CN107810165A - Mems封装 - Google Patents

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Abstract

一种封装电子组件，其包括至少一个可移动部件，该封装电子组件包括：较低层和较高层，其中每层在该组件的面内侧形成有凹口，这些凹口在该组件内形成腔；MEMS组件，其在至少一个近侧位置处刚性地连结至该较低层和该较高层，其中该MEMS组件从该至少一个近侧位置延伸到该腔中以使得该MEMS组件的远侧区域能在该腔内移动。

Description

MEMS封装
背景技术
微机电(MEM)系统给出了减小电子器件的大小的机会。构造比常规组件小很多倍的机械器件是可能的。
一种特别有趣的类型的MEMS器件是能量收集器。此处，可移动组件将动能转换成电能以向与该收集器相关联的电子设备供电。因此，自供电设备是可能的。
在商用产品中部署MEMS器件既要求这些器件提供所需功能，又要求存在合适的封装技术以按稳健且在商业上恰适的方式封装这些器件。
MEMS器件的封装可能是复杂的，这是因为要求在封装组件中容纳需要开放空间的移动组件。
以下描述的各实施例并不限于解决用于封装MEMS器件的已知安排的任何或全部缺点的实现。
概述
提供本概述以便以简化的形式介绍以下在详细描述中进一步描述的概念选集。本概述并非旨在标识出要求保护的主题内容的关键特征或必要特征，亦非旨在用来协助确定要求保护的主题内容的范围。
提供了一种封装电子组件，其包括至少一个可移动部件，该封装电子组件包括：较低层和较高层，其中每层在该组件的面内侧形成有凹口，这些凹口在该组件内形成腔；MEMS组件，其在至少一个近侧位置处刚性地连结至该较低层和该较高层，其中该MEMS组件从该至少一个近侧位置延伸到该腔中以使得该MEMS组件的远侧区域能在该腔内移动。
该封装电子组件可进一步包括在该较低层和该较高层之间的分隔件层。
该封装电子组件可进一步包括在该较低层或该较高层的外表面上的重分布层。
该封装电子组件可进一步包括至少一个电通孔，其将该MEMS组件连接到至少一个重分布层。
该封装电子组件可进一步包括：在该较低层和该较高层的外表面上的重分布层、以及在那些重分布层之间的至少一个电通孔。
该MEMS组件可以是在一个位置处刚性地连结的伸长器件。
该MEMS组件可以是在多个位置处刚性地连结的平面器件。
该MEMS组件可充当能量收集器。
该MEMS组件可根据摩擦起电效应来操作。
该封装电子组件可进一步包括在该MEMS组件上的磁性材料以形成双稳态器件。
该较高层和该较低层可由玻璃形成，并且该分隔件层由硅形成。
该MEMS组件和该分隔件层可由相同材料形成。
该较高层和该较低层各自可以是由具有穿孔的玻璃层以及硅层形成的，该硅层覆盖这些穿孔中的至少一个穿孔的一侧以形成相应凹口。
该封装电子组件可进一步包括该腔中的吸气剂。
该腔可填充有惰性气体。
该腔可填充有减压气氛。
如对于技术人员将显而易见的，优选特征可在恰适的场合进行组合，并且可与本发明的诸方面中的任一者相组合。
附图简述
作为示例，本发明的各实施例将参照以下附图来描述，其中：
图1示出了贯穿经封装MEMS器件的横截面；以及
图2A和2B示出了经封装MEMS器件的平面视图和横截面视图。
详细描述
本发明的各实施例在下文仅作为示例来描述。这些示例代表了申请人当前已知的将本发明付诸实践的最佳方式，尽管它们不是达成这一目的的仅有方式。本描述阐述了该示例的功能以及用于构建和操作该示例的步骤序列。然而，可通过不同示例来完成相同或等效的功能和序列。
图1示出了经封装MEMS能量收集器器件100的横截面。具体而言，封装100形成了电路板101与其他电子组件102之间的中介体结构。此类安排允许该器件充当电子组件102的重分布和安装层。封装100的底侧设有焊盘103，其用于例如使用焊球104来将该封装电连接至其上安装器件100的电路板101。电路板101可以是柔性结构，从而使该组装件对用在可穿戴设备中特别有吸引力。
封装100的上侧可设有进一步的焊盘105，其用于安装电子组件102。电子组件102与器件100之间的连接、以及器件100与电路板101之间的连接可利用任何恰适方法来提供。
焊盘103、105被形成为包括导电迹线的重分布层106、107的一部分。上侧和底侧上的迹线可通过贯穿该器件形成的导电通孔108来连接，如下文解释的。
封装100包括3层材料109、110、111。较低层109在其上表面中形成有凹口112。中间层110包括分隔件层113和MEMS组件114。分隔件层113被形成为围绕凹口112延伸且具有与MEMS组件114相同的厚度。较高层111在其较低表面中形成有与较低层109中的凹口112相对应的凹口115。
较低层和较高层可由玻璃材料形成，且分隔件层由与MEMS组件相同的材料(例如，硅)形成。在替换示例中，分隔件层可由与MEMS组件不同的材料形成，但该材料应当具有相当的机械特性且适合于接合至较高层和较低层。此外，分隔件层和MEMS组件可被形成为单片。
可使用蚀刻技术(诸如酸蚀)来形成凹口112、115。然而，用此类蚀刻技术可能难以达成平滑且平坦的凹口，并且通常因工艺困难而达成不规则腔。此类方法通常具有降低的成本，并且在腔不需要很好地限定的情况下(例如，在MEMS组件有最小移动的情况下)可能是恰适的。
