CN109476476A - 包含mems声学传感器和压力传感器的集成封装 - Google Patents

包含mems声学传感器和压力传感器的集成封装 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种集成微机电系统(MEMS)声学传感器装置。集成MEMS声学传感器装置可包括MEMS声学传感器元件和位于与MEMS声学传感器元件相关联的后腔内的压力传感器。集成MEMS声学传感器装置可包括适于接收声波或压力的端口。制造方法也同时公开。

Description

包含MEMS声学传感器和压力传感器的集成封装
对相关申请的交叉引用
本申请主张2016年5月20日提交、题为“包含MEMS声学传感器和压力传感器的集成封装”的美国非临时申请No.15/160,127的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及一种声学和压力传感器，并且具体地涉及这些传感器的集成封装。
背景技术
消费电子产品的组件装置集成需要减小形状因素。集成通常会导致尺寸减小，因为多个装置成为一个集成系统的部分。除了对于较小的装置脚印(footprint)有高需求的集成之外，还可以通过集成使成本降低和/或附加功能成为可能。然而，将多个装置集成到一个系统中可能是复杂的，并且在每个装置具有不同类型和/或每个装置具有不同的制造和/或组装要求的情况下可以使其更复杂。
例如，传统上，声学传感器(例如，麦克风)和压力传感器是两个单独的装置。这两个装置分别进行了测试，并分别安装在客户印刷电路板(PCB)板上。除了制造的复杂性之外，这导致客户PCB的生产成本，因为每个组件必须单独地组装和测试到产品的主电路板上，而在其他垂直集成的组合中，可能需要独特的装置配置来集成功能，同时达成对于装置高度限制的要求，同时在个别传感器故障时提供有限的返工选项。此外，单独安装和测试的装置可能将制造变数引入装置测试，以及随着降低的用于改进流程控制的机会和/或随着增加的实现附加功能的困难并且基于两个单独安装和测试的装置之间有不受控制的间距而设置。
期望具有用于制造包含声学和压力传感器的集成封装的集成封装和方法，以及用于处理由这些传感器中的一个或多个生成的数据的专用集成电路(application specificintegrated circuit,ASIC)。
发明内容
以下呈现了说明书的简要概述，以提供对说明书的一些方面的基本理解。本概述不是对说明书的广泛概观。其既不旨在标识说明书的关键或重要元素，也不旨在描述特定于说明书的任何实施例的任何范围或权利要求的任何范围。其唯一目的是以简化形式呈现说明书的一些概念，作为稍后呈现的更详细描述的序言。
在非限制性示例中，描述了集成在封装中的传感器装置，其可包括微机电系统(microelectromechanical systems,MEMS)声学传感器、压力传感器和设置在与MEMS声学传感器相关联的后腔中的ASIC。在其他非限制性示例中，提供了麦克风和压力感测的集成装置，其可以包括压力传感器和ASIC的堆迭布置，该ASIC与MEMS声学传感器相关联并且设置在与MEMS声学传感器相关联的后腔中。在进一步的非限制性示例中，描述了与非限制性集成MEMS声学传感器装置相关联的示例性方法。
以下更详细地描述这些和其他实施例。
附图说明
图1描绘了集成微机电系统(MEMS)声学传感器装置的非限制性示意性框图，其中根据本主题公开的各种非限制性方面，与MEMS声学传感器和压力传感器相关联的专用集成电路(ASIC)互补金属氧化物半导体(CMOS)芯片可以位于与MEMS声学传感器相关联的后腔中；
图2描绘了集成MEMS声学传感器装置的另一示意性框图，其中与MEMS声学传感器元件和压力传感器相关联的ASIC CMOS芯片与MEMS声学传感器元件并排地位于后腔中；
图3描绘了集成MEMS声学传感器装置的另一示意性框图，根据本主题公开的另一非限制方面，其中与MEMS声学传感器元件和压力传感器相关联的ASIC CMOS芯片与MEMS声学传感器元件并排地位于后腔中；
图4描绘了另一集成MEMS声学传感器装置的非限制性示意性框图，根据本主题公开的另一非限制方面，其中压力传感器为与ASIC CMOS芯片一起附接到封装衬底的倒装芯片，其中ASIC CMOS芯片堆迭在后腔中的压力传感器上；
图5描绘了集成MEMS声学传感器装置的另一示意性框图，根据本主题公开的另一非限制性方面，其中压力传感器为与ASIC CMOS芯片一起附接到封装衬底的倒装芯片，其中ASIC CMOS芯片堆迭在后腔中的压力传感器上；
图6描绘了另一集成MEMS声学传感器装置的非限制性示意性框图，根据本主题公开的另一非限制方面，其中ASIC CMOS芯片为与压力传感器一起附接到封装衬底的倒装芯片，其中压力传感器堆迭在后腔中的ASIC CMOS芯片上；
图7描绘了集成MEMS声学传感器装置的另一示意性框图，根据本主题公开的另一非限制性方面，其中ASIC CMOS芯片为与压力传感器一起附接到封装衬底的倒装芯片，其中压力传感器堆迭在后腔中的ASIC CMOS芯片上；
图8描绘了根据本公开的某些实施例的计算环境的示例性示意框图；和
图9描绘了根据本主题公开的各种非限制性方面的与集成MEMS声学传感器装置相关联的非限制性方法的示例性流程图。
具体实施方式
在所描述的实施例中，集成电路(IC)衬底可以指具有电路的硅衬底，通常是互补金属氧化物半导体(CMOS)电路。而且，CMOS IC衬底可以包括ASIC。腔可以指衬底或盖(盖体)中的凹槽。外壳可以指通常围绕微机电系统(MEMS)结构的完全封闭的体积，并且通常由IC衬底、结构层、MEMS衬底和支座密封环形成。端口可以是穿过衬底的开口，以将MEMS结构暴露于周围环境。应当了解，在本主题公开的各种实施例中，外壳将包括声学端口。
在所描述的实施例中，芯片包括通常由半导体材料形成的至少一个衬底。单个芯片可以由多个衬底形成，其中衬底被机械结合以保持功能。多个芯片包括至少两个衬底，其中两个衬底可以电连接，并且可以包括但不需要机械结合。封装提供芯片上的接合焊盘与金属焊盘之间的电连接，金属焊盘可焊接到印刷电路板(PCB)。封装通常包括衬底和盖体。应当理解，封装气密地密封其组件，除了封装的端口开口允许空气流入和流出封装。而且，应当理解，封装提供声学密封，除了封装的端口开口允许声波或压力进入和离开封装。
