一种MEMS芯片与ASIC芯片集成封装的封装结构及封装方法与流程
一种mems芯片与asic芯片集成封装的封装结构及封装方法
技术领域
1.本说明书一个或多个实施例涉及传感器封装技术领域，尤其涉及一种mems芯片与asic芯片集成封装的封装结构及封装方法。
背景技术：
2.目前现有的压电陶瓷类超声波传感器是由压电陶瓷片、保护外壳、pcb电路板、填充材料组成，总体来说有以下几个问题
3.1、尺寸大，压电陶瓷类超声波传感器的电路是通过在pcb板上焊接阻容等元器件，pcb板的尺寸较大；此外封装结构还包含保护外壳、填充声学材料、引线插针等，最终导致压电陶瓷超声波传感器的尺寸很大；
4.2、pcb电路板的功能简单，无法进行一些较为复杂的信号处理；
5.3、pcb电路板与压电陶瓷片的引线装配只能依赖人工，效率低下；
6.mems芯片的作用是通过压电薄膜的正逆压电效应，将激励电压转化为超声波或者将接收超声波转化为振动。asic芯片是为mems芯片提供激励电压以及处理接收到的超声波信号。
7.综上所述，本技术现提出一种超声波传感器来解决上述出现的问题。
技术实现要素：
8.本发明旨在解决背景技术中提出的问题之一，本说明书一个或多个实施例的目的在于提出一种mems芯片与asic芯片集成封装的封装结构及封装方法，通过转接基板将asic芯片与mems芯片重新布线，实现三维堆叠封装结构，极大地减小了超声波传感器的平面封装尺寸。
9.本发明实施例中的mems芯片与asic芯片集成封装的封装结构，包括：转接基板；mems芯片，所述mems芯片具有相对的正面及背面，所述背面具有背腔，所述mems芯片与所述转接基板电气联通；asic芯片，所述asic芯片具有相对的正面及背面，所述asic芯片靠近所述mems芯片的表面设置有第一焊接凸起，所述第一焊接凸起与所述转接基板电连接；封装基板，所述封装基板与所述asic芯片贴合固定，所述转接基板与封装基板电气联通。
10.在一些实施例中，还包括：外壳，所述外壳与封装基板密封连接，所述外壳具有声孔和收容腔，所述mems芯片、转接基板和asic芯片均位于收容腔内部。
11.在一些实施例中，所述转接基板通过第一金线与封装基板电连接。
12.在一些实施例中，所述asic芯片的正面具有第一焊垫，所述第一焊垫与所述第一焊接凸起电连接；所述asic芯片与所述转接基板之间的缝隙中填充有填缝胶。
13.在一些实施例中，所述mems芯片的背面与转接基板贴合固定，所述mems芯片通过第二金线与转接基板电连接。
14.在一些实施例中，所述mems芯片的正面与转接基板对应固定；还包括：第二焊接凸起，所述mems芯片靠近所述转接基板的表面设置有第二焊接凸起，所述第二焊接凸起与转
接基板电连接；密封胶，所述mems芯片与转接基板之间填充有密封胶，密封胶将mems芯片与转接基板之间的空间限定出密封腔。
15.在一些具体的实施例中，还包括贴壳胶，所述mems芯片的背面与外壳的缝隙中填充有贴壳胶。
16.根据本发明实施例的封装方法，用于形成前文所述的封装结构，所述封装方法包括：
17.从晶圆上取下asic芯片，所述asic芯片具有正面和背面；
18.在所述asic芯片的正面形成第一焊接凸起，并在表面涂设填缝胶；
19.通过晶圆工艺或直接通过基板工艺制备得到转接基板，使所述转接基板与所述asic芯片的正面对应固定，所述第一焊接凸起与所述转接基板电连接，所述转接基板通过第一金线与封装基板电连接；
20.在所述asic芯片的背面贴合固定一封装基板；
21.从晶圆上取下mems芯片，所述mems芯片具有正面和背面，所述背面具有背腔，所述mems芯片的背面与所述转接基板贴合固定，所述mems芯片通过第二金线与转接基板电连接；
22.设置与封装基板贴合固定的外壳，所述外壳上开设声孔，所述外壳具有收容腔，所述mems芯片、asic芯片和转接基板均位于收容腔内部。
