一種封裝結(jié)構(gòu)和該封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種封裝結(jié)構(gòu)和該封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法，依據(jù)本發(fā)明，利用預(yù)制的焊盤(pán)和引腳，滿足小于等于焊盤(pán)面積和引腳數(shù)的器件的封裝，然后通過(guò)對(duì)容腔進(jìn)行封閉，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)小于等于焊盤(pán)面積和引腳數(shù)的器件封裝的通用性。另外，由于焊盤(pán)和引腳的規(guī)制配置，從而可以滿足大量生產(chǎn)的需要。
【專利說(shuō)明】一種封裝結(jié)構(gòu)和該封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種封裝結(jié)構(gòu)和該封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]MEMS (Micro-Electro-Mechanical System，微機(jī)電系統(tǒng))/ 傳感器以及射頻器件廣泛應(yīng)用于便攜式電子產(chǎn)品，具有廣闊的市場(chǎng)前景。與電子產(chǎn)品封裝類似，電子產(chǎn)品封裝可以實(shí)現(xiàn)對(duì)元器件的機(jī)械支撐、電源分配、信號(hào)分配以及散熱等功能，但是由于MEMS器件的特殊性和復(fù)雜性，MEMS封裝不僅要實(shí)現(xiàn)器件和外界接觸，而且要避免外界環(huán)境對(duì)器件帶來(lái)的危害。例如，壓力傳感器不僅要避免外界機(jī)械應(yīng)力的影響，同時(shí)需要和外界的接口以實(shí)現(xiàn)其壓力測(cè)量功能。
[0003]與IC封裝類似，小型化、低成本以及高可靠性是此類封裝的必然發(fā)展趨勢(shì)。研究證實(shí)，MEMS器件封裝不僅工藝復(fù)雜而且成本較高，阻礙了 MEMS器件小型化以及商業(yè)化的進(jìn)程。
[0004]空腔封裝廣泛應(yīng)用于射頻產(chǎn)品、MEMS/傳感器以及光學(xué)器件的封裝。典型的空腔封裝采用金屬罐或者無(wú)鉛陶瓷芯片載體形式。然而，由于金屬以及陶瓷空腔封裝的成本較高，限制了其在低成本的MEMS/傳感器中的大規(guī)模使用。此外，空腔封裝載體通常為定制化產(chǎn)品，應(yīng)用范圍單一，同樣增加了 MEMS產(chǎn)品成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了降低封裝的成本，本發(fā)明提出了一種通用性比較好，并適于規(guī)?；a(chǎn)的封裝結(jié)構(gòu)，本發(fā)明還提出了一種該封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法。
[0006]依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種封裝結(jié)構(gòu)，包括:
一焊盤(pán)，為一矩形板件，該焊盤(pán)的一面為貼裝面，用以貼裝待封裝器件；
復(fù)數(shù)個(gè)引腳，分布在焊盤(pán)四周，并與焊盤(pán)絕緣，且引腳間相互分離，藉由絕緣材料與焊盤(pán)整合為一封裝載板；
圍壩，形成在貼裝面的周緣，與該貼裝面形成半包圍的容腔，并于容腔內(nèi)暴露出引腳，用以打線；以及
封裝體，覆蓋于容腔開(kāi)口或者填充容腔空間。
[0007]優(yōu)選地，所述焊盤(pán)及引腳包括基層金屬和鍍制在基層金屬表面的增導(dǎo)金屬。
[0008]具體地，所述基層金屬為銅，增導(dǎo)金屬為鎳鈀金。
[0009]優(yōu)選地，所述圍壩具有從上到下內(nèi)傾的四棱錐內(nèi)面。
[0010]具體地，四棱錐的側(cè)面與鉛垂線的夾角為6°-15°。
[0011]具體地，所述封裝載板的長(zhǎng)寬比為1:1-3:1。
[0012]具體地，圍壩的高度為0.17mn-0.5mm。
