MEMS封装方法与流程

mems封装方法技术领域1.本发明涉及封装方法，具体涉及一种低成本的mems封装方法。背景技术：2.随着mems深入发展，mems的应用也越来越广泛，对mems的要求也越来越高，诸如对mems的噪声要求，漂移等等，随着电子产品的发展，对于利用mems器件进行的检测精度等等提出了更高要求。3.mems的检测是通过微机械运动来实现，对微机械造成影响的机械应力，一直是困扰mems性能提升的主要因素之一，其应力来源主要是由mems封装后相互接触的材料不同等引起，例如包裹mems芯片的塑封树脂，贴盖后的焊接回流等，特别是目前发展的多芯片组装sip后，应用于薄而小的电子产品中，对mems产品的外形体积要求越来越小，同时通过封装把多种材料置于一起，产生应力影响，温度变化时候特别明显，造成对产品的特性诸如灵敏度、零点漂移等恶化。4.在此之后，各公司试图采用开孔的金属帽封装结构，封盖后的金属帽，由于要确保后续电子装配的回流高温，必须采用上部开孔的方式进行，但是封盖后的产品，在使用过程中与外界通气的小孔，外界的灰尘、湿气等会进入传感器体内，对产品特性造成影响，无法避免长期使用mems传感器信号逐渐恶化。5.因此，又出现通过边沿侧开孔的工艺，采用覆膜树脂抽真空的方式，较好地解决了小孔封闭，内腔由于真空存在，避免了高温回流的小孔涨开的问题。真空覆膜技术虽然很成熟，但是在该类产品中存在如下缺陷，一为覆膜树脂具有一定的厚度，通常厚度达到0.15mm,使得产品厚度增加了0.15mm厚度；而且，覆膜树脂价格昂贵，目前是进口材料，一张90*90mm的树脂价格超过100元，使得产品单颗成本上升近0.1元；另外，覆膜工艺也需要增加昂贵的覆膜设备，单机达到20万美元，成品折旧产品也是不小的开销6.以上造成产品厚度的增加，使得客户端要求的产品超薄应用受到限制，影响市场推广；产品成本的上升，又使得产品的竞争力受到影响。技术实现要素：7.为了克服上述缺陷，本发明提供一种mems封装方法，该封装方法采用传统的塑封树脂材料，利用真空烘箱结合倒封模具，在抽真空的条件下通过小孔在封装壳体内挤入熔化的塑封树脂，经过170℃高温保温在封装壳体内流入0.1mm左右的树脂层，再经过后固化，达到封堵小孔的目的，本方法既不会增加产品的尺寸，又不会提高产品的生产成本，具有很强的实用性。8.本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：9.一种mems封装方法，包括如下步骤：10.步骤1：组装：将芯片组贴装于基板上，烘烤后通过键合方式将金线连接于芯片组和基板之间；11.步骤2：画锡膏和盖帽：将锡膏点涂在基板四周的铜箔上，并将封装壳体盖设于所述基板的锡膏上，通过回流焊融化所述锡膏，使封装壳体与基板焊接，得半成品，其中封装壳体的顶面设有小孔；12.步骤3：倒封堵孔：将封装壳体顶面的上表面贴合于放有环氧树脂的倒装模具，加热后，环氧树脂通过小孔挤入封装壳体的腔体内并堵住小孔，得到堵孔后的产品；13.步骤4：固化：将产品进行固化，使得封装壳体的腔体内以及小孔内的环氧树脂固化；14.步骤5：激光印字：根据需求在产品上进行激光印字，以便于识别；15.步骤6：切割：利用切割机将产品切割成单颗成品。16.优选地，上述步骤3中倒封堵孔具体包括如下步骤：17.(1)将步骤2的半成品放入真空烘箱内倒装模具的上模中；18.(2)在下模的承接盘内放入环氧树脂粉末；19.(3)抽真空使得烘箱内形成一定的真空度；20.(4)快速升温烘箱直至环氧树脂粉末融化；21.(5)下模顶起并使得融化后的环氧树脂缓缓压紧封装壳体20顶面的上表面；22.(6)保压一段时间后，使得环氧树脂充分流入产品内腔，并固化形成环氧树脂层；23.(7)释放真空，开模并取出产品；24.(8)清洗上膜、承接盘以及下模，备用。25.优选地，所述承接盘中环氧树脂粉末的深度不超过0.3mm，所述烘箱中的真空度达到0.1-0.15mpa、烘箱中温度达到160-180℃，保压时间为25-35s，所述封装壳体的顶面内壁形成0.1-0.15mm的环氧树脂层。