DE112013003193B4 - Halbleitergehäuse mit einem Luftdrucksensor - Google Patents

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Abstract

Halbleitergehäuse, umfassend:eine Vielzahl von Aufbauschichten,eine hermetisch versiegelte Kavität (110), die in einer oder mehreren der Aufbauschichten (102, 104, 106, 112, 116) angeordnet ist und von einem durchgehenden Durchkontaktierungsring (108/114) umgeben ist, undeinen Luftdrucksensor (400), der in der Vielzahl von Aufbauschichten angeordnet ist und die Kavität (110) und eine über der Kavität (110) angeordnete Elektrode (402/404) umfasst.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Ausführungsformen der Erfindung betreffen das Gebiet von Halbleitergehäusen und insbesondere Halbleitergehäusen mit Luftdrucksensoren.
  • HINTERGRUND
  • Der heutige Unterhaltungselektronikmarkt erfordert häufig komplexe Funktionen, die sehr komplizierte Schaltungen erfordern. Das Skalieren auf immer kleinere Grundbausteine, wie beispielsweise Transistoren, hat mit jeder fortschreitenden Generation die Einbindung von noch komplizierteren Schaltungen auf einem einzelnen Nacktchip (Die) ermöglicht. Halbleitergehäuse werden verwendet, um einen IC-Chip (integrierte Schaltung) oder einen IC-Nacktchip zu schützen und auch um den Nacktchip mit einer elektrischen Schnittstelle mit externen Schaltungen auszustatten. Mit der steigenden Nachfrage nach kleineren elektronischen Bauelementen werden Halbleitergehäuse noch kompakter ausgelegt und müssen größere Schaltungsdichten unterstützen. Zum Beispiel verwenden heutzutage einige Halbleitergehäuse ein kernloses Substrat, das die dicke Harzkernschicht nicht aufweist, die typischerweise in herkömmlichen Substraten vorkommt. Des Weiteren führt die Nachfrage nach Bauelementen mit höherer Leistung zu einer Notwendigkeit für ein verbessertes Halbleitergehäuse, das ein dünnes Gehäuseprofil und eine niedrige Gesamtwölbung ermöglicht, die mit der nachfolgenden Montageabwicklung kompatibel ist.
  • Außerdem spielten in den vergangenen Jahren Mikrosystemstrukturen (microelectromechanical systems, MEMS) eine zunehmend wichtige Rolle bei Unterhaltungsprodukten. Zum Beispiel können MEMS-Bauelemente, wie Sensoren und Aktoren, in Produkten vorgefunden werden, deren Spektrum von Inertialsensoren für Airbag-Auslöser in Fahrzeugen bis Mikrospiegeln für Anzeigen in der Industrie der bildenden Künste und in jüngerer Zeit in mobilen Anwendungen, wie z. B. Luftdrucksensoren für Höhenerkennung, reicht. Da diese Technologien ihre Reife erreichen, ist auch die Nachfrage nach Präzision und Funktionalität der MEMS-Strukturen enorm gestiegen. Zum Beispiel kann eine optimale Arbeitsweise von der Fähigkeit abhängen, die Charakteristiken verschiedener Komponenten dieser MEMS-Strukturen genauestens einzustellen. Außerdem bestimmen häufig die Forderungen nach einer Konsistenz der Arbeitswiese der MEMS-Bauelemente (sowohl geräteintern als auch von Gerät zu Gerät), dass die zum Herstellen derartiger MEMS-Bauelemente eingesetzten Verfahren äußerst fortgeschritten sein müssen.
  • Obwohl die Skalierung der Gehäuse in der Regel als eine Reduzierung der Größe angesehen wird, wird ebenfalls eine Erweiterung der Funktionalität bei einer gegeben Fläche in Betracht gezogen. Jedoch können Probleme hinsichtlich der Struktur aufkommen, wenn der Versuch unternommen wird, einen Halbleiter-Nacktchip mit zusätzlicher Funktionalität zu häusen, die ebenfalls in dem Gehäuse beherbergt ist. Zum Beispiel kann die Hinzufügung von gehäusten MEMS-Bauelementen die Funktionalität erweitern, aber ständiges Verringern der Flächenverfügbarkeit in einem Halbleitergehäuse kann Hindernisse bei dem Hinzufügen derartiger Funktionalität bereitstellen.
