CN108602666A - 集成mems换能器 - Google Patents

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Abstract

一种MEMS换能器封装件(300)，包括：一个封装盖(313)，包括第一接合区域(316)；以及一个集成电路裸片(309)，包括一个用于与所述封装盖的第一接合区域接合的第二接合区域(314)。所述集成电路裸片(309)包括：一个集成MEMS换能器(311)；以及，与所述集成MEMS换能器电气连接的集成电子电路(312)。所述集成电子电路(312)的占地面积至少与所述集成电路裸片(309)的接合区域(314)重叠。

Description

集成MEMS换能器
本申请涉及与集成MEMS换能器有关的方法和装置，并且具体地涉及用于提供形成在集成电路裸片(die)上的集成MEMS换能器(诸如，MEMS麦克风)的布置。
背景技术
消费电子设备正逐渐变得越来越小，并且随着技术的进步，获得了越来越多的性能和功能。这在消费电子产品且尤其但不排他地便携式产品所使用的技术中是很明显的，所述便携式产品诸如是移动电话、音频播放器、视频播放器、PDA、可穿戴设备、移动计算平台，诸如膝上型计算机或平板电脑和/或游戏设备，或者在物联网(loT)系统或环境中可操作的设备。移动电话行业的要求例如正驱动部件变得更小、功能更高且成本更低。因此，期望将电子电路的功能集成在一起，并且将它们与换能器设备(诸如，麦克风和扬声器)组合。
微机电系统(MEMS)换能器(诸如，MEMS麦克风)正在许多这些设备中得以应用。因此，也存在用以减小MEMS设备的尺寸和成本的持续驱动。
使用MEMS制造工艺所形成的麦克风设备通常包括一个或多个膜，其中用于读出/驱动的电极被沉积在所述膜和/或基底上。在MEMS压力传感器和麦克风的情况下，通常通过测量所述电极之间的电容来实现读出。
为了提供保护，MEMS换能器通常将被容纳在封装件中。封装件有效地包封MEMS换能器，且可以提供环境保护，还可以提供对电磁干扰(EMI)等的屏蔽。对于麦克风等而言，封装件通常将具有声音端口，以允许声波传输到封装件内的换能器/以允许声波从封装件内的换能器传输，并且换能器可以被配置为使得柔性膜被定位在第一容积(volume)和第二容积(即，可以填充有空气(或一些其他流体)的空间/腔，且被充分定尺寸使得换能器提供期望的声学响应)之间。该声音端口声学地耦合到换能器膜的一侧上的第一容积，该第一容积有时可以被称为前容积。通常需要一个或多个膜的另一侧上的第二容积(有时被称为后容积)，以允许膜响应于入射声音或压力波而自由移动，并且此后容积可以被大体上密封(尽管本领域技术人员将理解，对于MEMS麦克风等而言，第一容积和第二容积可以通过一个或多个流动路径连接，所述流动路径诸如是膜中的小孔，且被配置为在期望的声学频率下呈现相对高的声学阻抗，但是允许两个容积之间的低频压力均衡，以解决由于温度改变等引起的压力差)。应注意，在一些应用(例如，双向麦克风)中，声音端口也可以声学地耦合到第二容积，使得膜经由前容积和第二容积这二者接收声学信号。
图1a例示了一个常规MEMS麦克风封装件100a。MEMS换能器101被附接到封装件基底102的第一表面。通常可以通过已知的MEMS制造技术在半导体裸片上形成MEMS换能器。封装件基底102可以是硅或PCB或任何其他合适的材料。盖103被定位在换能器101之上，所述换能器101被附接到封装件基底102的第一表面。盖103可以是一件式结构，例如金属罩。盖103中的孔104(即，声学端口)提供声音端口，并且允许声学信号进入封装件。在此实施例中，换能器101经由封装件基底102和换能器101上的端子焊盘105引线接合到基底102。如上文提及的，声音端口104a还可以被设置例如在双向麦克风中，使得膜经由前容积和第二容积这二者接收声学信号。
图1b例示了另一已知的MEMS换能器封装件100b。再次，可以是MEMS麦克风的换能器101被附接到封装件基底102的第一表面。在此实施例中，封装件还容纳集成电路106。集成电路106可以被提供用于与换能器一起操作，并且可以例如是用于放大来自MEMS麦克风的信号的低噪声放大器。集成电路106被电气连接到换能器101的电极，且还被附接到封装件基底102的第一表面。集成电路106经由引线接合而被电气连接到换能器101。替代地，集成电路106可以是接合到封装件基底102的倒装芯片(flip-chip)，或被安装且被引线接合的倒装芯片。盖107(例如，两件式帽)被定位在封装件基底上，以便包封换能器101和集成电路106。在此封装件中，盖107包括上部部分或罩部分107a和侧壁107b或间隔件区域，它们全部是例如由PCB形成。盖107在上部部分107a中具有声音端口104，其允许声学信号进入该封装件。如上文提及的，在双向麦克风中，封闭件基底102还可以包括声音端口104a，用于允许声学信号从封装件基底102下面传递到换能器101，即用于提供双向元件。
图2a例示了另一MEMS换能器封装件100c，例如以晶片级(也称为晶片级封装件(WLP))形成的芯片规模(CS)MEMS换能器封装件。MEMS换能器封装件100c包括接合至帽区段113的MEMS换能器设备109，该MEMS换能器设备109可以是MEMS麦克风。在此实施例中，MEMS换能器设备109包括基底110。集成电子电路112被设置在基底110内，其中MEMS换能器111(例如，柔性膜)相对于基底110中的腔形成。集成电子电路112可以被提供用于与MEMS换能器111一起操作，且可以例如包括用于放大来自MEMS麦克风的信号的低噪声放大器。集成电子电路112被电气连接(未示出)至MEMS换能器111的电极，且还被电气连接(未示出)至接合结构117，该接合结构117耦合到基底110的第一表面。基底110、MEMS换能器111和集成电子电路112有效地形成由集成电路裸片组成的MEMS换能器设备109，所述集成电路裸片可以提供模拟输出或数字输出。
