本發(fā)明涉及半導(dǎo)體芯片封裝領(lǐng)域，尤其涉及MEMS(Micro Electro Mechanical systems,微機(jī)電系統(tǒng))芯片的封裝結(jié)構(gòu)以及封裝方法。

背景技術(shù)：

MEMS(Micro Electro Mechanical systems,微機(jī)電系統(tǒng))技術(shù)是建立在微米/納米技術(shù)基礎(chǔ)上的21世紀(jì)前沿技術(shù)，是指對微米/納米材料進(jìn)行設(shè)計(jì)、加工、制造、測量和控制的技術(shù)。它可將機(jī)械構(gòu)件、光學(xué)系統(tǒng)、驅(qū)動部件、電控系統(tǒng)集成為一個(gè)整體單元的微型系統(tǒng)。微機(jī)電系統(tǒng)不僅能夠采集、處理與發(fā)送信息或指令，還能夠按照所獲取的信息自主地或根據(jù)外部的指令采取行動。它采用微電子技術(shù)和微加工技術(shù)相結(jié)合的制造工藝，制造出各種性能優(yōu)異、價(jià)格低廉、微型化的傳感器、執(zhí)行器、驅(qū)動器和微系統(tǒng)，相對于傳統(tǒng)的機(jī)械，它們的尺寸更小，厚度更薄，系統(tǒng)的自動化、智能化和可靠性水平更高。MEMS器件的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣闊，市場需求強(qiáng)勁，正成為業(yè)界爭相研發(fā)的熱點(diǎn)。

由于MEMS芯片大小與常規(guī)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(shí)現(xiàn)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(shù)取得了很大的進(jìn)展，出現(xiàn)了眾多的MEMS封裝技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問題是提供MEMS芯片封裝結(jié)構(gòu)以及封裝方法，降低MEMS芯片封裝結(jié)構(gòu)尺寸，提高M(jìn)EMS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(fā)明提供一種MEMS芯片封裝結(jié)構(gòu)，包括：基板，所述基板上設(shè)置有通孔以及互連線路；MEMS芯片，所述MEMS芯片的正面具有功能區(qū)和位于功能區(qū)周邊的多個(gè)焊墊，所述焊墊與所述功能區(qū)電連接，所述MEMS芯片設(shè)置于所述基板的正面且位于所述通孔中，所述焊墊與所述互連線路電連接；ASIC芯片，覆蓋于所述通孔上且位于所述基板的背面，所述ASIC芯片與所述互連線路電連接。

優(yōu)選的，所述MEMS芯片的正面設(shè)置有封蓋，所述封蓋具有收容腔，所述收容腔罩住所述功能區(qū)。

優(yōu)選的，所述封蓋暴露所述焊墊，所述基板正面設(shè)置有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(yōu)選的，所述封裝結(jié)構(gòu)還包括塑封層，所述塑封層填充所述通孔且包覆所述MEMS芯片以及所述金屬線。

優(yōu)選的，所述基板的背面設(shè)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(yōu)選的，所述焊接凸起的高度高于所述ASIC芯片的高度。

優(yōu)選的，所述ASIC芯片倒裝于所述基板上。

優(yōu)選的，所述ASIC芯片通過焊球或者金屬凸柱與所述互連線路電連接。

優(yōu)選的，所述基板的材質(zhì)為硅基底或者陶瓷或者玻璃基板或者PCB板。

本發(fā)明還提供一種MEMS芯片封裝方法，包含如下步驟：提供基板，所述基板上設(shè)置有通孔以及互連線路；提供MEMS芯片，所述MEMS芯片的正面具有功能區(qū)和位于功能區(qū)周邊的多個(gè)焊墊，所述焊墊與所述功能區(qū)電連接；提供ASIC芯片；將所述ASIC芯片從所述基板的背面覆蓋于所述通孔上并將所述ASIC芯片與所述互連線路電連接；將所述MEMS芯片設(shè)置于所述基板的正面且位于所述通孔中，并將所述焊墊與所述互連線路電連接。

優(yōu)選的，在將所述ASIC芯片覆蓋于通孔上并將所述ASIC芯片與所述互連線路電連接之前，將所述MEMS芯片貼合于所述ASIC芯片上，使得，當(dāng)所述ASIC芯片覆蓋于通孔上時(shí)，MEMS芯片位于所述通孔中。

優(yōu)選的，在將所述ASIC芯片覆蓋于通孔上并將所述ASIC芯片與所述互連線路電連接之后，將所述MEMS芯片設(shè)置于所述通孔中。

優(yōu)選的，在將所述MEMS芯片設(shè)置于所述通孔中之前包含如下步驟：提供封蓋，所述封蓋具有收容腔；將所述封蓋覆蓋于所述MEMS芯片的第一表面上，所述收容腔罩住所述功能區(qū)。

優(yōu)選的，所述MEMS芯片通過如下步驟實(shí)現(xiàn)與所述互連線路電連接，包括：所述基板的正面設(shè)置有與所述互連線路電連接的第一焊墊，所述封蓋暴露所述焊墊，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(yōu)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，所述塑封層填充所述通孔且包覆所述MEMS芯片以及所述金屬線。

優(yōu)選的，還包含如下步驟：在形成塑封層之后，采用絲網(wǎng)印刷工藝或植球工藝或電鍍工藝在所述基板的第二面形成焊接凸起，所述焊接凸起用于與外部電路電連接。

優(yōu)選的，還包含如下步驟：在將所述ASIC芯片與所述互連線路電連接之前，采用絲網(wǎng)印刷工藝或植球工藝或電鍍工藝在所述基板的第二面形成焊接凸起，所述焊接凸起用于與外部電路電連接。

