微機電系統晶片封裝及其製造方法與流程
2023-08-09 15:54:46 2
技術領域
本發明是有關於一種晶片封裝及其製造方法，且特別是有關於一種微機電系統(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)晶片封裝及其製造方法。
背景技術：
隨著科技的進步，電子產品無不朝向輕量化與微型化的趨勢發展。以麥克風為例，微機電系統晶片（MEMS chips）已廣泛地被使用於此領域中。傳統的MEMS麥克風封裝包括微機電系統晶片、用以驅動微機電系統晶片的驅動晶片以及用以承載微機電系統晶片以及驅動晶片的電路板。除了上述構件之外，傳統的MEMS麥克風封裝還具有多個焊墊，其可電性連接至其他電路板。然而，一般下出孔（Bottom port）的MEMS麥克風封裝，其焊墊與音孔配置在所述封裝的同一側。因此，將所述MEMS麥克風封裝焊接至其他電路板時，各焊墊之間的焊錫會溢流至音孔，導致封裝良率降低。
如何維持下出孔的MEMS麥克風封裝的感度以及頻率響應（Frequency response），同時降低溢錫至音孔的機率，進而提升微機電系統晶片封裝的良率，實為目前研發人員亟欲解決的問題之一。
技術實現要素：
本發明提供一種微機電系統晶片封裝，其可在維持下出孔的MEMS麥克風封裝的感度以及頻率響應的同時降低溢錫至音孔的機率，進而提升微機電系統晶片封裝的良率。
本發明提供一種微機電系統晶片封裝，其包括線路基板、微機電系統晶片、驅動晶片、蓋體、封裝膠體以及至少一個第一焊墊。線路基板具有相對的第一表面以及第二表面。線路基板具有貫通第一表面以及第二表面的音孔。微機電系統晶片配置於線路基板的第一表面上。驅動晶片電性連接至微機電系統晶片。蓋體配置於線路基板的第一表面上。蓋體覆蓋微機電系統晶片與驅動晶片。封裝膠體覆蓋蓋體。第一焊墊通過第一電路徑電性連接至驅動晶片。
在本發明的一實施例中，上述微機電系統晶片封裝更包括重分布層（Redistribution Layer，RDL），配置在封裝膠體上。
在本發明的一實施例中，上述蓋體可以是導電蓋體。導電蓋體透過第二電路徑電性連接至重分布層。第二電路徑包括封裝膠體中的導通孔（Via）或焊線（Wire）。
在本發明的一實施例中，上述第一焊墊配置在重分布層上或配置在封裝膠體上。
在本發明的一實施例中，上述第一焊墊至少有兩個，且分別配置於重分布層上或封裝膠體上。
在本發明的一實施例中，上述微機電系統晶片具有腔體，腔體對應於音孔（Sound port）。
在本發明的一實施例中，上述微機電系統晶片封裝更包括焊線。驅動晶片透過焊線電性連接至微機電系統晶片。
在本發明的一實施例中，上述第一電路徑包括形成於封裝膠體中的導電層。
在本發明的一實施例中，上述導電層可以是導通孔或焊線。
在本發明的一實施例中，上述第一電路徑還包括形成於線路基板中的導線（Conductive line）。
在本發明的一實施例中，上述驅動晶片內埋於線路基板中，且驅動晶片與音孔之間留有距離。
在本發明的一實施例中，上述微機電系統晶片封裝還包括至少一個第二焊墊配置於線路基板的第二表面上。第二焊墊電性連接至所對應的第一焊墊。
在本發明的一實施例中，上述在本發明的一實施例中，上述的驅動晶片可以是特殊應用集成電路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)。
在本發明的一實施例中，上述的微機電系統晶片可以是聲音感測晶片。
本發明提供一種微機電系統晶片封裝的製造方法，其步驟如下。提供具有相對的第一表面以及第二表面的線路基板，其中線路基板具有貫通第一表面以及一第二表面的音孔。形成微機電系統晶片於線路基板的第一表面上。形成驅動晶片於微機電系統晶片旁。驅動晶片電性連接至微機電系統晶片。形成蓋體於線路基板的第一表面上。蓋體覆蓋微機電系統晶片與驅動晶片。形成封裝膠體於蓋體上。形成至少一個第一焊墊於封裝膠體上。第一焊墊透過第一電路徑電性連接至驅動晶片。
