一種應(yīng)力分散mems塑封壓力傳感器及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應(yīng)力分散MEMS塑封壓力傳感器及其制備方法。本發(fā)明的塑封壓力傳感器包括：壓力芯片、壓力緩沖層、基板、引腳框、導(dǎo)線和塑封體；其中，壓力芯片的上表面覆蓋一層軟膠薄膜，并且露出壓力芯片與導(dǎo)線的焊接點(diǎn)，形成壓力緩沖層；塑封體與壓力緩沖層之間具有空腔，并且在空腔與塑封體的外表面之間開設(shè)通孔，與外界連通。本發(fā)明采用軟膠薄膜的壓力緩沖層覆蓋壓力芯片的敏感結(jié)構(gòu)，通過壓力緩沖層的應(yīng)力分散，減緩注塑時的壓力；并且在壓力緩沖層上具有大面積的空腔，有利于壓力芯片的通風(fēng)和散熱，保障壓力芯片的性能完整和正常的功能；具有制作工藝簡單先進(jìn)、保證壓力芯片不受應(yīng)力影響、性能完整、體積相對較小、散熱優(yōu)良等特點(diǎn)。
【專利說明】一種應(yīng)力分散MEMS塑封壓力傳感器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微電子封裝技術(shù)，具體涉及一種應(yīng)力分散MEMS塑封壓力傳感器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳感器封裝是連接傳感器壓力芯片和電子系統(tǒng)的一道橋梁，通常是指傳感器壓力芯片及用來固定、保護(hù)它的基板通過熱固性和熱塑性材料塑封而成的模塊。壓力芯片的硅基板與載體或與管殼的連接，不僅對集成電路而且對傳感器來說，都是重要的環(huán)節(jié)。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中的微電子封裝雖然在電、熱、光和機(jī)械性能方面對壓力芯片提供了保護(hù)，但是卻不能滿足在一定的成本下，壓力芯片不斷增加的性能要求和可靠性、散熱及功率分配等功能的需要。壓阻型壓力傳感器要將壓力或流體流量轉(zhuǎn)換成硅晶體的形變，從而引起電阻條電阻的變化。硅基板和金屬載體由于熱膨脹系數(shù)不同而引起的熱應(yīng)力分布，所以，應(yīng)避免熱應(yīng)力所引起的壓力測量值虛假結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對以上對壓力傳感器壓力芯片封裝技術(shù)不斷提出的各種要求，本發(fā)明提供一種應(yīng)力分散MEMS塑封壓力傳感器及其制備方法。本發(fā)明具有制作工藝先進(jìn)、保證壓力芯片不受應(yīng)力影響、性能完整、體積相對較小、散熱優(yōu)良等特點(diǎn)，從而提高壓力傳感器壓力芯片使用過程中的可靠性。
[0005]本發(fā)明的一個目的在于提供一種應(yīng)力分散，并在封裝前涂膠保護(hù)的MEMS塑封壓力傳感器。
[0006]本發(fā)明的MEMS塑封壓力傳感器包括:壓力芯片、壓力緩沖層、基板、引腳框、導(dǎo)線和塑封體；其中，在壓力芯片的上表面覆蓋壓力緩沖層，壓力緩沖層包括中心緩沖層和邊緣緩沖層兩部分，中心緩沖層覆蓋在壓力芯片的敏感結(jié)構(gòu)上，邊緣緩沖層覆蓋在敏感結(jié)構(gòu)的四周，并且露出壓力芯片與導(dǎo)線的焊接點(diǎn)；壓力芯片的下表面設(shè)置在基板上；導(dǎo)線將壓力芯片的焊接點(diǎn)與引腳框相連；塑封體將壓力芯片、引腳框和基板封裝，并在塑封體的底面或側(cè)面露出引腳框；塑封體與壓力緩沖層之間具有空腔，并且在空腔與塑封體的外表面之間開設(shè)通孔，與外界連通。