在所描述的实施例中，腔可以指衬底芯片中的开口或凹槽，并且外壳可以指包括端口开口的完全封闭的空间。在所描述的实施例中，后腔可以指的是与环境压力相等的部分封闭腔。在本主题公开的各个方面，后腔提供声学密封，除了它允许声波通过声学MEMS声学传感器元件(例如，包括振膜、背板等)进入和离开。在一些实施例中，后腔也可以称为后室。在CMOS-MEMS装置内形成的后腔可以称为集成后腔。
在所描述的实施例中，声学系统内的刚性结构在受力时移动可被称为板。背板可以是穿孔板，用作电极以电感测可移动板。在所描述的实施例中，穿孔可以指用于减少移动板中的空气阻尼的声学开口。声学端口可以指用于感测声波或压力的开口。声屏障可以是防止声压到达装置的某些部分的结构。
如背景技术中所述，各种装置和封装考虑因素可排除现有MEMS声学传感器装置设计和其他传感器(例如压力传感器)的集成。在各种非限制性实施例中，所公开的主题提供集成的MEMS声学传感器装置，其中与MEMS声学传感器元件和压力传感器相关联的ASICCMOS芯片可以与MEMS声学传感器元件并排地定位在集成封装的封装衬底上和与MEMS声学传感器元件相关联的后腔中。这样，示例性实施例可以通过单一测试装置进行测试，并且可以通过一次操作安装在客户的PCB上。因此，这里描述的各种实施例可以减少将这种集成的MEMS声学传感器装置安装在客户的PCB上的实时生产要求。此外，通过将MEMS声学传感器元件和压力传感器放置在彼此之间明确定义和由工厂控制的距离内，也可以实现附加功能。
在非限制性方面，集成MEMS声学传感器装置的集成可以在封装级执行，而示例性MEMS声学传感器元件和压力传感器可以单独设计和制造，这可以提供优化每个示例性MEMS声学传感器元件和压力传感器的性能的能力，这可以降低集成复杂性和制造成本。
在非限制性实施例中，如本文进一步描述的，示例性压力传感器可以为附接到封装衬底的倒装芯片，并且示例性ASIC可以堆迭在示例性压力传感器的顶部上并且通过应力隔离化合物(例如，通过环氧树脂、管芯附着膜、室温硫化硅橡胶(room temperaturevulcanization silicone,RTV)等)固定到其上。在其他非限制性实施例中，示例性ASIC可以为附接到封装衬底的倒装芯片，并且示例性压力传感器可以堆迭在示例性ASIC的顶部上并且经由应力隔离化合物(例如，通过环氧树脂、管芯附着膜、RTV等)固定到其上，如本文进一步描述的，其还可以减小封装应力对压力传感器性能的影响。
因此，图1描绘了根据本主题公开的各种非限制性方面的与后腔相关联的集成传感器装置100(例如，MEMS声学传感器装置或麦克风)的非限制性示意性框图。因此，集成传感器装置100可包括MEMS声学传感器元件102，例如MEMS麦克风元件或任何其他声学传感器。在各种非限制性实施方式中，集成传感器装置100还可以包括与MEMS声学传感器元件102相关联的ASIC互补金属氧化物半导体(CMOS)芯片104。
在非限制性实施方式中，根据非限制性方面，集成传感器装置100可包括后腔106，后腔106可由附接到封装衬底110的盖子或盖体108定义。在本主题公开的非限制性实施例中，盖子或盖体108可由金属、聚合物或陶瓷等制成。在进一步的非限制性实施方式中，如本文进一步描述的，集成传感器装置100可包括压力传感器112。在非限制性方面，压力传感器112的操作没有限制，可以采用电容变化、电阻变化、压阻变化等来感测压力和压力变化。可以理解，MEMS声学传感器元件102或压力传感器112中的一个或多个可以包括一个或多个管芯。
在各种非限制性方面，通过本文进一步描述的方法，MEMS声学传感器元件102、ASIC CMOS芯片104或压力传感器112和/或盖子或盖体108中的一个或多个可以是其中一个或多个电联接或机械固定到封装衬底110中。另外，MEMS声学传感器元件102和/或压力传感器112中的一个或多个可以机械地、电性地和/或通信地联接到ASIC CMOS芯片104和/或封装衬底110。
此外，盖子或盖体108和封装衬底110可以一起包括集成传感器装置或封装100，客户印刷电路板(PCB)(未示出)可以机械地、电性地和/或通信地联接到集成传感器装置或封装100，客户印刷电路板(PCB)具有孔或其他传递声波或压力到MEMS声学传感器元件102和/或压力传感器112中的一个或多个的装置。例如，声波可以经由封装衬底110在MEMS声学传感器元件102处被接收，封装衬底110具有适于接收声波或压力的端口114。提供孔或其他传递声波或压力的装置的附接或联接的客户PCB(未示出)有助于在MEMS声学传感器元件102和/或压力传感器112中的一个或多个处接收声波或压力。
如图1中的集成传感器装置或封装100中所描绘的，端口114示出为与MEMS声学传感器元件102对准，但是如本文进一步描述的，端口114不需要与MEMS声学传感器元件102对准或位于封装衬底110中。此外，封装衬底110中的端口114可以接收用于通过MEMS声学传感器元件102进行感测的声波或压力，并且，取决于实施例，可以接收其他环境现象，例如环境压力。根据本发明的示例性非限制性实施例，MEMS声学传感器元件102被示出与封装衬底110上的ASIC CMOS芯片104相邻定位。
如上所述，MEMS声学传感器元件102和/或压力传感器112中的一个或多个可以电性地和/或通信地联接到ASIC CMOS芯片104和/或封装衬底110。因此，图1描绘了引线接合116，其将压力传感器112和ASIC CMOS芯片104电联接到封装衬底110，并将MEMS声学传感器元件102电联接到ASIC CMOS芯片104。在其他非限制性实施方式中，压力传感器112可以电性地和/或通信地联接到ASIC CMOS芯片104，从而ASIC CMOS芯片104有助于处理两个传感器元件的变化，例如，与MEMS声学传感器元件102和压力传感器104相关联的传感器元件。因此，在非限制性方面，MEMS声学传感器元件102的传感器元件和压力传感器112的传感器元件可以共享ASIC CMOS芯片104的电子处理能力和/或压力传感器112的传感器元件可以采用用于电子处理的单独ASIC(未示出)。
