DE102015108335A1

DE102015108335A1 - Leiterrahmenbasierte mems-sensorstruktur

Info

Publication number: DE102015108335A1
Application number: DE102015108335.3A
Authority: DE
Inventors: Cyrus Ghahremani; Dominik Kohl; Uwe Schindler; Horst Theuss
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2014-05-27
Filing date: 2015-05-27
Publication date: 2015-12-03
Also published as: US9346667B2; CN105280561B; US20150344294A1; CN105280561A

Abstract

Eine Sensorstruktur (100) wird offenbart. Die Sensorstruktur (100) kann einen Leiterrahmen (102) zum Tragen eines MEMS-Sensors (106), eine Aussparung (104) in einer Oberfläche des Leiterrahmens (102) und einen MEMS-Sensor (106), der mit der Oberfläche des Leiterrahmens (102) gekoppelt und über der Aussparung (104) zur Bildung einer Kammer (108) angeordnet ist, umfassen. Alternativ kann der Leiterrahmen (102) eine Perforierung aufweisen, und der MEMS-Sensor (106) kann mit der Oberfläche des Leiterrahmens (102) gekoppelt und über einer Öffnung der Perforierung angeordnet sein.

Description

Verschiedene Ausführungsformen betreffen allgemein eine leiterrahmenbasierte Sensorstruktur, die ein Diaphragma-Element umfassen kann.
Viele konventionelle Wandler konvertieren eine Diaphragma-Auslenkung in eine zum Ausmaß der Diaphragma-Auslenkung proportionale Spannung. Die Empfindlichkeit dieser Wandlersysteme ist häufig durch das Maß der Signalstörung wegen Elektrorauschens von verschiedenen Quellen beschränkt. Bei einem konventionellen Kondensatormikrofon zum Beispiel können einige Signalstörungsquellen einen oder mehrere der folgenden Punkte umfassen: die Größe der Schalleinlassöffnung im Mikrofongehäuse; den Luftstrom durch den Kondensatorspalt; die Impedanz des Konverterschaltungssystems; und die Größe des Mikrofon-Hintervolumens.
In verschiedenen Ausführungsformen wird eine Mikrosystem(micro-electro-mechanical system, MEMS)-Sensorstruktur offenbart. Die MEMS-Sensorstruktur kann einen Leiterrahmen zur Stützung (anders ausgedrückt zum Tragen) eines MEMS-Sensors umfassen; eine Aussparung in einer Oberfläche des Leiterrahmens; und einen MEMS-Sensor, der mit der Oberfläche des Leiterrahmens gekoppelt und über der Aussparung zur Bildung einer Kammer angeordnet ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die MEMS-Sensorstruktur für Umwandlung einer eingehenden Schallwelle in ein elektrisches Signal konfiguriert werden.
In einer Ausgestaltung kann der Leiterrahmen einen Halbleiterchip-Paddelbereich und eine Vielzahl von um die Peripherie des Halbleiterchip-Paddelbereichs angeordneten elektrischen Leitungen umfasst; wobei mindestens ein Mitglied einer den Chip-Paddelbereich und die Vielzahl von elektrischen Leitungen umfassenden Gruppe für elektrische Verbindung mit einer Leiterplatte konfiguriert ist.
In noch einer Ausgestaltung kann die Aussparung im Chip-Paddelbereich gebildet sein.
In noch einer Ausgestaltung kann der MEMS-Sensor mindestens eine Diaphragma-Struktur aufweisen.
In noch einer Ausgestaltung kann die Sensorstruktur ferner aufweisen eine mit dem MEMS-Sensor elektrisch gekoppelte integrierte Schaltung; wobei die integrierte Schaltung für Verarbeitung eines vom MEMS-Sensor erzeugten Signals konfiguriert ist.
In noch einer Ausgestaltung kann die integrierte Schaltung durch einen Drahtbondprozess elektrisch mit dem MEMS-Sensor gekoppelt sein.
In noch einer Ausgestaltung kann die integrierte Schaltung elektrisch mit dem Leiterrahmen gekoppelt sein.
In noch einer Ausgestaltung kann die Sensorstruktur ferner aufweisen: eine Kapselungsschicht, die über einer Oberfläche des Leiterrahmens angebracht ist; wobei die Kapselungsschicht den MEMS-Sensor und die integrierte Schaltung wenigstens teilweise umhüllt.
In noch einer Ausgestaltung kann die Sensorstruktur ferner aufweisen: eine Öffnung in der Kapselungsschicht; wobei die Öffnung so angeordnet ist, dass ein Abschnitt des MEMS-Sensors nicht von der Kapselungsschicht abgedeckt wird.
In noch einer Ausgestaltung kann die Kapselungsschicht durch einen Spritzpressprozess abgelagert sein.
In noch einer Ausgestaltung kann die Sensorstruktur ferner aufweisen: eine in einem Randbereich der Öffnung angeordnete Distanzstruktur; wobei die Distanzstruktur (auch bezeichnet als Spacer-Struktur) so konfiguriert ist, dass sie ein Anordnen der Kapselungsschicht in der Öffnung verhindert.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine Sensorstruktur bereitgestellt, aufweisend: einen Leiterrahmen zum Stützen eines MEMS-Sensors; ein in einem Abschnitt des Leiterrahmens gebildetes Durchgangsloch; und einen mit einer Oberfläche des Leiterrahmens gekoppelten und über einer Öffnung des Durchgangslochs zur Bildung einer gewölbten Struktur angeordneten MEMS-Sensor.
In einer Ausgestaltung kann die Sensorstruktur ferner aufweisen: eine für Abdichtung einer Öffnung des Durchgangslochs konfigurierte Struktur; wobei die Struktur an einem gegenüberliegenden Ende des Durchgangslochs vom MEMS-Sensor angeordnet ist.
In einer Ausgestaltung kann der Leiterrahmen einen Halbleiterchip-Paddelbereich und eine Vielzahl von elektrischen Leitungen, die für Anschluss an eine Leiterplatte und Anordnung um die Peripherie des Halbleiterchip-Paddelbereichs konfiguriert sind, aufweisen.
In noch einer Ausgestaltung kann das Durchgangsloch im Halbleiterchip-Paddelbereich gebildet sein.
In noch einer Ausgestaltung kann der MEMS-Sensor mindestens eine Diaphragma-Struktur aufweisen.
In noch einer Ausgestaltung kann die Sensorstruktur ferner aufweisen: eine mit dem MEMS-Sensor elektrisch gekoppelte integrierte Schaltung; wobei die integrierte Schaltung für Verarbeitung eines vom MEMS-Sensor erzeugten Signals konfiguriert ist.
In noch einer Ausgestaltung kann die Sensorstruktur ferner aufweisen: eine Kapselungsschicht, die über einer Oberfläche des Leiterrahmens angebracht ist; wobei die Kapselungsschicht den MEMS-Sensor und die integrierte Schaltung wenigstens teilweise umhüllt.
In noch einer Ausgestaltung kann die Sensorstruktur ferner aufweisen: eine Öffnung in der Kapselungsschicht; wobei die Öffnung so angeordnet ist, dass ein Abschnitt des MEMS-Sensors nicht von der Kapselungsschicht abgedeckt wird.
In noch einer Ausgestaltung kann die Sensorstruktur ferner aufweisen: eine in einem Randbereich der Öffnung angeordnete Distanzstruktur; wobei die Distanzstruktur so konfiguriert ist, dass sie ein Anordnen der Kapselungsschicht in der Öffnung verhindert.
In noch einer Ausgestaltung kann sich ein Abschnitt des Durchgangslochs seitlich in den Leiterrahmen über die Grenze des MEMS-Sensors hinaus erstrecken.
Bezugsnummern in den Figuren kennzeichnen in allen Ansichten dieselben Teile. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu, die Betonung liegt stattdessen in erster Linie auf Verdeutlichung der Prinzipien der Offenbarung. In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Ausführungsformen der Offenbarung unter Bezug auf die folgenden Figuren dargestellt, wobei:
1 eine Querschnittsdarstellung einer leiterrahmenbasierten Wandlerstruktur in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen ist;
2 eine Ansicht der in 1 repräsentierten Wandlerstruktur von unten nach oben ist;
3 eine Ansicht der in 1 repräsentierten Wandlerstruktur von oben nach unten ist;
4 eine Querschnittsdarstellung einer in stufenartiger Konfiguration angeordneten leiterrahmenbasierten Wandlerstruktur in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen ist;
5 eine Querschnittsdarstellung einer möglichen Ausführungsform der in 4 repräsentierten Wandlerstruktur ist;
6 eine mögliche Ausführungsform der in 4 repräsentierten stufenartigen leiterrahmenbasierten Wandlerstruktur in schematischer Querschnittsform darstellt;
7 die in 4 repräsentierte Wandlerstruktur in schematischer Form von oben nach unten zeigt;
8 eine Querschnittsdarstellung einer leiterrahmenbasierten Wandlerstruktur in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen ist;
9 eine mögliche Ausführungsform der in 8 repräsentierten stufenartigen leiterrahmenbasierten Wandlerstruktur in schematischer Querschnittsform darstellt;
10 die in 8 repräsentierte Wandlerstruktur in schematischer Form von oben nach unten zeigt.
