CN109661367A - 用于微机电系统mems传感器器件封装的混合电流连接系统 - Google Patents

Abstract

一种MEMS传感器器件封装包括传感器组件，所述传感器组件包括传感器器件和通信耦合到传感器器件的传感器电路。MEMS传感器器件封装进一步包括组件封装壳体，所述组件封装壳体具有顶部构件和附接到顶部构件的底部构件以用于包封传感器组件。提供混合电流连接系统以将传感器器件耦合到传感器电路。

Description

用于微机电系统MEMS传感器器件封装的混合电流连接系统

技术领域

本公开一般涉及微机电系统（MEMS）封装，并且更特别地，涉及具有混合电流连接系统的MEMS传感器器件封装。

发明内容

下面阐述了在此公开的特定实施例的概述。应当理解的是，这些方面仅仅是为了向读者提供这些特定实施例的简要概述而呈现的，并且这些方面并不意图限制本公开的范围。实际上，本公开可以涵盖可能未在下面阐述的各种方面。

提供了本公开的涉及一种具有混合电流连接系统的MEMS传感器器件封装的实施例。所述封装包括传感器组件，该传感器组件包括传感器器件和通信耦合到传感器器件的传感器电路。封装壳体包括顶部构件和附接到该顶部构件的底部构件以用于包封传感器组件。提供混合电流连接系统以将传感器器件耦合到传感器电路。混合电流连接系统包括布线接合连接和倒装芯片连接。

根据本公开的另一方面，一种具有用于执行选择性地传输来自麦克风或传感器电路中的至少一个的一组数据的方法的计算机可执行指令的计算机可读介质，包括标识来自麦克风或传感器电路中的至少一个的第一数据以及标识来自麦克风或传感器电路中的至少一个的第二数据，其中每个数据包括信号强度或数据传输速度中的至少一个。所述计算机可读介质进一步包括处理器，该处理器用于引导麦克风或传感器电路中的至少一个传输第一数据和第二数据中的至少一个。处理器可以被集成到麦克风或传感器电路中。替换地，处理器可以被远程地耦合到麦克风或传感器电路中的至少一个。提供封装以包封麦克风和传感器电路。用以引导第一数据和第二数据的处理器被包含在封装中或者位于封装外部，并且进一步将麦克风通信地耦合到传感器电路。

根据本公开的另一方面，一种用于麦克风装置的混合电流连接系统包括用于传输来自麦克风或传感器电路中的至少一个的第一数据的布线接合以及用于传输第二数据的倒装芯片连接。第一数据具有低于第二数据的界限的界限，其中界限可以是信号强度或数据传输速度。混合电流连接系统进一步包括处理器，该处理器用于引导麦克风或传感器电路中的至少一个以传输第一数据和第二数据中的至少一个。处理器可以被集成到麦克风或传感器电路中。替换地，处理器可以被远程地耦合到麦克风或传感器电路中的至少一个。提供封装以包封麦克风和传感器电路。用以引导第一数据和第二数据的处理器被包含在封装中或者位于封装外部，并且进一步将麦克风通信地耦合到传感器电路。

根据本公开的另一方面，一种MEMS传感器器件封装包括：封装壳体，其包括顶部构件和耦合到该顶部构件的底部构件而形成腔体；耦合到腔体内的底部构件的传感器器件；传感器电路；以及连接在传感器器件和传感器电路之间的混合电流连接系统，混合电流连接系统电连接到底部构件，混合电流连接系统具有顶部表面，其中传感器器件和传感器电路被电连接到混合电流连接系统的顶部表面。混合电流连接系统包括布线接合连接和倒装芯片连接。倒装芯片连接形成在底部构件内并且电连接到底部构件，倒装芯片连接具有电连接在传感器器件和传感器电路之间的顶部表面。倒装芯片连接是从由Au、Ni、Sn、SnAg、SnAu、Pb和SnPb组成的材料选择的。布线接合连接形成在底部构件上方并且电连接在传感器器件和传感器电路之间。传感器器件和传感器电路中的每个具有上部部分和下部部分，布线接合连接将传感器器件的上部部分和传感器电路的上部部分与传感器器件的下部部分和传感器电路的下部部分电连接。

