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CN209396878U - 传感器及其封装组件 - Google Patents

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Abstract

本实用新型揭露了一种传感器的封装组件，其包括：重布线层，其具有相对的第一面和第二面，以及贯穿所述第一面和第二面的第一通孔；第一管芯，其电连接至所述重布线层的所述第一面；传感元件，其电连接至所述重布线层的所述第一面；盖体，其位于所述重布线层与所述传感元件之间，所述盖体具有贯穿所述盖体的第二通孔，所述第二通孔连通所述第一通孔；模塑料，其包括相对的第三面和第四面，所述模塑料在所述重布线层的所述第一面侧包封所述第一管芯和传感元件；所述模塑料的所述第四面与所述重布线层的所述第一面结合。该传感器的封装组件允许更多的元器件封装在一起，提供更好的结构支撑和热分布，降低了封装组件的体积和成本。

Description

传感器及其封装组件
技术领域
本实用新型涉及传感器技术，尤其涉及基于微机电技术的传感器及其封装组件。
背景技术
MEMS(Micro Electro-Mechanical System，微机电系统)传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的传感器。与传统的传感器相比，它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点。同时，在微米量级的特征尺寸使得它可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。MEMS传感器广泛地应用于汽车、便携式消费电子设备乃至医疗领域。
MEMS传感器的封装是MEMS传感器设计与制造中的关键因素，MEMS传感器的封装有着特殊的要求，例如传感器需要感知外界环境的变化以及实现电信号引出的功能，因此需要在传感器的外壳上保留与外界直接相连的通路用以感知光、热、气压、力等物理信息。一个典型的实例是：MEMS压力传感器(Pressure Sensor)，其需要在其外壳设置开口感知外部的介质压力。传统的MEMS封装包括：芯片封装、器件封装以及系统级封装。然而当前市场的需求要求将更多器件和功能集成到越来越小的空间中。现有的封装方案难以满足对较高部件密度设备的需求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于解决传感器的体积大的问题。按照本实用新型的实施例的一种传感器的封装组件，其特征在于，其包括：
重布线层，其具有相对的第一面和第二面，以及贯穿所述第一面和第二面的第一通孔；
第一管芯，其电连接至所述重布线层的所述第一面；
传感元件，其电连接至所述重布线层的所述第一面；
盖体，其位于所述重布线层与所述传感元件之间，所述盖体具有贯穿所述盖体的第二通孔，所述第二通孔连通所述第一通孔；
模塑料，其包括相对的第三面和第四面，所述模塑料在所述重布线层的所述第一面侧包封所述第一管芯和传感元件；所述模塑料的所述第四面与所述重布线层的所述第一面结合。
可选地，所述传感器的封装组件还具有第二管芯，所述第二管芯电连接至所述重布线层的所述第一面；所述模塑料在所述重布线层的所述第一面侧包封所述第二管芯。
可选地，所述封装组件还包括模塑通孔电连接体，所述模塑通孔电连接体贯穿所述模塑料的第三面和第四面并连接至所述重布线层；所述模塑料的第四面上还包括焊盘，所述重布线层通过所述模塑通孔电连接体电连接至所述焊盘。
可选地，所述模塑料还包括连接所述第三面和第四面的侧壁，所述焊盘沿所述模塑料的第四面延伸至所述模塑料的侧壁的外表面。
可选地，所述盖体连接至所述传感元件，所述盖体与所述传感元件之间形成第一空间，所述第一空间通过所述第二通孔和第一通孔连通至外部空间。
可选地，所述盖体为硅罩，所述传感元件通过实施在所述盖体上的硅穿孔技术电连接至所述重布线层的所述第一面。
可选地，所述封装组件还包括导电凸块，其设置于所述模塑料的第四面上的所述导电柱处。
可选地，所述传感元件具有远离所述重布线层的所述第一面的前表面，所述前表面与所述模塑料的所述第四面平齐；所述传感元件至少部分地暴露于所述模塑料外。
可选地，所述传感元件为MEMS压力传感元件；所述第一管芯为ASIC。
