MEMS芯片封裝結構以及封裝方法與流程

本發明涉及半導體芯片封裝領域，尤其涉及MEMS(Micro Electro Mechanical systems,微機電系統)芯片的封裝結構以及封裝方法。

背景技術：

MEMS(Micro Electro Mechanical systems,微機電系統)技術是建立在微米/納米技術基礎上的21世紀前沿技術，是指對微米/納米材料進行設計、加工、制造、測量和控制的技術。它可將機械構件、光學系統、驅動部件、電控系統集成為一個整體單元的微型系統。微機電系統不僅能夠采集、處理與發送信息或指令，還能夠按照所獲取的信息自主地或根據外部的指令采取行動。它采用微電子技術和微加工技術相結合的制造工藝，制造出各種性能優異、價格低廉、微型化的傳感器、執行器、驅動器和微系統，相對于傳統的機械，它們的尺寸更小，厚度更薄，系統的自動化、智能化和可靠性水平更高。MEMS器件的應用領域相當廣闊，市場需求強勁，正成為業界爭相研發的熱點。

由于MEMS芯片大小與常規的毫米或者厘米的功能模塊之間存在很大的差異，因此需要通過封裝來實現電信號在不同尺度的模塊間的相互傳遞，近年來，MEMS封裝技術取得了很大的進展，出現了眾多的MEMS封裝技術。

技術實現要素：

本發明解決的問題是提供MEMS芯片封裝結構以及封裝方法，降低MEMS芯片封裝結構尺寸，提高MEMS芯片封裝的集成度且便于MEMS芯片與其他尺度的電路電連接。

本發明提供一種MEMS芯片封裝結構，包括：基板，具有彼此相對的正面以及背面；MEMS芯片，具有彼此相對的正面以及背面，所述MEMS芯片的背面貼合于所述基板的正面上；ASIC芯片，位于所述基板的背面；互連線路，設置于所述基板上，所述MEMS芯片與所述ASIC芯片分別與所述互連線路電連接。

優選的，所述MEMS芯片與所述ASIC芯片沿基板的厚度方向上相互對齊。

優選的，所述MEMS芯片封裝結構還包括：封蓋，具有收容腔；所述MEMS芯片的正面具有功能區和位于功能區周邊的多個焊墊，所述焊墊與所述功能區電連接，所述封蓋覆蓋于所述MEMS芯片的正面上，所述收容腔罩住所述功能區。

優選的，所述基板的背面上設置有焊接凸起，所述焊接凸起與所述互連線路電連接，所述焊接凸起用于與外部電路電連接。

優選的，所述焊接凸起的高度大于所述ASIC芯片的高度。

優選的，所述基板的正面設置有與所述互連線路電連接的第一焊墊，所述焊墊與所述第一焊墊通過金屬線電連接。

優選的，所述MEMS芯片封裝結構還包括：塑封層，所述塑封層包覆所述MEMS芯片以及所述金屬線。

優選的，所述ASIC芯片倒裝于所述基板上。

優選的，所述基板的材質為硅基底或者陶瓷或者玻璃基板或者PCB板。

本發明還提供一種MEMS芯片封裝方法，其特征在于，包含如下步驟：提供MEMS芯片，具有彼此相對的正面以及背面；提供基板，具有彼此相對的正面以及背面，所述基板上設置有互連線路；提供ASIC芯片；將所述MEMS芯片的背面貼合于所述基板的正面并將所述MEMS芯片與所述互連線路電連接；將所述ASIC芯片貼合于所述基板的背面并將所述ASIC芯片與所述互連線路電連接。

優選的，所述MEMS芯片與所述ASIC芯片沿基板的厚度方向上相互對齊。

優選的，在將所述MEMS芯片與所述基板貼合之前包含如下步驟：提供封蓋，所述封蓋具有收容腔；所述MEMS芯片的正面具有功能區和位于功能區周邊的多個焊墊，所述焊墊與所述功能區電連接，將所述封蓋覆蓋于所述MEMS芯片的正面上，所述收容腔罩住所述功能區。

優選的，所述MEMS芯片通過如下步驟實現與所述互連線路電連接，包括：所述基板的正面設置有與所述互連線路電連接的第一焊墊，采用引線鍵合工藝將所述焊墊與所述第一焊墊通過金屬線電連接。

