传感器封装结构及传感器封装工艺的制作方法

本发明涉及芯片封装技术领域，特别涉及一种传感器封装结构及传感器封装工艺。

背景技术：

mems传感器即微机电系统(microelectromechanicalsystems)，mems传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器。在各类穿戴设备，人们对于电子产品多功能化，多种传感器件功能，元件的集成度要求越来越迫切，小型化、低成本也提出了更为严格的要求。目前业界对mems传感器主要采用芯片埋入基板的方式，将asic芯片(专用集成芯片)和电容等被动元件预先埋入基板中，再进行传统的mems芯片封装、测试。现有采用预先埋入asic芯片和电容等被动元件的工艺，asic芯片容易受到机械或热力损伤，而造成asic芯片损坏。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提出一种传感器封装结构及传感器封装工艺，旨在改善现有的mems传感器封装工艺存在的asic芯片容易损坏的问题。

为实现上述目的，本发明提出的传感器封装结构，包括：

基板，所述基板设有互联电路，所述基板具有相背设置的第一表面和第二表面；

mems传感器芯片，贴装于所述第一表面上；

asic芯片，贴装于所述第二表面上，所述asic芯片通过所述互联电路与所述mems传感器芯片相连接；

锡球，设于所述第二表面，所述锡球与所述互联电路相连接；以及

第一封装层，设于所述第二表面，所述asic芯片和所述锡球封装于所述第一封装层内，所述锡球远离所述第二表面的一侧裸露于所述第一封装层的表面。

可选地，所述第一封装层为塑封层，所述塑封层的厚度小于所述锡球的直径；

和/或，所述第一封装层背向所述第二表面的一侧设有让位槽，所述让位槽环绕所述锡球设置。

可选地，所述传感器封装结构还包括：

第二封装层，设于所述第一表面，所述mems传感器芯片封装于所述第二封装层内。

可选地，所述第二封装层为金属层，所述金属层通过所述基板接地。

可选地，所述传感器封装结构还包括：

被动元件，设于所述第一表面上，所述被动元件与所述mems传感器芯片一同封装于所述第二封装层内部。

可选地，所述互联电路为设置在所述基板内部的布线层。

可选地，所述mems传感器芯片为mems麦克风芯片。

可选地，所述第一表面上设置有向所述第二表面的方向凹陷的声腔，所述声腔与所述mems麦克风芯片对应设置。

可选地，所述mems传感器芯片设置有至少两个，包括mems麦克风芯片、mems气压传感器、mems压力传感器、mems温度传感器、mems湿度传感器中的任意两种或几种。

本发明还提出一种传感器封装工艺，包括以下步骤：

提供基板、asic芯片和mems传感器芯片，所述基板设有互联电路，且所述基板具有相背设置的第一表面和第二表面，将所述asic芯片贴装于所述基板的第二表面；

在所述第二表面上植球，形成焊锡凸起，所述焊锡凸起与所述互联电路相连接；

在所述第二表面形成第一封装层，所述第一封装层将所述焊锡凸起和所述asic芯片封装；

研磨所述第一封装层，以使所述焊锡凸起裸露形成外接信号端；以及

将所述mems传感器芯片贴装于所述基板的第一表面，在所述第一表面上形成第二封装层，所述mems传感器芯片封装于所述第二封装层内，所述mems传感器芯片与所述asic芯片通过所述互联电路连接。

可选地，在执行所述研磨所述第一封装层，以使所述焊锡凸起裸露形成外接信号端的步骤之后，所述传感器封装工艺还包括：

软熔焊接所述焊锡凸起，以使所述焊锡凸起形成锡球，所述锡球形成所述外接信号端，所述锡球的直径大于经研磨后的所述第一封装层的厚度。

可选地，在执行所述软熔焊接所述焊锡凸起，以使所述焊锡凸起形成锡球的步骤之前，所述传感器封装工艺还包括：

在所述焊锡凸起的外周的第一封装层上形成让位槽。

本发明技术方案通过将mems传感器芯片和asic芯片贴装于基板的第一表面和第二表面上，不需要将asic芯片预埋到基板内部，可以方便实现封装，同时避免asic芯片受到机械损伤；通过将锡球封装在第一封装层内，形成外接信号端，能够实现asic芯片封装的同时，节省产品空间，减小产品的整体体积。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明传感器封装结构一实施例的结构示意图；

