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

随着半导体器件的尺寸越来越小，产品内部封装空间被压缩，其封装结构内的芯片间距也越来越小。同时，由于对外部腐蚀等的屏蔽要求越来越高，故要求在集成电路芯片的表面包覆一层防护层。目前，通常是采用点胶的方式来实现包覆芯片，但是由于芯片间距较小，点胶方式存在易污染旁边芯片及损伤金属连接线的问题。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种传感器封装结构，旨在解决使用点胶方式进行防护易污染的问题。

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；

传感器芯片，所述传感器芯片设于所述容置腔内；

ASIC芯片，所述ASIC芯片设于所述容置腔内，并与所述基板和传感器芯片均电连接；及

塑封层，所述塑封层覆盖所述ASIC芯片的部分背离所述基板的表面。

可选的实施例中，所述塑封层包覆所述ASIC芯片的部分背离所述基板的表面和所述ASIC芯片的部分周侧面，且所述塑封层位于所述ASIC芯片远离所述传感器芯片的一侧。

可选的实施例中，所述基板朝向所述罩盖的表面开设有安装槽，所述ASIC芯片设于所述安装槽内，所述塑封层覆盖所述ASIC芯片的部分背离所述基板的表面，并充满所述ASIC芯片的部分周侧面和与之对应的所述安装槽的侧壁之间的空隙。

可选的实施例中，所述塑封层还包覆所述安装槽的部分开口外边沿。

可选的实施例中，所述塑封层在所述ASIC芯片背离所述基板的表面的投影面积为S1，所述ASIC芯片背离所述基板的表面面积为S2，其中，S1/S2的比值范围为大于等于2/3小于等于3/4；和/或，

所述塑封层在所述ASIC芯片背离所述基板的表面的厚度范围为75μm～100μm。

可选的实施例中，所述传感器芯片为MEMS芯片，所述基板开设有连通所述容置腔的声孔，所述传感器芯片覆盖所述声孔设置，所述ASIC芯片未被所述塑封层遮盖的位置设有第一引脚，所述MEMS芯片通过第一金属线与所述第一引脚电连接。

可选的实施例中，所述基板的表面设置有焊盘，所述ASIC芯片通过第二金属线与所述焊盘电连接，所述塑封层包覆所述第二金属线。

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、传感器芯片及ASIC芯片；

将所述传感器芯片和所述ASIC芯片间隔贴装在所述基板的表面；

将所述ASIC芯片与所述基板电连接，并使用挡板遮盖所述ASIC芯片靠近所述传感器芯片的一侧；

使用塑封工艺对所述ASIC芯片进行塑封，形成部分遮盖所述ASIC芯片背离所述基板的表面的塑封层；

将所述挡板撤去，并将所述传感器芯片电连接于所述ASIC芯片未被遮盖的部分；

将罩盖封装在所述基板的表面，以围合形成容置腔，所述传感器芯片、所述ASIC芯片以及所述塑封层均位于所述容置腔内。

可选的实施例中，所述基板的表面设置有焊盘，所述传感器芯片的表面设置有焊接点，所述ASIC芯片的表面设置有第一引脚和第二引脚；

所述将所述传感器芯片和所述ASIC芯片间隔贴装在所述基板的表面的步骤包括：

将所述传感器芯片未设置焊接点的表面贴装在所述基板设有所述焊盘的表面；

将所述ASIC芯片未设置所述第一引脚和第二引脚的表面贴装在所述基板设有所述焊盘的表面；

所述将所述ASIC芯片与所述基板电连接，并使用挡板遮盖所述ASIC芯片靠近所述传感器芯片的一侧的步骤中，包括：

将所述ASIC芯片的第二引脚通过第二金属线与所述焊盘连接；

使用挡板遮盖所述ASIC芯片的第二引脚及其周缘位置；

所述将所述挡板撤去，并将所述传感器芯片电连接于所述ASIC芯片未被遮盖的部分的步骤包括：

将所述ASIC芯片的第一引脚通过第一金属线与所述焊接点连接。

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，使用塑封层遮盖ASIC芯片背离基板的部分表面，从而起到防腐蚀的保护作用，这里替代了现有的采用点胶方式对ASIC芯片进行包覆，可以有效地避免点胶过程中因芯片间距较小而易造成污染旁边芯片的问题，从而提高了封装结构的可靠性和良品率。