附图说明

当参照随附附图阅读以下对特定示例性实施例的详细描述时，本公开的这些和其它特征、方面及优点将变得更好理解，在附图中同样的标号贯穿附图表示同样的物品，其中：

图1是根据本公开实施例的MEMS传感器器件封装的透视图；

图2是根据本公开所描述的实施例的示例性MEMS传感器器件封装的横截面视图；以及

图3是根据本公开所描述的实施例的图2的MEMS传感器器件封装的框图。

具体实施方式

呈现以下描述以使得本领域技术人员能够作出和使用所描述的实施例，并且在特定应用及其要求的情形下提供以下描述。对所描述的实施例的各种修改对于本领域技术人员来说将是容易显见的，并且在不脱离所描述的实施例的精神和范围的情况下，可以将在此限定的一般原理应用于其它实施例和应用。因此，所描述的实施例并不限制于所示出的实施例，而是要符合与在此公开的原理和特征一致的最宽范围。

本公开是具有混合电流连接系统的传感器器件封装。传感器器件封装包括用于容纳一个或多个传感器器件、内部部件或其组合的封装壳体或外壳。传感器器件可以是诸如MEMS换能器、扬声器、接收器、麦克风、压力传感器、热传感器、光学传感器、成像传感器、化学传感器、陀螺仪、惯性传感器、湿度传感器、加速度计、气体传感器、环境传感器、运动传感器、导航传感器、生命传感器、隧道磁阻（TMR）传感器、接近传感器、辐射热测量计或其组合。麦克风可以是驻极体麦克风、电容式麦克风、压电麦克风、硅麦克风、光学麦克风或任何合适的声学麦克风。传感器器件封装被集成到客户机中。诸如传感器器件、扬声器、图形处理器单元、计算机处理器单元和任何合适的计算机实现的器件之类的其它电子部件可以被部署在传感器器件封装中、客户机中或者被耦合到集成到客户机中的传感器器件封装。客户机可以是个人计算机或台式计算机、膝上型计算机、蜂窝或智能电话、平板设备、个人数字助理（PDA）、游戏控制台、音频装置、视频装置、诸如电视的娱乐装置、车辆信息娱乐装置、可穿戴装置、娱乐或信息娱乐遥控器、瘦客户端系统、或胖客户端系统等。

图1是根据本公开的示例性实施例的MEMS传感器器件封装100的透视图。MEMS传感器器件封装100包括封装壳体112，封装壳体112具有盖102、间隔件104和通过任何合适的附接方法附接到间隔件104的基板106。MEMS传感器器件封装100内可以容纳多于一个的传感器器件和/或内部部件。传感器器件可以是MEMS换能器、扬声器、接收器、麦克风、压力传感器、热传感器、光学传感器、成像传感器、化学传感器、陀螺仪、湿度传感器、惯性传感器、生命传感器、TMR传感器、加速度计、气体传感器、环境传感器、运动传感器、导航传感器、接近传感器、辐射热测量计或其组合。内部部件可以是集成电路、ASIC、处理器、控制器、能量存储装置、传感器电路以及任何合适的部件。取决于应用，可以通过蚀刻、钻孔、冲压或任何合适的方法来在传感器器件封装100上形成用于从封装100暴露于其的环境接收属性的诸如端口、通风口或通道之类的开口。属性可以是声学信号、压力信号、光学信号、气体信号以及任何合适的信号。虽然如所描绘的MEMS传感器器件封装100包括多结构封装壳体112，但是也可以使用采用单结构封装壳体、两件式结构封装壳体或多结构封装壳体的各种方面和配置来包封至少一个内部部件。作为示例，盖102和间隔件104可以形成为单结构，限定覆盖部或盖体。可以通过任何合适的方法来在基板106或覆盖部中的至少一个上形成一个或多个接合焊盘110以用于将传感器器件封装100安装到客户机的外部印刷电路板或另外的支持构件。在一些实施例中，封装壳体进一步包括将覆盖部102耦合到间隔件104或基板106的插入件。部署在封装壳体112内的传感器电路114、MEMS传感器器件116或其组合可以被通过任何合适的附接方法安装到覆盖部102、间隔件104、插入件或基板106中的任何一个。

