CN112911490A - 传感器封装结构及其制作方法和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种传感器封装结构及其制作方法和电子设备，其中，传感器封装结构包括罩盖、基板、ASIC芯片及传感器芯片，所述基板与所述罩盖围合形成容置腔；所述ASIC芯片设于所述容置腔内，并与所述基板电连接；所述传感器芯片设于所述容置腔内，并通过柔性电路板与所述基板电连接。本发明技术方案的传感器封装结构可解决金属线易断裂的问题，提高产品良率。

Description

传感器封装结构及其制作方法和电子设备

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，特别涉及一种传感器封装结构及其制作方法和电子设备。

背景技术

目前，为了得到较好的信号导通，传感器封装结构中，基板与ASIC芯片、传感器芯片大部分通过金属线完成电连接，然而，由于金属线较纤细，封装后ASIC芯片、MEMS芯片与基板的连接金属线容易受到外应力导致焊脚隐裂，造成传感器失效。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种传感器封装结构，旨在解决连接金属线易断裂的问题。

为实现上述目的，本发明提出的传感器封装结构包括：

罩盖；

基板，所述基板与所述罩盖围合形成容置腔；

ASIC芯片，所述ASIC芯片设于所述容置腔内，并与所述基板电连接；以及

传感器芯片，所述传感器芯片设于所述容置腔内，并通过柔性电路板与所述基板电连接。

可选的实施例中，所述传感器封装结构还包括导通柱，所述导通柱设于所述基板的表面，并与所述基板电连接，所述柔性电路板的一端电连接所述导通柱，另一端电连接所述传感器芯片。

可选的实施例中，所述传感器芯片为MEMS芯片，所述MEMS芯片设于所述基板上，所述基板开设有对应所述MEMS芯片的声孔，所述MEMS芯片包括衬底和设于所述衬底的振膜组件，所述振膜组件与所述导通柱通过所述柔性电路板电连接。

可选的实施例中，所述导通柱的高度与所述衬底的高度相同。

可选的实施例中，所述柔性电路板包括基材和间隔凸设于所述基材表面的两导电部，两所述导电部相导通设置，两所述导电部分别电连接所述传感器芯片和所述导通柱。

可选的实施例中，所述柔性电路板设有两个，所述导通柱对应设有两个，一所述柔性电路板电连接一所述导通柱和所述振膜组件。

可选的实施例中，所述导通柱包括导电件和包覆所述导电件周侧面的绝缘部，所述导电件相对的两端分别显露于所述绝缘部；和/或，

所述导通柱通过锡膏与所述基板固定连接；和/或，

所述柔性电路板通过锡膏与所述传感器芯片、导通柱固定连接。

可选的实施例中，所述传感器封装结构还包括塑封体，所述ASIC芯片通过金属线与基板电连接，所述塑封体包覆所述ASIC芯片和所述金属线。

本发明还提出一种传感器封装结构的制作方法，所述传感器封装结构的制作方法包括以下步骤：

提供基板、罩盖、导通柱、柔性电路板、传感器芯片及ASIC芯片；

将所述ASIC芯片贴装在所述基板的表面，并使用金属线与所述基板电连接；

使用模具罩盖所述ASIC芯片和金属线，向模具内部填充注塑材料，形成塑封体；

将所述传感器芯片和导通柱间隔贴装在所述基板的表面，使用柔性电路板将所述传感器芯片与导通柱电连接；

将罩盖固定在所述基板贴装所述传感器芯片和ASIC芯片的表面，以围合形成容置腔，完成封装。

本发明又提出一种电子设备，包括壳体和设于所述壳体内的传感器封装结构，所述传感器封装结构为如上所述的传感器封装结构。

本发明技术方案的传感器封装结构包括基板和罩盖、传感器芯片以及ASIC芯片，基板和罩盖围合形成的容置腔能够为ASIC芯片和传感器芯片提供屏蔽空间，从而有效阻止外部元件和信号对其电信号造成影响。同时，传感器芯片与基板通过柔性电路板电连接，因柔性电路板具有配线密度高、重量轻、厚度薄、弯折性好的特点，将其代替金属线与基板电连接，可以有效减少受外力影响断裂的风险，从而提高传感器封装结构的结构稳定性，延长产品使用寿命。

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纵切剖视图；

图2为图1所示传感器封装结构的横切剖视图；

图3为本发明传感器封装结构的制作方法的流程图；

图4～图7为本发明的传感器封装结构制作过程中的剖视图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	传感器封装结构	60	柔性电路板
100a	容置腔	61	基材
				10	基板	63	导电部
11	声孔	70	传感器芯片
				30	罩盖	71	衬底
40	导通柱	711	通孔
				41	导电件	73	振膜组件
43	绝缘部	80	金属线
				50	塑封体	90	ASIC芯片