图2为本发明传感器封装结构封装过程一实施例的结构示意图；

图3为本发明传感器封装工艺一实施例的流程图；

图4为本发明传感器封装工艺形成锡球一实施例的流程示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请参阅图1，本发明提出一种传感器封装结构，包括：基板10，所述基板10设有互联电路11，所述基板10具有相背设置的第一表面12和第二表面13；mems传感器芯片50，贴装于所述第一表面12上；asic芯片20，贴装于所述第二表面13上，所述asic芯片20通过所述互联电路11与所述mems传感器芯片50相连接；锡球31，设于所述第二表面13，所述锡球31与所述互联电路11相连接；以及第一封装层40，设于所述第二表面13，所述asic芯片20和所述锡球31封装于所述第一封装层40内，所述锡球31远离所述第二表面13的一侧裸露于所述第一封装层40的表面。

请参阅图2，所述mems传感器芯片50和所述asic芯片20分别贴装于所述基板10的两个相背的表面上，所述互联电路11将所述asic芯片20和所述mems传感器芯片50相连通。所述互联电路11可以为设置在所述基板10内部的布线层。

所述第一封装层40用于将所述asic芯片20和所述锡球31塑封，以起到保护所述asic芯片20和所述锡球31的效果，有助于提升asic芯片20和锡球31的稳定性。

所述锡球31用于连接所述互联电路11，并用于连接外部电路。所述锡球31远离所述第二表面13的一侧裸露于所述第一封装层40的表面，是指所述第一封装层40表面具有容置部，所述锡球31远离所述第二表面13的一侧位于所述容置部内，以使所述锡球31能够作为连接外部电路的外接信号端，以方便连接外部电路。由于所述锡球31被塑封在所述第一封装层40内，能够提高所述锡球31的稳定性。在完成塑封之后，相比现有的在完成塑封之后进行植球的工艺，本实施例中所形成的封装传感器产品的整体厚度相对减小，可以减小产品30-40％的封装尺寸，进而可以方便对产品进行小型化设计。

由于将所述asic芯片20和所述mems传感器芯片50贴装于所述基板10表面可以单独对所述mems传感器芯片50和asic芯片20进行检测之后，可以实现芯片和基板10的检测相对独立，有助于提升检测效率。

在形成所述锡球31时，可以首先在所述基板10上形成焊锡凸起30，在完成塑封之后，对第一封装层40表面进行研磨，以将焊锡凸起30裸露，再对焊锡凸起30进行软熔焊接，使焊锡凸起30通过表面张力形成所述锡球31。

在本发明的一个实施例中，所述传感器封装结构还可以包括被动元件60，所述被动元件60包括电容等，将电容等被动元件60贴装于所述第一表面12上，以使电路器件均能够被安装于所述基板10的表面，进而可以减小所述基板10的厚度，有助于减小产品的整体厚度。所述第一封装层40可以为塑封层，可以采用现有的塑封材料形成所述第一封装层40.