应当理解，如本文所使用的尺寸术语，例如“顶部”、“底部”、“侧面”等是相对的，并且它们在描述各种实施例中的用途仅仅是为了讨论和提供例子。应当理解，可以采用其他尺寸关系和/或相同的尺寸关系可以是与本文公开的关系相反的关系。例如，可以翻转压力传感器112和/或ASIC CMOS芯片104中的一个或多个，使得压力传感器112和/或ASIC CMOS芯片104中的一个或多个可以通过倒装芯片附接结构电联接到封装衬底110，然而，如本文进一步描述的压力传感器112或ASIC CMOS芯片104中的一个可以与封装衬底110相邻并沿着封装衬底110从MEMS声学传感器元件102堆迭在另一个上。虽然这里示出并讨论了一个MEMS声学传感器元件102和一个压力传感器112，但是应该理解，每个这样的传感器可以采用多于一个。除了本文未必示出或讨论但预期的其他实施例之外，前述替代方案适用于本文所示和所讨论的本主题公开的其余实施例。
图2描绘集成MEMS声学传感器装置200的另一示意性框图，其中与MEMS声学传感器元件102和压力传感器112相关联的ASIC CMOS芯片104与MEMS声学传感器元件102并排地位于后腔106中(未示出)。与上述图1的集成传感器装置100一样，集成传感器装置200可包括MEMS声学传感器元件102，例如MEMS麦克风元件或任何其他声学传感器、与MEMS声学传感器元件102相关联的ASIC CMOS芯片104，以及沿着封装衬底110并排设置的压力传感器112。在图2的集成传感器装置200中，MEMS声学传感器元件102、ASIC CMOS芯片104或压力传感器112中的一个或多个可以是电联接或机械固定到封装衬底110中的一个或多个。如上文进一步所述，MEMS声学传感器元件102中的一个或多个和/或压力传感器112可以电性地和/或通信地联接到ASIC CMOS芯片104和/或封装衬底110。因此，图2描绘了引线接合116，其将压力传感器112和ASIC CMOS芯片104电联接到封装衬底110，并且将MEMS声学传感器元件102电联接到ASIC CMOS芯片104。应当理解，在其他非限制性实施方式中，压力传感器112可以是电性地和/或通信地联接到ASIC CMOS芯片104，使得ASIC CMOS芯片104可以有助于处理两个传感器元件的变化，例如，与MEMS声学传感器元件102和压力传感器104相关联的传感器元件。结果，在非限制性方面，MEMS声学传感器元件102的传感器元件和压力传感器112的传感器元件可以共享ASIC CMOS芯片104的电子处理能力和/或压力传感器112的传感器元件可以采用用于电子处理的单独ASIC(未示出)。此外，可以理解的是，根据非限制性方面，如图1所示，集成传感器装置200可以包括后腔106(未示出)，后腔106可以由附接到封装衬底110的盖子或盖体108(未示出)定义，并且盖子或盖体108(未示出)可以在后腔106容纳或包围MEMS声学传感器元件102、ASIC CMOS芯片104和压力传感器112。
图3描绘了集成MEMS声学传感器装置300的另一示意性框图，根据本主题公开的进一步的非限制性方面，其中与MEMS声学传感器元件102和压力传感器112相关联的ASICCMOS芯片104与后腔106(图中未示)中的MEMS声学传感器元件102并排设置。与上述的图1和图2的集成传感器装置100/200相同，集成传感器装置300可包括MEMS声学传感器元件102，例如MEMS麦克风元件或任何其他声学传感器、与MEMS声学传感器元件102相关联的ASICCMOS芯片104以及邻近MEMS声学传感器元件102和沿着封装衬底110定位的压力传感器112。在图3的集成传感器装置300中，MEMS声学传感器元件102、ASIC CMOS芯片104或压力传感器112中的一个或多个可以是电联接或机械固定到封装衬底110中的一个或多个。
如上文进一步描述的，MEMS声学传感器元件102和/或压力传感器112中的一个或多个可以电性地和/或通信地联接到ASIC CMOS芯片104和/或封装衬底110。因此，图3描绘了引线接合116，其将ASIC CMOS芯片104电联接到封装衬底110，并且将MEMS声学传感器元件102电联接到ASIC CMOS芯片104。可以理解，虽然对于其他非限制性实施方式，压力传感器112可以是电性地和/或通信地联接到ASIC CMOS芯片104，使得ASIC CMOS芯片104可以促进MEMS声学传感器元件102的传感器元件和压力传感器112的传感器元件共享ASIC CMOS芯片104的电子处理能力，其他非限制实施方式可以包括电性地和/或通信地联接到封装衬底110的压力传感器112。因此，在另一个非限制性方面，压力传感器112的传感器元件可以采用单独的ASIC(未示出)用于进行电子处理。作为如图3中所示的非限制性示例，集成传感器装置300可进一步包括一个或多个倒装芯片附接结构302(例如，包括一个或多个焊球、焊料凸块、铜柱、金凸块等)，其可促进将压力传感器112电性地和/或通信地联接到封装衬底110。此外，可以理解，根据非限制性方面，如图1所示，集成传感器装置300可以包括后腔106(未示出)，后腔106可以由附接到封装衬底110的盖子或盖体108(未示出)定义，并且盖子或盖体108可以在后腔106容纳或包围MEMS声学传感器元件102、ASIC CMOS芯片104和压力传感器112。
