CN102685657B - 部件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于MEMS构件(1)的基于晶片级的封装方案，所述MEMS构件具有至少一个构造在构件前侧中的膜片结构(2)，其中，与所述MEMS构件(1)的前侧连接有内插件(5)，所述内插件具有至少一个通孔(7)作为通向所述MEMS构件(1)的膜片结构(2)的通道开口，并且设有电敷镀通孔(8)，从而所述MEMS构件(1)可通过所述内插件(5)电接通。根据本发明，所述内插件(5)中的所述至少一个通孔(7)的横截面积比所述MEMS构件(1)的横向延展小得多。所述至少一个通孔(7)通到所述膜片结构(2)与所述内插件(5)之间的空腔(6)中。

Description

部件
技术领域
本发明一般涉及晶片级AVT(构造与连接技术)范畴内的MEMS(微机电系统)构件的封装，特别是涉及具有构造在构件前侧中的膜片结构的MEMS构件的封装。这种构件例如可以是压力传感器、扬声器或麦克风构件。这些应用要求封装中的介质通道。
背景技术
一方面，MEMS构件的封装用于芯片的机械保护。另一方面，所述封装能够实现在第二级安装范畴内(例如在印刷电路板上)部件的机械连接和电连接。在实践中大多使用基于印刷电路板的封装或陶瓷外壳作为MEMS构件的封装。这两种封装方案伴随着相对较高的制造开销。此外，已知的封装与芯片尺寸相比相对较大。
本发明的出发点是没有在先公开的德国专利申请102010040370.9，其中描述了一种基于晶片级的用于MEMS麦克风构件的封装方案。根据所述封装方案的一种实现方式，MEMS麦克风构件的前侧设有盖晶片，在所述MEMS麦克风构件的前侧中构造有麦克风膜片。所述盖晶片充当用于第二级安装的内插件并且因此设有电敷镀通孔(Durchkontakten)，MEMS麦克风构件可通过所述电敷镀通孔电接通。
即封装在这里以晶片堆的形式实现，其中，膜片结构和(必要时)微机械麦克风芯片的集成电路通过内插件保护。可以借助标准方法安装和电接通所述封装。所述封装变型方案的特别优点在于：不仅麦克风芯片的微机械的和电路技术的功能以及内插件的结构和电功能在复合晶片(Wafer-verbund)中设置和产生，而且麦克风芯片与内插件的连接也在复合晶片中建立。仅仅在此之后才分离封装。芯片制造和封装的这种非常广泛的并行是极其高效的，这涉及制造过程和制造成本。此外，可以将部件尺寸减到最小。这种封装需要非常小的印刷电路板空间并且具有非常小的结构高度。这种面积上和高度上的微型化为开发具有麦克风功能的新颖的和改进的最终产品提供了多种可能性。
在德国专利申请102010040370.9中描述的封装中，通过内插件中的通孔实现声导入，所述内插件的开口面基本上相应于MEMS麦克风构件的膜片面。
内插件的所述布局决定了在封装的安装侧上——即在内插件的背离MEMS麦克风构件的表面上仅仅非常有限的面积可供用于第二级安装的连接接触。此外，内插件中的通孔越大，MEMS麦克风构件的灵敏的膜片结构在第二级安装期间和之后被污染或损坏的危险越大。
发明内容
通过本发明进一步改进了在德国专利申请102010040370.9中描述的基于晶片级的封装方案。
建议：内插件中的至少一个通孔的横截面积设计得比MEMS构件的膜片结构的面积小得多。所述至少一个通孔通到膜片结构和内插件之间的空腔中。重要的是，内插件中的通孔以及膜片结构与内插件之间的空腔此外在大小、形状和/或位置方面是彼此可变的。
