本技術(shù)實(shí)施例涉及芯片封裝，尤其涉及一種芯片封裝結(jié)構(gòu)及電子設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、基于微電子機(jī)械系統(tǒng)(micro-electromechanical?systems，mems)技術(shù)制作的傳感器研究持續(xù)發(fā)展，例如但不限于，慣導(dǎo)測(cè)量單元(inertial?measurement?unit，imu)、陀螺儀、加速度計(jì)等傳感器，并已廣泛應(yīng)用于車載、消費(fèi)(手機(jī)、智能穿戴等)等領(lǐng)域的相關(guān)產(chǎn)品。

2、mems器件級(jí)封裝一般包括微傳感器芯片粘接、引線鍵合、封蓋和氣密焊接等關(guān)鍵基礎(chǔ)工藝，因涉及封裝和惡劣環(huán)境較為復(fù)雜的交互關(guān)系，封裝制程引入的應(yīng)力容易造成傳感器結(jié)構(gòu)失效，如芯片裂紋、鍵合線斷裂、芯片與基板分層等。因此，降低封裝工藝引入的應(yīng)力，可以有效改善傳感器輸出性能(精度，諧振頻率，品質(zhì)因數(shù)等)和可靠性表現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)實(shí)施例提供了芯片封裝結(jié)構(gòu)及電子設(shè)備，通過(guò)優(yōu)化封裝架構(gòu)降低封裝應(yīng)力，改善應(yīng)力變形對(duì)芯片性能及可靠性的影響。

2、本技術(shù)實(shí)施例第一方面提供了一種芯片封裝結(jié)構(gòu)，該芯片封裝結(jié)構(gòu)包括芯片、第一包封樹脂層和第二包封樹脂層，其中，第一包封樹脂層位于芯片的背面?zhèn)?，第二包封樹脂層位于芯片的正面?zhèn)龋业谝话鈽渲瑢雍偷诙鈽渲瑢咏雍闲纬煞庋b體；采用樹脂材料在芯片的外部構(gòu)建形成整體保護(hù)。該芯片封裝結(jié)構(gòu)的外部管腳設(shè)置在第二包封樹脂層上，外部管腳通過(guò)金屬化結(jié)構(gòu)與位于芯片正面的引腳電氣連接，構(gòu)建形成了無(wú)基板芯片封裝方案。如此設(shè)置，可避免具有不同的熱膨脹系數(shù)芯片和基板或載板，受封裝過(guò)程中溫度變化的影響而引起的封裝應(yīng)力，以及在使用過(guò)程中由于溫度變化可能產(chǎn)生的應(yīng)力，規(guī)避應(yīng)力過(guò)大導(dǎo)到芯片出現(xiàn)裂紋、鍵合線斷裂或分層等現(xiàn)象，提升產(chǎn)生可靠性；且芯片引腳至外部管腳的互連路徑更短，寄生參數(shù)更小，利于提升產(chǎn)品性能；基于該無(wú)基板芯片封裝方案，可通過(guò)第一包封樹脂層或第二包封樹脂層的厚度或者材料配方，控制調(diào)節(jié)基于溫度變化而產(chǎn)生的應(yīng)力，進(jìn)而改善應(yīng)力變形產(chǎn)生的影響，在提升產(chǎn)品可靠性的同時(shí)，能夠進(jìn)一步減小產(chǎn)品尺寸，降低制造成本。

3、另外，相較于包括芯片、基板和封裝材料的傳統(tǒng)基板封裝，基于材料性質(zhì)不同而引入的機(jī)械應(yīng)力，本方案利用包封樹脂形成封裝體，降低了由于材料差異引入機(jī)械應(yīng)力的可能性。此外，該無(wú)基板的芯片封裝結(jié)構(gòu)直接安裝在單板上，兩者之間形成的傳熱路徑具有相對(duì)較低的熱阻，可提高散熱性能，并由此減小芯片在使用狀態(tài)下的溫度梯度，降低受溫度變化可能產(chǎn)生的應(yīng)力影響，進(jìn)一步提高使用可靠性。

4、與此同時(shí)，基于包封樹脂材料形成的封裝體，可在一定程度上緩解來(lái)自外部環(huán)境的機(jī)械應(yīng)力，有效減小封裝結(jié)構(gòu)受到的機(jī)械沖擊或振動(dòng)的影響；特別是，對(duì)于mems傳感器來(lái)說(shuō)，在實(shí)際場(chǎng)景下可能受到更大的機(jī)械振動(dòng)和溫度變化，前述應(yīng)力降低及緩沖能力提升的優(yōu)勢(shì)更為顯著。

5、示例性地，制作第一包封樹脂層和第二包封樹脂層的樹脂材料，可以采用環(huán)氧樹脂、硅膠或者酚醛樹脂制成，還可以采用環(huán)氧樹脂復(fù)合材料制成。

