DE102018208230B4 - Mems-baustein und verfahren zum herstellen eines mems-bausteins - Google Patents

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Abstract

MEMS-Baustein (100) mit folgenden Merkmalen:einem Gehäuse (102), wobei das Gehäuse (102) ein Substrat (104) und ein daran angeordnetes Abdeckungselement (106) aufweist, wobei in dem Abdeckungselement (106) eine Durchgangsöffnung (108) vorgesehen ist,einem MEMS-Bauelement (110), das innerhalb des Gehäuses (102) an dem Abdeckungselement (106) angeordnet ist,einer integrierten Schaltungsanordnung (112), die innerhalb des Gehäuses (102) an dem Substrat (104) angeordnet ist, undeinem Support-Chip (114), der innerhalb des Gehäuses (102) an dem Substrat (104) angeordnet ist,wobei der an dem Substrat (104) angeordnete Support-Chip (114) mittels erster elektrischer Verbindungsleitungen (116) elektrisch mit dem an dem Abdeckungselement (106) angeordneten MEMS-Bauelement (110) gekoppelt ist, und ferner mittels zweiter elektrischer Verbindungsleitungen (118) elektrisch mit der an dem Substrat (104) angeordneten Schaltungsanordnung (112) gekoppelt ist, um mittels Kontaktflächen (114-1, 114-2) und Verbindungsleitungen (114-3), die an einem Oberflächenbereich (114-A) des Support-Chips (114) angeordnet sind, eine elektrische Verbindung zwischen dem MEMS-Bauelement (110) und der integrierten Schaltungsanordnung (112) herzustellen,wobei die Kontaktflächen (114-1) des Support-Chips (114) um eine Höhe (h114) des Support-Chips (114) beabstandet von dem Substrat (104) mit einer darin angeordneten Leiterbahn oder Metallisierungsebene angeordnet sind, undwobei an dem Oberflächenbereich (114-A) des Support-Chips (114), der einem Oberflächenbereich (110-A) des MEMS-Bauelements (110) gegenüberliegt, die Kontaktflächen (114-1) zumindest bereichsweise spiegelverkehrt zu den an dem Oberflächenbereich (110-A) des MEMS-Bauelements (110) angeordneten Kontaktanschlussflächen (110-1) ausgebildet sind.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Ausführungsbeispiele beziehen sich auf einen MEMS-Baustein bzw. MEMS-Sensor und auf ein Herstellungsverfahren desselben. Insbesondere beziehen sich Ausführungsbeispiele auf einen MEMS-Baustein in Form eines MEMS-Schallwandlers, wie z. B. eines MEMS-Mikrofons, mit einer sogenannten Top-Port-Mikrofonanordnung.
  • Hintergrund
  • MEMS-Bausteine umfassen im Allgemeinen ein auf einem Substrat angeordnetes elektrisches Bauteil, z. B. ein MEMS-Bauelement (MEMS = Microelectromechanical System), das von einem Gehäuse umgeben ist. Das Gehäuse soll dem MEMS-Baustein vor äußeren Umgebungseinflüssen, wie z. B. Staub, Schmutz, Feuchtigkeit etc. schützen. Manche Gehäuse sind auch vorgesehen, um den MEMS-Baustein vor externer elektromagnetischer Strahlung abzuschirmen, wobei dazu häufig ein metallischer Deckel des Gehäuses eingesetzt wird.
  • Bei MEMS-Mikrofonen werden gegenwärtig typischerweise zwei unterschiedliche Typen von MEMS-Bausteinen eingesetzt, d. h. sogenannte Top- Port-Mikrofone und Bottom-Port-Mikrofone. Bei Bottom-Port-Mikrofonen treten Schallwellen durch eine Durchgangsöffnung bzw. Schallöffnung (engl.: Sound Port) in dem Substrat in das Innenvolumen des MEMS-Bausteins ein, während bei sogenannten Top-Port-Mikrofonen die Durchgangsöffnung bzw. Schallöffnung in dem Deckel des Gehäuses (engl.: Package) angeordnet ist. Auf dem Gebiet von Mikrofonen und insbesondere von Hochleistungsmikrofonen ist ein hochohmiger elektrischer Pfad zwischen dem MEMS-Baustein und der zugehörigen Schaltungsanordnung ASIC (ASIC = Application-Specific Integrated Circuit) erforderlich. Jegliche unerwünschten parasitären Kapazitäten gegenüber Masse reduzieren die Empfindlichkeit des MEMS-Mikrofons und damit das Gesamtverhalten bzw. die Gesamtleistungsfähigkeit eines MEMS-Mikrofons.
  • Die JP 6 180 474 B2 bezieht sich auf ein Top-Port-MEMS-Mikrophon, wobei sowohl ein MEMS-Chip als auch ein ASIC-Chip innerhalb eines Innenvolumens angeordnet sind, das durch ein Gehäuse und eine Leiterplatte gebildet ist, und die durch eine Metallverdrahtung miteinander verbunden sind. Der MEMS-Chip ist an einer Innenwand einer Oberseite des Gehäuses befestigt, und eine Rückkammer ist von der Außenseite des MEMS-Chips des Gehäuses und der Leiterplatte umgeben. Eine Schallöffnung ist an einem Abschnitt des Gehäuses vorgesehen, der der Innenseite des MEMS-Chips zugewandt ist. Eine vordere Kammer ist zwischen der Schallöffnung und der Innenseite des MEMS-Chips ausgebildet.
  • Die WO 2006 / 085 825 A1 bezieht sich auf ein Häusungsverfahren für MEMS-Bauelemente und auf MEMS-Gehäuse, die unter Verwendung des Verfahrens hergestellt werden. Bei dem MEMS-Gehäuse befinden sich eine MEMS-Vorrichtung auf einem ersten flexiblen Substrat und eine oder mehrere elektronische Komponenten auf einem zweiten Substrat. Die beiden Substrate sind untereinander parallel geschaltet, wobei die MEMS-Vorrichtung und die weiteren elektronischen Komponenten dazwischenliegend angeordnet sind. Das leitende Element und die leitfähigen Schichten des Substrats bilden einen faradayschen Käfig, der das Gehäuse in Volumen vor EMI-Rauschen schützt.
  • Die US 2015 / 0 315 014 A1 bezieht sich auf eine Top-Port-MEMS-Kavitätsgehäuse und ein Verfahren zum Herstellen desselben. Das Verfahren zur Herstellung des Gehäuses, das eine MEMS-Vorrichtung schließt, sieht eine Abdeckung mit einem Deckel und Seitenwänden mit einer Öffnung vor, die sich durch den Deckel erstreckt. Eine erste Basiskomponente ist mit den Seitenwänden verbunden, die einen Innenhohlraum definieren. Diese erste Basiskomponente umfasst ferner eine sich dadurch erstreckende Öffnung. Die MEMS-Vorrichtung wird durch die Öffnung eingefügt und mit dem Deckel verbunden, wobei die MEMS-Vorrichtung die Öffnung zumindest teilweise überlappt. Die Montage wird abgeschlossen, indem eine zweite Basiskomponente mit der ersten Basiskomponente verbunden wird, um die Öffnung abzudichten. Das so gebildete Gehäuse hat eine Abdeckung mit einem Deckel, Seitenwänden und einer Öffnung, die sich durch den Deckel erstreckt. Die MEMS-Vorrichtung ist mit dem Deckel verbunden und elektrisch mit elektrisch leitenden Elementen gekoppelt, die auf die ersten Basiskomponenten angeordnet sind. Eine zweite Basiskomponente ist mit der ersten Basiskomponente verbunden, die die Öffnung überspannt.
  • Die US 2009/ 218 668 A1 bezieht sich auf ein doppelseitig montierbares MEMS-Gehäuse.
  • Die EP 3 432 604 A1 bezieht sich auf ein System und Verfahren zur Sensorhäusung.
  • Auf dem Gebiet von Hochleistungs-MEMS-Mikrofonen besteht somit ein Bedarf an MEMS-Mikrofonbausteinen mit einer erhöhten Empfindlichkeit und verbesserten Betriebseigenschaften.
  • Ein solcher Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden unabhängigen Patentansprüche erfüllt werden. Weiterbildungen des vorliegenden Konzepts sind in den Unteransprüchen definiert.
  • Ein MEMS-Baustein 100 umfasst ein Gehäuse 102, wobei das Gehäuse 102 ein Substrat 104 und ein daran angeordnetes Abdeckungselement 106 aufweist, wobei in dem Abdeckungselement 106 eine Durchgangsöffnung 108 vorgesehen ist, ein MEMS-Bauelement 110, das innerhalb des Gehäuses 102 an dem Abdeckungselement 106 angeordnet ist, eine integrierten Schaltungsanordnung 112, die innerhalb des Gehäuses 102 an dem Substrat 104 angeordnet ist, und ein Support-Bauelement 114, das innerhalb des Gehäuses 102 an dem Substrat 104 angeordnet ist, wobei das an dem Substrat 104 angeordnete Support-Bauelement 114 mittels erster elektrischer Verbindungsleitungen 116 elektrisch mit dem an dem Abdeckungselement 106 angeordneten MEMS-Bauelement 110 gekoppelt ist, und ferner mittels zweiter elektrischer Verbindungsleitungen 118 elektrisch mit der an dem Substrat 104 angeordneten Schaltungsanordnung 112 gekoppelt ist, um eine elektrische Verbindung zwischen dem MEMS-Bauelement 110 und der integrierten Schaltungsanordnung 112 herzustellen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind an einem Oberflächenbereich 114-A des Support-Bauelements 114, der einem Oberflächenbereich 110-A des MEMS-Bauelements 110 gegenüberliegt, Kontaktflächen 114-1 angeordnet sind, die zumindest bereichsweise spiegelverkehrt zu den an dem Oberflächenbereich 110-A des MEMS-Bauelements 110 angeordneten Kontaktanschlussflächen 110-1 ausgebildet sind.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind weisen die ersten elektrischen Verbindungsleitungen 116 zwischen den Kontaktanschlussflächen 110-1 an dem MEMS-Bauelement 110 und den zugeordneten Kontaktflächen 114-1 an dem Support-Bauelement 114 Bonddrähte oder Metallstifte auf.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind ist das Support-Bauelement 114 als eine Verdrahtungsbrücke zwischen dem MEMS-Bauelement 110 und der integrierten Schaltungsanordnung 112 ausgebildet.
