微机电芯片与集成电路芯片的混合封装结构及其封装方法技术

本发明专利技术公开了一种微机电芯片与集成电路芯片的混合封装结构，包括微机电芯片、集成电路芯片、上基板、下基板以及设置于上基板和下基板之间的塑封胶，微机电芯片、集成电路芯片与上基板和/或下基板之间形成电连接，上基板与下基板之间形成电连接，上基板上开出至少一个穿透上基板的窗口，一个或多个微机电芯片和/或集成电路芯片放置于上基板的窗口处、下基板表面和/或上基板表面。本方案封装结构集成度较高，同时窗口结构降低了封装整体厚度，也减少了填充物的用量，因此降低成本；可以集成压力传感器芯片；具有普适性，适用于各类微机电集成封装；工艺容易实现，产品质量有充分保证且封装按工艺能力测算良品率高于99％。

Hybrid package structure and packaging method of MEMS chip and IC chip

Mixed package structure of the invention discloses a MEMS chip and integrated circuit chip, including MEMS chip, integrated circuit chip, upper and lower substrates and is arranged between the upper and lower substrates of plastic glue, MEMS chip, integrated circuit chip and substrate and / or substrate formed between the electrical connection, electrical connection is formed between the upper substrate and the lower substrate and the upper substrate from at least one window penetrating the upper substrate, one or more MEMS chip and / or integrated circuit chip is placed on the substrate at the window, the surface of the lower substrate and / or on the surface of the substrate. The encapsulation structure of high degree of integration, at the same time window structure can reduce the overall thickness of packaging, but also reduce the amount of filler, thus reducing the cost; integrated pressure sensor chip; is universal, applicable to all types of MEMS Integrated Packaging Technology; easy to implement, the product quality is fully guaranteed and packaged according to the process capability measurement and the rate is higher than 99%.