Die folgende genaue Beschreibung bezieht sich auf die begleitenden Figuren, die illustrativ spezifische Einzelheiten und Ausführungsformen zeigen, in denen die Offenbarung ausgeführt werden kann.
Das Wort "beispielhaft" wird hier in der Bedeutung "als Beispiel, Instanz oder Veranschaulichung dienend" verwendet. Wenn eine Ausführungsform oder ein Design hier als "beispielhaft" bezeichnet wird, so impliziert dies nicht unbedingt einen Vorzug oder Vorteil gegenüber anderen Ausführungsformen oder Designs.
Das Wort "über" in Zusammenhang mit einem abgelagerten Material, das "über" einer Seite oder Oberfläche gebildet ist, kann hier in der Bedeutung verwendet werden, dass das abgelagerte Material "direkt auf", z. B. in direkter Berührung mit der betroffenen Seite oder Oberfläche, gebildet werden kann. Das Wort "über" in Zusammenhang mit einem abgelagerten Material, das "über" einer Seite oder Oberfläche gebildet ist, kann hier in der Bedeutung verwendet werden, dass das abgelagerte Material "indirekt auf" der betroffenen Seite oder Oberfläche gebildet werden kann, wobei eine oder mehrere zusätzliche Schichten zwischen der betroffenen Seite oder Oberfläche und dem abgelagerten Material angeordnet sind.
In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Diaphragma eine Platte oder eine Membran umfassen. Eine Platte kann als ein Diaphragma unter Druck verstanden werden. Eine Membran kann als ein Diaphragma unter Spannung verstanden werden. Obwohl verschiedene Ausführungsformen nachstehend genauer mit Bezug auf eine Membran beschrieben werden, können sie alternativ mit einer Platte oder allgemein mit einem Diaphragma versehen werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wie in 1 gezeigt, wird eine MEMS-Sensorstruktur 100 offenbart. Die MEMS-Sensorstruktur 100 kann einen Leiterrahmen 102 zur Stützung eines MEMS-Sensors, eine Aussparung 104 in einer Oberfläche des Leiterrahmens 102 und einen MEMS-Sensor 106, der mit der Oberfläche des Leiterrahmens 102 gekoppelt und über der Aussparung 104 zur Bildung einer Kammer 108 angeordnet ist, umfassen. Bei einigen Ausführungsformen kann die MEMS-Sensorstruktur 100 weiterhin eine integrierte Schaltung 110 umfassen. Die integrierte Schaltung 110 kann elektrisch mit dem MEMS-Sensor 106 gekoppelt und für Verarbeitung eines vom MEMS-Sensor 106 generierten Signals konfiguriert sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die MEMS-Sensorstruktur 100 weiterhin eine Kapselungsschicht 112, die über einer Oberfläche des Leiterrahmens 102 angeordnet ist, umfassen. Bei mindestens einer Ausführungsform kann die Kapselungsschicht 112 wenigstens teilweise den MEMS-Sensor 106 und die integrierte Schaltung 110 umhüllen und/oder umschließen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die MEMS-Sensorstruktur 100 weiterhin eine Öffnung 114 in der Kapselungsschicht 112 umfassen. Die Öffnung 114 kann so angeordnet sein, dass ein Abschnitt des MEMS-Sensors 106 nicht von der Kapselungsschicht 112 abgedeckt wird. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die MEMS-Sensorstruktur 100 weiterhin eine Distanzstruktur 116, die an einem Randbereich der Öffnung 114 angeordnet ist, umfassen. Die Distanzstruktur 116 kann so ausgelegt werden, dass sie ein Anordnen der Kapselungsschicht 112 in der Öffnung 114 verhindert.
Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die MEMS-Sensorstruktur 100 eine Höhe, H1, im Bereich von ungefähr 0,3 mm bis ungefähr 1,5 mm haben, z. B. im Bereich von ungefähr 0,3 mm bis ungefähr 0,5 mm, z. B. im Bereich von ungefähr 0,5 mm bis ungefähr 0,7 mm, z. B. im Bereich von ungefähr 0,7 mm bis ungefähr 1 mm, z. B. im Bereich von ungefähr 1 mm bis ungefähr 1,5 mm.
Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der Leiterrahmen 102 einen Halbleiterchip-Paddelbereich 102a und eine Vielzahl von elektrischen Leitungen 102b, die um den Umkreis des Halbleiterchip-Paddelbereichs 102a angeordnet sind, umfassen. Wie in 1 und 2 gezeigt, kann der Halbleiterchip-Paddelbereich 102a quadratisch oder im Wesentlichen quadratisch sein. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der Halbleiterchip-Paddelbereich 102a rechteckig oder im Wesentlichen rechteckig sein. Der Halbleiterchip-Paddelbereich 102a kann kreisförmig oder im Wesentlichen kreisförmig sein. Der Halbleiterchip-Paddelbereich 102a kann oval oder im Wesentlichen ovalartig sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Halbleiterchip-Paddelbereich 102a dreieckig oder im Wesentlichen dreieckig sein. Der Halbleiterchip-Paddelbereich 102a kann kreuzförmig oder im Wesentlichen kreuzförmig sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Halbleiterchip-Paddelbereich 102a in eine beliebige Form gebracht werden, so wie es für eine gegebene Anwendung erwünscht sein kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Halbleiterchip-Paddelbereich 102a verschiedene elementare Metalle, z. B. Kupfer, Nickel, Zinn, Blei, Silber, Gold, Aluminium und verschiedene Metalllegierungen wie Kupfernickel, Nickel-Aluminium usw. umfassen oder aus solchen zusammengesetzt sein. Der Halbleiterchip-Paddelbereich 102a kann verschiedene andere Materialien, z. B. ein metallisches Material, eine Metallfolie, ein lötbenetzbares Material, verschiedene Metalllegierungen und/oder Verbundmetalle sowie verschiedene elementare Metalle umfassen oder aus solchen zusammengesetzt sein, so wie es für eine gegebene Anwendung erwünscht sein kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Halbleiterchip-Paddelbereich 102a als eine Art Wärmeableitungs- und/oder Wärmesenkbereich des Leiterrahmens 102 implementiert werden. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der Leiterrahmen 102 eine Vielzahl von elektrischen Leitungen 102b, die um den Umkreis des Halbleiterchip-Paddelbereichs 102a angeordnet sind, umfassen. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann sich die Vielzahl von elektrischen Leitungen 102b von der Peripherie des Halbleiterchip-Paddelbereichs 102a in einer radialen Weise nach außen erstrecken. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Vielzahl von elektrischen Leitungen 102b verschiedene Metalle, z. B. Kupfer, Nickel, Zinn, Blei, Silber, Gold, Aluminium und verschiedene Metalllegierungen wie Kupfernickel, Nickel-Aluminium usw., umfassen oder aus solchen bestehen. Die Vielzahl von elektrischen Leitungen 102b kann verschiedene andere Materialien, z. B. ein metallisches Material, eine Metallfolie, ein lötbenetzbares Material, verschiedene Metalllegierungen und/oder Verbundmetalle sowie verschiedene elementare Metalle, umfassen oder aus solchen bestehen, so wie es für eine gegebene Anwendung erwünscht sein kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Leiterrahmen 102 in verschiedenen Formleiterrahmen-Chip-Packagingformaten implementiert werden, z. B. als Micro Leadframe Package (MLP), Small-outline No Leads Package (SON), Quad-flat No-leads Package (QFN), Dual-flat No-leads Package (DFN), verschiedene Lufthohlraum- und/oder Kunststoffform-QFN-Packages oder andere Leiterrahmen-Konfigurationen, so wie es für eine gegebene Anwendung erwünscht sein kann.
