CN204714514U - 三维堆叠mems封装结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三维堆叠MEMS封装结构，采用一中介层作为连接MEMS芯片与IC芯片的桥梁，该中介层的尺寸大于IC芯片的尺寸或/和MEMS芯片的尺寸；中介层上设置有若干用于将该MEMS封装结构的电性导出的焊球。这样，此三维堆叠MEMS封装结构将不受MEMS芯片和IC芯片尺寸的限制，当IC芯片较大时，可将焊球设于中介层的下表面上，当MEMS芯片较大时，可将焊球设于中介层的上表面上，当IC芯片均较小时，焊球可任意设置在中介层的上表面或下表面上，因此，无论尺寸大小，均可采用此封装结构，从而满足MEMS的集成封装，达到降低生产成本，提高MEMS封装的集成度及封装良率的目的。

Description

三维堆叠MEMS封装结构

技术领域

本实用新型涉及一种MEMS封装结构，尤其涉及一种三维堆叠MEMS封装结构。

背景技术

MEMS的集成是将微传感器与IC芯片封装在一起完成传感或驱动功能。专利号为201420357894.5的专利文献中公开了一种三维堆叠MEMS封装结构，其中，功能芯片C(IC芯片)与微传感器晶圆的封装通过中介层B(中介层)进行连接。但是，该项专利中，MEMS微传感器晶圆的尺寸大于IC芯片的尺寸，且该封装完成的MEMS芯片在与外部器件(比如PCB板)连接时，只能通过IC芯片一面上的焊球与之相连。

但是，若IC芯片尺寸大于MEMS微传感器晶圆；或者，要求在MEMS微传感器晶圆一面进行贴装时，就需要针对不同类型芯片设计新的封装结构。这样，既费时费力、浪费成本又要去研究每种结构的可行性。因此，需要找到一种对于每种MEMS器件封装均适用的封装结构。

发明内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提出一种三维堆叠MEMS封装结构，该封装结构适用于所有MEMS的集成封装，不仅可以降低生产成本，还可以提高MEMS封装的集成度及封装良率。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种三维堆叠MEMS封装结构，包括MEMS芯片、中介层和IC芯片，所述中介层具有上表面和下表面，所述中介层的下表面中部具有凹槽，所述凹槽周边设有贯通所述上表面和下表面的若干导电通孔；所述中介层的下表面与所述MEMS芯片的正面通过密封圈键合密封连接，使所述凹槽与所述MEMS芯片中部的腔体相对围成一密闭空腔，所述MEMS芯片的元件位于所述密闭空腔内；所述IC芯片贴装于所述中介层的上表面，所述IC芯片的电性与所述MEMS芯片的电性通过所述导电通孔进行连接；所述中介层的尺寸大于所述IC芯片的尺寸或/和所述MEMS芯片的尺寸；所述中介层上设置有若干用于将该MEMS封装结构的电性导出的焊球。

作为本实用新型的进一步改进，所述导电通孔包括贯通所述中介层的上表面和下表面的孔及依次设置于所述孔内的第一绝缘层、金属导电层和第二绝缘层，所述第一绝缘层、金属导电层和第二绝缘层均延伸至所述中介层的上、下表面上。

作为本实用新型的进一步改进，所述IC芯片通过若干第一金属凸点或倒装焊的方式与所述金属导电层电性连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述MEMS芯片通过若干第二金属凸点与所述金属导电层电性连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述中介层的尺寸大于所述IC芯片的尺寸和所述MEMS芯片的尺寸，所述焊球设于所述中介层的上表面或下表面上，并与所述金属导电层电性连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述中介层的尺寸大于所述MEMS芯片的尺寸，所述焊球设于所述中介层的下表面上，并与所述金属导电层电性连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述中介层的尺寸大于所述IC芯片的尺寸，所述焊球设于所述中介层的上表面上，并与所述金属导电层电性连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述中介层材质为半导体材料或有机材料或陶瓷材料。

作为本实用新型的进一步改进，所述第二绝缘层的材料将所述孔充分填充。

作为本实用新型的进一步改进，根据MEMS芯片的不同所述密闭空腔形成气体空间或者真空空间。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供一种三维堆叠MEMS封装结构，采用一中介层作为连接MEMS芯片与IC芯片的桥梁，该中介层的尺寸大于IC芯片的尺寸或/和MEMS芯片的尺寸；中介层上设置有若干用于将该MEMS封装结构的电性导出的焊球。这样，此三维堆叠MEMS封装结构将不受MEMS芯片和IC芯片尺寸的限制，当IC芯片较大时，可将焊球设于中介层的下表面上，当MEMS芯片较大时，可将焊球设于中介层的上表面上，当IC芯片均较小时，焊球可任意设置在中介层的上表面或下表面上，因此，无论尺寸大小，均可采用此封装结构，若MEMS芯片和IC芯片的尺寸改变，中介层亦可随之变化，从而满足MEMS的集成封装。由于该MEMS封装结构无需针对不同类型的芯片设计新的封装结构，这样，可以降低生产成本，还可以提高MEMS封装的集成度及封装良率。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的封装结构示意图；