图2是根据本公开的所描述的实施例的利用至少一个传感器电路214和MEMS传感器器件216的示例性MEMS传感器器件封装200的横截面视图。MEMS传感器器件封装200类似于图1中描绘的MEMS传感器器件封装100。MEMS器件封装200包括封装壳体212，封装壳体212具有顶部构件202和通过任何合适的附接方法耦合到顶部构件202的底部构件206。部署在封装壳体212内的是经由混合电流连接系统260彼此耦合的传感器电路214和MEMS传感器器件216。在一些实施例中，可以在封装壳体212内部署耦合到传感器电路214的多于一个的MEMS传感器器件216。在另一些实施例中，多于一个的传感器电路214被耦合到部署在封装壳体内的传感器电路214。在又一些实施例中，可以在封装壳体内部署多于一个的MEMS传感器器件216而没有传感器电路214。在再一些实施例中，部署在封装壳体212内的传感器电路214和MEMS传感器器件216可以共享由封装壳体212限定的公共腔体或公共腔室。在另一实施例中，提供分隔壁以将封装壳体212分离成两个腔体或腔室，传感器电路214和MEMS传感器器件216中的每个被部署在分离的腔体或腔室中。封装壳体212进一步包括通过任何合适的附接方法形成在底部构件206上的接合焊盘210，接合焊盘210进而将封装壳体212耦合到客户机的外部组件或电路。由传感器电路214和MEMS传感器器件216生成的信号被经由混合电流连接系统260和接合焊盘210在外部传输到外部组件或外部电路。虽然如图示那样传感器电路214和MEMS传感器器件216以并排配置安装到封装壳体212，但是取决于应用，其它安装配置是可能的。其它可能的安装配置包括背对背配置、堆叠配置等。作为示例，MEMS传感器器件216可以安装在传感器电路214的顶部上或安装到传感器电路214的底部，限定堆叠配置。作为另一示例，传感器电路214包括腔体，并且MEMS传感器器件216被部署在腔体内并且由此被传感器电路214包围。传感器电路214和MEMS传感器器件216一起被安装到封装壳体212的壁的同一侧。作为又一个示例，安装在封装壳体212内的传感器电路214和MEMS传感器器件216可以被安装在封装壳体212的不同壁上以使得传感器电路214和MEMS传感器器件216被彼此相对地定位，这限定为背对背配置。在一些实施例中，代替背对背配置，安装到封装壳体212的不同壁的传感器电路214和MEMS传感器器件216是以接近关系相对彼此定位的。

如先前描述那样，取决于应用，传感器电路214和MEMS传感器器件216可以被安装到封装壳体212的任何部分。在一个实施例中，传感器电路214被安装到顶部构件202而MEMS传感器器件216被安装到底部构件206或间隔件204。在另一实施例中，传感器电路214被安装到间隔件204而MEMS传感器器件216被安装到顶部构件202或底部构件206。在再一实施例中，取决于应用，任何传感器电路214和/或MEMS传感器器件216可以被安装到封装壳体212的底部构件206或间隔件204。如图示那样，传感器电路214和MEMS传感器器件216被安装到封装壳体212的底部构件206。顶部构件202可以是盖或盖体并且底部构件206可以是基板。如图示那样，顶部构件202是盖并且底部构件206是基板。在某一实施例中，底部构件206可以是插入件。在又一实施例中，底部构件206可以包括具有集成的插入件的基板。取决于应用，可以在封装壳体212中包封多于一个的MEMS传感器器件216和传感器电路214。