[0007]壓力緩沖層的材料采用或BCB膠等。壓力緩沖層包括中心緩沖層和邊緣緩沖層兩部分，在敏感結(jié)構(gòu)上的中心緩沖層為一層很薄的低應(yīng)力軟膠，如BCB膠，厚度< 2 μ m ;在敏感結(jié)構(gòu)的四周覆蓋的邊緣緩沖層為一層較厚的高應(yīng)力膠體，如SU8 ;厚度在40?60μπι之間。
[0008]壓力芯片的上表面設(shè)置有敏感結(jié)構(gòu)，用來感應(yīng)壓力變化。本發(fā)明首先通過MEMS工藝，在壓力芯片晶圓劃片前，利用勻膠機(jī)在壓力芯片的敏感結(jié)構(gòu)上覆蓋一層軟膠薄膜形成壓力緩沖層，不影響壓力芯片的應(yīng)力分布，保證散熱優(yōu)良，敏感結(jié)構(gòu)的四周厚膠可在塑封時塑封體的材料固化對壓力芯片性能的影響降至最小。壓力芯片的下表面通過粘接物粘貼在基板上；導(dǎo)線通過導(dǎo)線粘接物或壓焊工藝將壓力芯片與引腳框相連接，為壓力芯片導(dǎo)電。導(dǎo)線粘接物包括導(dǎo)電銀漿或焊料等。，
[0009]在塑封體的內(nèi)表面與壓力緩沖層相對應(yīng)處開設(shè)空腔，從而壓力緩沖層的表面與塑封體之間完全不接觸，空腔可使敏感結(jié)構(gòu)完全暴露于外界，不像現(xiàn)在已有封裝，只在塑封表面開一針眼大的小孔。
[0010]塑封體與壓力緩沖層之間的空腔也可采用密封薄膜形成。壓力芯片的下表面粘貼在基板上，通過導(dǎo)線連接引腳框，密封薄膜包裹已覆蓋壓力緩沖層的壓力芯片、引腳框和基板，并露出引腳框的底面或側(cè)面，將密封薄膜與引腳框的邊緣密封；塑封體在密封薄膜外將其封裝，并在塑封體的底面或側(cè)面露出沒有被密封薄膜包裹的引腳框，從而密封薄膜將塑封體與壓力芯片之間形成空腔。塑封體與壓力芯片之間的空腔可采用在塑封體開設(shè)空腔形成。
[0011]本發(fā)明的塑封壓力傳感器通過在敏感結(jié)構(gòu)上覆蓋壓力緩沖層，通過軟膠薄膜的壓力緩沖層的應(yīng)力分散，以減緩注塑時的壓力；并且在壓力緩沖層上具有大面積的空腔，使壓力芯片的敏感結(jié)構(gòu)的表面與塑封體完全不接觸，從而有利于壓力芯片的通風(fēng)和散熱，保障壓力芯片的性能完整和正常的功能。
[0012]通孔的邊緣與導(dǎo)線之間具有一定的安全距離，以保證金屬導(dǎo)線不外漏，在塑封體的保護(hù)中。通孔與導(dǎo)線之間的距離根據(jù)具體壓力芯片的尺寸和塑封體的材料確定。
[0013]本發(fā)明的另一個目的在于提供一種應(yīng)力分散MEMS塑封壓力傳感器的制備方法。
[0014]本發(fā)明的塑封壓力傳感器的制備方法，包括以下步驟:
[0015]I)對流片結(jié)束的壓力芯片未劃片的晶圓，在其正面利用勻膠機(jī)在壓力芯片的晶圓覆蓋一層軟膠薄膜，控制勻膠機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)和甩膠時間，以保證薄膜的厚度和表面均勻；
[0016]2)光刻，曝光，顯影，只在敏感結(jié)構(gòu)的表面覆蓋一層軟膠薄膜，形成壓力緩沖層的中心緩沖層；
[0017]3)繼續(xù)在其正面利用勻膠機(jī)在壓力芯片的晶圓覆蓋一層厚膠薄膜，控制勻膠機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)和甩膠時間，以保證薄膜的厚度和表面均勻；
[0018]4)光刻，曝光，顯影，在敏感結(jié)構(gòu)的四周覆蓋高應(yīng)力的膠體，留出壓力芯片與導(dǎo)線的焊接點(diǎn)，形成壓力緩沖層的邊緣緩沖層；