本实施例中可选地，所述第一封装层40的厚度小于所述锡球31的直径，以使所述锡球31远离所述第二表面13的一侧部分凸出至所述第一封装层40的外部，进而方便所述锡球31与外部电路相连接。当将所述锡球31与外部电路相连接时，所述asic芯片20表面可以相对外部电路悬空，避免asic芯片20损坏。

如图2(e)所示，本实施例中可选地，所述第一封装层40背向所述第二表面13的一侧设有让位槽41，所述让位槽41环绕所述锡球31设置。所述让位槽41在所述第一封装层40表面形成供所述锡球31形变的空间，在形成所述锡球31时，能够防止所述第一封装层40对所述锡球31的挤压。

所述mems传感器芯片50的数量可以为至少两个，至少两个所述mems传感器芯片50为一组，组合封装在所述基板10上。以每一组具有两个所述mems传感器芯片50为例，所述mems传感器芯片50可以为mems麦克风芯片、mems气压传感器、mems压力传感器、mems温度传感器、mems湿度传感器中的任意两种。所述基板10上贴装有两个所述asic芯片20，所述asic芯片20通过互联电路11与所述mems传感器芯片50一一对应连接，所述基板10上设置有两个锡球31，以用于分别将两组所述mems传感器芯片50与外部电路连接。

在本发明的一个实施例中，所述mems传感器芯片50为mems麦克风传感器芯片，所述第一表面12上设有第二封装层70。所述第二封装层70用于对所述mems麦克风传感器芯片起到保护作用。在设置有被动元件60时，所述被动元件60封装于所述第二封装层70内，以同时将多个芯片同步封装，以提高传感器封装结构的集成度。

本实施例中可选地，所述第二封装层70为金属层，所述金属层通过所述基板10接地。所述第二封装层70用于对所述mems传感器芯片50起到保护作用，并能够起到屏蔽功能，减少所述mems传感器芯片50受到的干扰。

当所述mems传感器芯片50为mems麦克风芯片时，所述第二封装层70设有进声孔71。

本实施例中可选地，所述基板10的第一表面12上向所述第二表面13的方向凹陷的声腔14，所述声腔14与所述mems传感器芯片50的位置相对应，所述声腔14与所述mems传感器芯片50相适配，以提升所述mems传感器芯片50的信噪比。

请参阅图3，本发明还提出一种传感器封装工艺，包括以下步骤：

s100：提供基板10、asic芯片20和mems传感器芯片50，所述基板10设有互联电路11，且所述基板10具有相背设置的第一表面12和第二表面13，将所述asic芯片20贴装于所述基板10的第二表面13。

所述asic芯片20贴装于所述基板10的背面上，可以采用倒装工艺，将所述asic芯片20倒装贴附在所述第二表面13上。

现有的mems传感器芯片50封装工艺中，主要将asic芯片20和电容等被动元件60埋入基板10内部，再进行mems传感器芯片50的封装，造成产品进一步加工或使用过程中，asic芯片20容易受到机械或热应力而损坏。本方案中，由于所述asic芯片20和mems传感器芯片50分别位于所述基板10的相背的两个表面上，所述基板10对所述asic芯片20和mems传感器芯片50均不产生挤压，进而减少所述asic芯片20和mems传感器芯片50在使用或进一步加工时受到机械损伤。

s200：在所述第二表面13上植球，形成焊锡凸起30，所述焊锡凸起30与所述互联电路11相连接。

如图2(a)所示，采用植球工艺，在所述第二表面13上植球，形成的焊锡凸起30连接互联电路11，所述焊锡凸起30用于连接外部电路。

s300：在所述第二表面13形成第一封装层40，所述第一封装层40将所述焊锡凸起30和所述asic芯片20封装。

如图2(b)所示，采用塑封料对所述第二表面13上的焊锡凸起30和asic芯片20进行塑封。可以采用现有的树脂等材料作为塑封材料。当将电容等原件贴装在所述第二表面13上时，所述第一封装层40将电容等原件同步塑封。

s400：研磨所述第一封装层40，以使所述焊锡凸起30裸露形成外接信号端。

如图2(c)所示，所述焊锡凸起30作为所述互联电路11与外部电路连接的外接信号端，以方便实现所述产品与外部电路的连接。

由于所述第一封装层40将所述asic芯片20和所述焊锡凸起30同步塑封，能够实现芯片塑封的同时，可以将外接信号端也塑封在所述第一封装层40内，当将所述外接断信号端与外部电路相连接时，所述第一封装层40能够起到对所述asic芯片20进行塑封的效果。由于所述焊锡凸起30能够连接基板10的互联电路11和外部电路，同时所述焊锡凸起30被限定在所述第一封装层40内，可以实现产品与外界电路连接的同时，能够减小产品的整体厚度，进而减小产品的体积。