[0013]依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種封裝方法，包括以下步驟:
I)制作封裝載板，形成具有焊盤(pán)和分布在焊盤(pán)四周的引腳，焊盤(pán)與引腳間以及引腳之間通過(guò)絕緣材料隔離，其中焊盤(pán)的一面為貼裝面；
2)在貼裝面的四周制作圍壩，與貼裝面構(gòu)成半封閉的容腔結(jié)構(gòu)，并在容腔內(nèi)，暴露出引
腳；
3)在貼裝面上貼裝器件；
4)將器件與選定的引腳鍵合，形成總成；
5)將所述總成的容腔填充灌封膠或者對(duì)容腔結(jié)構(gòu)加蓋形成封閉結(jié)構(gòu)以完成封裝。
[0014]具體地，制作封裝載板的方法為:
蝕刻一矩形金屬板，形成焊盤(pán)及引腳，其中焊盤(pán)及引腳間在矩形金屬板的表面留有保持焊盤(pán)及引腳間位置的保持條；
在焊盤(pán)及引腳間填充絕緣材料，固化使焊盤(pán)及引腳連接一體；
去除保持條。
[0015]具體地，在制作完封裝載板后，在其封裝載板暴露出金屬的部分上鍍制一層鎳鈀金。
[0016]依據(jù)本發(fā)明，利用預(yù)制的焊盤(pán)和引腳，滿足小于等于焊盤(pán)面積和引腳數(shù)的器件的封裝，然后通過(guò)對(duì)容腔進(jìn)行封閉，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)小于等于焊盤(pán)面積和引腳數(shù)的器件封裝的通用性。另外，由于焊盤(pán)和引腳的規(guī)制配置，從而可以滿足大量生產(chǎn)的需要。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1a為一種封裝載板側(cè)剖結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖1b為相應(yīng)于圖1a的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2為一種封裝方法中工件在工序間順序流轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖3為一種封裝方法中工件在工序間順序流轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖4a為一種單芯片封裝側(cè)剖結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖4b為相應(yīng)對(duì)于圖4a的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖5a為一種雙芯片橫向平鋪封裝側(cè)剖結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖5b為相應(yīng)于圖5a的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖6a為一種雙芯片堆疊封裝側(cè)剖結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖6b為相應(yīng)于圖6a的俯視結(jié)構(gòu)不意圖。
[0027]圖中:11.圍壩；12.半蝕刻結(jié)構(gòu)；13.焊盤(pán)；14.引腳；
21.封裝載板；22.芯片；23.金線；24.蓋板；
31.封裝載板；32.芯片；33.金線；34.硅膠；
41.封裝載板；42.芯片；43.金線；44.蓋板；
51.封裝載板；52.ASIC芯片；53.傳感器芯片；54.金線；
61.封裝載板；62.ASIC芯片；63.傳感器芯片；64.金線。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。但不作為本發(fā)明的限定。
[0029]如圖1b所示，焊盤(pán)13的法向?yàn)樯舷路较颍瑘D1b表示為一種封裝結(jié)構(gòu)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖，對(duì)于圍壩11而言，與封裝載板構(gòu)成一個(gè)類似于帽的半包圍結(jié)構(gòu)，內(nèi)側(cè)指帽內(nèi)。[0030]先看封裝結(jié)構(gòu)的基本組成，主體由底部的封裝載板和圍繞在封裝載板上底面的四周的圍壩11組成。