此类型的封装布置可以被称为“底部端口”配置，其中当MEMS换能器封装件110c被组装在主机设备中时，MEMS换能器封装件110c被“倒装芯片”接合到下一级互连件，例如接合到消费设备内的PCB。
在图2a中示出的封装件布置中，帽区段113的接合臂长度被例示为参考114，其中MEMS换能器设备109(并且特别是基底110)的接合臂长度被例示为参考115。
在此类型的底部端口配置的实施例中，在帽区段113本身内没有声音端口。替代地，当MEMS换能器封装件100c在使用期间被安装时，例如当被安装到消费设备内的PCB或基底时，声学信号被引导到MEMS换能器111的外表面(即，图2a中的膜的下侧)。然而，应注意，双向麦克风可以在帽区段113中包括用于允许声学信号通过换能器111的声音端口104a。
图2b示出了MEMS封装件100c的底侧视图，例示了如何将集成电子电路112形成到MEMS换能器111的一侧，其中多个接合结构117被提供用于电连接到另一设备，例如，在使用期间内部组装有MEMS封装件100c的消费产品。
图2c示出了MEMS换能器设备109和帽区段113相遇的界面处的横截面。如可以看到的，为了创建用于MEMS电容式麦克风的底部端口芯片规模晶片级封装件，必须围绕基底和帽之间的完整界面具有最小宽度的基底，例如硅。该界面是基底110和帽113例如使用胶粘剂彼此“接合”的地方。因此，如果要实现机械稳定性，则需要最小接合宽度(MBW)。MBW从而机械稳定性可以取决于多种因素，诸如基底的高度和/或帽接合臂115/114：每个臂或两个臂越长，MBW将越大，反之亦然。
图2b中的虚线矩形例示了对于以传统方式引线接合的MEMS麦克风，MEMS换能器基底的裸片尺寸通常将是什么。因此，此虚线矩形外部的区域(对应于图2c中的阴影区域)例示了将MEMS换能器设备109和帽区段113接合在一起所需的附加硅区域，即最小接合宽度(MBW)区域。
因此，与在将硅基底以传统方式引线接合到封装件的支撑基底的情况下通常的面积相比，因为该最小接合宽度(MBW)，MEMS换能器设备109和帽区段113这二者的区域需要大的面积。最终结果是，对于基底晶片和帽晶片，因为MBW所需的额外区域，所以每个晶片的最大裸片数目将被限制。此外，MEMS换能器封装件100c的尺寸增大具有在主机组件中需要更多空间的缺点，例如更大的占地面积(footprint)。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以消除或减少上文提及的缺点中的至少一个或多个的方法和装置。
根据本发明的第一方面，提供了一种MEMS换能器封装件，包括：一个封装盖；以及一个集成电路裸片，包括一个用于与所述封装盖接合的接合区域。所述集成电路裸片包括：一个集成MEMS换能器；以及与所述集成MEMS换能器电气连接的集成电子电路。所述集成电子电路的占地面积至少与所述集成电路裸片的接合区域重叠。
根据本发明的另一方面，提供了一种MEMS换能器封装件，包括：一个封装盖；以及一个集成电路裸片，包括一个用于与所述封装盖接合的接合区域。所述集成电路裸片包括：一个集成MEMS换能器；以及与集成MEMS换能器电气连接的集成电子电路。穿过所述集成电路裸片的至少一个平面穿过所述集成电路裸片的所述集成电子电路和所述接合区域。
根据另一方面，提供了一种MEMS换能器封装件，包括：一个封装盖；以及一个集成电路裸片，包括一个集成MEMS换能器。所述封装盖包括集成电子电路。
附图说明
为了更好地理解本发明的实施例，并且为了更清楚地示出如何可以实施本发明，现在将仅通过实施例的方式参考附图，在附图中：
图1a和图1b例示了现有技术的MEMS换能器封装件；
图2a、图2b和图2c例示了另一现有技术的MEMS换能器封装件；
图3a、图3b和图3c例示了根据本发明的一个实施方案的MEMS换能器封装件的一个实施例；
图4a示出了根据本发明的另一实施方案的MEMS换能器封装件的一个实施例；
图4b示出了根据本发明的另一实施方案的MEMS换能器封装件的一个实施例；
图5示出了根据本发明的另一实施方案的MEMS换能器封装件的一个实施例；
图6a示出了根据本发明的另一实施方案的MEMS换能器封装件的一个实施例；
图6b示出了根据本发明的另一实施方案的MEMS换能器封装件的一个实施例；
图7示出了根据本发明的另一实施方案的MEMS换能器封装件的一个实施例；
图8示出了根据本发明的另一实施方案的MEMS换能器封装件的一个实施例；
图9示出了根据本发明的另一实施方案的MEMS换能器封装件的一个实施例；
图10示出了根据本发明的另一实施方案的MEMS换能器封装件的一个实施例；
图11示出了根据本发明的另一实施方案的MEMS换能器封装件的一个实施例；
图12示出了根据本发明的另一实施方案的MEMS换能器封装件的一个实施例；
图13示出了根据本发明的另一实施方案的MEMS换能器封装件的一个实施例；
图14示出了根据本发明的另一实施方案的MEMS换能器封装件的一个实施例；以及
图15示出了根据本发明的另一实施方案的MEMS换能器封装件的一个实施例。
具体实施方式
本发明的实施方案涉及MEMS换能器设备，例如MEMS麦克风。在一些实施例中，该MEMS换能器设备形成MEMS换能器封装件的一部分，且可以涉及以晶片级形成的芯片规模(CS)MEMS电容式麦克风封装件。在一些实施例中，晶片级封装件(WLP)包括：基底，例如硅基底，该基底纳入MEMS电容式麦克风及其相关联的集成电子电路，例如用于提供驱动&读出电路的电子电路；以及封装盖或帽，例如硅帽，用于保护该硅基底且为麦克风提供后容积。