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，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在本发明中如涉及“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。

本发明提出一种传感器封装结构100。

请参照图1和图2，在本发明的一实施例中，传感器封装结构100包括罩盖30、基板10、ASIC芯片90及传感器芯片70，所述基板10与所述罩盖30围合形成容置腔100a；

所述ASIC芯片90设于所述容置腔100a内，并与所述基板10电连接；

所述传感器芯片70设于所述容置腔100a内，并通过柔性电路板60与所述基板10电连接。

本实施例中，传感器封装结构100包括罩盖30和基板10，其中，基板10为印制电路板，即PCB，其基材61可以选择硅基材61或环氧树脂基材61等，在该基材61的一表面形成有用于电连接的电路，并设置有与上述电路连接的信号引出焊盘，且在电路的表面还会设置一层阻焊层(solder mask)，是指印刷电路板上显示为绿色的表层，能够防止焊锡外溢，避免造成电路短路；也可以有效的防潮，保护电路板的性能。且在阻焊层对应焊盘开设有显露口，以显露焊盘，用于外接电子元件。

罩盖30的纵切面呈U型设置，罩盖30可以为一体成型的金属外壳或是涂覆有金属材质的非金属外壳，罩盖30以开口方向的一端和基板10围成封闭的容置腔100a。可以理解地，罩盖30和基板10可通过导电胶或锡膏连接，可以实现两者的电连接，从而形成一个导通的屏蔽空腔，焊盘、ASIC芯片90和传感器芯片70均位于该容置腔100a内，从而方便进行电连接。同时，封闭的容置腔100a可以防止外界电磁波干扰，增强对两芯片的保护作用，保证传感器芯片70的转换性能。当然，罩盖30与基板10之间还可以通过其他导电的材料连通。

罩盖30和基板10围合形成的结构的横截面形状可以是方形、圆形或多边形等，在此不作限定。同时，可选的，为了将基板10与所应用的产品或***进行固定和电信号的传输，基板10背离所述容置腔100a的表面会设有焊脚(未图示)，该焊脚可以通过SMT等工艺焊接到具体产品的主板电路上，具体的焊脚可以有3个或4个，以提高结构连接和数据传输的稳定性。且，ASIC芯片90和传感器芯片70均与基板10进行电连接，为了实现ASIC芯片90与传感器芯片70之间的电信号传输，可以在基板10内增加连接两者的线路，从而使ASIC芯片90可以对传感器芯片70传输的电信号进行处理。

此处，设于容置腔100a内的传感器芯片70可以为环境传感器芯片70，比如气压传感器芯片70、湿度传感器芯片70、温度传感器芯片70等，也可以为声学传感器芯片70，比如麦克风传感器芯片70，在此不作限制，均在本发明的保护范围内。

可以理解的，柔性电路板60(Flexible Printed Circuit，FPC)是以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材61制成的一种具有高度可靠性、绝佳的可挠性的印刷电路板。其具有配线密度高、重量轻、厚度薄、弯折性好的特点，结构稳定性好，具有一定的强度和硬度。具体地，在传感器芯片70上设有焊接点，将柔性电路板60的一端与焊接点连接，另一端与基板10的焊盘进行连接。此处，柔性电路板60的两端分别通过锡膏与焊接点和焊盘进行固定连接，连接结构稳定。当然，也可以使用导电胶，在实现粘接的同时，能够实现电性连接。

本发明技术方案的传感器封装结构100包括基板10和罩盖30、传感器芯片70以及ASIC芯片90，基板10和罩盖30围合形成的容置腔100a能够为ASIC芯片90和MEMS芯片提供屏蔽空间，从而有效阻止外部元件和信号对其电信号造成影响。同时，传感器芯片90通过柔性电路板60与基板10电连接，从而代替金属线80与基板10电连接，可以有效减少受外力影响断裂的风险，从而进一步提高传感器封装结构100的结构稳定性，并延长产品的使用寿命。

可选的实施例中，所述传感器封装结构100还包括导通柱40，所述导通柱40设于所述基板10的表面，并与所述基板10电连接，所述柔性电路板60的一端电连接所述导通柱40，另一端电连接所述传感器芯片70。