Bei mindestens einer Ausführungsform kann die Aussparung 104 an einer Oberfläche des Leiterrahmens 102 gebildet werden. Die Aussparung 104 kann im Halbleiterchip-Paddelbereich 102a des Leiterrahmens 102 gebildet werden, wie in 1 gezeigt. Bei verschiedenen anderen Ausführungsformen kann die Aussparung 104 an anderen Teilen des Leiterrahmens 102 gebildet werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Aussparung 104 im Leiterrahmen 102 durch verschiedene Techniken gebildet werden, z. B. reaktives Ionentiefenätzen, isotropes Gasphasenätzen, Dampfätzen, Nassätzen, isotropes Trockenätzen, Plasmaätzen, Laserbohren, verschiedene Schleiftechniken und andere Techniken, so wie es für eine gegebene Anwendung erwünscht sein kann. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die Aussparung 104 quadratisch oder im Wesentlichen quadratisch sein. Die Aussparung 104 kann rechteckig oder im Wesentlichen rechteckig sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Aussparung 104 kreisförmig oder im Wesentlichen kreisförmig sein. Die Aussparung 104 kann oval oder im Wesentlichen ovalartig sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Aussparung 104 dreieckig oder im Wesentlichen dreieckig sein. Die Aussparung 104 kann kreuzförmig oder im Wesentlichen kreuzförmig sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Aussparung 104 in eine beliebige Form gebracht werden, so wie es für eine gegebene Anwendung erwünscht sein kann. Bei einigen Ausführungsformen kann die Aussparung 104 als ein Loch implementiert werden, das durch einen Abschnitt des Leiterrahmens 102 ganz hindurchgeht. Bei mindestens einer Ausführungsform kann die Aussparung 104 eine Tiefe D1 im Bereich von ungefähr 50 µm bis ungefähr 1mm haben, z. B. im Bereich von ungefähr 50 µm bis ungefähr 100 µm, z. B. im Bereich von ungefähr 100 µm bis ungefähr 200 µm, z. B. im Bereich von ungefähr 200 µm bis ungefähr 300 µm, z. B. im Bereich von ungefähr 300 µm bis ungefähr 500 µm, z. B. im Bereich von ungefähr 500 µm bis ungefähr 1 mm.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der MEMS-Sensor 106 mit der Oberfläche des Leiterrahmens 102 gekoppelt sein. Der MEMS-Sensor 106 kann mit der Oberfläche des Leiterrahmens 102 über eine Dichtungsschicht 118a gekoppelt sein. Die Dichtungsschicht 118a kann aus verschiedenen Klebstoffen, Dichtungsmitteln und Epoxidharzen bestehen oder solche umfassen, so wie es für eine gegebene Anwendung erwünscht sein kann, zum Beispiel ein leitendes oder nicht leitendes Epoxid oder ein Klebstoff auf Silikonbasis. Die Dichtungsschicht 118a kann elektrisch leitend sein oder sie kann ein elektrischer Isolator sein, so wie es für eine gegebene Anwendung erwünscht sein kann. Die Dichtungsschicht 118a kann aus einem Polymerklebstoff wie beispielsweise SU-8 oder aus Benzocyclobuten (BCB) bestehen oder solche Stoffe umfassen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Dichtungsschicht 118a aus verschiedenen Klebefolien bestehen oder solche umfassen. Die Dichtungsschicht 118a kann eine Dicke haben, so wie es für eine gegebene Anwendung erwünscht sein kann, zum Beispiel im Bereich von ungefähr 5 µm bis ungefähr 50 µm, z. B. im Bereich von ungefähr 5 µm bis ungefähr 20µm, z. B. im Bereich von ungefähr 20 µm bis ungefähr 50 µm.
Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der MEMS-Sensor 106 als ein MEMS-Mikrofon, als ein MEMS-Lautsprecher oder als ein MEMS-Drucksensor implementiert werden. Bei Ausführungsformen mit möglicher Implementierung des MEMS-Sensors 106 als ein MEMS-Mikrofon kann das MEMS-Mikrofon ein Hintervolumen 120 von ungefähr 5 Kubikmillimeter haben, z. B. im Bereich von ungefähr 0,5 Kubikmillimeter bis ungefähr 1 Kubikmillimeter, z. B. im Bereich von ungefähr 1 Kubikmillimeter bis ungefähr 1,5 Kubikmillimeter, z. B. im Bereich von ungefähr 1,5 Kubikmillimeter bis ungefähr 3 Kubikmillimeter, z. B. im Bereich von ungefähr 3 Kubikmillimeter bis ungefähr 5 Kubikmillimeter. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann das MEMS-Mikrofon-Hintervolumen 120 eine Tiefe, D2, im Bereich von ungefähr 50 µm bis ungefähr 1mm haben, z. B. im Bereich von ungefähr 50 µm bis ungefähr 100 µm, im Bereich von ungefähr 100 µm bis ungefähr 200 µm, z. B. im Bereich von ungefähr 200 µm bis ungefähr 300 µm, z. B. im Bereich von ungefähr 300 µm bis ungefähr 500 µm, z. B. im Bereich von ungefähr 500 µm bis ungefähr 1 mm.
Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der MEMS-Sensor 106 über der Aussparung 104 angeordnet sein, um die Kammer 108 zu bilden. Die Kammer 108 kann durch die Aussparung 104 und durch das MEMS-Mikrofon-Hintervolumen 120 gebildet werden. Die Dichtungsschicht 118a kann die Schnittstelle zwischen der Aussparung 104 und dem MEMS-Mikrofon-Hintervolumen 120 akustisch abdichten. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Aussparung 104 das MEMS-Mikrofon-Hintervolumen 120 erweitern und/oder vergrößern, ohne die Gesamthöhe, H1, der MEMS-Sensorstruktur 100 zu erhöhen. Eine Vergrößerung des Hintervolumens 120 kann zu einem höheren Rauschabstand des MEMS-Mikrofons führen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wie in 1 gezeigt, kann die integrierte Schaltung 110 auf einer Oberfläche von mindestens einer der Vielzahl von elektrischen Leitungen 102b angeordnet und/oder montiert werden. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die integrierte Schaltung 110 an der Oberfläche einer elektrischen Leitung 102b durch die Dichtungsschicht 118b gesichert werden. Die Dichtungsschicht 118b kann aus verschiedenen Klebstoffen, Dichtungsmitteln und Epoxidharzen bestehen oder solche umfassen, so wie es für eine gegebene Anwendung erwünscht sein kann, zum Beispiel ein leitendes oder nicht leitendes Epoxid oder ein Klebstoff auf Silikonbasis. Die Dichtungsschicht 118b kann elektrisch leitend sein oder sie kann ein elektrischer Isolator sein, so wie es für eine gegebene Anwendung erwünscht sein kann. Die Dichtungsschicht 118b kann aus einem Polymerklebstoff wie beispielsweise SU-8 oder aus Benzocyclobuten (BCB) bestehen oder solche Stoffe umfassen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Dichtungsschicht 118b aus verschiedenen Klebefolien bestehen oder solche umfassen. Die Dichtungsschicht 118b kann eine Dicke haben, so wie es für eine gegebene Anwendung erwünscht sein kann, zum Beispiel im Bereich von ungefähr 5 µm bis ungefähr 50 µm, z. B. im Bereich von ungefähr 5 µm bis ungefähr 20µm, z. B. im Bereich von ungefähr 20 µm bis ungefähr 50 µm.
Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die integrierte Schaltung 110 mit mindestens einer der Vielzahl von elektrischen Leitungen 102b elektrisch gekoppelt und/oder verbunden sein. Die integrierte Schaltung 110 kann elektrisch mit einer beliebigen Zahl der Vielzahl von elektrischen Leitungen 102b über das Drahtbondelement 122 verbunden sein. Bei einigen Ausführungsformen kann die integrierte Schaltung elektrisch mit jeder der Vielzahl von elektrischen Leitungen über leitfähige Pads (nicht gezeigt) auf einer Oberfläche der integrierten Schaltung verbunden sein.
Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die integrierte Schaltung 110 als eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) implementiert sein. Die integrierte Schaltung 110 kann in verschiedenen ASIC-Typen implementiert sein, z. B. Gate-Array-ASIC, Standard-Cell-ASIC, vollständig individuell angepasstes ASIC, ASIC mit strukturiertem Design, Cell-Library-ASIC und verschiedene IP(geistiges Eigentum)-Kern-ASICs.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die integrierte Schaltung 110 elektrisch mit dem MEMS-Sensor 106 gekoppelt und/oder verbunden sein. Die integrierte Schaltung 110 kann elektrisch mit dem MEMS-Sensor 106 über das Drahtbondelement 124 verbunden sein. Bei einigen Ausführungsformen kann die integrierte Schaltung 110 für Verarbeitung mindestens eines vom MEMS-Sensor 106 generierten elektrischen Signals konfiguriert werden. Bei möglicher Implementierung des MEMS-Sensors 106 als ein MEMS-Mikrofon kann die integrierte Schaltung 110 zum Beispiel für Messen eines im MEMS-Sensor 106 generierten kapazitiven Signals konfiguriert werden, z. B. durch einen Schallwelleneinfall auf den MEMS-Sensor 106, und für Umwandeln des besagten Signals in nutzbare Information hinsichtlich der Größenordnung der Schallwelle. Bei anderen beispielhaften Ausführungsformen kann der MEMS-Sensor 106 als ein MEMS-Drucksensor implementiert werden, und die integrierte Schaltung 110 kann für Messen sowie Verarbeiten eines vom MEMS-Drucksensor generierten elektrischen Signals hinsichtlich einer Änderung des Umgebungsdrucks konfiguriert werden. Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann der MEMS-Sensor 106 als ein MEMS-Lautsprecher implementiert werden, und die integrierte Schaltung 110 kann für Verarbeiten und Übertragen eines elektrischen Signals zum MEMS-Lautsprecher konfiguriert werden, wobei das besagte Signal beim MEMS-Lautsprecher Schallwellen verschiedener Größenordnungen und Frequenzen erzeugen kann, so wie es für eine gegebene Anwendung erwünscht sein kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wie in 1 gezeigt, kann die MEMS-Sensorstruktur 100 die Kapselungsschicht 112 umfassen. Die Kapselungsschicht 112 kann den Leiterrahmen 102, den MEMS-Sensor 106, die integrierte Schaltung 110 und die Drahtbondelemente 122 und 124 jeweils im Wesentlichen einkapseln und/oder abdecken. Die Kapselungsschicht 112 kann durch verschiedene Prozesse gebildet und/oder abgelagert werden, z. B. Spritzpressen, Formpressen, Spritzguss, Stempelformung, folienunterstütztes Formen, Glob Top-Prozess und verschiedene Sinterprozesse wie Heißformpressen und isostatisches Pressen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Kapselungsschicht 112 aus Formstoffen bestehen oder solche umfassen, wie beispielsweise verschiedene wärmehärtende Polymere, wärmehärtende Kunststoffe, wärmehärtende Harze, Polyesterharz, Folien, Polyamide und verschiedene Epoxide oder Epoxidharze. Bei einigen Ausführungsformen kann die Kapselungsschicht 112 aus jedem Material bestehen oder ein solches umfassen, das für eine gegebene Anwendung erwünscht sein kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die MEMS-Sensorstruktur 100 die in der Kapselungsschicht 112 gebildete Öffnung 114 umfassen. Die Öffnung 114 kann so angeordnet sein, dass ein Abschnitt des MEMS-Sensors 106 nicht von der Kapselungsschicht 112 abgedeckt wird. Bei verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen kann die Öffnung 114 in der Kapselungsschicht 112 gebildet und so konfiguriert sein, dass ein Abschnitt des MEMS-Sensors 106 exponiert und/oder in Kommunikation mit der Umgebung der MEMS-Sensorstruktur 100 bleiben kann. Bei einer beispielhaften Ausführungsform mit möglicher Implementierung der MEMS-Sensorstruktur 100 als ein MEMS-Mikrofon kann die Öffnung 114 es einer Schallwelle ermöglichen, eine Auslenkung des Diaphragma-Elements des Mikrofon zu bewirken. Bei einer beispielhaften Ausführungsform mit möglicher Implementierung der MEMS-Sensorstruktur 100 als ein MEMS-Drucksensor kann die Öffnung 114 zulassen, dass eine Änderung des Drucks in der Umgebung der MEMS-Sensorstruktur 100 eine Auslenkung eines Membranelements des Drucksensors bewirkt. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die Öffnung 114 in der Kapselungsschicht 112 durch verschiedene Techniken gebildet werden, z. B. Laserbohren, verschiedene Schleiftechniken, reaktives Ionentiefenätzen, isotropes Gasphasenätzen, Dampfätzen, Nassätzen, isotropes Trockenätzen, Plasmaätzen usw. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die Öffnung 114 quadratisch oder im Wesentlichen quadratisch sein. Die Öffnung 114 kann rechteckig oder im Wesentlichen rechteckig sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Öffnung 114 kreisförmig oder im Wesentlichen kreisförmig sein. Die Öffnung 114 kann oval oder im Wesentlichen ovalartig sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Öffnung 114 dreieckig oder im Wesentlichen dreieckig sein. Die Öffnung 114 kann kreuzförmig oder im Wesentlichen kreuzförmig sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Öffnung 114 in eine beliebige Form gebracht werden, so wie es für eine gegebene Anwendung erwünscht sein kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wie in 1 gezeigt, kann die MEMS-Sensorstruktur 100 mindestens eine Distanzstruktur 116 umfassen. Die Distanzstruktur 116 kann in einem Randbereich der Öffnung 114 angeordnet werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Distanzstruktur 116 aus einem Halbleitermaterial wie Silizium, Germanium, Silizium-Germanium, Siliziumkarbid, Galliumnitrid, Indium, Indiumgalliumnitrid, Indiumgalliumarsenid, Indiumgalliumzinkoxid oder anderen elementaren Halbleitern und/oder Verbindungshalbleitern (z. B. einem III-V-Verbindungshalbleiter wie Galliumarsenid oder Indiumphosphid, oder einem II-VI-Verbindungshalbleiter oder einem ternären Verbindungshalbleiter oder einem quartären Verbindungshalbleiter) bestehen oder solches Material umfassen, so wie es für eine gegebene Anwendung erwünscht sein kann. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die Distanzstruktur 116 aus verschiedenen Photopolymeren, Photoharzen, Thermoplasten und Fotolacken bestehen oder solche umfassen, z. B. verschiedene Acrylate, Methacrylate, Photoinitiatoren, Epoxidharze, Negativfotolacke und Positivfotolacke. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die Distanzstruktur 116 eine Höhe, H2, im Bereich von ungefähr 5 µm bis ungefähr 500 µm haben, z. B. im Bereich von ungefähr 5 µm bis ungefähr 10 µm, z. B. im Bereich von ungefähr 10 µm bis ungefähr 20 µm, z. B. im Bereich von ungefähr 20 µm bis ungefähr 30 µm, z. B. im Bereich von ungefähr 30 µm bis ungefähr 50 µm, z. B. im Bereich von ungefähr 50 µm bis ungefähr 100 µm, z. B. im Bereich von ungefähr 100 µm bis ungefähr 200 µm, z. B. im Bereich von ungefähr 200 µm bis ungefähr 300 µm, z. B. im Bereich von ungefähr 300 µm bis ungefähr 500 µm. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Distanzstruktur 116 durch verschiedene Techniken abgelagert werden, z. B. Aufdampfung, elektrochemische Abscheidung, chemische Gasphasenabscheidung, Molekularstrahlepitaxie, Rotationsbeschichtung und verschiedene andere Techniken, so wie es für eine gegebene Anwendung erwünscht sein kann. Bei verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen kann die Distanzstruktur 116 so ausgelegt werden, dass sie ein Anordnen der Kapselungsschicht 112 in der Öffnung 114 verhindert. Die Distanzstruktur 116 kann Teil eines Rahmens oder einer rahmenartigen Struktur sein, der/die in einem Randbereich der Öffnung 114 angeordnet ist. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der besagte Rahmen oder die besagte rahmenartige Struktur für Unterstützung bei einem Spritzpressprozess, wie bei einem folienunterstützten Formverfahren, konfiguriert werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wie in 2 gezeigt, kann die Vielzahl von elektronischen Leitungen 102b an oder in der Nähe der Peripherie einer Oberfläche 112b des Kapselungsmaterials 112 angeordnet werden. Die Oberfläche 112b kann eine untere Fläche der Kapselungsschicht 112 sein. Anders ausgedrückt, die Oberfläche 112b kann für Kopplung mit einem Substrat und/oder einer Leiterplatte konzipiert sein. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der Halbleiterchip-Paddelbereich 102a im Wesentlichen geschlossen und/oder von der Vielzahl von elektrischen Leitungen 102b umgeben sein. Anders ausgedrückt, der Chip-Paddelbereich 102a kann zentraler als die Vielzahl von elektrischen Leitungen 102b auf/in der Oberfläche 112b des Kapselungsmaterials 112 angeordnet sein. Bei verschiedenen Ausführungsformen können das Kapselungsmaterial 112, der Chip-Paddelbereich 102a und die Vielzahl von elektrischen Leitungen 102b in verschiedenen Formleiterrahmen-Chip-Packagingformaten implementiert werden, z. B. als Micro Leadframe Package (MLP), Small-outline No Leads Package (SON), Quad-flat No-leads Package (QFN), Dual-flat No-leads Package (DFN), verschiedene Lufthohlraum- und/oder Kunststoffform-QFN-Packages oder verschiedene andere Leiterrahmen-Konfigurationen, so wie es für eine gegebene Anwendung erwünscht sein kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann sich der Abstand zwischen den elektrischen Leitungen 102b, gekennzeichnet durch das Bezugszeichen P1 in 2, im Bereich von ungefähr 0,30 mm bis ungefähr 1 mm befinden, z. B. im Bereich von ungefähr 0,30 mm bis ungefähr 0,35 mm, z. B. im Bereich von ungefähr 0,35 mm bis ungefähr 0,40 mm, z. B. im Bereich von ungefähr 0,40 mm bis ungefähr 0,45 mm, z. B. im Bereich von ungefähr 0,45 mm bis ungefähr 0,50 mm, z. B. im Bereich von ungefähr 0,50 mm bis ungefähr 0,55 mm, z. B. im Bereich von ungefähr 0,55 mm bis ungefähr 0,60 mm, z. B. im Bereich von ungefähr 0,60 mm bis ungefähr 0,65 mm, z. B. im Bereich von ungefähr 0,65 mm bis ungefähr 0,70 mm, z. B. im Bereich von ungefähr 0,70 mm bis ungefähr 0,75 mm, z. B. im Bereich von ungefähr 0,75 mm bis ungefähr 0,80 mm, z. B. im Bereich von ungefähr 0,80 mm bis ungefähr 0,85 mm, z. B. im Bereich von ungefähr 0,85 mm bis ungefähr 0,90 mm, z. B. im Bereich von ungefähr 0,90 mm bis ungefähr 1,0 mm.