下文将以晶片级封装件的形式描述多个实施方案中的一些，所述晶片级封装件被配置为“底部端口”封装件，其中该封装件是接合到下一级互连件(例如，接合到主机组件(诸如，消费产品)内的另一基底或PCB)的“倒装芯片”。然而，应注意，本发明还可以被用在其他封装布置中或其他安装配置中。
应注意，下文描述的实施方案的图中的任何尺寸都是概念性的，且未必按比例绘制。
图3a至图3c示出了根据一个实施方案的MEMS换能器封装件300的一个实施例。图3a涉及MEMS换能器封装件300的底侧视图。图3b涉及横截面侧视图，例示了当MEMS换能器封装件300被组装在主机设备(例如，在底部端口布置中，被组装到主机设备的基底302(基底302包括用于允许声学信号穿过集成MEMS换能器311的声音端口304))中时可以如何安装MEMS换能器封装件300。图3c涉及图3b的界面A-A处的横截面视图。
参考图3b，MEMS换能器封装件300包括封装盖313。MEMS换能器封装件300还包括集成电路裸片309(例如，形成MEMS换能器设备)，该集成电路裸片包括用于与封装盖接合的接合区域314。
集成电路裸片309包括集成MEMS换能器311和与集成MEMS换能器311电气连接的集成电子电路312。集成电子电路312的占地面积至少与集成电路裸片309的接合区域314重叠。例如，集成电子电路312可以被形成在集成电路裸片内，使得集成电子电路被形成在接合臂(309a，309b)下方的区域中，或被形成在集成电路裸片的接合区域314的一个区段下面的区域内，从而集成电子电路312与此区域重叠，且其中接合区域314被用于将集成电路裸片接合到另一基底，诸如封装盖313。可以看到，集成电子电路312的占地面积至少部分地与接合区域314的占地面积重叠(尽管在不同的平面中)。
应注意，尽管图3b的实施例示出了集成电路裸片309，其中该集成电路裸片的接合区域314在所有侧上大体上对称(如图3a和图3c中例示的)，但应注意，不同侧可以具有不同尺寸或宽度或面积的接合区域。实际上，在一些实施方案中，接合区域314可以在MEMS换能器311的一侧或多侧上具有不同的成形部分。例如，接合区域可以是多边形形状、六边形形状、圆形形状、矩形形状或弯曲的，而不是如所示出的正方形。例如，可以基于特定应用的最小接合宽度(MBW)标准，或基于容纳特定应用的集成电子电路312所需的额外空间来设计特定接合区域314的尺寸和/或形状。
通过形成集成电子电路312的占地面积，使得它至少与集成电路裸片309的接合区域314重叠，这实现了减小MEMS换能器封装件300的总体尺寸，尤其是当需要相对大的接合区域或表面用于接合集成电路裸片309和封装盖313时。例如，图3c例示了集成电路裸片309和封装盖313所需的最小MBW区域小于图2c中所需的最小MBW区域。
如上文提及的，集成电路裸片309可以包括用于在接合区域314处与封装盖313接合的接合臂，例如如在图3b的横截面中所示出的接合臂309a和309b。接合臂309a、309b限定了集成电路裸片309中的第一腔320的至少一部分。
应注意，在图3b的实施例中，可以在集成电路裸片309的每一侧上设置一个接合臂(其中在横截面视图中仅例示了接合臂309a/b)，接合臂一起形成第一腔320。应理解，不同形状的设备(例如，多边形形状的设备)可以包括不同数目的接合臂。在另一实施例中，圆形设备可以有效地包括单一的接合臂，例如集成电路裸片309中的圆柱形形状的接合臂309或区段。
除了提供机械耦合之外，接合臂309a/b还可以提供集成电路裸片309和封装盖313之间的电气连接，例如，如果封装盖包括金属屏蔽元件，或如果封装盖包括如在本申请中稍后所描述的集成电子电路。
封装盖313还可以包括用于与集成电路裸片309接合的接合臂313a、313b，接合臂313a、313b限定封装盖313中的第二腔321的至少一部分。
如上，应注意，在图3b的实施例中，可以在封装盖313的每一侧上设置一个接合臂，其中在横截面视图中仅例示了接合臂313a/b，接合臂一起形成第二腔321。如上，应理解，不同形状的设备(例如，多边形形状的设备)可以包括不同数目的接合臂。圆形形状的封装盖可以包括单一的接合臂，例如封装盖内的圆柱形形状的接合臂或区段。
根据一些实施例，集成电子电路312的占地面积围绕MEMS换能器111的至少两侧被形成。
在一些实施例中，集成电子电路312的占地面积与集成电路裸片309的第一腔320的至少一部分重叠。例如，在具有如图3b中示出的阶梯式第一腔320的一个实施方案中，电子电路312被示出为朝向该腔“朝内”延伸，使得该电子电路312与第一腔320的一部分重叠(即，与第一腔320的第二部分重叠，与第一腔320的第一部分相比，该第二部分具有更大的横截面面积，该第一部分是与集成MEMS换能器311界面连接的部分，并且第一腔320的第二部分是与集成电路裸片中和封装盖接合的界面连接的部分)。
在图3b的实施方案中，第一腔体320从而包括第一部分和第二部分，其中在集成电路裸片中，第一腔体320中与集成MEMS换能器311界面连接的第一部分的横截面面积小于第一腔320与封装盖313界面连接的表面处的第二部分的横截面面积。
应注意，在其他实施例中，集成电子电路312的占地面积可以被形成为使得它完全落在集成电路裸片309的接合区域314下面，或落在集成电路裸片309的接合臂309a/b内。