根据本主题公开的进一步的非限制性方面，图4描绘了另一集成MEMS声学传感器装置400的非限制性示意性框图，其中压力传感器112为倒装芯片，其与ASIC CMOS芯片104附接到封装衬底110，其中ASIC CMOS芯片104堆迭在后腔106中的压力传感器112上(未示出)。与上述图1-3所示的集成传感器装置100/200/300相同，集成传感器装置400可包括MEMS声学传感器元件102，例如MEMS麦克风元件或任何其他声学传感器、与MEMS声学传感器元件102相关联的ASIC CMOS芯片104以及邻近MEMS声学传感器元件102和沿着封装衬底110定位的压力传感器112。在图4的集成传感器装置400中，MEMS声学传感器元件102、ASICCMOS芯片104或压力传感器112中的一个或多个可以是电联接或机械固定到封装衬底110中的一个或多个。作为如图4所示的非限制性示例，集成传感器装置400可进一步包括一个或多个倒装芯片附接结构302(例如，包括一个或多个焊球、焊料凸块、铜柱、金凸块等)，其可促进将压力传感器112电性地和/或通信地联接到封装衬底110。如本文进一步描述的，ASICCMOS芯片104可以位于压力传感器112的顶部，其中压力传感器112固定到封装衬底110，或者固定在压力传感器112和封装衬底110之间。因此，在另一个非限制性方面，如图4所示，集成传感器装置400还可以包括堆迭在压力传感器112顶部并通过应力隔离化合物(未示出)(例如，通过环氧树脂、管芯附着膜、RTV等)固定到压力传感器112的ASIC CMOS芯片104。
如上文进一步描述的，MEMS声学传感器元件102和/或压力传感器112中的一个或多个可以电性地和/或通信地联接到ASIC CMOS芯片104和/或封装衬底110。因此，图4描绘了引线接合116，其将ASIC CMOS芯片104和MEMS声学传感器元件102电联接到封装衬底110。可以理解，虽然对于其他非限制性实施方式，压力传感器112可以电性地和/或通信地联接到ASIC CMOS芯片104，使得ASIC CMOS芯片104可以促进MEMS声学传感器元件102的传感器元件和压力传感器112的传感器元件共享ASIC CMOS芯片104的电子处理能力，其他非限制性实施方式可以包括电性地和/或通信地联接到封装衬底110的压力传感器112。因此，根据非限制性方面，如图1所示，或者关于图5所进一步描述的，在另一个非限制性方面，压力传感器112的传感器元件可以采用单独的ASIC(未示出)用于进行电子处理。此外，可以理解，集成传感器装置400可以包括后腔106(未示出)，后腔106可以由附接到封装衬底110的盖子或盖体108(未示出)定义，并且盖子或盖体108(未示出)可以在后腔106中容纳或包围MEMS声学传感器元件102、ASIC CMOS芯片104和压力传感器112。
进一步根据本公开的非限制性方面，图5描绘了集成MEMS声学传感器装置500的另一示意性框图，其中压力传感器112为倒装芯片，其与ASIC CMOS芯片104附接到封装衬底110，其中ASIC CMOS芯片104堆迭在后腔106中的压力传感器112上。与上述图1-4的集成传感器装置100/200/300/400一样，集成传感器装置500可包括MEMS声学传感器元件102，例如MEMS麦克风元件或任何其他声学传感器、与MEMS声学传感器元件102相关联的ASIC CMOS芯片104以及邻近MEMS声学传感器元件102和沿着封装衬底110定位的压力传感器112。在图5的集成传感器装置500中，可以使用MEMS声学传感器元件102和沿着封装衬底110，MEMS声学传感器元件102、ASIC CMOS芯片104或压力传感器112中的一个或多个可以是电联接或机械固定到封装衬底110中的一个或多个。作为如图5所示的非限制性示例，集成传感器装置500可进一步包括一个或多个倒装芯片附接结构302(例如，包括一个或多个焊球、焊料凸块、铜柱、金凸块等)，其可促进电性地和/或通信地将压力传感器装置112联接到封装衬底110。在非限制性方面，集成传感器装置500的各种实施例可包括用于封装衬底110与压力传感器112的应力隔离且在压力传感器112和封装衬底110之间的底部填充材料502(例如，RTV、其他软性材料等)。
如本文进一步描述的，在进一步的非限制性方面，ASIC CMOS芯片104可以位于压力传感器112的顶部，其中压力传感器112固定到封装衬底110，或者固定在压力传感器112和封装衬底110之间。因此，如图5所示，集成传感器装置500还可以包括堆迭在压力传感器112顶部并通过应力隔离化合物504(例如，通过环氧树脂、管芯附着膜、RTV等)固定到压力传感器112的ASIC CMOS芯片104。如上文进一步描述的，MEMS声学传感器元件102和/或压力传感器112中的一个或多个可以电性地和/或通信地联接到ASIC CMOS芯片104和/或封装衬底110。因此，图5描绘了引线接合116，其将ASIC CMOS芯片104和MEMS声学传感器元件102电联接到封装衬底110。可以理解，虽然对于其他非限制性实施方式，压力传感器112可以电性地和/或通信地联接到ASIC CMOS芯片104，使得ASIC CMOS芯片104可以促进MEMS声学传感器元件102的传感器元件和压力传感器112的传感器元件共享ASIC CMOS芯片104的电子处理能力，其他非限制性实施方式可以包括电性地和/或通信地联接到封装衬底110的压力传感器112。因此，在另一个非限制性方面，压力传感器112的传感器元件可以采用单独的ASIC(未示出)用于进行电子处理。此外，可以理解的是，根据非限制性方面，集成传感器装置500可以包括后腔106，后腔106可以由附接到封装衬底110的盖子或盖体108定义，并且盖子或盖体108可以在后腔106中容纳或包围MEMS声学传感器元件102、ASIC CMOS芯片104和压力传感器112。另外，应当注意，如关于图5的集成传感器装置500进一步描绘的，适于接收声波或压力的端口114可位于封装衬底110或盖子或盖体108中。