本实施例中，为了方便柔性电路板60的焊接，设置有导通柱40。该导通柱40为导电结构，将其设于基板10的表面，并与基板10进行电连接。此处，导通柱40的一端可以使用锡膏与基板10进行固定焊接连接，从而保证连接的稳定性，其位置可以设置在传感器芯片70与ASIC芯片90之间，一方面可以紧凑结构，有利于传感器封装结构100的尺寸小型化，另一方面也可以减短基板10中连通导通柱40与ASIC芯片90之间的线路。当然，于其他实施例中，导通柱40也可以设置在传感器芯片背离ASIC芯片的一侧。因传感器芯片70设于基板10上时，一般会凸出其表面一定高度，将柔性电路板60的一端通过导通柱40与基板10进行电连接，另一端连接传感器芯片70，可以减少柔性电路板60的整体长度，从而方便柔性电路板60与焊接点进行定位焊接，提高加工效率。

具体地，所述柔性电路板60包括基材61和间隔凸设于所述基材61表面的两导电部63，两所述导电部63相导通设置，两所述导电部63分别电连接所述传感器芯片70和所述导通柱40。此处，基材61为绝缘薄膜层，材质为聚酰亚胺或聚酯薄膜，用于为电路和两导电部63提供物理支撑。导电部63的材质为铜，且在基材61的表面或者基材61的内部还设置有连通两导电部63的导线或导电线路，从而实现两导电部63的电导通。两导电部63凸出基材61的表面，凸出的高度可以根据实际需要进行设定，方便与焊接点和导通柱40的端部进行焊接连接。当然，该柔性电路板60还可以是被基材61包覆的铜导体，铜导体呈长条状，铜导体的两端即为导电部63，凸出于基材61的表面设置。

同时，可以理解的，导通柱40包括导电件41和包覆所述导电件41周侧面的绝缘部43，所述导电件41相对的两端分别显露于所述绝缘部43。此处，导电件41的材质也为铜材，具有较好的导电性能，且，导电件41的形状为柱状，其横截面形状不限于为方形、圆形或其他多边形形状。为了能够对导电件41进行防护，在导电件41的周侧面包覆有绝缘部43，该绝缘部43的材质可以是聚酰亚胺或聚酯薄膜等，也可以是其他不导电的材料，在此不作限定，两者可以一体注塑成型，加工效率高。且为了实现电连接，将绝缘部43的两端进行打磨，从而使得导电件41的两端裸露出来，方便与基板10和导电部63进行焊接。

一实施例中，所述传感器芯片70为MEMS芯片，所述MEMS芯片设于所述基板10上，所述基板10开设有对应所述MEMS芯片的声孔11，所述MEMS芯片包括衬底71和设于所述衬底71的振膜组件73，所述振膜组件73与所述导通柱40通过所述柔性电路板60电连接。

本实施例中，以传感器芯片70为MEMS芯片，即，麦克风芯片，为了实现声电转换，在基板10上对应MEMS芯片开设有声孔11，方便声音信号的流入，MEMS芯片用于感知和检测从声孔11流入的声音信号，可将声音信号转换为电信号进行传输，此处通过基板10将电信号传输至ASIC芯片90。ASIC芯片90对MEMS芯片输出的信号进行处理放大，从而使得传感器封装结构100为电子设备提供收声功能。当然，于其他实施例中，也可以在罩盖30上开设有对应的声孔11。

具体地，MEMS芯片包括有衬底71和振膜组件73，衬底71的材质一般为单晶硅、多晶硅或是氮化硅等材料，衬底71的外部形状大致呈方体，其与基板10可以通过胶体连接。该衬底71环绕声孔11的周缘设置，并开设有通孔711，该通孔711与声孔11连通，配合形成传感器封装结构100的声腔腔体，可保证声音传入的顺畅性。通孔711的横截面形状为圆形、方形或多边形等，声孔11的开口形状也可以为圆形，使得声腔腔体的周壁为光滑的圆弧面。振膜组件73可以是压电式结构，也可以是电容式结构，在此不作限定。例如，当振膜组件73为压电式结构时，其包括有振膜和设于振膜两侧的压电材料，通过声音信号对振膜产生激励从而使振膜振动，使得压电材料的压力产生变化，从而输出对应的电信号。

此处，MEMS芯片与基板10电连接，是振膜组件73通过柔性电路板60和导电柱与基板10进行电连接，设置焊接点在振膜组件73背离衬底71的表面。故而，于一实施例中，所述导通柱40的高度与所述衬底71的高度相同。可以理解的，当导通柱40的高度与衬底71的高度相同时，柔性电路板60在进行电连接时，两导电部63的焊接点高度相同，只需要在水平方向上延伸即可，无需弯折或倾斜，进一步减少柔性电路板60的长度，从而方便进行锡膏的焊接，效率更高。

