芯片封装工艺和芯片封装模组

技术领域

本发明涉及系统级封装技术领域，特别涉及一种芯片封装工艺和芯片封装模组。

背景技术

目前行业内的MEMS(系统级封装)工艺流程为：倒装ASIC芯片-清洗烘烤-等离子清洗-水滴角检测-底部填充-烘烤-黏贴MEMS传感器-烘烤-金线键合-划锡膏-贴壳回流等等，由于底部填充过程中易发生胶体溢流到基板的接线垫上，对后续金线键合产生不利影响。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种芯片封装工艺和芯片封装模组，旨在保障MEMS芯片与基板的电连接性能，同时缩短芯片封装模组的生产周期。

为实现上述目的，本发明提出的芯片封装工艺包括以下步骤：

将ASIC芯片贴装于基板上，并在ASIC芯片与基板之间形成有间隙；

将所述MEMS芯片贴装于所述ASIC芯片背离所述基板的一侧；

通过键合方式将金线连接所述基板和所述MEMS芯片；

将填充胶填充于所述间隙；

将封装壳体设于所述基板上，并与所述基板围合形成容纳腔，使所述ASIC芯片、所述MEMS芯片和所述金线容纳于所述容纳腔内。

在本发明的一实施例中，所述将填充胶填充于所述间隙的步骤包括：

通过点胶阀将填充胶充满所述间隙；

对所述间隙内的填充胶进行烘烤，使所述填充胶固化。

在本发明的一实施例中，所述填充胶的材质为环氧树脂。

在本发明的一实施例中，所述点胶阀采用压电陶瓷阀。

在本发明的一实施例中，所述将填充胶填充于所述间隙的步骤之前，还包括：

制备测试板，所述测试板包括测试基板和贴装于所述测试基板上的测试ASIC芯片；

将填充胶填充于所述测试ASIC芯片与所述测试基板之间，形成测试填胶层；

通过超声波扫描检测所述测试填胶层的填充效果；

若达标，则执行所述将填充胶填充于所述间隙的步骤。

在本发明的一实施例中，所述将所述ASIC芯片贴装于所述基板上的步骤包括：

在所述基板上制备多个间隔设置的连接件，将所述ASIC芯片置于所述连接件背离所述基板的一侧。

在本发明的一实施例中，所述将所述ASIC芯片贴装于所述基板上的步骤之后，还包括：

清除所述基板上残留的助焊剂，并烘干。

在本发明的一实施例中，所述将所述MEMS芯片贴装于所述ASIC芯片背离所述基板的一侧的步骤包括：

于所述ASIC芯片背离所述基板的一侧涂覆黏胶；

于所述黏胶背离所述ASIC芯片的一侧粘贴所述MEMS芯片；

对所述黏胶进行烘烤，使所述黏胶固化。

在本发明的一实施例中，所述将所述封装壳体设于所述基板上，并与所述基板围合形成容纳腔，使所述ASIC芯片、所述MEMS芯片和所述金线容纳于所述容纳腔内的步骤包括：

将锡膏点涂在基板四周的铜箔上；

将封装壳体的四周对应所述锡膏贴在所述基板，并通过回流焊融化所述锡膏，使所述封装壳体与所述基板焊接。

本发明还提出一种芯片封装模组，所述芯片封装模组采用上述实施例所述的芯片封装工艺制作而成。

本发明技术方案通过将底部填充步骤放在金线键合后面，由于在底部填充之前已经完成了金线键合，MEMS芯片与基板的电性连接已经完成，之后再对ASIC芯片与基板之间的间隙进行填充填充胶，即便发生溢胶也不会对MEMS芯片与基板的电性能产生影响；另外为了防止等离子清洗对MEMS芯片的影响，本发明取消了等离子清洗和水滴角检测工序，缩短了芯片封装工艺的工艺周期，也即缩短了芯片封装模组的生产周期，实现提高生产效率的目的。