可以以任何已知的方式(例如，使用CMOS处理技术)形成集成电路裸片309中的第一腔320。有利地，该腔可以具有朝向形成集成电路裸片309的基底的上侧(即，另一侧)增加的横截面面积，从而形成上文提及的第一部分和第二部分。因此，紧邻换能器311上方的腔可以具有第一横截面面积，以使得准确地限定膜的区域。朝向形成集成电路裸片309的基底的上侧，腔320的横截面面积可以更大，以便最大化由腔320提供的后容积的一部分。在一些实施方案中，可以在腔320的壁的斜面轮廓中存在阶梯状改变。这样的腔轮廓可以通过多级蚀刻工艺实现，诸如在专利GB2451909中描述的。
在一些实施方案中，MEMS换能器封装件可以包括耦合到集成电路裸片309的第一表面的电气再分布层318。电气再分布层318提供集成电路裸片309的一个区域与集成电路裸片的另一区域之间的电气连接，例如以将电气信号连接到定位在集成电路裸片的特定位置处的接合结构317。因此，该电再分布层可以包括例如金属层，该金属层使集成电路裸片309的输入焊盘/输出焊盘在其他位置可用。
集成电子电路312的占地面积可以与电气再分布层318的至少一部分重叠。
在一些实施方案中，集成电子电路312的占地面积围绕集成MEMS换能器311的所有侧的至少一部分被形成。例如，集成电子电路312的占地面积可以被大体上均匀地围绕集成MEMS换能器311的所有侧形成。
在图3b的实施例中，封装盖313包括第二腔321。在这样的实施方案中，存在由集成电路裸片309的第一腔320和封装盖313的第二腔321限定的后容积。
然而，应注意，封装盖不必必需包括腔321，例如封装盖313可以替代地包括平面盖，例如平面基底。在这样的实施方案中，将存在仅由集成电路裸片309的第一腔320限定的后容积。本发明仍然将提供布置集成电路裸片309的集成电子电路312的占地面积使得它与集成电路裸片的接合区域314重叠的优点，从而仍然使得能够减小设备的总体尺寸。
应注意，在涉及双向麦克风的MEMS换能器封装件300中，封装盖313可以包括用于允许声学信号经由封装盖313传递到集成MEMS换能器311的声音端口304a，此外还经由基底302的声音端口304接收声学信号，当MEMS换能器封装件300被组装在主机设备中时，MEMS换能器封装件300被耦合到所述基底302。
从图3b可以看到，在一些实施方案中，MEMS换能器封装件的外表面的至少一部分由集成电路裸片309形成。
集成电路裸片309还可以包括一个或多个接合结构317，如图3a和3b中例示的。一个或多个接合结构317可以被设置在集成电路裸片309的外表面上，且被电耦合(未示出)至集成电子电路312。
在本文所描述的实施方案中，应注意，集成电子电路312可以包括模拟电路和/或数字电路。
根据一个实施方案，集成MEMS换能器311被形成在集成电路裸片309的第一表面处。集成电路裸片309包括腔320，其中所述集成MEMS换能器311至少部分地与该腔重叠，由此腔320从集成MEMS换能器311延伸通过第一集成电路裸片至集成电路裸片309的第二表面处的开口。
这样的实施方案还可以包括在封装盖与集成电路裸片309的第二表面邻接的表面处、在封装盖313中所形成的腔321，以提供由集成电路裸片中的腔320和封装盖中的腔321所限定的后容积。集成MEMS换能器311处的腔320的横截面面积小于集成电路裸片的第二表面处的横截面面积。在一些实施方案中，腔320可以在集成电子电路下面延伸。
参考图4a，根据一些实施方案，集成电路裸片309还可以包括位于集成电路裸片的外表面(例如，上文提及的“第一”表面)上的密封元件400，密封元件400包围集成MEMS换能器。在一个实施例中，密封元件400包括声学密封元件，例如声学密封环。应注意，也可以提供其他形状的密封元件400，例如多边形形状或正方形形状或任何其他形状，包括不规则形状。密封元件400可以被提供用于声学密封集成MEMS换能器311，例如使得在底部端口配置中，当MEMS换能器311在使用期间被安装在主机组件中时，MEMS换能器311仅接收被引导到MEMS换能器311的期望的声学信号，例如经由如图3b中示出的声音端口304。
也就是说，如果MEMS换能器封装件300被倒装芯片接合到母板302或类似物上，则将提供母板中的声音端口304或孔，所述声音端口304或孔将与MEMS换能器311大体上对齐。可以提供密封元件400(该密封元件400可以是金属化环，即金属化环形接合垫)，以帮助在经组装的主机设备中形成声学通道。应注意，假如密封元件仍然具有减少或防止不希望的声学信号到达集成MEMS换能器300的效果，则声学密封元件400不一定是气密密封的，且可以包括一个或多个穿孔部或开口。
在一个实施方案中，集成电子电路312的占地面积被配置为至少部分地与密封元件400(例如，声学密封元件)的占地面积重叠。
参考图4b，此图示出了密封元件400是正方形形状的一个实施例。
参考图5，根据一些实施方案，集成电路裸片309还可以包括用于保护集成电子电路312免受光学干扰的光学密封元件500。例如，光学密封元件500(例如，光学密封元件500由不允许光穿过的材料制成，所述材料例如是金属或非金属)可以包括围绕集成电子电路312的内周界设置的第一部分500a和围绕电子电路312的外周界设置的第二部分500b。在一些实施例中，光学密封元件仅围绕外周界设置。光学密封元件500可以由任何形状形成，例如这取决于被保护免受光入射干扰的集成电子电路的占地面积。
应注意，在一些实施方案中，MEMS换能器封装件可以包括如图4a或图4b中示出的声学密封元件400以及如图5中示出的光学密封元件。
参考图6a，根据另一实施方案，提供了一种MEMS换能器封装件300，该MEMS换能器封装件300包括封装盖313和集成电路裸片309，该集成电路裸片309包括用于与封装盖313接合的接合区域314。集成电路裸片309包括集成MEMS换能器311和用于操作集成MEMS换能器311的集成电子电路312。穿过集成电路裸片309的至少一个平面B-B穿过集成电子电路312和该集成电路裸片的接合区域314。在图6a的实施例中，平面B-B大体上正交于接合区域314的表面延伸。