  • Ein Verfahren 200 zum Herstellen eines MEMS-Bausteins 100 umfasst folgende Schritte: Bereitstellen 210 eines mit einer Durchgangsöffnung 108 versehenen Abdeckungselements 106, wobei ein MEMS-Bauelement 110 an dem Abdeckungselement 106 angeordnet ist, Bereitstellen eines Substrats 104, wobei an dem Substrat 104 eine integrierte Schaltungsanordnung 112 und ein Support-Bauelement 114 angeordnet sind, wobei die integrierte Schaltungsanordnung 112 über zweite elektrische Verbindungselemente 118 mit dem Support-Bauelement 114 elektrisch gekoppelt ist, und Verbinden 230 des Abdeckungselements 106 mit dem Substrat 104, um ein Gehäuse 102 mit einem Innenvolumen V zu bilden, und um in dem Innenvolumen V über erste elektrische Verbindungselemente 116 eine elektrische Verbindung zwischen dem MEMS-Bauelement 110 und dem Support-Bauelement 114 herzustellen, wobei das an dem Substrat 104 angeordnete Support-Bauelement 114 mittels der ersten elektrischen Verbindungselemente elektrisch mit dem an dem Abdeckungselement 106 angeordneten MEMS-Bauelement gekoppelt ist, und wobei ferner das Support-Bauelement 114 mittels der zweiten elektrischen Verbindungselemente 118 elektrisch mit der an dem Substrat 104 angeordneten, integrierten Schaltungsanordnung 112 gekoppelt ist, um eine elektrische Verbindung zwischen dem MEMS-Bauelement 110 und der integrierten Schaltungsanordnung 112 bereitzustellen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren 200 ferner folgenden Schritt auf vor dem Schritt des Verbindens 230, Ausrichten von Kontaktflächen 114-1 an dem Support-Bauelement 114 zumindest bereichsweise gegenüberliegend zu Kontaktanschlussflächen 110-1 an dem MEMS-Bauelement 110, wobei die Kontaktflächen 114-1 an dem Support-Bauelement 114 zumindest bereichsweise spiegelverkehrt zu den an dem MEMS-Bauelement 110 angeordneten Kontaktanschlussflächen 110-1 angeordnet sind.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird bei dem Schritt des Verbindens 230 die elektrische Kopplung zwischen den Kontaktanschlussflächen 110-1 an dem MEMS-Bauelement 110 und den zugeordneten Kontaktflächen 114-1 an dem Support-Bauelement 114 mittels Bonddrähten oder Metallstiften erhalten.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Support-Bauelement 114 als eine Verdrahtungsbrücke zwischen dem MEMS-Bauelement 110 und der integrierten Schaltungsanordnung 112 ausgebildet.
  • Figurenliste
  • Ausführungsbeispiele des vorliegenden Konzepts in Form des beschriebenen MEMS-Bausteins bzw. des Verfahrens zur Herstellung des MEMS-Bausteins werden nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren und Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
    • 1 eine Prinzipdarstellung in einer Querschnittsansicht eines MEMS-Bausteins mit einem Support-Bauelement (auch: Support-Chip) gemäß einem Ausführungsbeispiel;
    • 2a-b Prinzipdarstellungen in einer Draufsicht auf die typische Anordnung und Ausgestaltung der Kontaktanschlussflächen von MEMS-Bauelementen, der Kontaktflächen von Support-Bauelementen und der Anschlussbereiche von Schaltungsanordnungen gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
    • 3a-c ein prinzipielles Ablaufdiagramm der Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Herstellung eines MEMS-Bausteins gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele des vorliegenden Konzepts im Detail anhand der Figuren näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte, und Funktionsblöcke und/oder Verfahrensschritte in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente, Objekte, Funktionsblöcke und/oder Verfahrensschritte untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.
  • Verschiedene Ausführungsbeispiele werden nun ausführlich Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren beschrieben, in denen das vorliegende Konzept dargestellt ist. In den Figuren können die Stärken von Linien, Schichten und/oder Bereichen der verschiedenen Elemente, Objekte, Funktionsblöcke und/oder Verfahrensschritte zur Verdeutlichung nicht maßstäblich dargestellt sein.
  • Im Folgenden wird nun anhand von 1 in Form einer Prinzipdarstellung in einer Querschnittansicht ein MEMS-Baustein 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel beschrieben.
  • Wie in 1 dargestellt ist, weist der MEMS-Baustein 100 ein Gehäuse 102 mit einem Innenvolumen V auf, wobei das Gehäuse 102 ein Substrat 104 und ein daran angeordnetes Abdeckungselement 106, das beispielsweise auch als Deckel oder Lid bezeichnet werden kann, aufweist. In dem Abdeckungselement 106 ist nun eine Durchgangsöffnung bzw. Schallöffnung 108, die auch als Sound Port zu dem Innenvolumen V bezeichnet wird, vorgesehen. Ein MEMS-Bauelement 110, ist innerhalb des Gehäuses 102 in dem Innenvolumen V an dem Abdeckungselement 106 z. B. benachbart zu der Durchgangsöffnung 108 angeordnet. Innerhalb des Gehäuses 102 ist ferner eine integrierte Schaltungsanordnung 112, die auch als ASIC (ASIC= Application-Specific Integrated Circuit = anwendungsspezifische integrierte Schaltung) 112 an dem Substrat 104 angeordnet. An dem Substrat 104 ist ferner ein Support-Bauelement 114, das auch als Support-Baustein oder Support-Chip bezeichnet werden kann, innerhalb des Gehäuses 102 in dem Innenvolumen V angeordnet. Das an dem Substrat 104 angeordnete Substrat-Bauelement 114 ist nun mittels erster Verbindungsleitungen 116, die auch als Bonddrähte oder Bondstifte bezeichnet werden können, elektrisch mit den an dem Abdeckungselement 106 angeordneten MEMS-Bauelement 110 gekoppelt und ferner mittels zweiter Verbindungsleitungen 118 elektrisch mit der an dem Substrat 104 angeordneten Schaltungsanordnung 112 gekoppelt, um eine elektrische Verbindung zwischen dem MEMS-Bauelement 110 und der Schaltungsanordnung 112 bereitzustellen.
  • Das MEMS-Bauelement 110 kann beispielsweise als ein MEMS-Schallwandler oder MEMS-Mikrofon ausgebildet sein. Es wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgenden Ausführungen in gleichen Maßen auf jegliche MEMS-Bauelemente, wie z. B. auch Drucksensoren, etc., anwendbar sind, die in einem Gehäuse untergebracht sind.
  • Wie in 1 ferner dargestellt ist, kann das Support-Bauelement 114 z.B. mittels eines nichtleitfähigen Klebstoffes 105 an einem dem Innenvolumen zugewandten Oberflächenbereich 104-A des Substrats 104 angeordnet bzw. befestigt sein, während das MEMS-Bauelement 110 ferner z.B. mittels eines nichtleitfähigen Klebstoffes 105 an einem dem Innenvolumen V zugewandten Oberflächenbereich 106-A des Abdeckungselements 106 angeordnet bzw. befestigt ist.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind an dem Support-Bauelement 114 an einem Oberflächenbereich 114-A, der dem Oberflächenbereich 110-A des MEMS-Bauelements 110 gegenüberliegt bzw. demselben zugewandt ist, Kontaktflächen bzw. Metallisierungsflächen 114-1 angeordnet, die (zumindest bereichsweise) spiegelverkehrt zu den Kontaktanschlussflächen 110-1 ausgebildet sind, die an dem Oberflächenbereich 110-A des MEMS-Bauelements 110 angeordnet sind. Die Kontaktanschlussflächen 110-1 des MEMS-Bauelements 110 sind an einem Oberflächenbereich 110-A des MEMS-Bauelements 110 angeordnet, der dem Support-Bauelement 114 (bzw. dessen Oberflächenbereich 114-A) gegenüberliegt bzw. zugewandt ist.