当将所述asic芯片20和mems传感器芯片50封装到所述基板10上之后，由于所述asic芯片20不承受外力作用，能够避免进一步加工或封装过程中造成损伤。

所述互联电路11为预设于所述基板10上的电路，用于连接所述asic芯片20和所述mems传感器芯片50，由于在基板10上贴装asic芯片20和被动元件60对基板10的厚度需求相对较低，可以有效降低产品的整体厚度。在将asic芯片20和所述mems传感器芯片50贴装于所述基板10表面之前，可以方便单独对asic芯片20或所述mems传感器芯片50进行检测，进而避免现有工艺中在封装完成之后进行检测造成的加工损失。

所述焊锡凸起30可以起到连接互联电路11和外部电路的效果，由于所述asic芯片20本身需要进行塑封操作，在将所述焊锡凸起30和所述asic芯片20塑封之后，再对第一封装层40进行研磨以使所述焊锡凸起30能够起到连接外部电路的外接信号端的效果，相比现有的在第一封装层40外部进行植球的工艺，本实施例中所采用的方案，在不影响产品的使用功能的同时，能够有效减小产品的整体厚度，相比于传统的封装工艺，本实施例中所采用的方案，能够减小30-40％的封装尺寸。在对所述第一封装层40进行研磨之后，所述焊锡凸起30被部分塑封在所述第一封装层40内，能够有助于提升所述焊锡凸起30的稳定性，进而提升产品的机械性能。

s500：将所述mems传感器芯片50贴装于所述基板10的第一表面12，在所述第一表面12上形成第二封装70层，所述mems传感器芯片50封装于所述第二封装层70内，所述mems传感器芯片50与所述asic芯片20通过所述互联电路11连接。

如图2(a)所示，所述第一表面12可以为所述基板10的正面，所述第二表面13为所述基板10的背面。所述mems传感器芯片50贴装于所述第一表面12，可以通过打线工艺将所述mems传感器芯片50与所述基板10的互联电路11相连接。

由于所述asic芯片20和mems传感器芯片50通过基板10的互联电路11相连接，产品主要分布在基板10的表面，能够有效减小基板10的整体厚度，减小产品的体积，实现产品的小型化设计。所述互联电路可以为所述基板内部的布线层。

在贴装所述asic芯片20时，可以将被动元件60贴装在所述第一表面12上。由于所述asic芯片20贴装于所述基板10的表面，能够方便对所述asic芯片20进行检测。由于可以对asic芯片20和mems传感器芯片50进行单独贴装，可以实现asic芯片20、mems传感器芯片50以及基板10的独立测试，在将各元件分别进行测试之后，再进行封装，进而可以降低产品的加工浪费。

如图2(b)所示，所述第二封装层70用于对所述mems传感器芯片50包裹在所述第一表面12上，以对所述mems传感器芯片50起到保护作用，也可以气道屏蔽干扰的效果，防止外部电磁波对所述mems传感器芯片50造成的干扰。在贴装所述mems传感器芯片50时，可以将电容等被动元件60贴装于所述第二表面13上，此时，被动元件60也被包裹于所述第二封装层70内，以起到保护作用。

如图2所示，本实施例中可选地，所述mems传感器芯片50为至少两个，所述asic芯片20和所述锡球31分别与所述mems传感器芯片50的数量对应，多个所述mems传感器芯片50和多个所述asic芯片20以及多个所述锡球31均设置于所述基板10上。