【技术实现步骤摘要】
微机电芯片与集成电路芯片的混合封装结构及其封装方法
本专利技术属于芯片封装领域，具体涉及一种微机电芯片与集成电路芯片的混合封装结构及其封装方法。
技术介绍
集成电路(IC)芯片是20世纪50年代后期至60年代发展起来的一种新型半导体器件。它是经过氧化、光刻、扩散、外延、蒸铝等半导体制造工艺，把构成具有一定功能的电路所需的晶体管、电阻、电容等元件及它们之间的连接导线全部集成在一小块硅片表面上，然后将硅片表面电路与外部建立电连接并封装起来。集成电路封装，是把集成电路装配为芯片最终产品的过程，就是把Foundry生产出来的集成电路裸片(Die)放在一块起到承载作用的基板上，把管脚引出来，然后固定包封成为一个整体。图1为一种封装结构，通过铜引脚将芯片电路引到外部，铜引脚与芯片表面电路用引线键合连接。微机电系统(MEMS，Micro-Electro-MechanicalSystem)，也叫做微电子机械系统、微机电、微机械等，是在微电子技术(半导体制造技术)基础上发展起来的，融合了光刻、腐蚀、薄膜、LIGA、硅微加工、非硅微加工和精密机械加工等技术制作的高科技电子机械器件，它是在芯片内形成机械机构、输出对外界感应信号的微型传感器产品，其核心部分即为微机电(MEMS)芯片。与集成电路芯片一样，微机电(MEMS)芯片也需要封装。如图2所示，为MEMS压力传感器的封装结构。微机电系统(MEMS)目前正在广泛应用于物联网、可穿戴产品及智能产品等领域。当前世界集成电路(IC)技术发展最显著的趋势就是以微机电(MEMS)应用为主题的各种产品即将进入成长爆发期，各种应用方向的市场需求十分强劲。但当前国际上针对MEMS传感芯片与IC芯片集成的方案仍然停留在将MEMS芯片与IC芯片集成在一个塑封体内，这样的模块集成度很低，而且不能将最常用的压力传感芯片集成在其中。迄今为止，国际上未有一家公司推出具有普适性的针对MEMS传感模块的集成封装方案，微机电产品的应用因此受限重重而停滞不前。MEMS传感器凭借其体积小、成本低以及可与其他智能芯片集成在一起的巨大优势，将成为传感器的主要生产技术与应用形式。消费电子、汽车电子、医疗服务是MEMS传感器的主要应用市场，今后MEMS的应用领域将逐渐扩大，包括正在兴起的可穿戴设备、物联网、以及和人们生活息息相关的智能家居和智能城市都是潜力很大的应用领域。而这些新兴领域需要的主要核心架构是将低功耗MCU、eNVM、Analog&PMIC，及无线与连接芯片加以整合，再连接各种传感器芯片，因此提供芯片与传感器集成整合的解决方案与制程实现将意义重大，发展空间很大。从技术的角度分析，引线键合仍然是最通用最经济的芯片连接方式。虽然圆片级封装(WLP)及硅穿孔(TSV)已被考虑引入到MEMS的封装中，但是其高昂的成本、较差的集成可行性、较低的良率与可靠性使得其应用停滞不前。事实证明，成熟稳健的引线键合技术才是MEMS传感集成可行的连接方式。当前国际上针对MEMS传感芯片与IC芯片集成的方案仍然停留在将MEMS芯片与IC芯片集成在一个塑封体内，这样的模块集成度很低，而且不能将最常用的压力传感芯片集成在其中。如图3、图4所示的封装结构为惯性九轴传感器集成模块目前的产品结构(集成了ASIC/MCU芯片、陀螺仪芯片、加速度传感器芯片以及磁传感器芯片)，也是目前国际上最先进的MEMS集成产品了，采用了芯片三维堆叠的方式，但其集成度仍低且不能集成压力传感器。该集成产品模块的特点是：集成度较低(集成了3个MEMS芯片及1个IC芯片)；不能集成压力传感器；只限于惯性传感应用，没有普适性；工艺难于实现，良率较低(小于95％甚至更低)。目前市场迫切需要推出具有高集成度的MEMS传感模块，也即MEMS芯片与ASIC/MCU芯片或其他芯片的高度集成的封装模块，需要将多个集成电路芯片与多个微机电芯片混合封装在一个模块中。尤其是物联网及可穿戴装置需要的核心构架，即将低功耗的MCU、eNVM、Analog&PM芯片、无线RF与连接芯片以及各类MEMS传感器芯片加以整合，开发出集成传感模块的新的产品构架与集成工艺，并实现产品化。市场需要的是采用传统方式的三维封装就可实现模块集成，其成本低但产品附加值极高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种微机电芯片与集成电路芯片的混合封装结构及其封装方法，解决了现有技术中微机电芯片与集成电路芯片集成度低、工艺难于实现、良率较低的问题。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：微机电芯片与集成电路芯片的混合封装结构，包括微机电芯片、集成电路芯片、上基板、下基板以及设置于上基板和下基板之间的塑封胶，微机电芯片、集成电路芯片与上基板和/或下基板之间形成电连接，上基板与下基板之间形成电连接，上基板上开出至少一个穿透上基板的窗口，一个或多个微机电芯片和/或集成电路芯片放置于上基板的窗口处、下基板表面和/或上基板表面。进一步地，所述上基板为上层电路基板，下基板为下层电路基板，其中，下基板的上表面上放置微机电芯片或集成电路芯片，称为下基板上方芯片，下基板上方的微机电芯片上的电路、集成电路芯片的有源表面通过电连接至下基板的表面；下基板的上部设置塑封胶，所述塑封胶包覆下基板上方芯片、电子元器件及电连接结构；上基板的下表面贴合于塑封胶的上方，上基板的下表面与塑封胶之间的缝隙设置填充物；上基板的下表面与下基板的上表面之间设置穿过塑封胶与填充物且具有电连接的通孔，通孔内部有导电性材料；所述窗口贯通至塑封胶表面，窗口内的塑封胶表面上方放置微机电芯片或集成电路芯片，称为窗口内芯片，窗口内的微机电芯片上的电路、集成电路芯片的有源表面通过电连接至上基板的表面。所述窗口内塑封胶有向下凹沉或向上凸起的结构，分别称为凹沉窗口和凸起窗口。所述微机电芯片、集成电路芯片周围设置电路保护装置。所述电路保护装置为保护性覆盖胶体或塑封胶。所述上基板上部设置封合装置。在上基板上方设置至少一个预塑封腔体。所述微机电芯片或集成电路芯片能够堆叠放置。窗口内的塑封胶表面首先放置辅助性衬底，然后在辅助性衬底的上表面放置微机电芯片。下基板下表面能够与位于其下方的印刷电路板或封装体或电源互连，并形成电连接。所述上基板采用金属框架衬底。所述金属框架衬底被塑封胶塑封，该塑封胶称为金属框架衬底塑封胶。所述填充物为金属框架衬底塑封胶。所述上基板和/或下基板的上表面上设置与其形成电连接的至少一个电子元器件或其封装体。一种微机电芯片与集成电路芯片的混合封装结构的封装方法，包括如下步骤：步骤1、在下基板上进行植锡球、集成电路芯片粘贴、设置电连接机构、并形成电连接操作；步骤2、对下基板上的锡球、集成电路芯片、电连接机构进行塑封；步骤3、对锡球上方的塑封结构进行激光烧蚀，并且在激光烧蚀后的锡球上方继续进行植锡球操作；步骤4、将带有至少一个窗口的上基板与步骤3得到的锡球焊接起来，同时进行填充物充填；步骤5、在窗口内放置微机电芯片，并对微机电芯片进行电连接操作；步骤6、进行点胶，加上封合装置，形成封装结构。本专利技术还公开了一种微机电芯片与集成电路芯片的混合封装结构的封装方法，包括如下步骤：步骤1、在下基板上进行植锡球、集成电路芯片粘贴、设置电连接机构、并形成电连本文档来自技高网...