根据本主题公开的进一步的非限制性方面，图6描绘了另一集成MEMS声学传感器装置600的非限制性示意性框图，其中ASIC CMOS芯片104为倒装芯片，其与压力传感器112附接到封装衬底110上，其中压力传感器112堆迭在后腔106中的ASIC CMOS芯片104上。与上述图1-5的集成传感器装置100/200/300/400/500一样，集成传感器装置600可包括MEMS声学传感器元件102，例如MEMS麦克风元件，或与MEMS声学传感器元件102相关联的任何其他声学传感器、压力传感器112和ASIC CMOS芯片104，并且位于MEMS声学传感器元件102附近并且沿着封装衬底110定位。在图6的集成传感器装置600中，MEMS声学传感器元件102、ASICCMOS芯片104或压力传感器112中的一个或多个可以是电联接或机械固定到封装衬底110中的一个或多个。作为如图6所示的非限制性示例，集成传感器装置600还可以包括一个或多个倒装芯片附接结构602(例如，包括一个或多个焊球、焊料凸块、铜柱、金凸块等)，其可以促进电性地和/或通信地将ASIC CMOS芯片104联接到封装衬底110。如本文进一步描述的，压力传感器112可以位于ASIC CMOS芯片104的顶部，其中ASIC CMOS芯片104固定到封装衬底110，或者固定到ASIC CMOS芯片104和封装衬底110之间。因此，在另一个非限制性方面，如图6所示，集成传感器装置600还可以包括堆迭在ASIC CMOS芯片104顶部并通过应力隔离化合物(未示出)(例如，通过环氧树脂、管芯附着膜、RTV等)固定到ASIC CMOS芯片104的压力传感器112。
如上面进一步描述的，MEMS声学传感器元件102和/或压力传感器112中的一个或多个可以电性地和/或通信地联接到ASIC CMOS芯片104和/或封装衬底110。因此，图6描绘了引线接合116，其将压力传感器112和MEMS声学传感器元件102电联接到封装衬底110。可以理解，虽然对于其他非限制性实施方式，压力传感器112可以电性地和/或通信地联接到ASIC CMOS芯片104，使得ASIC CMOS芯片104可以促进MEMS声学传感器元件102的传感器元件和压力传感器112的传感器元件共享ASIC CMOS芯片104的电子处理能力，其他非限制性实施方式可以包括电性地和/或通信地联接到封装衬底110的压力传感器112。因此，在另一个非限制性方面，压力传感器112的传感器元件可以采用单独的ASIC(未示出)用于进行电子处理。此外，根据非限制性方面，如图1所示或关于图7进一步描述的，可以理解的是，集成传感器装置600可以包括后腔106(未示出)，后腔106可以由附接到封装衬底110的盖子或盖体108(未示出)定义，并且盖子或盖体108(未示出)可以在后腔106中容纳或包围MEMS声学传感器元件102、ASIC CMOS芯片104和压力传感器112。
图7描绘了集成MEMS声学传感器装置700的另一示意性框图，根据本主题公开的其他非限制性方面，其中ASIC CMOS芯片104为倒装芯片，其与压力传感器112附接到封装衬底110上，其中压力传感器112堆迭在后腔106中的ASIC CMOS芯片104上。与上述图1-6的集成传感器装置100/200/300/400/500/600一样，集成传感器装置700可包括MEMS声学传感器元件102，例如MEMS麦克风元件或与MEMS声学传感器元件102相关联的任何其他声学传感器、压力传感器112和ASIC CMOS芯片104，并且位于MEMS声学传感器元件102附近并且沿着封装衬底110定位。在图7的集成传感器装置700中，MEMS声学传感器元件102、ASIC CMOS芯片104或压力传感器112中的一个或多个可以是电联接或机械固定到封装衬底110中的一个或多个。作为如图7所示的非限制性示例，集成传感器装置700可进一步包括一个或多个倒装芯片附接结构602(例如，包括一个或多个焊球、焊料凸块、铜柱、金凸块等)，其可促进将ASICCMOS芯片104电性地和/或通信地联接到封装衬底110。在非限制性方面，集成传感器装置700的各种实施例可包括用于封装衬底110与ASIC CMOS芯片104的应力隔离且在ASIC CMOS芯片104和封装衬底110之间的底部填充材料502(例如，RTV、其他软性材料等)。
如本文进一步描述的，压力传感器112可以位于ASIC CMOS芯片104的顶部，其中ASIC CMOS芯片104固定到封装衬底110，或者固定在ASIC CMOS芯片104和封装衬底110之间。因此，在另一个非限制性方面，如图7所示，集成传感器装置700还可包括堆迭在ASICCMOS芯片104顶部并通过应力隔离化合物(例如，通过环氧树脂、管芯附着膜、室温硫化硅橡胶(RTV)等)固定到ASIC CMOS芯片104的压力传感器112。如上面进一步描述的，MEMS声学传感器元件102和/或压力传感器112中的一个或多个可以电性地和/或通信地联接到ASICCMOS芯片104和/或封装衬底110。因此，图7描绘了引线接合116，其将压力传感器112和MEMS声学传感器元件102电联接到封装衬底110。可以理解，虽然对于其他非限制性实施方式，压力传感器112可以电性地和/或通信地联接到ASIC CMOS芯片104，使得ASIC CMOS芯片104可以促进MEMS声学传感器元件102的传感器元件和压力传感器112的传感器元件共享ASICCMOS芯片104的电子处理能力，其他非限制性实施方式可以包括电性地和/或通信地联接到封装衬底110的压力传感器112。因此，在另一个非限制性方面，压力传感器112的传感器元件可以采用单独的ASIC(未示出)用于进行电子处理。此外，根据非限制性方面，可以理解，集成传感器装置700可以包括后腔106，后腔106可以由附接到封装衬底110的盖子或盖体108定义，并且盖子或盖体108可以在后腔106中容纳或包围MEMS声学传感器元件102、ASICCMOS芯片104和压力传感器112。另外，如关于图7的集成传感器装置700进一步描绘的，应注意到，适于接收声波或压力的端口114可位于封装衬底110或盖子或盖体108中。
因此，所公开的主题的各种实施例可以包括示例性传感器装置(例如，包括图1-5的集成传感器装置100/200/300/400/500的集成MEMS声学传感器装置)。在非限制性方面，示例性传感器装置(例如，包括图1-5的集成传感器装置100/200/300/400/500的集成MEMS声学传感器装置)可包括具有盖子(例如，盖子或盖体108)的示例性封装和封装衬底(例如，封装衬底110)，其中封装具有适于接收声波或压力的端口(例如，端口114)。