在一替换技术中，较高层和较低层109、111各自可由两层形成。第一层可在凹口的区域内形成有穿孔，然后在该孔上方接合外层，以使得形成具有凹口的单层。该具有穿孔的层可由玻璃形成，而该外层可由硅形成。此类安排导致交替的硅层和玻璃层，从而为该组件的阳极接合给予良好潜能。
MEMS组件114在其近端处被固定在较低层109和较高层111之间。MEMS组件115是伸长的并且由柔性材料形成，以使得通过组件114的弯曲，远端可在图1中的纸平面内上下移动。较低层106、分隔件层113和较高层111一起形成具有腔112、115的封装，MEMS组件114的远端能在该腔中移动。通孔116提供该MEMS组件与重分布层107之间的电连接。在该示例中，连接被制作成至层107，但将显而易见的是，连接也可(或者取而代之)被制作成至层106。
MEMS组件114可提供各种功能，例如，该组件可以是加速计或能量收集器。该组件设有响应于该组件远端的移动而生成电流或电压的元件。例如，该组件可设有将移动转换成电的压电元件。在加速计的情形中，可处理电信号以确定该器件的移动，或者在能量收集器的情形中，可利用这些信号以向利用了该封装的系统直接或间接供电。
在制造期间，使用恰适制造技术来将该封装的诸组件组装和接合在一起。各层可被阳极接合或融合接合在一起，或者可根据材料利用另一接合方法。
可使用恰适切割技术(例如激光蚀刻)贯穿层109、110、111形成用于形成通孔105、116的孔，并随后用金属或另一恰适导电材料来填充。可在组装该器件之前或之后在较低层109和较高层111上形成重分布层和焊盘。
在制造期间，腔112、115可以用惰性气体来填充和/或抽成真空以提供减压气氛。此类气氛可以改善该MEMS组件的性能(通过减小移动阻力)和寿命(通过控制气氛)。可利用具有恰适氧气量的气氛以促成各层的阳极接合。可以利用其他已知封装技术，诸如在腔中纳入“吸气剂”以捕获从该MEMS组件除气的材料。
由此，图1的封装100提供了用于集成到系统中的经封装MEMS组件，其中该封装包括用于该MEMS组件自身的电连接点，并且提供了重分布和安装功能。出于性能和寿命考量，该MEMS组件被封装在恰适气氛中。材料和接合工艺被选择成提供恰适密封的腔，以在该器件的寿命期间保留任何填充气体或减小的压力。
所利用的制造技术是对已知且经证实的技术的适配，由此提供可按商用量并且使用商用可行工艺对MEMS器件进行封装的途经。
图2a和2b示出了替换经封装MEMS器件200的横截面视图和平面视图。图2的器件利用摩擦起电效应以生成电信号。封装是使用如关于图1描述的相同原理来完成的。较低层、分隔件层和较高层201、202、203等效于图1的器件的对应层。在图2器件中，MEMS组件204是在四个拐角位置205处接合至该封装的平面组件。MEMS组件204由柔性材料形成，以使得中央区域206能在图2a的平面内上下移动。静电组件206也被接合在该封装中，并且被安排成使得MEMS组件204能在图2b的平面内相对于静电组件206上下移动。
利用分别贯穿较高层或较低层的通孔207、208来分别向MEMS组件204和静电组件206提供电连接(在附图中，通孔被示为贯穿较高层203，但也可以利用较低层)。在该器件的上侧和下侧上提供重分布层209、210，如关于图1描述的。
在使用中，该MEMS组件响应于该器件的移动而在图2b的平面内上下移动。通过该MEMS组件和这些静电组件之间的摩擦，因摩擦起电效应而在连接207和208之间生成电信号。此信号可被用来向设备供电(例如通过对电池进行充电)。MEMS组件和静电组件可由任何恰适材料形成，例如，玻璃或醋酸纤维可被用于静电组件，而硅可被用于MEMS组件。
该MEMS组件可在可移动部件上设有磁区，并且还可在较高层和较低层中提供磁区，以便形成双稳态器件。此类器件可以能够在低励磁下生成比常规器件更高的输出电平。
术语较高、较低、上、和下在本文中是参照附图的取向来使用的，并由此适用于根据那些附图取向的实际器件。将领会，此语言并不将本公开的范围限制于仅按相对于重力的某些方式取向的器件。
在替换示例中，上文所描述的分隔件层可被省略，并且较高层和较低层可被成形以使得它们连结在一起以形成该组件。这些层被成形，以使得提供腔并且该MEMS组件被安装在这些层之间。
如对于本领域技术人员将显而易见的，可以扩展或更改本文给出的任何范围或器件值而不会损失所寻求的效果。
将理解，以上所描述的益处和优点可涉及一个实施例，或者可涉及若干实施例。各实施例并不限于解决所述问题中的任何或全部问题的那些实施例、或者具有所述益处和优点中的任何或全部益处和优点的那些实施例。
对‘一’项目的任何引用指代那些项目中的一个或多个项目。术语‘包括’在本文中用于意指包括所标识出的方法框或元素，但此类框或元素并不包括排他性列表，且方法或装置可包含附加框或元素。
本文中所描述的方法的步骤可按任何合适次序执行，或者在恰适的地方同时执行。另外，可从这些方法中的任一者删除个体框而不会脱离本文所描述的主题内容的精神和范围。以上所描述的示例中的任一者的诸方面可与所描述的其他示例中的任一者的诸方面相结合，以形成进一步示例而不会损失所寻求的效果。
将理解，以上优选实施例描述是仅作为示例给出的，并且可由本领域技术人员作出各种修改。尽管以上按一定程度的细节或参考一个或多个个体实施例描述了各种实施例，但本领域技术人员可以对所公开的实施例作出众多更改而不会脱离本发明的精神或范围。