在这种布局中，内插件的相对较大的面积可供用于第二级安装。由此第二级安装的应力耦入主要在内插件上实现而较少地在MEMS构件上实现。此外能够实现用于封装的电接通的相对较大面积的连接接触部，所述连接接触部(Anschlusskontakte)与适于封装的BGA(Ball Grid Array：球形格栅阵列)接通那样同样适于LGA(Land Grid Array：接点栅格阵列)接通。通过根据本发明减小通孔，也显著地降低了敏感的膜片结构的污染或损坏的危险。
在本发明的一种优选的实现方式中，用于部件的电接通的接触面在第二级安装的范畴内延伸，因此直至延伸超出MEMS结构的区域，即延伸超出膜片区域。
如已经提到的那样，根据本发明的部件可以在最大程度上在晶片级上——即批量处理。所述制造方式决定：内插件以具有与MEMS构件相同的芯片面积的芯片的形式实现。为了在膜片结构和内插件之间构造空腔，内插件芯片的朝向MEMS构件的表面可以简单地设有空穴(Kaverne)，所述空穴的横向延展至少相应于膜片结构的横向延展。但内插件也可以以芯片堆的形式实现，所述芯片堆包括具有与MEMS构件相同的芯片面积的、平的内插件芯片和至少一个间隔保持件。在这种情况下，通孔位于平的内插件芯片中，所述内插件芯片通过间隔保持件与构件的前侧机械地和电地连接，从而在膜片结构和内插件之间形成空腔。具有通孔的、平的第二芯片例如可以简单地充当间隔保持件，所述通孔与内插件芯片中的通孔不同地至少在整个膜片结构上延伸。
证实特别有利的是，ASIC充当内插件芯片。在这种情况下，可以将运行MEMS构件所需的电路的至少一部分从MEMS构件移到ASIC上。由此可以减小MEMS构件的“覆盖区(footprint)”面积，这在总体上有助于部件的微型化。ASIC优选以其背侧安装在MEMS构件的前侧上，使得部件可以非常简单地以倒装晶片技术安装在印刷电路板上。即ASIC的设有电路元件的前侧在这里由部件的第二级安装保护。
但是，如果构件的芯片面积比MEMS构件的膜片面积小得多，则内插件也可以充当用于至少一个另外的构件的载体。即在这种情况下所述另外的构件(例如ASIC)可以简单地在空腔的区域内设置在内插件上。则内插件也可以构造有用于所述另外的构件的电接通的电敷镀通孔。
在一些应用中，例如在压力传感器或麦克风中，证实有利的是，相对于第二级安装面密封介质通道——即内插件中的通孔。为此可以简单地在内插件的背离MEMS构件的表面上在通孔的边缘区域中施加形式为用于部件的第二级安装的密封环的密封材料。因为内插件中的通孔与膜片面积和部件的“覆盖区”相比相对较小，所以所述密封措施不会负面地影响部件大小。此外，可以可变地设计密封环的位置、形状和/或大小。
可以简单地、同样在晶片级上通过施加至少一个另外的层来保护MEMS构件的背侧。在此例如可以涉及尤其是由塑料、玻璃或半导体材料制成的薄膜或背侧晶片。
根据本发明的封装方案也特别适于MEMS麦克风构件。在此，内插件中的通孔用作声进入开口，其与麦克风膜片与内插件之间的空腔一起形成前容积。麦克风膜片的背侧容积可以简单地通过MEMS麦克风膜片的背侧上的晶片封闭和定义。有利地，所述背侧晶片是经结构化的。所述背侧晶片可以设有用于增大背侧容积的凹槽和/或与麦克风膜片的背侧容积连通的通气孔。如此实现的MEMS麦克风封装可以借助标准方法安装在印刷电路板中的声孔的上方。即根据本发明的封装方案既不需要专门的设计或麦克风芯片的专门的制造过程也不需要专门的封装和安装技术。
附图说明
如以上所述，存在不同的可能性来通过有利的方式构造并且扩展本发明的教导。为此一方面参照独立权利要求后面的权利要求而另一方面参照本发明的多个实施例的以下根据附图的描述。尽管所有的实施例都涉及MEMS麦克风构件的封装，但本发明不限于这些专门的应用情况，而一般性地涉及具有膜片结构的MEMS构件的封装。
