微機電系統的製作方法
2023-07-29 08:07:36 2
專利名稱：微機電系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及微機電技術領域，尤其涉及一種微機電系統。
背景技術：
微機電系統(Micro-Electro-Mechanical Systems, MEMS)是指通過相結合的微電子技 術與精密機械加工技術製造而成的，集微型傳感器、執行器以及信號處理和控制電路、接口 電路、通信和電源於一體的微型機械電子系統。微機電系統可以把信息的獲取、處理和執行 集成在一起，具有微型化、智能化、多功能、高集成度和適於大批量生產等特點。
微機電系統的典型器件包括微型傳感器和微型制動器，請參閱Hidenori Ishihara， et al.等人於1996年3月發表於IEEE/ASME TRANSACTIONS ON MECHATRONICS的文獻"Micor Mechatronics and Micro Actuators"。微機電系統可製成微型光機電器件、微型生物化學 晶片、微型機器人、微型飛行器、微型動力系統等，在航空、汽車、生物醫學、軍事、消費 性電子產品等領域中具有十分廣闊的應用前景。
製造微機電系統中的重要工藝之一是微機電系統的封裝。微機電系統的封裝是指製作保 護層以保護微機電晶片上易損壞的元器件和電路，並製作與電路板或者其它元件的連接通路 ，從而實現微機電晶片與電路板或者其它元件的電氣連接的過程。 一般在微機電系統中，從 封裝外殼露出一封裝連接區域，其中形成有連接墊，用於與其他電氣元件例如電路板實現電 連接。所述電路板上通常設有MEMS系統的驅動電路。
通常細銅線被用於將微機電晶片電連接至驅動電路板。然而當MEMS小到微米尺寸以下時 ，MEMS上的封裝連接區域面積過小，而且細銅線無法直接與MEMS上的連接墊直接以打線工藝 相結合，因此無法直接使用細銅線將MEMS電連接至電路板。
因此，有必要提供一種微機電系統，其可方便實現與電路板之間的電連接。
發明內容
以下將以實施例說明 一種微機電系統及其封裝方法。
一種微機電系統，其包括微機電晶片及一個第二電路板，所述微機電晶片具有一個封裝 連接區，所述封裝連接區內形成有至少一個連接墊，其特徵在於，所述微機電系統還包括壓 合於所述封裝連接區的一層電性連接層以及一個第一電路板，所述第一電路板包括第一連接 墊及與第一連接墊相連的第二連接墊，所述電性連接層設置於所述封裝連接區與所述第一電路板之間並將所述封裝連接區內的連接墊電連接至所述第一連接墊，所述第二連接墊上設有 導線，所述導線另一端與所述第二電路板相連。
與現有技術中的微機電系統相比，所述微機電系統採用一電性連接層將微機電晶片上的 連接墊電連接至一個第一電路板，從而可以採用成熟的打線工藝使用細銅線將微機電晶片電 連接至其他電路板(例如驅動電路所在的電路板)。使得電路板可安裝在微機電系統的側面 ，從而有利於降低整個微機電系統的體積。
圖l是本技術方案第一實施例提供的微機電系統的示意圖。 圖2是本技術方案第二實施例提供的微機電系統的示意圖。
具體實施例方式
下面將結合附圖及實施例，對本技術方案提供的微機電系統及其封裝方法作進一步的詳 細說明。
參閱圖l，第一實施例提供的微機電系統100包括微機電封裝體10、第一電路板12、電性 連接層14及第二電路板16。
微機電封裝體10包括微機電晶片101， 一個頂蓋102以及底蓋103。微機電晶片101是指以 單晶矽(Si) 、 二氧化矽(Si02)、氮化矽(SiN)、絕緣層上覆矽(Si On Insulator, SOI)等為襯底材料，由微電子技術和微加工技術相結合製造形成的、具有微機械部件以及 微電子電路的晶片。微機電晶片101封裝在頂蓋102與底蓋103之間。微機電晶片101的一角上 設有一封裝連接區104。封裝連接區104從頂蓋102露出。封裝連接區104內形成有兩個連接墊 105 (例如鋁盤)。連接墊105與微機電晶片101內部的電路相連。可以理解，連接墊105之數 量與微機電晶片101之內部電路設計相關，其可根據電路設計需要變化，例如其亦可為一個 或者多個。