图2为本实用新型另一实施例的封装结构示意图。

结合附图，作以下说明：

100-IC芯片                200-MEMS芯片

300-中介层                300a-上表面

300b-下表面               301-金属导电层

302-第一绝缘层            303-第二绝缘层

304-焊球                  1-第一金属凸点

2-第二金属凸点            3-密封圈

4-MEMS芯片中部的腔体      5-MEMS芯片的元件

6-导电通孔

具体实施方式

为使本实用新型能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。为方便说明，实施例附图的结构中各组成部分未按正常比例缩放，故不代表实施例中各结构的实际相对大小。

如图1和图2所示，一种三维堆叠MEMS封装结构，包括MEMS芯片200、中介层300和IC芯片100，所述中介层具有上表面300a和下表面300b，所述中介层的下表面中部具有凹槽7，所述凹槽周边设有贯通所述上表面和下表面的若干导电通孔6；所述中介层的下表面与所述MEMS芯片的正面通过密封圈3键合密封连接，使所述凹槽与所述MEMS芯片中部的腔体4相对围成一密闭空腔，所述MEMS芯片的元件5位于所述密闭空腔内；所述IC芯片贴装于所述中介层的上表面，所述IC芯片的电性与所述MEMS芯片的电性通过所述导电通孔进行连接；所述中介层的尺寸大于所述IC芯片的尺寸或/和所述MEMS芯片的尺寸；所述中介层上设置有若干用于将该MEMS封装结构的电性导出的焊球304。

其中，MEMS芯片可以为微机械压力传感器芯片、微加速度传感器芯片、微机械陀螺芯片、微流量传感器芯片、微气体传感器芯片、微机械温度传感器芯片或其他微机械传感器芯片。中介层300的材质可以为半导体材料、有机材料、陶瓷材料或其他合适的材料。IC芯片可以为ASIC芯片、运放芯片或CMOS芯片，其放置个数可根据实际需求来定。

上述结构中，采用一中介层作为连接MEMS芯片与IC芯片的桥梁，该中介层的尺寸大于IC芯片的尺寸或/和MEMS芯片的尺寸；中介层上设置有若干用于将该MEMS封装结构的电性导出的焊球。这样，此三维堆叠MEMS封装结构将不受MEMS芯片和IC芯片尺寸的限制，当IC芯片较大时，可将焊球设于中介层的下表面上，当MEMS芯片较大时，可将焊球设于中介层的上表面上，当IC芯片均较小时，焊球可任意设置在中介层的上表面或下表面上，参见图1和图2，因此，无论尺寸大小，均可采用此封装结构，若MEMS芯片和IC芯片的尺寸改变，中介层亦可随之变化，从而满足MEMS的集成封装。由于该MEMS封装结构无需针对不同类型的芯片设计新的封装结构，这样，可以降低生产成本，还可以提高MEMS封装的集成度及封装良率。

优选的，所述导电通孔包括贯通所述中介层的上表面和下表面的孔及依次设置于所述孔内的第一绝缘层302、金属导电层301和第二绝缘层303，所述第二绝缘层的材料将所述孔充分填充；所述第一绝缘层302、金属导电层301和第二绝缘层303均延伸至所述中介层的上、下表面上。

优选的，所述IC芯片通过若干第一金属凸点1或倒装焊的方式与所述金属导电层电性连接。

优选的，所述MEMS芯片通过若干第二金属凸点2与所述金属导电层电性连接。

优选的，所述中介层的尺寸大于所述IC芯片的尺寸和所述MEMS芯片的尺寸，所述焊球设于所述中介层的上表面或下表面上，并与所述金属导电层电性连接。

优选的，所述中介层的尺寸大于所述MEMS芯片的尺寸，所述焊球设于所述中介层的下表面上，并与所述金属导电层电性连接，参见图1和图2。

优选的，所述中介层的尺寸大于所述IC芯片的尺寸，所述焊球设于所述中介层的上表面上，并与所述金属导电层电性连接。

根据MEMS芯片的不同所述密闭空腔形成气体空间或者真空空间。在封装过程中，可以根据MEMS器件的工作原理及其封装要求的不同来选择密闭空腔中是充入具有一定压力的气体还是将密闭空腔抽成真空状态。例如，若密闭空腔只是提供一个工作空间，则可不需要抽真空或者充气；若MEMS芯片要求减少空气阻力对其影响，则需要将密闭空腔抽成真空或者填入一定的惰性气体。

