CN105314588A - 具有用于使mems结构应力脱耦合的内插器的垂直混合集成部件及其制造方法 - Google Patents

具有用于使mems结构应力脱耦合的内插器的垂直混合集成部件及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105314588A
CN105314588A CN201510319354.7A CN201510319354A CN105314588A CN 105314588 A CN105314588 A CN 105314588A CN 201510319354 A CN201510319354 A CN 201510319354A CN 105314588 A CN105314588 A CN 105314588A
Authority
CN
China
Prior art keywords
component
mems
interpolater
front side
mems component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201510319354.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105314588B (zh
Inventor
F·格拉巴迈尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of CN105314588A publication Critical patent/CN105314588A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105314588B publication Critical patent/CN105314588B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00222—Integrating an electronic processing unit with a micromechanical structure
    • B81C1/00238—Joining a substrate with an electronic processing unit and a substrate with a micromechanical structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C2203/00—Forming microstructural systems
    • B81C2203/07—Integrating an electronic processing unit with a micromechanical structure
    • B81C2203/0785—Transfer and j oin technology, i.e. forming the electronic processing unit and the micromechanical structure on separate substrates and joining the substrates
    • B81C2203/0792—Forming interconnections between the electronic processing unit and the micromechanical structure

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)

Abstract

提出一种用于具有至少一个MEMS构件的垂直混合集成部件的结构设计，所述至少一个MEMS构件的MEMS结构至少部分地构造在构件前侧中，并且所述至少一个MEMS构件可以通过所述构件前侧上的至少一个连接盘电接触。所述结构设计能够简单且低成本地实现并且能够实现MEMS结构在芯片堆叠内部的尽可能没有应力的布置以及MEMS构件与部件的其他构件元件的可靠电连接。为此，根据本发明的结构设计设置，所述MEMS构件通过内插器头朝下地在安装在芯片堆叠的另一构件上并且通过所述内插器中的至少一个贯通接触部与所述另一构件电连接。根据本发明，所述贯通接触部以金属填充的贯通接触开口的方式实现，其中所述贯通接触部的金属填充生长到所述MEMS构件的连接盘上并且延伸穿过整个内插器。

