CN104661164B - 半导体器件以及形成半导体器件的方法 - Google Patents

半导体器件以及形成半导体器件的方法 Download PDF

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Abstract

本发明的各个实施例涉及一种半导体器件以及形成半导体器件的方法。一种半导体器件包括在第一半导体裸片上实现的麦克风模块和在第二半导体裸片上实现的信号处理模块。麦克风模块包括布置在第一半导体裸片的主侧的可移动麦克风元件，并且第二半导体裸片安装在第一半导体裸片的主侧。

Description

半导体器件以及形成半导体器件的方法
技术领域
本发明各个实施例涉及基于半导体的麦克风，并且具体地涉及一种半导体器件和形成半导体器件的方法。
背景技术
基于半导体的麦克风用于很多应用中。例如，很多手机和头戴式耳机以及大部分的笔记本电脑和平板电脑都使用麦克风。由于移动设备中受限的可用空间，人们希望这类麦克风在提供良好性能的同时只需要很小的空间。
发明内容
本发明的一些实施例涉及一种半导体器件，其包括在第一半导体裸片上实现的麦克风模块和在不同的第二半导体裸片上实现的信号处理模块。麦克风模块包括布置在第一半导体裸片主侧的可移动麦克风元件，并且第二半导体裸片安装到第一半导体裸片的主侧。
本发明的另外一些实施例涉及一种半导体器件，其包括在第一半导体裸片上实现的麦克风模块和在不同的第二半导体裸片上实现的信号处理模块。第二半导体裸片安装到第一半导体裸片的第一侧。进一步的，半导体器件包括安装到第一半导体裸片的第二侧的引线框架。
本发明的一些实施例涉及形成半导体器件的方法，该半导体器件包括在第一半导体裸片上实现的麦克风模块和在不同的第二半导体裸片上实现的信号处理模块。进一步的，麦克风模块包括布置在第一半导体裸片主侧的可移动麦克风元件。该方法还包括将第二半导体裸片安装到第一半导体裸片的主侧。
附图说明
下文将仅借助示例并且参考附图描述关于装置和/或方法的一些实施例，其中：
图1示出了半导体裸片的截面示意图；
图2A示出了半导体裸片的截面示意图；
图2B示出了图2A中所示半导体器件的顶视示意图；
图3A示出了半导体器件的截面示意图；
图3B示出了图3A所示的半导体器件的顶视示意图；
图4示出了一种半导体器件的截面示意图；
图5示出了另一种半导体器件的截面示意图；
图6A示出了图5所示的半导体器件的引线框架的顶视示意图；
图6B示出了图5所示的半导体器件的一种可行的焊接模式的顶视示意图；
图6C示出了图5所示的半导体器件的另一种可行的焊接模式的顶视示意图；
图7示出了一种半导体器件的截面示意图；
图8示出了另一种半导体器件的截面示意图；
图9示出了引线框架的顶视示意图；
图10示出了图9所示的引线框架的截面示意图；
图11示出了引线框架的顶视示意图；
图12示出了半导体器件的截面示意图；
图13示出了形成半导体器件的一种方法的流程图；
图14示出了形成半导体器件的另一种方法的流程图；以及
图15示出了形成半导体器件的另一种方法的流程图。
具体实施方式
现在将参考图示了一些示例实施例的附图，来更加完整的描述各种示例实施例。在附图中，为清晰起见，线、层和/或区域的厚度可能有所夸大。
因此，虽然示例实施例可以有各种修改和替代形式，其中的实施例以示例的方式在附图中示出并且会在这里详细描述。然而，应当理解，本文没有意图将示例实施例限制到公开的具体形式，而是与此相反，示例实施例包括所有落入本公开范围内的修改、等同和替代。在附图的描述中，相同的数字指相同或相似的元件。
应当理解当元件被称作“连接”或“耦合”到另一元件时，其可以是直接地连接或耦合到另一元件，或者可以存在中介元件 (intervening element)。相对应的，当元件被称作“直接连接”或者“直接耦合”到另一元件时，则不存在中介元件。其他用于描述元件之间关系的词汇也应该以类似方式解释(比如，“在……之间”与“直接在……之间”，“临近”与“直接临近”等)。
这里使用的术语只出于描述具体的实施例的目的，而并非意在限制示例实施例。比如这里使用的单数形式“一”、“一个”和“该”也用于包括复数形式，除非上下文另有明确指明。应当进一步理解，术语“包括”、“包括”、“含有”和/或“具有”等在使用时指明存在所陈述的特征、总体(integer)、步骤、操作、元件和/或组分，但并不排除存在或者附加了一个或者多个其他特征、总体、步骤、操作、元件和/或组分。
除非另有定义，这里使用的所有术语(包括技术和科学术语) 具有与示例实施例所属领域的普通技术人员的通常理解一样的含义。需要进一步理解，对于术语，比如在常用词典中定义的术语，应当被解释为具有与在相关技术的背景下的含义相一致的含义，而不应该以一种理想化的或者过度正式的意义进行解释，除非在此明确地定义。
图1根据本发明的一个实施例示出了一种半导体器件100的横面视图。半导体器件100包括在第一半导体裸片110上实现的麦克风模块和在第二半导体裸片120上实现的信号处理模块。麦克风模块包括布置在第一半导体裸片110的主侧114的可移动麦克风元件112。第二半导体裸片120被安装到第一半导体裸片110的主侧。
通过将第二半导体裸片120安装到第一半导体裸片110上，半导体器件100的空间消耗可以被大大地降低。通过在分隔开的半导体裸片上实现麦克风模块和信号处理模块，制造技术能够更高效的适应各自的要求(例如，用于第二半导体裸片的互补金属氧化物半导体(CMOS)技术和用于第一半导体裸片的微机电系统(MEMS) 技术)。进一步的讲，在本发明的一些实施例中，可移动麦克风元件 112由于被布置在第一半导体裸片110主侧，可以受到第二半导体裸片120保护而在制造或处理过程中免受损伤。