優(yōu)選的，采用倒裝工藝將所述ASIC芯片倒裝于所述基板的第二面上。

本發(fā)明的有益效果是降低MEMS芯片封裝結(jié)構(gòu)尺寸，提高M(jìn)EMS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(fā)明優(yōu)選實(shí)施例MEMS芯片封裝結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2至圖7本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例MEMS芯片封裝方法示意圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。但這些實(shí)施方式并不限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)這些實(shí)施方式所做出的結(jié)構(gòu)、方法、或功能上的變換均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

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(fā)明的實(shí)施例，而不應(yīng)解釋為對本發(fā)明的不當(dāng)?shù)南拗?。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(shí)際制作中應(yīng)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(jié)構(gòu)可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實(shí)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(shí)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(fā)明優(yōu)選實(shí)施例MEMS芯片封裝結(jié)構(gòu)示意圖，MEMS芯片封裝結(jié)構(gòu)包括：基板1，具有彼此相對的正面以及背面，基板1上設(shè)置有通孔13以及互連線路(圖中)；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(qū)211和位于功能區(qū)211周邊的多個(gè)焊墊212，焊墊212與功能區(qū)211電連接，MEMS芯片2設(shè)置于基板1的正面且位于通孔13中，焊墊212與互連線路電連接；ASIC芯片3，覆蓋于通孔13上且位于基板1的背面，ASIC芯片3與所述互連線路電連接。

通過將MEMS芯片2容置于基板1的通孔13中，降低了MEMS芯片2與ASIC芯片3集合封裝的封裝結(jié)構(gòu)的尺寸，提高了封裝結(jié)構(gòu)的集成度。

MEMS芯片2上設(shè)置有封蓋23，封蓋23上設(shè)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(qū)211，為MEMS芯片2的功能區(qū)211營造密封環(huán)境。

于本實(shí)施例中，封蓋23的材質(zhì)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(nèi)充入實(shí)現(xiàn)MEMS芯片2功能所需要的氣體或者在收容腔230內(nèi)充入電絕緣物質(zhì)，比如凝膠類、油類。

于本實(shí)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。

基板1的第一表面11上設(shè)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(zhì)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(nèi)的金屬合金。

塑封層25填充通孔13且包覆MEMS芯片2以及金屬線24。

塑封層25的材質(zhì)為環(huán)氧樹脂或者塑封膠等可以用來塑封的材料。

基板1的背面上設(shè)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(shí)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(shí)，ASIC芯片3位于外部電路板與基板1之間，起到防護(hù)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(shè)置金屬凸塊(bump)31，基板1的第二表面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(shè)置有底部填充膠32。

于本實(shí)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(zhì)為硅基底或者陶瓷或者玻璃基板或者PCB板。

本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例提供一種MEMS芯片封裝方法。包含如下步驟：

步驟1，請參考圖2，提供基板1并在基板1的背面形成焊接凸起121。

基板1具有彼此相對的正面以及背面，基板1上設(shè)置有互連線路(圖3中未繪示)；基板1的第一表面11上設(shè)置有與互連線路電連接的第一焊墊111，基板1的第二表面12上設(shè)置有與互連線路電連接第二焊墊122?；?上設(shè)置有通孔13。多個(gè)基板1網(wǎng)格狀排布形成大基板，大基板可以一體成型，在后續(xù)工藝中通過切割工藝將多個(gè)基板1彼此分離。

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(wǎng)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(dǎo)體形成物理和電接觸的圓形導(dǎo)體?？商鎿Q地，SMT互連可以是導(dǎo)電金屬柱(例如銅)。

步驟2，請參考圖3，采用倒裝工藝在基板1的背面上倒裝ASIC芯片3且ASIC芯片3覆蓋于通孔13上。

ASIC芯片3上設(shè)置金屬凸塊(bump)31，金屬凸塊31與第二焊墊122壓合(bonding)電連接。或者ASIC芯片3與第二焊墊122通過焊球焊接。

步驟3，請參考圖4，采用底部填充膠工藝在ASIC芯片3上形成底部填充膠32。

步驟4，請參考圖5，提供MEMS芯片，將MEMS芯片2設(shè)置于基板1的正面且將其放置于通孔13中。

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(qū)211和位于功能區(qū)211周邊的多個(gè)焊墊212。

提供封蓋23，封蓋23上設(shè)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(qū)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(shí)施例中，封蓋23的材質(zhì)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，MEMS芯片晶圓由多個(gè)MEMS芯片網(wǎng)格狀排布，封蓋晶圓由多個(gè)具有收容腔的封蓋網(wǎng)格狀排布，然后采用刻蝕工藝使得封蓋晶圓暴露出焊墊212，然后進(jìn)行切割形成單個(gè)MEMS芯片與封蓋23蓋合的結(jié)構(gòu)體。

步驟5，請參考圖6，由于ASIC芯片3已經(jīng)覆蓋于通孔13上且位于基板1的背面，因此，MEMS芯片2可以以ASIC芯片3作為承載板，然后，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6，請參考圖7，采用塑封工藝在基板1的正面上形成塑封層25，塑封層25填充通孔13且包覆MEMS芯片2以及金屬線24。

于本實(shí)施例中，塑封層25還包覆封蓋23并形成平坦的頂表面。

塑封層的材質(zhì)為環(huán)氧樹脂或者塑封膠等可以用來塑封的材料。

最后，通過切割工藝形成如圖1所示的MEMS芯片封裝結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明采用的是扇出(fan-out)晶片級封裝WLP類型的技術(shù)，其允許制造組件不受芯片大小的限制。該封裝不像用傳統(tǒng)WLP處理那樣在硅晶片上實(shí)現(xiàn)，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(zhuǎn)變?yōu)槿嗽旎蛑貥?gòu)載體。

應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施方式中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。

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