性基板的那一面向內彎折，形成U型結構；彎折后，控制芯片位于U型結構的一個平整部的柔性基板內面上，而環(huán)境MEMS傳感芯片位于與控制芯片相對的另一個平整部的柔性基板內面上；
步驟四.在上述形成的U型結構內填充灌封料進行塑封；
步驟五.在上述形成的U型結構的外表面上植焊球，使得焊球電連接U型結構內的控制芯片和環(huán)境MEMS傳感芯片。
[0014]進一步地，所述步驟二中，控制芯片通過倒裝焊方式貼裝在柔性基板的貼裝面上并和柔性基板電連接；環(huán)境MEMS傳感芯片通過引線鍵合方式與柔性基板的貼裝面電連接。
[0015]進一步地，所述步驟三中，彎折形成U型結構后，還包括將控制芯片的背面和環(huán)境MEMS傳感芯片的背面粘合在一起的步驟。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點:本發(fā)明實現(xiàn)了一種低成本的環(huán)境MEMS傳感器三維柔性基板封裝結構，并且該封裝結構可以提高傳感器件的集成度，進而大幅縮減器件的PCB占用面積。與傳統(tǒng)薄膜輔助注塑成型加工工藝比較，工藝設備投資小。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為現(xiàn)有環(huán)境MEMS傳感器示意圖。
[0018]圖2為現(xiàn)有環(huán)境MEMS傳感器的普通塑封工藝示意圖。
[0019]圖3為本發(fā)明的柔性基板示意圖。
[0020]圖4為本發(fā)明的芯片貼裝示意圖。
[0021]圖5為本發(fā)明的柔性基板彎折示意圖。
[0022]圖6為本發(fā)明的芯片塑封示意圖。
[0023]圖7為本發(fā)明的器件植球示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結合具體附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0025]如圖3?圖7所不:一種環(huán)境MEMS傳感器三維柔性基板封裝結構,包括一柔性基板I，所述柔性基板I彎折成U型結構，所述U型結構具有一個彎折部和兩個相對的平整部；在一個平整部的柔性基板I內面上貼裝有控制芯片2，與控制芯片2相對的另一個平整部的柔性基板I內面上貼裝有環(huán)境MEMS傳感芯片3，環(huán)境MEMS傳感芯片3的感應部所面對的柔性基板I上設有開口 4。
[0026]控制芯片2通過倒裝焊方式貼裝在U型結構的柔性基板I內面上并和內面電連接。環(huán)境MEMS傳感芯片3通過引線鍵合方式與U型結構的柔性基板I內面電連接。
[0027]控制芯片2和環(huán)境MEMS傳感芯片3在高度方向上重疊，并且可進一步將控制芯片2的背面和環(huán)境MEMS傳感芯片3的背面粘合在一起。如此可形成三維層疊封裝結構。
[0028]U型結構內填充有灌封料5，以完成塑封。
[0029]U型結構的外表面上植有焊球6，所述焊球6電連接U型結構內的控制芯片2和環(huán)境MEMS傳感芯片3。
[0030]下面詳細介紹環(huán)境MEMS傳感器三維柔性基板封裝結構的制作方法，包括下述步驟:
步驟一.如圖3所示，提供柔性基板1，在柔性基板I偏離中央的一側部位開開口 4 ；開口 4能夠使得最后形成的封裝結構內的環(huán)境MEMS傳感芯片3的感應部與外界環(huán)境有一個溝通的通道。
[0031]步驟二.如圖4所示，在柔性基板I的一個面上貼裝環(huán)境MEMS傳感芯片3，使得環(huán)境MEMS傳感芯片3的感應部對準柔性基板I上的開口 4 ;在貼裝環(huán)境MEMS傳感芯片3的柔性基板I同一個面上背離環(huán)境MEMS傳感芯片3的那一側部位貼裝控制芯片2 ;完成控制芯片2和環(huán)境MEMS傳感芯片3與柔性基板I貼裝面的電連接；
其中，控制芯片2通過倒裝焊方式貼裝在柔性基板I的貼裝面上并和柔性基板I電連接。
[0032]環(huán)境MEMS傳感芯片3可以通過引線鍵合方式與柔性基板I的貼裝面電連接。
[0033]步驟三.如圖5所示，將貼裝有控制芯片2和環(huán)境MEMS傳感芯片3的柔性基板I的那一面(也就是貼裝面)向內彎折，形成U型結構；該U型結構具有一個彎折部和兩個相對的平整部；
彎折時，可以將貼裝有控制芯片2那一側的柔性基板I向環(huán)境MEMS傳感芯片3方向進行彎折(即圖5所示)，也可以將貼裝有環(huán)境MEMS傳感芯片3那一側的柔性基板I向控制芯片2方向彎折。
[0034]彎折后，控制芯片2位于U型結構的一個平整部的柔性基板I內面上，而環(huán)境MEMS傳感芯片3就位于與控制芯片2相對的另一個平整部的柔性基板I內面上；為了形成層疊結構，彎折后，使得控制芯片2和環(huán)境MEMS傳感芯片3在高度方向上重疊。
[0035]可進一步將控制芯片2的背面和環(huán)境MEMS傳感芯片3的背面粘合在一起；以加強整體結構的牢固程度。
[0036]步驟四.如圖6所示，在上述形成的U型結構內填充灌封料5進行塑封；