图1至图3分别示出根据本发明构造的MEMS麦克风封装10、20或30的示意剖视图。
具体实施方式
在图1中示出的MEMS麦克风封装10以晶片级封装(WLP)的形式实现，即以晶片堆的形式实现。所述MEMS麦克风封装10包括麦克风构件1，所述麦克风构件以下称作麦克风芯片1。在麦克风芯片1的前侧中构造有形式为具有反电极的膜片的、声音敏感的膜片结构2，所述膜片结构覆盖芯片背侧的空穴3。通常在麦克风芯片的前侧上还具有电路元件，但这里出于清楚的原因没有示出。仅仅示出了用于信号传输的电接触部4。
此外，封装10包括内插件5，所述内插件设置在麦克风芯片1的前侧上。在内插件5的朝向麦克风芯片1的表面中构造有凹槽6，所述凹槽在整个膜片面上延伸。内插件5例如可以是背侧结构化的半导体晶片。麦克风芯片1和内插件5之间的连接在这里借助于晶片级键合建立，但也可以粘接、焊接、借助玻璃或者合金连接。在任何情况下，其应当是声音密封的，从而保护麦克风结构和麦克风芯片1的前侧上的电路组件免受环境影响。
膜片结构2的声加载通过内插件5中的通孔7实现，所述通孔的横截面积比膜片结构的横向延展小得多。所述声孔7通到内插件5的凹槽6中，所述凹槽在这里充当膜片结构2的前容积。空穴3用作背侧容积，所述空腔在这里通过麦克风芯片1的背侧上的未结构化的、封闭的、相对较薄的板9封闭。此外，所述板9使封装10具有一个封闭的、坚固的表面。但背侧容积同样可以借助于在晶片级上施加在麦克风芯片的背侧上的薄膜来封闭。特别有利的是，使用具有空腔的经结构化的背侧晶片，以增大背侧容积。替代地，也可以使用相应成形的塑料件。在任何情况下，背侧的封闭元件9与麦克风芯片1之间的连接——如同麦克风芯片1和内插件5之间的连接那样——在晶片级上建立。
因为封装10通过内插件5放置和安装在其使用位置上，所以在内插件5中构造有敷镀通孔8，其将麦克风芯片1的前侧上的电接触部4与内插件5的安装侧上的连接接触部11电连接。通过所述方式使设置在麦克风芯片1的前侧上的电路组件在安装位置上电接通。
在第二级安装时，麦克风结构相对于第二级印刷电路板密封，使得在第二级安装之后仍然可以实施再加工处理，而不损害麦克风功能。为此使用以下密封材料：所述密封材料在内插件5的安装侧上施加在声孔7的边缘区域中的环形接触面12上。在此例如涉及焊料或者也涉及硅粘接剂。
虽然声孔7位于封装10的安装侧上，但是灵敏的膜片结构2在第二级安装过程中受到保护良好地避免例如通过焊剂蒸汽侵入导致的污染，因为内插件5中的通孔7的横截面积比内插件5和膜片结构2之间的空腔6的横向延展小得多。
由所述大小比例得出另一优点，所述另一优点同样通过图1说明。用于封装10的电接通的连接接触部11在此不限制在膜片结构2的框架区域上而是甚至延伸超出膜片结构2。因为内插件5中的通孔7小于膜片面，所以连接接触部11可以与膜片面无关地设计得相对较大，不必由此增大封装10的安装侧。这也提供以下可能性：连接接触部11从安装侧的边缘区域更多地移到安装侧的内部区域中，其中，其形状基本上是任意的。
在图2中示出的MEMS麦克风封装20与以上所述的MEMS麦克风封装10的区别仅仅在于内插件的种类。因此以下对于相同的组件也使用相同的附图标记。
MEMS麦克风封装20同样涉及晶片级封装(WLP)，其包括麦克风芯片1，所述麦克风芯片具有芯片前侧中的声音敏感的膜片结构2和芯片背侧中的空穴3。此外，在芯片前侧上示出了麦克风芯片1的电接触部4。麦克风芯片1的背侧与未结构化的、封闭的、相对较薄的板9连接，所述板封闭麦克风膜片的背侧容积。在麦克风芯片1的前侧上设置有内插件25，在所述内插件中设置有声孔27。所述声孔比膜片结构的膜片面小得多。