  • Hinsichtlich der Ausgestaltung und Ausrichtung der Kontaktflächen 114-1 an dem Support-Bauelement 114 bezüglich der Kontaktanschlussflächen 110-1 an dem MEMS-Bauelement 110 wird ferner auf die nachfolgenden 2a-b und die dortige Beschreibung hingewiesen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die ersten elektrischen Verbindungsleitungen 116 zwischen den Kontaktanschlussflächen 110-1 an dem MEMS-Bauelement 110 und den zugeordneten, entsprechend geometrisch angeordneten Kontaktflächen 114-1 an dem Support-Bauelement 114 mittels Bonddrähten oder Metallstiften ausgebildet. Somit können die Kontaktflächen 114-1 an dem Support-Bauelement 114 als sogenannte Lande-Pads (= Landekontaktanschlussflächen) an dem Oberflächenbereich 114-A des Support-Bauelements 114 für die ersten elektrischen Verbindungsleitungen 116 angeordnet bzw. ausgebildet sein.
  • Ferner können die zweiten elektrischen Verbindungsleitungen 118 zwischen den Kontaktflächen 114-1 an dem Support-Bauelement 114 mittels Bonddrähten zu den Kontaktierungsflächen 112-1 an der integrierten Schaltungsanordnung 112 ausgebildet sein.
  • Das Support-Bauelement 114 kann also als eine sogenannte Verdrahtungsbrücke zwischen dem MEMS-Bauelement 110 und der Schaltungsanordnung 112 ausgebildet sein. Ferner wird durch die Verwendung des Support-Bauelements 114 erreicht, dass die Kontaktanschlussflächen 114 des Support-Bauelements 114 um die Dicke oder Höhe h114 des Support-Bauelements 114 beabstandet von dem Substrat 104 mit den darin optional angeordneten Leiterbahnen bzw. Metallisierungsebenen (nicht gezeigt in 1) angeordnet sind, so dass insbesondere durch die ersten und zweiten elektrischen Verbindungsleitungen 116, 118 bewirkte parasitäre Kapazitäten, z. B. gegen Masse, deutlich reduziert oder sogar vermieden werden können.
  • Das MEMS-Bauelement 110 kann also als ein MEMS-Schallwandler oder MEMS-Mikrofon mit einer Membranstruktur oder mehreren Membranstrukturen, z. B. in einer Dual-Membran-Konfiguration, und einer zugeordneten Gegenelektrodenstruktur bzw. mehreren zugeordneten Gegenelektrodenstrukturen, z. B. in einer Dual-Backplate-Konfiguration, ausgebildet sein (beide nicht gezeigt in 1).
  • Gemäß Ausführungsbeispielen weist der MEMS-Baustein 100 die integrierte Schaltungsanordnung 112 (ASIC) in dem Innenvolumen V des Gehäuses 102 an dem Substrat 104 auf. Die Schaltungseinrichtung 112, die elektrisch über das Support-Bauelement 114 und die ersten und zweiten Verbindungsleitungen 116, 118 elektrisch mit dem MEMS-Schallwandler 110 gekoppelt ist, ist nun beispielsweise ausgebildet, um basierend auf einer durch eine akustische Schalldruckänderung ΔP bewirkte Auslenkung einer Membranstruktur des Schallwandlers 110 gegenüber einer Gegenelektrodenstruktur als Signal S1 zu erfassen und ein entsprechendes, aufbereitetes Audio-Ausgangssignal S2 bereitzustellen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel können an dem Support-Bauelement 114 ausschließlich Verbindungsleiterstrukturen zur elektrischen Kopplung des MEMS-Bauelements 110 mit der Schaltungseinrichtung 112 und ansonsten keine weiteren elektrischen oder elektronischen Bauelemente angeordnet sein. Als Verbindungsleitungsstrukturen können die Kontaktflächen bzw. Metallisierungsflächen 114-1, 114-2 an dem Oberflächenbereich 114-A des Support-Bauelements 114 sowie weitere Leiterbahnstrukturen 114-3 zwischen den Kontaktflächen 114-1, 114-2 zum elektrischen Koppeln der jeweiligen ersten und zweiten elektrischen Verbindungsleitungen 116, 118 vorgesehen sein, d. h. zum jeweiligen Verbinden der an den Kontaktflächen 114-1 angeordneten ersten elektrischen Verbindungsleitungen 116 mit den zugeordneten Kontaktflächen 114-2 zum Verbinden mit den zweiten elektrischen Verbindungsleitungen 118.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel können in dem Support-Bauelement 114 neben den Kontaktflächen 114-1, 114-2 und Verbindungsleitungsstrukturen 114-3 ferner zusätzliche aktive und/oder passive Schaltungselemente (nicht gezeigt in 1) angeordnet sein. Die zusätzlichen aktiven und/oder passiven Schaltungselemente in dem Support-Bauelement 114 können beispielsweise zur HF-Kopplung der ersten und/oder zweiten Verbindungsleitungen gegenüber einem Referenzpotenzial, z. B. einer Masseleitung in dem Substrat 104, angeordnet sein. Das Substrat 104 kann optional eine oder mehrere Metallisierungsebenen 104-1 aufweisen, die beispielsweise als eine Masseebene und ferner als eine oder mehrere Signalleitungsebenen ausgebildet sein können.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die aktiven und/oder passiven Schaltungselemente in dem Support-Bauelement 114 zur Bereitstellung einer ESD-Funktionalität (ESD = Electrostatic Discharge) zum Schutz vor beispielsweise elektrostatischen Entladungen vorgesehen sein. Ferner können beispielsweise sogenannte Suppressordioden, wie z. B. TAZ-Dioden (TAZ = Transient Absorption Zenerdiode) oder TVS-Dioden (TVS = Transient Voltage Suppressor) vorgesehen sein, um nur einige mögliche aktive Schaltungselemente zu nennen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Abdeckungselement 106 zumindest bereichsweise oder auch vollständig elektrisch leitfähig ausgebildet sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das zumindest bereichsweise elektrisch leitfähig ausgebildete Abdeckungselement 106 mit einer leitfähigen Struktur 104-1, z. B. einer Masseebene, in dem Substrat 104 elektrisch verbunden sein.
  • Gemäß den beschriebenen Ausführungsbeispielen bezieht sich das vorliegende Konzept auf eine neuartige Top-Port-Mikrofonanordnung, bei der ein Support-Bauelement 114 in Form beispielsweise eines (zwischengeschalteten) Siliziumchips als eine Verdrahtungsbrücke (Wiring Bridge) eingesetzt wird, wodurch eine unerwünschte elektrische Verdrahtungsstruktur an bzw. auf dem Substrat 104 des Gehäuses 102, d. h. an dem Mikrofonsubstrat, vermieden werden kann. Dieser Ansatz ermöglicht, dass dieselben MEMS-Bauelemente (MEMS-Chips) 110 und dieselben integrierten Schaltungsanordnungen 112 (ASIC-Chips) sowohl für eine Top-Port- als auch eine Bottom-Port-Mikrofonanwendungen eingesetzt werden. Durch diesen Aufbau können parasitäre Kapazitäten der zwischen dem MEMS-Baustein 110 und der integrierten Schaltungsanordnung 112 angeordneten elektrischen Verbindungsleitungen 116, 118 gegenüber einer etwaigen Masseebene 104-1 in dem Substrat 104 vermieden werden.
  • Somit können Hochleistungsmikrofone mit einem hochohmigen elektrischen Pfad zwischen dem MEMS-Baustein 110 und der integrierten Schaltungsanordnung 112 vorgesehen werden. Ferner können jegliche unerwünschte parasitäre Kapazitäten zwischen den elektrischen Verbindungsleitungen 116, 118 und einem Referenzpotenzial, z. B. Massepotenzial, reduziert werden, so dass die sich ergebende Empfindlichkeit des MEMS-Bausteins, z. B. des MEMS-Mikrofons, und die daraus resultierende Gesamtbetriebsleistung des MEMS-Bauelements 110 erhöht werden kann. Die unerwünschten parasitären Kapazitäten können also durch das Hinzufügen des Support-Bauelements 114, das z. B. als ein Silizium-Support-Chip ausgebildet sein kann, zwischen den elektrischen Verbindungsleitungen 116, 118 des MEMS-Bausteins 110 und der integrierten Schaltungsanordnung 112 (ASIC) reduziert werden. Der Support-Baustein 114 wird beispielsweise mittels eines nichtleitfähigen Klebstoffes an die Oberseite bzw. den Oberflächenbereich 104-A des Substrats angeklebt bzw. befestigt, und stellt daher beispielsweise eine ausreichende elektrische Entkopplung zu dem Substrat 104 und darin etwaig angeordneten Leitungsstrukturen 104-1 bereit.
  • Basierend auf der Ausgestaltung des MEMS-Bausteins 100, wie dies in 1 beispielhaft dargestellt ist, können im Wesentlichen die gleichen MEMS-Bausteine 110 und integrierten Schaltungsanordnungen 112 beispielsweise sowohl für Top-Port-MEMS-Mikrofonanwendungen als auch für Bottom-Port-MEMS-Mikrofonanordnungen verwendet werden, und ermöglichen somit eine maximale Flexibilität bei der Verwendung dieser Bausteine.