根据本实用新型的另外一方面，还揭露了一种微机电系统传感器，其包括所述的传感器的封装组件和承载衬底，所述传感器的封装组件安装至所述承载衬底。
从以上可以看出，根据本实用新型的传感器的封装组件。通过设置重布线层和模塑料，使得允许更多的元器件封装在一起，并且提供更好的结构支撑或/和提供封装组件更好的热分布。同时降低了整个封装组件的体积和成本。
附图说明
本实用新型的特征、特点、优点和益处通过以下结合附图的详细描述将变得显而易见。
图1示出了根据本实用新型一个实施例的传感器的封装组件的剖面结构示意图。
图2示出了根据本实用新型另一个实施例的传感器的封装组件的剖面结构示意图。
具体实施方式
下面，结合附图详细描述本实用新型的实施例。
图1示出了根据本实用新型一个实施例的传感器的封装组件100的剖面结构。如图所示，该传感器的封装组件100包括一个RDL(Redistribution Layer，重布线层)11、传感元件12、模塑料13、盖体14和第一管芯16，可选地还包括第二管芯17。其中，RDL 11包括相对的第一面111、第二面112以及贯穿第一面111和第二面112的第一通孔113。传感元件12、第一管芯16和第二管芯17电连接至RDL 11的第一面111。模塑料13在RDL 11的第一面111侧包封传感元件12、第一管芯16和第二管芯17。模塑料13包括相对的第三面131和第四面132。模塑料13在RDL 11的第一面111侧包封传感元件12、第一管芯16和第二管芯17时，模塑料13的第三面131与RDL 11的第一面111结合在一起。此外，模塑料13中还可以包括若干个导电柱15，若干个导电柱15由RDL 11的第一面111向第二面112延伸并且贯穿模塑料13。盖体14位于重布线层11与传感元件12之间，盖体14部分地与传感元件12连接并在传感元件12与盖体14间形成第一空间21。盖体14具有贯穿盖体14的第二通孔141，第二通孔141连通第一通孔113。第二通孔141和第一通孔113连通第一空间21与位于传感器外的外部介质。
本实施例中，RDL 11具有比传统有机或层合衬底更薄的厚度，RDL 11的厚度可由重配线113和介质层114的数量以及形成方式来决定。例如传统六层有机或层合衬底具有300μm–500μm的厚度。本实施例中，重配线113具有3μm-10μm的厚度，而介质层114具有2μm-5μm的厚度。本实施例的RDL 11还允许实现与传统有机或层合衬底相比更窄的线间距宽度(微细间距)和更细的线。本实施例中，RDL 11总共具有小于50μm的厚度，例如30μm-25μm。或更小例如20μm的厚度。RDL 11包括重配线113和介质层114，重配线113可以为一个或者多个。在本实施例中，RDL 11中包括内嵌的重配线113。其例如可以通过以下方式形成：首先形成籽晶层、然后形成金属(例如铜)图案来生成重配线113。可选地，还可以通过沉积(例如溅镀)和蚀刻的工艺来形成重配线113。重配线113的材料可包括但不限于金属材料，诸如铜、钛、镍、金及其组合或合金。重配线113的金属图案随后被嵌入在介质层114中。介质层114可以是任何合适的介质材料，例如氧化物或聚合物(例如聚酰亚胺)。重配线113的暴露部分可用于不同管芯的电连接。RDL 11可通过逐层工艺形成，并且可利用薄膜技术形成。本实施例中，RDL 11的第一面111由介质层114形成实现RDL 11的钝化。
参考图1，传感元件12、第一管芯16和第二管芯17电连接到RDL 11。第一管芯16的类型可以取决于具体的应用。例如第一管芯16可以是逻辑部件(例如ASIC)、存储器或其它部件。第二管芯17可以是无源部件诸如电容器或电感器。本实施例中，第一管芯16和第二管芯17电连接到RDL 11的第一面111上和重配线113连接从而电连接到RDL 11。
同时，传感元件12电连接至RDL 11的第一面111上。电连接可利用多种合适的技术来实现。例如本实施例中，传感元件12通过硅穿孔(Through Silicon Via，TSV)电连接体实现与RDL 11的电连接。具体地，盖体14位于重布线层11与传感元件12之间，盖体14部分地与传感元件12接触，在与传感元件12接触的盖体14的部分中设置有TSV电连接体121，TSV电连接体121贯穿盖体14。传感元件12通过TSV电连接体121连接到RDL 11的第一面111上的重配线113，实现与RDL 11的电连接。