Claims (16)

1.一种封装电子组件，其包括至少一个可移动部件，所述封装电子组件包括：
较低层和较高层，其中每层在所述组件的面内侧形成有凹口，所述凹口在所述组件内形成腔；
MEMS组件，其在至少一个近侧位置处刚性地连结至所述较低层和所述较高层，其中
所述MEMS组件从所述至少一个近侧位置延伸到所述腔中以使得所述MEMS组件的远侧区域能在所述腔内移动。
2.根据权利要求1所述的封装电子组件，其特征在于，进一步包括在所述较低层和所述较高层之间的分隔件层。
3.根据权利要求1所述的封装电子组件，其特征在于，进一步包括在所述较低层或所述较高层的外表面上的重分布层。
4.根据权利要求1所述的封装电子组件，其特征在于，进一步包括至少一个电通孔，其将所述MEMS组件连接到至少一个重分布层。
5.根据权利要求1所述的封装电子组件，其特征在于，进一步包括：在所述较低层和所述较高层的外表面上的重分布层、以及在所述重分布层之间的至少一个电通孔。
6.根据权利要求1所述的封装电子组件，其特征在于，所述MEMS组件是在一个位置处刚性地连结的伸长器件。
7.根据权利要求1所述的封装电子组件，其特征在于，所述MEMS组件是在多个位置处刚性地连结的平面器件。
8.根据权利要求1所述的封装电子组件，其特征在于，所述MEMS组件充当能量收集器。
9.根据权利要求1所述的封装电子组件，其特征在于，所述MEMS组件是根据摩擦起电效应来操作的。
10.根据权利要求1所述的封装电子组件，其特征在于，进一步包括在所述MEMS组件上的磁性材料以形成双稳态器件。
11.如权利要求2所述的封装电子组件，其特征在于，所述较高层和所述较低层是由玻璃形成的，并且所述分隔件层是由硅形成的。
12.根据权利要求2所述的封装电子组件，其特征在于，所述MEMS组件和所述分隔件层是由相同材料形成的。
13.根据权利要求1所述的封装电子组件，其特征在于，所述较高层和所述较低层各自是由具有穿孔的玻璃层以及硅层形成的，所述硅层覆盖所述穿孔中的至少一个穿孔的一侧以形成相应凹口。
14.根据权利要求1所述的封装电子组件，其特征在于，进一步包括所述腔中的吸气剂。
15.根据权利要求1所述的封装电子组件，其特征在于，所述腔填充有惰性气体。
16.根据权利要求1所述的封装电子组件，其特征在于，所述腔填充有减压气氛。
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