一种MEMS光电传感器的封装结构及其制造方法

技术领域

本发明属于半导体制造技术领域，具体涉及一种MEMS光电传感器的封装结构及其制造方法。

背景技术

近年来，在智能手机、穿戴式产品、小家电等设备中，MEMS光电传感器得到了越来越广泛的使用；其主结构是通过将MEMS发射光芯片与MEMS接收光芯片集成一体的封装以实现性能集成，并缩小终端产品的集成空间，使得终端产品尺寸可以小型化，精密化；现有技术中的MEMS传感器封装通常采用open molding方式进行塑封，此工艺在作业过程中，塑封溶料不可控，塑封容易出现裂片、溢料、沾污等问题，例如，塑封材料粘接于玻璃片表面，造成光感应区出现异常等情况，导致产品良率较低，损耗成本较高。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种MEMS光电传感器的封装结构及其制造方法，解决了现有技术中采用open molding方式进行塑封产品良率较低的问题。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种MEMS光电传感器的封装结构，包括基板和固定设置于基板上的第一MEMS芯片，所述第一MEMS芯片顶面设置有光感应器，所述基板上设置有罩设于第一MEMS芯片的金属盖子，且光感应器投影于金属盖子的区域为孔洞结构，所述孔洞结构设置有玻璃板。

进一步的，所述基板上还设置有第二MEMS芯片，所述金属盖子同时罩设于第一MEMS芯片和第二MEMS芯片，所述第一MEMS芯片和第二MEMS芯片的顶面均分别设置有光感应器，所述光感应器投影于金属盖子的区域设置分别有孔洞结构，所述孔洞结构均设置有玻璃板，玻璃板之间设置有间隔板，所述间隔板底部绝缘连接于第一MEMS芯片、第二MEMS芯片或基板上。

进一步的，所述金属盖子与基板、第一MEMS芯片和第二MEMS芯片通过盖子粘接胶水绝缘连接。

进一步的，所述第一MEMS芯片和第二MEMS芯片与基板均通过焊线电性连接，且所述焊线外部包裹有涂层胶。

进一步的，所述基板上设置有重布线层RDL，所述第一MEMS芯片和第二MEMS芯片通过焊线电性连接于重布线层RDL。

进一步的，所述第一MEMS芯片和第二MEMS芯片与基板均通过芯片粘片胶固定连接。

进一步的，所述玻璃板的边部与金属盖子的孔洞结构通过玻璃粘片胶固定连接。

一种MEMS光电传感器的封装结构的制造方法，包括以下步骤：

将玻璃板边部固定设置于金属盖子的孔洞结构上，形成半成品金属盖子；

将第一MEMS芯片固定设置于基板上，并电性连接基板；

通过贴盖工艺将半成品金属盖子贴装在基板上。

进一步的，采用上芯设备将玻璃板固定于孔洞结构上；

采用上芯设备将第一MEMS芯片粘接基板上。

进一步的，采用金丝键合的方式将第一MEMS芯片电性连接基板，并采用点胶工艺将焊点和焊线进行封胶。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供一种MEMS光电传感器的封装结构，包括基板和固定设置于基板上的第一MEMS芯片，所述第一MEMS芯片顶面设置有光感应器，所述基板上设置有罩设于第一MEMS芯片的金属盖子，且光感应器投影于金属盖子的区域为孔洞结构，所述孔洞结构设置有玻璃板；本申请在封装MEMS光电传感器的过程中，采用金属盖子罩于MEMS芯片外部，替代openmolding的塑封方式，因此克服了open molding塑封过程中出现的裂片、溢料、沾污等风险，提升产品的整体封装良率和可靠性，以此降低封装缺陷带来的不必要成本浪费。

本发明提供一种MEMS光电传感器的封装结构的制造方法，包括以下步骤：将玻璃板边部固定设置于金属盖子的孔洞结构上，形成半成品金属盖子；将第一MEMS芯片固定设置于基板上，并电性连接基板；通过贴盖工艺将半成品金属盖子贴装在基板上；本申请通过金属盖子代替现有技术中的open molding塑封，本方法操作步骤简单，封装过程可控。

进一步的，本申请采用金丝键合的方式将第一MEMS芯片电性连接基板，并采用点胶工艺将焊点和焊线进行封胶，能够巩固焊线，达到采用open molding塑封同样的功能。