第一電路板12包括一層絕緣層120，分別形成在絕緣層兩相對表面上的兩個第一連接墊 121、 121a，以及兩個第二連接墊122、 122a。然而，可以理解，第一連接墊121、 121a以及 第二連接墊122、 122a還可形成在絕緣層120同一表面上。第一連接墊121與第二連接墊122之 間通過導電線路123以及一個導通孔126相連。第一連接墊121a與第二連接墊122a之間通過導 電線路(圖未示)以及一個導通孔126a相連。導通孔126、 126a內可填充導電膠例如銅膠、 銀膠。第一電路板12可為硬性電路板或柔性電路板。
電性連接層14可選用各向異性導電膠(Anisotropic Conductive Paste, ACP)或者各 向異性導電膜(Anisotropic Conductive Film, ACF)。電性連接層14包括絕緣性樹脂膠粘劑141及大量分散在其中的連接球142。連接球142每個包括導電顆粒以及包覆於導電顆粒表 面的絕緣層。導電顆粒的表面形成有微結構，當導電顆粒受壓時其表面的微結構可刺穿其表 面處的絕緣層。當電性連接層14壓合於封裝連接區101與轉接板12之間時，由於連接墊105凸 出於封裝連接區101的表面，因此位於連接墊105與第一連接墊121、 121a之間的電性連接層 14受壓程度高，連接球142相互靠近並接觸，而且由於受壓，連接球142導電顆粒表面的微結 構刺穿其表面的絕緣層，因此相互接觸的連接球142之間相互導通。從而連接墊105與第一連 接墊121、 121a之間電導通。而電性連接層14中其他區域由於受壓程度較低，其內的連接球 142仍然保持分散狀態，亦即此處的電性連接層仍然保持電絕緣的狀態。可以理解，兩個連 接墊105之間的距離應大於連接球142的直徑，如此則不會發生同一個連接球142同時接觸兩 個連接墊則導致短路之情形。
第二電路板16上可安裝微機電晶片101的驅動電路。本實施例中，第二電路板16上形成 有兩個焊盤163、 164。第二連接墊122與焊盤163之間以細導線(例如細銅線)161電連接。 第二連接墊122a與焊盤164之間以細導線(例如細銅線)161a電連接。而線導線161、 161a可 分別通過焊球162、 162a固定於第二連接墊122、 122a上。為節省微機電系統100所佔用的面 積，第二電路板16可與微機電封裝體10所在的平面垂直。 一般情況下，第一電路板12與微機 電封裝體10所在的平面平行，因此通常第二電路板16也與第一電路板12所在的平面垂直。然 而可以理解，由於第一電路板12為柔性電路板時其可彎曲一定角度，因此第二電路板16亦可 與第一電路板12成一定角度。
在組裝本實施例的微機電系統100時，首先，提供微機電封裝體IO、第一電路板12以及 電性連接層14。其次，將電性連接層14設置於第一電路板12的表面並覆蓋第一連接墊121、 121a。此時電性連接層14未被壓縮，其中的連接球142相互分離，電性連接層14不導電。最 後將具有電性連接層14的第一電路板與微機電封裝體10層疊並使電性連接層14覆蓋微機電封 裝體10的封裝連接區101 。在第一電路板14與微機電封裝體10之間加熱加壓使電性連接層受 壓，如前所述，受壓時位於兩個連接墊105與第一連接墊121、 121a之間的連接球142相互接 觸並電導通。因此連接墊105與第一連接墊121、 121a被分別電連接起來。例如可採用一熱壓 頭對第一電路板加熱加壓。可以理解，為順利完成熱壓動作，該熱壓頭之形狀需與第一電路 板以微機電封裝體10匹配。
在本實施例的微機電系統100中，微機電晶片101上的連接墊105與第一電路板12中的第 一連接墊121、 121a相連，進而與電路板12中的第二連接墊122、 122a電導通。當在第二連接 墊122、 122a上連接細銅線時，細銅線即與連接墊105之間電導通。因此非常方便將本實施例的微機電100通過細銅線連接到電路板上。
參閱圖2，第二實施例提供的微機電系統200與第一實施例的微機電系統100相似，不同 之處在於每個連接墊205表面形成有連接凸點204。連接凸點204可由高導電率金屬形成，例 如，金、銀或者銅。現有技術中的凸點製程即可用來形成連接凸點204。本實施例中，連接 凸點204呈半球狀，然而可以理解，連接凸點204還可為其他形狀，例如，半橢球形、錐臺形 等等。