26.优选地，所述烘箱中的真空度达到0.1mpa、烘箱中温度达到170℃，保压时间为30s，所述封装壳体的顶面内壁形成0.1mm的环氧树脂层。27.优选地，在上述步骤4中，产品固化的时间为8-10h，在产品固化后对产品进行抛光处理以去除封装壳体外表面的薄层环氧树脂层。28.优选地，在上述步骤1中，所述芯片组包括两颗芯片，分别定义为第一芯片和第二芯片，所述第一芯片为asic芯片，所述第二芯片为mems芯片。29.优选地，所述步骤1具体包括以下步骤：30.(1)利用贴片机将贴片胶贴敷于所述基板上，以形成贴片胶层，并将第一芯片的底面贴合于该贴片胶层上；31.(2)利用贴片机将贴片胶贴敷于所述第一芯片的顶面，以形成贴片胶层，并将第二芯片的底面结合于该贴片胶层上；32.(3)将(2)中得到的产品进行烘烤使贴片胶层固化，再通过金线将第一芯片与第二芯片、以及第二芯片与基板之间电性连接；33.其中，所述贴片胶为daf膜。34.优选地，在步骤2中，所述封装壳体为金属帽，该封装壳体与基板围合形成容置腔，所述芯片组与金线置于该容置腔内。35.本发明的有益效果是：36.1)本发明中封装壳体采用了传统的顶部具有小孔的金属帽，利用金属帽封装克服了多种材料结合产生应力的影响，同时金属帽工艺小孔的成熟设计使得无需改变原有设计，小孔通过环氧树脂包裹使得产品腔体内部与外界彻底隔离，避免了外界温度、压力等对产品的稳定性造成的影响；37.2)由于倒装堵孔采用了真空工艺，因此封孔后的产品在下工序使用高温回流时候不会出现腔内气体膨胀引起爆开的状况；堵孔后的产品外形尺寸没有任何增加，而且塑封材料采用成熟的环氧树脂材料且所用物料极少，因此使得塑封成本极低，节约了产品封装成本，使得产品的竞争力不受影响。附图说明38.图1为本发明中堵孔后产品的结构示意图；39.图2为本发明中芯片组与基板贴片后的结构示意图；40.图3为图2画锡膏后的结构示意图；41.图4为本发明中封装盖板的剖视图；42.图5为本发明中半成品的结构示意图；43.图中：10-基板，11-第一芯片，12-第二芯片，13-金线，14-锡膏，15-贴片胶层，20-封装壳体，21-小孔，22-环氧树脂层。具体实施方式44.下面将结合本发明实施例，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做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。45.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以使这里描述的本技术的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。46.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。47.实施例：如图1-5所示，一种mems封装方法，包括如下步骤：48.步骤1：组装：如图2所示，将芯片组贴装于基板10上，烘烤后通过键合方式将金线13连接于芯片组和基板10之间；49.步骤2：画锡膏和盖帽：将锡膏14点涂在基板四周的铜箔上，如图3所示，并将如图4所示的封装壳体20盖设于所述基板的锡膏14上，通过回流焊融化所述锡膏，使封装壳体20与基板10焊接，得半成品，其中封装壳体的顶面设有小孔21；50.步骤3：倒封堵孔：将封装壳体顶面的上表面贴合于放有环氧树脂的倒装模具，加热后，环氧树脂通过小孔21挤入封装壳体的腔体内并堵住小孔，得到堵孔后的产品，如图5所示；51.步骤4：固化：将产品进行固化，使得封装壳体20的腔体内以及小孔21内的环氧树脂固化；52.步骤5：激光印字：根据需求在产品上进行激光印字，以便于识别；53.步骤6：切割：利用切割机将产品切割成单颗成品。