步驟五.如圖7所示，在上述形成的U型結構的外表面上植焊球6，使得焊球6電連接
U型結構內的控制芯片2和環(huán)境MEMS傳感芯片3。
[0037]焊球6可以植在U型結構的兩個平整部的任意一個的外表面上。焊球6與U型結構內的芯片實現(xiàn)電連接不是本發(fā)明的重點，在此從略。
[0038]本發(fā)明通過對貼裝環(huán)境MEMS傳感芯片和控制芯片的柔性基板的彎折，形成了三維層疊封裝結構，使得器件集成度提高，可大幅縮減器件的PCB占用面積。使得采用該封裝結構的環(huán)境MEMS傳感器能夠適應高微組裝密度和高集成度的應用場合，適合于某些PCB板面空間受限的系統(tǒng)級應用。
[0039]本發(fā)明在柔性基板上開開口，將環(huán)境MEMS傳感芯片的感應部對準柔性基板上的開口進行安裝，避免了使用薄膜輔助注塑成型技術，無需使用成本昂貴的薄膜輔助成型注塑機。與傳統(tǒng)薄膜輔助注塑成型加工工藝比較，工藝設備投資小。
【權利要求】
1.一種環(huán)境MEMS傳感器三維柔性基板封裝結構，其特征在于:包括一柔性基板(I)，所述柔性基板(I)彎折成U型結構，所述U型結構具有一個彎折部和兩個相對的平整部； 在一個平整部的柔性基板(I)內面上貼裝有控制芯片(2)，與控制芯片(2)相對的另一個平整部的柔性基板(I)內面上貼裝有環(huán)境MEMS傳感芯片(3)，環(huán)境MEMS傳感芯片(3)的感應部所面對的柔性基板(I)上設有開口(4)； 控制芯片(2)和環(huán)境MEMS傳感芯片(3)與U型結構的柔性基板(I)內面電連接。
2.如權利要求1所述的環(huán)境MEMS傳感器三維柔性基板封裝結構，其特征在于:所述控制芯片(2)和環(huán)境MEMS傳感芯片(3)在高度方向上重疊。
3.如權利要求2所述的環(huán)境MEMS傳感器三維柔性基板封裝結構，其特征在于:所述控制芯片(2)的背面和環(huán)境MEMS傳感芯片(3)的背面粘合在一起。
4.如權利要求2或3所述的環(huán)境MEMS傳感器三維柔性基板封裝結構，其特征在于:所述控制芯片(2)通過倒裝焊方式貼裝在U型結構的柔性基板(I)內面上并和內面電連接。
5.如權利要求2或3所述的環(huán)境MEMS傳感器三維柔性基板封裝結構，其特征在于:所述環(huán)境MEMS傳感芯片(3)通過引線鍵合方式與U型結構的柔性基板(I)內面電連接。
6.如權利要求1所述的環(huán)境MEMS傳感器三維柔性基板封裝結構，其特征在于:所述U型結構內填充有灌封料(5)。
7.如權利要求1所述的環(huán)境MEMS傳感器三維柔性基板封裝結構，其特征在于:所述U型結構的外表面上植有焊球(6)，所述焊球(6)電連接U型結構內的控制芯片(2)和環(huán)境MEMS傳感芯片(3)。`
8.一種環(huán)境MEMS傳感器三維柔性基板封裝結構的制作方法，其特征在于，包括下述步驟: 步驟一.提供柔性基板(I)，在柔性基板(I)偏離中央的一側部位開開口(4)； 步驟二.在柔性基板(I)的一個面上貼裝環(huán)境MEMS傳感芯片(3)，使得環(huán)境MEMS傳感芯片(3)的感應部對準柔性基板(I)上的開口(4);在貼裝環(huán)境MEMS傳感芯片(3)的柔性基板(I)同一個面上背離環(huán)境MEMS傳感芯片(3)的那一側部位貼裝控制芯片(2);完成控制芯片(2)和環(huán)境MEMS傳感芯片(3)與柔性基板(I)貼裝面的電連接； 步驟三.將貼裝有控制芯片(2)和環(huán)境MEMS傳感芯片(3)的柔性基板(I)的那一面向內彎折，形成U型結構；彎折后，控制芯片(2)位于U型結構的一個平整部的柔性基板(I)內面上，而環(huán)境MEMS傳感芯片(3)位于與控制芯片(2)相對的另一個平整部的柔性基板(I)內面上； 步驟四.在上述形成的U型結構內填充灌封料(5)進行塑封； 步驟五.在上述形成的U型結構的外表面上植焊球(6)，使得焊球(6)電連接U型結構內的控制芯片(2)和環(huán)境MEMS傳感芯片(3)。
9.如權利要求8所述的環(huán)境MEMS傳感器三維柔性基板封裝結構的制作方法，其特征在于:所述步驟二中，控制芯片(2)通過倒裝焊方式貼裝在柔性基板(I)的貼裝面上并和柔性基板(I)電連接；環(huán)境MEMS傳感芯片(3)通過引線鍵合方式與柔性基板(I)的貼裝面電連接。
10.如權利要求8所述的環(huán)境MEMS傳感器三維柔性基板封裝結構的制作方法，其特征在于:所述步驟三中，彎折形成U型結構后，還包括將控制芯片(2)的背面和環(huán)境MEMS傳感芯片(3)的背面粘合在 一起的步驟。
【文檔編號】B81C1/00GK103523739SQ201310543099
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年11月5日 優(yōu)先權日:2013年11月5日
【發(fā)明者】孫鵬, 徐健, 王宏杰 申請人:華進半導體封裝先導技術研發(fā)中心有限公司