本實施例中，第一連接墊221， 221a與對應的連接墊205之間分別通過一個連接凸點204 以及連接球242相連。在此種情形下，由於連接凸點204深入電性連接層24內部，亦即對該區 域的電性連接層24壓縮程度更大，因此更容易實現該區域內連接球242的相互導通。此種情 形下電性連接層24中的連接球242的直徑可以製作的比電性連接層24的厚度小很多，因此連 接墊205之間的距離可進一步降低。也就是說，封裝連接區204的面積可以進一步降低。本實 施例的微機電系統體積可進一步減小。
與現有技術中的微機電系統相比，以上各實施例中的微機電系統採用一電性連接層將微 機電晶片上的連接墊電連接至一個第一電路板，從而可以採用成熟的打線工藝使用細銅線將 微機電晶片電連接至其他電路板(例如驅動電路所在的電路板)。使得電路板可安裝在微機 電系統的側面，從而有利於降低整個微機電系統的體積。
可以理解的是，對於本領域的普通技術人員來說，可以根據本發明的技術構思做出其它 各種相應的改變與變形，而所有這些改變與變形都應屬於本發明權利要求的保護範圍。
權利要求
1.一種微機電系統，其包括微機電晶片及一個第二電路板，所述微機電晶片具有一個封裝連接區，所述封裝連接區內形成有至少一個連接墊，其特徵在於，所述微機電系統還包括壓合於所述封裝連接區的一層電性連接層以及一個第一電路板，所述第一電路板包括第一連接墊及與第一連接墊相連的第二連接墊，所述電性連接層設置於所述封裝連接區與所述第一電路板之間並將所述封裝連接區內的連接墊電連接至所述第一連接墊，所述第二連接墊上設有導線，所述導線另一端與所述第二電路板相連。
2 如權利要求l所述的微機電系統，其特徵在於，所述封裝連接區 內形成有兩個連接墊，所述第一電路板包括兩個第一連接墊以及兩個第二連接墊，每個第一 連接墊與相應的第二連接墊電性連接，所述電性連接層將所述封裝連接區內的每個連接墊電 連接至相應的第一連接墊。
3 如權利要求l所述的微機電系統，其特徵在於，所述電性連接層 包括各向異性導電膜或各向異性導電膠，其包括包括大量均勻分布的連接球，所述連接球包 括導電微粒以及包覆所述導電微粒的絕緣層，所述導電微粒表面形成有微結構，當所述電性 連接層被壓時受壓區域內的連接球相互接觸且所述微結構刺破所述絕緣層從而在受壓方向上 電導通。
4 如權利要求l所述的微機電系統，其特徵在於，所述第一連接墊 與所述第二連接墊之間以導通孔相連。
5 如權利要求l所述的微機電系統，其特徵在於，所述封裝連接區 內的連接墊每個表面形成有連接凸點。
6 如權利要求l所述的微機電系統，其特徵在於，所述導線以焊球 連接於所述第二連接墊。
7 如權利要求l所述的微機電系統，其特徵在於，所述第二電路板 中形成有所述微機電晶片的驅動電路。
8 如權利要求l所述的微機電系統，其特徵在於，所述第一電路板為柔性電路板。
9.如權利要求l所述的微機電系統，其特徵在於，所述第二電路板 與所述微機電晶片所在的平面垂直。
10.如權利要求l所述的微機電系統，其特徵在於，所述第二電路板 與所述第一電路板所在的平面垂直。
全文摘要
一種微機電系統，其包括微機電晶片及一個電路板，所述微機電晶片具有一個封裝連接區，所述封裝連接區內形成有至少一個連接墊，其特徵在於，所述微機電系統還包括壓合於所述封裝連接區的一層電性連接層以及一個第一電路板，所述第一電路板包括第一連接墊及與第一連接墊相連的第二連接墊，所述電性連接層設置於所述封裝連接區與所述第一電路板之間並將所述封裝連接區內的連接墊電連接至所述第一連接墊，所述第二連接墊通過導線電連接至所述第一電路板。所述微機電系統可容易採用細銅線與其他電路板作電連接，整體微機電系統體積得以降低。
文檔編號B81B7/00GK101613073SQ20081030232
公開日2009年12月30日 申請日期2008年6月26日 優先權日2008年6月26日
發明者張仁淙, 黃議模 申請人:鴻富錦精密工業(深圳)有限公司;鴻海精密工業股份有限公司