DE102016106263A1

DE102016106263A1 - System und Verfahren für ein gehäustes MEMS-Bauelement

Info

Publication number: DE102016106263A1
Application number: DE102016106263.4A
Authority: DE
Inventors: Andreas Froemel
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2015-04-15
Filing date: 2016-04-06
Publication date: 2016-10-20
Also published as: CN106044698B; KR101870023B1; US9952111B2; KR20160123252A; CN106044698A; US20160305837A1

Abstract

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Bauelement ein Substrat, einen Wandlerchip, der über dem Substrat angeordnet ist, eine Abdeckung, die über dem Wandlerchip angeordnet ist, und eine Trägerstruktur, die die Abdeckung mit dem Substrat verbindet. Die Trägerstruktur umfasst einen Anschluss, der ausgebildet ist zum Erlauben einer Übertragung von Fluidsignalen zwischen einer umgebenden Umgebung und dem Wandlerchip.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Wandler und ein Verpackungsverfahren (Packaging) und bei bestimmten Ausführungsbeispielen auf ein System und Verfahren für ein gehäustes Mikroelektromechanisches-System-Bauelement (Gehäustes MEMS-Bauelement; MEMS = microelectromechanical system).
HINTERGRUND
Wandler, die Signale von einem Bereich in einen anderen umwandeln, werden häufig in Sensoren verwendet. Ein herkömmlicher Sensor, der einen Wandler umfasst, ist ein Drucksensor, der Druckunterschiede und/oder Druckveränderungen in elektrische Signale umwandelt. Drucksensoren haben zahlreiche Anwendungen, einschließlich zum Beispiel Atmosphärendruckerfassung, Höhenerfassung und Wetterbeobachtung.
Auf einem mikroelektromechanischem System (MEMS) basierende Sensoren umfassen eine Familie von Wandlern, die unter Verwendung von Mikrobearbeitungstechniken produziert werden. MEMS, z. B. ein MEMS-Drucksensor, sammeln Information aus der Umgebung durch ein Messen der Veränderung des physikalischen Zustandes in dem Wandler und ein Übertragen des Signals, das durch die Elektronik verarbeitet werden soll, die mit dem MEMS-Sensor verbunden ist. MEMS-Bauelemente können unter Verwendung von Mikrobearbeitungsfertigungstechniken hergestellt werden, ähnlich zu denjenigen, die für integrierte Schaltungen verwendet werden.
MEMS-Bauelemente können entworfen sein, um zum Beispiel als Oszillatoren, Resonatoren, Beschleunigungsmesser, Gyroskope, Drucksensoren, Mikrofone und/oder Mikrospiegel zu funktionieren. Viele MEMS-Bauelemente verwenden kapazitive Erfassungstechniken zum Wandeln des physikalischen Phänomens in elektrische Signale. Bei solchen Anwendungen wird die Kapazitätsveränderung in dem Sensor unter Verwendung von Schnittstellenschaltungen in ein Spannungssignal umgewandelt.
Ein Drucksensor kann auch als ein kapazitives MEMS-Bauelement implementiert sein, das ein Referenzvolumen und eine auslenkbare Membran umfasst. Ein Druckunterschied zwischen dem Referenzvolumen und einem externen Volumen, wie der umgebenden Umgebung in einigen Fällen, verursacht die Membran auszulenken. Im Allgemeinen verursacht die Auslenkung der Membran eine Veränderung der Distanz zwischen der Membran und einer Erfassungselektrode, wodurch die Kapazität verändert wird. Somit misst ein Drucksensor einen Druckunterschied zwischen dem Referenzvolumen und einem externen Druck.
Für Wandler, die mit einer externen Umgebung außerhalb des Bauelements interagieren, z. B. ein Drucksensor, ist eine Öffnung oder Kopplung mit der externen Umgebung normalerweise in der Bauelementstruktur enthalten. Zum Beispiel umfassen Mikrofone im Allgemeinen einen Tonanschluss und Drucksensoren umfassen im Allgemeinen einen ähnlichen Luftdruckanschluss. Wenn das Bauelement gehäust ist, können solche Öffnungen oder Kopplungen eine Möglichkeit für Verunreinigungsstoffe, z. B. Schmutz oder Partikel, bereitstellen, um Wandler zu beeinträchtigen, die solche Öffnungen aufweisen.
ZUSAMMENFASSUNG
Es besteht ein Bedarf zum Bereitstellen eines verbesserten Konzeptes für ein Bauelement, ein Verfahren und einen MEMS-Drucksensor.
Ein solcher Bedarf kann durch den Gegenstand eines der Ansprüche erfüllt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Bauelement ein Substrat, einen Wandlerchip, der über dem Substrat angeordnet ist, eine Abdeckung, die über dem Wandlerchip angeordnet ist und eine Trägerstruktur, die die Abdeckung mit dem Substrat verbindet. Die Trägerstruktur umfasst einen Anschluss, der ausgebildet ist zum Erlauben einer Übertragung von Fluidsignalen zwischen einer umgebenden Umgebung und dem Wandlerchip.
Optional umfasst die Trägerstruktur eine Mehrzahl von Befestigungsanschlussflächen die auf dem Substrat angeordnet sind; und der Anschluss weist eine Mehrzahl von Lücken zwischen der Mehrzahl von Befestigungsanschlussflächen auf.
Wiederum optional umfasst die Mehrzahl von Befestigungsanschlussflächen eine Mehrzahl von Metall-Befestigungsanschlussflächen.
Optional umfasst die Mehrzahl von Befestigungsanschlussflächen eine Mehrzahl von Harz-Befestigungsanschlussflächen.
Wiederum optional weist jede Lücke aus der Mehrzahl von Lücken eine Höhe zwischen dem Substrat und der Abdeckung auf, die geringer als oder gleich 100 µm ist.
Optional ist der Anschluss gasdurchlässig und flüssigkeitsundurchlässig.
Wiederum optional umfasst der Anschluss ein Durchgangsloch.
Optional umfasst der Anschluss ein Polymer, das gasdurchlässig und flüssigkeitsundurchlässig ist.
Wiederum optional umfasst das Substrat eine gedruckte Schaltungsplatine.
Optional umfasst der Wandlerchip einen MEMS-Druckwandler.
Wiederum optional umfasst das Bauelement ferner einen integrierten Schaltungschip, der über dem Substrat und unter der Abdeckung angeordnet ist.
Optional ist der Wandlerchip auf dem integrierten Schaltungschip angeordnet und mit dem integrierten Schaltungschip elektrisch verbunden.
Wiederum optional umfasst das Bauelement ferner einen zusätzlichen Anschluss in dem Substrat, wobei der zusätzliche Anschluss ausgebildet ist zum Erlauben einer Übertragung von Fluidsignalen zwischen einer umgebenden Umgebung und dem Wandlerchip.
Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Bauelements, umfassend ein Empfangen eines Fluidsignals aus einer umgebenden Umgebung durch einen Anschluss in einer Trägerstruktur, wobei die Trägerstruktur eine Abdeckung mit einem Substrat verbindet; und ein Erzeugen eines elektrischen Signals basierend auf dem Fluidsignal an einem Wandlerchip, der über dem Substrat und unter der Abdeckung angeordnet ist.
Optional umfasst das Empfangen eines Fluidsignals ein Empfangen eines Drucksignals aus der umgebenden Umgebung durch den Anschluss.
Wiederum optional umfasst das Erzeugen eines elektrischen Signals ein Erzeugen eines elektrischen Signals basierend auf dem Drucksignal unter Verwendung eines kapazitiven MEMS-Druckwandlers, der auf dem Wandlerchip angeordnet ist.
Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Verfahren zum Bilden eines Bauelements, umfassend ein Anordnen eines Wandlerchips über einem Substrat; ein Anordnen einer Trägerstruktur auf dem Substrat, wobei die Trägerstruktur einen Anschluss umfasst, der ausgebildet ist zum Erlauben einer Übertragung von Fluidsignalen zwischen einer umgebenden Umgebung und dem Wandlerchip; und ein Anordnen einer Abdeckung auf der Trägerstruktur über dem Wandlerchip.
Optional umfasst das Verfahren ferner ein Anordnen einer integrierten Schaltung über dem Substrat und unter der Abdeckung.
Wiederum optional umfasst das Anordnen einer Trägerstruktur auf dem Substrat ein Anordnen einer Mehrzahl von Befestigungsanschlussflächen auf dem Substrat, wobei die Mehrzahl von Befestigungsanschlussflächen eine Mehrzahl von Lücken zwischen der Mehrzahl von Befestigungsanschlussflächen aufweist, wobei die Mehrzahl von Lücken den Anschluss umfasst.
Optional umfasst das Verfahren ferner ein Anordnen eines wasserdichtmachenden Materials in der Mehrzahl von Lücken, wobei das wasserdichtmachende Material gasdurchlässig und flüssigkeitsundurchlässig ist.
Wiederum optional ist das wasserdichtmachende Material ein Polymer.
Optional umfasst das Anordnen eines Wandlerchips ein Anordnen eines MEMS-Druckwandlers über dem Substrat.
Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf einen MEMS-Drucksensor, umfassend eine gedruckte Schaltungsplatine; eine integrierte Schaltung, die mit der gedruckten Schaltungsplatine gekoppelt ist; einen MEMS-Druckwandler, der mit der gedruckten Schaltungsplatine gekoppelt ist; eine Mehrzahl von Befestigungsanschlussflächen, die auf der gedruckten Schaltungsplatine angeordnet sind, die den MEMS-Druckwandler und die integrierte Schaltung umgibt, wobei die Mehrzahl von Befestigungsanschlussflächen eine Mehrzahl von Lücken zwischen jedem Befestigungsanschluss aufweist; und eine Abdeckung, die an der gedruckten Schaltungsplatine durch die Mehrzahl von Befestigungsanschlussflächen befestigt ist, wobei die Mehrzahl von Lücken Öffnungen zwischen einer umgebenden Umgebung und dem MEMS-Druckwandler aufweist.
Optional umfasst der MEMS-Drucksensor ferner ein Durchgangsloch in der gedruckten Schaltungsplatine, wobei das Durchgangsloch eine zusätzliche Öffnung zwischen einer umgebenden Umgebung und dem MEMS-Druckwandler umfasst.
Wiederum optional, wobei der MEMS-Druckwandler auf die integrierte Schaltung gestapelt ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Für ein kompletteres Verständnis der vorliegenden Erfindung und der Vorteile derselben, wird nun Bezug genommen auf die folgenden Beschreibungen, die in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen betrachtet werden, in denen:
1 ein Systemblockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eins gehäusten MEMS-Bauelements darstellt;
2a und 2b eine schematische Seitenansicht und eine schematische Draufsicht eines Ausführungsbeispiels eines gehäusten MEMS-Bauelements darstellen;
3a und 3b eine schematische Seitenansicht und eine schematische Draufsicht eines anderen Ausführungsbeispiels eines gehäusten MEMS-Bauelements darstellen;
4a und 4b eine schematische Seitenansicht und eine schematische Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiel eines gehäusten MEMS-Bauelements darstellen;
5 einen schematischen Seitenansichtsquerschnitt eines noch weiteren Ausführungsbeispiels eines gehäusten MEMS-Bauelements darstellt;
6 ein Systemblockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines elektronischen Systems darstellt;
7 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Bilden eines gehäusten MEMS-Bauelements darstellt; und
8 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Betriebsverfahrens für ein gehäustes MEMS-Bauelement darstellt.
Entsprechende Bezugszeichen und Symbole in den unterschiedlichen Figuren beziehen sich im Allgemeinen auf entsprechende Teile, sofern nicht anderweitig angezeigt. Die Figuren sind gezeichnet, um die relevanten Aspekte der Ausführungsbeispiele eindeutig darzustellen und sind nicht zwingend maßstabsgetreu gezeichnet.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Das Herstellen und Verwenden verschiedener Ausführungsbeispiele ist nachfolgend ausführlich erörtert. Es versteht sich allerdings, dass die hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsbeispiele auf eine breite Vielzahl von spezifischen Kontexten anwendbar sind. Die erörterten spezifischen Ausführungsbeispiele sind lediglich veranschaulichend für spezifische Wege zum Herstellen und Verwenden verschiedener Ausführungsbeispiele und sollen nicht in einem begrenzten Rahmen ausgelegt werden.
Die Beschreibung erfolgt in Bezug auf verschiedene Ausführungsbeispiele in einem spezifischen Kontext, d. h. MEMS-Wandler und insbesondere MEMS-Drucksensoren. Einige der hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsbeispiele umfassen MEMS-Wandlersysteme, MEMS-Drucksensoren, Verpackungsverfahren für MEMS-Wandler und Schnittstellenelektronik, und gehäuste MEMS-Drucksensoren. Bei anderen Ausführungsbeispielen können Aspekte auch auf andere Anwendungen angewandt werden, die jeglichen Typ von Wandler oder Gehäuse gemäß jeglicher Art, wie im Stand der Technik bekannt, einschließen können.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein MEMS-Drucksensor verwendet, um den Druck einer umgebenden Umgebung zu erfassen. Der MEMS-Drucksensor ist in einem gehäusten MEMS-Bauelement enthalten, das eine Schaltungsplatine, eine auf der Schaltungsplatine angeordnete, integrierte Schaltung (IC; IC = integrated circuit), einen auf der IC angeordneten MEMS-Drucksensor und eine Abdeckung, die über dem MEMS-Drucksensor angeordnet und an der Schaltungsplatine durch eine Befestigungsstruktur befestigt ist, die zwischen der Schaltungsplatine und der Abdeckung angeordnet ist, umfasst.
Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Umgebungsanschluss gebildet durch ein Strukturieren der Befestigungsstruktur, um Öffnungen zwischen der Schaltungsplatine und der Abdeckung zu bilden. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen weisen in der Befestigungsstruktur gebildete Öffnungen eine Höhe von etwa 35 µm auf. Der Umgebungsanschluss erlaubt eine Übertragung von Fluidsignalen zwischen der umgebenden Umgebung außerhalb der Abdeckung und dem MEMS-Drucksensor innerhalb der Abdeckung. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Platzierung der Öffnungen in der Befestigungsstruktur den an den MEMS-Drucksensor bereitgestellten Schutz erhöhen, indem Partikel, z. B. Schmutz, daran gehindert werden, den MEMS-Drucksensor zu kontaktieren, während Fluidsignale, z. B. Druckänderungen in der Luft, durch die Öffnungen an den MEMS-Drucksensor übertragen werden. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen können andere Typen von Umgebung-MEMS-Wandlern in dem gehäusten MEMS-Bauelement enthalten sein, derart, dass der MEMS-Drucksensor mit einem anderen Typ eines MEMS-Sensors gehäust wird oder durch denselben ersetzt wird. Zum Beispiel kann ein MEMS-Mikrofon bei einigen Ausführungsbeispielen in dem gehäusten MEMS-Bauelement enthalten sein.
