一种传感器、传感器封装方法、晶圆及小尺寸气压传感器与流程

本发明涉及传感器封装技术领域，尤其涉及一种传感器、传感器封装方法、晶圆及小尺寸气压传感器。

背景技术：

目前，气压传感器采用的封装工艺基本为键线引合晶圆贴装方式。应市场产品对气压传感器的小尺寸、高性能需求，即使采用目前行业顶级的db/wb设备进行传统封装，也无法满足需求。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现有技术的传感器尺寸、重量大。导电性差，功耗高。封装效率低。

(2)可靠性风险，如金线在受苛刻的跌落或震动时产生脱离风险

(3)金线物料费昂贵。

解决以上问题及缺陷的意义为：本发明节省工时，提高效率，减小尺寸。

技术实现要素：

为克服相关技术中存在的问题，本发明公开实施例提供了一种传感器、传感器封装方法、晶圆及小尺寸气压传感器。所述技术方案如下：

根据本发明公开实施例的第一方面，提供一种传感器，包括壳体，采用封装工艺将微机电系统芯片和信号处理芯片进行3d堆叠封装在所述壳体内部。

进一步，通过硅通孔工艺加工或采用db/fc/dispensing/underfill综合工艺，在所述壳体内部制作微机电系统芯片和信号处理芯片；所述db/fc/dispensing/underfill综合工艺按顺序进行制作。

进一步，所述微机电系统芯片通过等离子蚀刻方式制作有微机电系统芯片通孔，所述微机电系统芯片通孔内部填充有微机电系统芯片铜。

进一步，所述信号处理芯片通过等离子蚀刻方式制作有信号处理芯片通孔，所述信号处理芯片通孔内填充有信号处理芯片铜。

进一步，所述微机电系统芯片和信号处理芯片均通过再布线，在所述微机电系统芯下部布置有种子层，在所述信号处理芯片上部和下部布置有种子层。

进一步，所述微机电系统芯片采用气相沉积的方式底部沉积有铜柱；

所述铜柱一端连接所述微机电系统芯片下部再布线的种子层，另一端连接所述信号处理芯片上部再布线的种子层；

所述信号处理芯片采用气相沉积的方式在底部沉积有锡球；

所述锡球一端连接所述信号处理芯片下部再布线的种子层，另一端连接基板。

进一步，所述种子层包括：凸点下金属层和重布线层。所述凸点下金属层位于重布线层下端；即先重布线后，然后有凸点下金属。

根据本发明公开实施例的第二方面，提供一种传感器的封装方法，所述传感器的封装方法包括：

将信号处理芯片通过fc的方式贴装至基板，在信号处理芯片和基板之间进行底填胶保护；

将微机电系统芯片3d叠封到所述信号处理芯片上；

将壳体与所述基板通过锡膏回流焊或胶水粘结的方式封装到一起。

根据本发明公开实施例的第三方面，提供一种集成有所述传感器的晶圆。

根据本发明公开实施例的第四方面，提供一种小尺寸气压传感器，包括壳体，所述小尺寸气压传感器通过硅通孔工艺加工或db/fc/dispensing/underfill综合工艺，在所述壳体内部制作微机电系统芯片和信号处理芯片；

所述微机电系统芯片通过等离子蚀刻方式制作有微机电系统芯片通孔，所述微机电系统芯片通孔内部填充有微机电系统芯片铜；

所述信号处理芯片通过等离子蚀刻方式制作有信号处理芯片通孔，所述信号处理芯片通孔内填充有信号处理芯片铜；

所述微机电系统芯片和信号处理芯片均通过再布线，在所述微机电系统芯下部布置有凸点下金属层和重布线层，在所述信号处理芯片上部和下部布置有凸点下金属层和重布线层；

所述微机电系统芯片采用气相沉积的方式底部沉积有铜柱；

所述铜柱一端连接所述微机电系统芯片下部再布线的凸点下金属层和重布线层，另一端连接所述信号处理芯片上部再布线的凸点下金属层和重布线层；

所述信号处理芯片采用气相沉积的方式在底部沉积有锡球；

所述锡球一端连接所述信号处理芯片下部再布线的凸点下金属层和重布线层，另一端连接基板。

结合实验或试验数据和现有技术对比得到的效果和优点：包括：

本发明尺寸可以明显节省30％。

测试数据包括：

测试条件：

供电电压：1.8v。

采样频率：1hz。

工作模式：standmode(μa)

测试数据对比(参考表格)如下，其中，(博世和st的数据是传统goldwire的方式数据。

本发明舍弃传统的金线(goldwire)连接工艺，采用先进封装工艺的方式将asic和mems进行3d堆叠封装，无论在尺寸还是性能方面都具有明显优势。

本发明尺寸小，重量轻。导电性好，功耗低。封装效率高。

当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1是本发明实施例提供的小尺寸气压传感器示意图。

图1中：1、基板(substrate)；2、壳体(case)；3、信号处理芯片铜(asiccu)；4、铜柱(collarpillar)；5、微机电系统芯片(mems)；6、微机电系统芯片铜(memscu)；7、凸点下金属层(ubm)和重布线层(rdl)；8、信号处理芯片(asic)；9、锡球(solderball)。