Description

具有用于使MEMS结构应力脱耦合的内插器的垂直混合集成部件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种用于以芯片堆叠形式的具有MEMS构件的垂直混合集成部件的结构设计，所述MEMS构件的MEMS结构至少部分地构造在构件前侧中并且可以通过构件前侧上的至少一个连接盘电接触所述MEMS构件。所述结构设计应当能够实现MEMS结构在芯片堆叠内的尽可能没有应力的布置。
背景技术
用于在此所描述的结构设计的一种优选的应用是例如用于检测加速度、转速、磁场或者压力的传感器部件的实现。构件检测这些测量参量借助MEMS并且将其转换成电信号。传感器部件大多还包括至少一个用于处理并且分析处理测量信号的ASIC构件。所述部件可以用于不同的应用，例如在车辆领域和消费领域中。在此，特别重要的是在高的功能集成时的部件小型化。因为在此放弃芯片的重新封装，所以垂直混合集成部件在所述小型化方面证实为特别有利。替代地，在第二层安装(2nd-Level-Montage)的范畴中芯片堆叠作为所谓的芯片尺寸封装直接安装在应用印制电路板上。
MEMS构件应当尽可能如此安装在垂直混合集成部件的芯片堆叠中，使得保护MEMS结构免受干扰感器功能的所述周围环境影响。这尤其适合于敏感的MEMS结构，例如压力传感器构件的膜片。此外，在构造芯片堆叠时要注意，尽可能不将由安装决定的使测量信号错误的机械应力引入到MEMS结构中。此外，必须保证各个构件元件的电接触。
发明内容
借助本发明提出一种结构设计，所述结构设计能够简单且低成本地实现并且能够实现MEMS结构在垂直混合集成部件的芯片堆叠内的尽可能没有应力的布置以及确保MEMS构件与所述部件的其他构件元件的可靠电连接。
为此，根据本发明的结构设计设置，MEMS构件通过内插器头朝下地安装在芯片堆叠的另一构件上并且通过内插器中的至少一个贯通接触部(Durchkontakt)与所述另一构件电连接。根据本发明，以金属填充的贯通接触开口的形式实现所述贯通接触部，其中贯通接触部的金属填充生长(aufwachsen)到MEMS构件的连接盘上并且延伸穿过整个内插器。
根据所要求保护的制造方法来结构化内插器，其中产生至少一个从所述内插器的前侧延伸至背侧的贯通接触开口。在填充贯通接触开口之前，将内插器与MEMS构件的构件前侧机械连接，使得在MEMS结构和内插器之间保留一间距。在此，将内插器中的贯通接触开口与MEMS构件的构件前侧上的连接盘对齐地布置。仅仅在此之后才至少部分地以金属材料电镀地填充所述贯通接触开口，以便所述金属材料也在MEMS构件的连接盘上出现。然后，将所述结构(具有内插器的MEMS构件)通过内插器安装在另一构件上。
由于MEMS构件的头朝下安装，保护构件前侧上的敏感的MEMS结构免受不利的周围环境影响、例如损害和污染。为了尽可能低地保持对MEMS结构产生影响的由安装决定的应力，MEMS构件不直接以倒装芯片技术而是通过应力脱耦合的内插器安装在另一构件上，所述内插器仅仅在MEMS结构的区域之外与构件前侧连接。MEMS构件的电接触通过内插器中的贯通接触部实现，所述贯通接触部同样布置在MEMS结构的区域之外。所述贯通接触部以金属填充的贯通接触开口的形式实现。根据本发明，在MEMS构件和内插器连接之后才进行所述金属化。在所述过程步骤中，也建立MEMS构件和内插器中的贯通接触部之间的电连接，其方式是，使贯通接触部金属化直接生长到MEMS构件的前侧上的连接盘上。
为此，在根据本发明的制造方法的一种特别有利的变形方案中利用金属化过程，借助所述金属化过程通常产生用于在内插器的背侧上的另一构件上安装的凸部。在此，通常涉及电镀过程。在这种变形方案中，所述凸部不构造在内插器的背侧上的连接盘上而是构造为金属柱，所述金属柱生长到MEMS构件的连接盘上，生长经过内插器中的贯通接触开口并且终止于内插器的背侧上的凸部中。在此在一个过程步骤中，与安装凸部一起产生内插器中的贯通接触部，这是非常合理且低成本的。
内插器应当尽可能地由在其热膨胀系数方面与MEMS构件的材料匹配的且能够容易结构化的材料组成。在MEMS构件在硅基上的情形中，由玻璃、硅或者陶瓷的内插器证实为特别适合。
尤其可以低成本地在粘合步骤中建立MEMS构件和内插器之间的机械连接。为此，但也考虑键合方法、例如共晶键合。
附图说明
如以上已经阐述的那样，存在实现根据本发明的结构设计的不同可能性。对此，一方面参考独立权利要求随后的权利要求，而另一方面参考本发明的实施例根据附图的随后描述。
图1示出实现了根据本发明的结构设计的垂直混合集成部件100的示意性剖面图；
图2示出在贯通接触部23的区域中所述部件100的MEMS构件10和内插器20之间的连接区域的细节图。
具体实施方式
在图1中所示出的部件100以芯片堆叠的形式构造并且包括MEMS构件10，所述MEMS构件通过内插器20安装在另一构件30、在此ASIC构件上。因为两个构件10和30涉及硅芯片，所以在此使用玻璃载体、硅载体或者陶瓷载体作为内插器20。
在本实施例中，MEMS构件10用作压力传感器构件。在此，在构件前侧上通过跨越空腔12的传感器膜片11构造MEMS结构。传感器膜片11的偏移例如借助膜片区域中的压阻来检测并且将其转换成电信号。MEMS构件10的电接触通过构件前侧上的设置在所述传感器膜片11的侧边的连接盘13实现。
通过内插器20中的通孔21以测量压力施加传感器膜片11。所述压力连接开口21构造在传感器膜片11下方的内插器20的中间区域中。所述内插器20仅仅在膜片区域之外与MEMS构件10连接，即通过环绕的粘合连接22并且通过MEMS连接盘13的区域中的贯通接触部23。所述贯通接触部23以金属填充贯通接触开口的形式实现并且延伸穿过内插器20的整个厚度。金属填充材料例如可以涉及铜。所述填充材料生长到MEMS连接盘13上并且在内插器20的背侧上构成凸部24。所述填充已经在通常用于制造倒装芯片凸部的电镀过程中电镀地产生。
与此相应，凸部24也用于在ASIC构件30上安装内插器MEMS结构。在此，建立了不仅机械连接而且电接触。MEMS构件10的测量信号通过所述电连接、即通过内插器20中的穿透接触23传输到装配有用于处理以及分析处理测量信号的电路模块的ASIC构件30。
在此处所示出的实施例中，至少逐区域地附加地密封内插器20和ASIC构件30之间的机械连接。为此，例如可以使用环氧树脂25，所述环氧树脂与内插器20的和ASIC构件30的材料特性以及尤其热膨胀系数匹配。
在此通过ASIC构件30的背侧借助焊球32实现部件100在应用印制电路板上的第二层安装。为此，将传感器信号通过ASIC构件30中的贯通接触部31引导到背侧。
图2再次示出内插器20中的贯通接触部23与MEMS构件10的连接盘13的根据本发明的连接。贯通接触部23的金属填充材料直接生长到连接盘13上。此外图2示出，使MEMS构件10的应力敏感的膜片区域尽可能地应力脱耦合。这首先归因于在膜片区域中MEMS构件10和内插器20之间的间距14，此外归因于不仅MEMS构件10和内插器20之间的粘合连接22而且归因于贯通接触部23显著地布置在应力敏感的膜片区域之外。
最后应当指出，根据本发明的用于垂直混合集成部件的结构设计不局限于压力传感器部件的实现上，而是基本上可以用于芯片堆叠中的任何应力敏感的MEMS结构的机械脱耦合。