1 stellt ein Systemblockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines gehäusten MEMS-Bauelements 100 dar, das einen MEMS-Chip 102 und eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC; ASIC = application specific integrated circuit) 104 innerhalb eines Gehäuses 108 umfasst. Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen ist der MEMS-Chip 102 mit der ASIC 104 durch eine elektrische Kopplung 112 gekoppelt. Der MEMS-Chip 102 ist auch mit einer umgebenden Umgebung außerhalb des Gehäuses 108 durch eine Fluidkopplung 110 gekoppelt, die durch einen Anschluss 106 in dem Gehäuse 108 bereitgestellt ist. Basierend auf via die Fluidkopplung 110 in dem Port 106 empfangenen Fluidsignalen erzeugt der MEMS-Chip 102 gewandelte elektrische Signale und überträgt die gewandelten elektrischen Signale an die ASIC 104 durch die elektrische Kopplung 112.
Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst der MEMS-Chip 102 einen Druckwandler, der durch den Anschluss 106 mit der umgebenden Umgebung des gehäusten MEMS-Bauelements 100 gekoppelt ist. Der Druckwandler kann zum Beispiel eine erste und zweite Erfassungsplatte aufweisen. Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst der Drucksensor in dem MEMS-Chip 102 eine perforierte starre Rückplatte und eine auslenkbare Membran. Druckveränderungen in der umgebenden Umgebung treten in den MEMS-Chip 102 als Fluidsignale durch den Anschluss 106 ein und verursachen, dass sich die auslenkbare Membran verschiebt. Die Verschiebung verändert die Trenndistanz zwischen der Membran und der Rückplatte und erzeugt ein gewandeltes Drucksignal, das an die ASIC 104 geliefert wird. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann der MEMS-Chip 102 jegliche Art von Wandler zum Erfassen von Fluidsignalen umfassen. Zum Beispiel kann bei einigen Ausführungsbeispielen ein Mikrofon implementiert sein. Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann der Erfassungsmechanismus nicht-kapazitiv sein, z. B. optisch oder piezoelektrisch. Bei noch anderen Ausführungsbeispielen kann der MEMS-Chip 102 einen membranbasierten Lautsprecher, z. B. einen MEMS-Mikrolautsprecher, umfassen.
Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen ist das Gehäuse 108 als eine Abdeckung für den MEMS-Chip 102 und die ASIC 104 implementiert. Bei einigen spezifischen Ausführungsbeispielen kann die Abdeckung Metall oder Kunststoff sein und kann an einer gedruckten Schaltungsplatine (PCB; PCB = printed circuit board) befestigt sein. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen kann der Anschluss 106 in dem Gehäuse 108 eine Übertragung von Fluidsignalen erlauben, z. B. die Übertragung von Gasen, Flüssigkeiten, akustischen Signalen in einem Fluidmedium oder Drucksignalen in einem Fluidmedium. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der Anschluss 106 gasdurchlässig sein, was zum Beispiel die Übertragung von Luft und Druck oder akustischen Signalen in der Luft erlaubt. Bei weiteren spezifischen Ausführungsbeispielen kann der Anschluss 106 auch flüssigkeitsundurchlässig sein, was die Übertragung von Wasser an den MEMS-Chip 102 verhindert, um eine Wasserdichtigkeit zu implementieren. Als ein anderes Beispiel kann der Anschluss 106 bei einigen Ausführungsbeispielen eine Übertragung von Temperatursignalen von der umgebenden Umgebung durch ein Fluid-Medium, z. B. durch Luft, erlauben.
Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die elektrische Kopplung 112 mehrere Kopplungen umfassen. Zum Beispiel kann die ASIC 104 ein Versorgungssignal oder eine Vorspannung (bias) BIAS an den MEMS-Chip 102 zusätzlich zu den gewandelten elektrischen Signalen bereitstellen. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die ASIC 104 jeglicher Typ von integrierter Schaltung sein.
Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen ist der MEMS-Chip 102 als ein einzelner Halbleiterchip gebildet. Ferner kann die ASIC 104 als eine integrierte Schaltung auf einem zusätzlichen Halbleiterchip gebildet sein. Das Gehäuse 108 kann eine PCB mit dem MEMS-Chip 102 und der ASIC 104 umfassen, die daran befestigt sind. Bei anderen Ausführungsbeispielen können die ASIC 104 und der MEMS-Chip 102 auf einem gleichen Substrat oder einem gleichen Halbleiterchip integriert sein. Bei den verschiedenen Ausführungsbeispielen können der MEMS-Chip 102 und die ASIC 104 auf einem Substrat gebildet sein, das ein anderes Material als ein Halbleiter ist, z. B. Leiter oder Isolatoren, oder Polymere bei spezifischeren Beispielen. Bei einigen Ausführungsbeispielen sind die ASIC 104 und der MEMS-Chip 102 direkt zusammen in dem Gehäuse 108 befestigt, z. B. durch ein Flip-Chip-Bonden oder Wafer-Bonden.
Wie hierin nachstehend ferner beschrieben, umfassen Ausführungsbeispiele gehäuster MEMS-Bauelemente einen Anschluss oder Anschlüsse, die in einer Befestigungsstruktur oder Befestigungsanschlussflächen gebildet sind, die als ein Abschnitt des Gehäuses enthalten sind. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Platzierung des Anschlusses oder der Anschlüsse in den Befestigungsanschlussflächen oder der Trägerstruktur eine Verunreinigung oder Beschädigung des MEMS-Chips innerhalb des Gehäuses verhindern, während die Übertragung von Fluidsignalen oder anderen Umgebungssignalen erlaubt ist.
2a und 2b stellen eine schematische Seitenansicht und eine schematische Draufsicht eines Ausführungsbeispiels eines gehäusten MEMS-Bauelements 120 dar, das eine PCB 122, eine Abdeckung 124, Befestigungsanschlussflächen 126, einen MEMS-Chip 128 und eine ASIC 130 umfasst. Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen ist der MEMS-Chip 128 als ein MEMS-Drucksensor implementiert, der den Absolutdruck oder Druckveränderungen einer umgebenden Umgebung außerhalb der Abdeckung 124 misst. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen befestigen die Befestigungsanschlussflächen 126 die Abdeckung 124 an der PCB 122 und bilden auch Löcher 125 zwischen den Befestigungsanschlussflächen 126. Löcher 125 stellen Anschlüsse oder Öffnungen bereit, durch die Signale von der umgebenden Umgebung an den MEMS-Chip 128 übertragen werden können. Bei solchen Ausführungsbeispielen können die Lücken 125 als Umgebungs- oder Fluidanschlüsse bezeichnet werden, die die Übertragung von Fluidsignalen erlauben, wo Fluidsignale einen Transport von Flüssigkeiten und Gasen sowie Signalen, die sich durch solche Fluidmedien ausbreiten, z. B. Drucksignale oder akustische Signale, umfassen. Bei einigen Ausführungsbeispielen können die Lücken 125 gasdurchlässig und flüssigkeitsundurchlässig sein, wenn z. B. zum Beispiel eine Wasserdichtigkeit angewandt wird. 2b stellt einen Rand der Abdeckung 124 in Kontakt mit den Befestigungsanschlussflächen 126 dar, aber die Abdeckung 124 ist ansonsten als eine durchsichtige Struktur dargestellt, um Elemente des gehäusten MEMS-Bauelements 120 zu zeigen, die ansonsten durch die Abdeckung 124 ausgeblendet werden.
Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen weisen die Lücken 125 eine Lückenhöhe HG auf, die durch die Höhe der Befestigungsanschlussflächen 126 eingestellt ist, und eine Lückenbreite WG. Auf ähnliche Weise weisen die Befestigungsanschlussflächen 126 eine Anschlussflächenbreite WP auf. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Lückenhöhe HG weniger als 100 µm sein. Bei einem bestimmten Ausführungsbeispiel kann die Lückenhöhe HG etwa 35 µm sein. Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann die Lückenhöhe HG größer als 100 µm sein. Ferner kann die Lückenbreite WG bei einigen Ausführungsbeispielen von 10 µm bis 10 mm reichen. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Lückenbreite WG außerhalb dieses Bereichs sein. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen kann das Einstellen der Lückenhöhe HG und der Lückenbreite WG zusätzlich zu der Anzahl von Lücken 125 die Frequenzantwort der Hohlrauminnenabdeckung 124 anpassen. Zum Beispiel erhöhen größere Öffnungen, die durch eine größere Lückenhöhe HG und Lückenbreite WG eingestellt sind, und eine größere Anzahl von Öffnungen die Hochfrequenzgrenze von Signalen, die erfasst werden können. Umgekehrt senken kleinere Öffnungen oder eine kleinere Anzahl von Öffnungen die Hochfrequenzgrenze von Signalen, die erfasst werden können. Somit kann die Konfiguration der Lücken 125 als ein Tiefpassfilter (LPF; LPF = low pass-filter) für Fluidsignale, z. B. Druckveränderungen oder akustische Signale, agieren.
Als ein weiteres Beispiel können Druckveränderungen in der umgebenden Umgebung mit einer Frequenz unter etwa 10 Hz auftreten, während akustische Signale mit einem Frequenzbereich von etwa 100 Hz bis etwa 22 kHz auftreten können. Bei einem spezifischen Ausführungsbeispiel, wo der MEMS-Chip 128 als ein MEMS-Drucksensor implementiert ist, können Lücken 125 mit Öffnungen und in einer Anzahl ausgebildet sein, derart, dass die Lücken 125 als ein LPF mit einer Grenzfrequenz von 10 Hz betrieben werden. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann der MEMS-Chip 128 als ein MEMS-Mikrofon implementiert sein und die Lücken 125 können mit Öffnungen und in einer Anzahl ausgebildet sein, derart, dass die Lücken 125 als ein LPF mit einer Grenzfrequenz von 22 kHz betrieben werden. Bei verschiedenen weiteren Ausführungsbeispielen können die Lücken 125 ausgebildet sein, um als ein LPF mit einer Grenzfrequenz z. B. in einem Bereich von 1 Hz bis 100 kHz betrieben zu werden, abhängig von verschiedenen Sensortypen und Anwendungen für den MEMS-Chip 128.
Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Lücken 125 gleichmäßig um den Umfang der Abdeckung 124 mit gleichmäßiger, durch die Befestigungsanschlussflächen 126 bereitgestellter Beabstandung verteilt sein. Bei anderen Ausführungsbeispielen können die Lücken 125 ungleichmäßig verteilt sein und eine oder mehrere Lücken umfassen. Zum Beispiel können sich die Lücken 125 nur entlang und unter einem Rand der Abdeckung 124 befinden, während die anderen drei Ränder eine durchgängige Befestigungsanschlussfläche 126 umfassen. Bei spezifischen Ausführungsbeispielen können die Lücken 125 auf einen, zwei oder drei der Ränder entlang und unter der Abdeckung 124 begrenzt sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen ist die ASIC 130 an der PCB 122 befestigt und mit Kontaktanschlussflächen 136 durch Drahtbonds 138 gekoppelt. Der MEMS-Chip 128 kann auf die ASIC 130 gestapelt sein und mit der ASIC 130 durch Drahtbonds 134, die mit Kontaktanschlussflächen 132 gekoppelt sind, gekoppelt sein. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann der MEMS-Chip 128 durch ein Flip-Chip-Bonden mit der ASIC 130 gekoppelt sein.
Bei spezifischen Ausführungsbeispielen kann die PCB 122 aus verschiedenen Schaltungsplatinenmaterialien gebildet sein, einschließlich aber nicht begrenzt auf Laminate, kupferplatierte Laminate, harzimprägnierten Stoff und Kupferfolie. Die Abdeckung 124 kann eine Metallabdeckung sein. Bei einigen spezifischen Ausführungsbeispielen ist die Abdeckung 124 Kupfer, Stahl oder Aluminium. Bei alternativen Ausführungsbeispielen ist die Abdeckung 124 aus einem Polymer oder Glas gebildet. Bei einigen Ausführungsbeispielen sind die Befestigungsanschlussflächen 126 aus einem Metall gebildet. Spezifisch sind die Befestigungsanschlussflächen 126 bei einigen spezifischen Ausführungsbeispielen aus Gold oder Kupfer gebildet. Bei anderen Ausführungsbeispielen sind die Befestigungsanschlussflächen 126 aus Lack oder Anstrichfarbe gebildet. Bei noch weiteren Ausführungsbeispielen befestigen die Befestigungsanschlussflächen 126 die Abdeckung 124 an der PCB 122 unter Verwendung von Klebstoff oder Harz. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel befestigen die Befestigungsanschlussflächen 126 die Abdeckung 124 an der PCB 122 durch Schweißen. Bei einem spezifischen Ausführungsbeispielen befestigen die Befestigungsanschlussflächen 126 die Abdeckung 124 an die PCB 122 durch Löten.
3a und 3b stellen eine schematische Seitenansicht und eine schematische Draufsicht eines anderen Ausführungsbeispiels eines gehäusten MEMS-Bauelements 140 dar, das die PCB 122 mit Lüftungslöchern 142, die Abdeckung 124, die Befestigungsanschlussflächen 126, den MEMS-Chip 128 und die ASIC 130 umfasst. Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen wird das gehäuste MEMS-Bauelement 140 betrieben, wie oben ähnlich beschrieben in Bezug auf das gehäuste MEMS-Bauelement 120 in 2a und 2b, mit der Hinzufügung der Lüftungslöcher 142. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen sind die Lüftungslöcher 142 als Löcher in der PCB 122 gebildet und erhöhen den Luftstrom von der umgebenden Umgebung zu dem MEMS-Chip 128 innerhalb der Abdeckung 124. Die Lüftungslöcher 142 können unter der Abdeckung 124 gebildet sein. Bei einem spezifischen Ausführungsbeispiel ist zumindest ein Lüftungsloch der Lüftungslöcher 142 unter einem Rand der Abdeckung 124 gebildet und erstreckt sich über beide Seiten des Randes der Abdeckung 124 hinaus. Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst die PCB 122 zwei Lüftungslöcher 142. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die PCB 122 nur ein Lüftungsloch 142. Bei weiteren Ausführungsbeispielen umfasst die PCB 122 drei oder mehr Lüftungslöcher 142.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen weisen die Lüftungslöcher 142 einen Lüftungsradius RV auf. Bei einigen spezifischen Ausführungsbeispielen reicht der Lüftungsradius RV von 0,5 mm bis 2 mm. Bei alternativen Ausführungsbeispielen ist der Lüftungsradius RV außerhalb dieses Bereichs. Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen verlaufen die Lüftungslöcher 142 komplett durch die PCB 122. Bei anderen Ausführungsbeispielen verlaufen die Lüftungslöcher 142 nur teilweise durch die PCB 122 und bilden keine Öffnung durch die Unterseite, gegenüberliegend zu der Abdeckung 124, der PCB 122.