[0019]5)將壓力芯片的下表面通過粘接物粘貼在基板上；
[0020]6)通過導(dǎo)線將壓力芯片與引腳框相連接；
[0021]7)制備具有空腔和通孔的塑封體的注塑模具；
[0022]8)進(jìn)行塑封體注塑，然后冷卻，形成具有空腔和通孔的塑封體；
[0023]9)塑封體將壓力芯片、引腳框和基板封裝，并與壓力芯片之間形成空腔，在塑封體的底面或側(cè)面露出引腳框。
[0024]其中，在步驟I)中，中心緩沖層的材料采用BCB膠等；壓力緩沖層的中心緩沖層的厚度小于2um，控制勻膠機(jī)的時間和轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速1500?2500轉(zhuǎn)/分鐘，時間30秒以下。
[0025]在步驟3)中，邊緣緩沖層的材料采用SU8等；邊緣緩沖層的厚度在40?60um之間，控制勻膠機(jī)的時間和轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速3500?4500轉(zhuǎn)/分鐘，時間I分鐘以上。
[0026]本發(fā)明的MEMS塑封壓力傳感器的制備方法，包括以下步驟:
[0027]I)對流片結(jié)束的壓力芯片未劃片的晶圓，在其正面利用勻膠機(jī)在壓力芯片的晶圓覆蓋一層軟膠薄膜，控制勻膠機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)和甩膠時間，以保證壓力緩沖層的厚度和表面均勻；
[0028]2)光刻，曝光，顯影，只在敏感結(jié)構(gòu)的表面覆蓋一層軟膠薄膜，形成壓力緩沖層的中心緩沖層；
[0029]3)繼續(xù)在其正面利用勻膠機(jī)在壓力芯片的晶圓覆蓋一層厚膠薄膜，控制勻膠機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)和甩膠時間，以保證此層的厚度和表面均勻；
[0030]4)光刻，曝光，顯影，在敏感結(jié)構(gòu)的四周覆蓋高應(yīng)力的膠體，留出壓力芯片與導(dǎo)線的焊接點(diǎn)，形成壓力緩沖層的邊緣緩沖層；
[0031]5)將壓力芯片的下表面通過粘接物粘貼在基板上；
[0032]6)通過導(dǎo)線將壓力芯片與引腳框相連接；
[0033]7)采用密封薄膜包裹壓力芯片、引腳框和基板，在壓力緩沖層的上表面形成空腔，并露出引腳框的底面或側(cè)面；
[0034]8)對密封薄膜和引腳框加熱，將密封薄膜與引腳框的邊緣密封；
[0035]9)制備具有通孔的塑封體注塑的模具；
[0036]10)進(jìn)行塑封體注塑，然后冷卻，形成具有通孔的塑封體；
[0037]11)塑封體將壓力芯片、引腳框和基板封裝，并在塑封體的底面或側(cè)面露出沒有被密封薄膜包裹的引腳框。
[0038]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0039]本發(fā)明采用軟膠薄膜的壓力緩沖層覆蓋壓力芯片的上表面的敏感結(jié)構(gòu)，通過壓力緩沖層的應(yīng)力分散，減緩注塑時的壓力；并且在壓力緩沖層上具有大面積的空腔，使壓力芯片的敏感結(jié)構(gòu)的表面與塑封體完全不接觸，從而有利于壓力芯片的通風(fēng)和散熱，保障壓力芯片的性能完整和正常的功能。本發(fā)明采用一次注塑成型，減少焊接次數(shù)，具有制作工藝簡單先進(jìn)、保證壓力芯片不受應(yīng)力影響、性能完整、體積相對較小、散熱優(yōu)良等特點(diǎn)，從而提高電子壓力芯片使用過程中的可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]圖1為本發(fā)明的應(yīng)力分散MEMS塑封壓力傳感器的一個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0041]圖2為本發(fā)明的應(yīng)力分散MEMS塑封壓力傳感器的壓力芯片未封裝的結(jié)構(gòu)示意圖，其中(a)位為俯視圖，(b)為沿(a)中A-A’線的剖面圖；