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wie in 3 gezeigt, kann die MEMS-Sensorstruktur 100 als eine MEMS-Mikrofonstruktur 300, die mindestens eine Membranstruktur 302a und ein perforiertes Elektrodenelement 302b umfassen kann, implementiert werden. Die mindestens eine Membranstruktur 302a und das perforierte Elektrodenelement 302b können über einer Halbleiterstützstruktur 304 montiert und/oder aufgehängt werden. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die MEMS-Mikrofonstruktur 300 auch die oben genau beschriebene Distanzstruktur 116 umfassen. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die Distanzstruktur 116 so ausgelegt werden, dass sie ein Anordnen der Kapselungsschicht 112 auf der mindestens einen Membranstruktur 302a und dem perforierten Elektrodenelement 302b verhindert. Bei verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen kann die MEMS-Sensorstruktur 100 als verschiedene andere MEMS-Sensoren und/oder -Wandler implementiert werden, die wiederum flexible Membranen implementieren, z. B. MEMS-Drucksensoren, MEMS-Lautsprecher usw.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wie in 4 gezeigt, kann die MEMS-Sensorstruktur 100 als stufenartige MEMS-Sensorstruktur 400 implementiert werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann die stufenartige Struktur 400 so angeordnet und/oder konfiguriert werden, dass der Chip-Paddelbereich 102a und die Vielzahl von elektrischen Leitungen 102b senkrecht voneinander versetzt sind. Anders ausgedrückt, die Oberfläche 112b der Kapselungsschicht 112 kann so strukturiert sein, dass eine Stufenstruktur gebildet wird, wobei der Chip-Paddelbereich 102a in einer ersten Stufe und die Vielzahl von elektrischen Leitungen 102b in einer zweiten Stufe platziert sein können.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wie in 5 gezeigt, kann die stufenartige MEMS-Sensorstruktur 400 für Koppelung mit einem Substrat 502 konfiguriert sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat 502 elektrisch mit einer oder mehreren Leitungen der Vielzahl von elektrischen Leitungen 102b gekoppelt sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat 502 ein flexibles Substrat sein, wie zum Beispiel ein flexibles Kunststoffsubstrat, z. B. ein Polyimidsubstrat. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat 502 aus einem oder mehreren der folgenden Materialien bestehen oder solche umfassen: eine Polyesterfolie, ein wärmehärtender Kunststoff, ein Metall, ein metallisierter Kunststoff, eine Metallfolie oder ein Polymer. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat eine flexible Laminatstruktur sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat 502 ein Halbleitersubstrat sein, wie zum Beispiel ein z. B. ein Siliziumsubstrat. Das Substrat 502 kann andere Halbleitermaterialien wie Germanium, Silizium-Germanium, Siliziumkarbid, Galliumnitrid, Indium, Indiumgalliumnitrid, Indiumgalliumarsenid, Indiumgalliumzinkoxid oder andere elementare Halbleiter und/oder Verbindungshalbleiter (z. B. einen III-V-Verbindungshalbleiter wie Galliumarsenid oder Indiumphosphid, oder einen II-VI-Verbindungshalbleiter oder einen ternären Verbindungshalbleiter oder einen quartären Verbindungshalbleiter) umfassen oder aus solchen Materialien bestehen, so wie es für eine gegebene Anwendung erwünscht sein kann. Das Substrat 502 kann andere Materialien oder Materialkombinationen umfassen oder im Wesentlichen aus solchen bestehen, zum Beispiel verschiedene Dielektrika, Metalle und Polymere, so wie es für eine gegebene Anwendung erwünscht sein kann. Das Substrat 502 kann zum Beispiel Glas und/oder verschiedene Polymere umfassen oder im Wesentlichen aus solchen bestehen. Das Substrat 502 kann eine Silicon-on-Insulator(SOI, Silizium auf einem Isolator)-Struktur sein. Das Substrat 502 kann eine Leiterplatte sein. Bei verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen kann das Substrat 502 eine Dicke T1 im Bereich von ungefähr 100 µm bis ungefähr 700 µm haben, z. B. im Bereich von ungefähr 150 µm bis ungefähr 650 µm, z. B. im Bereich von ungefähr 200 µm bis ungefähr 600 µm, z. B. im Bereich von ungefähr 250 µm bis ungefähr 550 µm, z. B. im Bereich von ungefähr 300 µm bis ungefähr 500 µm, z. B. im Bereich von ungefähr 350 µm bis ungefähr 450 µm. Bei manchen Ausführungsformen kann das Substrat 502 eine Dicke T1 von mindestens ungefähr 100 µm haben, z. B. von mindestens 150 µm, z. B. von mindestens 200 µm, z. B. von mindestens 250 µm, z. B. von mindestens 300 µm. Bei mindestens einer Ausführungsform kann das Substrat 502 eine Dicke T1 von weniger als oder gleich ungefähr 700 µm haben, z. B. von weniger als oder gleich 650 µm, z. B. von weniger als oder gleich 600 µm, z. B. von weniger als oder gleich 550 µm, z. B. von weniger als oder gleich 500 µm.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wie in der schematischen Darstellung 600 in 6 gezeigt, kann der MEMS-Sensor 106 mit dem Chip-Paddelbereich 102a des Leiterrahmens 102 gekoppelt sein. Der MEMS-Sensor 106 kann durch die verschiedenen oben genau erläuterten Techniken mit dem Chip-Paddelbereich 102a gekoppelt und/oder an diesem montiert werden. In der schematischen Darstellung 600 ist auch die integrierte Schaltung 110 gezeigt, die mit der Vielzahl von elektrischen Leitungen 102b gekoppelt und/oder daran montiert werden kann. Die schematische Darstellung 600 zeigt außerdem, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, die Kammer 108, die Kapselungsschicht 112, die Distanzstruktur 116 und die Öffnung 114. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die stufenartige MEMS-Sensorstruktur 400 nach verschiedenen Halbleiterbauelement-Herstellungstechniken gefertigt werden, unter denen bei manchen verschiedene Techniken zur Vereinzelung der Bauelemente, beispielsweise Dicing, zur Anwendung kommen können. Bei der in der schematischen Darstellung 600 gezeigten beispielhaften Ausführungsform ist der endgültige Package-Umriss der stufenartigen MEMS-Sensorstruktur 400 durch das Bezugszeichen 602 gekennzeichnet. Bei der in der schematischen Darstellung 600 gezeigten beispielhaften Ausführungsform können die durch das Bezugszeichen 604 gekennzeichneten Abschnitte der stufenartigen MEMS-Sensorstruktur 400 während des Vereinzelungsverfahrens entfernt werden. Bei verschiedenen Ausführungsformen können die Bereiche 604 die sogenannten bei verschiedenen Waferherstellungstechniken verwendeten Reiß- und/oder Sägelinien sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wie in der schematischen Darstellung 700 in 7 gezeigt, kann der Leiterrahmen 102 der stufenartigen MEMS-Sensorstruktur 400 mehrere Öffnungen und/oder Öffnungen 702 umfassen. Bei verschiedenen Ausführungsformen können die Öffnungen 702 so implementiert werden, dass sie die Vielzahl von elektrischen Leitungen 102b strukturieren und/oder definieren.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wie in der schematischen Darstellung 800 in 8 gezeigt, kann sich die Aussparung 104 ganz durch den Chip-Paddelbereich 102a des Leiterrahmens 102 erstrecken, sodass die Aussparung den Chip-Paddelbereich 102a perforiert. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann sich ein Abschnitt der Aussparung 104 seitlich in den Chip-Paddelbereich 102 a erstrecken. Bei einigen Ausführungsformen kann sich ein Abschnitt der Aussparung 104 seitlich in den Chip-Paddelbereich 102a über die Peripherie des MEMS-Sensors 106 hinaus erstrecken. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der Abschnitt der Aussparung 104, der sich seitlich in den Chip-Paddelbereich 102a erstreckt, als eine bogenartige und/oder gewölbte Struktur implementiert werden. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der Abschnitt der Aussparung 104, der sich seitlich in den Chip-Paddelbereich 102a erstreckt, als eine kubische oder kubusartige Struktur implementiert werden. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der Abschnitt der Aussparung 104, der sich seitlich in den Chip-Paddelbereich 102a erstreckt, als eine kugelförmige oder kugelartige Struktur implementiert werden. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der Abschnitt der Aussparung 104, der sich seitlich in den Chip-Paddelbereich 102a erstreckt, als eine pyramidenförmige oder pyramidenartige Struktur implementiert werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Abschnitt der Aussparung 104, der sich seitlich in den Chip-Paddelbereich 102a erstreckt, in eine beliebige Form gebracht werden, so wie es für eine gegebene Anwendung erwünscht sein kann.
Bei verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen mit möglicher Implementierung der Aussparung 104 als Perforierung im Chip-Paddelbereich 102a kann die Sensorstruktur 100 eine Dichtungsstruktur 802 umfassen, die über einer Öffnung der Aussparung 104 angeordnet ist. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die Dichtungsstruktur 802 so angeordnet werden, dass ein Ende der Perforation, die durch die Aussparung 104 im Chip-Paddelbereich 102a gebildet ist, akustisch abgedichtet wird. Die Dichtungsstruktur 802 kann aus verschiedenen Klebstoffen, Dichtungsmitteln, Epoxidharzen, Polymeren, Kunststoffen, Harzen, Folien, Polyamiden, metallisierten Materialien, elementaren Metallen, Metallfolien und Metalllegierungen verschiedener Typen bestehen oder solche umfassen. Die Dichtungsstruktur kann aus jedem Material bestehen oder ein solches umfassen, das für eine gegebene Anwendung erwünscht sein kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wie in der schematischen Darstellung 900 in 9 gezeigt, kann der MEMS-Sensor 106 mit dem Chip-Paddelbereich 102a des Leiterrahmens 102 gekoppelt sein. Die MEMS-Sensorstruktur 106 kann durch die verschiedenen oben genau erläuterten Techniken mit dem Chip-Paddelbereich 102a gekoppelt und/oder an diesem montiert werden. In der schematischen Darstellung 900 ist auch die integrierte Schaltung 110 gezeigt, die mit der Vielzahl von elektrischen Leitungen 102b gekoppelt und/oder daran montiert werden kann. Die schematische Darstellung 900 zeigt außerdem, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, die Kapselungsschicht 112 und die Distanzstruktur 116. Weiterhin ist in der schematischen Darstellung 900 eine beispielhafte Ausführungsform mit Implementierung der Aussparung 104 als Perforierung im Chip-Paddelbereich 102a gezeigt. Bei der in der schematischen Darstellung 900 gezeigten beispielhaften Ausführungsform erstreckt sich die Aussparung 104 seitlich in den Chip-Paddelbereich 102a. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die stufenartige MEMS-Sensorstruktur 400 nach verschiedenen Halbleiterbauelement-Herstellungstechniken gefertigt werden, unter denen bei manchen verschiedene Techniken zur Vereinzelung der Bauelemente, beispielsweise Dicing, zur Anwendung kommen können. Bei der in der schematischen Darstellung 900 gezeigten beispielhaften Ausführungsform ist der endgültige Package-Umriss der stufenartigen MEMS-Sensorstruktur 400 durch das Bezugszeichen 602 gekennzeichnet. Bei verschiedenen Ausführungsformen, wie in der schematischen Darstellung 900 gezeigt und oben erläutert, kann die Dichtungsstruktur 802 so angeordnet werden, dass ein Ende der Perforation, die durch die Aussparung 104 im Chip-Paddelbereich 102a gebildet ist, akustisch abgedichtet wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wie in der schematischen Darstellung 1000 in 10 gezeigt, kann der Leiterrahmen 102 der stufenartigen MEMS-Sensorstruktur 400 mehrere Öffnungen und/oder Öffnungen 702 umfassen. Bei verschiedenen Ausführungsformen können die Öffnungen 702 so implementiert werden, dass sie die Vielzahl von elektrischen Leitungen 102b strukturieren und/oder definieren.
Die folgenden Beispiele betreffen weitere beispielhafte Ausführungsformen.
In Beispiel 1, eine Sensorstruktur, die umfassen kann: einen Leiterrahmen zur Stützung eines MEMS-Sensors, eine Aussparung in einer Oberfläche des Leiterrahmens und einen MEMS-Sensor, der mit der Oberfläche des Leiterrahmens gekoppelt und über der Aussparung zur Bildung einer Kammer angeordnet ist.
In Beispiel 2, die Sensorstruktur von Beispiel 1, wobei der Leiterrahmen als ein Halbleiterchip-Paddelbereich implementiert und eine Vielzahl von elektrischen Leitungen für Anschluss an eine Leiterplatte und Anordnung um die Peripherie des Halbleiterchip-Paddelbereichs konfiguriert werden kann.
In Beispiel 3, die Sensorstruktur von Beispiel 2, wobei die Aussparung im Chip-Paddelbereich gebildet werden kann.
In Beispiel 4, die Sensorstruktur von Beispiel 1, wobei der MEMS-Sensor mindestens eine Diaphragma-Struktur umfassen kann.
In Beispiel 5, die Sensorstruktur von Beispiel 1, die auch umfassen kann: eine elektrisch mit dem MEMS-Sensor gekoppelte integrierte Schaltung, wobei diese für Verarbeitung eines vom MEMS-Sensor generierten Signals konfiguriert sein kann.
In Beispiel 6, die Sensorstruktur von Beispiel 5, wobei die integrierte Schaltung durch einen Drahtbondprozess elektrisch mit dem MEMS-Sensor gekoppelt sein kann.
In Beispiel 7, die Sensorstruktur von Beispiel 5, wobei die integrierte Schaltung elektrisch mit dem Leiterrahmen gekoppelt sein kann.
In Beispiel 8, die Sensorstruktur von Beispiel 5, die weiterhin umfassen kann: eine Kapselungsschicht, die über einer Oberfläche des Leiterrahmens angeordnet werden kann, wobei die Kapselungsschicht den MEMS-Sensor und die integrierte Schaltung wenigstens teilweise umhüllen kann.
In Beispiel 9, die Sensorstruktur von Beispiel 8, die weiterhin umfassen kann: eine Öffnung in der Kapselungsschicht, wobei die Öffnung so angeordnet werden kann, dass ein Abschnitt des MEMS-Sensors nicht von der Kapselungsschicht abgedeckt wird.
In Beispiel 10, die Sensorstruktur von Beispiel 8, wobei die Kapselungsschicht durch einen Spritzpressprozess abgelagert werden kann.
In Beispiel 11, die Sensorstruktur von Beispiel 9, die weiterhin umfassen kann: eine an einem Randbereich der Öffnung angeordnete Distanzstruktur, wobei die Distanzstruktur so ausgelegt werden kann, dass sie ein Anordnen der Kapselungsschicht in der Öffnung verhindert.
In Beispiel 12, eine Sensorstruktur, die umfassen kann: einen Leiterrahmen zur Stützung eines MEMS-Sensors, ein in einem Abschnitt des Leiterrahmens gebildetes Durchgangsloch und einen mit einer Oberfläche des Leiterrahmens gekoppelten und über einer Öffnung des Durchgangslochs zur Bildung einer gewölbten Struktur angeordneten MEMS-Sensor.
In Beispiel 13, die Sensorstruktur von Beispiel 12, die weiterhin umfassen kann: eine für Abdichtung einer Öffnung des Durchgangslochs konfigurierte Struktur, wobei die Struktur an einem gegenüberliegenden Ende des Durchgangslochs vom MEMS-Sensor angeordnet sein kann.
In Beispiel 14, die Sensorstruktur von Beispiel 13, wobei der Leiterrahmen als ein Halbleiterchip-Paddelbereich implementiert und eine Vielzahl von elektrischen Leitungen für Anschluss an eine Leiterplatte und Anordnung um die Peripherie des Halbleiterchip-Paddelbereichs konfiguriert werden kann.
In Beispiel 15, die Sensorstruktur von Beispiel 14, wobei das Durchgangsloch im Halbleiterchip-Paddelbereich gebildet werden kann.
In Beispiel 16, die Sensorstruktur von Beispiel 13, wobei der MEMS-Sensor als mindestens eine Diaphragma-Struktur implementiert werden kann.
In Beispiel 17, die Sensorstruktur von Beispiel 13, die weiterhin umfassen kann: eine elektrisch mit dem MEMS-Sensor gekoppelte integrierte Schaltung, wobei diese für Verarbeitung eines vom MEMS-Sensor generierten Signals konfiguriert sein kann.