4a und 4b stellen eine schematische Seitenansicht und eine schematische Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines gehäusten MEMS-Bauelements 150 dar, das die PCB 122, die Abdeckung 124, die Befestigungsanschlussflächen 126, den MEMS-Chip 128 und die ASIC 130 umfasst. Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen wird das gehäuste MEMS-Bauelement 150 betrieben, wie oben ähnlich beschrieben in Bezug auf das gehäuste MEMS-Bauelement 120 in 2a und 2b, mit der Hinzufügung von Maschen-Anschlussflächen 152 anstelle der Lücken 125. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen sind die Maschen-Anschlussflächen 152 zwischen den Befestigungsanschlussflächen 126 gebildet. Die Maschen-Anschlussflächen 152 sind als ein gasdurchlässiges und flüssigkeitsundurchlässiges Material gebildet. Bei spezifischen Ausführungsbeispielen sind die Maschen-Anschlussflächen 152 luftdurchlässig und wasserundurchlässig, wodurch eine Wasserdichtigkeit implementiert wird. Bei solchen Ausführungsbeispielen sind die Maschen-Anschlussflächen 152 aus einem gasdurchlässigen Polymer oder Polymerharz gebildet. Zum Beispiel kann die Maschen-Anschlussfläche 152 aus einem nichtporösen Polymer gebildet sein. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel können die Maschen-Anschlussflächen 152 die Befestigungsanschlussflächen 126 ersetzen und eine durchgängige Befestigungsstruktur entlang des gesamten Randes der Abdeckung 124 bilden, der als eine gasdurchlässige und flüssigkeitsundurchlässige Struktur zwischen der Abdeckung 124 und der PCB 122 implementiert ist.
5 stellt einen schematischen Seitenansichtsquerschnitt eines noch anderen Ausführungsbeispiels eines gehäusten MEMS-Bauelements 160 dar, das die PCB 122, die ASIC 130, den MEMS-Chip 128 und einen durch eine Trägerstruktur 164 getragenen Deckel 162 umfasst. Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen umfasst die Trägerstruktur 164 einen Anschluss 166 zum Bereitstellen einer Fluidkopplung zwischen der umgebenden Umgebung und dem MEMS-Chip 128. Die Elemente des gehäusten MEMS-Bauelements 160 sind ähnlich zu den Elementen, die in Bezug auf die gehäusten MEMS-Bauelemente 120, 140 und 150 beschrieben sind, mit der Trägerstruktur 164 und dem Deckel 162, die die Abdeckung 124 und die Befestigungsanschlussflächen 126 ersetzen.
Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen ist die Trägerstruktur 164 auf der PCB 122 angeordnet und erlaubt eine Übertragung von Fluidsignalen durch den Anschluss 166. Der Anschluss 166 kann mehrere Öffnungen oder nur eine einzelne Öffnung aufweisen. Bei solchen Ausführungsbeispielen können die Öffnung oder Öffnungen, die den Anschluss 166 bilden, verschiedene Formen oder Strukturen aufweisen, und können leere Öffnungen oder Materialien, die die Öffnungen füllen, umfassen. Der Deckel 162 ist durch die Trägerstruktur 164 mit der PCB 122 verbunden. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Trägerstruktur 164 und der Deckel 162 getrennte Strukturen, die in einer Fertigungssequenz zusammengebaut und miteinander gekoppelt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen sind die Trägerstruktur 164 und der Deckel 162 aus einem Metall, z. B. Kupfer, Aluminium oder Gold, gebildet. Bei anderen Ausführungsbeispielen sind die Trägerstruktur 164 und der Deckel 162 aus einem Polymer gebildet. Bei noch einem anderen Ausführungsbeispiel sind die Trägerstruktur 164 und der Deckel 162 aus einem Halbleiter gebildet. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel sind die Trägerstruktur 164 und der Deckel 162 aus Glas gebildet. Bei einigen Ausführungsbeispielen sind der Deckel 162 und die Trägerstruktur 164 aus einem gleichen Material gebildet. Bei anderen Ausführungsbeispielen sind der Deckel 162 und die Trägerstruktur 164 aus unterschiedlichen Materialien gebildet.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann das MEMS-Bauelement 160 auch ein Lüftungsloch 168 in der PCB 122 unter der Trägerstruktur 164 aufweisen. Das Lüftungsloch 168 kann als ein Durchgangsloch in der PCB 122 oder als nur ein teilweises Loch in der PCB 122 enthalten sein, das nicht vollständig durch die PCB 122 läuft. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen kann jegliche Anzahl von Lüftungslöchern 168 in der PCB 122 unter der Trägerstruktur 164 gebildet sein. Zum Beispiel kann die obige Beschreibung der Lüftungslöchern 142 in Bezug auf 3a und 3b auf das Lüftungsloch 168 angewandt werden. Bei einigen alternativen Ausführungsbeispielen kann das Lüftungsloch 168 in der PCB 122 anstelle des Anschlusses 166 in der Trägerstruktur 164 gebildet sein.
6 stellt ein Systemblockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines elektronischen Systems 180 dar, das den MEMS-Chip 102 und die ASIC 104 in dem Gehäuse 108, einen Prozessor 184 und eine Kommunikationsschaltung 186 umfasst. Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen kann das elektronische System 180 ein mobiles elektronisches Gerät, z. B. ein Tablet-Computer oder ein Mobiltelefon, sein. Der MEMS-Chip 102 funktioniert wie oben ähnlich in Bezug auf den MEMS-Chip 102 beschrieben. Zum Beispiel umfasst der MEMS-Chip 102 einen MEMS-Druckwandler, der mit der umgebenden Umgebung durch einen Anschluss 194 gekoppelt ist, der die in Bezug auf 1 beschriebene Fluidkopplung 110 bereitstellt. Der MEMS-Chip 102 ist auch mit der ASIC 104 gekoppelt, die funktionieren kann, wie oben in Bezug auf 1 beschrieben. Bei alternativen Ausführungsbeispielen ist die ASIC 104 auch auf dem MEMS-Chip 102 integriert.
Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen ist das Gehäuse 108, das den MEMS-Chip 102 und die ASIC 104 umfasst, mit einer PCB 182 gekoppelt und innerhalb einer Hülle (case) 192 enthalten. Zum Beispiel kann die Hülle 192 der Körper eines Tablet-Computers oder eines Mobiltelefons sein. Eine Anzeige 190 kann auch mit der PCB 182 gekoppelt sein. Bei einigen Ausführungsbeispielen sind der Prozessor 184 und die Kommunikationsschaltung 186 mit der PCB 182 gekoppelt. Die Kommunikationsschaltung 186 kommuniziert durch einen Kommunikationspfad 188, der ein drahtloser Kommunikationspfad ist. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel ist der Kommunikationspfad 188 eine verdrahtete Verbindung.
Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen erzeugt der MEMS-Chip 102 gewandelte elektrische Signale basierend auf Drucksignalen von der umgebenden Umgebung außerhalb der Hülle 192 und stellt die erzeugten elektrischen Signale durch die ASIC 104 und die PCB 182 an den Prozessor 184 bereit. Bei alternativen Ausführungsbeispielen ist das elektronische System 180 zum Beispiel ein verdrahtetes Gerät, z. B. eine Arbeitsstation (Workstation), Personal-Computer oder ein Computersystem, für eine spezifische Anwendung, z. B. industrielle, medizinische oder raumfahrtbezogene Anwendung und der Kommunikationspfad 188 kann ein verdrahteter oder drahtloser Kommunikationspfad sein.