[0042]圖3 (a)至(e)為本發(fā)明的應(yīng)力分散MEMS塑封壓力傳感器的制備方法的流程圖；
[0043]圖4為本發(fā)明的應(yīng)力分散MEMS塑封壓力傳感器的另一個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044]下面結(jié)合附圖，通過實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0045]實(shí)施例一
[0046]本實(shí)施例的塑封壓力傳感器包括:壓力芯片1、壓力緩沖層2、基板3、引腳框4、導(dǎo)線5和塑封體6 ;其中，壓力芯片I的上表面覆蓋一層軟膠薄膜形成壓力緩沖層2，并且露出壓力芯片與導(dǎo)線的焊接點(diǎn)；壓力芯片I的下表面設(shè)置在基板3上；導(dǎo)線4將壓力芯片I的焊接點(diǎn)與引腳框4相連，如圖2所示；塑封體6將壓力芯片1、引腳框4和基板3封裝，并在塑封體的底面或側(cè)面露出引腳框；塑封體6與壓力緩沖層2之間具有空腔61，并且在空腔61與塑封體的外表面之間開設(shè)通孔62，與外界連通，如圖1所示。壓力緩沖層2包括中心緩沖層21和邊緣緩沖層22兩部分。
[0047]塑封體6采用環(huán)氧樹脂；導(dǎo)線5和引腳框4為金屬；導(dǎo)線5通過導(dǎo)電銀漿粘接將壓力芯片I與引腳框4相連接。壓力芯片的尺寸l_Xlmm，壓力緩沖層的中心緩沖層厚度
2μ m，邊緣緩沖層厚度40 μ m ;導(dǎo)線的直徑0.2mm，距離通孔0.45mm，距離塑封體外邊界3mm。
[0048]本實(shí)施例的塑封壓力傳感器的制備方法，包括以下步驟:
[0049]I)對流片結(jié)束的壓力芯片未劃片的晶圓，在其正面利用勻膠機(jī)在壓力芯片的晶圓覆蓋一層軟膠薄膜，控制勻膠機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)和甩膠時間，轉(zhuǎn)速2000R/min，時間30s，以保證薄膜的厚度和表面均勻；
[0050]2)光刻，曝光，顯影，只在敏感結(jié)構(gòu)的表面覆蓋一層BCB膠的軟膠薄膜，形成壓力緩沖層的中心緩沖層21，如圖3 (a)所示；
[0051]3)繼續(xù)在其正面利用勻膠機(jī)在壓力芯片的晶圓覆蓋一層SU8的厚膠薄膜，控制勻膠機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)和甩膠時間，轉(zhuǎn)速4000R/min,時間Imin,以保證薄膜的厚度和表面均勻；
[0052]4)光刻，曝光，顯影，在敏感結(jié)構(gòu)的四周覆蓋高應(yīng)力的膠體，留出壓力芯片與導(dǎo)線的焊接點(diǎn)，形成壓力緩沖層的邊緣緩沖層22，如圖3 (b)所示；
[0053]5)將壓力芯片I的下表面粘貼在基板3上，如圖3 (c)所示；
[0054]6)通過導(dǎo)線5將壓力芯片的焊接點(diǎn)與引腳框4相連接，如圖3 (d)所示；
[0055]7)制備具有空腔和通孔的塑封體的注塑模具；
[0056]8)采用環(huán)氧樹脂進(jìn)行塑封體注塑，然后冷卻，形成具有空腔和通孔的塑封體6 ;
[0057]9)塑封體6將壓力芯片、引腳框和基板封裝，并與壓力緩沖層2之間形成空腔61，空腔與塑封體外表面之間形成通孔62，在塑封體的側(cè)面露出引腳框，如圖3 (e)所示。
[0058]實(shí)施例二
[0059]在本實(shí)施例中，采用密封薄膜8包括已覆蓋壓力緩沖層2的壓力芯片1、引腳框4和基板3，并露出引腳框的底面或側(cè)面，將密封薄膜8與引腳框4的邊緣密封；塑封體6在密封薄膜8外將其封裝，從而在塑封體6和壓力緩沖層2之間形成空腔61，并開設(shè)有通孔62，在塑封體的底面或側(cè)面露出沒有被密封薄膜包裹的引腳框，如圖4所示。
[0060]最后需要注意的是，公布實(shí)施方式的目的在于幫助進(jìn)一步理解本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解:在不脫離本發(fā)明及所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換和修改都是可能的。因此，本發(fā)明不應(yīng)局限于實(shí)施例所公開的內(nèi)容，本發(fā)明要求保護(hù)的范圍以權(quán)利要求書界定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種MEMS塑封壓力傳感器，其特征在于，所述塑封壓力傳感器包括:壓力芯片(I)、壓力緩沖層(2)、基板(3)、引腳框(4)、導(dǎo)線(5)和塑封體(6);其中，在所述壓力芯片(I)的上表面覆蓋壓力緩沖層(2)，壓力緩沖層(2)包括中心緩沖層(21)和邊緣緩沖層(22)兩部分，中心緩沖層(21)覆蓋在壓力芯片的敏感結(jié)構(gòu)上，邊緣緩沖層(22 )覆蓋在敏感結(jié)構(gòu)的四周，并且露出壓力芯片與導(dǎo)線的焊接點(diǎn)；所述壓力芯片(I)的下表面設(shè)置在基板(3)上；所述導(dǎo)線(4)將壓力芯片(I)的焊接點(diǎn)與引腳框(4)相連；所述塑封體(6)將壓力芯片(I)、引腳框(4)和基板(3)封裝，并在塑封體的底面或側(cè)面露出引腳框；所述塑封體(6)與壓力緩沖層(2)之間具有空腔(61)，并且在空腔(61)與塑封體的外表面之間開設(shè)通孔(62)，與外界連通。
2.如權(quán)利要求1所述的塑封壓力傳感器，其特征在于，所述中心緩沖層的厚度<2 μ m,邊緣緩沖層的厚度在40~60 μ m之間。
3.如權(quán)利要求1所述的塑封壓力傳感器，其特征在于，在所述塑封體(6)的內(nèi)表面與壓力緩沖層(2)相對應(yīng)處開設(shè)空腔。
4.如權(quán)利要求1所述的塑封壓力傳感器，其特征在于，采用密封薄膜(8)包裹已覆蓋壓力緩沖層(2)的壓力芯片(I)、引腳框(4)和基板(3)，并露出引腳框的底面或側(cè)面，將密封薄膜(8)與引腳框的邊緣密封；所述塑封體(6)在所述密封薄膜(8)外將其封裝，從而在塑封體(6 )與壓力緩沖層(2 )之間形成空腔(61)。
5.如權(quán)利要求1所述的塑封壓力傳感器，其特征在于，所述中心緩沖層(21)的材料采用BCB膠；所述邊緣緩沖層(22)的材料采用SU8。