優選的，將所述MEMS芯片與所述互連線路電連接之后，采用塑封工藝形成塑封層，所述塑封層包覆所述MEMS芯片以及所述金屬線。

優選的，在形成塑封層之后，還包含如下步驟：采用倒裝工藝將所述ASIC芯片倒裝于所述基板的背面上；采用絲網印刷工藝或植球工藝或電鍍工藝在所述基板的背面形成焊接凸起，所述焊接凸起用于與外部電路電連接。

優選的，在形成塑封層之后，還包含如下步驟：采用絲網印刷工藝或植球工藝或電鍍工藝在所述基板的背面形成焊接凸起，所述焊接凸起用于與外部電路電連接；采用倒裝工藝將所述ASIC芯片倒裝于所述基板的背面上。

本發明的有益效果是降低MEMS芯片封裝結構尺寸，提高MEMS芯片封裝的集成度且便于MEMS芯片與其他尺度的電路電連接。

附圖說明

圖1為本發明優選實施例MEMS芯片封裝結構示意圖。

圖2至圖7本發明優選實施例MEMS芯片封裝方法示意圖。

具體實施方式

以下將結合附圖對本發明的具體實施方式進行詳細描述。但這些實施方式并不限制本發明，本領域的普通技術人員根據這些實施方式所做出的結構、方法、或功能上的變換均包含在本發明的保護范圍內。

需要說明的是，提供這些附圖的目的是為了有助于理解本發明的實施例，而不應解釋為對本發明的不當的限制。為了更清楚起見，圖中所示尺寸并未按比例繪制，可能會做放大、縮小或其他改變。此外，在實際制作中應包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的結構可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之間的實施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。

請參考圖1，為本發明優選實施例MEMS芯片封裝結構示意圖，MEMS芯片封裝結構包括：基板1，具有彼此相對的正面以及背面；MEMS芯片2，具有彼此相對的正面以及背面，MEMS芯片2的背面貼合于基板1的正面上；ASIC芯片3，位于基板1的背面上；互連線路(圖1中未繪示)，設置于基板1上，MEMS芯片2與ASIC芯片3分別與所述互連線路電連接。

通過將MEMS芯片2與ASIC芯片3沿基板1厚度方向上排布，相比于將MEMS芯片以及ASIC芯片水平排布于基板的同側，縮小了基板1的尺寸，降低了MEMS芯片2與ASIC芯片3集合封裝的封裝結構的尺寸，提高了封裝結構的集成度。

優選的，MEMS芯片2與ASIC芯片3沿基板1的厚度方向上相互對齊。所謂相互對齊是指，MEMS芯片2與ASIC芯片3兩者中較小的芯片位于較大的芯片沿基板厚度方向上的投影區域內。

MEMS芯片2的正面具有功能區211和位于功能區211周邊的多個焊墊212，焊墊212與功能區211電連接。MEMS芯片2上設置有封蓋23，封蓋23上設置有收容腔230，封蓋23覆蓋于MEMS芯片2的正面上，收容腔230罩住功能區211為MEMS芯片2的功能區211營造密封環境。

于本實施例中，封蓋23的材質為玻璃或者硅。封蓋23通過黏膠或者金屬鍵合方式與MEMS芯片2的正面蓋合。在兩者蓋合的過程中可以抽真空或者在收容腔230內充入實現MEMS芯片2功能所需要的氣體或者在收容腔230內充入電絕緣物質，比如凝膠類、油類。

于本實施例中，焊墊212未收容于收容腔230之中，且暴露在封蓋23之外，如此，方便采用打線工藝形成金屬線將焊墊212與互連線路電連接。當然，于本發明的其他實施例中，也可以采用TSV工藝實現焊墊212與互連線路電連接，若采用TSV工藝，焊墊212被封蓋覆蓋也不影響焊墊212與互連線路的電連接。

基板1的正面11上設置有與互連線路電連接的第一焊墊111，焊墊212與第一焊墊111通過金屬線24電連接。

金屬線24的材質為金、銅、鋁、鎢中的一種或幾種的組合，或包含上述一種或幾種材料在內的金屬合金。

塑封層25至少包覆MEMS芯片2以及金屬線24。塑封層的材質為環氧樹脂或者塑封膠等可以用來塑封的材料。

于本實施例中，塑封層可以將封蓋23、MEMS芯片2以及金屬線24均包覆起來且形成平坦的頂表面。

基板1的背面上設置有焊接凸起121，焊接凸起121與互連線路電連接，焊接凸起121用于與外部電路電連接。

于本實施例中，焊接凸起121的高度大于ASIC芯片3的高度。如此，焊接凸起121與外部電路板電連接時，ASIC芯片3位于外部電路板與基板1之間，起到防護ASIC芯片3的作用。