23.根据本发明实施例的封装方法，转接基板可以做到0.05-0.2mm的厚度，通过转接板堆叠mems芯片和asic芯片极大的减小了超声波传感器的平面封装尺寸，并且asic芯片一般需要减薄，厚度可以做到0.2mm，超声波传感器纵向尺寸变化不大，转接基板制备工艺较为简单，可以通过硅晶圆工艺或者直接使用基板来实现。
24.根据本发明实施例的封装方法，用于形成前文所述的封装结构，所述封装方法包括：
25.从晶圆上取下asic芯片，所述asic芯片具有相对的正面和背面；
26.在所述asic芯片的正面形成第一焊接凸起，并在表面涂设填缝胶；
27.通过晶圆工艺或直接通过基板工艺制备得到转接基板，使所述转接基板与所述asic芯片的正面对应固定，所述第一焊接凸起与所述转接基板电连接，所述转接基板通过第一金线与封装基板电连接；
28.在所述asic芯片的背面贴合固定一封装基板；
29.从晶圆上取下mems芯片，所述mems芯片具有相对的正面和背面，所述背面具有背腔；
30.在所述mems芯片的正面形成第二焊接凸起，所述第二焊接凸起与转接基板电连接；
31.在所述mems芯片与所述转接基板之间填充密封胶，所述密封胶使所述mems芯片与所述转接基板之间的空间形成密封腔；
32.设置与封装基板贴合固定的外壳，所述外壳上开设声孔，所述外壳具有收容腔，所述mems芯片、asic芯片和转接基板均位于收容腔内部；
33.在所述mems芯片的正面涂设贴壳胶，使所述mems芯片的正面与所述外壳粘接固定。
34.根据本发明实施例的封装方法，在实现三维堆叠的基础上，采用倒装焊的技术将mems芯片与转接基板固定，并且采用密封胶使mems芯片与转接基板形成密封腔，密封腔可以为mems芯片的振膜施加空气阻尼，减小mems芯片停止工作时，mems芯片的振膜机械惯性产生的余震和拖尾，减少超声波传感器的盲区时间。
35.在一些具体的实施例中，还包括：在所述asic芯片的正面设置第一焊垫，所述第一焊垫与第一焊接凸起电连接。
36.在一些具体的实施例中，在所述mems芯片的正面设置第二焊垫，所述第二焊垫与第二焊接凸起电性连接。
37.下面结合本发明的附图和实施例来描述本发明的优点。
附图说明
38.为了更清楚地说明本说明书一个或多个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说明书一个或多个实施例，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获得其他的附图。
39.图1为发明实施例的外部结构示意图；
40.图2-5为发明实施例中一种优选实施例的结构示意图；
41.图6为发明中一种优选实施例的结构爆炸图；
42.图7为发明中一种优选实施例的内部结构示意图；
43.图8为本发明实施例中一种优选方案的封装方法流程框图；
44.图1、图2、图3、图9和图10为本发明实施例中另一种优选方案的结构示意图；
45.图11为本实用新型中另一种优选实施例的结构爆炸图；
46.图12为本实用新型中另一种优选实施例的内部结构示意图；
47.图13为本发明实施例中另一种优选方案的封装方法流程框图。
48.附图标记中：1.外壳；2.mems芯片；3.第二焊接凸起；4.转接基板；5.asic芯片；6.封装基板；7.第二金线；8.密封胶；9.贴壳胶；10.第一金线；11.第一焊接凸起；12.填缝胶；a.声孔；b.密封腔。
具体实施方式
49.为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本公开进一步详细说明。
50.下面根据图1-图9来描述本发明实施例中的mems芯片与asic芯片集成封装的封装结构的具体结构。
51.实施例1