示例性传感器装置(例如，包括图1-5的集成传感器装置100/200/300/400/500的集成MEMS声学传感器装置)的其他非限制性实施例可包括设置在封装衬底(例如，封装衬底110)上的封装中的示例性MEMS声学传感器(例如，MEMS声学传感器元件102)，其中封装定义与MEMS声学传感器(例如，MEMS声学传感器元件102)相关联的后腔(例如，后腔106)。
在其他非限制性实施例中，示例性传感器装置(例如，包括图1-5的集成传感器装置100/200/300/400/500的集成MEMS声学传感器装置)可包括在与MEMS声学传感器(例如，MEMS声学传感器元件102)相邻的封装中并且沿着封装衬底(例如，封装衬底110)设置的示例性压力传感器(例如，压力传感器112)。在非限制性方面，示例性压力传感器(例如，压力传感器112)可以经由一个或多个引线接合(例如，引线接合116)或一个或多个倒装芯片附接结构(例如，包括一个或多个焊球、焊料凸块、铜柱、金凸块等的一个或多个倒装芯片附接结构302)电联接到封装衬底(例如，封装衬底110)。
在进一步的非限制性实施例中，示例性传感器装置(例如，包括图1-5的集成传感器装置100/200/300/400/500的集成MEMS声学传感器装置)可包括位于后腔(例如，后腔106)中并且电联接到MEMS声学传感器(例如，MEMS声学传感器元件102)的示例性ASIC(例如，ASIC CMOS芯片104)。在非限制性方面，示例性ASIC(例如，ASIC CMOS芯片104)可以位于示例性压力传感器(例如，压力传感器112)的顶部，其中压力传感器(例如，压力传感器112)可以固定到衬底封装上。，示例性ASIC(例如，ASIC CMOS芯片104)可以位于压力传感器(例如，压力传感器112)和封装衬底(例如，封装衬底110)等之间。在另一个非限制性方面，示例性传感器装置(例如，包括图1-5的集成传感器装置100/200/300/400/500的集成MEMS声学传感器装置)可以进一步包括示例性应力隔离化合物(例如，应力隔离化合物504，诸如环氧树脂、管芯附着膜、RTV等)，其位于压力传感器(例如，压力传感器112)和ASIC(例如，ASICCMOS芯片104)之间。在又一个非限制性方面，例如，如本文进一步描述的，示例性ASIC(例如，ASIC CMOS芯片104)可以电联接到压力传感器(例如，压力传感器112)。在又一个非限制性方面，示例性ASIC(例如，ASIC CMOS芯片104)可以经由一个或多个引线接合(例如，引线接合116)或者一个或多个倒装芯片附接结构(例如，包括一个或多个焊球、焊料凸块、铜柱、金凸块等的一个或多个倒装芯片附接结构302)电联接到封装衬底(例如，封装衬底110)。
所公开的主题的各种非限制性实施例还可以包括示例性集成麦克风和压力感测装置(例如，包括图4-5的集成传感器装置400/500的集成MEMS声学传感器装置)。在非限制性方面，示例性集成麦克风和压力感测装置可包括示例性封装，其包括盖子(例如，盖子或盖体108)和封装衬底(例如，封装衬底110)，其中封装具有适于接收声波或压力的端口(例如，端口114)。在非限制性方面，适于接收声波或压力的示例性端口(例如，端口114)可位于盖子(例如，盖子或盖体108)或封装衬底(例如，封装衬底110)中。
示例性集成麦克风和压力感测装置(例如，包括图4-5的集成传感器装置400/500的集成MEMS声学传感器装置)的其他非限制性实施例可包括设置在封装中并在封装衬底(例如，封装衬底110)上的示例性MEMS声学传感器(例如，MEMS声学传感器元件102)，其中封装定义与MEMS声学传感器(例如，MEMS声学传感器元件102)相关联的后腔(例如，后腔106)。
在其他非限制性实施例中，示例性集成麦克风和压力感测装置(例如，包括图4-5的集成传感器装置400/500的集成MEMS声学传感器装置)可以包括设置在封装中封装衬底(例如，封装衬底110)上并且与MEMS声学传感器(例如，MEMS声学传感器元件102)相邻的示例性压力传感器(例如，压力传感器112)，其中示例性压力传感器(例如，压力传感器112)可以经由一个或多个倒装芯片附接结构(例如，包括一个或多个焊球、焊料凸块、铜柱、金凸块等的一个或多个倒装芯片附接结构302)电联接到封装衬底(例如，封装衬底110)。
在进一步的非限制性实施例中，示例性集成麦克风和压力感测装置(例如，包括图4-5的集成传感器装置400/500的集成MEMS声学传感器装置)可以包括示例性ASIC(例如，ASIC CMOS芯片104)，其位于后腔(例如，后腔106)中压力传感器(例如，压力传感器112)的顶部并且经由接合到封装衬底(例如，封装衬底110)的一个或多个引线接合(例如，引线接合116)电联接到MEMS声学传感器(例如，MEMS声学传感器元件102)。在另一个非限制性方面，示例性集成麦克风和压力感测装置(例如，包括图4-5的集成传感器装置400/500的集成MEMS声学传感器装置)可以进一步包括位于压力传感器(例如，压力传感器112)和ASIC(例如，ASIC CMOS芯片104)之间的示例性应力隔离化合物(例如，诸如环氧树脂、管芯附着膜、RTV等的应力隔离化合物504)。在又一个非限制性方面，例如，如本文进一步描述的，示例性ASIC(例如，ASIC CMOS芯片104)可以电联接到压力传感器(例如，压力传感器112)。在又一个非限制性方面，示例性ASIC(例如，ASIC CMOS芯片104)可以经由一个或多个引线接合(例如，引线接合116)电联接到封装衬底(例如，封装衬底110)。
所公开的主题的各种其他非限制性实施例还可以包括示例性集成麦克风和压力感测装置(例如，包括图6-7的集成传感器装置600/700的集成MEMS声学传感器装置)。在非限制性方面，示例性集成麦克风和压力感测装置可包括示例性封装，其包括盖子(例如，盖子或盖体108)和封装衬底(例如，封装衬底110)，其中封装具有适于接收声波或压力的端口(例如，端口114)。在非限制性方面，适于接收声波或压力的示例性端口(例如，端口114)可位于盖子(例如，盖子或盖体108)或封装衬底(例如，封装衬底110)中。