In Beispiel 18, die Sensorstruktur von Beispiel 13, die weiterhin umfassen kann: eine über einer Oberfläche des Leiterrahmens angeordnete Kapselungsschicht, wobei die Kapselungsschicht den MEMS-Sensor und die integrierte Schaltung wenigstens teilweise umhüllen kann.
In Beispiel 19, die Sensorstruktur von Beispiel 18, die weiterhin umfassen kann: eine Öffnung in der Kapselungsschicht, wobei die Öffnung so angeordnet werden kann, dass ein Abschnitt des MEMS-Sensors nicht von der Kapselungsschicht abgedeckt wird.
In Beispiel 20, die Sensorstruktur von Beispiel 18, die weiterhin umfassen kann: eine an einem Randbereich der Öffnung angeordnete Distanzstruktur, wobei die Distanzstruktur so ausgelegt werden kann, dass sie ein Anordnen der Kapselungsschicht in der Öffnung verhindert.
In Beispiel 21, die Sensorstruktur von Beispiel 18, wobei sich ein Abschnitt des Durchgangslochs seitlich in den Leiterrahmen über die Grenze des MEMS-Sensors hinaus erstrecken kann.
In Beispiel 22, eine Sensorstruktur, die umfassen kann: einen Leiterrahmen zur Stützung eines MEMS-Sensors, eine Aussparung in einer Oberfläche des Leiterrahmens und einen über der Aussparung zur Bildung einer Kammer angeordneten MEMS-Sensor.
In Beispiel 23, die Sensorstruktur von Beispiel 22, wobei der Leiterrahmen als ein Halbleiterchip-Paddelbereich implementiert und eine Vielzahl von elektrischen Leitungen für Anschluss an eine Leiterplatte und Anordnung um die Peripherie des Halbleiterchip-Paddelbereichs konfiguriert werden kann.
In Beispiel 24, die Sensorstruktur von Beispiel 22, wobei der MEMS-Sensor als mindestens eine Diaphragma-Struktur implementiert werden kann.
In Beispiel 25, die Sensorstruktur von Beispiel 22, die weiterhin umfassen kann: eine elektrisch mit dem MEMS-Sensor gekoppelte integrierte Schaltung, wobei diese für Verarbeitung eines vom MEMS-Sensor generierten Signals konfiguriert sein kann.
In Beispiel 26, die Sensorstruktur von Beispiel 22, die weiterhin umfassen kann: eine über einer Oberfläche des Leiterrahmens angeordnete Kapselungsschicht, wobei die Kapselungsschicht den MEMS-Sensor und die integrierte Schaltung wenigstens teilweise umhüllen kann.
In Beispiel 27, die Sensorstruktur von Beispiel 26, wobei die Kapselungsschicht den MEMS-Sensor und die integrierte Schaltung am Leiterrahmen befestigen kann.
In Beispiel 28, die Sensorstruktur von Beispiel 26, wobei die Kapselungsschicht für Abdichtung der vom MEMS-Sensor und der Aussparung gebildeten Kammer konfiguriert werden kann.
In Beispiel 29, eine Sensorstruktur, die umfassen kann: einen Leiterrahmen zur Stützung eines MEMS-Sensors, ein in einem Abschnitt des Leiterrahmens gebildetes Durchgangsloch und einen über einer Öffnung des Durchgangslochs zur Bildung einer gewölbten Struktur angeordneten MEMS-Sensor.
In Beispiel 30, die Sensorstruktur von Beispiel 29, wobei der Leiterrahmen als ein Halbleiterchip-Paddelbereich implementiert und eine Vielzahl von elektrischen Leitungen für Anschluss an eine Leiterplatte und Anordnung um die Peripherie des Halbleiterchip-Paddelbereichs konfiguriert werden kann.
In Beispiel 31, die Sensorstruktur von Beispiel 30, wobei das Durchgangsloch im Halbleiterchip-Paddelbereich gebildet werden kann.
In Beispiel 32, die Sensorstruktur von Beispiel 30, die weiterhin umfassen kann: eine über einer Oberfläche des Leiterrahmens angeordnete Kapselungsschicht, wobei die Kapselungsschicht den MEMS-Sensor und die integrierte Schaltung wenigstens teilweise umhüllen kann.
In Beispiel 33, die Sensorstruktur von Beispiel 32, wobei sich ein Abschnitt des Durchgangslochs seitlich in die Kapselungsschicht über die Grenze des MEMS-Sensors hinaus erstrecken kann.
In Beispiel 34, die Sensorstruktur von Beispiel 30, wobei der MEMS-Sensor als mindestens eine Diaphragma-Struktur implementiert werden kann.
In Beispiel 35, die Sensorstruktur von Beispiel 32, die weiterhin umfassen kann: eine für Abdichtung einer Öffnung des Durchgangslochs konfigurierte Dichtungsstruktur, wobei die Dichtungsstruktur an einem gegenüberliegenden Ende des Durchgangslochs vom MEMS-Sensor angeordnet sein kann.
In Beispiel 36, die Sensorstruktur von Beispiel 35, wobei die Dichtungsstruktur als eine Metallfolie implementiert werden kann.
In Beispiel 37, die Sensorstruktur von Beispiel 36, wobei die Metallfolie weniger formbar sein kann als die mindestens eine Diaphragma-Struktur.
In Beispiel 38, die Sensorstruktur von Beispiel 36, wobei die Metallfolie weniger flexibel sein kann als die mindestens eine Diaphragma-Struktur.
In Beispiel 39, die Sensorstruktur von Beispiel 36, wobei die Metallfolie wesentlich steifer sein kann als die mindestens eine Diaphragma-Struktur.
In Beispiel 40, eine Methode zur Bildung einer Sensorstruktur, wobei die Methode umfassen kann: Vorsehen eines Leiterrahmens zur Stützung eines MEMS-Sensors, Bilden einer Aussparung in einer Oberfläche des Leiterrahmens und Koppeln eines MEMS-Sensors mit der Oberfläche des Leiterrahmens und Anordnen des MEMS-Sensors über der Aussparung zur Bildung einer Kammer.
In Beispiel 41, die Methode von Beispiel 40, wobei der Leiterrahmen als ein Halbleiterchip-Paddelbereich implementiert und eine Vielzahl von elektrischen Leitungen für Anschluss an eine Leiterplatte und Anordnung um die Peripherie des Halbleiterchip-Paddelbereichs konfiguriert werden kann.
In Beispiel 42, die Methode von Beispiel 41, wobei die Aussparung im Halbleiterchip-Paddelbereich gebildet werden kann.
In Beispiel 43, die Methode von Beispiel 40, die weiterhin umfassen kann: Vorsehen einer integrierten Schaltung und elektrisches Koppeln der integrierten Schaltung mit dem MEMS-Sensor sowie Konfigurieren der integrierten Schaltung für Verarbeitung eines vom MEMS-Sensor generierten Signals.
In Beispiel 44, die Methode von Beispiel 43, wobei die integrierte Schaltung durch einen Drahtbondprozess elektrisch mit dem MEMS-Sensor gekoppelt sein kann.
In Beispiel 45, die Methode von Beispiel 43, wobei die integrierte Schaltung elektrisch mit dem Leiterrahmen gekoppelt sein kann.
In Beispiel 46, die Methode von Beispiel 43, die weiterhin umfassen kann:
Ablagern einer Kapselungsschicht über einer Oberfläche des Leiterrahmens, wobei die Kapselungsschicht den MEMS-Sensor und die integrierte Schaltung wenigstens teilweise umhüllen kann.
In Beispiel 47, die Methode von Beispiel 46, die weiterhin umfassen kann: Bilden einer Öffnung im Kapselungsmaterial und derartiges Anordnen der Öffnung, dass ein Abschnitt des MEMS-Sensors nicht von der Kapselungsschicht abgedeckt wird.
In Beispiel 48, die Methode von Beispiel 46, wobei die Kapselungsschicht durch einen Spritzpressprozess abgelagert werden kann.
In Beispiel 49, die Methode von Beispiel 47, die weiterhin umfassen kann: Vorsehen einer an einem Randbereich der Öffnung angeordneten Distanzstruktur und derartiges Konfigurieren der Distanzstruktur, dass ein Anordnen der Kapselungsmaterials in der Öffnung verhindert wird.
In Beispiel 50, eine Methode zur Bildung einer Sensorstruktur, wobei die Methode umfassen kann: Vorsehen eines Leiterrahmens zur Stützung eines MEMS-Sensors, Bilden eines Durchgangslochs in einem Abschnitt des Leiterrahmens und Koppeln eines MEMS-Sensors mit einer Oberfläche des Leiterrahmens und Anordnen des MEMS-Sensors über einer Öffnung des Durchgangslochs zur Bildung einer gewölbten Struktur.
In Beispiel 51, die Methode von Beispiel 50, die weiterhin umfassen kann: Konfigurieren einer Struktur zum Abdichten einer Öffnung des Durchgangslochs und Anordnen der Struktur an einem gegenüberliegenden Ende des Durchgangslochs vom MEMS-Sensor.