Claims (6)

1.一种垂直混合集成部件(100)，其具有至少一个MEMS构件(10)，所述至少一个MEMS构件的MEMS结构(11)至少部分地构造在构件前侧中并且所述至少一个MEMS构件能够通过所述构件前侧上的至少一个连接盘(13)电接通，
其中，所述MEMS构件(10)通过至少一个内插器(20)头朝下地安装在另一构件(30)上，使得在所述MEMS结构(11)和所述内插器(20)之间存在一间距(14)，
其中，所述MEMS构件(10)通过所述内插器(20)中的至少一个贯通接触部(23)与所述另一构件(30)电连接，
其中，所述贯通接触部(23)以金属填充的贯通接触开口的形式实现，其中，所述贯通接触部(23)的金属填充生长到所述MEMS构件的连接盘(13)上并且延伸穿过整个内插器(20)。
2.根据权利要求1所述的部件(100)，其特征在于，所述贯通接触部(23)的金属填充终止于所述内插器(20)的背侧上的凸部(24)中，所述内插器(20)通过所述凸部(24)安装在所述另一构件(30)上。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的部件，其特征在于，所述内插器(20)由玻璃、硅或者陶瓷组成。
4.一种用于制造具有至少一个MEMS构件(10)的垂直混合集成部件(100)的方法，所述至少一个MEMS构件的MEMS结构(11)至少部分地构造在构件前侧中并且所述至少一个MEMS构件(10)能够通过所述构件前侧上的至少一个连接盘(13)电接通，
其中，结构化内插器(20)，其中，产生至少一个从所述内插器(20)的前侧延伸至背侧的贯通接触开口；
其中，首先使所述内插器(20)与所述MEMS构件(10)的构件前侧机械连接，使得在所述MEMS结构(11)和所述内插器之间保留一间距(14)，其中，与所述MEMS构件(10)的构件前侧上的连接盘(13)对齐地布置所述内插器(20)中的贯通接触开口，
其中，所述贯通接触开口至少部分地以金属材料电镀地填充，使得所述金属材料也生长在所述MEMS构件(10)的连接盘(13)上；
其中，通过所述内插器(20)将所述MEMS构件(10)安装在另一构件(30)上。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将所述内插器(20)粘合或者键合到所述MEMS构件(10)的构件前侧上。
6.根据权利要求4或5中任一项所述的方法，其特征在于，借助用于填充所述贯通接触开口的电镀过程在所述内插器(20)的背侧上也产生至少一个凸部(24)，所述至少一个凸部封闭所述贯通接触部(23)并且用于在所述另一构件(30)上的安装。
CN201510319354.7A 2014-06-12 2015-06-11 具有用于使mems结构应力脱耦合的内插器的垂直混合集成部件及其制造方法 Active CN105314588B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014211188.9 2014-06-12
DE102014211188.9A DE102014211188A1 (de) 2014-06-12 2014-06-12 Vertikal hybrid integriertes Bauteil mit Interposer zur Stressentkopplung einer MEMS-Struktur und Verfahren zu dessen Herstellung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105314588A true CN105314588A (zh) 2016-02-10
CN105314588B CN105314588B (zh) 2018-10-26

Family

ID=54706577

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510319354.7A Active CN105314588B (zh) 2014-06-12 2015-06-11 具有用于使mems结构应力脱耦合的内插器的垂直混合集成部件及其制造方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9499398B2 (zh)
CN (1) CN105314588B (zh)
DE (1) DE102014211188A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110383027A (zh) * 2017-03-02 2019-10-25 罗伯特·博世有限公司 微机械压力传感器
CN110937569A (zh) * 2018-09-25 2020-03-31 罗伯特·博世有限公司 用于制造mems传感器的方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11186481B2 (en) * 2017-11-30 2021-11-30 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Sensor device and manufacturing method thereof
US10700028B2 (en) 2018-02-09 2020-06-30 Sandisk Technologies Llc Vertical chip interposer and method of making a chip assembly containing the vertical chip interposer
US10879260B2 (en) 2019-02-28 2020-12-29 Sandisk Technologies Llc Bonded assembly of a support die and plural memory dies containing laterally shifted vertical interconnections and methods for making the same