本实用新型，三维堆叠MEMS封装结构的封装工艺如下：

包含若干MEMS芯片的晶圆与包括对应MEMS芯片的中介层的晶圆通过晶圆到晶圆(Wafer-to-Wafer)的方式进行键合，使MEMS芯片中部的腔体与中介层的下表面上对应的凹槽围成一密闭空腔。若干IC芯片与中介层晶圆连接时，通过芯片到晶圆(Chip-to-Wafer)的堆叠方式在中介层表面贴装若干个IC芯片100。这种封装工艺大大减小了封装空间，形成的MEMS芯片封装结构也更加复杂，功能也更多样化。

综上，本实用新型三维堆叠MEMS封装结构，不受MEMS芯片晶圆和IC芯片尺寸的限制，无论尺寸大小，均可采用此封装结构，若MEMS芯片晶圆和IC芯片的尺寸改变，中介层亦可随之变化，从而满足MEMS芯片的集成封装。同时，此封装结构可以根据实际需求，在中介层的任意一侧设置与MEMS芯片晶圆贴装方式相符的与外界器件相连的焊球。

以上实施例是参照附图，对本发明的优选实施例进行详细说明。本领域的技术人员通过对上述实施例进行各种形式上的修改或变更，或者将其运用于不同MEMS芯片的封装结构，但不背离本发明的实质的情况下，都落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种三维堆叠MEMS封装结构，其特征在于，包括MEMS芯片(200)、中介层(300)和IC芯片(100)，所述中介层具有上表面(300a)和下表面(300b)，所述中介层的下表面中部具有凹槽，所述凹槽周边设有贯通所述上表面和下表面的若干导电通孔(6)；所述中介层的下表面与所述MEMS芯片的正面通过密封圈(3)键合密封连接，使所述凹槽与所述MEMS芯片中部的腔体(4)相对围成一密闭空腔，所述MEMS芯片的元件(5)位于所述密闭空腔内；所述IC芯片贴装于所述中介层的上表面，所述IC芯片的电性与所述MEMS芯片的电性通过所述导电通孔进行连接；所述中介层的尺寸大于所述IC芯片的尺寸或/和所述MEMS芯片的尺寸；所述中介层上设置有若干用于将该MEMS封装结构的电性导出的焊球(304)。

2.根据权利要求1所述的三维堆叠MEMS封装结构，其特征在于：所述导电通孔包括贯通所述中介层的上表面和下表面的孔及依次设置于所述孔内的第一绝缘层(302)、金属导电层(301)和第二绝缘层(303)，所述第一绝缘层(302)、金属导电层(301)和第二绝缘层(303)均延伸至所述中介层的上、下表面上。

3.根据权利要求2所述的三维堆叠MEMS封装结构，其特征在于：所述IC芯片通过若干第一金属凸点(1)或倒装焊的方式与所述金属导电层电性连接。

4.根据权利要求2所述的三维堆叠MEMS封装结构，其特征在于：所述MEMS芯片通过若干第二金属凸点(2)与所述金属导电层电性连接。

5.根据权利要求3或4所述的三维堆叠MEMS封装结构，其特征在于：所述中介层的尺寸大于所述IC芯片的尺寸和所述MEMS芯片的尺寸，所述焊球设于所述中介层的上表面或下表面上，并与所述金属导电层电性连接。

6.根据权利要求3或4所述的三维堆叠MEMS封装结构，其特征在于：所述中介层的尺寸大于所述MEMS芯片的尺寸，所述焊球设于所述中介层的下表面上，并与所述金属导电层电性连接。

7.根据权利要求3或4所述的三维堆叠MEMS封装结构，其特征在于：所述中介层的尺寸大于所述IC芯片的尺寸，所述焊球设于所述中介层的上表面上，并与所述金属导电层电性连接。

8.根据权利要求1所述的三维堆叠MEMS封装结构，其特征在于，所述中介层材质为半导体材料或有机材料或陶瓷材料。

9.根据权利要求2所述的三维堆叠MEMS封装结构，其特征在于，所述第二绝缘层的材料将所述孔充分填充。

10.根据权利要求1所述的三维堆叠MEMS封装结构，其特征在于，根据MEMS芯片的不同所述密闭空腔形成气体空间或者真空空间。