7 stellt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 200 zum Bilden eines gehäusten MEMS-Bauelements dar, das die Schritte 202 bis 212 umfasst. Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen kann das Verfahren 200 implementiert sein, um jegliches der gehäusten MEMS-Bauelemente, wie hierin beschrieben, zu bilden, z. B. die gehäusten MEMS-Bauelemente 100 oder 120. Schritt 202 umfasst ein Bereitstellen eines Substrats. Das Substrat kann ein Strukturmaterial zum Befestigen oder Bilden von Komponenten darauf umfassen. Das Substrat kann elektrische Eigenschaften aufweisen. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann das Substrat eine Schaltungsplatine sein. Bei einem spezifischen Ausführungsbeispiel ist das Substrat eine gedruckte Schaltungsplatine (PCB). Bei solchen Ausführungsbeispielen kann die PCB aus Materialien gebildet sein, die Laminate, kupferplatierte Laminate, harzintegrierten Stoff oder Kupferfolie umfassen.
Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen umfasst Schritt 204 ein Anordnen einer integrierten Schaltung (IC), z. B. einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) auf dem Substrat aus Schritt 202. Bei einigen spezifischen Ausführungsbeispielen umfasst Schritt 204 ein Befestigen einer ASIC, die auf einem Halbleiterchip gebildet ist, auf einer PCB. Das Befestigen der ASIC kann zum Beispiel ein Verwenden von Klebstoff oder Lötmittel umfassen. Schritt 206 umfasst ein Anordnen eines MEMS-Chips auf der IC oder ASIC aus Schritt 204. Der MEMS-Chip kann zum Beispiel auf einem zusätzlichen Halbleiterchip, Glassubstrat oder Polymersubstrat gebildet werden und an dem Halbleiterchip befestigt werden, der die ASIC aus Schritt 204 umfasst. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen kann der Halbleiterchip mit der ASIC und dem MEMS-Chip unter Verwendung von Klebstoff oder Lötmittel, das zum Beispiel ein Array von Lotbällen umfasst, befestigt werden oder kann unter Verwendung von Flip-Chip-Bonden befestigt werden. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann der MEMS-Chip auf dem Substrat aus Schritt 202 benachbart zu der ASIC aus Schritt 204, und nicht auf der ASIC aus Schritt 204, angeordnet werden.
Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen umfasst Schritt 208 ein Bilden elektrischer Verbindungen zwischen dem MEMS-Chip aus Schritt 206, der ASIC aus Schritt 204 und jeglichen anderen Komponenten, die an dem Substrat oder der PCB aus Schritt 202 befestigt werden. Bei spezifischen Ausführungsbeispielen kann Drahtbonden verwendet werden, um die ASIC aus Schritt 204 mit der PCB elektrisch zu koppeln und um das MEMS aus Schritt 206 mit der ASIC aus Schritt 204 elektrisch zu koppeln. Die PCB aus Schritt 202 kann eine oder mehrere elektrische Umverteilungsschichten für elektrische Verbindungen mit anderen Komponenten (nicht gezeigt) oder weitere Kontaktanschlussflächen mit anderen Schaltungsplatinen umfassen, z. B. eine Haupt-PCB in einem Mobiltelefon. Schritt 208 kann ein Bilden von Drahtbonds zwischen der ASIC aus Schritt 204 und den elektrischen Verbindungen innerhalb der PCB aus Schritt 202 umfassen. Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann Schritt 208 ein Bilden der elektrischen Verbindungen zwischen dem MEMS-Chip aus 206 und der ASIC aus Schritt 204 durch ein Flip-Chip-Bonden umfassen. Zum Beispiel kann bei einem Ausführungsbeispiel Schritt 208 ein Bilden einer Umverteilungsschicht (RDL; RDL = redistribution layer) und eines Ballgitterarrays (BGA; BGA = ball grid array) zwischen der ASIC und den MEMS umfassen. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Schritte 202, 204, 206 und 208 in einer unterschiedlichen Reihenfolge neu angeordnet werden, zusätzliche Schritte umfassen oder überlappende oder kombinierte Schritte umfassen.
Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen kann Schritt 210 ein Anordnen einer Gehäusebefestigungsstruktur umfassen, die die ASIC aus Schritt 204 und den MEMS-Chip aus Schritt 206 umgibt. Die Gehäusebefestigungsstruktur ist zum Befestigen eines Deckels oder einer Abdeckung. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen kann das Anordnen der Gehäusebefestigungsstruktur ein Bilden von Befestigungsanschlussflächen umfassen, z. B. den Befestigungsanschlussflächen 126 wie in Bezug auf 2a und 2b beschrieben. Bei solchen Ausführungsbeispielen kann das Anordnen der Gehäusebefestigungsstruktur auch ein Bilden von Lücken umfassen, z. B. der Lücken 125 wie in Bezug auf 2a und 2b beschrieben, zwischen Abschnitten der Befestigungsstruktur, z. B. Befestigungsanschlussflächen. Das Bilden der Lücken kann bei einigen Ausführungsbeispielen eine selektive Abscheidung oder Strukturierung umfassen. Bei einigen Ausführungsbeispielen können die Befestigungsanschlussflächen aus unterschiedlichen Materialien bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen gebildet werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können die Befestigungsanschlussflächen aus Metall, z. B. Kupfer oder Gold, gebildet werden. Bei anderen Ausführungsbeispielen können die Befestigungsanschlussflächen aus Anstrichfarbe oder Lack gebildet werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann Löten verwendet werden, um einen Deckel oder eine Abdeckung an der PCB aus Schritt 202 zu befestigen. Bei einem Ausführungsbeispiel kann Schweißen verwendet werden, um den Deckel oder die Abdeckung an der PCB zu befestigen. Bei noch einem anderen Ausführungsbeispiel kann Klebstoff oder Harz verwendet werden, um den Deckel oder die Abdeckung an der PCB zu befestigen.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann das Anordnen der Gehäusebefestigungsstruktur ein Bilden von Maschen-Anschlussflächen umfassen, z. B. den Maschen-Anschlussflächen 152 wie in Bezug auf 4a und 4b beschrieben. Bei verschiedenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen kann die Gehäusebefestigungsstruktur jegliche Materialien und/oder Strukturen aufweisen, die oben in Bezug auf die Befestigungsanschlussflächen 126 oder die Maschen-Anschlussflächen 152 in den 2a, 2b, 4a und 4b beschrieben. Ferner kann das Anordnen der Gehäusebefestigungsstruktur ein Bilden von jeglicher Art von Anschluss oder Öffnung umfassen, wie oben in Bezug auf die anderen Figuren beschrieben, z. B. in Bezug auf die Lücken 125 oder die Lüftungslöcher 142 in den 2a, 2b, 3a und 3b. Bei noch anderen Ausführungsbeispielen kann Schritt 210 ein Bilden einer Trägerstruktur, z. B. der Trägerstruktur 164 wie in Bezug auf 5 beschrieben, mit einem Anschluss oder einer Öffnung umfassen. Die Trägerstruktur kann aus jeglichem der Materialien gebildet werden, die in Bezug auf die Trägerstruktur 164 in 5 beschrieben sind, und kann einen Fluidanschluss oder -öffnung aufweisen, wie in Bezug auf den Anschluss 166 in 5 beschrieben.
Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen umfasst Schritt 212 ein Bilden eines Deckels oder einer Abdeckung auf der Gehäusebefestigungsstruktur aus Schritt 210. Der Deckel oder die Abdeckung kann mit der Struktur oder Materialien der Abdeckung 124 gebildet werden, wie in Bezug auf 2a und 2b beschrieben. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen kann das Verfahren 200 zusätzliche Schritte umfassen oder die Schritte 202–212 können in einer unterschiedlichen Schrittreihenfolge neu angeordnet werden. Verschiedene Modifikationen und Hinzufügungen zu dem Verfahren 200 werden für spezifische Anwendungen und Systemanforderungen als geeignet erachtet, wie dies ein Fachmann ohne weiteres erkennt.