然后可利用模塑料13将传感元件12、第一管芯16和第二管芯17进行包封。模塑料13由例如热固性交联树脂(例如环氧树脂)、液体或颗粒、片材或膜组成。可以采用合适的技术来实现包封传感元件12、第一管芯16和第二管芯17，例如压缩模塑、液体包封剂注射和层合。本实施例中，模塑料13是填充在RDL 11的第一面111侧并且包封传感元件12、第一管芯16和第二管芯17的连续的均一成分层。如图1所示，模塑料13包括相对的第三面131和第四面132，当模塑料13在RDL 11的第一面111包封第一管芯15和第二管芯16时，模塑料13的第三面131与RDL 11的第一面111接触，传感元件12、第一管芯16和第二管芯17的横向侧被包封在模塑料13中。同时，在传感元件12、第一管芯16和第二管芯17的远离RDL 11的第一面111的前表面122、161和171上方也形成模塑料13，即传感元件12、第一管芯16和第二管芯17完全被包封在模塑料13中。本领域技术人员应当理解，并不要求传感元件12、第一管芯16和第二管芯17的前表面都封在模塑料13内。在一些实施例中，只要传感元件12、第一管芯16和第二管芯17的横向侧被封在模塑料13中，而在传感元件12、第一管芯16或第二管芯17的前表面122、161和171上不形成模塑料13。在一些实施例中，传感元件12、第一管芯16或第二管芯17前表面122、161和171可以与模塑料13的第四面132平齐。
模塑料13中包括至少一个导电柱15，本实施例中，导电柱15是TMV(Through MoldVia，模塑通孔)电连接体，TMV电连接体贯穿模塑料13的第三面131和第四面132并连接RDL11的第一面111。具体地，TMV电连接体连接到RDL 11的单个或多个重配线实现与RDL 11的电连接。TMV电连接体可以通过任何合适的方式在模塑料13上形成。包括钻孔形成例如激光钻孔。也可以在模塑料13形成的过程中预先设置柱状结构从而在脱模过程中形成。在形成TMV电连接体后，可以对其进行清洁，以便于后续的处理。清洁可包括任何合适的操作，例如：湿法蚀刻、等离子体蚀刻或其组合。TMV电连接体的数量由RDL 11上包括的输入输出(I/O)器件的数量决定。通过设置TMV可以实现传感器的封装组件100的信号输出至其他电路例如作为传感器的封装组件100的承载衬底的PCB板。如图1所示，向TMV电连接体中添加导电的填充物，填充物为堵封材料或是金属例如铜。填充可以通过任何合适的操作来实现确保填充物和RDL 11之间适当的电连接。模塑料13的第四面132上在TMV电连接体处还设置有焊盘20。TMV电连接体连接至焊盘20。
传感器的封装组件100还包括导电凸块20。在形成模塑料13之后，导电凸块20可附加到模塑料13或在模塑料13上直接形成。如图所示，导电凸块20设置于模塑料13的第四面132上的TMV电连接体处。导电凸块20可使用多种结构，例如是图中示出的焊球或者是镀覆的桩。导电凸块20被配置成将传感器的封装组件100电连接到其他电路例如作为承载衬底的PCB上。
在本实施例中，传感元件12为MEMS流体压力传感元件，用于感测外部介质例如空气或者液体的压力。第一管芯16为ASIC，ASIC包括嵌入在例如硅、砷化镓、SiC(碳化硅)石墨烯或者任何半导体材料的衬底内和/或上的一个或者多个电路，其被配置为执行特定任务或实现特定功能。具体地，外部介质经由第二通孔141和第一通孔113进入第一空间21内，传感元件12感测位于第一空间21内的外部介质的压力。通过RDL 11与传感元件12电连接的第一管芯16、第二管芯17将传感元件12感测到的外部介质的压力转化为电信号并经由导电柱15输出。
封装组件100在TMV电连接体贯穿模塑料13的第四面132处还具有焊盘18，焊盘18沿模塑料13的第四面132延伸至模塑料13的侧壁133的外表面，并在第四面132和侧壁133的外表面的过渡区域形成自动光学检查(Automated Optical Inspection，AOI)能够清楚可见的爬锡通道23。