在本發明的一實施例中，形成上述第一電路徑，其步驟如下。在形成上述封裝膠體於蓋體上之後，形成導通孔開口（Via opening）於封裝膠體中，其中導通孔開口貫穿封裝膠體。填入導電材料（Conductive material）於導通孔開口中，形成導通孔，以電性連接第一焊墊以及線路基板中的導線。
在本發明的一實施例中，形成上述導通孔開口的方法可以是機械鑽孔、雷射鑽孔或其組合。
在本發明的一實施例中，形成上述第一電路徑，其步驟如下。在形成上述封裝膠體於蓋體上之前，形成焊線，以電性連接蓋體與線路基板中的導線。形成封裝膠體於蓋體上，以覆蓋焊線。移除部分封裝膠體以及部分焊線，以將焊線分隔為兩個部分。上述兩個部分之一電性連接第一焊墊以及線路基板中的導線。
在本發明的一實施例中，移除部分封裝膠體以及部分焊線的方法可以是化學機械研磨（Chemical Mechanical Polishing，CMP）工藝。
基於上述，在本發明的微機電系統晶片封裝中，通過側壁走線的方式（即封裝膠體中的導通孔或焊線），將第一焊墊配置在蓋體上。因此，本發明不僅可維持下出孔的微機電系統晶片封裝的感度以及頻率響應，同時可降低溢錫至音孔的機率，進而提升微機電系統晶片封裝的良率。
此外，本發明的微機電系統晶片封裝更包括導電蓋體，其覆蓋微機電系統晶片與驅動晶片，以達到良好的電磁幹擾（Electromagnetic interference，EMI）屏蔽。
附圖說明
下面結合附圖和實施方式對本發明作進一步詳細的說明。
圖1A至圖1C是依照本發明第一實施例所繪示的微機電系統晶片封裝的製造方法的剖面示意圖。
圖2A至圖2C是依照本發明第二實施例所繪示的微機電系統晶片封裝的製造方法的剖面示意圖。
圖3是依照本發明第三實施例的微機電系統晶片封裝的示意圖。
圖4是依照本發明第四實施例的微機電系統晶片封裝的示意圖。
符號說明
100a~100d：微機電系統晶片封裝
110：線路基板
110a：第一表面
110b：第二表面
112、116：導線
118：音孔
120：驅動晶片
122、124：電極
126、128、156、156a、156b：焊線
130：微機電系統晶片
132：腔體
140：蓋體
150：封裝膠體
152、154：導通孔
160：重分布層
170a、170b：第一焊墊
180a、180b：第二焊墊
D：距離
具體實施方式
圖1A至圖1C是依照本發明第一實施例所繪示的微機電系統晶片封裝的製造方法的剖面示意圖。
請參照圖1A，本實施例提供一種微機電系統晶片封裝100a的製造方法，其步驟如下。提供具有相對的第一表面110a以及第二表面110b的線路基板110。線路基板110具有導線112。在一實施例中，線路基板110可以是具有多層圖案化導線層的印刷電路板。所述圖案化導線層的材料可包括金屬材料，金屬材料可以是金、銅、銀、鈀、鋁或其組合。在本實施例中，圖案化導線層可視為線路基板110的導線，其可依據所需的線路布局（layout）來設計。另外，線路基板110還具有音孔118，音孔118自第一表面110a延伸（或貫通）至第二表面110b。
接著，形成微機電系統晶片130於線路基板110的第一表面110a上。在一實施例中，微機電系統晶片130可以是聲音感測晶片。在本實施例中，微機電系統晶片130具有腔體132。腔體132包括背板（back plate）以及振膜（diaphragm），其中背板與振膜之間有間隙。微機電系統晶片130可將聲音的振動能轉換為電信號，從微機電系統晶片130所產生的電信號可通過焊線126、驅動晶片120、焊線128以及線路基板110中的導線112而讀出。在本實施例中，腔體132對應於音孔118，其可視為下出孔（Bottom port）的微機電系統晶片封裝。一般而言，相較於上出孔的微機電系統晶片封裝，下出孔的微機電系統晶片封裝的感度與頻率響應較佳。