麦克风模块可以是能够生成包含关于可移动麦克风元件112移动信息的麦克风信号的电路，该移动例如由到达可移动麦克风元件的声波所引起。可移动麦克风元件112可以是微机电元件(比如薄膜)。可移动麦克风元件112可以响应于施加的作用力而弯曲或者变形。换句话说，可移动麦克风元件112可以由于可移动麦克风元件 112处声压的变化而发生移动或者变形。可以通过麦克风模块来确定、探测或者测量可移动麦克风元件112的移动。更进一步，麦克风模块可以基于所测量或者确定的可移动麦克风模块112的移动来提供麦克风信号。麦克风信号包括正比于或者依赖于可移动麦克风元件112的形变的电压或者电流，或者可以包含由可移动麦克风元件112的形变而获得的信息。麦克风信号可以是模拟信号或者数字信号，该信号被提供给第二半导体裸片120上的信号处理模块。例如，麦克风模块可以包括用于确定、探测或者测量可移动麦克风元件形变的、用于过滤和/或放大信号的、和/或用于信号的模拟-数字转换的电子元件，和/或其他元件。
半导体器件100或者相应的半导体裸片例如可以通过能够形成上述模块的任意半导体制备工艺来实现。换句话说，例如，半导体器件100的第一半导体裸片110和/或第二半导体裸片120可以包括基于硅的半导体衬底、基于碳化硅的半导体衬底、基于砷化镓的半导体衬底或者基于氮化镓的半导体衬底。
第一半导体裸片110和/或第二半导体裸片120中可以每一个都包括半导体衬底，并且可选地在半导体衬底上包括一个或者多个金属层、绝缘层和/或钝化层。
可移动麦克风元件112(比如硅薄膜)可以在第一半导体裸片110 的半导体衬底内实现，也可以通过在第一半导体裸片110的半导体衬之上的金属层来实现。在上述两种情况下，可移动麦克风元件都可以位于第一半导体裸片110的表面附近或者可以呈现为表面的一部分。第一半导体裸片110的靠近可移动麦克风元件112的表面代表第一半导体裸片110的主侧114。换句话说，可移动麦克风元件 112可以代表第一半导体裸片110的主要元件，从而第一半导体裸片 110的包括可移动麦克风元件112之侧代表第一半导体裸片110的主侧114。
第一半导体芯片110的主侧114可以为，以半导体衬底、半导体衬底之上的金属层、绝缘层和/或钝化层的表面为代表的，第一半导体芯片110的表面。与半导体裸片的基本垂直的边缘(比如通过将半导体衬底与其他裸片分隔开而得到的)相比，第一半导体裸片110的主侧114可以是横向扩展的基本水平的表面。第一半导体裸片110 的主侧114可以是基本平坦的平面(比如忽略了由制造工艺或焊盘所导致的半导体裸片不平坦性)。进一步地，横向或者横向扩展可以被定向为基本平行于主侧114，而纵向或者纵向扩展可以被定向为基本垂直于主侧114。
信号处理模块例如可以被配置用于对由麦克风模块提供的信号进行处理。换句话说，可以通过在第一半导体裸片110和第二半导体裸片120之间的至少一个电连接而将由麦克风模块生成的麦克风信号提供给信号处理模块。信号处理模块可以以不同方式处理麦克风信号，并且可以将处理后的输出信号提供给半导体器件100的输出接口。半导体器件100可以连接到外部设备，或者作为使用处理后输出信号的应用的一部分。例如，信号处理模块可以通过模拟-电子转换、过滤、放大、和/或转换为外部设备或应用所需要的音频信号格式的方式来处理麦克风信号。
可以使用多种方法把第二半导体裸片120安装至第一半导体裸片110的主侧114。例如，可以将第二半导体裸片120焊接至第一半导体裸片110(比如以倒装芯片的结构)，或者可以粘接到第一半导体裸片110上，使得在可移动麦克风元件112和第二半导体裸片120之间留下空隙。可选地，第二半导体裸片120可以比第一半导体裸片110显著地更小，并且可以被安装到第一半导体裸片110的主侧 114，比如在横向上位于可移动麦克风元件112旁边。
半导体器件100包括至少一个开口，以便使声波能够到达可移动麦克风元件112。换句话说，半导体器件100可包括第一开口，用于使得声波能够接近(access)可移动麦克风元件112的第一侧。进一步的，半导体器件100可包括第二开口，用于使得声波能够接近可移动麦克风元件112的第二侧(比如同时或者有时间延迟)。可选地，可移动麦克风元件112的正侧可以被布置为，以便声波能够通过半导体器件100的开口到达可移动麦克风元件112的正侧，并且可移动麦克风元件112的相对(opposite)的背侧可以被布置为朝向封闭的或者包封的背侧体积。背侧体积的大小可能影响麦克风模块的性能(比如灵敏度)。例如，更大的背侧体积比更小的背侧体积能够使得麦克风模块的性能更好。
例如，声波能够从第一半导体裸片110的背侧(与主侧相对) 通过第一半导体裸片110(例如图1)内的孔洞接近可移动麦克风元件112。
可选地，第二半导体裸片120可以包括延伸穿过半导体裸片120 的孔洞或者开口(例如未填充的孔洞)。孔洞可以被布置为与可移动麦克风元件112相对。换句话说，例如，孔洞或者开口可以被布置为与可移动麦克风元件112在横向上有重叠。例如，可以通过实现通过第二半导体裸片120的孔洞，来增加可移动麦克风元件112的背体积或者提供声波用的通道。