该集成电路裸片还可以包括电气再分布层318，其中穿过集成电路裸片的至少一个平面B-B穿过集成电路裸片309的集成电子电路312、接合区域314和电气再分布层318。如上文所提及的，该电气再分布层可以包括例如金属层，该金属层使集成电路裸片309的输入焊盘/输出焊盘(例如，接合结构317)在其他位置可用。
在集成电路裸片还包括接合结构317的另一实施方案中，穿过集成电路裸片的至少一个平面B-B穿过集成电路裸片309的集成电子电路312、接合区域314、电气再分布层318和接合结构317。因此，在这样的实施方案中，与下一个互连层互连所需的接合结构317可以被再分布(互连再分布)，以减小芯片规模晶片级封装件的裸片尺寸。这样的互连再分布可以利用用于处理MEMS麦克风的层。
图6a还示出了设置在集成电路裸片309的外表面上的密封元件400，例如声学密封环，如上文在图4a和4b中描述的，由此声学密封元件或声学密封环400包围MEMS换能器。如上文提及的，声学密封元件400可以被提供用于声学密封MEMS换能器311，例如使得在底部端口配置中，当MEMS换能器311在使用期间被安装时，它仅接收被引导到MEMS换能器311的期望声学信号，即从下侧。
在一些实施例中，集成电子电路312的占地面积可以布置成与密封元件400(例如，声学密封元件)的占地面积重叠。
图6b示出了一个类似于图6a的实施例，但是其中密封元件400相对于集成MEMS换能器311被定位在接合结构317的外侧上。根据一个实施方案，穿过集成电路裸片的至少一个平面B-B穿过集成电子电路312、接合区域314和密封元件400。在另一实施方案中，穿过集成电路裸片的至少一个平面B-B穿过集成电路裸片309的集成电子电路312、接合区域314、密封元件400和电气再分布层318。
尽管本文描述的实施方案例示了具有单个膜的集成MEMS换能器311，但是应注意，在一些实施方案中，集成MEMS换能器311包括位于集成电路裸片309上的多个个体MEMS换能器，例如包括单独的膜。在这样的实施例中，该集成电子电路可以围绕多个MEMS换能器分布。在一些实施方案中，所述多个个体MEMS换能器中的至少一个MEMS换能器是与所述多个个体MEMS换能器中的至少另一MEMS换能器的类型不同的换能器。
根据一个实施方案，提供了一种电子设备，该电子设备包括如本文的实施方案中描述的MEMS换能器封装件。该电子设备可以包括例如以下中的至少一个：便携式设备；电池供电设备；计算设备；可穿戴设备、在物联网环境中能操作的设备、通信设备；游戏设备；移动电话；个人媒体播放器；膝上型电脑、平板电脑或笔记本计算设备。
如早前提及的，应注意，集成MEMS换能器311不一定是圆形的。例如，集成MEMS换能器311可以包括其他形状的膜，或经由应力分布臂安装的膜，例如以提供应力解耦。
参考图7，此实施例示出了集成电子电路312不必在MEMS换能器311的所有四个侧上。例如，图7的实施方案示出了围绕MEMS换能器的三个侧分布的集成电子电路312。
此外，参考图8，此实施例示出集成电子电路312的分布不必是对称的。例如，图8的实施方案示出了与集成电子电路的占地面积的一个或多个其他侧(例如，侧312a、312b或312c)上的面积或宽度“X”比较，集成电子电路312的占地面积在MEMS换能器311的一侧(例如，集成电子电路的占地面积的侧312d)上具有较大的面积或宽度“Y”，以便容纳所需量的电路。
图9示出了根据另一实施方案的MEMS换能器封装件900。在图9的实施方案中，封装盖313包括集成电子电路912。应注意，图9的实施方案可以与上文关于图3至图8所描述的任何一个或多个特征组合。
在图9的实施例中，封装盖313中的集成电子电路912的占地面积至少与集成电路裸片309的接合区域314重叠。
封装盖313可以包括用于与集成电路裸片309接合的一个或多个接合臂313a、313b，所述一个或多个接合臂限定了封装盖313中的腔321的至少一部分。一个或多个接合臂313a/b限定封装盖313的接合区域316，用于将封装盖313与集成电路裸片309接合。
在图9的实施例中，封装盖313中的集成电子电路912的占地面积至少与封装盖313的接合区316重叠。
该MEMS换能器封装件还可以包括一个或多个电连接件901，用于将封装盖313的集成电子电路912与集成电路裸片309的集成电子电路312连接。
因此，在一些实施例中，集成电路裸片309还包括集成电子电路312，并且其中封装盖313的集成电子电路912被电气连接到集成电路裸片309的集成电子电路312。
或者除了与集成电子电路312的电气连接之外，或者单独地(例如，在集成电路裸片309本身不包括集成电子电路的一个实施方案中)，所述一个或多个电连接件也可以被提供用于将封装盖的集成电子电路912与耦合到集成电路裸片309的一个或多个接合结构317电气连接。
在一些实施例中，封装盖313还包括一个或多个接合结构917。应注意，除了设置在集成电路裸片309上的任何接合结构317之外，或替代地(例如，在集成电路裸片309本身不包括任何集成电子电路的情况下)，设置耦合到封装盖313的所述接合结构917。
因此，MEMS换能器可以包括一个或多个电气连接件901，以将封装盖313的集成电子电路912与耦合到封装盖313的一个或多个接合结构917连接和/或与耦合到集成电路裸片309的一个或多个接合结构317连接。
因此，在一些实施方案中，集成电路裸片309和/或封装盖313可以包括一个或多个接合结构317、917，其中封装盖313的集成电子电路912被电气连接到封装盖313和/或集成电路裸片309的接合结构317、917中的一个或多个。