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100232119A1 (en) * 2009-03-11 2010-09-16 Manuela Schmidt Method for producing an electronic module
CN102685657A (zh) * 2011-03-17 2012-09-19 罗伯特·博世有限公司 部件
CN102695628A (zh) * 2009-11-23 2012-09-26 罗伯特·博世有限公司 用于改善电驱动的机动车的性能的方法和装置
US20130270660A1 (en) * 2010-09-18 2013-10-17 Fairchild Semiconductor Corporation Sealed packaging for microelectromechanical systems
CN103523745A (zh) * 2013-10-21 2014-01-22 安徽北方芯动联科微系统技术有限公司 基于Si导电柱的圆片级封装方法及其单片集成式MEMS芯片

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006046292B9 (de) * 2006-09-29 2014-04-30 Epcos Ag Bauelement mit MEMS-Mikrofon und Verfahren zur Herstellung
US8319344B2 (en) * 2008-07-14 2012-11-27 Infineon Technologies Ag Electrical device with protruding contact elements and overhang regions over a cavity
DE102009000574B4 (de) * 2009-02-03 2017-07-27 Robert Bosch Gmbh Sensorvorrichtung
DE102012206732A1 (de) * 2012-04-24 2013-10-24 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Herstellen eines hybrid integrierten Bauteils
DE102013222733A1 (de) * 2013-11-08 2015-05-13 Robert Bosch Gmbh Mikromechanische Sensorvorrichtung

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100232119A1 (en) * 2009-03-11 2010-09-16 Manuela Schmidt Method for producing an electronic module
CN102695628A (zh) * 2009-11-23 2012-09-26 罗伯特·博世有限公司 用于改善电驱动的机动车的性能的方法和装置
US20130270660A1 (en) * 2010-09-18 2013-10-17 Fairchild Semiconductor Corporation Sealed packaging for microelectromechanical systems
CN102685657A (zh) * 2011-03-17 2012-09-19 罗伯特·博世有限公司 部件
CN103523745A (zh) * 2013-10-21 2014-01-22 安徽北方芯动联科微系统技术有限公司 基于Si导电柱的圆片级封装方法及其单片集成式MEMS芯片

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110383027A (zh) * 2017-03-02 2019-10-25 罗伯特·博世有限公司 微机械压力传感器
CN110937569A (zh) * 2018-09-25 2020-03-31 罗伯特·博世有限公司 用于制造mems传感器的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105314588B (zh) 2018-10-26
US20150360935A1 (en) 2015-12-17
DE102014211188A1 (de) 2015-12-17
US9499398B2 (en) 2016-11-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9885626B2 (en) Micromechanical sensor system and corresponding manufacturing method
US9212048B2 (en) Hybridly integrated component and method for the production thereof
CN105314588A (zh) 具有用于使mems结构应力脱耦合的内插器的垂直混合集成部件及其制造方法
US8384168B2 (en) Sensor device with sealing structure
CN100584741C (zh) 用于装配半导体芯片的方法及相应的半导体芯片装置
KR101482720B1 (ko) 실리콘 압력센서의 패키지구조
US20160159642A1 (en) Stress isolated mems device with asic as cap
US20160013112A1 (en) Sensor System Comprising a Ceramic Housing
US20120270354A1 (en) Methods for fabricating sensor device package using a sealing structure
EP3432604B1 (en) System and method for over under sensor packaging
US20120181639A1 (en) Component and method for the manufacture thereof
CN105621343B (zh) 用于诸如mems压力传感器之类的对机械和热机械应力敏感的半导体器件的封装
US8049290B2 (en) Integrated circuit package
US20140374847A1 (en) Packaging method for mems devices
US20170320725A1 (en) Low stress integrated device packages
EP2006248B1 (en) Die mounting stress isolator
CN105720019B (zh) 具有盖帽的图像感测装置和相关方法
EP3515858A1 (en) Method of manufacturing a sensor using anodic bonding
US20170057810A1 (en) Strain Reduction and Sensing on Package Substrates
CN101734607B (zh) 微机电系统的封装结构
KR20170076736A (ko) 몰딩된 스페이서를 가지는 마이크로폰 패키지
CN209592017U (zh) 电子设备
US10060944B2 (en) Micromechanical sensor device and corresponding manufacturing method
JP4901767B2 (ja) 圧力センサ及び圧力センサの製造方法
CN212434621U (zh) 集成加速度传感器和磁传感器的封装结构

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant