TWI449657B - 微機電系統 - Google Patents

Description

微機電系統

本發明涉及微機電技術領域，尤其涉及一種微機電系統。

微機電系統(Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS)係指通過相結合之微電子技術與精密機械加工技術製造而成之，集微型感測器、執行器以及訊號處理及控制電路、介面電路、通訊及電源於一體之微型機械電子系統。微機電系統可把資訊之獲取、處理及執行集成於一起，具有微型化、智慧化、多功能、高集成度及適於大批量生產等特點。

微機電系統之典型器件包括微型感測器及微型制動器，請參閱Hidenori Ishihara,et al.等人於1996年3月發表於IEEE/ASME TRANSACTIONS ON MECHATRONICS之文獻“Micor Mechatronics and Micro Actuators”。微機電系統可製成微型光機電器件、微型生物化學晶片、微型機器人、微型飛行器、微型動力系統等，於航空、汽車、生物醫學、軍事、消費性電子產品等領域中具有十分廣闊之應用前景。

製造微機電系統中之重要工藝之一為微機電系統之封裝。微機電系統之封裝係指製作保護層以保護微機電晶片上易損壞之元器件及電路，並製作與電路板或者其他元件之連接通路，從而實現微機電晶片與電路板或者其他元件之電氣連接之過程。一般於微機 電系統中，從封裝外殼露出一封裝連接區域，其中形成有連接墊，用於與其他電氣元件例如電路板實現電連接。該電路板上通常設有MEMS系統之驅動電路。

通常細銅線被用於將微機電晶片電連接至驅動電路板。然而當MEMS小到微米尺寸以下時，MEMS上之封裝連接區域面積過小，而且細銅線無法直接與MEMS上之連接墊直接以打線工藝相結合，因此無法直接使用細銅線將MEMS電連接至電路板。

因此，有必要提供一種微機電系統，其可方便實現與電路板之間之電連接。

以下將以實施例說明一種微機電系統及其封裝方法。

一種微機電系統，其包括微機電晶片及一個第一電路板，該微機電晶片具有一個封裝連接區，該封裝連接區內形成有至少一個連接墊，其中，該微機電系統還包括壓合於該封裝連接區之一層電性連接層以及一個第二電路板，該第二電路板包括第一連接墊及與第一連接墊相連之第二連接墊，該電性連接層設置於該封裝連接區與該第二電路板之間並將該封裝連接區內之連接墊電連接至該第一連接墊，該第二連接墊上設有導線，該導線另一端與該第一電路板相連。

相較於先前技術中之微機電系統，該微機電系統採用一電性連接層將微機電晶片上之連接墊電連接至一個第二電路板，從而可採用成熟之打線工藝使用細銅線將微機電晶片電連接至其他電路板(例如驅動電路所於之電路板)。使得電路板可安裝於微機電系 統之側面，從而有利於降低整個微機電系統之體積。

100、200‧‧‧微機電系統

10‧‧‧微機電封裝體

12‧‧‧第二電路板

14、24‧‧‧電性連接層

16‧‧‧第一電路板

101‧‧‧微機電晶片

102‧‧‧頂蓋

103‧‧‧底蓋

104‧‧‧封裝連接區

105、205‧‧‧連接墊

120‧‧‧絕緣層

121、121a、221、221a‧‧‧第一連接墊

122、122a‧‧‧第二連接墊

123‧‧‧導電線路

126、126a‧‧‧導通孔

141‧‧‧膠黏劑

142、242‧‧‧連接球

163、164‧‧‧焊盤

161、161a‧‧‧導線

162、162a‧‧‧焊球

204‧‧‧連接凸點

圖1係本技術方案第一實施例提供之微機電系統之示意圖。

圖2係本技術方案第二實施例提供之微機電系統之示意圖。

下面將結合附圖及實施例，對本技術方案提供之微機電系統及其封裝方法作進一步之詳細說明。

參閱圖1，第一實施例提供之微機電系統100包括微機電封裝體10、第一電路板16、電性連接層14及第二電路板12。

微機電封裝體10包括微機電晶片101，一個頂蓋102以及底蓋103。微機電晶片101係指以單晶矽(Si)、二氧化矽(SiO2)、氮化矽(SiN)、絕緣層上覆矽(Si On Insulator,SOI)等為襯底材料，由微電子技術及微加工技術相結合製造形成之、具有微機械部件以及微電子電路之晶片。微機電晶片101封裝於頂蓋102與底蓋103之間。微機電晶片101之一角上設有一封裝連接區104。封裝連接區104從頂蓋102露出。封裝連接區104內形成有兩個連接墊105(例如鋁盤)。連接墊105與微機電晶片101內部之電路相連。可理解，連接墊105之數量與微機電晶片101之內部電路設計相關，其可根據電路設計需要變化，例如其亦可為一個或者複數個。

第二電路板12包括一層絕緣層120，分別形成於絕緣層兩相對表面上之兩個第一連接墊121、121a，以及兩個第二連接墊122、122a。然而，第一連接墊121、121a以及第二連接墊122、122a還 可形成於絕緣層120同一表面上。第一連接墊121與第二連接墊122之間通過導電線路123以及一個導通孔126相連。第一連接墊121a與第二連接墊122a之間通過導電線路(圖未示)以及一個導通孔126a相連。導通孔126、126a內可填充導電膠例如銅膠、銀膠。第二電路板12可為硬性電路板或柔性電路板。

電性連接層14可選用各向異性導電膠(Anisotropic Conductive Paste,ACP)或者各向異性導電膜(Anisotropic Conductive Film,ACF)。電性連接層14包括絕緣性樹脂膠黏劑141及大量分散於其中之連接球142。連接球142每個包括導電顆粒以及包覆於導電顆粒表面之絕緣層。導電顆粒之表面形成有微結構，當導電顆粒受壓時其表面之微結構可刺穿其表面處之絕緣層。當電性連接層14壓合於封裝連接區101與轉接板12之間時，由於連接墊105凸出於封裝連接區101之表面，因此位於連接墊105與第一連接墊121、121a之間之電性連接層14受壓程度高，連接球142相互靠近並接觸，而且由於受壓，連接球142導電顆粒表面之微結構刺穿其表面之絕緣層，因此相互接觸之連接球142之間相互導通。從而連接墊105與第一連接墊121、121a之間電導通。而電性連接層14中其他區域由於受壓程度較低，其內之連接球142仍然保持分散狀態，亦即此處之電性連接層仍然保持電絕緣之狀態。可理解，兩個連接墊105之間之距離應大於連接球142之直徑，如此則不會發生同一個連接球142同時接觸兩個連接墊則導致短路之情形。

第一電路板16上可安裝微機電晶片101之驅動電路。本實施例中，第一電路板16上形成有兩個焊盤163、164。第二連接墊122與 焊盤163之間以細導線(例如細銅線)161電連接。第二連接墊122a與焊盤164之間以細導線(例如細銅線)161a電連接。而線導線161、161a可分別通過焊球162、162a固定於第二連接墊122、122a上。為節省微機電系統100所佔用之面積，第一電路板16可與微機電封裝體10所於之平面垂直。一般情況下，第二電路板12與微機電封裝體10所於之平面平行，因此通常第一電路板16也與第二電路板12所於之平面垂直。然而可理解，由於第二電路板12為柔性電路板時其可彎曲一定角度，因此第一電路板16亦可與第二電路板12成一定角度。

於組裝本實施例之微機電系統100時，首先，提供微機電封裝體10、第二電路板12以及電性連接層14。其次，將電性連接層14設置於第二電路板12之表面並覆蓋第一連接墊121、121a。此時電性連接層14未被壓縮，其中之連接球142相互分離，電性連接層14不導電。最後將具有電性連接層14之第二電路板12與微機電封裝體10層疊並使電性連接層14覆蓋微機電封裝體10之封裝連接區101。於第二電路板12與微機電封裝體10之間加熱加壓使電性連接層受壓，如前所述，受壓時位於兩個連接墊105與第一連接墊121、121a之間之連接球142相互接觸並電導通。因此連接墊105與第一連接墊121、121a被分別電連接起來。例如可採用一熱壓頭對第二電路板加熱加壓。可理解，為順利完成熱壓動作，該熱壓頭之形狀需與第二電路板以微機電封裝體10匹配。