  • In den 2a-b sind nun in einer Draufsicht beispielhafte Anordnungen der Kontaktanschlussflächen 110-1 an dem MEMS-Bauelement mit der dortigen Membranstruktur 111 sowie den zugeordneten Kontaktflächen 114-1, 114-2 des Support-Bauelements 114 beispielhaft angegeben, wobei aus den 2a-b deutlich wird, dass die an dem Support-Bauelement 114 an einem Oberflächenbereich 114-A derselben, der einem Oberflächenbereich 114-A des MEMS-Bauelements 110 gegenüberliegt, die Kontaktflächen 114-1, z. B. als Metallisierungsflächen, angeordnet sind, die zumindest bereichsweise spiegelverkehrt zu den an dem Oberflächenbereich 110-A des MEMS-Bauelements 110 angeordneten Kontaktanschlussflächen 110-1 ausgebildet sind.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die ersten elektrischen Verbindungsleitungen 116 zwischen den Kontaktanschlussflächen 110-1 an dem MEMS-Bauelement 110 und den zugeordneten, entsprechend geometrisch angeordneten Kontaktflächen 114-1 an dem Support-Bauelement 114 mittels Bonddrähten oder Metallstiften ausgebildet. Somit können die Kontaktflächen 114-1 an dem Support-Bauelement 114 als sogenannte Lande-Pads (= Landekontaktanschlussflächen) an dem Oberflächenbereich 114-A des Support-Bauelements 114 für die ersten elektrischen Verbindungsleitungen 116 angeordnet bzw. ausgebildet sein.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind an dem Support-Bauelement 114 an einem Oberflächenbereich 114-A, der dem Oberflächenbereich 110-A des MEMS-Bauelements 110 gegenüberliegt bzw. demselben zugewandt ist, Kontaktflächen bzw. Metallisierungsflächen 114-1 angeordnet, die (zumindest bereichsweise) spiegelverkehrt zu den Kontaktanschlussflächen 110-1 ausgebildet sind, die an dem Oberflächenbereich 110-A des MEMS-Bauelements 110 angeordnet sind. Die Kontaktanschlussflächen 110-1 des MEMS-Bauelements 110 sind an einem Oberflächenbereich 110-A des MEMS-Bauelements 110 angeordnet, der dem Support-Bauelement 114 (bzw. dessen Oberflächenbereich 114-A) gegenüberliegt bzw. zugewandt ist.
  • Dagegen können die weiteren Kontaktanschlussflächen 114-2 an dem Support-Bauelement 114 im Wesentlichen beliebig an dem Oberflächenbereich 114-A des Support-Bauelements 114 angeordnet und über die Metallisierungen bzw. Leiterbahnen 114-3 mit den zugeordneten Kontaktflächen 114-1 verbunden sein. Die Ausgestaltung und Anordnung der Kontaktflächen 114-2 kann dabei unter Berücksichtigung des erforderlichen Drahtbondverfahrens mit der Schaltungsanordnung 112 bzw. den daran angeordneten Kontaktierungsflächen 112-1 ausgebildet werden. Typische Abmessungen der Kontaktflächen 114-1, 114-2 bzw. Kontaktanschlussflächen 110-1 können bei einer runden Ausgestaltung in einer Größenordnung von 50 bis 150 und bei etwa 80 µm liegen und können bei einer rechteckigen Ausgestaltung bei einer Kantenlänge zwischen 50 und 150 µm und bei etwa 80 µm liegen.
  • Im Folgenden wird nun anhand von 3a-c ein prinzipielles Ablaufdiagramm der Verfahrensschritte eines Verfahrens 200 zum Herstellen eines MEMS-Bausteins 100 dargestellt.
  • Zunächst wird nun, wie in 3a gezeigt, bei dem Herstellungsverfahren 200 bei Schritt 210 ein mit einer Durchgangsöffnung 108 versehenes Abdeckungselement 106 bereitgestellt, wobei ein MEMS-Bauelement 110 an dem Abdeckungselement 106 z. B. benachbart zu der Durchgangsöffnung 108 angeordnet ist. Ferner sind an einem Oberflächenbereich 110-A des MEMS-Bauelements 110 an dort angeordneten Kontaktanschlussflächen 110-1 elektrisch leitfähige Verbindungselemente 116, z. B. in Form von Bonddrahtelementen (mit einer ausreichenden Steifigkeit des Bonddrahts) oder Stiftelementen, angeordnet.
  • Die „Deckelvorbereitung“ umfasst somit ein Ankleben des MEMS-Bauelements 110 an das Abdeckungselement 106 (Deckel) und das Hinzufügen der ersten elektrischen Verbindungselemente 116, z. B. in Form eines oder mehrerer vertikaler Bonddrähte oder Bondstifte. Beispielsweise können vier elektrische Verbindungselemente 116 vorgesehen sein, wobei aber je nach Anwendungsfall auch eine unterschiedliche Anzahl von Verbindungselementen eingesetzt werden kann.
  • Bei einem Schritt 220 von 3b wird nun ein Substrat 104 bereitgestellt, wobei an dem Substrat 104 eine integrierte Schaltungsanordnung 112 (ASIC) und ein Support-Bauelement 114 angeordnet sind, wobei die integrierte Schaltungsanordnung 112 über Verbindungselemente 116, die beispielsweise als Bonddrähte ausgebildet sind, elektrisch mit dem Support-Bauelement 114 bzw. den daran angeordneten Kontaktflächen 114-2 verbunden. Wie in 3b dargestellt ist, kann sich auf Kontaktflächen 114-1 des Support-Bauelements 114 beispielsweise ein leitfähiger Klebstoff bzw. Klebstofftropfen 115 befinden, der für die nachfolgende Verbindung mit den Verbindungselementen 116 vorgesehen ist. Ferner kann das Support-Bauelement 114 beispielsweise ein Halbleitermaterial, wie z. B. ein Silizium-Material aufweisen, das als Metallisierungsflächen bzw. Kontaktflächen 114-1, 114-2 und Leitungsstrukturen 114-3 eine Metallauflage, z.B. eine Goldauflage (als eine Goldplattierung), aufweist, wie dies beispielsweise auch bei den Kontaktierungsflächen 112-1 der integrierten Schaltungsanordnung 112 der Fall ist.
  • Die Substratvorbereitung umfasst beispielsweise ein Ankleben der integrierten Schaltungsanordnung 112 und des Support-Bauelements 114 an dem Substrat, wobei zweite elektrische Verbindungselemente 118, z. B. als Bonddrähte, zwischen den Kontaktierungsflächen 112-1 der integrierten Schaltungsanordnung 112 und der Kontaktflächen 114-2 des Support-Bauelements angeordnet werden, wobei ferner ein leitfähiges Klebstoffmaterial bzw. Klebstoffkugeln 115 an den sogenannten Landepunkten, d. h. den Kontaktflächen 114-1 auf dem Support-Bauelement 114 angeordnet werden.
  • Bei dem in 3c dargestellten Schritt 230 wird nun das Abdeckungselement 106 mit dem Substrat 104 mechanisch und optional auch elektrisch verbunden, um ein Gehäuse 102 mit einem Innenvolumen V zu bilden, wobei bei dem Schritt 230 des Verbindens ferner in dem Innenvolumen V über die ersten Verbindungselemente 116, z. B. Bonddrähte oder Bondstifte, eine elektrische Kopplung zwischen den Kontaktanschlussflächen 110-1 des MEMS-Bauelements 110 und den Kontaktflächen 114-1 des Support-Bauelements 114 hergestellt werden. Dazu werden die elektrischen Verbindungselemente 116 beispielsweise in das an den Kontaktflächen 114-1 des Support-Bauelements 114 angeordnete leitfähige Klebstoffmaterial 115 eingebracht, das bei einem nachfolgenden Aushärten desselben zu einer mechanischen und elektrischen Verbindung der ersten elektrischen Verbindungselemente 116 auch mit den Kontaktflächen 114-1 an dem Support-Bauelement 114 sorgt.
  • Ferner kann beispielsweise ein Klebstoff bzw. ein Lötmittel verwendet werden, um die mechanische Verbindung zwischen dem Abdeckungselement 106 und dem Substrat 104 zu erhalten. Soll ferner eine elektrische Verbindung zwischen dem Abdeckungselement 106 und dem Substrat 104 bzw. darin angeordneten Verdrahtungsebenen 104-1 hergestellt werden, ist der Klebstoff bzw. das Lötmittel elektrisch leitfähig ausgebildet und an entsprechenden Substratkontaktflächen (nicht gezeigt) angeordnet.
  • Bei dem Schritt 230 der „Deckelbefestigung“ wird also der an dem Substrat 104 angeordnete Support-Baustein 114 mittels der ersten elektrischen Verbindungselemente 116 elektrisch mit dem an dem Abdeckungselement 106 angeordneten MEMS-Bauelement 110 gekoppelt, wobei mittels der zweiten elektrischen Verbindungselemente 118 das Support-Bauelement 114 bereits mit der an dem Substrat 104 angeordneten, integrierten Schaltungsanordnung 112 verbunden ist, so dass eine elektrische Verbindung bzw. Kopplung zwischen dem MEMS-Bauelement 110 und der integrierten Schaltungsanordnung 112 bereitgestellt wird.