孔洞的大小和孔洞的位置可以在很大的范围内选择。例如，第二半导体裸片120的孔洞可以被布置为在横向上接近可移动麦克风元件112的中心或者在中心，或者接近可移动麦克风元件的边缘或者在边缘(偏离中心)。例如，通过将第二半导体裸片120的孔洞布置为远离中心(可移动麦克风元件中心和孔洞没有横向交叠)，在裸片键合时可以更容易地处理裸片。
可以使用蚀刻第二半导体裸片120来实现上述孔洞。在第二半导体裸片120的剩余部分实现信号处理模块(比如在蚀刻孔洞之前)。
对于上文所提及一个或多个方面可选地、备选地或者额外地，通过模制塑料或者盖帽(例如金属盖帽)来至少部分地封闭或包封第一半导体裸片110和第二半导体裸片120。例如，半导体器件100 可以包括部分地封闭第一半导体裸片110和第二半导体裸片120的模制塑料结构。模制塑料结构可以包括从第二半导体裸片120的孔洞延伸穿过模制塑料结构的孔洞。使用这种方法，例如，可以进一步增加背侧体积，或者提供声波用的通道。
为了增加背侧体积或者使声波用的通道可用，例如在第二半导体裸片120内实现小孔洞就足够了。换句话说，第二半导体裸片120 的孔洞的横向尺寸或者裸片面积可以比可移动麦克风元件的横向尺寸或者裸片面积要小。例如，第二半导体裸片120的孔洞的横向面积可以小于可移动麦克风元件112横向尺寸的一半(或者小于三分之一，小于四分之一，小于20％，或者小于10％)。通过使第二半导体裸片120的孔洞的尺寸保持为小的，例如对于可移动麦克风元件的保护可以得到改善(比如在模制或者处理过程中)。
备选地，与第一半导体裸片110的裸片面积相比，第二半导体裸片120可以显著减小(小于50％，小于30％，或者小于10％)。在这种情况下，第一半导体裸片110可以提供足够的空间，用于将第二半导体裸片120安装到第一半导体裸片110的主侧、在横向上在可移动麦克风元件112的旁边。换句话说，可以把第二半导体裸片 120安装至第一半导体裸片110的主侧114，而与可移动麦克风元件 112没有横向上的交叠。例如，可以使用盖帽将第一半导体裸片110 和第二半导体裸片120部分地封闭或者包封起来。以这种方式，可移动麦克风元件112可以例如由盖帽保护。
可以以各种方式实现在第一半导体裸片110和第二半导体裸片 120之间的电连接。例如，第一半导体裸片110在主侧114包括至少一个信号输出接口(比如焊盘)，该接口电连接到第二半导体裸片的至少一个信号输入接口。以这种方式，麦克风模块可能能够提供输出信号(比如麦克风信号)给第一半导体裸片110的至少一个信号输出，该信号输出电连接到第二半导体裸片120的至少一个信号输入接口。如上文所提及的，麦克风信号可以包括关于可移动麦克风元件112的移动的信息。
至少一个信号输入接口和/或信号处理模块可以在第二半导体裸片120的面对第一半导体裸片110之侧或者与第一半导体裸片110 相对之侧实现。
例如，第二半导体裸片120可以基于倒装芯片装配而被安装到第一半导体裸片110之上。以这种方式，布置在第二半导体裸片120 的面向第一半导体110之侧的第二半导体裸片120的信号输出接口可以连接到布置在第一半导体裸片110的主侧114的信号输出接口。备选地(或者附加地，如果在两侧都布置了接口)，可以基于接线键合装配把第二半导体裸片120安装至第一半导体裸片(比如，将一个裸片固定至另外的裸片，并且通过接线键合实现电连接)。以这种方式，例如，布置在第二半导体裸片120的与第一半导体裸片相对之侧的、第二半导体裸片120的信号输入接口，可以与第一半导体裸片110的输出接口连接。
对于上文所提及的一个或多个方面可选地、额外地或者备选地，第一半导体裸片110和第二半导体裸片120可以包括相同的横向裸片尺寸或者裸片面积。通过使用具有相等尺寸的半导体裸片，包括具有第一半导体裸片的晶片可以键合至包括具有第二半导体裸片的晶片。以这种方式，可以同时形成多个半导体器件，从而，制造所提出的半导体器件的成本可以显著降低。
例如，第二半导体裸片120可以是倒装芯片包括布置在第二半导体裸片120的面对第一半导体裸片110之侧的至少一个输入接口的倒装芯片。
对于上文所提及的一个或多个方面可选地、额外地或者备选地，第一半导体裸片110和/或第二半导体裸片可以包括至少一个硅通孔 (TSV)，用于将信号处理模块所处理的信号提供给半导体器件100 的输出接口。例如，半导体器件100的输出接口可以在第一半导体裸片110的背侧(与主侧相对)实现。为了将信号提供给在第一半导体裸片110背侧的输出接口，第一半导体裸片110可以包括硅通孔(TSV)，该TSV提供从第一半导体裸片110的主侧114到背侧的电连接。
进一步的，额外地或者备选地，第二半导体裸片120可以包括硅通孔(TSV)，例如用于将布置在第二半导体裸片120的与第一半导体裸片110相对之侧的信号处理模块电连接到第一半导体裸片 110。
例如，硅通孔(TSV)可以是通过半导体衬底的孔洞，该孔洞填满了通过绝缘层与半导体衬底电绝缘的导电材料。
对于上文所提及的一个或多个方面可选地、备选地或者额外地，半导体器件100包括引线框架。可以将引线框架安装到第一半导体裸片110的背侧(与主侧相对)。例如，引线框架可以包括一个或多个金属引线，用于将一个或多个电信号或供给电压从半导体器件提供给外部设备或者从外部设备提供给半导体器件100。
引线框架可以包括至少一个焊盘，该焊盘连接到布置在第一半导体裸片110的背侧的、第一半导体裸片110的输出接口。以这种方式，例如，可以将由信号处理模块生成的处理后的输出信号提供给例如外部设备。