【技术保护点】
微机电芯片与集成电路芯片的混合封装结构，包括微机电芯片、集成电路芯片、上基板、下基板以及设置于上基板和下基板之间的塑封胶，微机电芯片、集成电路芯片与上基板和/或下基板之间形成电连接，上基板与下基板之间形成电连接，其特征在于：上基板上开出至少一个穿透上基板的窗口，一个或多个微机电芯片和/或集成电路芯片放置于上基板的窗口处、下基板表面和/或上基板表面。

【技术特征摘要】
1.微机电芯片与集成电路芯片的混合封装结构，包括微机电芯片、集成电路芯片、上基板、下基板以及设置于上基板和下基板之间的塑封胶，微机电芯片、集成电路芯片与上基板和/或下基板之间形成电连接，上基板与下基板之间形成电连接，其特征在于：上基板上开出至少一个穿透上基板的窗口，一个或多个微机电芯片和/或集成电路芯片放置于上基板的窗口处、下基板表面和/或上基板表面。2.根据权利要求1所述的微机电芯片与集成电路芯片的混合封装结构，其特征在于：所述上基板为上层电路基板，下基板为下层电路基板，其中，下基板的上表面上放置微机电芯片或集成电路芯片，称为下基板上方芯片，下基板上方的微机电芯片上的电路、集成电路芯片的有源表面通过电连接至下基板的表面；下基板的上部设置塑封胶，所述塑封胶包覆下基板上方芯片、电子元器件及电连接结构；上基板的下表面贴合于塑封胶的上方，上基板的下表面与塑封胶之间的缝隙设置填充物；上基板的下表面与下基板的上表面之间设置穿过塑封胶与填充物且具有电连接的通孔，通孔内部有导电性材料；所述窗口贯通至塑封胶表面，窗口内的塑封胶表面上方放置微机电芯片或集成电路芯片，称为窗口内芯片，窗口内的微机电芯片上的电路、集成电路芯片的有源表面通过电连接至上基板的表面。3.根据权利要求1或2所述的微机电芯片与集成电路芯片的混合封装结构，其特征在于：所述窗口内塑封胶有向下凹沉或向上凸起的结构，分别称为凹沉窗口和凸起窗口。4.根据权利要求1、2或3所述的微机电芯片与集成电路芯片的混合封装结构，其特征在于：所述微机电芯片、集成电路芯片周围设置电路保护装置。5.根据权利要求4所述的微机电芯片与集成电路芯片的混合封装结构，其特征在于：所述电路保护装置为保护性覆盖胶体或塑封胶。6.根据权利要求1或2所述的微机电芯片与集成电路芯片的混合封装结构，其特征在于：所述上基板上部设置封合装置。7.根据权利要求1或2所述的微机电芯片与集成电路芯片的混合封装结构，其特征在于：在上基板上方设置至少一个预塑封腔体。8.根据权利要求1或2所述的微机电芯片与集成电路芯片的混合封装结构，其特征在于：所述微机电芯片或集成电路芯片能够平行或堆叠放置。9.根据权利要求1或2所述的微机电芯片与集成电路芯片...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄卫东，
申请(专利权)人：黄卫东，
类型：发明
国别省市：上海,31