示例性集成麦克风和压力感测装置的其他非限制性实施例(例如，包括图6-7的集成传感器装置600/700的集成MEMS声学传感器装置)可以包括设置在封装中封装衬底(例如，封装衬底110)上的示例性MEMS声学传感器(例如，MEMS声学传感器元件102)，其中封装定义与MEMS声学传感器(例如，MEMS声学传感器元件102)相关联的后腔(例如，后腔106)。
在其他非限制性实施例中，示例性集成麦克风和压力感测装置(例如，包括图6-7的集成传感器装置600/700的集成MEMS声学传感器装置)可以包括设置在封装中封装衬底(例如，封装衬底110)上与MEMS声学传感器(例如，MEMS声学传感器元件102)相邻的示例性ASIC(例如，ASIC CMOS芯片104)，其中示例性ASIC(例如，ASIC CMOS芯片104)可以经由一个或多个倒装芯片附接结构(例如，包括一个或多个焊球、焊料凸块、铜柱、金凸块等的一个或多个倒装芯片附接结构302)电联接到封装衬底(例如，封装衬底110)。
在进一步的非限制性实施例中，示例性集成麦克风和压力感测装置(例如，包括图6-7的集成传感器装置600/700的集成MEMS声学传感器装置)可以包括示例性压力传感器(例如，压力传感器112)，其位于后腔(例如，后腔106)中ASIC(例如，ASIC CMOS芯片104)的顶部并且经由一个或多个引线接合(例如，引线接合116)电联接到封装衬底(例如，封装衬底110)。在另一个非限制性方面，示例性集成麦克风和压力感测装置(例如，包括图6-7的集成传感器装置600/700的集成MEMS声学传感器装置)可以进一步包括位于压力传感器(例如，压力传感器112)和ASIC(例如，ASIC CMOS芯片104)之间的示例性应力隔离化合物(例如，诸如环氧树脂，管芯附着膜，RTV等的应力隔离化合物504)。
图8示出了表示本主题公开的各种实施例的示例性应用的框图。更具体地，主机系统800的框图被示出为包括声学端口802和固定到PCB 806的集成传感器装置804(例如，包括图1-7中的集成传感器装置100/200/300/400/500/600/700的集成MEMS声学传感器装置)，PCB 806具有孔808或其他将声波或压力传递到集成传感器装置804的装置(例如，包括图1-7的集成传感器装置100/200/300/400/500/600/700的集成MEMS声学传感器装置)。主机系统800可以是任何需要和集成传感器装置804(例如，包括图1-7的集成传感器装置100/200/300/400/500/600/700的集成MEMS声学传感器装置)的系统，例如智能电话，智能手表，可穿戴运动装置等。
鉴于上文描述的主题，参考图9的流程图将更好地理解可以根据本主题公开实现的方法。尽管出于简化说明的目的，方法被示出和描述为一系列块，但应理解和认知到，这些图示或相应描述不受块的顺序限制，因为可能发生一些块以不同的顺序和/或与本文绘示和描述的其他块同时进行。通过流程图示出的任何非顺序或分支流程应该被理解为指示可以实现各种其他分支、流程路径和块的顺序，其实现相同或相似的结果。此外，可能不需要所有示出的框来实现下文描述的方法。
示例性方法
图9描绘了根据本主题公开的各种非限制性方面与集成MEMS声学传感器装置(例如，包括图4-7的集成传感器装置400/500/600/700的集成MEMS声学传感器装置)相关联的非限制性方法900的示例性流程图。作为非限制性示例，示例性方法900可以包括在902处经由一个或多个倒装芯片附接结构302/602(例如，包括一个或多个焊球、焊料凸块、铜柱、金凸块等)将ASIC CMOS芯片104或压力传感器112中的一个电联接到封装衬底110。在非限制性方面，如本文进一步描述的，示例性方法900可以进一步包括在压力传感器112和封装衬底110之间施加底部填充材料502(例如，RTV、其他软材料等)，用于压力传感器112与封装衬底110的应力隔离，或者在ASIC CMOS芯片104和封装衬底110之间，用于ASIC CMOS芯片104与封装衬底110的应力隔离。
在方法900的其他非限制性实施方式中，如本文进一步描述的，例如，关于图4-7，示例性方法900可以包括在904处将MEMS声学传感器元件102固定到与ASIC CMOS芯片104或压力传感器112其中一个相邻的封装衬底110并且沿着封装衬底110。作为非限制性示例，示例性方法900可以进一步包括将示例性MEMS声学传感器元件102与适于接收声波或压力的示例性端口114对准。
在方法900的又一非限制性实施方式中，如本文进一步描述的，例如，关于图4-7，示例性方法900可以包括在906处将ASIC CMOS芯片104固定到压力传感器112或将压力传感器112固定到ASIC CMOS芯片104。在非限制性方面，示例性方法900可以包括通过应力隔离化合物504(例如，通过环氧树脂、管芯附着膜、RTV等)固定ASIC CMOS芯片104或压力传感器112。
示例性方法900可以进一步包括在908处通过一个或多个引线接合116将MEMS声学传感器元件102中的一个或多个或ASIC CMOS芯片104或压力传感器112中的未联接的一个电联接到封装衬底110。作为非限制性示例，对于包括附接倒装芯片的压力传感器112的示例性集成MEMS声学传感器装置，示例性方法900可包括通过一个或多个引线接合116将ASICCMOS芯片104电联接到封装衬底110。在另一个非限制性示例中，对于包括倒装芯片附接的ASIC CMOS芯片104的示例性集成MEMS声学传感器装置，示例性方法900可以包括通过一个或多个引线接合116将压力传感器112电联接到封装衬底110。
示例性方法900还可以包括在910处将盖子或盖体108固定到封装衬底110，以将MEMS声学传感器元件102、ASIC CMOS芯片104和压力传感器112容纳在与MEMS声学传感器元件102相关联的后腔中以形成集成MEMS声学传感器装置。