布置在第一半导体裸片110背侧的输出接口可以通过硅通孔 (TSV)连接到第二半导体裸片120的输出接口。备选地，例如，至少一个焊盘可以通过接线键合而直接连接到第二半导体裸片120。进一步备选地或者额外地，引线框架的至少一个焊盘可以通过接线键合而连接到布置在第一半导体裸片110的主侧114的、第一半导体裸片110的输出接口。
例如，上述引线框架可以包括一个孔洞，该孔洞延伸穿过引线框架并且被布置为与可移动麦克风元件112相对。以这种方式，可以通过引线框架提供声波到可移动麦克风元件112的通道。
对于上文所提及的一个或多个方面可选地、备选地或者额外地，半导体器件100包括电路板(比如印刷电路板PCB)。可以将引线框架安装至电路板。在孔洞周围在引线框架和电路板之间的的空隙可以被完全密封，提供了封闭的背侧体积。例如，可以通过穿过第二半导体裸片120的孔洞来提供声波用的到可移动麦克风元件112的通道。备选地，除了引起麦克风模块的功能的定向(比如，实现包括在不同方向的不同灵敏度的麦克风)的一部分空隙之外，在引线框架的孔洞周围在引线框架和电路板之间空隙被完全密封。换句话说，在引线框架的孔洞周围的密封可以包括在一侧保留开口的缝 (slot)。例如，可以通过将引线框架焊接至电路板来密封剩余侧。换句话说，除了位于优选灵敏度方向上的开口之外，在引线框架的孔洞周围在引线框架和电路板之间的空隙被完全密封。
根据本发明的一个实施例，图2A示出了半导体器件200的截面示意图，而图2B示出了半导体器件200的顶视示意图。半导体器件 200的实现方案类似于图1中的实现方案。半导体器件200包括具有麦克风模块的可移动麦克风元件112的第一半导体裸片110以及具有信号处理模块的第二半导体裸片120。进一步的，半导体器件200 包括安装至第一半导体裸片110的引线框架230以及部分地封闭了第一半导体裸片110、第二半导体裸片120和引线框架230的模制塑料结构。第二半导体裸片120包括包括孔洞222，该孔洞222通过半导体裸片、也延伸穿过模制塑料结构240。穿过第二半导体裸片120 和模制塑料结构240的孔洞222提供了大的或者接近无限大的背体积，或者提供了声波用的到可移动麦克风元件112的通道。更进一步的，为使可移动麦克风元件112(比如MEMS薄膜)能够充分的移动，第二半导体裸片120包括包括位于可移动麦克风元件112的区域之上或之中的腔体226(比如，通过蚀刻第二半导体裸片的半导体衬底得到)。例如，第二半导体裸片120包括包括代表ASIC(专用集成电路)的信号处理模块，而第一半导体裸片110包括包括一个具有实现了MEMS麦克风的MEMS薄膜的麦克风模块。可以基于倒装芯片装配将第一半导体裸片110的连接接口连接到第二半导体裸片120的连接接口224(比如输入和/或输出焊盘)。进一步的，例如可以将第一半导体裸片110的连接接口通过接线232连接到引线框架230的焊盘，通过接线键合来实现。引线框架230可以包括通过引线框架230的、被布置为与可移动麦克风元件112相对的孔洞 231。例如，通过实现通过引线框架230的孔洞231，提供了大的或者接近无限大的背体积，或者提供了声波用的到可移动麦克风元件 112的通道。
换句话说，图2A和2B以截面和顶视图示出了具有一个倒装芯片和一个接线键合的堆叠结构的一个示例。例如，第二半导体裸片的ASIC具有：打开了(几乎)无限大的背体积的开口；以便在表面安装技术(SMT)的封装的拾取和放置时和/或在裸片焊接(DB)时容易处理的偏离中心的开口；以及用于使得有小空隙可用的焊盘间的互连，该小空隙用于限制被微量吸入(sip)的环氧树脂模制塑料 (EMC)。例如，可以使用慢且低的压缩压强和/或更大的填充物尺寸来进行模塑，以防止EMC被微量吸入MEMS(由可移动麦克风元件代表的微机电系统)。例如，引线框架包括包括用于打开(几乎) 无限大的背体积的中心开口。第一半导体裸片(MEMS)到引线(引线框架)之间的连接通过接线键合(WB)来实现。信号处理可以在 ASIC中实现，并且可以被发送回MEMS裸片。可以使用接地焊盘 (例如角部焊盘)，以便焊盘表面只在一侧暴露(例如处于屏蔽接地 (shielding grounding)的目的)。
根据一个实施例，图3A示出了半导体器件300的截面示意图，而图3B示出了其顶视示意图。半导体器件300的实现方案类似于图 2A和2B所示的实现方案。但是，第一半导体裸片110安装到基于倒装芯片装配而不是图2A和2B所示接线键合的引线框架上。进一步的，第一半导体裸片110和第二半导体裸片120包括相同的裸片尺寸。第一半导体裸片110包括硅通孔(TSV)312，以便从第一半导体裸片110和/或第二半导体裸片120提供信号给引线框架230。另外，第一半导体裸片110包括位于可移动麦克风元件112下方的腔体，该腔体具有通向第一半导体裸片110的背侧的孔洞314，以便增加背体积或者为声波到达可移动麦克风元件112(例如MEMS薄膜)提供通道。位于腔体和第一半导体裸片110背侧之间的孔洞314 具有比可移动麦克风元件112明显更小的尺寸。在第一半导体裸片 110背侧使用快速固化胶350(例如瞬干胶)以密封在孔洞314周围在第一半导体裸片110和引线框架230之间的空隙。