ASIC芯片3倒裝于基板1的背面上。具體的，在ASIC芯片3上設置金屬凸塊(bump)31，基板1的背面12上具有第二焊墊122，金屬凸塊31與第二焊墊122壓合(bonding)電連接。

在ASIC芯片3芯片上設置有底部填充膠32。

于本實施例中，第一焊墊111與第二焊墊122可以為基板1的互連線路裸露的引腳。

基板1的材質為硅基底或者陶瓷或者玻璃基板或者PCB板。

本發明還提供一種MEMS芯片封裝方法。包含如下步驟：

步驟1，請參考圖2，提供MEMS芯片2以及基板1將MEMS芯片2的背面貼合于基板1的正面上。

MEMS芯片2具有彼此相對的正面以及背面，MEMS芯片2的正面具有功能區211和位于功能區211周邊的多個焊墊212。MEMS芯片2上設置有封蓋23，封蓋23上設置有收容腔230，封蓋23覆蓋于MEMS芯片2的正面上，收容腔230罩住功能區211。焊墊212未收容于收容腔230之中，且暴露在封蓋23之外。

本實施例中，封蓋23的材質為硅，MEMS芯片2與封蓋23的蓋合可以采用晶圓級的工藝，即MEMS芯片晶圓與封蓋晶圓蓋合，然后采用刻蝕工藝使得封蓋晶圓暴露出焊墊212，然后進行切割形成單個MEMS芯片與封蓋23蓋合的結構體。

基板1，具有彼此相對的正面以及背面，基板1上設置有互連線路(圖3中未繪示)；基板1的正面11上設置有與互連線路電連接的第一焊墊111，基板1的背面12上設置有與互連線路電連接第二焊墊122。多個基板1網格狀排布形成大基板，大基板可以一體成型，在后續工藝中通過切割工藝將多個基板1彼此分離。

步驟2，請參考圖3，采用打線工藝形成金屬線24，金屬線24的兩端分別與焊墊212以及第一焊墊111電連接。

步驟3，請參考圖4，采用塑封工藝在基板1的正面上形成塑封層25，塑封層25包覆封蓋23、MEMS芯片2以及金屬線24并形成平坦的頂表面。

塑封層至少包覆MEMS芯片以及金屬線。塑封層的材質為環氧樹脂或者塑封膠等可以用來塑封的材料。

步驟4，請參考圖5，在基板1的背面上形成焊接凸起121，焊接凸起121與互連線路電連接，焊接凸起121用于與外部電路電連接。焊接凸起121可以是BGA型，且使用焊料合金的絲網印刷工藝、或通過植球工藝、或通過電鍍工藝形成。BGA(球柵陣列)互連是通常通過焊接或部分熔融金屬球到接合焊盤上形成的、用于與對等導體形成物理和電接觸的圓形導體。可替換地，SMT互連可以是導電金屬柱(例如銅)。

步驟5，請參考圖6，采用倒裝工藝在基板1的背面上倒裝ASIC芯片3。ASIC芯片3上設置金屬凸塊(bump)31，金屬凸塊31與第二焊墊122壓合(bonding)電連接。

于本實施例中，MEMS芯片2與ASIC芯片3沿基板1的厚度方向上相互對齊。所謂相互對齊是指，MEMS芯片2與ASIC芯片3兩者中較小的芯片位于較大的芯片沿基板厚度方向上的投影區域內。

步驟6，請參考圖7，采用底部填充膠工藝在ASIC芯片3上形成底部填充膠32。

本發明采用的是扇出(fan-out)晶片級封裝WLP類型的技術，其允許制造組件不受芯片大小的限制。該封裝不像用傳統WLP處理那樣在硅晶片上實現，而是來自人工晶片成形載體。在工藝的初始階段期間，來自晶片(諸如硅晶片)的切塊組件轉變為人造或重構載體。

最后，通過切割工藝形成如圖1所示的MEMS芯片封裝結構。

應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施方式中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。

上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本發明的可行性實施方式的具體說明，它們并非用以限制本發明的保護范圍，凡未脫離本發明技藝精神所作的等效實施方式或變更均應包含在本發明的保護范圍之內。