图10示出了与图9类似的实施例，但是其中封装盖313的集成电子电路912被定位成使得它邻接封装盖313的内表面，而不是如图9中所示出的邻接外表面。应注意，MEMS换能器封装件可以包括集成电子电路912a、912b，集成电子电路912a、912b与封装盖313的内表面和外表面这二者都邻接，如图11中示出的。
应注意，当封装盖313和集成电路裸片309这二者都包含集成电子电路312/912时，分立的集成电子电路312/912可以被配置为执行不同的处理任务。
图12示出了又一实施例，其中集成电路裸片309本身不包括任何集成电子电路，其中集成电子电路替代地仅被设置在封装盖313上。
根据这样的实施方案，提供了MEMS换能器封装件900，该MEMS换能器封装件900包括封装盖313和集成电路裸片309，该集成电路裸片309包括集成MEMS换能器311。封装盖313包括集成电子电路912。
应注意，封装盖313和集成电路裸片309包括例如分立制造的区段，例如在不同的晶片中制造的区段，所述区段被接合在一起以形成晶片级封装件(WLP)，即MEMS换能器封装件900。在集成电子电路被设置在封装盖中的实施方案中，这使得能够使用一种类型的处理技术(例如，形成电子电路时的28nm CMOS处理技术)制造封装盖，而可以使用一种不同的处理技术(例如，大于100nm的CMOS处理技术)制造集成电路裸片。
在一个实施方案中，集成电子电路912被电气耦合到集成电路裸片309的集成MEMS换能器311，例如用于控制集成MEMS换能器311的操作和读出。
在图12的实施方案中，与其他实施方案一样，封装盖313的集成电子电路912的占地面积可以至少与封装盖313和集成电路裸片309之间的接合区域314重叠。
图13示出了封装盖313由分立的区段313a、313b和313c(例如，晶片级封装件的分立的区段)组成的一个实施例，并且其中集成电子电路912被形成在封装盖313的一个区段(例如，区段313c)中。
图14示出了封装盖913不包括如其他实施方案中所存在的腔且替代地是平面结构的一个实施例。应注意，这样的封装盖913可以与本文描述的其他实施方案中的任何一个一起使用。封装盖913可以包括集成电子电路912(例如，如此图中示出的分立的区段)，但是应注意，在其他实施例中，仅提供集成电子电路912的一个区段，如图15中例示的。
还应注意，在一些实施例中，图14和图15中所示出的类型的平面封装盖913本身不包括封装盖中的集成电子电路。这样的平面封装件可以与其他实施方案中的任何一个一起使用。
从上文描述的实施方案可以看到，集成电子电路312被再分布(电子再分布)在集成电路裸片309(例如，硅基底)中对应于基底和帽或封装盖之间的界面的区域中。应理解，即使在一些所例示的实施方案中MBW被示出为对于封装盖和集成电路裸片这二者都相同，但是一个臂可以具有大于另一臂的MBW的宽度。
在上文描述的实施方案和实施例中，应注意，可以通过任何合适的处理技术(例如，通过使用CMOS兼容的MEMS制造技术)形成包括MEMS换能器和集成电子电路的集成电路裸片。
应注意，在上文描述的实施方案中，虽然接合结构被示出为被配置或被布置在MEMS换能器的各个拐角中，但是接合结构可以替代地被配置在一个特定区域中，例如被配置到膜的一侧。
应注意，如在本说明书中所使用的，应理解，术语“上部”和“下部”不应以任何方式被解释为限制到换能器在任何制造步骤期间的任何特定定向和/或任何封装件中的定向、或事实上任何装置中的封装件的定向。相对术语下部、上方、下方、下侧、下面等应被相应地解释。
在上文的实施方案中所提及的腔可以被配置为在使用中形成后容积的至少一部分，以允许换能器膜自由移动。换能器(诸如，MEMS麦克风)可以包括柔性膜，该柔性膜可以响应于膜两侧的压力差而移动。在使用中，该膜通常被布置在第一容积和第二容积(即，允许该膜偏转的空间或腔)之间。通常，第一容积和第二容积在使用中填充有空气，但是在一些应用中，所述容积可以填充有适合于传输声波和/或响应压力差的某种其他流体、气体或液体。
应注意，术语“后容积”不限定换能器裸片的任何特定定向。还应注意，术语“后容积”不表示任何特定类型的换能器构造。特别是对于具有柔性膜的MEMS电容式换能器，该柔性膜通常将相对于第二大体上固定的电极支撑第一电极。该第二电极可以由支撑结构支撑，该支撑结构通过换能器腔或间隙与该柔性膜分离。支撑第二电极的支撑结构有时被称为“背板”，且通常被设计成在感兴趣的频率下具有相对低的声学阻抗。在一些换能器设计中，“背板”可以被定位在该膜(当被制造在基底上时)上方，因此基底中的腔在该膜下面延伸。然而，在其他设计中，“背板”可以被定位在该膜下方，因此裸片基底中的腔可以延伸穿过裸片基底到该膜。
实施方案可以被实施在主机设备中，所述主机设备尤其是便携式和/或电池供电的主机设备，诸如移动电话、音频播放器、视频播放器、PDA、可穿戴设备、在物联网环境中能操作的设备、移动计算平台，例如膝上型计算机或平板电脑和/或游戏设备；或可以被实施在被设计用于可能经由多线缆线、多极连接器或光纤和连接器与这样的主机设备有线连接或无线连接的附属设备中，所述附属设备例如是头戴式受话器、耳塞(可能是噪音消除的)或麦克风组件。
应注意，上文提及的实施方案例示而非限制本发明，在不偏离随附权利要求的范围的前提下，本领域普通技术人员将能够设计许多替代实施方案。词语“包括”不排除除了权利要求中所列出的元件或步骤以外的元件或步骤的存在，“一”或“一个”不排除多个，并且单个特征或其他单元可以实现权利要求中所引用的多个单元的功能。权利要求中的任何附图标记或标注不应被解释为限制它们的范围。

Claims (47)