附图说明

图1为本发明一种MEMS光电传感器的封装结构示意图；

图2为本发明具体实施例中金属罩子的结构示意图；

图3为本发明具体实施例中基板和MEMS芯片的结构示意图；

图4为本发明具体实施例中基板和MEMS芯片电性连接的结构示意图；

图5为本发明具体实施例中加固基板和MEMS芯片电性连接的结构示意图；

图6为本发明具体实施例中将金属罩子设置于基板上的结构示意图。

图中：1、基板；2、重布线层RDL；4、盖子粘接胶水；5、芯片粘片胶；6、第一MEMS芯片；7、第二MEMS芯片；8、光感应器；9、玻璃粘片胶；10、玻璃板；11、金属盖子；12、焊线；13、涂层胶；14、间隔板。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明提供一种MEMS光电传感器的封装结构，如图1所示，包括基板1和固定设置于基板1上的第一MEMS芯片6，所述第一MEMS芯片6顶面设置有光感应器8，所述基板1上设置有罩设于第一MEMS芯片6的金属盖子11，且光感应器8投影于金属盖子11的区域为孔洞结构，所述孔洞结构设置有玻璃板10；需要说明的是，在本申请中，本申请中的金属盖子11和第一MEMS芯片6之间为空腔结构，其可以代替现有技术中采用的open molding的塑封方式，同时，通过在金属盖子11上设置孔洞结构，在孔洞结构上设置玻璃板10的方式，相较于openmolding的塑封方式，可控性更高，则其生产良率更高。

优选的，所述基板1上还设置有第二MEMS芯片7，所述金属盖子11同时罩设于第一MEMS芯片6和第二MEMS芯片7，所述第一MEMS芯片6和第二MEMS芯片7的顶面均分别设置有光感应器8，所述光感应器8投影于金属盖子11的区域设置分别有孔洞结构，所述孔洞结构均设置有玻璃板10，玻璃板10之间设置有间隔板14，所述间隔板14底部绝缘连接于第一MEMS芯片6、第二MEMS芯片7或基板1上；需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际的生产需要对MEMS芯片进行设置，需要注意的是，所述MEMS芯片的数量和位置需要和金属盖子11的孔洞结构与玻璃板10一一对应，同时，所述相邻的MEMS芯片之间需要隔开，防止相互间的通过光的折射造成光感应器8的数据采集误差，进一步的，所述间隔板14底部优选的接触于基板1上表面，其次是尺寸较大的MEMS芯片上表面，本领域技术人员可以根据实际的生产需要对其进行设置。

优选的，所述金属盖子11与基板1、第一MEMS芯片6和第二MEMS芯片7通过盖子粘接胶水4绝缘连接；需要说明的是，所述盖子粘接胶水4采用绝缘胶，其优点是粘接性好，可靠性高。

优选的，所述第一MEMS芯片6和第二MEMS芯片7与基板1均通过焊线12电性连接，且所述焊线12外部包裹有涂层胶13，具体的，所述焊线12用于连接半导体芯片和封装引脚，本领域技术人员可以根据导电性、易于加工性、线拉伸强度、热膨胀系数、生长等因素选用对应的材料，其材料通常包括金线、铜线、银线、铝线等；所述涂层胶13采用绝缘硅胶，其优点是将焊线进行包裹，隔绝外部空气，保护焊线及焊点可以不因外力而损坏脱球，防止焊线因接触空气被氧化，提升产品可靠性。

优选的，所述基板1上设置有重布线层RDL2，所述第一MEMS芯片6和第二MEMS芯片7通过焊线12电性连接于重布线层RDL2；需要说明的是，重布线层RDL是将原来设计的芯片线路接点位置(I/O pad)，通过晶圆级金属布线制程和凸块制程改变其接点位置，使芯片能适用于不同的封装形式，本领域技术人员可以通过对重布线层RDL的设计代替一部分芯片内部线路的设计，从而降低设计成本；采用重布线层RDL能够支持更多的引脚数量；采用重布线层RDL可以使I/O触点间距更灵活、凸点面积更大，从而使基板与元件之间的应力更小、元件可靠性更高。

优选的，所述第一MEMS芯片6和第二MEMS芯片7与基板1均通过芯片粘片胶5固定连接，所述芯片粘片胶5采用导电胶，其优点是散热效果好，导电性高。

优选的，所述玻璃板10的边部与金属盖子11的孔洞结构通过玻璃粘片胶9固定连接，所述玻璃粘片胶9采用专用贴玻璃绝缘胶，其优点是胶水中分子扩散性低，不易分散到玻璃表面，不易影响产品外观及玻璃滤光性。

所述金属盖子11的孔洞结构的尺寸与光感应器8的感应区的尺寸比例为：1:0.8其作用是能够使得开孔区域能完全使芯片感应区域散发的光信号能传输到产品外部或者从外部接受的光信号能聚集到芯片感应区域，需要说明的是，此比例不固定，本领域技术人员可以根据芯片具体设计及不同光源的散射情况来调整该比例。

本发明提供一种MEMS光电传感器的封装结构的制造方法，包括以下步骤：

将玻璃板10边部固定设置于金属盖子11的孔洞结构上，形成半成品金属盖子，如图2所示；

将第一MEMS芯片6固定设置于基板1上，并电性连接基板1，如图3、图4和图5所示；

通过贴盖工艺将半成品金属盖子贴装在基板1上，如图6所示。

优选的，采用上芯设备将玻璃板10固定于孔洞结构上；采用上芯设备将第一MEMS芯片6粘接基板1上。

优选的，采用金丝键合的方式将第一MEMS芯片6电性连接基板1，并采用点胶工艺将焊点和焊线进行封胶，能够巩固焊线，达到采用open molding塑封同样的功能。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。