且为了进一步保证电连接的导通性，振膜组件73上设置有两个焊接点，柔性电路板60设置有两个，对应的，导通柱40设有两个，一柔性电路板60电连接一导通柱40和振膜组件73，即，一柔性电路板60电连接一导通柱40和一焊接点，即使其中一个出现故障，另一个也能保证MEMS芯片与基板10的电连接，从而保障传感器的使用性能。此处，两柔性电路板60可以为一整体结构，即基材61为一整体结构，设置有两条导电线路和四个导电部63，通过注塑一体成型，从而能够在提高连接稳定性的同时，不增加加工工序，提高效率。

可选的实施例中，传感器封装结构100还包括塑封体50，ASIC芯片90通过金属线80与基板10电连接，所述塑封体50包覆所述ASIC芯片90和所述金属线80。

ASIC芯片90与基板10是通过打线操作进行电性连接，金属线80的材质可为铜材或金材，具有良好的导通效果，从而保证与基板10的电信号传输强且稳定。且，基板10的焊盘可设置有多个，对应的，ASIC芯片90设置多个引脚，多个焊盘与多个引脚一一对应设置，并通过多个金属线80电连接，从而保证ASIC芯片90与基板10的电导通的稳定性。当然，于其他实施例中，将ASIC芯片9090通过植锡球的焊接方式固定于基板1010。塑封体50包覆ASIC芯片90和金属线80，是指的包覆ASIC芯片90背离基板10的表面和垂直于基板10的周侧面，同时将金属线80和金属线80的两连接端也完全包覆，从而可以有效地对ASIC芯片90和金属线80进行防腐蚀保护，且塑封体50的四周边缘连接基板10的表面，还能起到固定ASIC芯片90和金属线80的作用，使其结构更加稳固。此处的塑封体50具体为现有塑封工艺中的塑封步骤形成，其材质可以是环氧树脂，在此不做赘述。

可以理解的，ASIC芯片90通过金属线80与基板10进行电气连接，能够实现较好的信号互通效果，且使用塑封体50包覆ASIC芯片90和金属线80，一方面可以对ASIC芯片90起到防腐蚀的保护作用，且不会污染旁边芯片；另一方面也可以进一步固定金属线80，从而避免金属线80接触到外应力和外部腐蚀物，也就不会出现焊脚隐裂的问题，从而提高了封装结构的可靠性和良品率。

此外，为了方便实施塑封工艺，还可以在基板10朝向罩盖30的表面开设安装槽，安装槽的开口尺寸大于ASIC芯片90的尺寸，从而方便将其贴装于安装槽的底壁，金属线80连接ASIC芯片90的顶部与基板10的表面，减少金属线80的长度，再将安装槽槽口周缘使用模具围设起来，然后进行塑封，使得塑封材料充满ASIC芯片90的周侧面与安装槽的侧壁之间的空隙，并覆盖ASIC芯片90背离安装槽槽底的表面和金属线80，从而能够增加对ASIC芯片90的安装稳定性，并可以节省遮挡塑封材料的模具材料。

请结合图3至图7，本发明还提出一种传感器封装结构100的制作方法，所述传感器封装结构100的制作方法包括以下步骤：

步骤S10：提供基板10、罩盖30、导通柱40、柔性电路板60、传感器芯片70及ASIC芯片90；

步骤S20：将所述ASIC芯片90贴装在所述基板10的表面，并使用金属线80与所述基板10电连接；

步骤S30：使用模具罩盖30所述ASIC芯片90和金属线80，向模具内部填充注塑材料，形成塑封体50；

步骤S40：将所述传感器芯片70和导通柱40间隔贴装在所述基板10的表面，使用柔性电路板60将所述传感器芯片70与导通柱40电连接；

步骤S50：将罩盖30固定在所述基板10贴装所述传感器芯片70和ASIC芯片90的表面，以围合形成容置腔100a，完成封装。

具体地，步骤S10中提供基板10时，将基板10进行清洁处理，以除去表面灰尘。步骤S20中采用胶粘的方式将ASIC芯片90贴装在基板10的表面，从而形成稳定固定结构。然后，使用金属线80将ASIC芯片90与基板10进行电连接，此处，金属线80为金线或铜线，实现稳定的电气连接。步骤S30中使用模具罩盖30ASIC芯片90和金属线80，此处，需要将金属线80的端部周缘位置均罩盖30，在模具的一侧面的下方对ASIC芯片90进行注塑塑封，形成塑封体50，从而能够完全包覆金属线80。步骤40中将传感器芯片70和导通柱40分别固定在基板10的表面，此处，传感器芯片70为MEMS芯片，基板10开设有对应的声孔11，将衬底71通过胶体与基板10进行粘接，使得振膜组件73对准声孔11设置，便于接收声音信号。将导通柱40通过锡膏与基板10进行焊接，实现稳定的电导通和固定结构。最后，步骤50中将罩盖30通过胶粘的方式封装在基板10的表面，便围合形成了具有容置腔100a的封装结构，传感器芯片70、ASIC芯片90、导通柱40以及塑封体50均位于容置腔100a内。