接著，形成驅動晶片120於微機電系統晶片130旁。詳細地說，驅動晶片120也配置在線路基板110的第一表面110a上。驅動晶片120具有電極122、124。驅動晶片120通過電極122以及焊線126電性連接至微機電系統晶片130，並通過電極124以及焊線128電性連接至線路基板110中的導線112。在一實施例中，焊線126、128的材料可以是金、銅、銀、鈀、鋁或其組合。在一實施例中，驅動晶片120可以為特殊應用集成電路（ASIC）。在一實施例中，電極122可作為信號輸入電極，而電極124可作為是信號輸出電極。
另一方面，在其他實施例中，微機電系統晶片130也可以覆晶（flip-chip bonding）方式透過導電凸塊以及導線而與線路基板110以及驅動晶片120電性連接（未繪示）。在一實施例中，所述導電凸塊可以是錫鉛凸塊（solder bumps）、金凸塊（gold bumps）、高分子導電凸塊（polymer conductive bumps）等，但本發明不以此為限。
接著，形成蓋體140於線路基板110的第一表面110a上。蓋體140覆蓋微機電系統晶片130與驅動晶片120。蓋體140可以是導電蓋體，且此導電蓋體可透過線路基板110中的圖案化導線層（未繪示）接地，以屏蔽噪聲以及電磁幹擾。在一實施例中，導電蓋體的材料可以是金、銅、銀、鈀、鋁或其組合。
然後，形成封裝膠體150，以覆蓋線路基板110的部分第一表面110a、部分導線112以及蓋體140。在一實施例中，封裝膠體150包括模封材料（molding compound），模封材料可以是矽氧樹脂（silicone resin）、環氧樹脂（epoxy resin）或其組合。封裝膠體150的形成方法可採用旋轉塗布法（Spin-coating）、迭層法（lamination）、沉積法（deposition）等。
請參照圖1B，形成導通孔152、154於封裝膠體150中。詳細地說，先形成導通孔開口於封裝膠體150中（未繪示）。所述導通孔開口之一貫穿封裝膠體150，且暴露部分導線112的表面。所述導通孔開口的另一則貫穿封裝膠體150，且暴露部分蓋體140的表面。之後，填入導電材料於所述導通孔開口中，以形成導通孔152、154。在一實施例中，導通孔152、154可視為形成在封裝膠體150中的導電層。在一實施例中，形成所述導通孔開口的方法可以是機械鑽孔、雷射鑽孔或其組合。在一實施例中，導電材料可以是金、銅、銀、鈀、鋁或其組合。
請參照圖1C，依序形成重分布層160以及多個第一焊墊170a、170b於封裝膠體150上。重分布層160配置在第一焊墊170a、170b與封裝膠體150之間。重分布層160具有多層圖案化導線層以及多個接觸墊（未繪示），其可重新分布其上的第一焊墊170a、170b的位置。第一焊墊170a可透過導通孔152、導線112以及焊線128電性連接至驅動晶片120。在本實施例中，導通孔152、導線112以及焊線128可視為第一電路徑。另一方面，蓋體140亦透過導通孔154電性連接至重分布層160，使得蓋體140可通過重分布層160接地，達到電磁幹擾屏蔽的效果。在本實施例中，導通孔154可視為第二電路徑。在一實施例中，重分布層160可以是一層、兩層或多層結構，其可依據所需的線路布局來設計。但本發明不以此為限，在其他實施例中，也可不具有重分布層160。換言之，第一焊墊170a、170b可直接配置在封裝膠體150上。雖然圖1C繪示兩個第一焊墊170a、170b，但本發明不以此為限，第一焊墊的數量可以是一個、兩個或多個，其可依據所需的線路布局來設計。在一實施例中，第一焊墊170a、170b的材料可以是金、銅、銀、鈀、鋁或其組合。
值得注意的是，在本實施例中，微機電系統晶片封裝100a可透過第一電路徑（即導通孔152、導線112以及焊線128），將第一焊墊170a配置在蓋體140上。因此，本實施例不僅可維持下出孔的微機電系統晶片封裝100a的感度以及頻率響應，同時可降低溢錫至音孔的機率，進而提升微機電系統晶片封裝100a的良率。此外，本實施例的微機電系統晶片封裝100a更包括蓋體140，其覆蓋微機電系統晶片130與驅動晶片120，以達到良好的電磁幹擾屏蔽。