MEMS传感器器件封装200进一步包括形成在盖202上的开口216，开口216用于接收来自环境的属性以进入封装壳体212。属性可以是声学信号、热信号、压力信号、光学信号、气体信号以及任何合适的信号。可以在单个或多个盖制备处理中通过蚀刻、钻孔、冲压或任何合适的方法来形成开口216。在一些实施例中，开口可以被形成在底部构件206上。虽然提供了一个开口216，但是可以在封装壳体212上形成多于一个的开口216。可以在开口216内提供可选的环境屏障以防止碎片和湿气进入封装壳体212。取决于应用，环境屏障可以是网状物、具有多个穿通孔的薄膜或其它合适的元件。混合电流连接系统260包括用于将传感器电路214耦合到MEMS传感器器件216的布线接合连接264 。如图示那样，传感器电路214和MEMS传感器器件216被以倒装芯片方式安装到底部构件206上并且通过例如任何数量的焊料凸块、微焊料凸块、或焊料焊盘等彼此连接，限定倒装芯片连接262。由于倒装芯片连接262被配置为处置高速传输电平，因此可以通过倒装芯片连接262来传输MEMS控制信号。取决于应用，倒装芯片连接262由诸如Au、Ni、Sn、SnAg、SnAu、Pb、SnPb之类的材料或任何合适的材料形成。布线接合连接264被配置为处置诸如阻抗/泄漏关键MEMS传感器器件信号之类的泄漏关键信号。

替换地，MEMS传感器器件封装包括：封装壳体，其包括顶部构件和耦合到顶部构件的底部构件而形成腔体；耦合到腔体内的底部构件的传感器器件；传感器电路；以及连接在传感器器件和传感器电路之间的混合电流连接系统，混合电流连接系统电连接到底部构件，混合电流连接系统具有顶部表面，其中传感器器件和传感器电路电连接到混合电流连接系统的顶部表面。混合电流连接系统包括布线接合连接和倒装芯片连接。倒装芯片连接形成在底部构件内并且电连接到底部构件，倒装芯片连接具有电连接在传感器器件和传感器电路之间的顶部表面。倒装芯片连接是从由如下构成的材料选择的：Au、Ni、Sn、SnAg、SnAu、Pb和SnPb。布线接合连接形成在底部构件上方并且电连接在传感器器件和传感器电路之间。传感器器件和传感器电路中的每个具有上部部分和下部部分，布线接合连接将传感器器件的上部部分和传感器电路的上部部分与传感器器件的下部部分和传感器电路的下部部分电连接。

图3是图示MEMS麦克风系统300的框图，MEMS麦克风系统300包括麦克风传感器或声学换能器316以及经由电流连接系统360耦合到麦克风传感器316的传感器电路314。诸如处理器380或通信接口310之类的计算机模块可以被可选地连接到麦克风传感器316或传感器电路314中的至少一个。封装壳体包括用于包封麦克风传感器316、传感器电路314和电流连接系统360的腔室。通信接口310可以被包含在腔室内或位于封装壳体外部。电流连接系统360包括用于传输第二数据的倒装芯片连接262和用于传输来自麦克风传感器316或传感器电路314中的至少一个的第一数据的布线接合连接264。第一数据具有低于第二数据的界限的界限，其中界限可以是信号强度或数据传输速度。用于引导麦克风传感器316或传感器电路314中的至少一个来传输第一数据和第二数据中的至少一个的处理器可以被集成到麦克风传感器316或传感器电路314中。替换地，处理器可以被远程地耦合到麦克风传感器316或传感器电路314中的至少一个。

替换地，具有用于执行选择性地传输来自麦克风或传感器电路中的至少一个的一组数据的方法的计算机可执行指令的计算机可读介质包括标识来自麦克风或传感器电路中的至少一个的第一数据以及标识来自麦克风或传感器电路中的至少一个的第二数据，其中每个数据包括信号强度或数据传输速度中的至少一个。计算机可读介质进一步包括处理器，该处理器用于引导麦克风或传感器电路中的至少一个传输第一数据和第二数据中的至少一个。处理器可以被集成到麦克风或传感器电路中。替换地，处理器可以被远程地耦合到麦克风或传感器电路中的至少一个。提供封装以包封麦克风和传感器电路。用以引导第一数据和第二数据的处理器被包含在封装中或者位于封装外部，并且进一步将麦克风通信地耦合到传感器电路。

已经通过示例方式示出了上面描述的实施例，并且应当理解的是这些实施例可以容许各种修改和替换形式。应当进一步理解的是权利要求不意图限制于所公开的特定形式，而是相反地覆盖落入本公开的精神和范围内的所有修改、等同物和替换物。