6、在實(shí)際應(yīng)用中，第一包封樹脂層和第二包封樹脂層中，至少一者采用環(huán)氧樹脂、硅膠或者酚醛樹脂制成。

7、基于第一方面，本技術(shù)實(shí)施例還提供了第一方面的第一種實(shí)施方式：第一包封樹脂層和第二包封樹脂層采用相同材料制成。例如兩者均采用環(huán)氧樹脂材料制成，得以具有良好的接合兼容性，由此在芯片外周實(shí)現(xiàn)無(wú)縫接合，提高接合可靠性?；蛘?，第一包封樹脂層和第二包封樹脂層還可以采用不同的材料制成。例如，第一包封樹脂層采用環(huán)氧樹脂制成，第二包封樹脂層采用導(dǎo)熱硅膠制成，根據(jù)需要調(diào)節(jié)芯片兩側(cè)在應(yīng)變環(huán)境下的應(yīng)力變形大小，避免影響芯片性能及使用可靠性。

8、基于第一方面，或第一方面的第一種實(shí)施方式，本技術(shù)實(shí)施例還提供了第一方面的第二種實(shí)施方式：該芯片封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)的芯片為多顆，多顆芯片采用平鋪的方式設(shè)置。也即沿芯片本體的延伸方向鋪設(shè)，可合理控制厚度尺寸；在實(shí)際應(yīng)用中，至少兩顆芯片之間通過(guò)引線電氣連接，以適應(yīng)不同的產(chǎn)品性能要求。

9、基于第一方面，或第一方面的第一種實(shí)施方式，本技術(shù)實(shí)施例還提供了第一方面的第三種實(shí)施方式：該芯片封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)的芯片為多顆，多顆芯片采用依次堆疊的方式設(shè)置，也即沿與芯片本體的延伸方向相垂直的方向堆疊，可合理控制占板面積；多顆芯片通過(guò)引線電氣連接，且多顆芯片中靠近外部管腳側(cè)設(shè)置的芯片通過(guò)金屬化結(jié)構(gòu)與外部管腳電氣連接。

10、基于第一方面，或第一方面的第一種實(shí)施方式，本技術(shù)實(shí)施例還提供了第一方面的第四種實(shí)施方式：該芯片封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)的芯片為多顆，多顆芯片采用堆疊的方式設(shè)置為多層堆疊層，且至少一層堆疊層內(nèi)采用平鋪的方式設(shè)置至少兩顆芯片；多顆芯片中靠近外部管腳側(cè)設(shè)置的芯片，通過(guò)金屬化結(jié)構(gòu)與外部管腳電氣連接；多顆芯片中的其他芯片，與靠近外部管腳側(cè)設(shè)置的芯片通過(guò)引線電氣連接。這樣，采用平鋪與堆疊組合的布置方式構(gòu)建形成多芯片封裝結(jié)構(gòu)，可根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)芯片布局，適應(yīng)高密場(chǎng)景的使用需要。

11、基于第一方面的第三種實(shí)施方式，或第一方面的第四種實(shí)施方式，本技術(shù)實(shí)施例還提供了第一方面的第五種實(shí)施方式：在堆疊方向上，相鄰的兩個(gè)芯片之間采用粘接膠固定。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠。

12、基于第一方面，或第一方面的第一種實(shí)施方式，或第一方面的第二種實(shí)施方式，或第一方面的第三種實(shí)施方式，或第一方面的第四種實(shí)施方式，或第一方面的第五種實(shí)施方式，本技術(shù)實(shí)施例還提供了第一方面的第六種實(shí)施方式：金屬化結(jié)構(gòu)為引線、植針、疊球、通孔或?qū)щ娭?/p>

13、示例性地，可以先制作金屬化結(jié)構(gòu)再制作包封樹脂層，例如，采用引線鍵合工藝垂直形成用于芯片引腳與外部管腳電連接的引線，再例如，可以采用植針工藝形成用于芯片引腳與外部管腳電連接的植針。

14、其他示例性地，還可以先制作包封樹脂層再制作金屬化結(jié)構(gòu)，例如，在第二包封樹脂層上對(duì)應(yīng)芯片引腳的位置處成孔，并采用電鍍工藝在孔內(nèi)涂覆導(dǎo)電材料形成導(dǎo)電通孔；再例如，在第二包封樹脂層上對(duì)應(yīng)芯片引腳的位置處成孔，并采用銀漿填孔工藝在孔內(nèi)形成導(dǎo)電柱。