以下的實施例中，相同或相似的組件、構件、層以相似的組件符號來表示。舉例來說，圖1A的線路基板110與圖2A的線路基板110、圖3的線路基板110以及圖4的線路基板110為相同或相似的構件。於此不再逐一贅述。
圖2A至圖2C是依照本發明第二實施例所繪示的微機電系統晶片封裝的製造方法的剖面示意圖。
請參照圖2A，本實施例提供另一種微機電系統晶片封裝100b的製造方法，其步驟如下。圖2A中的線路基板110、導線112、驅動晶片120、焊線126、128、微機電系統晶片130以及蓋體140的形成方法、材料以及連接關係與圖1A的形成方法、材料以及連接關係相似，於此便不再贅述。如圖2A所示，在形成封裝膠體150於蓋體140上之前，先形成焊線156，以電性連接蓋體140與線路基板110中的導線112。接著，形成封裝膠體150，以覆蓋線路基板110的部分第一表面110a、部分導線112、蓋體140以及焊線156。在一實施例中，焊線156的材料可以是金、銅、銀、鈀、鋁或其組合。
請參照圖2B，移除部分封裝膠體150以及部分焊線156，以暴露焊線156的表面。上述移除步驟使得焊線156分隔為兩個部分156a、156b（即兩條焊線156a、156b）。在一實施例中，移除部分封裝膠體150以及部分焊線156的方法可採用化學機械研磨工藝（CMP）。在一實施例中，焊線156a、156b可視為形成在封裝膠體150中的導電層。
請參照圖2C，依序形成重分布層160以及多個第一焊墊170a、170b於封裝膠體150上。重分布層160配置在第一焊墊170a、170b與封裝膠體150的間。微機電系統晶片封裝100b的第一焊墊170a可透過焊線156a、導線112以及焊線128電性連接至驅動晶片120。在本實施例中，焊線156a、導線112以及焊線128可視為第一電路徑。另一方面，蓋體140亦透過焊線156b電性連接至重分布層160，使得蓋體140可通過重分布層160接地，達到電磁幹擾屏蔽的效果。在本實施例中，焊線156b可視為第二電路徑。
圖3是依照本發明第三實施例的微機電系統晶片封裝的示意圖。
請參照圖3，本發明的第三實施例的微機電系統晶片封裝100c與本發明的第一實施例的微機電系統晶片封裝100a基本上相似。上述兩者不同之處在於：圖3的驅動晶片120內埋於線路基板110中。驅動晶片120可透過電極122、導線116以及焊線126電性連接至微機電系統晶片130。另一方面，驅動晶片120又透過電極124、導線112以及導通孔152電性連接至第一焊墊170a。值得注意的是，導通孔152不僅貫穿封裝膠體150，還延伸貫穿部分線路基板110，以電性連接至線路基板110中的導線112。
此外，由於驅動晶片120完全地嵌於線路基板110的內部，因此驅動晶片120與線路基板110的音孔118之間會維持一特定的距離D，此距離D可以確保驅動晶片120不會顯露於線路基板110之外，以使驅動晶片120獲得適度的保護。
圖4是依照本發明第四實施例的微機電系統晶片封裝的示意圖。
請參照圖4，本發明的第四實施例的微機電系統晶片封裝100d與本發明的第一實施例的微機電系統晶片封裝100a基本上相似。上述兩者不同之處在於：第四實施例的微機電系統晶片封裝100d更包括多個第二焊墊180a、180b配置於線路基板110的第二表面110b上。第二焊墊180a電性連接至所對應的第一焊墊170a。另外，雖然圖4的剖面示意圖中並未繪示出第二焊墊180b與第一焊墊170b的連接方式，但其可透過繞線方式使得第二焊墊180b電性連接至第一焊墊170b。第四實施例的微機電系統晶片封裝100d具有配置於第一表面110a上的第一焊墊170a、170b以及配置於第二表面110b上的第二焊墊180a、180b。當將微機電系統晶片封裝100d與其他電路板接合時，可彈性地接合至第一焊墊170a、170b或第二焊墊180a、180b，以符合使用者需求。
雖然本發明已以實施例揭露如上，但是並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。