  • Aus der obigen Beschreibung des Verfahrens 200 mit den beispielhaften Verfahrensschritten 210, 220 und 230 sollte deutlich werden, dass diese nur eine prinzipielle und stark vereinfachte Darstellung der Vorgehensweise zum Herstellen des MEMS-Bauelements 100 darstellt, da beispielsweise noch weitere Zwischenschritte zur Berücksichtigung weiterer Prozessschritte, die aber für das vorliegende Konzept nicht wesentlich sind, durchgeführt werden können.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden nun vor dem Schritt des Verbindens 230 die Kontaktflächen 114-1 an dem Support-Bauelement 114 zumindest bereichsweise gegenüberliegend zu den Kontaktanschlussflächen 110-1 an dem MEMS-Bauelement 110 angeordnet bzw. ausgerichtet. Die Kontaktflächen 114-1 an dem Support-Bauelement 114 sind somit zumindest bereichsweise oder vollständig spiegelverkehrt zu den an dem MEMS-Bauelement 110 angeordneten Kontaktanschlussflächen 110-1 angeordnet bzw. ausgerichtet.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird bei dem Schritt 230 des Verbindens die elektrische Kopplung bzw. die elektrischen Verbindungen zwischen den Kontaktanschlussflächen 110-1 an dem MEMS-Bauelement 110 und den zugeordneten, entsprechend geometrisch angeordneten Kontaktflächen 114-1 an dem Support-Bauelement 114 mittels Bonddrähten, Bondstiften oder Metallstiften erhalten. Die Kontaktflächen 114-1 an dem Support-Bauelement 114 sind somit als Lande-Pads für Verbindungselemente 116 an dem Oberflächenbereich 114-A des Support-Bauelements 114 ausgebildet.
  • Gleichermaßen ist eine „umgekehrte Ausgestaltung bzw. Ausführung“ möglich, bei der die elektrischen Verbindungsleitungen 116 in Form von Bonddrähten, Bondstiften und/oder Metallstiften an dem Oberflächenbereich 114-A an den dortigen Kontaktflächen 114-1 des Support-Bauelements 114 ausgebildet sind, wobei dann an den Kontaktanschlussflächen 110-A des MEMS-Bauelements110 das leitfähige Klebstoffmaterial bzw. die leitfähigen Klebestoffkugeln 115 (in einem nichtausgehärteten Zustand) angeordnet sind, und die Kontaktanschlussflächen 110-1 an dem MEMS-Bauelement 110 somit als die Lande-Pads für die elektrischen Verbindungselemente 116 an dem Oberflächenbereich 110-A des MEMS-Bauelements 110 ausgebildet sind.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist also das Support-Bauelement 114 als eine Verdrahtungsbrücke (Wiring Bridge) zwischen den MEMS-Bauelement 110 und der integrierten Schaltungsanordnung 112 ausgebildet.
  • Wie in 3c beispielhaft dargestellt ist, ist die Höhe h114 des Support-Bauelements 114 etwas kleiner als die Höhe h112 der integrierten Schaltungsanordnung 112. Gemäß Ausführungsbeispielen können die Höhen h114 und h112 auch gleich groß ausgebildet sein, wobei auch die Höhe h114 größer als die Höhe h112 ausgebildet sein kann, je nach den Anforderungen der jeweiligen Ausgestaltung des MEMS-Bauelements 100.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird also bei dem Schritt des Verbindens 230 die integrierte Schaltungsanordnung 112 über das Support-Bauelement 114 elektrisch mit dem MEMS-Bauelement 110 gekoppelt.
  • Im Folgenden werden nun nochmals einige Sachverhalte und Funktionen des vorliegenden MEMS-Bausteins 100 bzw. des Verfahrens 200 zum Herstellen des MEMS-Bausteins 100 beispielhaft erläutert.
  • Gemäß Ausführungsbeispielen wird also ein Top-Port-Mikrofon 100 mit einem zusätzlichen Support-Bauelement 114 als eine sogenannte Verdrahtungsbrücke (Wiring Bridge) ausgebildet. Das an der Abdeckung 106 (auch Deckel oder Lid) angeordnete MEMS-Bauelement 110 wird über den Support-Baustein 114, auch Support-Chip, mit der integrierten Schaltungsanordnung 112 (ASIC) innerhalb des Gehäuses 102 verbunden. Der Support-Baustein weist an dessen Oberseite 114-A Kontaktflächen bzw. Metallisierungsflächen 114-1 auf, die spiegelverkehrt zu den an dem MEMS-Bauelement angeordneten Kontaktanschlussflächen 110-1 ausgebildet sind und als sogenannte Lande-Pads (Landeflächen) an dem Oberflächenbereich 114-A des Support-Bauelements 114 dienen. Eine Mehrzahl von elektrischen Verbindungselementen 116, z. B. in Form von Stiften oder ausreichend starr ausgebildeten Bonddrähten, bilden die elektrische Verbindung 116 zwischen den Kontaktanschlussflächen 110-1 an dem MEMS-Bauelement 110 und den zugeordneten, entsprechend geometrisch angeordneten Lande-Kontaktflächen (Lande-Pads) 114-1 an dem Support-Bauelement 114. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Support-Bauelement keine weitere elektrische bzw. elektronische Funktionalität auf.
  • Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen können in dem Support-Bauelement 114 zusätzliche aktive und/oder passive Schaltungselemente, wie z. B. Vorverstärker, etc., angeordnet sein, um diese elektronische Funktionalität von der integrierten Schaltungsanordnung 112, d. h. dem ASIC-Chip, zu trennen und auf das Support-Bauelement zu verlagern, so dass beispielsweise die Komplexität der integrierten Schaltungsanordnung 112 verringert werden kann oder zusätzliche, auf der integrierten Schaltungsanordnung 112 nicht zur Verfügung gestellte elektrische und/oder elektronische Funktionalitäten, wie z. B. Verstärkungseigenschaften, Filtereigenschaften, etc., an dem Ausgangssignal S1 des MEMS-Bauelements 110 von dem Support-Chip 114 durchgeführt werden können. Ferner können gemäß Ausführungsbeispielen schaltungstechnische Maßnahmen getroffen werden, um auch HF-Eigenschaften, wie z. B. eine HF-Kopplung an den elektrischen Leitungselementen 116, 118 zu erhalten. Ferner können gemäß Ausführungsbeispielen Schaltungselemente zur ESD-Sicherheit an dem Support-Bauelement implementiert werden.
  • Somit kann eine modulare Gestaltung des Support-Bauelements 114 und der dazugehörigen integrierten Schaltungsanordnung 112 sowie optional des MEMS-Bauelements 110 vorgesehen werden.
  • Da die Kontaktanschlussflächen 110-1 des MEMS-Bauelements 110, z. B. aus Isolationsgründen, an den Ecken des MEMS-Bauelements 110 vorgesehen sind, ergeben sich entsprechende geometrische Restriktionen für die Ausgestaltung der Kontaktflächen 114-1 an dem Support-Bauelement 114, die geometrisch mit den Kontaktanschlussflächen 110-1 an dem MEMS-Bauelement 110 zur Aufnahme der Kontaktstifte 116 zur sicheren elektrischen Verbindung auf eine relativ exakt ausgerichtete Art und Weise vorgesehen sind.
  • Typische Abmessungen für ein MEMS-Bauelement 110 (MEMS-Chip) liegen gegenwärtig bei einer Kantenlänge von 1,5 bis 2,5 mm und bei etwa 1,9 mm, während eine integrierte Schaltungsanordnung 112 (HSEC) beispielsweise eine Kantenlänge von 0,5 bis 1 mm und von etwa 0,8 mm aufweist, wobei dies momentanen Designs für MEMS-Bauelemente 110 bzw. integrierten Schaltungsanordnungen 112 entspricht. Die MEMS-Kontaktanschlussflächen 110-1 (Kontakt-Pads) weisen beispielsweise eine Kantenlänge von 50 bis 150 µm und von etwa 18 µm auf, wobei ein Toleranzbereich zur Kontaktierung von maximal ± 10 µm einzuhalten ist.
  • Die Stifte 116 können beispielsweise an den Kontaktanschlussflächen 110-1 des MEMS-Bauelements 110 angeordnet werden, und Zusammenfügen des Gehäuses 102, d.h. des Deckels 106 mit dem Substrat 104, das beispielsweise als eine PCB (PCB = Printed Circuit Board = gedruckte Schaltungsplatine) ausgebildet ist, mittels eines an den Kontaktflächen 114-1 des Support-Bauelements 114 angeordneten leitfähigen Klebstofftropfens verbunden werden können.
  • Alternativ besteht eine mögliche Vorgehensweise darin, die Kontaktstifte 116 fest an den Kontaktflächen 114-1 des Support-Bauelements vorzusehen, und beim Zusammenfügen des Substrats 104 mit dem Deckelelement 106 die Klebeverbindung zwischen den Kontaktstiften 116 und den mit einem leitfähigen Klebstoffmaterial versehenen Kontaktanschlussflächen 110-1 des MEMS-Bauelements 110 herzustellen.
  • Gemäß Ausführungsbeispielen des vorliegenden Konzepts kann also zusammenfassend festgestellt werden, dass das Support-Bauelement 114 vorgesehen ist, um eine Verdrahtungsbrücke zwischen dem MEMS-Bauelement 110 und der integrierten Schaltungsanordnung 112 vorzusehen, wobei insbesondere parasitäre Effekte gegenüber herkömmlichen Vorgehensweisen, bei denen beispielsweise die Kontaktstifte bzw. Verbindungsleitungen bis an die Oberfläche des Substrats 104 reichen, ausgeräumt werden können.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel können aktive und/oder passive Schaltungsteile der integrierten Schaltungsanordnung 112 (ASIC) auf das Support-Bauelement 114 ausgelagert werden, so dass beispielsweise modulare Funktionen bzw. Bausteine für bestimmte Baureihen von integrierten Schaltungsanordnungen (ASICs) durch das Support-Bauelement bereitgestellt werden können.