例如，图3A和3B分别以截面视图和顶视图(封装)的方式示出了具有硅通孔(TSV)和双倒装芯片(FC)概念的堆叠。与图2A 和2B所示的半导体器件类似，引线框架包括焊盘上的开口231并且 ASIC也包括开口222(比如用于打开背体积)。进一步的，例如，可以通过使用膜辅助型模制(film-assisted molding)来进行模制以确保 (第二半导体裸片的)开口没有堵塞。以这种方式，例如，半导体材料(比如硅Si)不直接暴露在顶部，使得能够进行健壮地处理。第一半导体裸片110和第二半导体裸片120之间的连接通过焊盘 (ASIC)与焊盘(MEMS)间的互联实现。进一步的，通过硅通孔 (TSV)连接312和倒装芯片互联324(比如短铜Cu柱)实现到引线框架240的电连接。裸片包括同样的裸片尺寸。以这种方式，例如，使得能够进行晶片间键合，这可以确保高的精确度并且可以节省一次裸片键合。进一步的，在裸片键合过程中，可以处理ASIC晶片背部，MEMS可以得到保护。因此，例如可以使用通常的裸片键合工艺。在一个实施例中，第一半导体裸片110包括T形(位于可移动麦克风元件下方的腔体和通往背侧的孔洞)开口。以这种方式，例如，可以使得能够进行健壮的裸片放置过程(例如引线框架焊盘与MEMS开口侧壁不碰触)，可以提供提升的裸片强度，裸片可薄于400μm(例如仍然提供足够的背体积)，其中正面和背面两者都包括开口，以及/或者更薄的裸片可以具有更短的需要蚀刻的硅通孔 (TSV)。
图4根据一个实施例示出了半导体器件400的截面示意图。半导体器件400的实现方案类似于图2A和图2B所示的实现方案。然而，第二半导体裸片120通过接线键合而不是倒装芯片装配与第一半导体裸片110进行电连接。以这种方式，可以避免使用硅通孔 (TSV)，这是因为第二半导体裸片120的焊盘是通过接线432与第一半导体裸片110的焊盘连接的，而第一半导体裸片110的焊盘是通过接线232与引线框架230连接的。进一步的，可以使用快速固化胶450以把第二半导体裸片120安装到第一半导体裸片110。快速固化胶450可以密封在第一半导体裸片110和第二半导体裸片120 之间的空隙，以便保护MEMS薄膜(可移动麦克风元件)。进一步的，例如，通过焊料连接434将引线框架230安装到电路板430(例如用户PCB)上。电路板430可以是半导体器件400的一部分，或者可以由使用半导体器件400的外部设备或应用提供。
例如，图4通过侧视图示出了具有接线键合WB和模制的堆叠的概念。例如，第二半导体裸片120包括在上部的电路系统，并且声音端口开口222可以变得很小以便将面积损耗最小化。在第一半导体裸片110和第二半导体裸片之间的间隔件胶450可以用于保持空隙。如果间隔件胶能够确保足够大的空隙，例如，则可避免或者没有必要进行ASIC的背蚀刻(在ASIC背侧在可移动麦克风元件上方的腔体)。进一步的，位于第一半导体裸片110和引线框架230之间的间隔件胶350也可以用于保持空隙。另外，在封装(引线框架) 和印刷电路板430之间的空间也可以用作背体积(例如全向的情形)。第一半导体裸片110可以包括比引线框架230的具有开口231的中央焊盘更大的横向面积，从而使得封装尺寸可以保持得很小。换句话说，为实现较小的占位面积，例如裸片可以突出地悬(overhang) 于引线框架的中央焊盘之上。
图5根据一个实施例示出了半导体器件500的截面示意图。半导体器件500的实现方案类似于图4的实现方案。但是，第二半导体裸片120在面对可移动麦克风元件112的一侧没有腔体或者背蚀刻的情况下实现，这是因为第一半导体裸片110和第二半导体裸片 120之间的空隙由于两个裸片之间的间隔件胶450的原因而足够大。
图6A示出了图5所示半导体器件的一种可能的引线框架的顶视示意图。引线框架230包括一个中央焊盘610(封装中央焊盘)和四个角焊盘620，该中央焊盘610包括孔洞230。
进一步的，图6B和图6C示出了具有定向的和全向的可能性的、声音端口(PCB焊盘实现方案)上的焊接模式的示意图。图6B示出了具有部分地密封的声音端口焊盘610的一种定向的实现方案。只焊接了三条边。声波可以从第四条边(开放边)进入。声波在顶部和底部声板(sound board)之间可能具有充分的延迟，这是因为顶部端口实现方案(穿过第二半导体裸片的孔洞)可能如将声音引导向MEMS薄膜的通道(更快而且直接)一样。进一步的，可以通过引入更多焊料焊盘来针对底部端口制造更多的阻抗，以及可以以制造麦克风定向的方式来实现对声音的限制。对于全向的实现方案，端口焊盘可以如图6C所示全部密封。例如，全向的实现方案的电路板630(例如用户PCB)上的焊盘完全包围着引线框架的中央焊盘610的孔洞231，然而，例如在图6B的定向的实现方案中，电路板 630上的焊盘将一侧(或者一侧的一部分)保留为打开的。
图7根据一个实施例示出了半导体器件700的截面示意图。半导体器件700的实现方案类似于图5所示的实现方案。然而，第一半导体裸片110和第二半导体裸片120被盖帽710(例如金属盖帽) 不是模制塑料封闭。引线框架230包括额外的焊盘或者环(接地环) 用于将盖帽710电连接至参考电势(例如地)。例如，引线框架230 被实现为预模制框架，在焊盘之间具有模制塑料720。例如，图7 以截面视图的形式示出了具有接线键合(WB)和金属覆盖的堆叠的概念。
穿过第二半导体裸片120的开口能够使可移动麦克风元件112 的背侧体积增加到由盖帽710封闭的体积。声波可以通过在引线框架230的中央焊盘内的开口或者孔洞231到达可移动麦克风元件 112。