图2是本发明实施例提供的传统气压传感器示意图。

图2中：10、传统基板(传统substrate)；11、传统壳体(传统case)；12、传统微机电系统芯片(传统mems)；13、传统金线(传统goldwire)；14、传统信号处理芯片(传统asic)。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

本发明提供一种传感器，包括壳体(case)2，采用封装工艺将微机电系统芯片(mems)5和信号处理芯片进行3d堆叠封装在所述壳体(case)2内部。

本技术可以应用于先进封装领域，不限于气压，比如组合传感器，mems传感器，医疗传感器都使用，但本发明的重点应用于气压领域的产品。

优选地，通过硅通孔工艺加工或db/fc/dispensing/underfill综合工艺，在所述壳体(case)2内部制作微机电系统芯片(mems)5和信号处理芯片。所述db/fc/dispensing/underfill综合工艺按顺序进行制作。

优选地，所述微机电系统芯片(mems)5通过等离子蚀刻方式制作有微机电系统芯片(mems)5通孔，所述微机电系统芯片(mems)5通孔内部填充有微机电系统芯片铜(memscu)6。

优选地，所述信号处理芯片通过等离子蚀刻方式制作有信号处理芯片通孔，所述信号处理芯片通孔内填充有信号处理芯片铜(asiccu)3。

优选地，所述微机电系统芯片(mems)5和信号处理芯片均通过再布线，在所述微机电系统芯下部布置有种子层，在所述信号处理芯片上部和下部布置有种子层。

所述微机电系统芯片(mems)5采用气相沉积的方式底部沉积有铜柱；

所述铜柱一端连接所述微机电系统芯片(mems)5下部再布线的种子层，另一端连接所述信号处理芯片上部再布线的种子层；

所述信号处理芯片采用气相沉积的方式在底部沉积有锡球(solderball)9：

所述锡球(solderball)9一端连接所述信号处理芯片下部再布线的种子层，另一端连接基板(substrate)1。

所述种子层包括：凸点下金属层(ubm)和重布线层(rdl)7。凸点下金属层位于重布线层下端；即先重布线后，然后有凸点下金属。

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。

本发明公开实施例所提供的小尺寸气压传感器，如图1所示，包括：基板(substrate)1、壳体(case)2、信号处理芯片铜(asiccu)3、铜柱(collarpillar)4、微机电系统芯片(mems)5、微机电系统芯片铜(memscu)6、凸点下金属层(ubm)和重布线层(rdl)7、信号处理芯片(asic)8、锡球(solderball)9。

在本发明中，小尺寸气压传感器的封装原理包括：

晶圆的加工原理：对asic、mems进行硅通孔工艺加工成如图1中的微机电系统芯片(mems)5和信号处理芯片(asic)8的形式。

根据设备能力，通过等离子蚀刻方式制作通孔、然后电镀铜的方式进行孔填充实现导电性连接，如图1中的信号处理芯片铜(asiccu)3和微机电系统芯片铜(memscu)6，此种硅孔铜的方式比传统金线(传统goldwire)13(如图2)导电性更好，效率更高。

根据芯片的连接需求对其asic和mems进行种子层ubm和rdl再布线，如图1中的凸点下金属层(ubm)和重布线层(rdl)7形式，其次通过气相沉积的方式对晶圆长出copperpillar和solderball，如图1中的铜柱(collarpillar)4和锡球(solderball)9，collarpillar高度可以做到20μm，solderball可做到60μm。基本晶圆芯片加工制作完成后，最后再对其进行减薄操作，根据晶圆特性可将图1中的信号处理芯片(asic)8减薄至75μm及以下。

本发明提供的先进封装步骤包括：

将asic8通过fc的方式贴装至substrate1，为了提高可靠性能防止小尺寸的solderball产生球裂，在asic8和substrate1之间进行底填胶保护。

其次，将mems5叠封到asic8上；

最后，将case2与substrate1通过锡膏回流焊或胶水粘结的方式封装到一起。

本发明体积节省30～40％，导电性更好，功耗更低。可对气压传感器的体积尺寸、性能都有改善提高，封装过程中不用打金线，封装效率也会有提高。

如图2所示，提供的传统气压传感器包括：传统基板(传统substrate)10、传统壳体(传统case)11、传统微机电系统芯片(传统mems)12、传统金线(传统goldwire)13、传统信号处理芯片(传统asic)14。传统封装中为了goldwire13实现电性能连接，在长度、宽度、高度方向都占用一定的空间。

下面结合实验对比数据对本发明作进一步描述。

本发明尺寸可以明显节省30％。

测试数据包括：

测试条件：

供电电压：1.8v。

采样频率：1hz。

工作模式：standmode(μa)

测试数据对比(参考表格)如下，其中，博世和st的数据是传统goldwire的方式数据。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围应由所附的权利要求来限制。