1.一种MEMS换能器封装件(300)，包括：
一个封装盖(313)；以及
一个集成电路裸片(309)，包括一个用于与所述封装盖接合的接合区域(314)，
所述集成电路裸片(309)包括：
一个集成MEMS换能器(311)；以及
与所述集成MEMS换能器电气连接的集成电子电路(312)；其中
所述集成电子电路(312)的占地面积至少与所述集成电路裸片(309)的接合区域(314)重叠。
2.根据权利要求1所述的MEMS换能器封装件，其中所述集成电子电路(312)的占地面积围绕所述集成MEMS换能器(311)的至少两侧形成。
3.根据权利要求1或2所述的MEMS换能器封装件，其中所述集成电路裸片(309)包括用于与所述封装盖(313)接合的接合臂(309a，309b)，所述接合臂限定所述集成电路裸片(309)中的第一腔(320)的至少一部分。
4.根据权利要求3所述的MEMS换能器封装件，其中所述集成电子电路(312)的占地面积与所述集成电路裸片(309)的第一腔(320)的至少一部分重叠。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的MEMS换能器封装件，还包括一个电气再分布层(318)，所述电气再分布层(318)耦合到所述集成电路裸片(309)的第一表面。
6.根据权利要求5所述的MEMS换能器封装件，其中所述集成电子电路(312)的占地面积与所述电气再分布层(318)的至少一部分重叠。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的MEMS换能器封装件，其中所述集成电子电路(312)的占地面积围绕所述集成MEMS换能器(311)的所有侧的至少一部分形成。
8.根据权利要求7所述的MEMS换能器封装件，其中所述集成电子电路(312)的占地面积围绕所述集成MEMS换能器(311)的所有侧大体上均匀地形成。
9.根据前述权利要求中的任一项在直接或间接从属于权利要求3时所述的MEMS换能器封装件，其中所述第一腔(320)包括第一部分和第二部分，其中所述腔中与所述集成MEMS换能器(311)界面连接的第一部分的横截面面积小于位于所述集成电路裸片与所述封装盖界面连接的表面处所述腔的第二部分的横截面面积。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的MEMS换能器封装件，其中所述封装盖(313)包括第二腔(321)。
11.根据权利要求4至10中的任一项在直接或间接从属于权利要求3时所述的MEMS换能器封装件，其中存在由所述集成电路裸片(309)的第一腔(320)和所述封装盖(313)的第二腔(321)所限定的后容积。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的MEMS换能器封装件，其中所述MEMS换能器封装件的外表面的至少一部分由所述集成电路裸片309形成。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的MEMS换能器封装件，其中所述集成电路裸片(309)还包括一个或多个接合结构(317)。
14.根据权利要求13所述的MEMS换能器封装件，其中所述一个或多个接合结构(317)被设置在所述集成电路裸片(309)的外表面上，且被电气耦合到所述集成电子电路(312)。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的MEMS换能器封装件，其中所述集成电子电路包括模拟电路和/或数字电路。
16.根据权利要求1所述的MEMS换能器封装件，其中：
所述集成MEMS换能器(311)被形成在所述集成电路裸片(309)的第一表面处；
所述集成电路裸片(309)包括一个腔(320)，其中所述集成MEMS换能器(311)至少部分地与所述腔(320)重叠；并且
所述腔(320)从所述集成MEMS换能器(311)延伸穿过第一集成电路裸片至所述集成电路裸片(309)的第二表面处的开口。
17.根据权利要求16所述的MEMS换能器封装件，还包括在所述封装盖邻接所述集成电路裸片(309)的第二表面的表面处、在所述封装盖(313)中所形成的腔(321)，以提供由所述集成电路裸片中的腔(320)和所述封装盖(313)中的腔(321)所限定的后容积。
18.根据权利要求17所述的MEMS换能器封装件，其中所述腔在所述集成MEMS换能器(311)处的横截面面积小于在所述集成电路裸片的第二表面处的横截面面积。
19.根据权利要求18所述的MEMS换能器封装件，其中所述腔在所述集成电子电路下面延伸。
20.一种MEMS换能器封装件(300)，包括：
一个封装盖(313)；以及
一个集成电路裸片(309)，包括一个用于与所述封装盖接合的接合区域(314)，
所述集成电路裸片(309)包括：
一个集成MEMS换能器(311)；以及
与所述集成MEMS换能器(311)电气连接的集成电子电路(312)；其中
穿过所述集成电路裸片(309)的至少一个平面(B-B)穿过所述集成电路裸片的所述集成电子电路(312)和所述接合区域(314)。
21.根据权利要求20所述的MEMS换能器封装件，其中所述集成电路裸片还包括一个电气再分布层(318)，且其中穿过所述集成电路裸片的至少一个平面穿过所述集成电路裸片的所述集成电子电路(312)、第二接合区域(314)和所述电气再分布层(318)。
22.根据前述权利要求中的任一项所述的MEMS换能器封装件，还包括位于所述集成电路裸片的外表面上的密封元件或声学密封元件，所述密封元件或声学密封元件包围所述MEMS换能器。
23.根据权利要求22所述的MEMS换能器封装件，其中所述集成电子电路的占地面积被配置为至少部分地与所述密封元件或声学密封元件的占地面积重叠。