图8根据一个实施例示出了半导体器件800的截面示意图。半导体器件800的实现方案类似于图7所示的半导体器件。然而，本实施例中的第二半导体裸片120比第一半导体裸片110明显更小。在这种情况下，第一半导体裸片110提供足够的空间以第二半导体裸片120布置在可移动麦克风元件112旁边。因此，在没有穿过第二半导体裸片120的孔洞的情况下，也可以实现第二半导体裸片 120。例如，可移动麦克风元件112受盖帽710保护，并且盖帽710 所封闭的体积可以提供很大的背侧体积。例如，图8以截面视图的形式示出了具有接线键合WB 432、232和金属覆盖的堆叠(例如缩小(shrink)ASIC)的概念。
图9示出了对于图3A、图3B、图4和图5所示半导体器件可用的引线框架230的顶视示意图，而图10示出了引线框架230的截面示意图。其中，示出了仍然互相连接的两个引线框架230。每个引线框架230包括具有开口231的中央焊盘610。进一步的，每个引线框架230包括用于倒装芯片(FC)键合的焊盘620(四个角焊盘)。如需要，焊盘可以包括用于延长引线的半蚀刻(half etch)922(例如小的裸片尺寸，更大的封装焊盘间距)和/或非半蚀刻引线924，例如，其在可能需要屏蔽的情况下可以用于接地，或者其可以在封装锯切之后仅在一侧(比如X或Y方向)暴露出。图9和图10示出了可行的引线框架(TSNP，薄小无引线封装)的一种概念或设计。
图11示出了用于图7和图8所示的半导体器件的可行的引线框架230的顶视示意图。引线框架230类似于图9和图10的引线框架，但是包括额外的接地环1030。进一步的，示出了自顶部的半蚀刻的自底部显露的侧视图1040。在该示例中，例如进行了预切处理以与接地环隔离。进一步的，示出了自底部的半蚀刻的侧视图1050，使得整个接地环自顶部完整，以使得在回流之后用金属盖帽能够完全密封。
一些实施例涉及，具有在声学端口上ASIC的开口和可塑性以及在PCB上的背体积的引线框架堆叠硅Si麦克风封装、或者具有(几乎)无限大的背体积的引线框架堆叠硅Si麦克风封装。所提出的器件可以替代昂贵的基于叠层的硅麦克风封装，例如用侧并排配置(side-by-side configuration)来替代大的占位面积，用接线键合、多裸片键合和/或球状顶部模制(globe top molding)和/或相对受限的背体积来替代相对长的工艺时间。所提出的硅麦克风可以是基于引线框架的和堆叠MEMS和ASIC。基于引线框架的概念(例如，TSNPPPF，薄小无引线封装预镀框架)可能很成本高效。例如，堆叠结构可以提供更小的占位面积，并且ASIC本身可以用于将MEMS从模制塑料密封隔开。进一步的，例如，通过为MEMS(第一半导体裸片)和ASIC(第二半导体裸片)设计同样的裸片尺寸，提供了实现晶片间键合的可能性，能够在背端(BE)只进行一次裸片键合(DB)。例如，具有开口的ASIC可以使得能够具有上部声学端口和下部声学端口两者，以及/或者使得能够有针对密封底部焊盘的选择性。以这种方式，由于利用封装和PCB之间的体积，可以提供更多的背体积。进一步的，有选择性的，相同的硅麦克风(Si麦克)封装可以用作定向的或者全向的硅麦克风，这两中麦克风具有不同(用户)PCB 焊盘布局设计或者建议。以这种方式，例如，可以减少封装变体，从而提供更好的规模经济。
所提出的具有集成无源封装(passive package)的模块例如可能更加成本有效(例如直接的(direct)材料和装配)并且可能能够提供更好的性能。可以提供具有堆叠的MEMS和ASIC的、基于引线框架的硅麦克风，该堆叠具有倒装芯片互联。例如，ASIC可以被实现有用于打开背空间体积的开口。通过在裸片中央的ASIC开口，背体积可以打开到几乎无穷大，这可以改善性能。进一步的，例如，可能需要更少的封装工艺步骤，带来更低的操作成本和更高的成品率。
图12根据一个实施例示出了半导体器件1200的截面示意图。半导体器件1200包括在第一半导体裸片1210上实现的麦克风模块和在第二半导体裸片1220上实现的信号处理模块。第二半导体裸片 1220安装到第一半导体裸片1210的第一侧。进一步的，引线框架1230安装到第一半导体裸片1210的第二侧。
例如，通过将信号处理裸片安装在麦克风裸片上并且使用引线框架，半导体器件1200能够以更低的空间消耗和更低的成本来实现。
麦克风模块可以包括至少一个可移动麦克风元件，并且可以布置在第一侧(如图1所示)或者第二侧。与图1所示的示例作对比，备选地，可移动麦克风元件可以布置在第一半导体裸片1210的第二侧。更多细节或方面(例如关于麦克风模块、第一半导体裸片、第二半导体裸片、信号处理模块或者引线框架)已经关于上文(比如图1)所描述的所提出的概念或者实施例而描述。
半导体器件1200可以包括一个或多个额外的可选特征，对应于关于上文所描述的所提出的概念或者实施例而描述的一个或多个方面。
一些实施例涉及麦克风设备，其包括根据上文所描述的所描述的概念或者一个或多个实施例的半导体器件。换句话说，根据上文所描述的所描述的概念或者一个或多个实施例所述的半导体器件可以呈现或实现麦克风。例如，麦克风可以是硅麦克风，例如指示至少第一半导体裸片是硅裸片。一些实施例涉及手机、笔记本电脑、听筒或者平板电脑，其包括根据上文所描述的所描述的概念或者一个或多个实施例半导体器件。
图13根据一个实施例示出了形成半导体器件的方法1300的流程图。半导体器件包括在第一半导体裸片上实现的麦克风模块和在不同的第二半导体裸片上实现的信号处理模块。进一步的，麦克风模块包括布置在第一半导体裸片的主侧的可移动麦克风元件。方法1300包括1330将第二半导体裸片安装在第一半导体裸片的主侧。