  • Eine weitere Anwendungsmöglichkeit des Support-Bauelements 114 als Verdrahtungsbrücke besteht ferner darin, dass die gleichen MEMS-Bauelemente 110 als auch integrierten Schaltungsanordnungen 112 sowohl bei Top-Port-Mikrofonen als auch bei Bottom-Port-Mikrofonen eingesetzt werden können, d. h. keine speziell designten Elemente für die beiden unterschiedlichen Mikrofontypen erforderlich sind.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein MEMS-Baustein 100 folgende Merkmale: ein Gehäuse 102, wobei das Gehäuse 102 ein Substrat 104 und ein daran angeordnetes Abdeckungselement 106 aufweist, wobei in dem Abdeckungselement 106 eine Durchgangsöffnung 108 vorgesehen ist, ein MEMS-Bauelement 110, das innerhalb des Gehäuses 102 an dem Abdeckungselement 106 angeordnet ist, eine integrierten Schaltungsanordnung 112, die innerhalb des Gehäuses 102 an dem Substrat 104 angeordnet ist, und ein Support-Bauelement 114, das innerhalb des Gehäuses 102 an dem Substrat 104 angeordnet ist, wobei das an dem Substrat 104 angeordnete Support-Bauelement 114 mittels erster elektrischer Verbindungsleitungen 116 elektrisch mit dem an dem Abdeckungselement 106 angeordneten MEMS-Bauelement 110 gekoppelt ist, und ferner mittels zweiter elektrischer Verbindungsleitungen 118 elektrisch mit der an dem Substrat 104 angeordneten Schaltungsanordnung 112 gekoppelt ist, um eine elektrische Verbindung zwischen dem MEMS-Bauelement 110 und der integrierten Schaltungsanordnung 112 herzustellen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind an einem Oberflächenbereich 114-A des Support-Bauelements 114, der einem Oberflächenbereich 110-A des MEMS-Bauelements 110 gegenüberliegt, Kontaktflächen 114-1 angeordnet, die zumindest bereichsweise spiegelverkehrt zu den an dem Oberflächenbereich 110-A des MEMS-Bauelements 110 angeordneten Kontaktanschlussflächen 110-1 ausgebildet sind.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel weisen die ersten elektrischen Verbindungsleitungen 116 zwischen den Kontaktanschlussflächen 110-1 an dem MEMS-Bauelement 110 und den zugeordneten Kontaktflächen 114-1 an dem Support-Bauelement 114 Bonddrähte oder Metallstifte auf.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Support-Bauelement 114 als eine Verdrahtungsbrücke zwischen dem MEMS-Bauelement 110 und der integrierten Schaltungsanordnung 112 ausgebildet.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das MEMS-Bauelement 114 als ein MEMS-Schallwandler oder MEMS-Mikrofon mit einer Membranstruktur und einer zugeordneten Gegenelektrodenstruktur ausgebildet.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die integrierte Schaltungsanordnung 112 über das Support-Bauelement 114 elektrisch mit dem MEMS-Bauelement 110 gekoppelt, wobei die integrierte Schaltungseinrichtung 112 ausgebildet ist, um ein Ausgangssignal S1 des MEMS-Bauelements 110, das auf einer durch eine akustische Schalldruckänderung ΔP bewirkten Auslenkung einer Membranstruktur gegenüber einer Elektrodenstruktur des MEMS-Bauelements 114 basiert, zu erfassen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind an dem Support-Bauelement 114 ausschließlich die Kontaktflächen 114-1, 114-2 und Verbindungsleitungsstrukturen 114-3 zur elektrischen Kopplung des MEMS-Bauelements 110 mit der integrierten Schaltungsanordnung 112 angeordnet.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind in dem Support-Bauelement 114 neben den Kontaktflächen 114-1, 114-2 und Verbindungsleitungsstrukturen 114-3 ferner zusätzliche aktive und/oder passive Schaltungselemente angeordnet.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind in dem Support-Bauelement 114 die aktiven und/oder passiven Schaltungselemente zur HF-Kopplung der ersten und zweiten elektrischen Verbindungsleitungselemente 116, 118 gegenüber dem Substrat angeordnet.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind in dem Support-Bauelement 114 aktive und/oder passive Schaltungselemente zur Bereitstellung einer ESD-Funktionalität der Verbindungsleitungsstrukturen gegenüber dem Substrat 104 angeordnet.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Abdeckungselement 106 zumindest bereichsweise elektrisch leitfähig ausgebildet.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Abdeckungselement 106 elektrisch leitfähig ausgebildet und mit einer leitfähigen Struktur 104-1 an dem Substrat 104 elektrisch verbunden.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das MEMS-Bauelement 110 benachbart zu der Durchgangsöffnung 108 oder die Durchgangsöffnung 108 überspannend in dem Gehäuse 102 angeordnet.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren 200 zum Herstellen eines MEMS-Bausteins 100 folgende Schritte: Bereitstellen 210 eines mit einer Durchgangsöffnung 108 versehenen Abdeckungselements 106, wobei ein MEMS-Bauelement 110 an dem Abdeckungselement 106 angeordnet ist, Bereitstellen eines Substrats 104, wobei an dem Substrat 104 eine integrierte Schaltungsanordnung 112 und ein Support-Bauelement 114 angeordnet sind, wobei die integrierte Schaltungsanordnung 112 über zweite elektrische Verbindungselemente 118 mit dem Support-Bauelement 114 elektrisch gekoppelt ist, und Verbinden 230 des Abdeckungselements 106 mit dem Substrat 104, um ein Gehäuse 102 mit einem Innenvolumen V zu bilden, und um in dem Innenvolumen V über erste elektrische Verbindungselemente 116 eine elektrische Verbindung zwischen dem MEMS-Bauelement 110 und dem Support-Bauelement 114 herzustellen, wobei das an dem Substrat 104 angeordnete Support-Bauelement 114 mittels der ersten elektrischen Verbindungselemente elektrisch mit dem an dem Abdeckungselement 106 angeordneten MEMS-Bauelement gekoppelt ist, und wobei ferner das Support-Bauelement 114 mittels der zweiten elektrischen Verbindungselemente 118 elektrisch mit der an dem Substrat 104 angeordneten, integrierten Schaltungsanordnung 112 gekoppelt ist, um eine elektrische Verbindung zwischen dem MEMS-Bauelement 110 und der integrierten Schaltungsanordnung 112 bereitzustellen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren 200 ferner folgenden Schritt: vor dem Schritt des Verbindens 230, Ausrichten von Kontaktflächen 114-1 an dem Support-Bauelement 114 zumindest bereichsweise gegenüberliegend zu Kontaktanschlussflächen 110-1 an dem MEMS-Bauelement 110, wobei die Kontaktflächen 114-1 an dem Support-Bauelement 114 zumindest bereichsweise spiegelverkehrt zu den an dem MEMS-Bauelement 110 angeordneten Kontaktanschlussflächen 110-1 angeordnet sind.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird bei dem Schritt des Verbindens 230 die elektrische Kopplung zwischen den Kontaktanschlussflächen 110-1 an dem MEMS-Bauelement 110 und den zugeordneten Kontaktflächen 114-1 an dem Support-Bauelement 114 mittels Bonddrähten oder Metallstiften erhalten.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Support-Bauelement 114 als eine Verdrahtungsbrücke zwischen dem MEMS-Bauelement 110 und der integrierten Schaltungsanordnung 112 ausgebildet ist.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird bei dem Schritt des Verbindens 230 die integrierte Schaltungsanordnung 112 über das Support-Bauelement 114 elektrisch mit dem MEMS-Bauelement gekoppelt.
  • Obwohl einige Aspekte der vorliegenden Offenbarung als Merkmale im Zusammenhang einer Vorrichtung beschrieben wurden, ist es klar, dass eine solche Beschreibung ebenfalls als eine Beschreibung entsprechender Verfahrensmerkmale betrachtet werden kann. Obwohl einige Aspekte als Merkmale im Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben wurden, ist klar, dass eine solche Beschreibung auch als eine Beschreibung entsprechender Merkmale einer Vorrichtung bzw. der Funktionalität einer Vorrichtung betrachtet werden können.
  • In der vorhergehenden detaillierten Beschreibung wurden teilweise verschiedene Merkmale in Beispielen zusammen gruppiert, um die Offenbarung zu rationalisieren. Diese Art der Offenbarung soll nicht als die Absicht interpretiert werden, dass die beanspruchten Beispiele mehr Merkmale aufweisen als ausdrücklich in jedem Anspruch angegeben sind. Vielmehr kann, wie die folgenden Ansprüche wiedergeben, der Gegenstand in weniger als allen Merkmalen eines einzelnen offenbarten Beispiels liegen. Folglich werden die folgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch als ein eigenes separates Beispiel stehen kann. Während jeder Anspruch als ein eigenes separates Beispiel stehen kann, sei angemerkt, dass, obwohl sich abhängige Ansprüche in den Ansprüchen auf eine spezifische Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen zurückbeziehen, andere Beispiele auch eine Kombination von abhängigen Ansprüchen mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen Anspruchs oder einer Kombination jedes Merkmals mit anderen abhängigen oder unabhängigen Ansprüchen umfassen. Solche Kombinationen seien umfasst, es sei denn es ist ausgeführt, dass eine spezifische Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner ist beabsichtigt, dass auch eine Kombination von Merkmalen eines Anspruchs mit jedem anderen unabhängigen Anspruch umfasst ist, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt abhängig von dem unabhängigen Anspruch ist.