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为图3对应的传感器封装结构制作过程中的剖视图。

附图标号说明：

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、传感器芯片70、ASIC芯片90及塑封层50，所述基板10与所述罩盖30围合形成容置腔100a；

所述传感器芯片70设于所述容置腔100a内；所述ASIC芯片90设于所述容置腔100a内，并与所述基板10和传感器芯片70均电连接；

所述塑封层50覆盖所述ASIC芯片90的部分背离所述基板10的表面。

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，其基材可以选择硅基材或环氧树脂基材等，在该基材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13，且在电路的表面还会设置一层阻焊层，阻焊层就是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13开设有显露口，以显露焊盘13，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13、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。两两电性连接方式可以是通过打线操作进行连线，也可以通过在基板10内设置金属走线来实现。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，为了将基板10与所应用的产品或系统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，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。

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。塑封层50覆盖ASIC芯片90背向基板10的部分表面，这样可以有效地对ASIC芯片90进行屏蔽防护，而不需要进行点胶操作。此处的塑封层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，而覆盖ASIC芯片90背向基板10的部分表面可以通过遮盖板的遮盖而实现，保留部分表面方便与传感器芯片70电连接。

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，使用塑封层50遮盖ASIC芯片90背离基板10的部分表面，从而起到防腐蚀的保护作用，这里替代了现有的采用点胶方式对ASIC芯片90进行包覆，可以有效地避免点胶过程中因芯片间距较小而易造成污染旁边芯片的问题，从而提高了封装结构的可靠性和良品率。

可选的一实施例中，所述塑封层50包覆所述ASIC芯片90的部分背离所述基板10的表面和所述ASIC芯片90的部分周侧面，且所述塑封层50位于所述ASIC芯片90远离所述传感器芯片70的一侧。

此处，塑封层50除了包覆集成ASIC芯片90背向基板10的部分表面，还包覆部分ASIC芯片90的周侧面，从而可以使得其屏蔽防护效果更好，且塑封层50的四周边缘连接基板10的表面，同时还能起到固定ASIC芯片90的作用，使其结构更加稳固。当然地，这里塑封层50位于ASIC芯片90远离传感器芯片70的一侧，例如，ASIC芯片90为四方结构，则塑封层50包覆三个周侧面，而不覆盖朝向传感器芯片70的一周侧面，从而不影响传感器芯片70与ASIC芯片90的电连接，也方便进行塑封工艺。

请继续参照图1，可选的实施例中，所述基板10朝向所述罩盖30的表面开设有安装槽15，所述ASIC芯片90设于所述安装槽15内，所述塑封层50覆盖所述ASIC芯片90的部分背离所述基板10的表面，并充满所述ASIC芯片90的部分周侧面和与之对应的所述安装槽15的侧壁之间的空隙。

本实施例中，为了方便实施塑封工艺，在基板10朝向罩盖30的表面开设安装槽15，此处安装槽15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15的底壁。此时，遮盖安装槽15靠近传感器芯片70的一侧的开口边沿，并同时遮盖部分ASIC芯片90背离基板10的表面，然后将注塑的材料注塑到所围合的范围内，使得塑封层50充满ASIC芯片90的部分周侧面与安装槽15的侧壁之间的空隙，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漫流的挡板，使得塑封更加方便快捷。

可选的实施例中，所述塑封层50还包覆所述安装槽15的部分开口外边沿。

本实施例中，为了进一步提高结构稳定性，塑封层50还包覆安装槽15的部分开口外边沿，此处的边沿为远离传感器芯片70的，与所覆盖的ASIC芯片90的周侧面是相对应的，增大塑封层50与基板10的连接面积，从而使得整体结构稳定更好。