图2示出了根据本实用新型另一个实施例的传感器的封装组件200的剖面结构。相比较于图1，在封装组件200中，传感元件12、第一管芯16和第二管芯17的横向侧被包封在模塑料13中，并且第一管芯16和第二管芯17的远离RDL 11的第一面111的前表面161和171上方也形成模塑料13，即第一管芯16和第二管芯17完全被包封在模塑料13内。同时，传感元件12远离RDL 11的第一面111的前表面122则与RDL 11的第四面132平齐，传感元件12至少部分地暴露于模塑料13外，如此设置有利于传感元件12感测位于传感器外的外部介质的特性。例如外部介质空气或者液体的压力。传感器以合适的方式连通外部介质至传感元件12，例如可以在作为传感器的封装组件200的承载衬底的PCB(图中未示出)上设置通孔，该通孔连通传感元件12与外部介质。进一步地，如图2所示，由PCB上设置的通孔连通至传感元件12的外部介质，可以是不同于位于第一空间21内的外部介质，由此包含封装组件200的传感器可以感测外部空间中不同的外部介质的压力。同时，传感元件12和通过RDL 11与传感元件12电连接的第一管芯16、第二管芯17相互配合，可以比较传感元件12感测到的不同外部介质的压力，例如计算不同的外部介质的压力差。
通过设置RDL和模塑料，传感器的封装组件的展开的区域使得允许更多组件封装在一起，从而提供更好的结构支撑或提供封装组件更好的散热。同时，RDL与模塑料的耦合还实现了SIP(System in Package)的封装形式。该SIP结构利用RDL以扇出管芯的电气端子并且允许罩壳的封装，降低了整个封装组件的体积和成本。
还可以将本实用新型的传感器封装组件与其它电路例如承载衬底进行下一级封装，形成例如MEMS压力/压差传感器。
对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，作出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形都应该包括在本实用新型的权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种传感器的封装组件，其特征在于，其包括：
重布线层，其具有相对的第一面和第二面，以及贯穿所述第一面和第二面的第一通孔；
第一管芯，其电连接至所述重布线层的所述第一面；
传感元件，其电连接至所述重布线层的所述第一面；
盖体，其位于所述重布线层与所述传感元件之间，所述盖体具有贯穿所述盖体的第二通孔，所述第二通孔连通所述第一通孔；
模塑料，其包括相对的第三面和第四面，所述模塑料在所述重布线层的所述第一面侧包封所述第一管芯和传感元件；所述模塑料的所述第四面与所述重布线层的所述第一面结合。
2.根据权利要求1所述的封装组件，其特征在于，所述传感器的封装组件还具有第二管芯，所述第二管芯电连接至所述重布线层的所述第一面；所述模塑料在所述重布线层的所述第一面侧包封所述第二管芯。
3.根据权利要求1所述的封装组件，其特征在于，所述封装组件还包括模塑通孔电连接体，所述模塑通孔电连接体贯穿所述模塑料的第三面和第四面并连接至所述重布线层；所述模塑料的第四面上还包括焊盘，所述重布线层通过所述模塑通孔电连接体电连接至所述焊盘。
4.据权利要求3所述的封装组件，其特征在于，所述模塑料还包括连接所述第三面和第四面的侧壁，所述焊盘沿所述模塑料的第四面延伸至所述模塑料的侧壁的外表面。
5.根据权利要求1所述的封装组件，其特征在于，所述盖体连接至所述传感元件，所述盖体与所述传感元件之间形成第一空间，所述第一空间通过所述第二通孔和第一通孔连通至外部空间。
6.根据权利要求5所述的封装组件，其特征在于，所述盖体为硅罩，所述盖体包括贯穿所述盖体的硅穿孔电连接体，所述传感元件通过所述硅穿孔电连接体电连接至所述重布线层的所述第一面。
7.根据权利要求1所述的封装组件，其特征在于，所述封装组件还包括导电凸块，其设置于所述模塑料的第四面上的导电柱处。
8.根据权利要求1所述的封装组件，其特征在于，所述传感元件具有远离所述重布线层的所述第一面的前表面，所述前表面与所述模塑料的所述第四面平齐；所述传感元件至少部分地暴露于所述模塑料外。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的封装组件，其特征在于，所述传感元件为MEMS压力传感元件；所述第一管芯为ASIC。
10.一种传感器，其特征在于，其包括根据权利要求1至9中任意一项所述的传感器的封装组件和承载衬底，所述传感器的封装组件安装至所述承载衬底。
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