8 stellt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Betriebsverfahrens 220 für ein gehäustes MEMS-Bauelement dar, das Schritte 222 und 224 umfasst. Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen umfasst Schritt 222 ein Empfangen eines Fluidsignals von einer umgebenden Umgebung durch einen Anschluss in einer Trägerstruktur. Bei solchen Ausführungsbeispielen verbindet die Trägerstruktur eine Abdeckung des gehäusten MEMS-Bauelements mit einem Substrat. Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Substrat eine PCB sein. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen umfasst Schritt 224 ein Erzeugen eines elektrischen Signals basierend auf dem Fluidsignal an einem Wandlerchip, der über dem Substrat und unter der Abdeckung angeordnet ist. Der Wandlerchip kann einen MEMS-Druckwandler umfassen. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen kann das Betriebsverfahren 220 zusätzliche Schritte umfassen und gemäß einer unterschiedlichen Schrittreihenfolge neu angeordnet werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Bauelement ein Substrat, einen über dem Substrat angeordneten Wandlerchip, eine über dem Wandlerchip angeordnete Abdeckung und eine Trägerstruktur, die die Abdeckung mit dem Substrat verbindet. Die Trägerstruktur umfasst einen Anschluss, der ausgebildet ist zum Erlauben eine Übertragung von Fluidsignalen zwischen einer umgebenden Umgebung und dem Wandlerchip. Andere Ausführungsbeispiele umfassen entsprechende Systeme oder Vorrichtungen, von denen jede ausgebildet ist zum Ausführen entsprechender Handlungen oder Verfahren.
Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen umfasst die Trägerstruktur eine Mehrzahl von Befestigungsanschlussflächen, die auf dem Substrat angeordnet sind, und der Anschluss umfasst eine Mehrzahl von Lücken zwischen der Mehrzahl von Befestigungsanschlussflächen. Die Mehrzahl von Befestigungsanschlussflächen umfasst eine Mehrzahl von Metall-Befestigungsanschlussflächen bei einigen Ausführungsbeispielen. Die Mehrzahl von Befestigungsanschlussflächen umfasst eine Mehrzahl von Harz-Befestigungsanschlussflächen bei anderen Ausführungsbeispielen. Bei einigen Ausführungsbeispielen weist jede Lücke aus der Mehrzahl von Lücken eine Höhe zwischen dem Substrat und der Abdeckung auf, die geringer als oder gleich 100 µm ist.
Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen kann der Anschluss gasdurchlässig und flüssigkeitsundurchlässig sein. Der Anschluss kann ein Durchgangsloch aufweisen. Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst der Anschluss ein Polymer, das gasdurchlässig und flüssigkeitsundurchlässig ist. Das Substrat umfasst eine gedruckte Schaltungsplatine. Der Wandlerchip kann einen MEMS-Druckwandler umfassen. Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst das Bauelement ferner einen integrierten Schaltungschip, der über dem Substrat und unter der Abdeckung angeordnet ist. Bei solchen Ausführungsbeispielen kann der Wandlerchip auf dem integrierten Schaltungschip angeordnet sein und mit dem integrierten Schaltungschip elektrisch verbunden sein. Das Bauelement kann ferner einen zusätzlichen Anschluss in dem Substrat aufweisen, wo der zusätzliche Anschluss die Übertragung von Fluidsignalen zwischen einer umgebenden Umgebung und dem Wandlerchip erlaubt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines Bauelements ein Empfangen eines Fluidsignals von einer umgebenden Umgebung durch einen Anschluss in einer Trägerstruktur und ein Erzeugen eines elektrischen Signals basierend auf dem Fluidsignal an einem Wandlerchip, der über einem Substrat und unter einer Abdeckung angeordnet ist. Die Trägerstruktur verbindet die Abdeckung mit dem Substrat. Andere Ausführungsbeispiele umfassen entsprechende Systeme oder Vorrichtungen, von denen jede ausgebildet ist zum Ausführen entsprechender Handlungen oder Verfahren.
Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen umfasst das Empfangen eines Fluidsignals ein Empfangen eines Drucksignals von der umgebenden Umgebung durch den Anschluss. Bei solchen Ausführungsbeispielen kann das Erzeugen eines elektrischen Signals ein Erzeugen eines elektrischen Signals basierend auf dem Drucksignal unter Verwendung eines kapazitiven MEMS-Druckwandlers umfassen, der auf dem Wandlerchip angeordnet ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zum Bilden eines Bauelements ein Anordnen eines Wandlerchips über einem Substrat, ein Anordnen einer Trägerstruktur auf dem Substrat und ein Anordnen einer Abdeckung auf der Trägerstruktur über dem Wandlerchip. Die Trägerstruktur umfasst einen Anschluss, der ausgebildet ist zum Erlauben einer Übertragung von Fluidsignalen zwischen einer umgebenden Umgebung und dem Wandlerchip. Andere Ausführungsbeispiele umfassen entsprechende Systeme und Vorrichtungen, von denen jede ausgebildet ist zum Ausführen entsprechender Handlungen oder Verfahren.
Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen umfasst das Verfahren ferner ein Anordnen einer integrierten Schaltung über dem Substrat und unter der Abdeckung. Das Anordnen einer Trägerstruktur auf dem Substrat kann ein Anordnen einer Mehrzahl von Befestigungsanschlussflächen auf dem Substrat umfassen, wo die Mehrzahl von Befestigungsanschlussflächen eine Mehrzahl von Lücken zwischen der Mehrzahl von Befestigungsanschlussflächen aufweist, und wo die Mehrzahl von Lücken den Anschluss umfasst. Bei solchen Ausführungsbeispielen kann das Verfahren ferner ein Anordnen eines wasserdichtmachenden Materials in der Mehrzahl von Lücken umfassen. Das wasserdichtmachende Material ist gasdurchlässig und flüssigkeitsundurchlässig. Bei solchen Ausführungsbeispielen kann das wasserdichtmachende Material ein Polymer sein. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann das Anordnen eines Wandlerchips ein Anordnen eines MEMS-Druckwandlers über dem Substrat umfassen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein MEMS-Drucksensor eine gedruckte Schaltungsplatine, eine mit der gedruckten Schaltungsplatine gekoppelte integrierte Schaltung, einen mit der Schaltungsplatine gekoppelten MEMS-Druckwandler, eine Mehrzahl von Befestigungsanschlussflächen, die auf der Schaltungsplatine angeordnet sind, die den MEMS-Druckwandler und die integrierte Schaltung umgibt, und eine Abdeckung, die an der gedruckten Schaltungsplatine durch die Mehrzahl von Befestigungsanschlussflächen befestigt ist. Die Mehrzahl von Befestigungsanschlussflächen umfasst eine Mehrzahl von Lücken zwischen jeder Befestigungsanschlussfläche, und die Mehrzahl von Lücken umfasst Öffnungen zwischen einer umgebenden Umgebung und dem MEMS-Druckwandler. Andere Ausführungsbeispiele umfassen entsprechende Systeme oder Vorrichtungen, von denen jede ausgebildet ist zum Ausführen entsprechender Handlungen oder Verfahren.
Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen umfasst der MEMS-Drucksensor ferner ein Durchgangsloch in der gedruckten Schaltungsplatine, wo das Durchgangsloch eine zusätzliche Öffnung zwischen einer umgebenden Umgebung und dem MEMS-Druckwandler aufweist. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist der MEMS-Druckwandler auf die integrierte Schaltung gestapelt.
Gemäß verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele können die Vorteile einen erhöhten Schutz von einer Abdeckung für einen gehäusten MEMS-Wandler umfassen. Ein zusätzlicher Vorteil der verschiedenen Ausführungsbeispiele kann eine Fluidkopplung mit der umgebenden Umgebung umfassen, die robust ist gegenüber Verunreinigung von Partikeln, z. B. Schmutz. Ein weiterer Vorteil der verschiedenen Ausführungsbeispiele kann einen einfachen Fertigungsprozess für ein verbessertes Wandlergehäuse ohne die Hinzufügung komplexer Strukturen oder beteiligter Verarbeitungsschritte umfassen.
Während diese Erfindung in Bezug auf Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, soll die Beschreibung nicht in einem einschränkenden Sinne ausgelegt werden. Verschiedene Modifikationen und Kombinationen der Ausführungsbeispiele, sowie andere Ausführungsbeispiele der Erfindung, sind für den Fachmann unter Bezugnahme auf die Beschreibung offensichtlich. Es ist daher beabsichtigt, dass die beigefügten Ansprüche jegliche solche Modifikationen oder Ausführungsbeispiele umfassen.

Claims

Ein Bauelement, umfassend: ein Substrat; einen Wandlerchip, der über dem Substrat angeordnet ist; eine Abdeckung, die über dem Wandlerchip angeordnet ist; und eine Trägerstruktur, die die Abdeckung mit dem Substrat verbindet, wobei die Trägerstruktur einen Anschluss umfasst, der ausgebildet ist zum Erlauben einer Übertragung von Fluidsignalen zwischen einer umgebenden Umgebung und dem Wandlerchip.
Das Bauelement gemäß Anspruch 1, wobei die Trägerstruktur eine Mehrzahl von Befestigungsanschlussflächen umfasst, die auf dem Substrat angeordnet sind; und der Anschluss eine Mehrzahl von Lücken zwischen der Mehrzahl von Befestigungsanschlussflächen aufweist.
Das Bauelement gemäß Anspruch 2, wobei die Mehrzahl von Befestigungsanschlussflächen eine Mehrzahl von Metall-Befestigungsanschlussflächen umfasst.
Das Bauelement gemäß Anspruch 2 und 3, wobei die Mehrzahl von Befestigungsanschlussflächen eine Mehrzahl von Harz-Befestigungsanschlussflächen umfasst.
Das Bauelement gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei jede Lücke aus der Mehrzahl von Lücken eine Höhe zwischen dem Substrat und der Abdeckung aufweist, die geringer als oder gleich 100 µm ist.
Das Bauelement gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Anschluss gasdurchlässig und flüssigkeitsundurchlässig ist.
Das Bauelement gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Anschluss ein Durchgangsloch umfasst.
Das Bauelement gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Anschluss ein Polymer umfasst, das gasdurchlässig und flüssigkeitsundurchlässig ist.
Das Bauelement gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Substrat eine gedruckte Schaltungsplatine umfasst.
Das Bauelement gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Wandlerchip einen MEMS-Druckwandler umfasst.
Das Bauelement gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend einen integrierten Schaltungschip, der über dem Substrat und unter der Abdeckung angeordnet ist.
Das Bauelement gemäß Anspruch 11, wobei der Wandlerchip auf dem integrierten Schaltungschip angeordnet ist und mit dem integrierten Schaltungschip elektrisch verbunden ist.
Das Bauelement gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend einen zusätzlichen Anschluss in dem Substrat, wobei der zusätzliche Anschluss ausgebildet ist zum Erlauben einer Übertragung von Fluidsignalen zwischen einer umgebenden Umgebung und dem Wandlerchip.
Ein Verfahren zum Betreiben eines Bauelements, umfassend: Empfangen eines Fluidsignals aus einer umgebenden Umgebung durch einen Anschluss in einer Trägerstruktur, wobei die Trägerstruktur eine Abdeckung mit einem Substrat verbindet; und Erzeugen eines elektrischen Signals basierend auf dem Fluidsignal an einem Wandlerchip, der über dem Substrat und unter der Abdeckung angeordnet ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei das Empfangen eines Fluidsignals ein Empfangen eines Drucksignals aus der umgebenden Umgebung durch den Anschluss umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei das Erzeugen eines elektrischen Signals ein Erzeugen eines elektrischen Signals basierend auf dem Drucksignal unter Verwendung eines kapazitiven MEMS-Druckwandlers, der auf dem Wandlerchip angeordnet ist, umfasst.
Ein Verfahren zum Bilden eines Bauelements, umfassend: Anordnen eines Wandlerchips über einem Substrat; Anordnen einer Trägerstruktur auf dem Substrat, wobei die Trägerstruktur einen Anschluss umfasst, der ausgebildet ist zum Erlauben einer Übertragung von Fluidsignalen zwischen einer umgebenden Umgebung und dem Wandlerchip; und Anordnen einer Abdeckung auf der Trägerstruktur über dem Wandlerchip.
Das Verfahren gemäß Anspruch 17, ferner umfassend ein Anordnen einer integrierten Schaltung über dem Substrat und unter der Abdeckung.
Das Verfahren gemäß Anspruch 17 und 18, wobei das Anordnen einer Trägerstruktur auf dem Substrat ein Anordnen einer Mehrzahl von Befestigungsanschlussflächen auf dem Substrat umfasst, wobei die Mehrzahl von Befestigungsanschlussflächen eine Mehrzahl von Lücken zwischen der Mehrzahl von Befestigungsanschlussflächen aufweist, wobei die Mehrzahl von Lücken den Anschluss umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 19, ferner umfassend ein Anordnen eines wasserdichtmachenden Materials in der Mehrzahl von Lücken, wobei das wasserdichtmachende Material gasdurchlässig und flüssigkeitsundurchlässig ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 20, wobei das wasserdichtmachende Material ein Polymer ist.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 21, wobei das Anordnen eines Wandlerchips ein Anordnen eines MEMS-Druckwandlers über dem Substrat umfasst.
Ein MEMS-Drucksensor, umfassend: eine gedruckte Schaltungsplatine; eine integrierte Schaltung, die mit der gedruckten Schaltungsplatine gekoppelt ist; einen MEMS-Druckwandler, der mit der gedruckten Schaltungsplatine gekoppelt ist; eine Mehrzahl von Befestigungsanschlussflächen, die auf der gedruckten Schaltungsplatine angeordnet sind, die den MEMS-Druckwandler und die integrierte Schaltung umgibt, wobei die Mehrzahl von Befestigungsanschlussflächen eine Mehrzahl von Lücken zwischen jedem Befestigungsanschluss aufweist; und eine Abdeckung, die an der gedruckten Schaltungsplatine durch die Mehrzahl von Befestigungsanschlussflächen befestigt ist, wobei die Mehrzahl von Lücken Öffnungen zwischen einer umgebenden Umgebung und dem MEMS-Druckwandler aufweist.
Der MEMS-Drucksensor gemäß Anspruch 23, ferner umfassend ein Durchgangsloch in der gedruckten Schaltungsplatine, wobei das Durchgangsloch eine zusätzliche Öffnung zwischen einer umgebenden Umgebung und dem MEMS-Druckwandler umfasst.
Der MEMS-Drucksensor gemäß Anspruch 23 und 24, wobei der MEMS-Druckwandler auf die integrierte Schaltung gestapelt ist.