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为本发明芯片封装模组一实施例的纵截面结构示意图；

图2为本发明芯片封装模组一实施例中去除封装壳体的结构示意图；

图3为本发明芯片封装工艺的第一实施例的流程示意图；

图4为本发明芯片封装工艺的第二实施例的流程示意图；

图5为本发明芯片封装工艺的第三实施例的流程示意图；

图6为本发明芯片封装工艺的第四实施例的流程示意图；

图7为本发明芯片封装工艺的第五实施例的流程示意图；

图8为本发明芯片封装工艺的第六实施例的流程示意图。

附图标号说明：

本发明的实现、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，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示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。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“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，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B为例”，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。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。

请参阅图1、图2和图3，本发明提出一种芯片封装工艺，本实施例中，提供基板1、ASIC芯片2、MEMS芯片3、金线4和封装壳体5。

请参阅图3，所述芯片封装工艺包括以下步骤：

S100：将ASIC芯片2贴装于所述基板1上，并在ASIC芯片2与基板1之间形成有间隙；

本实施例中所述基板1设有电路层，具有铜层，并且具有用于安装芯片的安装位，所述安装位具有连接基板1内部电路的焊盘等触点，所述基板1表面设置有信号触点，用于与外部电路连接。

本实施例中，通过Flip chip(倒装芯片)工艺将ASIC芯片2贴装于基板1上，Flipchip是在基板1的安装位沉积锡球，然后将芯片翻转加热利用熔融的锡球与基板1相结合，实现ASIC芯片2安装于基板1的目的。同时会在ASIC芯片2与基板1之间形成有间隙，后续可通过底部填充工艺在间隙内填充底部填充胶7，达到加固的目的。

S200：将所述MEMS芯片3贴装于所述ASIC芯片2背离所述基板1的一侧；

MEMS芯片3，MEMS芯片3可以把外界的物理、化学信号转换成电信号，而ASIC芯片2是把MEMS芯片3产生的电信号进一步处理和传输到下一级电路。MEMS是Micro-Electro-Mechanical System的缩写，中文名称是微机电系统。MEMS芯片3简而言之，就是用半导体技术在硅片上制造电子机械系统，再形象一点说就是做一个微米纳米级的机械系统，这个机械系统可以把外界的物理、化学信号转换成电信号。这类芯片最常用的是承担传感功能。在整个大的信息系统里有点类似于人的感官系统，例如MEMS麦克风芯片相当于人的耳朵，可以感知声音；MEMS扬声器芯片相当于人的嘴巴，可以发出声音；MEMS加速度计、陀螺仪、磁传感器芯片相当于人的小脑，可以感知方向和速度；MEMS压力芯片相当于人的皮肤，可以感知压力；MEMS化学传感器相当于人的鼻腔，可以感知味道和温湿度。把一颗MEMS芯片3和一颗专用集成电路芯片(ASIC芯片)封装在一块后形成的器件为MEMS传感器。也即，本工艺制作而成的芯片封装模组是一MEMS传感器。

本实施例中，通过将MEMS芯片3贴装于所述ASIC芯片2，实现MEMS芯片3与ASIC芯片2的电性连接，MEMS芯片3产生的电信号可输送至ASIC芯片2进行进一步处理，然后经ASIC芯片2输出至外部。

S300：通过键合方式将金线4连接所述基板1和所述MEMS芯片3；

用导线将MEMS芯片3上的电极与基板1上的引脚向连接的工艺为金线4键合，本实施例中，图2中的接线垫11即为基板1上的引脚。通过金线4键合的方式实现了MEMS芯片3与接线垫11的电性连接，本实施例中再进行金线4键合的步骤时，接线垫11上不会有现有技术中的溢胶存在，所以，可以保障金线4键合后MEMS芯片3与接线垫11的电性能。

S400：将填充胶7填充于所述间隙；

本实施例中，所述填充胶7的材质为环氧树脂，将填充胶7填充于所述间隙即为底部填充步骤，底部填充是用化学胶水(主要成分为环氧树脂)对ASIC芯片2进行底部填充，利用加热的固化形式，将间隙大面积填满，一般一般覆盖80％间隙以上，从而达到加固的目的，通过填充填充胶7可以增强芯片ASIC和基板1之间的抗跌落性能。

本实施例中，在金线4键合步骤之后进行底部填充步骤，即便底部填充过程中发生溢胶至接线垫11位置，由于此时MEMS芯片3和接线垫11之间已经完成了键合，溢胶不会对MEMS芯片3和接线垫11之间的电性能产生影响。