本封装方法中，封装壳体还是采用传统的顶部设有小孔的金属帽，在封装壳体焊接于基板后，增加了倒封堵孔的工艺，即将传统的环氧树脂塑封材料在抽真空的条件下通过小孔挤入封装壳体内，经过高温保温后使得封装壳内腔形成0.1mm左右的树脂层且小孔内充满树脂，再经过后固化处理，从而达到封堵小孔的目的，同时由于封装壳体腔体内提前进行了抽真空，能够避免后续回流时由于高温造成密封小孔涨开的问题。54.上述步骤3中倒封堵孔具体包括如下步骤：55.(1)将步骤2的半成品放入真空烘箱内倒装模具的上模中；56.(2)在下模的承接盘内放入环氧树脂粉末；57.(3)抽真空使得烘箱内形成一定的真空度；58.(4)快速升温烘箱直至环氧树脂粉末融化；59.(5)下模顶起并使得融化后的环氧树脂缓缓压紧封装壳体20顶面的上表面；60.(6)保压一段时间后，使得环氧树脂充分流入产品内腔，并固化形成环氧树脂层22；61.(7)释放真空，开模并取出产品；62.(8)清洗上膜、承接盘以及下模，备用。63.所述承接盘中环氧树脂粉末的深度不超过0.3mm，所述烘箱中的真空度达到0.1-0.15mpa、烘箱中温度达到160-180℃，保压时间为25-35s，所述封装壳体20的顶面内壁形成0.1-0.15mm的环氧树脂层22。环氧树脂通过小孔21流入封装壳体内后在芯片组上方的封装壳体20顶面内壁上形成一层厚度为0.1mm厚的环氧树脂层，且小孔内充满了环氧树脂，从而达到了封闭小孔的目的，由于封装壳体腔体内提前被抽真空了，也避免了后续回流时候由于高温密封小孔被涨开的问题。64.所述烘箱中的真空度达到0.1mpa、烘箱中温度达到170℃，保压时间为30s，所述封装壳体20的顶面内壁形成0.1mm的环氧树脂层22。利用上述工艺条件下能够达到最佳的封堵效果。65.在上述步骤4中，产品固化的时间为8-10h，在产品固化后对产品进行抛光处理以去除封装壳体外表面的薄层环氧树脂层。产品倒封堵孔后如常规塑封产品一样，需要后固化8小时左右，使得环氧树脂充分完成交联反应，增强与小孔的结合强度，固化后可以对产品进行抛光处理后再进行激光印字。66.在上述步骤1中，所述芯片组包括两颗芯片，分别定义为第一芯片11和第二芯片12，所述第一芯片11为asic芯片，所述第二芯片12为mems芯片。mems芯片可以把外界的物理、化学信号转换成电信号，而asic芯片是把mems芯片产生的电信号进一步处理和传输到下一级电路；把一颗mems芯片和一颗专用集成电路芯片(asic芯片)封装在一块后形成的器件为mems传感器，也即，本工艺制作而成是一mems传感器。67.所述步骤1具体包括以下步骤：68.(1)利用贴片机将贴片胶贴敷于所述基板上，以形成贴片胶层15，并将第一芯片11的底面贴合于该贴片胶层上；69.(2)利用贴片机将贴片胶贴敷于所述第一芯片11的顶面，以形成贴片胶层15，并将第二芯片12的底面结合于该贴片胶层上；70.(3)将(2)中得到的产品进行烘烤使贴片胶层固化，再通过金线将第一芯片与第二芯片、以及第二芯片与基板之间电性连接；71.其中，所述贴片胶为daf膜。所述daf膜材料为热固性材料，通常不具有导电性，在常温状态下为双面带有粘附性高分子胶质体材料，在温度达到玻璃转换温度时会发生不可逆固化，温度通常不高于200℃，固化后能够保证daf两面贴合材质的稳定性。本发明中利用daf膜进行装片，确保装片时芯片周围不产生银浆溢出。72.在步骤2中，所述封装壳体20为金属帽，该封装壳体与基板10围合形成容置腔，所述芯片组与金线置于该容置腔内。本工艺中通过锡膏将封装壳体与基板焊接在一起，而实现芯片封装的目的，封装壳体20起到隔离和屏蔽的作用，以防止空气中的杂质对封装芯片的电路产生腐蚀，同时封装后的芯片模组便于安装和运输，其中锡膏是一种焊接材料，通常锡膏是由焊锡粉、助焊剂以及其他助剂混合而成，在常温下锡膏具有一定的粘性，可将电子元器件粘在预设位置，在焊接高温下，锡膏中溶剂以及部分助剂挥发，而将被焊部件长久焊接在一起。73.应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。