15、基于第一方面，或第一方面的第一種實(shí)施方式，或第一方面的第二種實(shí)施方式，或第一方面的第三種實(shí)施方式，或第一方面的第四種實(shí)施方式，或第一方面的第五種實(shí)施方式，或第一方面的第六種實(shí)施方式，本技術(shù)實(shí)施例還提供了第一方面的第七種實(shí)施方式：該芯片封裝結(jié)構(gòu)的外部管腳為位于第二包封樹脂層的表面的焊盤。

16、在實(shí)際應(yīng)用中，可以采用電鍍工藝制成焊盤結(jié)構(gòu)的外部管腳，以與外部單板的相應(yīng)接口焊接，實(shí)現(xiàn)電氣連接。

17、基于第一方面，或第一方面的第一種實(shí)施方式，或第一方面的第二種實(shí)施方式，或第一方面的第三種實(shí)施方式，或第一方面的第四種實(shí)施方式，或第一方面的第五種實(shí)施方式，或第一方面的第六種實(shí)施方式，或第一方面的第七種實(shí)施方式，本技術(shù)實(shí)施例還提供了第一方面的第八種實(shí)施方式：該芯片封裝結(jié)構(gòu)的外部管腳為與金屬化結(jié)構(gòu)電連接的焊球。示例性地，可以呈柵格陣列形態(tài)布局焊球結(jié)構(gòu)，以提高上板焊接組裝工藝性。

18、基于第一方面的第八種實(shí)施方式，本技術(shù)實(shí)施例還提供了第一方面的第九種實(shí)施方式：該第二包封樹脂層上設(shè)置有與金屬化結(jié)構(gòu)電連接的表面焊盤，焊球結(jié)構(gòu)的外部管腳可以制作在相應(yīng)的表面焊盤上，具有較好的工藝性。該第二包封樹脂層上設(shè)置有與金屬化結(jié)構(gòu)電連接的重布線層，焊球結(jié)構(gòu)的外部管腳可以與表面焊盤或者重布線層焊接，實(shí)現(xiàn)電連接。這樣，基于該重布線層，能夠?qū)崿F(xiàn)外部管腳的小間距布局，可適應(yīng)用于高密場(chǎng)景。

19、基于第一方面，或第一方面的第一種實(shí)施方式，或第一方面的第二種實(shí)施方式，或第一方面的第三種實(shí)施方式，或第一方面的第四種實(shí)施方式，或第一方面的第五種實(shí)施方式，本技術(shù)實(shí)施例還提供了第一方面的第十種實(shí)施方式：金屬化結(jié)構(gòu)為焊球，且焊球外露于第二包封樹脂層并形成外部管腳。具有較好的工藝性。

20、基于第一方面，或第一方面的第一種實(shí)施方式，或第一方面的第二種實(shí)施方式，或第一方面的第三種實(shí)施方式，或第一方面的第四種實(shí)施方式，或第一方面的第五種實(shí)施方式，或第一方面的第六種實(shí)施方式，或第一方面的第七種實(shí)施方式，或第一方面的第八種實(shí)施方式，或第一方面的第九種實(shí)施方式，或第一方面的第十種實(shí)施方式，本技術(shù)實(shí)施例還提供了第一方面的第十一種實(shí)施方式：該芯片封裝結(jié)構(gòu)還包括設(shè)置在封裝體外部的防護(hù)層，該防護(hù)層包覆在封裝體背離外部管腳所在側(cè)的表面，以及封裝體的部分外周表面。這樣，可提供進(jìn)一步防護(hù)作用，提升產(chǎn)品的可靠性。

21、示例性地，該防護(hù)層可以采用金屬材料制成，以屏蔽和隔離干擾信號(hào)的影響。其他示例性地，該防護(hù)層可以采用陶瓷材料制成。

22、本技術(shù)實(shí)施例第二方面提供了一種電子設(shè)備，該電子設(shè)備包括主板和如前所述的芯片封裝結(jié)構(gòu)，該芯片封裝結(jié)構(gòu)設(shè)置在主板上?；跓o(wú)基板的低應(yīng)力芯片封裝結(jié)構(gòu)，改善應(yīng)力變形對(duì)芯片性能及可靠性的影響，提升產(chǎn)生可靠性；且芯片引腳至外部管腳的互連路徑更短，可提升產(chǎn)品性能。整體上，為保證電子設(shè)備的運(yùn)行可靠性提供了技術(shù)保障。

23、基于第二方面，本技術(shù)實(shí)施例還提供了第二方面的第一種實(shí)施方式：該芯片封裝結(jié)構(gòu)為電子設(shè)備的mems器件。示例性地，該mems器件可以為mems力學(xué)傳感器、mems電學(xué)傳感器或者mems聲學(xué)傳感器，或者該mems器件也可以為mems微鏡。

24、在實(shí)際應(yīng)用中，該電子設(shè)備可以為車載設(shè)備、手機(jī)、平板電腦，智能穿戴設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、微型投影儀等設(shè)備。