52.请参阅图1-图7，根据本发明实施例的mems芯片与asic芯片集成封装的封装结构，包括转接基板4、mems芯片2、asic芯片5、封装基板6、外壳1、第一焊垫以及第一焊接凸起11。
53.mems芯片2具有相对的正面和背面，背面具有背腔，mems芯片2的背面与转接基板4贴合固定，mems芯片2与转接基板4电气联通。可选的，mems芯片2通过第二金线7与转接基板4电连接。
54.asic芯片5具有相对的正面和背面，背面设置有第一焊垫，转接基板4靠近asic芯片5的表面设置有第一焊接凸起11，第一焊接凸起11与第一焊垫电性连接，实现asic芯片5与转接基板4的电连接。可选的，第一焊接凸起11优选为直径为50-150μm的锡球。可选的，asic芯片5的正面涂设有填缝胶12，asic芯片5通过填缝胶12与转接基板4粘接固定。
55.封装基板6与asic芯片5的背面贴合固定且密封连接，转接基板4与封装基板6电气联通。可选的，转接基板4通过第一金线10与封装基板6电连接。可选的，封装基板6为pcb基板或玻璃基板或金属基板或半导体衬底或聚合物柔性基板。
56.外壳1与封装基板6密封连接，外壳1具有声孔a和收容腔，mems芯片2、转接基板4和asic芯片5均位于收容腔内部。可选的，所述外壳1的端面为pcb基板或玻璃基板或金属基板或半导体衬底或聚合物柔性基板。
57.根据本发明实施例1的mems芯片与asic芯片集成封装的封装结构，极大的减小了超声波传感器的平面封装尺寸。
58.请参阅图8，根据本发明实施例1的封装方法，用于形成本发明实施例1中封装结构，封装方法包括：
59.步骤s1：从晶圆上取下asic芯片5；asic芯片5具有相对的正面和背面。
60.步骤s2：在asic芯片5的正面形成第一焊接凸起11；可以通过tsv(硅通孔)工艺在asic芯片5靠近转接基板4的表面形成第一焊接凸起11，第二焊接凸起3优选为直径为50-150μm的锡球，asic芯片5具有耦合电路，耦合电路用于电连接第一焊接凸起11。
61.步骤s3：通过晶圆工艺或直接通过基板工艺制备得到转接基板4；使转接基板4与asic芯片5的正面对应固定，转接基板4和asic芯片5之间的空间可通过填缝胶12填充，增加转接基板4和asic芯片5的稳定性，第二焊接凸起3与转接基板4电连接，转接基板4通过第一金线10与封装基板6电连接。
62.步骤s4：在asic芯片5的背面贴合固定一封装基板6。
63.步骤s5：从晶圆上取下mems芯片2；mems芯片2具有相对的正面和背面，背面具有背腔，mems芯片2的背面与转接基板4贴合固定，mems芯片2通过第二金线7与转接基板4电连接。
64.步骤s6：设置与封装基板6贴合固定的外壳1，外壳1上开设声孔a，外壳1具有收容腔，mems芯片2、asic芯片和转接基板4均位于收容腔内部。
65.根据本发明实施例1中的封装方法，转接基板4的厚度可以做到0.1mm，并且asic芯片5大多会减薄，厚度也可以做到0.2-0.3mm，超声波传感器纵向尺寸变化不大；同时，转接基板4制备工艺较为简单，可以通过硅晶圆工艺或者直接使用基板来实现，简化制备工艺。
66.根据本发明实施例1中的封装方法中，mems芯片与asic芯片都是通过半导体工艺进行流片，尺寸小，并且通过三维堆叠的封装方式，封装后的尺寸不会比芯片尺寸增大太多；且asic芯片通过先进制程，可以将模拟电路与数字电路进行集成，极大的提升asic芯片的性能；同时超声波传感器的封装是依赖自动化封装产线，封装效率以及封装一致性都极高。
67.实施例2
68.请参阅图1、图2、图3、图9-图12，与实施例1不同的是，根据发明实施例1的封装结构，还包括：第二焊接凸起3和密封胶8，mems芯片2的正面与转接基板4对应固定连接，mems