与MEMS麦克风封装10不同，内插件25在这里以芯片堆的形式实现，由平的内插件芯片251和间隔保持件252组成，在所述平的内插件芯片中构造有声孔27，所述内插件芯片251通过所述间隔保持件与麦克风芯片1的前侧连接，从而在膜片结构2与内插件芯片251之间形成空腔26。所述空腔26用作膜片结构2的前容积。在这里示出的实施例中，内插件芯片251涉及ASIC，在所述ASIC上例如可以集成用于麦克风芯片1的信号处理的部件。ASIC 251的电路元件集成在背离麦克风芯片1的表面上，在所述表面上还设置有MEMS麦克风封装20的用于第二级安装的连接接触部11。间隔保持件252以具有通孔的半导体晶片的形式实现，所述通孔的横截面至少相应于膜片结构2的横向延展，并且所述通孔如此构成空腔26。
间隔保持件252与内插件芯片251之间的机械连接以及间隔保持件252与麦克风芯片1之间的机械连接是声音密封的并且在这里借助于晶片级键合建立。
麦克风芯片1或者麦克风芯片1的电接触部4与ASIC 251的电路元件以及连接接触部11之间的电连接借助于间隔保持件252的框架区域中的敷镀通孔282和借助于ASIC 251中的敷镀通孔281建立。所述敷镀通孔281和282通过间隔保持件252和ASIC 251彼此邻接的表面上的接触面283电连接。
如同麦克风结构和麦克风芯片1的前侧上的电路组件由内插件25保护免受环境影响那样，ASIC 251的有效表面通过第二级安装保护。对此，声孔27的圆周上的接触面12上的密封环也有贡献，其不仅相对于第二级印刷电路板密封麦克风结构而且还将封装20的装配侧上的ASIC电路组件与第二级印刷电路板中的介质通道分开。
对于在图1和2中示出的实施例还应注意，由多个芯片组成的内插件不一定包括ASIC，并且在一体的内插件的情况下也可以使用ASIC作为内插件。为此仅需使ASIC设有通到ASIC的背侧中的相应于膜片面的凹槽中的通孔。
在图3中同样示出了MEMS麦克风封装30，其除麦克风芯片1以外(如其已经结合图1和2进行说明那样)还包括ASIC 31。
如在图1和2的情况中那样，麦克风结构的背侧容积通过麦克风芯片1的背侧上的未结构化的、封闭的、相对较薄的板9封闭，而在麦克风芯片1的前侧上设置有具有声孔7的内插件35。
在这里示出的实施例中，内插件35是具有背离麦克风芯片1的表面中的凹槽6的半导体晶片。所述凹槽6至少在整个麦克风结构上延伸，从而在麦克风结构2和内插件35之间形成空腔6。在此，其横截面积比膜片面的横向延展小得多的声孔7不是居中地而是在一侧地设置在膜片结构2的下方。由此在凹槽6的区域中在内插件35上产生用于ASIC 31的安装侧，所述ASIC 31比麦克风芯片1小得多。在声音密封地彼此连接内插件35和麦克风芯片1之前，以芯片到晶片方法(Chip-to-Wafer-Verfahren)将ASIC31安装在内插件35的凹槽6中。
因为封装30的第二级安装通过内插件35进行，所以内插件35一方面构造有用于麦克风芯片1的电接通的敷镀通孔8而另一方面构造有用于ASIC 31的电接通的敷镀通孔38。敷镀通孔8设置在内插件35的框架区域中并且从麦克风芯片1的前侧上的电接触部4延伸到内插件35的安装侧上的连接接触部11。与此不同，敷镀通孔38设置在凹槽6的区域中并且将ASIC 31的电连接端子与内插件35的安装侧上的相应的连接接触部13连接。
在所有以上提到并且描述的根据本发明的封装方案的实施变型方案中，证实有利的是，内插件和(必要时)麦克风构件的背侧上的其他层由导电材制成或者至少以导电材料涂敷，以便为麦克风结构屏蔽电磁干扰。