[0031]其中，封裝載板由焊盤(pán)13和引腳14構(gòu)成。
[0032]關(guān)于焊盤(pán)13，通常為金屬件，可以是單晶金屬，也可以是合金，在一些應(yīng)用中，還可以匹配為導(dǎo)電組合物。
[0033]焊盤(pán)13構(gòu)造為矩形板件，如圖1a所示，應(yīng)當(dāng)理解，其整體上為矩形板件，不代表它的形狀是嚴(yán)格幾何意義上矩形，只是表明它具有矩形的基本形態(tài)。
[0034]焊盤(pán)13主要用來(lái)貼裝如芯片32，或者M(jìn)EMS器件，芯片32的有源面朝上，用于與引腳14鍵合。
[0035]關(guān)于引腳，如圖lb，圖4b，圖5b，以及圖6b，有復(fù)數(shù)個(gè)，分布在焊盤(pán)13的四周，圖中弓I腳被均勻的排布成一個(gè)矩形，相互間分離，并通過(guò)絕緣材料進(jìn)行電性隔離。
[0036]引腳14與焊盤(pán)13之間也在空間上進(jìn)行分離，并通過(guò)絕緣材料進(jìn)行電性隔離。
[0037]整體上，引腳14與焊盤(pán)13，通過(guò)絕緣材料連接到一起，構(gòu)成封裝載板，用以貼裝如芯片22，并進(jìn)行鍵合，用以與外部電路連接。
[0038]鍵合之后的器件，如鍵合所打的金線23、金線33、金線43、金線54、金線64等，比較脆弱，包括如芯片22也會(huì)直接暴露出來(lái)，為此需要對(duì)其進(jìn)行封裝，如直接采用灌封膠進(jìn)行填充固化，或者使用定位膠，或者封裝膠進(jìn)行填充固化，還可以采用封口的方式進(jìn)行封口，為此，配置蓋板44粘貼在圍壩11的口，形成密閉腔體，形成對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的保護(hù)。
[0039]上述結(jié)構(gòu)在焊盤(pán)13的面積和引腳14數(shù)量的限制下，形成限制條件，在該限制條件下，芯片或者其他器件可以封裝于此。為此，其整體的通用性大大提高。
[0040]另外，應(yīng)當(dāng)理解，一般的芯片，其引腳數(shù)并不太多，少則幾個(gè)，多則數(shù)十個(gè)，因此，弓丨腳數(shù)根據(jù)不同的需要控制在幾十個(gè)。
[0041]在一些應(yīng)用中，引腳數(shù)可被控制在個(gè)位數(shù)，一般引腳數(shù)不能低于4個(gè)，否則就會(huì)失去通用的意義。
[0042]引腳數(shù)通常不多于100個(gè)，目前的芯片引腳數(shù)超過(guò)100的非常少，太多的引腳數(shù)會(huì)使的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)過(guò)于龐大，整體成本偏高。
[0043]不同的廠家可以根據(jù)本廠如芯片引腳的范圍和預(yù)研的產(chǎn)品規(guī)格，調(diào)整最高芯片上限，以利于設(shè)計(jì)通用的封裝載板。
[0044]受引腳數(shù)量的限制，封裝載板的尺寸也會(huì)受到限制，一般最大邊長(zhǎng)控制在12毫米以內(nèi)，整體為矩形或正方形，因此，長(zhǎng)寬比一般控制在3: f 1:1。
[0045]其中，在一些實(shí)施例中，圍壩11為熱固性環(huán)氧塑封料，半蝕刻結(jié)構(gòu)同樣被環(huán)氧塑封料填充。焊盤(pán)13和引腳14為電鍍鎳鈀金的銅框架。
[0046]用以填充焊盤(pán)13與引腳14之間，以及引腳14之間間隙的填充料，也采用環(huán)氧塑封料。
[0047]再來(lái)看一種封裝載板的封裝方法，包括以下步驟:
(I)首先制作出封裝載板，如圖2、圖3所示，形成具有焊盤(pán)13和分布在焊盤(pán)13四周的引腳14，焊盤(pán)13與引腳14間以及引腳14之間通過(guò)絕緣材料隔離，其中焊盤(pán)13的一面為貼裝面，貼裝面為圖中焊盤(pán)13的上底面。
[0048](2)然后在貼裝面的四周制作圍壩11，與貼裝面構(gòu)成半封閉的容腔結(jié)構(gòu)，并在容腔內(nèi)，暴露出引腳14。
[0049](3)貼片，匹配如芯片22、芯片23在封裝載板21、封裝載板31的中央焊盤(pán)貼裝位置進(jìn)行點(diǎn)膠，或者采用貼片膠帶(DAF)將芯片貼裝在上述貼裝位置，上片精度控制在30 μ m內(nèi)。