In Beispiel 52, die Methode von Beispiel 50, wobei der Leiterrahmen als ein Halbleiterchip-Paddelbereich implementiert und eine Vielzahl von elektrischen Leitungen für Anschluss an eine Leiterplatte und Anordnung um die Peripherie des Halbleiterchip-Paddelbereichs konfiguriert werden kann.
In Beispiel 53, die Methode von Beispiel 52, wobei das Durchgangsloch im Halbleiterchip-Paddelbereich gebildet werden kann.
In Beispiel 54, die Methode von Beispiel 50, wobei der MEMS-Sensor als mindestens eine Diaphragma-Struktur implementiert werden kann.
In Beispiel 55, die Methode von Beispiel 50, die weiterhin umfassen kann: eine elektrisch mit dem MEMS-Sensor gekoppelte integrierte Schaltung, wobei diese für Verarbeitung eines vom MEMS-Sensor generierten Signals konfiguriert sein kann.
In Beispiel 56, die Methode von Beispiel 50, die weiterhin umfassen kann: Ablagern einer Kapselungsschicht über einer Oberfläche des Leiterrahmens, wobei die Kapselungsschicht den MEMS-Sensor und die integrierte Schaltung wenigstens teilweise umhüllen kann.
In Beispiel 57, die Methode von Beispiel 56, die weiterhin umfassen kann: Bilden einer Öffnung im Kapselungsmaterial und derartiges Anordnen der Öffnung, dass das Abdecken eines Abschnitts des MEMS-Sensors durch die Kapselungsschicht vermieden werden kann.
In Beispiel 58, die Methode von Beispiel 56, die weiterhin umfassen kann: Anordnen einer Distanzstruktur an einem Randbereich der Öffnung und derartiges Konfigurieren der Distanzstruktur, dass ein Anordnen der Kapselungsmaterials in der Öffnung verhindert wird.
In Beispiel 59, die Methode von Beispiel 56, wobei sich ein Abschnitt des Durchgangslochs seitlich in die Kapselungsschicht über die Grenze des MEMS-Sensors hinaus erstrecken kann.
In Beispiel 60, die Methode von Beispiel 59, wobei der Abschnitt des Durchgangslochs, der sich seitlich in die Kapselungsschicht über die Grenze des MEMS-Sensors hinaus erstreckt, durch einen Ätzprozess gebildet werden kann.
In Beispiel 61, die Methode von Beispiel 59, wobei der Abschnitt des Durchgangslochs, der sich seitlich in die Kapselungsschicht über die Grenze des MEMS-Sensors hinaus erstrecken kann, als eine Vielzahl von miteinander verbundenen kugelartigen Strukturen implementiert werden kann.
In Beispiel 62, die Methode von Beispiel 61, wobei die miteinander verbundenen kugelartigen Strukturen durch einen gasunterstützten Spritzgussprozess gebildet werden können.
Obwohl die Offenbarung speziell unter Bezug auf bestimmte Ausführungsformen dargestellt und beschrieben worden ist, sollte der Fachkundige erkennen, dass verschiedene Änderungen in Form und Detail möglich sind, ohne von der Wesensart oder dem Umfang der Offenbarung gemäß Definition durch die angefügten Ansprüche abzuweichen. Der Umfang der Offenbarung wird daher durch die angefügten Ansprüche bestimmt, und alle Änderungen, die innerhalb die Bedeutung und den Bereich der Äquivalenz der Ansprüche fallen, werden deshalb als inbegriffen betrachtet.

Claims

Sensorstruktur (100), aufweisend: einen Leiterrahmen (102) zum Tragen eines MEMS-Sensors (106); eine Aussparung (104) in einer Oberfläche des Leiterrahmens (102); und einen mit der Oberfläche des Leiterrahmens (102) gekoppelten und über der Aussparung (104) zur Bildung einer Kammer (108) angeordneten MEMS-Sensor (106).
Sensorstruktur (100) nach Anspruch 1, wobei der Leiterrahmen (102) einen Halbleiterchip-Paddelbereich und eine Vielzahl von um die Peripherie des Halbleiterchip-Paddelbereichs angeordneten elektrischen Leitungen umfasst; wobei mindestens ein Mitglied einer den Chip-Paddelbereich und die Vielzahl von elektrischen Leitungen umfassenden Gruppe für elektrische Verbindung mit einer Leiterplatte konfiguriert ist; wobei optional die Aussparung (104) im Chip-Paddelbereich gebildet ist.
Sensorstruktur (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der MEMS-Sensor (106) mindestens eine Diaphragma-Struktur umfasst.
Sensorstruktur (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter umfassend: eine mit dem MEMS-Sensor (106) elektrisch gekoppelte integrierte Schaltung; wobei die integrierte Schaltung für Verarbeitung eines vom MEMS-Sensor (106) erzeugten Signals konfiguriert ist; wobei optional die integrierte Schaltung durch einen Drahtbondprozess elektrisch mit dem MEMS-Sensor (106) gekoppelt ist.
Sensorstruktur (100) nach Anspruch 4, wobei die integrierte Schaltung elektrisch mit dem Leiterrahmen (102) gekoppelt ist.
Sensorstruktur (100) nach Anspruch 4 oder 5, weiter umfassend: eine Kapselungsschicht, die über einer Oberfläche des Leiterrahmens (102) angebracht ist; wobei die Kapselungsschicht den MEMS-Sensor (106) und die integrierte Schaltung wenigstens teilweise umhüllt.
Sensorstruktur (100) nach Anspruch 6, weiter umfassend: eine Öffnung in der Kapselungsschicht; wobei die Öffnung so angeordnet ist, dass ein Abschnitt des MEMS-Sensors (106) nicht von der Kapselungsschicht abgedeckt wird.
Sensorstruktur (100) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Kapselungsschicht durch einen Spritzpressprozess abgelagert wird.
Sensorstruktur (100) nach Anspruch 7 oder 8, weiter umfassend: eine in einem Randbereich der Öffnung angeordnete Distanzstruktur; wobei die Distanzstruktur so konfiguriert ist, dass sie ein Anordnen der Kapselungsschicht in der Öffnung verhindert.
Sensorstruktur, umfassend: einen Leiterrahmen zum Tragen eines MEMS-Sensors; ein in einem Abschnitt des Leiterrahmens gebildetes Durchgangsloch; und einen mit einer Oberfläche des Leiterrahmens gekoppelten und über einer Öffnung des Durchgangslochs zur Bildung einer gewölbten Struktur angeordneten MEMS-Sensor.
Sensorstruktur nach Anspruch 10, weiter umfassend: eine für Abdichtung einer Öffnung des Durchgangslochs konfigurierte Struktur; wobei die Struktur an einem gegenüberliegenden Ende des Durchgangslochs vom MEMS-Sensor angeordnet ist.
Sensorstruktur nach Anspruch 11, wobei der Leiterrahmen einen Halbleiterchip-Paddelbereich und eine Vielzahl von elektrischen Leitungen, die für Anschluss an eine Leiterplatte und Anordnung um die Peripherie des Halbleiterchip-Paddelbereichs konfiguriert sind, umfasst; wobei optional das Durchgangsloch im Halbleiterchip-Paddelbereich gebildet ist.
Sensorstruktur nach Anspruch 11 oder 12, wobei der MEMS-Sensor mindestens eine Diaphragma-Struktur umfasst.
Sensorstruktur nach einem der Ansprüche 11 bis 13, weiter umfassend: eine mit dem MEMS-Sensor elektrisch gekoppelte integrierte Schaltung; wobei die integrierte Schaltung für Verarbeitung eines vom MEMS-Sensor erzeugten Signals konfiguriert ist.
Sensorstruktur nach einem der Ansprüche 11 bis 14, weiter umfassend: eine Kapselungsschicht, die über einer Oberfläche des Leiterrahmens angebracht ist; wobei die Kapselungsschicht den MEMS-Sensor und die integrierte Schaltung wenigstens teilweise umhüllt; wobei optional die Sensorstruktur ferner aufweist: eine Öffnung in der Kapselungsschicht; wobei die Öffnung so angeordnet ist, dass ein Abschnitt des MEMS-Sensors nicht von der Kapselungsschicht abgedeckt wird.
Sensorstruktur nach Anspruch 15, weiter umfassend: eine in einem Randbereich der Öffnung angeordnete Distanzstruktur; wobei die Distanzstruktur so konfiguriert ist, dass sie ein Anordnen der Kapselungsschicht in der Öffnung verhindert.
Sensorstruktur nach Anspruch 15 oder 16, wobei sich ein Abschnitt des Durchgangslochs seitlich in den Leiterrahmen über die Grenze des MEMS-Sensors hinaus erstreckt.