可选的实施例中，所述塑封层50在所述ASIC芯片90背离所述基板10的表面的投影面积为S1，所述ASIC芯片90背离所述基板10的表面面积为S2，其中，S1/S2的比值范围为大于等于2/3小于等于3/4；和/或，

所述塑封层50在所述ASIC芯片90背离所述基板10的表面的厚度范围为75μm～100μm。

本实施例中，为了能够尽可能的保护ASIC芯片90，塑封层50覆盖其表面的面积不宜过小，而为了方便塑封工艺的实施，且不影响与传感器芯片70的电连接，塑封层50覆盖ASIC芯片90背离基板10的表面的面积不宜过大，此处，设置塑封层50在ASIC芯片90背离基板10的投影面积为S1，ASIC芯片90背离基板10的表面面积为S2，S1/S2的比值范围为大于等于2/3小于等于3/4，从而在保证加工效率的同时，能够最大限度的提高对ASIC芯片90的防护。

在一实施例中，塑封层50在ASIC芯片90背离基板10的表面的厚度也不宜过小，否则容易出现空洞，当然，塑封层50在ASIC芯片90背离基板10的表面的厚度也不宜过大，造成不必要的浪费。此处，设置塑封层50的厚度范围为75μm～100μm，例如，80μm、85μm、90μm等，从而在起到对ASIC芯片90的防护的同时，也可以节约成本。

请结合图1和图2，可选的实施例中，所述传感器芯片70为MEMS芯片，所述基板10开设有连通所述容置腔100a的声孔11，所述传感器芯片70覆盖所述声孔11设置，所述ASIC芯片90未被所述塑封层50遮盖的位置设有第一引脚91，所述MEMS芯片通过第一金属线81与所述第一引脚91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，并传输至ASIC芯片90。ASIC芯片90用于为MEMS芯片提供电压，并对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ASIC芯片90电连接，是通过振膜组件73与ASIC芯片90电连接，设置振膜组件73通过第一金属线81与ASIC芯片90的第一引脚91电连接，此处，第一金属线81可以是金线或铜线等，有效提高电连接的性能。第一引脚91设置在ASIC芯片90邻近MEMS芯片的一侧，且未被塑封层50遮盖，数量设置为两个，对应的，MEMS芯片上设置有两个焊接点731，将两个焊接点731通过两个第一金属线81与两第一引脚91分别电连接，即使其中一个出现故障，也能保证电连接，从而保障传感器的使用性能。

请参照图2，可选的实施例中，所述基板10的表面设置有焊盘13，所述ASIC芯片90通过第二金属线83与所述焊盘13电连接，所述塑封层50包覆所述第二金属线83。

此处，ASIC芯片90与基板10的电连接是通过第二金属线83连接的，第二金属线83的材质与第一金属线81的材质相同，可为铜材或金材，具有良好的导通效果。且，基板10的焊盘13设置有多个，对应的，ASIC芯片90设置多个第二引脚93，多个焊盘13与多个第二引脚93一一对应设置，通过多个第二金属线83电连接，从而实现ASIC芯片90与基板10的连接稳定性。当然，于其他实施例中，将ASIC芯片90通过植锡球的焊接方式固定于基板10。

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、传感器芯片70及ASIC芯片90；

步骤S20：将所述传感器芯片70和所述ASIC芯片90间隔贴装在所述基板10的表面；

步骤S30：将所述ASIC芯片90与所述基板10电连接，并使用挡板遮盖所述ASIC芯片90靠近所述传感器芯片70的一侧；

步骤S40：使用塑封工艺对所述ASIC芯片90进行塑封，形成部分遮盖所述ASIC芯片90背离所述基板10的表面的塑封层50；

步骤S50：将所述挡板撤去，并将所述传感器芯片70电连接于所述ASIC芯片90未被遮盖的部分；

步骤S60：将罩盖30封装在所述基板10的表面，以围合形成容置腔100a，所述传感器芯片70、所述ASIC芯片90以及所述塑封层50均位于所述容置腔100a内。

具体地，首先采用胶粘的方式将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，将ASIC芯片90与基板10进行电连接，实现电气连接。再使用遮挡板遮盖ASIC芯片90靠近传感器一侧的表面，对ASIC芯片90进行塑封，形成部分遮盖ASIC芯片90背离基板10的表面的塑封层50。接着，撤去遮挡板，将传感器芯片70贴装在基板10的表面，并将传感器芯片70与ASIC芯片90进行电连接，此处，可以通过ASIC芯片90未被遮盖的部分与传感器芯片70进行电连接。最后，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以及塑封层50均位于容置腔100a内。