尽管已经提供了关于所公开的主题的特定实施例的描述，但是这些特定实施例仅仅是说明性的而非限制性的。
如本文所使用的术语“顶部”、“底部”、“左侧”和“右侧”是相对的且仅是所公开结构的示例。应当理解，结构的关系可以与所述的相反。例如，如本文所使用的术语“底部”在本主题公开的其他实施例中可以是“顶部”。
如本文的描述和随后的通篇权利要求中所使用的“一”、“一个”和“该”包括复数指代，除非上下文另有明确说明。此外，如本文的描述和随后的通篇权利要求中所使用的“在/于...中”的含义包括“在/于...中”和“在/于...上”，除非上下文另有明确说明。
因此，虽然本文已经描述了特定实施例，但是在前述公开内容中允许意图进行修改、各种改变和替换，并且应当理解，在不脱离所阐述的范围和精神的情况下，在某些情况下，将采用特定实施例的一些特征而无需相应地使用其他特征。因此，可以进行许多修改以使特定情况或材料适用于基本范围和精神。

Claims (22)

1.一种传感器装置，其特征在于，所述传感器装置包含：
封装，包括盖子和封装衬底，其中所述封装具有适于接收声波的端口；
微机电系统(MEMS)声学传感器，设置在所述封装中且在所述封装衬底上，其中所述封装定义与所述MEMS声学传感器相关联的后腔；
压力传感器，设置在所述封装中且与所述MEMS声学传感器相邻并沿着所述封装衬底；和
专用集成电路(ASIC)，位于所述后腔中并且电联接到所述MEMS声学传感器。
2.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，所述ASIC位于所述压力传感器顶部上，其中所述压力传感器固定到所述封装衬底，或者固定在所述压力传感器和所述封装衬底之间中的至少一个。
3.根据权利要求2所述的传感器装置，其特征在于，还包括：
应力隔离化合物，位于所述压力传感器和所述ASIC之间。
4.根据权利要求3所述的传感器装置，其特征在于，所述应力隔离化合物包括室温硫化硅橡胶(RTV)、环氧树脂或管芯附着膜中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，所述ASIC电联接到所述压力传感器。
6.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，所述压力传感器通过多个第一引线接合或第一倒装芯片附接结构中的至少一个电联接到所述封装衬底。
7.根据权利要求6所述的传感器装置，其特征在于，所述第一倒装芯片附接结构包括多个第一焊球、多个第一铜柱或多个第一金凸块中的至少一个。
8.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，所述ASIC通过多个第二引线接合或第二倒装芯片附接结构中的至少一个电联接到所述封装衬底。
9.根据权利要求8所述的传感器装置，其特征在于，所述第二倒装芯片附接结构包括多个第二焊球、多个第二铜柱或多个第二金凸块中的至少一个。
10.一种集成的麦克风和压力的感测装置，其特征在于，所述集成的麦克风和压力的感测装置包含：
封装，包括盖子和封装衬底，其中所述封装具有适于接收声波的端口；
微机电系统(MEMS)声学传感器，设置在所述封装中且在所述封装衬底上，其中所述封装定义与所述MEMS声学传感器相关联的后腔；
压力传感器，设置在所述封装中并在所述封装衬底上与所述MEMS声学传感器相邻，其中所述压力传感器通过倒装芯片附接结构与所述封装衬底电联接；和
专用集成电路(ASIC)，位于所述后腔中且在所述压力传感器顶部上，并通过接到所述封装衬底的引线接合电联接到所述MEMS声学传感器。
11.根据权利要求10所述的集成的麦克风和压力的感测装置，其特征在于，还包括：
应力隔离化合物，位于所述压力传感器和所述ASIC之间。
12.根据权利要求11所述的集成的麦克风和压力的感测装置，其特征在于，所述应力隔离化合物包括室温硫化硅橡胶(RTV)、环氧树脂或管芯附着膜中的至少一种。
13.根据权利要求10所述的集成的麦克风和压力的感测装置，其特征在于，所述ASIC通过接到所述封装衬底的引线接合电联接到所述压力传感器。
14.根据权利要求10所述的集成的麦克风和压力的感测装置，其特征在于，所述倒装芯片附接结构包括多个焊球、多个铜柱或多个金凸块中的至少一个。
15.根据权利要求10所述的集成的麦克风和压力的感测装置，其特征在于，所述端口位于所述盖子中。
16.根据权利要求10所述的集成的麦克风和压力的感测装置，其特征在于，所述端口位于所述封装衬底中。
17.一种集成的麦克风和压力的感测装置，其特征在于，所述集成的麦克风和压力的感测装置包含：
封装，包括盖子和封装衬底，其中所述封装具有适于接收声波的端口；
微机电系统(MEMS)声学传感器，设置在所述封装中且在所述封装衬底上，其中所述封装定义与所述MEMS声学传感器相关联的后腔；
专用集成电路(ASIC)，设置在所述封装中且在所述封装衬底上并与所述MEMS声学传感器相邻，并通过倒装芯片附接结构与所述封装衬底电联接；和
压力传感器，位于所述后腔中且在所述ASIC顶部上，并通过引线接合电联接到所述封装衬底。
18.根据权利要求17所述的集成的麦克风和压力的感测装置，其特征在于，还包括：
应力隔离化合物，位于所述压力传感器和所述ASIC之间。
19.根据权利要求18所述的集成的麦克风和压力的感测装置，其特征在于，所述应力隔离化合物包括室温硫化硅橡胶(RTV)、环氧树脂或管芯附着膜中的至少一种。
20.根据权利要求17所述的集成的麦克风和压力的感测装置，其特征在于，所述倒装芯片附接结构包括多个焊球、多个铜柱或多个金凸块中的至少一个。
21.根据权利要求17所述的集成的麦克风和压力的感测装置，其特征在于，所述端口位于所述盖子中。
22.根据权利要求17所述的集成的麦克风和压力的感测装置，其特征在于，所述端口位于所述封装衬底中。
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