通过将第二半导体裸片安装在第一半导体裸片上，可以提供具有较低空间消耗的半导体器件。
第一半导体裸片和/或第二半导体裸片可以外部地形成，然后被提供用于安装步骤1330，或者第一半导体裸片和/或第二半导体裸片可以在安装步骤1330之前形成。换句话说，方法1300可以可选地包括在步骤1310在第一半导体裸片上形成麦克风模块，以及可选地包括 在步骤1320在第二半导体裸片上形成处理模块。
方法1300可以包括一个或多个额外的可选动作，对应于关于上文所描述的所提出的概念或者一个或多个实施例而描述的一个或多个方面。
图14根据一个实施例示出了形成半导体器件的方法1400的流程图。方法1400包括第一半导体裸片和/或第二半导体裸片的预组装步骤1410、和第二半导体裸片到第一半导体裸片的第一裸片键合 DB1步骤1420。进一步的，方法1400包括胶固化步骤1430、和第一半导体裸片到引线框架的第二裸片键合DB2步骤1440。另外，方法1400还包括接线键合步骤1450、和模制和激光打标(laser marking)步骤1460。然后，封装在步骤1470被锯切，并且在步骤 1480实施导电墨水喷雾(屏蔽)并且使导电墨水固化。进一步的，在步骤1490进行目检、测试和/或粘胶带。
以这种方式，可以实现用于具有接线键合的堆叠的工艺流程。
图15根据一个实施例示出了形成半导体器件的方法1500的流程图。方法1500包括第一半导体裸片和第二半导体裸片的预组装步骤1510，和具有第一半导体裸片的晶片和具有第二半导体裸片的晶片的晶片间键合步骤1520。进一步的，方法1500包括第一半导体裸片到引线框架的裸片键合DB步骤1530、和模制和激光打标步骤 1540。进一步的，方法1500包括封装锯切步骤1550，并且在步骤 1560实施导电墨水喷雾(屏蔽)并且对导电墨水进行固化。进一步的，方法1500包括目检、测试和粘胶带步骤1570。
以这种方式，例如，实现了用于具有硅通孔(TSV)和倒装芯片 (FC)的堆叠的工艺流程。
例如，图14和15中的方法可能需要较少数目的步骤，从而导致更低的操作成本和更少的成品损失。
实施例可以进一步提供具有用于执行上述方法之一的程序代码的计算机程序，在这种情况下计算机程序存在于非临时性介质上并且在计算机或者处理器上执行。有本领域技术人员能够容易地认识到上文描述的各种方法的步骤可以由经编程的计算机执行。此处，一些实施例也意在涵盖程序存储器件，例如数字数据存储介质，其为机器或者计算机可读的，并且对机器可执行或者计算机可执行程序指令进行编码，其中指令执行上文所描述方法的一些或者所有动作。程序存储器件可以是，比如数字存储器、磁存储介质比如磁盘和磁带、硬盘、或者光学可读数字数据存储介质。实施例也意在涵盖被编程以执行上文所描述方法的动作的计算机、或者被编程以执行上文所描述方法的动作的(现场)可编程逻辑阵列((F)PLA) 或者(现场)可编程门阵列((F)PGA)。
说明书和附图仅仅说明了本公开的原理。因此应当理解，本领域技术人员能够涉及各种布置，这些布置虽然没有在这里明确描述或者示出，但是实现了本公开的原理并且被包括在其精神和范围内。进一步的，这里叙述的所有示例清楚地主要意在仅以教育为目的帮助读者理解本公开的原理和本发明人贡献的促进技术发展的概念，并且应当被解释为并不局限于这些特定地描述的示例和条件。而且，这里叙述本发明的原理、方面和实施例及其特定的示例的所有陈述，都意在包括其等价物。
被表示为“用于……的装置”(执行特定功能)的功能模块，分别应当被理解为包括被配置用于执行特定功能的电路系统的功能模块。因此，“用于某事物的装置”也应当被理解为“被配置用于或适合用于某事物的装置”。被配置用于执行特定功能的装置，因此，并不暗示这种装置必须执行该功能(在给定的时刻)。
附图所示的包括被标记为“装置”、“用于提供传感器信号的装置”、“用于产生传输信号的装置”等的任何功能模块的各种元件的功能，可以通过使用专用硬件比如“信号提供器”、“信号处理单元”、“处理器”、“控制器”等、以及能够执行与适当软件相关联的软件的硬件来提供。而且，这里描述为“装置”的任何实体，可以对应于或者可以被实现为“一个或多个模块”、“一个或多个器件”、“一个或多个单元”等。在由处理器提供的情况下，这些功能可以由单个专用处理器、单个共享处理器、或者多个单独的处理器提供，其中有一些可以是共享的。而且，术语“处理器”或者“控制器”的明确使用，不应被解释为是排他地涉及能够执行软件的硬件，并且暗示可以包括但不限于，数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和非易失性存储器。其他硬件，常规的和/或定制的，都可以被包括在内。
本领域技术人员应当明白，这里所有的框图代表实现本公开的原理的说明性电路系统的概念性的视图。类似的，应当理解，任何流程图、流程示意图、状态转换图、伪代码以及类似物代表各种过程，这些过程可以在计算机可读介质中真实呈现并且因而可以被计算机或者处理执行，不管这样的计算机或者处理器是否被明确示出。
此外，以下权利要求因此被并入详细说明中，其中每项权利要求可以基于其自身作为独立存在的实施例。虽然每项权利要求可以基于其自身作为独立存在的实施例，但是需要注意的是——虽然在权利要求书中从属权利要求可以指与一个或多个其他权利要求的特定组合——但是其他实施例也可以包括该从属权利要求与每个其他从属权利要求或者独立权利要求的主题的组合。此处提出了这类组合，除非指明不意在提出特定组合。此外，意在也使权利要求的特征被包括于任何其它独立权利要求，即使该权利要求不直接从属于该独立权利要求。