[0050](2)焊線，將芯片22、芯片32和封裝載板21、封裝載板31用金線23、金線33匹配連接起來(lái)；
(3)封蓋或者填充硅凝膠，用環(huán)氧樹(shù)脂膠水將蓋板24和封裝載板21 EMC腔體粘結(jié)起來(lái)，以保護(hù)芯片22和金線23 ;或者在封裝載板腔體內(nèi)填充硅凝膠34以保護(hù)芯片32和金線33。
[0051]根據(jù)芯片21、芯片31應(yīng)用領(lǐng)域差別，可靈活選擇金屬、塑料或者玻璃作為蓋板材料，此外，由于芯片21、芯片31尺寸的差異，可根據(jù)需求選擇平的或者禮帽型蓋板。某些MEMS芯片需要和外界環(huán)境互連以檢測(cè)外界環(huán)境，因此蓋板上可具有通孔。
[0052]本發(fā)明中載板由于成本低、可直接用于貼片、焊線過(guò)程以及芯片不接觸塑封料，因此廣泛應(yīng)用于MEMS/傳感器封裝。
[0053]如附圖4所示，載板可用于單芯片封裝。將MEMS芯片42采用貼片膠貼裝在載板41中央焊盤(pán)上，采用金線43實(shí)現(xiàn)芯片和引腳的電氣互連，最后采用蓋板44將芯片和金線包封起來(lái)。
[0054]本發(fā)明載板不僅可用于單芯片封裝，也可用于多芯片封裝。如附圖5所示，MEMS芯片53和ASIC芯片52分別貼裝在載板51中央焊盤(pán)不同位置，金線54完成MEMS芯片53和ASIC芯片52與外界的電氣互連以及芯片之間的線路連接。
[0055]如附圖6所示，ASIC芯片62貼裝在載板61中央焊盤(pán)上，MEMS芯片63貼裝在ASIC芯片62上方，金線64完成MEMS芯片63、ASIC芯片62與引腳的互連。
[0056]通過(guò)圖示的內(nèi)容和上述內(nèi)容可知，利用該結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格的單芯片的封裝，也可以實(shí)現(xiàn)多芯片的封裝，通用型性，靈活性強(qiáng)。
[0057]關(guān)于封裝載板，整體上為一個(gè)總成，含有三部分基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，分別是引腳14、焊盤(pán)13，以及用以填充、絕緣和連接的填充料。
[0058]關(guān)于引腳14和焊盤(pán)13的制作，對(duì)于選擇的金屬板材，即一塊巨型金屬板，蝕刻該矩形金屬板，形成焊盤(pán)13及引腳14，其中焊盤(pán)13及引腳14間在矩形金屬板的表面留有保持焊盤(pán)13及引腳14間位置的保持條，這樣可以形成穩(wěn)定的分布。
[0059]然后在焊盤(pán)13及引腳14間填充絕緣材料，固化使焊盤(pán)13及引腳14連接一體，形成可靠的結(jié)構(gòu)體，或者說(shuō)總成。
[0060]待總成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后，去除保持條，形成在電性上相互絕緣的引腳14，以及引腳14與焊盤(pán)13。
[0061]填充絕緣材料可采用注塑工藝形形成，優(yōu)選轉(zhuǎn)注成型工藝。
[0062]在一些實(shí)施例中，所述轉(zhuǎn)注成型工藝采用薄膜輔助成型技術(shù)。
[0063]焊盤(pán)13和引腳14采用成本相對(duì)較低的金屬制作，如銅，其自身也是電的良導(dǎo)體，不過(guò)在某些應(yīng)用中，其電阻率仍然相對(duì)較大，為此，在其表面鍍制導(dǎo)電性更好的如金。
[0064]相對(duì)來(lái)說(shuō)銀的導(dǎo)電性更好，然而銀更容易被氧化，采用金或者金的合金，如鎳鈀金，以滿足使用條件。
[0065]對(duì)于圍壩11，為了保證其具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，其底部面積應(yīng)當(dāng)相對(duì)較大，為此，其外側(cè)面為圓柱面或者近似圓柱面的結(jié)構(gòu)，內(nèi)側(cè)面采用錐面，向內(nèi)傾。
[0066]內(nèi)傾不宜過(guò)大，否則會(huì)覆蓋較多的貼裝面，也不易過(guò)小，否則就失去了內(nèi)傾的意義，一般限制在與鉛垂線的夾角為6° ^15°。