  • Obwohl spezifische Ausführungsbeispiele hierin dargestellt und beschrieben wurden, wird einem Fachmann offensichtlich sein, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Implementierungen für die spezifischen dort gezeigten und dargestellten Ausführungsbeispiele ersetzt werden können, ohne von dem Gegenstand der vorliegenden Anmeldung abzuweichen. Dieser Anmeldungstext soll alle Adaptionen und Variationen der hierin beschriebenen und erörterten spezifischen Ausführungsbeispiele abdecken. Daher ist der vorliegende Anmeldungsgegenstand lediglich durch den Wortlaut der Ansprüche und den äquivalenten Ausführungsformen derselben begrenzt.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    MEMS-Baustein
    102
    Gehäuse
    104
    Substrat
    104-1
    leitfähige Struktur
    104-A
    Oberflächenbereich des Substrats
    105
    nichtleitfähiger Klebstoff
    106
    Abdeckungselement
    106-A
    Oberflächenbereich des Abdeckungselements
    108
    Schallöffnung
    110
    MEMS-Bauelement
    110-A
    Oberflächenbereich des MEMS-Bauelements
    110-1
    Kontaktanschlussflächen
    111
    Membranstruktur
    112
    integrierte Schaltungsanordnung
    112-1
    Kontaktierungsflächen
    114
    Support-Bauelement
    114-A
    Oberflächenbereich des Support-Bauelements
    114-1, 114-2
    Kontaktflächen
    114-3
    Verbindungsleitungsstrukturen
    115
    leitfähiger Klebstoff bzw. Klebstofftropfen
    116
    erste Verbindungsleitungen
    118
    zweite Verbindungsleitungen
    200
    Verfahren
    210, 220, 230
    Verfahrensschritte
    h112
    Höhe der integrierten Schaltungsanordnung
    h114
    Höhe des Support-Bauelements
    ΔP
    akustische Schalldruckänderung
    S1
    Ausgangssignal des MEMS-Bauelements
    S2
    Ausgangssignal der integrierten Schaltungsanordnung
    V
    Innenvolumen

Claims (19)

  1. MEMS-Baustein (100) mit folgenden Merkmalen: einem Gehäuse (102), wobei das Gehäuse (102) ein Substrat (104) und ein daran angeordnetes Abdeckungselement (106) aufweist, wobei in dem Abdeckungselement (106) eine Durchgangsöffnung (108) vorgesehen ist, einem MEMS-Bauelement (110), das innerhalb des Gehäuses (102) an dem Abdeckungselement (106) angeordnet ist, einer integrierten Schaltungsanordnung (112), die innerhalb des Gehäuses (102) an dem Substrat (104) angeordnet ist, und einem Support-Chip (114), der innerhalb des Gehäuses (102) an dem Substrat (104) angeordnet ist, wobei der an dem Substrat (104) angeordnete Support-Chip (114) mittels erster elektrischer Verbindungsleitungen (116) elektrisch mit dem an dem Abdeckungselement (106) angeordneten MEMS-Bauelement (110) gekoppelt ist, und ferner mittels zweiter elektrischer Verbindungsleitungen (118) elektrisch mit der an dem Substrat (104) angeordneten Schaltungsanordnung (112) gekoppelt ist, um mittels Kontaktflächen (114-1, 114-2) und Verbindungsleitungen (114-3), die an einem Oberflächenbereich (114-A) des Support-Chips (114) angeordnet sind, eine elektrische Verbindung zwischen dem MEMS-Bauelement (110) und der integrierten Schaltungsanordnung (112) herzustellen, wobei die Kontaktflächen (114-1) des Support-Chips (114) um eine Höhe (h114) des Support-Chips (114) beabstandet von dem Substrat (104) mit einer darin angeordneten Leiterbahn oder Metallisierungsebene angeordnet sind, und wobei an dem Oberflächenbereich (114-A) des Support-Chips (114), der einem Oberflächenbereich (110-A) des MEMS-Bauelements (110) gegenüberliegt, die Kontaktflächen (114-1) zumindest bereichsweise spiegelverkehrt zu den an dem Oberflächenbereich (110-A) des MEMS-Bauelements (110) angeordneten Kontaktanschlussflächen (110-1) ausgebildet sind.
  2. MEMS-Baustein (100) gemäß Anspruch 1, wobei die ersten elektrischen Verbindungsleitungen (116) zwischen den Kontaktanschlussflächen (110-1) an dem MEMS-Bauelement (110) und den zugeordneten Kontaktflächen (114-1) an dem Support-Chip (114) Bonddrähte oder Metallstifte aufweisen.
  3. MEMS-Baustein (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Support-Chip (114) als eine Verdrahtungsbrücke zwischen dem MEMS-Bauelement (110) und der integrierten Schaltungsanordnung (112) ausgebildet ist.
  4. MEMS-Baustein (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der MEMS-Chip (114) als ein MEMS-Schallwandler oder MEMS-Mikrofon mit einer Membranstruktur und einer zugeordneten Gegenelektrodenstruktur ausgebildet ist.
  5. MEMS-Baustein (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die integrierte Schaltungsanordnung (112) über den Support-Chip (114) elektrisch mit dem MEMS-Bauelement (110) gekoppelt ist, und wobei die integrierte Schaltungseinrichtung (112) ausgebildet ist, um ein Ausgangssignal (S1) des MEMS-Bauelements (110), das auf einer durch eine akustische Schalldruckänderung ΔP bewirkten Auslenkung einer Membranstruktur gegenüber einer Elektrodenstruktur des MEMS-Bauelements (110) basiert, zu erfassen.
  6. MEMS-Baustein (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an dem Support-Chip (114) ausschließlich die Kontaktflächen (114-1, 114-2) und die Verbindungsleitungsstrukturen (114-3) zur elektrischen Kopplung des MEMS-Bauelements (110) mit der integrierten Schaltungsanordnung (112) angeordnet sind.
  7. MEMS-Baustein (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei in dem Support-Chip (114) neben den Kontaktflächen (114-1, 114-2) und den Verbindungsleitungsstrukturen (114-3) ferner zusätzliche aktive und/oder passive Schaltungselemente angeordnet sind.
  8. MEMS-Baustein (100) gemäß Anspruch 7, wobei in dem Support-Chip (114) die aktiven und/oder passiven Schaltungselemente zur HF-Kopplung der ersten und zweiten elektrischen Verbindungsleitungselemente (116, 118) gegenüber dem Substrat angeordnet sind.
  9. MEMS-Baustein (100) gemäß Anspruch 7, wobei in dem Support-Chip (114) die aktiven und/oder passiven Schaltungselemente zur Bereitstellung einer ESD-Funktionalität der Verbindungsleitungsstrukturen gegenüber dem Substrat (104) angeordnet sind.
  10. MEMS-Baustein (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abdeckungselement (106) zumindest bereichsweise elektrisch leitfähig ausgebildet ist.
  11. MEMS-Baustein (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abdeckungselement (106) elektrisch leitfähig ausgebildet ist und mit einer leitfähigen Struktur (104-1) an dem Substrat (104) elektrisch verbunden ist.
  12. MEMS-Baustein (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das MEMS-Bauelement (110) benachbart zu der Durchgangsöffnung (108) oder die Durchgangsöffnung (108) überspannend in dem Gehäuse (102) angeordnet ist.
  13. Verfahren (200) zum Herstellen eines MEMS-Bausteins (100), mit folgenden Schritten: Bereitstellen (210) eines mit einer Durchgangsöffnung (108) versehenen Abdeckungselements (106), wobei ein MEMS-Bauelement (110) an dem Abdeckungselement (106) angeordnet ist, Bereitstellen eines Substrats (104), wobei an dem Substrat (104) eine integrierte Schaltungsanordnung (112) und einen Support-Chip (114) angeordnet sind, wobei die integrierte Schaltungsanordnung (112) über zweite elektrische Verbindungselemente (118) mit dem Support-Chip (114) elektrisch gekoppelt ist, und Verbinden (230) des Abdeckungselements (106) mit dem Substrat (104), um ein Gehäuse (102) mit einem Innenvolumen (V) zu bilden, und um in dem Innenvolumen (V) über erste elektrische Verbindungselemente (116) eine elektrische Verbindung zwischen dem MEMS-Bauelement (110) und dem Support-Chip (114) herzustellen, wobei der an dem Substrat (104) angeordnete Support-Chip (114) mittels der ersten elektrischen Verbindungselemente elektrisch mit dem an dem Abdeckungselement (106) angeordneten MEMS-Bauelement gekoppelt ist, und wobei ferner der Support-Chip (114) mittels der zweiten elektrischen Verbindungselemente (118) elektrisch mit der an dem Substrat (104) angeordneten, integrierten Schaltungsanordnung (112) gekoppelt ist, um mittels Kontaktflächen (114-1, 114-2) und Verbindungsleitungen (114-3), die an einem Oberflächenbereich (114-A) des Support-Chips (114) angeordnet sind, eine elektrische Verbindung zwischen dem MEMS-Bauelement (110) und der integrierten Schaltungsanordnung (112) bereitzustellen, wobei die Kontaktflächen (114-1) des Support-Chip (114) eine Höhe (h114) des Support-Chips (114) beabstandet von dem Substrat (104) mit einer darin angeordneten Leiterbahn oder Metallisierungsebene angeordnet sind.