S500：将封装壳体5设于所述基板1上，并与所述基板1围合形成容纳腔1a，使所述ASIC芯片2、所述MEMS芯片3和所述金线4容纳于所述容纳腔1a内。

可以理解的是，通过封装壳体5与基板1的连接，实现封装芯片的目的，封装壳体5可以起到隔离和屏蔽的作用，以防止空气中的杂质对封装芯片模组的电路的腐蚀而造成电气性能下降。另一方面，封装后形成的封装芯片模组也更便于安装和运输。

本实施例通过将底部填充步骤放在金线4键合后面，由于在底部填充之前已经完成了金线4键合，MEMS芯片3与基板1的电性连接已经完成，之后再对ASIC芯片2与基板1之间的间隙进行填充填充胶7，即便发生溢胶也不会对MEMS芯片3与基板1的电性能产生影响；另外为了防止等离子清洗对MEMS芯片3的影响，本发明取消了等离子清洗和水滴角检测工序，缩短了芯片封装工艺的工艺周期，也即缩短了芯片封装模组的生产周期，实现提高生产效率的目的。

请参阅图4，在本发明的一实施例中，所述将填充胶7填充于所述间隙的步骤包括：

S410：通过点胶阀将填充胶7充满所述间隙；

本实施例中，所述点胶阀采用压电陶瓷阀，现有技术中使用的喷射阀单次点胶胶量较大同时单次胶体体积较大，故需要足够点胶空间才能避免胶体溢流到基板1的铜泊上，点胶高度一定情况，对散点控制能力有限，容易散点到MEMS芯片3上造成不良。压电陶瓷阀的单次胶量更少同时单次胶体体积较小，对点胶空间要求降低。同时压电陶瓷阀的散点控制变现更好，可有效改善MEMS芯片3表面散点不良现象。

可选用全自动点胶机压电阀进行底部填胶。

全自动点胶机压电阀工作原理：使用高速压电陶瓷将撞针摆动到阀座(喷嘴插件)，液体(在压力下)流到撞针和喷嘴之间的腔体中，撞针撞击喷嘴以产生液滴。

全自动点胶机压电阀初始时刻，胶体充满阀体通道，撞针上部受到胶体重量的压紧靠在喷嘴底部并封住喷嘴出口，压电制动器被施以高电平，压电制动器横向伸长，使得压电阀撞针向上抬起。

然后全自动点胶机压电阀喷嘴打开，受外部气压驱动液填充撞针上移然后所形成的阀体空隙，并使一定量的胶液流出喷嘴，此时压电制动器则被施以低电平，压电制动器和菱形放大机构收缩。

同时在弹簧回复力的作用下，撞针向下高速撞击喷嘴内腔体并封住喷口，胶体被挤在喷嘴内的腔体并在惯性力的作用下，撞针不断上下往复振动，从而实现全自动点胶机高速喷射点胶，通过改变驱动电压幅值、频率、占空比等可对撞针振幅、频率进行调节，进行调节，进而实现对胶滴喷射性能的控制。

全自动点胶机阀采用非接触式喷射点胶、精度高、功能也比较强大，可以在狭小的缝隙中喷射点胶。

S420：对所述间隙内的填充胶7进行烘烤，使所述填充胶7固化。

填充胶7加热之后可以固化，一般固化温度在80℃-150℃，固化后的填充胶7起到加固作用。

请参阅图5，在本发明的一实施例中，所述将填充胶7填充于所述间隙的步骤之前，还包括：

S610：制备测试板，所述测试板包括测试基板1和贴装于所述测试基板1上的测试ASIC芯片2；

S620：将填充胶7填充于所述测试ASIC芯片2与所述测试基板1之间，形成测试填胶层；

S630：通过超声波扫描检测所述测试填胶层的填充效果；若达标，则执行步骤S400：所述将填充胶7填充于所述间隙。

本发明中因为在底部填充之前已经贴装了MEMS芯片3，做完底部填充后无法通过扫描对底部填充效果进行检验，故本发明中为了实时检验底部填充效果，需制备测试板进行对照，测试板不贴装MEMS芯片3，先对测试板进行底部填胶步骤，通过超声波扫描检测所述测试填胶层的填充效果，如果测试板的底部填胶效果达到预期，可以确认贴装了MEMS芯片3后进行底部填充的填充效果也可以达到预期，那么就可以对执行所述将填充胶7填充于所述间隙的步骤。