可以理解的，这里采用塑封层50部分遮盖ASIC芯片90实施防护，而不是采用点胶的操作来实现包覆ASIC芯片90，有效地避免了点胶过程中因芯片间距较小而易造成污染旁边芯片的问题，从而提高了传感器封装结构100的可靠性和良率。

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，塑封层50不仅遮盖ASIC芯片90背离基板10的表面，而且可以包覆ASIC芯片90的部分周侧面，即塑封层50填充在槽内壁与ASIC芯片90的部分周侧面之间，从而起到更好的屏蔽防护的作用。当然地，塑封层50在ASIC芯片90背离基板10的表面的遮盖可以延伸到槽的开口边沿一段距离，以使得该塑封结构更加稳定。

可选的实施例中，所述基板10的表面设置有焊盘13，所述传感器芯片70的表面设置有焊接点731，所述ASIC芯片90的一表面间隔设置有第一引脚91和第二引脚93；

所述将所述传感器芯片70和所述ASIC芯片90间隔贴装在所述基板10的表面的步骤S20包括：

S21：将所述传感器芯片70未设置焊接点731的表面贴装在所述基板10设有所述焊盘13的表面；

S22：将所述ASIC芯片90未设置所述第一引脚91和第二引脚93的表面贴装在所述基板10设有所述焊盘13的表面；

所述将所述ASIC芯片90与所述基板10电连接，并使用挡板遮盖所述ASIC芯片90靠近所述传感器芯片70的一侧的步骤S30中，包括：

S31：将所述ASIC芯片90的第一引脚91通过第二金属线83与所述焊盘13连接；

S32：使用挡板遮盖所述ASIC芯片90的第二引脚93及其周缘位置；

所述将所述挡板撤去，并将所述传感器芯片70电连接于所述ASIC芯片90未被遮盖的部分的步骤S50包括：

S51：将所述ASIC芯片90的第二引脚93通过第一金属线81与所述焊接点731连接。

具体地，将基板10上的阻焊层开设有显露孔，使得进行连接的焊盘13显露出来，同时将传感器芯片70未设置焊接点731的表面贴装在基板10设置焊盘13的表面，将ASIC芯片90未设置第一引脚91的表面贴设于基板10设置焊盘13的表面，从而方便ASIC芯片90的电连接。然后，将ASIC芯片90的第一引脚91通过第二金属线83与焊盘13连接后，使用挡板遮盖第二引脚93，并遮盖第二引脚93的周缘位置，防止塑封层50覆盖。在塑封过程中，可以将塑封层50朝向安装槽15的槽口边沿延伸一定距离，从而将第二金属线83和焊盘13一同包覆，进一步确保ASIC芯片90的连接稳定性。在挡板撤去之后，第二引脚93显露处理，从而通过第一金属线81与焊接点731连接，即可实现ASIC芯片90与传感器芯片70的电连接。此处，是在塑封之后贴装并电连接传感器芯片70，故而塑封层50不会对第一金属线81造成损伤，同时也不会影响传感器芯片70，提高了传感器封装结构100的良率。

需要说明的是，这里第二引脚93、焊盘13及第二金属线83的数量可以为多个，第二引脚93和焊盘13一一对应，且通过一第二金属线83电性连通。同样的，第二引脚93、焊接点731及第一金属线81的数量也可以为多个，第一引脚91和焊接点731一一对应，且通过一第一金属线81电性连通，保证电连接的实现。

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。