所有以上描述的封装可以在复合晶片中设置，借助芯片制造的标准方法制成并且在分离后安装在第二级衬底上，例如安装在陶瓷衬底或印刷电路板上。随后，所述衬底可以再次锯开，以便补充单个封装的封装。在任何情况下，衬底向相应的封装提供附加的机械保护并且此外可以阻挡光入射和电磁干扰。

Claims (11)

1.部件，所述部件至少包括：
具有至少一个构造在构件前侧中的膜片结构(2)的MEMS构件(1)，与所述MEMS构件(1)的前侧连接的内插件(5)，
所述内插件具有至少一个通孔(7)作为通向所述MEMS构件(1)的膜片结构(2)的通道开口，并且
所述内插件设有电敷镀通孔(8)，从而所述MEMS构件(1)能够通过所述内插件(5)电接通，
其特征在于，
所述内插件(5)中的所述至少一个通孔(7)的横截面积比所述MEMS构件(1)的膜片面积小得多，并且
所述至少一个通孔(7)通到所述膜片结构(2)与所述内插件(5)之间的空腔(6)中；
所述内插件(5)以芯片的形式实现，所述芯片具有与所述MEMS构件(1)相同的芯片面积。
2.根据权利要求1所述的部件，其特征在于，在所述内插件(5)的背离所述MEMS构件(1)的表面上在所述膜片结构(2)上方的区域中施加有连接接触部(11)，用于第二级安装范畴内所述部件的电接通。
3.根据权利要求1或2所述的部件，其特征在于，在所述内插件(5)的朝向所述MEMS构件(1)的表面中构造有一空穴，所述空穴充当所述膜片结构(2)与所述内插件(5)之间的空腔(6)。
4.根据权利要求1或2所述的部件，其特征在于，所述内插件包括一个平的内插件芯片(251)和至少一个间隔保持件(252)，所述平的内插件芯片具有与所述MEMS构件(1)相同的芯片面积，其中，在所述平的内插件芯片(251)中构造有至少一个通孔，并且，为了实现所述膜片结构(2)与所述内插件之间的空腔，所述平的内插件芯片(251)通过所述间隔保持件(252)与所述MEMS构件(1)的所述前侧机械地和电地连接。
5.根据权利要求3所述的部件，其特征在于，ASIC(251)充当所述内插件，其中，所述MEMS构件(1)的前侧朝向所述ASIC(251)的背侧。
6.根据权利要求4所述的部件，其特征在于，ASIC充当所述内插件芯片，其中，所述MEMS构件(1)的前侧朝向所述ASIC的背侧。
7.根据权利要求1-2、5-6中任一项所述的部件，其特征在于，所述内插件充当用于至少一个另外的构件(31)的载体，所述另外的构件(31)设置在所述膜片结构(2)与所述内插件之间的空腔(6)的区域内，所述内插件设有用于所述另外的构件(31)的电接通的电敷镀通孔。
8.根据权利要求1-2、5-6中任一项所述的部件，其特征在于，在所述内插件(5)的背离所述MEMS构件(1)的表面上在所述至少一个通孔(7)的边缘区域中施加有用于所述部件的第二级安装的密封材料(12)。
9.根据权利要求1-2、5-6中任一项所述的部件，其特征在于，所述MEMS构件(1)的背侧设有至少一个另外的层(9)，其以薄膜或背侧晶片的形式实现。
10.根据权利要求1-2、5-6中任一项所述的部件，所述部件具有MEMS麦克风构件，其特征在于，麦克风膜片的背侧容积由结构化的背侧晶片限定，在所述背侧晶片中构造有至少一个用于增大背侧容积的凹槽和/或与所述麦克风膜片的背侧容积相通的通风孔。
11.根据权利要求9所述的部件，其特征在于，所述薄膜或背侧晶片由塑料、玻璃或半导体材料构成。
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