所述mems传感器芯片50可以为mems麦克风芯片、mems气压传感器、mems压力传感器、mems温度传感器、mems湿度传感器中的任意两种或几种。

本实施例中可选地，在执行所述mems传感器芯片50贴装于所述基板10的第一表面12的步骤之前，在所述基板10的第一表面12上形成声腔14，所述声腔14与所述mems传感器芯片50的位置相对应。所述声腔14与所述mems传感器芯片50相适配，以提高产品的信噪比。

本实施例中可选地，所述mems传感器芯片50为mems麦克风传感器芯片，在所述第二封装层70上设置进声孔71，以及配置所述第二封装层70通过所述基板10接地。

所述第二封装层70可以通过打线工艺与所述基板10的边缘的互联电路中的地线相焊接以实现接地。

以所述mems传感器芯片50为两个为例，所述asic芯片20和所述锡球31也分别为两个，所述基板10上设有与每个所述mems传感器芯片50对应的互联电路11，每个所述mems传感器芯片50均具有与其相适配的asic芯片20和锡球31，以实现多组传感器的组合式安装，进而可以提升产品的集成度，有效降低产品的尺寸。

请参阅图4，在本发明的一个实施例中，在执行步骤s400之前，所述传感器封装工艺还包括：

s410：在所述焊锡凸起30的外周的第一封装层40上形成让位槽41。

如图2(d)所示，所述让位槽41为凹设于所述第一封装层40背向所述第二表面13的凹槽，并且，所述让位槽41环设于所述焊锡凸起30的外周。可以采用激光切割的方式，沿所述焊锡凸起30的外周形成所述让位槽41，以使所述第一封装层40对所述焊锡凸起30不产生挤压，在连接外部电路时，能够避免对所述焊锡凸起30的影响，进而可以提升所述焊锡凸起30的可靠性。

由于所述焊锡凸起30被所述第一封装层40塑封在所述第二表面13上，所述第一封装层40能够对所述焊锡凸起30起到一定的限位和保护作用，当将所述焊锡凸起30与外部电路相连接时，所述焊锡凸起30远离所述第二表面13的一侧能够具有一定的形变空间，进而避免所述焊锡凸起30损坏。在执行步骤s410之后，切割产品以形成单颗封装体。

请参阅图4，在本发明的一个实施例中，在执行步骤s400之后，所述传感器封装工艺还包括：

s420：软熔焊接所述焊锡凸起30，以使所述焊锡凸起30形成锡球31，所述锡球31形成所述外接信号端，所述锡球的直径大于经研磨后的所述第一封装层的厚度。

对所述焊锡凸起30进行软熔焊接，以使所述焊锡凸起30通过表面张力形成圆球状的锡球31，以方便后续与外部电路进行连接。

如图2(d、e)所示，在所述步骤s410中，在所述焊锡凸起30的外周形成有环形的让位槽41，在对所述焊锡凸起30进行软熔焊接时，能够减少所述第一封装层40对锡球31的影响，使所述焊锡凸起30具有更大的形变空间，以形成预设的锡球31形状。

本实施例中可选地，在经步骤s400之后，所述第一封装层40的厚度为第一厚度，所述锡球31的直径大于所述第一厚度。所述锡球31部分伸出研磨后的所述第一封装层40外部，以方便进行连接。

如图2(e)所示，在制作所述焊锡凸起30时，使所述焊锡凸起30远离所述第二表面13的一端与所述第二表面13之间的距离，大于所述asic芯片20的厚度。在研磨所述第一封装层40时，研磨至所述asic芯片20背向所述基板10的一侧裸露，此时所述焊锡凸起30远离所述第二表面13的一端也呈裸露状态，再执行步骤s420，以形成所述锡球31。由于所述锡球31的直径大于研磨后的第一封装层40的厚度，当通过所述锡球31与外界电路相连接时，所述asic芯片20的背部能够相对外部电路悬置，进而可以避免所述asic芯片20损坏。由于所述锡球31部分位于所述第一封装层40内，在进行研磨和进一步软熔焊接形成所述锡球31之后，产品的整体厚度能够进一步减小。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。