进一步需要注意的是，在说明书或者权利要求书中公开的方法可以由器件实现，该器件具有执行这些方法的每个相应动作的装置。
进一步的，应当理解，在说明书或者权利要求书中对多个动作或功能的公开不应当解释为局限于特定顺序。因此，对该多个动作或功能的公开并不将它们局限于特定的顺序，除非这些技术或者功能由于技术原因不能互换。此外，在一些实施例中，单个动作可以包括或者可以拆分为多个子动作。除非明确排除在外，这些子技术可以被包括于对该单个动作的公开并且该公开的一部分。

Claims (16)

1.一种半导体器件，包括：
麦克风模块，实现在第一半导体裸片上，其中所述麦克风模块包括可移动麦克风元件，所述可移动麦克风元件布置在所述第一半导体裸片的主侧；
信号处理模块，实现在不同的第二半导体裸片上，其中所述第二半导体裸片安装到所述第一半导体裸片的所述主侧；
引线框架，安装到所述第一半导体裸片的背侧，所述引线框架包括用于访问所述麦克风模块的孔洞，其中所述孔洞延伸穿过所述引线框架并且与所述可移动麦克风元件相对布置；以及
电路板，安装至所述引线框架，其中在所述引线框架的所述孔洞周围在所述引线框架和所述电路板之间的空隙被密封，除了在所述引线框架和所述电路板之间的空隙中位于优选的灵敏度方向上的开口之外。
2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述第二半导体裸片包括孔洞，所述孔洞延伸穿过所述第二半导体裸片。
3.根据权利要求2所述的半导体器件，进一步包括模制塑料结构，所述模制塑料结构部分地封闭了所述第一半导体裸片和所述第二半导体裸片，其中所述模制塑料结构包括孔洞，所述模制塑料结构的所述孔洞从所述第二半导体裸片的所述孔洞延伸穿过所述模制塑料结构。
4.根据权利要求2所述的半导体器件，其中所述第二半导体裸片的所述孔洞的横向尺寸小于所述可移动麦克风元件的横向尺寸。
5.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述第二半导体裸片与所述可移动麦克风元件不具有横向交叠。
6.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述第一半导体裸片在所述主侧包括至少一个信号输出接口，所述至少一个信号输出接口电连接到所述第二半导体裸片的至少一个信号输入接口，其中所述麦克风模块被配置用于向所述至少一个信号输出提供麦克风信号，其中所述麦克风信号包括关于所述可移动麦克风元件的移动的信息。
7.根据权利要求6所述的半导体器件，其中所述第二半导体裸片的所述至少一个信号输入接口布置在所述第二半导体裸片的面对所述第一半导体裸片的一侧。
8.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述第二半导体裸片基于倒装芯片装配而安装到所述第一半导体裸片。
9.根据权利要求6所述的半导体器件，其中所述第二半导体裸片的所述至少一个信号输入接口布置在所述第二半导体裸片的与所述第一半导体裸片相对的一侧。
10.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述第二半导体裸片基于接线键合装配而安装到所述第一半导体裸片。
11.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述第一半导体裸片和所述第二半导体裸片包括相同的横向裸片尺寸。
12.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述第一半导体裸片或者所述第二半导体裸片包括至少一个硅通孔，用于向所述半导体器件的输出接口提供由所述信号处理模块处理的信号。
13.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述引线框架包括至少一个焊盘，所述至少一个焊盘连接到所述第一半导体裸片的输出接口，所述输出接口布置在所述第一半导体裸片的所述背侧。
14.根据权利要求13所述的半导体器件，其中布置在所述第一半导体裸片的所述背侧的所述输出接口通过硅通孔连接到所述第二半导体裸片的输出接口。
15.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述引线框架包括至少一个焊盘，所述至少一个焊盘通过接线键合连接到所述第一半导体裸片的输出接口，所述输出接口布置在所述第一半导体裸片的所述主侧。
16.一种用于形成半导体器件的方法，所述半导体器件包括在第一半导体裸片上实现的麦克风模块和在第二半导体裸片上实现的信号处理模块，其中所述麦克风模块包括布置在所述第一半导体裸片的主侧的可移动麦克风元件，其中所述方法包括：
将所述第二半导体裸片安装到所述第一半导体裸片的所述主侧；
将引线框架安装到所述第一半导体裸片的背侧，所述引线框架包括用于访问所述麦克风模块的孔洞，其中所述孔洞延伸穿过所述引线框架并且与所述可移动麦克风元件相对布置；以及
将电路板安装至所述引线框架，其中在所述引线框架的所述孔洞周围在所述引线框架和所述电路板之间的空隙被密封，除了在所述引线框架和所述电路板之间的空隙中位于优选的灵敏度方向上的开口之外。
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