24.根据权利要求23在从属于权利要求22和20时所述的MEMS换能器封装件，其中穿过所述集成电路裸片(309)的至少一个平面(B-B)穿过所述集成电子电路(312)、接合区域(314)和所述密封元件或声学密封元件(400)。
25.根据权利要求23在从属于权利要求22和21时所述的MEMS换能器封装件，其中穿过所述集成电路裸片的至少一个平面(B-B)穿过所述集成电路裸片(309)的所述集成电子电路(312)、所述接合区域(314)、所述密封元件或声学密封元件(400)和所述电气再分布层(318)。
26.根据前述权利要求中的任一项所述的MEMS换能器封装件，其中，所述集成MEMS换能器(311)包括位于所述集成电路裸片(309)上的多个个体MEMS换能器。
27.根据权利要求26所述的MEMS换能器封装件，其中所述多个个体MEMS换能器中的至少一个MEMS换能器是与所述多个个体MEMS换能器中的至少一个另一MEMS换能器类型不同的换能器。
28.根据任一项前述权利要求所述的MEMS换能器封装件，其中所述MEMS换能器是MEMS麦克风。
29.根据前述权利要求中的任一项所述的MEMS换能器封装件，其中所述封装盖(313)包括集成电子电路(912)。
30.根据权利要求29所述的MEMS换能器封装件，其中所述封装盖(313)中的所述集成电子电路(912)的占地面积至少与所述集成电路裸片(309)的所述接合区域(314)重叠。
31.根据权利要求29或30所述的MEMS换能器封装件，其中所述封装盖(313)包括用于与所述集成电路裸片(309)接合的一个或多个接合臂(313a，313b)，所述一个或多个接合臂限定所述封装盖(313)中的腔(321)的至少一部分。
32.根据权利要求31所述的MEMS换能器封装件，其中所述一个或多个接合臂限定所述封装盖(313)的接合区域(316)，以用于将所述封装盖(313)与所述集成电路裸片(309)接合。
33.根据权利要求29在直接或间接从属于权利要求10时所述的MEMS换能器封装件，其中所述封装盖(313)中的集成电子电路(912)的占地面积至少与所述封装盖(316)的接合区域(316)重叠。
34.根据权利要求29至33中的任一项所述的MEMS换能器封装件，还包括用于将所述封装盖(313)的集成电子电路(912)与所述集成电路裸片(309)的集成电子电路(312)连接的一个或多个电气连接件(901)。
35.根据权利要求29至32中的任一项所述的MEMS换能器封装件，其中所述封装盖还包括一个或多个接合结构(917)。
36.根据权利要求35在从属于权利要求31时所述的MEMS换能器封装件，其中所述一个或多个电气连接件(912)将所述封装盖(313)的集成电子电路(912)与耦合到所述封装盖(313)的一个或多个接合结构(917)和/或与耦合到所述集成电路裸片(309)的一个或多个接合结构(317)连接。
37.一种MEMS换能器封装件(900)，包括：
一个封装盖(313)；以及
一个集成电路裸片(309)，包括一个集成MEMS换能器(311)；
其中所述封装盖(313)包括集成电子电路(912)。
38.根据权利要求37所述的MEMS换能器封装件(900)，其中所述集成电子电路(912)被电气耦合到所述集成电路裸片(309)的集成MEMS换能器(311)。
39.根据权利要求37或38所述的MEMS换能器封装件(900)，其中所述集成电路裸片(309)还包括集成电子电路(312)，且其中所述封装盖(313)的集成电子电路(912)被电气连接到所述集成电路裸片(309)的集成电子电路(312)。
40.根据权利要求37至39中的任一项所述的MEMS换能器封装件(900)，其中所述集成电路裸片(309)和/或所述封装盖(313)包括一个或多个接合结构(317，917)，且其中所述封装盖(313)的集成电子电路(912)被电气连接到所述封装盖(313)和/或所述集成电路裸片(309)的一个或多个接合结构(317，917)。
41.根据权利要求37至39中的任一项所述的MEMS换能器封装件(900)，其中所述封装盖(313)的集成电子电路(912)的占地面积至少与所述封装盖(313)和所述集成电路裸片(309)之间的接合区域(314)重叠。
42.根据权利要求37至41中的任一项所述的MEMS换能器封装件，其中所述封装盖(313)包括用于与所述集成电路裸片(309)接合的一个或多个接合臂(313a，313b)，所述一个或多个接合臂限定所述封装盖(313)中的腔(321)的至少一部分。
43.根据权利要求42所述的MEMS换能器封装件，其中所述一个或多个接合臂限定所述封装盖(313)的接合区域(316)，以用于将所述封装盖(313)与所述集成电路裸片(309)接合。
44.根据权利要求43所述的MEMS换能器封装件，其中所述封装盖(313)的集成电子电路(912)的占地面积与所述封装盖(313)的接合区域(316)的至少一部分重叠。
45.根据权利要求43或44所述的MEMS换能器封装件，其中所述封装盖(313)的集成电子电路(912)的占地面积与所述封装盖(313)的腔(321)的至少一部分重叠。
46.一种电子设备，包括根据任一项前述权利要求所述的MEMS换能器封装件。
47.根据权利要求46所述的电子装置，其中所述装置是以下中的至少一个：便携式设备；电池供电设备；计算设备；通信设备；可穿戴设备、游戏设备；移动电话；配置用于在物联网系统中操作的设备、个人媒体播放器；膝上型电脑、平板电脑或笔记本计算设备。
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