[0067]其中鉛垂線的物理學(xué)定義為物體重心與地球重心的連線稱為鉛垂線(用圓錐形鉛垂測(cè)得。
[0068]另外，圍壩11的高度取決于如芯片22的厚度，應(yīng)該有足夠的空間將如芯片22容納進(jìn)去，另外，還需要考慮打線所需要的空間，如金線23的上弓高度，從而，根據(jù)不同的選擇，匹配出的高度范圍一般為0.17mnT0.5mm。
[0069]在一些應(yīng)用中，如圖6a所示的堆疊結(jié)構(gòu)，還可以進(jìn)一步增加圍壩11的高度。
[0070]以上所述實(shí)施例只是本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思，本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)進(jìn)行的通常變化和替換都應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括: 一焊盤(pán)，為一矩形板件，該焊盤(pán)的一面為貼裝面，用以貼裝待封裝器件； 復(fù)數(shù)個(gè)引腳，分布在焊盤(pán)四周，并與焊盤(pán)絕緣，且引腳間相互分離，藉由絕緣材料與焊盤(pán)整合為一封裝載板； 圍壩，形成在貼裝面的周緣，與該貼裝面形成半包圍的容腔，并于容腔內(nèi)暴露出引腳，用以打線；以及 封裝體，覆蓋于容腔開(kāi)口或者填充容腔空間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述焊盤(pán)及引腳包括基層金屬和鍍制在基層金屬表面的增導(dǎo)金屬。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述基層金屬為銅，增導(dǎo)金屬為鎳鈀金。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述圍壩具有從上到下內(nèi)傾的四棱錐內(nèi)面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，四棱錐的側(cè)面與鉛垂線的夾角為6。~15。。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述封裝載板的長(zhǎng)寬比為1:1~3:1。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的封裝結(jié)構(gòu),其特征在于，圍壩的高度為0.17mnT0.5mm。
8.一種封裝方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)制作封裝載板，形成具有焊盤(pán)和分布在焊盤(pán)四周的引腳，焊盤(pán)與引腳間以及引腳之間通過(guò)絕緣材料隔離，其中焊盤(pán)的一面為貼裝面； 2)在貼裝面的四周制作圍壩，與貼裝面構(gòu)成半封閉的容腔結(jié)構(gòu)，并在容腔內(nèi)，暴露出引腳； 3)在貼裝面上貼裝器件； 4)將器件與選定的引腳鍵合，形成總成； 5)將所述總成的容腔填充灌封膠或者對(duì)容腔結(jié)構(gòu)加蓋形成封閉結(jié)構(gòu)以完成封裝。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的封裝方法，其特征在于，制作封裝載板的方法為: 蝕刻一矩形金屬板，形成焊盤(pán)及引腳，其中焊盤(pán)及引腳間在矩形金屬板的表面留有保持焊盤(pán)及引腳間位置的保持條； 在焊盤(pán)及引腳間填充絕緣材料，固化使焊盤(pán)及引腳連接一體； 去除保持條。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的封裝方法，其特征在于，在制作完封裝載板后，在其封裝載板暴露出金屬的部分上鍍制一層鎳鈀金。
【文檔編號(hào)】B81C1/00GK104016296SQ201410263131
【公開(kāi)日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月14日
【發(fā)明者】戶俊華, 劉昭麟, 栗振超 申請(qǐng)人:山東華芯半導(dǎo)體有限公司