  14. Verfahren (200) gemäß Anspruch 13, ferner mit folgendem Schritt: vor dem Schritt des Verbindens (230), Ausrichten der Kontaktflächen (114-1) an dem Support-Chip (114) zumindest bereichsweise gegenüberliegend zu Kontaktanschlussflächen (110-1) an dem MEMS-Bauelement (110), wobei die Kontaktflächen (114-1) an dem Support-Chip (114) zumindest bereichsweise spiegelverkehrt zu den an dem MEMS-Bauelement (110) angeordneten Kontaktanschlussflächen (110-1) angeordnet sind.
  15. Verfahren (200) gemäß Anspruch 13 oder 14, wobei bei dem Schritt des Verbindens (230) die elektrische Kopplung zwischen den Kontaktanschlussflächen (110-1) an dem MEMS-Bauelement (110) und den zugeordneten Kontaktflächen (114-1) an dem Support-Chip (114) mittels Bonddrähten oder Metallstiften erhalten wird.
  16. Verfahren (200) gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei der Support-Chip (114) als eine Verdrahtungsbrücke zwischen dem MEMS-Bauelement (110) und der integrierten Schaltungsanordnung (112) ausgebildet ist.
  17. Verfahren (200) gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei bei dem Schritt des Verbindens (230) die integrierte Schaltungsanordnung (112) über den Support-Chip (114) elektrisch mit dem MEMS-Bauelement gekoppelt wird.
  18. MEMS-Baustein (100) mit folgenden Merkmalen: einem Gehäuse (102), wobei das Gehäuse (102) ein Substrat (104) und ein daran angeordnetes Abdeckungselement (106) aufweist, wobei in dem Abdeckungselement (106) eine Durchgangsöffnung (108) vorgesehen ist, einem MEMS-Bauelement (110), das innerhalb des Gehäuses (102) an dem Abdeckungselement (106) angeordnet ist, einer integrierten Schaltungsanordnung (112), die innerhalb des Gehäuses (102) an dem Substrat (104) angeordnet ist, und einem Support-Chip (114), der innerhalb des Gehäuses (102) an dem Substrat (104) angeordnet ist, wobei der an dem Substrat (104) angeordnete Support-Chip (114) mittels erster elektrischer Verbindungsleitungen (116) elektrisch mit dem an dem Abdeckungselement (106) angeordneten MEMS-Bauelement (110) gekoppelt ist, und ferner mittels zweiter elektrischer Verbindungsleitungen (118) elektrisch mit der an dem Substrat (104) angeordneten Schaltungsanordnung (112) gekoppelt ist, um mittels Kontaktflächen (114-1, 114-2) und Verbindungsleitungen (114-3), die an einem Oberflächenbereich (114-A) des Support-Chips (114) angeordnet sind, eine elektrische Verbindung zwischen dem MEMS-Bauelement (110) und der integrierten Schaltungsanordnung (112) herzustellen, wobei in dem Support-Chip (114) neben den Kontaktflächen (114-1, 114-2) und den Verbindungsleitungsstrukturen (114-3) ferner zusätzliche aktive und/oder passive Schaltungselemente angeordnet sind, wobei in dem Support-Chip (114) die aktiven und/oder passiven Schaltungselemente zur HF-Kopplung der ersten und zweiten elektrischen Verbindungsleitungselemente (116, 118) gegenüber dem Substrat angeordnet sind, oder wobei in dem Support-Chip (114) die aktiven und/oder passiven Schaltungselemente zur Bereitstellung einer ESD-Funktionalität der Verbindungsleitungsstrukturen gegenüber dem Substrat (104) angeordnet sind.
  19. Verfahren (200) zum Herstellen eines MEMS-Bausteins (100), mit folgenden Schritten: Bereitstellen (210) eines mit einer Durchgangsöffnung (108) versehenen Abdeckungselements (106), wobei ein MEMS-Bauelement (110) an dem Abdeckungselement (106) angeordnet ist, Bereitstellen eines Substrats (104), wobei an dem Substrat (104) eine integrierte Schaltungsanordnung (112) und einen Support-Chip (114) angeordnet sind, wobei die integrierte Schaltungsanordnung (112) über zweite elektrische Verbindungselemente (118) mit dem Support-Chip (114) elektrisch gekoppelt ist, und Verbinden (230) des Abdeckungselements (106) mit dem Substrat (104), um ein Gehäuse (102) mit einem Innenvolumen (V) zu bilden, und um in dem Innenvolumen (V) über erste elektrische Verbindungselemente (116) eine elektrische Verbindung zwischen dem MEMS-Bauelement (110) und dem Support-Chip (114) herzustellen, wobei der an dem Substrat (104) angeordnete Support-Chip (114) mittels der ersten elektrischen Verbindungselemente elektrisch mit dem an dem Abdeckungselement (106) angeordneten MEMS-Bauelement gekoppelt ist, und wobei ferner der Support-Chip (114) mittels der zweiten elektrischen Verbindungselemente (118) elektrisch mit der an dem Substrat (104) angeordneten, integrierten Schaltungsanordnung (112) gekoppelt ist, um mittels Kontaktflächen (114-1, 114-2) und Verbindungsleitungen (114-3), die an einem Oberflächenbereich (114-A) des Support-Chips (114) angeordnet sind, eine elektrische Verbindung zwischen dem MEMS-Bauelement (110) und der integrierten Schaltungsanordnung (112) bereitzustellen, wobei die Kontaktflächen (114-1) des Support-Chips (114) um eine Höhe (h114) des Support-Chips (114) beabstandet von dem Substrat (104) mit einer darin angeordneten Leiterbahn oder Metallisierungsebene angeordnet sind, und wobei in dem Support-Chip (114) neben den Kontaktflächen (114-1, 114-2) und den Verbindungsleitungsstrukturen (114-3) ferner zusätzliche aktive und/oder passive Schaltungselemente angeordnet sind, wobei in dem Support-Chip (114) die aktiven und/oder passiven Schaltungselemente zur HF-Kopplung der ersten und zweiten elektrischen Verbindungsleitungselemente (116, 118) gegenüber dem Substrat angeordnet sind, oder wobei in dem Support-Chip (114) die aktiven und/oder passiven Schaltungselemente zur Bereitstellung einer ESD-Funktionalität der Verbindungsleitungsstrukturen gegenüber dem Substrat (104) angeordnet sind.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI732228B (zh) * 2019-02-19 2021-07-01 美律實業股份有限公司 麥克風封裝結構
CN215453270U (zh) * 2021-07-07 2022-01-07 瑞声声学科技(深圳)有限公司 麦克风

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006085825A1 (en) * 2005-02-08 2006-08-17 Altus Technologies Pte. Ltd. A packaging method for mems devices, and mems packages produced using the method
US20090218668A1 (en) * 2008-02-28 2009-09-03 Silicon Matrix Pte. Ltd. Double-side mountable MEMS package
US20150315014A1 (en) * 2013-03-04 2015-11-05 Unisem (M) Berhad Top Port MEMS Cavity Package and Method of Manufacture Thereof
JP6180474B2 (ja) * 2014-09-29 2017-08-16 シャンドン ゲットトップ アコースティック カンパニー， リミテッド トップポート型マイクロエレクトロメカニカルシステムマイクロフォン
EP3432604A1 (de) * 2017-07-18 2019-01-23 Infineon Technologies AG System und verfahren für ein über-/untergehäuse von sensoren

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101765047A (zh) * 2009-09-28 2010-06-30 瑞声声学科技(深圳)有限公司 电容麦克风及其制作方法
JP5029727B2 (ja) * 2010-06-01 2012-09-19 オムロン株式会社 半導体装置及びマイクロフォン
JP4893860B1 (ja) * 2011-02-21 2012-03-07 オムロン株式会社 マイクロフォン
US8804982B2 (en) * 2011-04-02 2014-08-12 Harman International Industries, Inc. Dual cell MEMS assembly
US9432759B2 (en) * 2013-07-22 2016-08-30 Infineon Technologies Ag Surface mountable microphone package, a microphone arrangement, a mobile phone and a method for recording microphone signals
US10123112B2 (en) * 2015-12-04 2018-11-06 Invensense, Inc. Microphone package with an integrated digital signal processor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006085825A1 (en) * 2005-02-08 2006-08-17 Altus Technologies Pte. Ltd. A packaging method for mems devices, and mems packages produced using the method
US20090218668A1 (en) * 2008-02-28 2009-09-03 Silicon Matrix Pte. Ltd. Double-side mountable MEMS package
US20150315014A1 (en) * 2013-03-04 2015-11-05 Unisem (M) Berhad Top Port MEMS Cavity Package and Method of Manufacture Thereof
JP6180474B2 (ja) * 2014-09-29 2017-08-16 シャンドン ゲットトップ アコースティック カンパニー， リミテッド トップポート型マイクロエレクトロメカニカルシステムマイクロフォン
EP3432604A1 (de) * 2017-07-18 2019-01-23 Infineon Technologies AG System und verfahren für ein über-/untergehäuse von sensoren

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