於本實施例之微機電系統100中，微機電晶片101上之連接墊105與第二電路板12中之第一連接墊121、121a相連，進而與電路板12中之第二連接墊122、122a電導通。當於第二連接墊122、122a 上連接細銅線時，細銅線即與連接墊105之間電導通。因此非常方便將本實施例之微機電100通過細銅線連接到電路板上。

參閱圖2，第二實施例提供之微機電系統200與第一實施例之微機電系統100相似，不同之處在於每個連接墊205表面形成有連接凸點204。連接凸點204可由高導電率金屬形成，例如，金、銀或者銅。先前技術中之凸點製程即可用來形成連接凸點204。本實施例中，連接凸點204呈半球狀，然而可理解，連接凸點204還可為其他形狀，例如，半橢球形、錐台形等等。

本實施例中，第一連接墊221,221a與對應之連接墊205之間分別通過一個連接凸點204以及連接球242相連。於此種情形下，由於連接凸點204深入電性連接層24內部，亦即對該區域之電性連接層24壓縮程度更大，因此更容易實現該區域內連接球242之相互導通。此種情形下電性連接層24中之連接球242之直徑可製作之比電性連接層24之厚度小很多，因此連接墊205之間之距離可進一步降低。亦即，封裝連接區204之面積可進一步降低。本實施例之微機電系統體積可進一步減小。

與先前技術中之微機電系統相比，以上各實施例中之微機電系統採用一電性連接層將微機電晶片上之連接墊電連接至一個第二電路板，從而可採用成熟之打線工藝使用細銅線將微機電晶片電連接至其他電路板(例如驅動電路所於之電路板)。使得電路板可安裝於微機電系統之側面，從而有利於降低整個微機電系統之體積。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限 制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士爰依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

100‧‧‧微機電系統

10‧‧‧微機電封裝體

12‧‧‧第二電路板

14‧‧‧電性連接層

16‧‧‧第一電路板

101‧‧‧微機電晶片

102‧‧‧頂蓋

103‧‧‧底蓋

104‧‧‧封裝連接區

162、162a‧‧‧焊球

105‧‧‧連接墊

120‧‧‧絕緣層

121、121a‧‧‧第一連接墊

122、122a‧‧‧第二連接墊

123‧‧‧導電線路

126、126a‧‧‧導通孔

141‧‧‧膠黏劑

142‧‧‧連接球

161、161a‧‧‧導線

163、164‧‧‧焊盤

Claims (7)

1. 一種微機電系統，其包括微機電晶片及一個第一電路板，該微機電晶片具有一個封裝連接區，該封裝連接區內形成有至少一個連接墊，其改進在於，該微機電系統還包括壓合於該封裝連接區之一層電性連接層以及一個第二電路板，該第二電路板包括第一連接墊及與第一連接墊相連之第二連接墊，該電性連接層設置於該封裝連接區與該第二電路板之間並將該封裝連接區內之連接墊電連接至該第一連接墊，該第二連接墊上設有導線，該導線以焊球連接於該第二連接墊，該導線另一端與該第一電路板相連，該第一電路板與該微機電晶片和第二電路板所在之平面均垂直。
2. 如申請專利範圍第1項所述之微機電系統，其中，該封裝連接區內形成有兩個連接墊，該第二電路板包括兩個第一連接墊以及兩個第二連接墊，每個第一連接墊與相應之第二連接墊電性連接，該電性連接層將該封裝連接區內之每個連接墊電連接至相應之第一連接墊。
3. 如申請專利範圍第1項所述之微機電系統，其中，該電性連接層包括各向異性導電膜或各向異性導電膠，其包括包括大量均勻分佈之連接球，該連接球包括導電微粒以及包覆該導電微粒之絕緣層，該導電微粒表面形成有微結構，當該電性連接層被壓時受壓區域內之連接球相互接觸且該微結構刺破該絕緣層從而於受壓方向上電導通。
4. 如申請專利範圍第1項所述之微機電系統，其中，該第一連接墊與該第二連接墊之間以導電線路和導通孔相連。
5. 如申請專利範圍第1項所述之微機電系統，其中，該封裝連接區內之連接墊每個表面形成有連接凸點。
6. 如申請專利範圍第1項所述之微機電系統，其中，該第一電路板中形成有該微機電晶片之驅動電路。
7. 如申請專利範圍第1項所述之微機電系統，其中，該第二電路板為柔性電路板。