具体的，在制作封装芯片模组的时，每个批次准备一个测试板，当产品流转到底部填充步骤时，先用测试板进行点胶，确认点胶效果达标后，再对正式产品进行作业，这样既能解决无法进行扫描检测，也可确认底部填充效果。若对测试板的填充效果检测不达标，则调整底部填充胶7工艺，比如对压电陶瓷阀的参数进行调整，或对填充胶7的型号进行调整。

请参阅图6，在本发明的一实施例中，所述将所述ASIC芯片2贴装于所述基板1上的步骤包括：

S110：在所述基板1上制备多个间隔设置的连接件6；

S120：将所述ASIC芯片2置于所述连接件6背离所述基板1的一侧。

本实施例中，连接件6为锡球，将ASIC芯片2上导电的凸点与基板1上的锡球通过一定工艺连接起来，起到连接ASIC芯片2与基板1的作用，实现ASIC芯片2性能的正常输出。在典型的倒装芯片封装中，ASIC芯片2通过3到5个密耳(mil)厚的凸点连接到基板1上，底部填充胶7可以用来保护凸点和连接件6。

在本发明的一实施例中，所述将所述ASIC芯片2贴装于所述基板1上的步骤之后，还包括：

S130：清除所述基板1残留的助焊剂，并烘干。

在倒装芯片工艺时，使用了助焊剂，为避免助焊剂对基板1产生影响，需对基板1上残留的助焊剂进行清除，通常采用清洗水清除助焊剂，之后烘干水洗后残留水分。

请参阅图7，在本发明的一实施例中，所述将所述MEMS芯片3贴装于所述ASIC芯片2背离所述基板1的一侧的步骤包括：

S210：于所述ASIC芯片2背离所述基板1的一侧涂覆黏胶8；

S220：于所述黏胶8背离所述ASIC芯片2的一侧粘贴所述MEMS芯片3；

S230：对所述黏胶8进行烘烤，使所述黏胶8固化。

本实施例中，通过黏胶8将MEMS芯片3固定于ASIC芯片2上，并将所述MEMS芯片3与ASIC芯片2电连接。对黏胶8进行加温固化，实现加固作用。

请参阅图8，在本发明的一实施例中，所述将所述封装壳体5设于所述基板1上，并与所述基板1围合形成容纳腔1a，使所述ASIC芯片2、所述MEMS芯片3和所述金线4容纳于所述容纳腔1a内的步骤包括：

S510：将锡膏9点涂在基板1四周的铜箔上；

S520：将封装壳体5的四周对应所述锡膏9贴在所述基板1，并通过回流焊融化所述锡膏9，使所述封装壳体5与所述基板1焊接。

锡膏9是一种新型焊接材料。锡膏9是是由焊锡粉、助焊剂以及其它的添加物混合而成的膏体。锡膏9在常温下有一定的粘性，可将电子元器件初粘在既定位置，在焊接温度下，随着溶剂和部分添加剂的挥发，将被焊元器件与印制电路焊盘焊接在一起形成永久连接。本实施例中通过锡膏9实现封装壳体5与基板1的连接，

本发明还提出一种芯片封装模组，所述芯片封装模组采用上述实施例所述的芯片封装工艺制作而成。

如图1所示，所述芯片封装模组包括：

基板1；

封装壳体5；所述封装壳体5设于所述基板1，并与所述基板1围合形成容纳腔1a；

ASIC芯片2，所述ASIC芯片2设于所述容纳腔1a内，并贴装于所述基板1上；所述ASIC芯片2和所述基板1之间填充有填充胶7；

MEMS芯片3，所述MEMS芯片3设于所述容纳腔1a内，并贴装于所述ASIC芯片2背离所述基板1的一侧；及

金线4，所述金线4的两端分别连接所述MEMS芯片3和所述基板1。

本芯片封装模组采用上述实施例所述的芯片封装工艺制作而成，具有上述芯片封装工艺的全部有益效果，在此就不再赘述。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的创造构思下，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。