可以理解的，这里采用塑封体50包覆ASIC芯片90和金属线80实施防护，有效地避免了金属线80会受到外力的影响，不易发生断裂，从而提高了传感器封装结构100的可靠性和良率。同时，也能够保护ASIC芯片90和金属线80免于腐蚀的风险。

需要说明的是，还可以在基板10上进行挖槽，将ASIC芯片90设于槽内，塑封体50填充在槽内壁与ASIC芯片90的周侧面之间，从而起到更好的屏蔽防护的作用。

本发明又提出一种电子设备(未图示)，包括壳体和设于所述壳体内的传感器封装结构100，所述传感器封装结构100的具体结构参照上述实施例，由于本电子设备的传感器封装结构100采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

其中，电子设备可以是穿戴电子设备，例如智能手表或手环，也可以是移动终端，例如，手机或笔记本电脑等，或是其他需要具备声电转换功能的设备，在此不作限定。

以上所述仅为本发明的优选实施例，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。

Claims (10)

1.一种传感器封装结构，其特征在于，包括：

罩盖；

基板，所述基板与所述罩盖围合形成容置腔；

ASIC芯片，所述ASIC芯片设于所述容置腔内，并与所述基板电连接；以及

传感器芯片，所述传感器芯片设于所述容置腔内，并通过柔性电路板与所述基板电连接。

2.如权利要求1所述的传感器封装结构，其特征在于，所述传感器封装结构还包括导通柱，所述导通柱设于所述基板的表面，并与所述基板电连接，所述柔性电路板的一端电连接所述导通柱，另一端电连接所述传感器芯片。

3.如权利要求2所述的传感器封装结构，其特征在于，所述传感器芯片为MEMS芯片，所述MEMS芯片设于所述基板上，所述基板开设有对应所述MEMS芯片的声孔，所述MEMS芯片包括衬底和设于所述衬底的振膜组件，所述振膜组件与所述导通柱通过所述柔性电路板电连接。

4.如权利要求3所述的传感器封装结构，其特征在于，所述导通柱的高度与所述衬底的高度相同。

5.如权利要求2至4中任一项所述的传感器封装结构，其特征在于，所述柔性电路板包括基材和间隔凸设于所述基材表面的两导电部，两所述导电部相导通设置，两所述导电部分别电连接所述传感器芯片和所述导通柱。

6.如权利要求2至4中任一项所述的传感器封装结构，其特征在于，所述柔性电路板设有两个，所述导通柱对应设有两个，一所述柔性电路板电连接一所述导通柱和所述传感器芯片。

7.如权利要求2至4中任一项所述的传感器封装结构，其特征在于，所述导通柱包括导电件和包覆所述导电件周侧面的绝缘部，所述导电件相对的两端分别显露于所述绝缘部；和/或，

所述导通柱通过锡膏与所述基板固定连接；和/或，

所述柔性电路板通过锡膏与所述传感器芯片、导通柱固定连接。

8.如权利要求1所述的传感器封装结构，其特征在于，所述传感器封装结构还包括塑封体，所述ASIC芯片通过金属线与基板电连接，所述塑封体包覆所述ASIC芯片和所述金属线。

9.一种传感器封装结构的制作方法，其特征在于，所述传感器封装结构的制作方法包括以下步骤：

提供基板、罩盖、导通柱、柔性电路板、传感器芯片及ASIC芯片；

将所述ASIC芯片贴装在所述基板的表面，并使用金属线与所述基板电连接；

使用模具罩盖所述ASIC芯片和金属线，向模具内部填充注塑材料，形成塑封体；

将所述传感器芯片和导通柱间隔贴装在所述基板的表面，使用柔性电路板将所述传感器芯片与导通柱电连接；

将罩盖固定在所述基板贴装所述传感器芯片和ASIC芯片的表面，以围合形成容置腔，完成封装。

10.一种电子设备，其特征在于，包括壳体和设于所述壳体内的传感器封装结构，所述传感器封装结构为如权利要求1至8中任一项所述的传感器封装结构。

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