芯片2倒装后由背腔发射超声波，可以减小超声波传感器的封装尺寸及视场，转接基板4靠近mems芯片2的表面设置有第二焊接凸起3，第二焊接凸起3用于转接基板4与mems芯片2的电连接。可选的，第二焊接凸起3可以为导电胶、导电银浆或焊锡膏等其他材料。可选的，第二焊接凸起3优选为直径为50-150μm的锡球。可选的，mems芯片2的正面设置有与mems芯片2电连接的第二焊垫，第二焊垫与第二焊接凸起3电连接，第二焊接凸起3与转接基板4电连接。转接基板4与mems芯片2之间限定出密封腔b。可选的，转接基板4与mems芯片2之间填充灌封胶，灌封胶使转接基板4和mems芯片2之间的空间形成密封腔b。
69.根据发明实施例的封装结构，mems芯片2采用背腔发声，mems芯片2的正面与转接基板4之间限定出密封腔b，密封腔b为mems芯片2的振膜施加空气阻尼，避免超声波传感器停止发射信号时，振膜自身的余震和拖尾信号屏蔽近距离的回波信号，减小超声波传感器的盲区时间。
70.在一些实施例中，mems芯片2背面通过贴壳胶9与外壳1的内壁粘接，增加mems芯片2与外壳1的稳定性。
71.请参阅图13，根据本发明实施例2的封装方法，用于形成实施例2中的封装结构，与实施例1中的封装方法不同的是，
72.将步骤s5替换为：从晶圆上取下mems芯片2，mems芯片2具有相对的正面和背面，背面具有背腔，在mems芯片2正面形成焊垫，在转接基板4靠近mems芯片2第二焊接凸起3；第二焊接凸起3分别与转接基板4以及mems芯片2电连接，在mems芯片2与转接基板4之间的空间中填充灌封胶，并固化胶水，在mems芯片2与转接基板4之间形成密封腔b。
73.在一些具体实施例中，在mems芯片2背面与外壳1的缝隙中填充贴壳胶9。
74.本说明书一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
技术特征：
1.mems芯片与asic芯片集成封装的封装结构，其特征在于，包括：转接基板(4)；mems芯片(2)，所述mems芯片(2)具有相对的正面及背面，所述背面具有背腔，所述mems芯片(2)与所述转接基板(4)电气联通；asic芯片(5)，所述asic芯片(5)具有相对的正面及背面，所述asic芯片(5)靠近所述mems芯片(2)的表面设置有第一焊接凸起(11)，所述第一焊接凸起(11)与所述转接基板(4)电连接；封装基板(6)，所述封装基板(6)与所述asic芯片(5)贴合固定，所述转接基板(4)与封装基板(6)电气联通。2.根据权利要求1所述的mems芯片与asic芯片集成封装的封装结构，其特征在于，还包括：外壳(1)，所述外壳(1)与封装基板(6)密封连接，所述外壳(1)具有声孔(a)和收容腔，所述mems芯片(2)、转接基板(4)和asic芯片(5)均位于收容腔内部。3.根据权利要求1所述的mems芯片与asic芯片集成封装的封装结构，其特征在于，所述转接基板(4)通过第一金线(10)与封装基板(6)电连接。4.根据权利要求1所述的mems芯片与asic芯片集成封装的封装结构，其特征在于，所述asic芯片(5)的正面具有第一焊垫，所述第一焊垫与所述第一焊接凸起(11)电连接；所述asic芯片(5)与所述转接基板(4)之间的缝隙中填充有填缝胶(12)。5.根据权利要求1所述的mems芯片与asic芯片集成封装的封装结构，其特征在于，所述mems芯片(2)的背面与转接基板(4)贴合固定，所述mems芯片(2)通过第二金线(7)与转接基板(4)电连接。6.根据权利要求1所述的mems芯片与asic芯片集成封装的封装结构，其特征在于，所述mems芯片(2)的正面与转接基板(4)对应固定；还包括：第二焊接凸起(3)，所述mems芯片(2)靠近所述转接基板(4)的表面设置有第二焊接凸起(3)，所述第二焊接凸起(3)与转接基板(4)电连接；以及密封胶(8)，所述mems芯片(2)与转接基板(4)之间填充有密封胶(8)，密封胶(8)将mems芯片(2)与转接基板(4)之间的空间限定出密封腔(b)。