虽然已经参考各种实施例描述了本专利，但是将理解的是，这些实施例是说明性的并且本公开的范围不限制于它们。许多变化、修改、添加和改进是可能的。更一般地，已经在上下文或特定实施例中描述了根据本专利的实施例。在本公开的各种实施例中功能可以被分离在各块中或者可以以不同方式组合在各块中或者利用不同的术语来描述。这些和其它变化、修改、添加和改进可以落入在如在随后的权利要求中限定的本公开的范围内。

Claims (16)

1.一种MEMS传感器器件封装，包括：

传感器组件，其包括传感器器件和传感器电路；

封装壳体，其包括顶部构件和附接到顶部构件的底部构件以用于包封传感器组件；以及

电连接在传感器器件和传感器电路之间的混合电流连接系统，混合电流连接系统具有形成在底部构件内并且电连接到底部构件的顶部表面。

2.根据权利要求1所述的MEMS传感器器件封装，其中混合电流连接系统包括布线接合连接和倒装芯片连接。

3.根据权利要求2所述的MEMS传感器器件封装，其中倒装芯片连接形成在底部构件内并且电连接到底部构件，倒装芯片连接具有电连接在传感器器件和传感器电路之间的顶部表面。

4.根据权利要求3所述的MEMS传感器器件封装，其中倒装芯片连接是从由如下组成的材料选择的：Au、Ni、Sn、SnAg、SnAu、Pb和SnPb。

5.根据权利要求2所述的MEMS传感器器件封装，其中布线接合连接形成在底部构件上方并且电连接在传感器器件和传感器电路之间。

6.根据权利要求5所述的MEMS传感器器件封装，其中传感器器件和传感器电路中的每个具有上部部分和下部部分，布线接合连接将传感器器件的上部部分和传感器电路的上部部分与传感器器件的下部部分和传感器电路的下部部分电连接。

7.一种具有计算机可执行指令的计算机可读介质，所述计算机可执行指令用于执行选择性地传输来自麦克风或传感器电路中的至少一个的一组数据的方法，所述计算机可读介质包括：

标识来自麦克风或传感器电路中的至少一个的第一数据；以及

标识来自麦克风或传感器电路中的至少一个的第二数据；

其中每个数据包括信号强度或数据传输速度中的至少一个。

8.根据权利要求7所述的计算机可读介质，进一步包括处理器，处理器用于引导麦克风或传感器电路中的至少一个来经由混合电流连接系统传输第一数据和第二数据中的至少一个。

9.根据权利要求8所述的计算机可读介质，其中处理器被包含在形成腔室的封装壳体内，所述腔室用于包封麦克风和传感器电路。

10.根据权利要求8所述的计算机可读介质，其中处理器被远程地耦合到麦克风或传感器电路中的至少一个。

11.一种MEMS传感器封装，包括：

封装壳体，其包括顶部构件和耦合到顶部构件的底部构件以形成腔体；

耦合到腔体内的底部构件的传感器器件；

传感器电路；以及

连接在传感器器件和传感器电路之间的混合电流连接系统，混合电流连接系统电连接到底部构件，混合电流连接系统具有顶部表面；

其中传感器器件和传感器电路被电连接到混合电流连接系统的顶部表面。

12.根据权利要求11所述的MEMS传感器封装，其中混合电流连接系统包括布线接合连接和倒装芯片连接。

13.根据权利要求12所述的MEMS传感器器件封装，其中倒装芯片连接形成在底部构件内并且电连接到底部构件，倒装芯片连接具有电连接在传感器器件和传感器电路之间的顶部表面。

14.根据权利要求13所述的MEMS传感器器件封装，其中倒装芯片连接是从由如下组成的材料选择的：Au、Ni、Sn、SnAg、SnAu、Pb和SnPb。

15.根据权利要求12所述的MEMS传感器器件封装，其中布线接合连接形成在底部构件上方并且电连接在传感器器件和传感器电路之间。

16.根据权利要求15所述的MEMS传感器器件封装，其中传感器器件和传感器电路中的每个具有上部部分和下部部分，布线接合连接将传感器器件的上部部分和传感器电路的上部部分与传感器器件的下部部分和传感器电路的下部部分电连接。