6.一種權(quán)利要求1所述的MEMS塑封壓力傳感器的制備方法，包括以下步驟: 1)對流片結(jié)束的壓力芯片未劃片的晶圓，在其正面利用勻膠機(jī)在壓力芯片的晶圓覆蓋一層軟膠薄膜，控制勻膠機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)和甩膠時間，以保證薄膜的厚度和表面均勻； 2)光刻，曝光，顯影，只在敏感`結(jié)構(gòu)的表面覆蓋一層軟膠薄膜，形成壓力緩沖層的中心緩沖層； 3)繼續(xù)在其正面利用勻膠機(jī)在壓力芯片的晶圓覆蓋一層厚膠薄膜，控制勻膠機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)和甩膠時間，以保證薄膜的厚度和表面均勻； 4)光刻，曝光，顯影，在敏感結(jié)構(gòu)的四周覆蓋高應(yīng)力的膠體，留出壓力芯片與導(dǎo)線的焊接點(diǎn)，形成壓力緩沖層的邊緣緩沖層； 5)將壓力芯片的下表面通過粘接物粘貼在基板上； 6)通過導(dǎo)線將壓力芯片與引腳框相連接； 7)制備具有空腔和通孔的塑封體的注塑模具； 8)進(jìn)行塑封體注塑，然后冷卻，形成具有空腔和通孔的塑封體； 9)塑封體將壓力芯片、引腳框和基板封裝，并與壓力芯片之間形成空腔，在塑封體的底面或側(cè)面露出引腳框。
7.—種權(quán)利要求1所述的塑封壓力傳感器的制備方法，包括以下步驟: 1)對流片結(jié)束的壓力芯片未劃片的晶圓，在其正面利用勻膠機(jī)在壓力芯片的晶圓覆蓋一層軟膠薄膜，控制勻膠機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)和甩膠時間，以保證壓力緩沖層的厚度和表面均勻； 2)光刻，曝光，顯影，只在敏感結(jié)構(gòu)的表面覆蓋一層軟膠薄膜，形成壓力緩沖層的中心緩沖層；3)繼續(xù)在其正面利用勻膠機(jī)在壓力芯片的晶圓覆蓋一層厚膠薄膜，控制勻膠機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)和甩膠時間，以保證此層的厚度和表面均勻； 4)光刻，曝光，顯影，在敏感結(jié)構(gòu)的四周覆蓋高應(yīng)力的膠體，留出壓力芯片與導(dǎo)線的焊接點(diǎn)，形成壓力緩沖層的邊緣緩沖層； 5)將壓力芯片的下表面通過粘接物粘貼在基板上； 6)通過導(dǎo)線將壓力芯片與引腳框相連接； 7)采用密封薄膜包裹壓力芯片、引腳框和基板，在壓力緩沖層的上表面形成空腔，并露出引腳框的底面或側(cè)面； 8)對密封薄膜和引腳框加熱，將密封薄膜與引腳框的邊緣密封； 9)制備具有通孔的塑封體注塑的模具； 10)進(jìn)行塑封體注塑，然后冷卻，形成具有通孔的塑封體； 11)塑封體將壓力芯片、引腳框和基板封裝，并在塑封體的底面或側(cè)面露出沒有被密封薄膜包裹的引腳框。
8.如權(quán)利要求6或7所述的制備方法，其特征在于，在步驟I)中，所述中心緩沖層的材料采用BCB膠；壓力緩沖層的中心緩沖層的厚度小于2 μ m，控制勻膠機(jī)的時間和轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速1500~2500轉(zhuǎn)/分鐘，時間30秒以下。
9.如權(quán)利要求6或7所 述的制備方法，其特征在于，在步驟3)中，所述邊緣緩沖層的材料采用SU8 ;邊緣緩沖層的厚度在40~60 μ m之間，控制勻膠機(jī)的時間和轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速3500~4500轉(zhuǎn)/分鐘，時間I分鐘以上。
【文檔編號】G01L9/06GK103674399SQ201310727351
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月25日
【發(fā)明者】周浩楠, 張威, 蘇衛(wèi)國, 李宋, 陳廣忠, 詹清穎, 張亞婷 申請人:北京必創(chuàng)科技有限公司