7.根据权利要求6所述的mems芯片与asic芯片集成封装的封装结构，其特征在于，还包括贴壳胶(9)，所述mems芯片(2)的背面与外壳(1)的缝隙中填充有贴壳胶(9)。8.封装方法，用于形成权利要求1-5任一项所述的封装结构，其特征在于，所述封装方法包括：从晶圆上取下asic芯片(5)，所述asic芯片(5)具有正面和背面；在所述asic芯片(5)的正面形成第一焊接凸起(11)，并在表面涂设填缝胶(12)；通过晶圆工艺或直接通过基板工艺制备得到转接基板(4)，使所述转接基板(4)与所述asic芯片(5)的正面对应固定，所述第一焊接凸起(11)与所述转接基板(4)电连接，所述转接基板(4)通过第一金线(10)与封装基板(6)电连接；在所述asic芯片(5)的背面贴合固定一封装基板(6)；从晶圆上取下mems芯片(2)，所述mems芯片(2)具有正面和背面，所述背面具有背腔，所述mems芯片(2)的背面与所述转接基板(4)贴合固定，所述mems芯片(2)通过第二金线(7)与
转接基板(4)电连接；设置与封装基板(6)贴合固定的外壳(1)，所述外壳(1)上开设声孔(a)，所述外壳(1)具有收容腔，所述mems芯片(2)、asic芯片和转接基板(4)均位于收容腔内部。9.封装方法，用于形成权利要求1、2、3、6或7中任一项所述的封装结构，其特征在于，所述封装方法包括：从晶圆上取下asic芯片(5)，所述asic芯片(5)具有相对的正面和背面；在所述asic芯片(5)的正面形成第一焊接凸起(11)，并在表面涂设填缝胶(12)；通过晶圆工艺或直接通过基板工艺制备得到转接基板(4)，使所述转接基板(4)与所述asic芯片(5)的正面对应固定，所述第一焊接凸起(11)与所述转接基板(4)电连接，所述转接基板(4)通过第一金线(10)与封装基板(6)电连接；在所述asic芯片(5)的背面贴合固定一封装基板(6)；从晶圆上取下mems芯片(2)，所述mems芯片(2)具有相对的正面和背面，所述背面具有背腔；在所述mems芯片(2)的正面形成第二焊接凸起(3)，所述第二焊接凸起(3)与转接基板(4)电连接；在所述mems芯片(2)与所述转接基板(4)之间填充密封胶(8)，所述密封胶(8)使所述mems芯片(2)与所述转接基板(4)之间的空间形成密封腔(b)；设置与封装基板(6)贴合固定的外壳(1)，所述外壳(1)上开设声孔(a)，所述外壳(1)具有收容腔，所述mems芯片(2)、asic芯片(5)和转接基板(4)均位于收容腔内部；在所述mems芯片(2)的正面涂设贴壳胶(9)，使所述mems芯片(2)的正面与所述外壳(1)粘接固定。10.根据权利要求8或9所述的封装方法，其特征在于，还包括：在所述asic芯片(5)的正面设置第一焊垫，所述第一焊垫与第一焊接凸起(11)电连接。11.根据权利要求9所述的封装方法，其特征在于，还包括：在所述mems芯片(2)的正面设置第二焊垫，所述第二焊垫与第二焊接凸起(3)电性连接。
技术总结
本发明提供MEMS芯片与ASIC芯片集成封装的封装结构及封装方法，包括：转接基板；MEMS芯片，MEMS芯片与转接基板电气联通；ASIC芯片，ASIC芯片靠近MEMS芯片的表面设置有第二焊接凸起，第二焊接凸起与转接基板电连接；封装基板，封装基板与ASIC芯片贴合固定，转接基板与封装基板电气联通；外壳，外壳与封装基板密封连接，外壳具有声孔和收容腔，MEMS芯片、转接基板和ASIC芯片均位于收容腔内部。封装方法包括：制备ASIC芯片；固定封装基板；安装ASIC芯片；制备转接基板；制备及安装MEMS芯片；安装外壳，并开设声孔。本发明实施例通过转接基板将ASIC芯片与MEMS芯片重新布线，实现三维堆叠封装结构，极大地减小了超声波传感器的平面封装尺寸。尺寸。尺寸。