  • JP2006170785A offenbart eine Druckerfassungsvorrichtung, die mit einer Isolierbasis ausgestattet ist, die einen Montageabschnitt aufweist, auf dem ein Halbleiterelement montiert ist. Die Druckerfassungsvorrichtung ist ferner mit einer ersten Elektrode, die auf der Oberfläche der Isolierbasis ausgebildet ist und zur Bildung einer Kapazität verwendet wird, einer Membran, die an einer Position gegenüber der Oberfläche der Isolierbasis angeordnet ist, einer zweiten Elektrode, die auf der Oberfläche der Membran so ausgebildet ist, dass sie der ersten Elektrode gegenüberliegt und zur Bildung einer Kapazität verwendet wird, und einem Abstandshalter, der die Form eines Rahmens hat und zwischen der Oberfläche der Isolierbasis und der Oberfläche der Membran aufgebaut ist, ausgestattet. Weiterhin ist eine Inspektionselektrode in einem Raum angeordnet, der durch die Isolierbasis, die Membran und den Abstandshalter gebildet wird.
  • US20100207217A1 offenbart ein Halbleiterzentriertes MEMS, das beweglichen MEMS-Teile wie mechanische Elemente, flexible Membranen und Sensoren in ein kostengünstiges Gerätepaket integriert und nur die Elektronik- und Signalverarbeitungsteile in der integrierten Schaltung des Halbleiterchips belässt. Die Verpackung basiert auf einem Substrat und hat eine Öffnung durch die Dicke des Substrats. Substratmaterialien umfassen Polymerbänder mit anhaftender Metallfolie und dielektrische Verbundwerkstoffe mit mehreren Metallschichten auf Polymer- und Keramikbasis mit anhaftender Metallfolie. Der bewegliche Teil ist aus der an einer Substratoberfläche befestigten Metallfolie ausgebildet und erstreckt sich zumindest teilweise über die Öffnung. Der Chip ist flipp-montiert, um sich zumindest teilweise über die Membran zu erstrecken, und ist durch einen Spalt von der Membran getrennt.
  • US20090230815A1 offenbart ein MEMS und einen Sensor mit dem MEMS, die ohne einen Prozess des Ätzens einer Opferschicht gebildet werden können. Das MEMS und der Sensor mit dem MEMS werden durch Bilden eines Zwischenraums unter Verwendung einer Abstandsschicht gebildet.
  • US20070025092A1 offenbart elektronischen Systeme oder Module, die eingebettete aktive und diskrete passive Elemente sowie Verfahren zur Verwendung bei der Herstellung von Paketen enthalten, die eingebettete aktive Geräte und / oder diskrete passive Geräte enthalten. Eine beispielhafte Vorrichtung umfasst mehrere Aufbauschichten, die Schaltungsverbindungen definieren, und die einen oder mehrere Dünnschichttypen eingebetteter passiver Vorrichtungen, mindestens einen in den Aufbauschichten gebildeten Hohlraum und mindestens eine aktive Vorrichtung und / oder mindestens umfassen eine diskrete passive Vorrichtung, die in dem Hohlraum angeordnet und elektrisch mit den Schaltungsverbindungen der Aufbauschichten verbunden ist. Eine Versteifung kann mit einer freiliegenden (hinteren) Oberfläche der aktiven Vorrichtung und mit einer benachbarten Oberfläche der Aufbauschichten gekoppelt sein. Die Aufbauschichten können an einem Kern angebracht sein, und der Kern kann an einer Leiterplatte angebracht sein. Alternativ kann eine Bodenfläche der Aufbauschichten ohne Kern auf einer Leiterplatte montiert werden. Die Gehäuse haben eine Chip-Nachbearbeitbarkeit, ein einfacheres Wärmemanagement, ein sehr dünnes Profil und eine verbesserte elektrische Leistung, vergleichbar mit Paketen, die unter Verwendung von Chip-First- oder Chip-Middle-Ansätzen hergestellt wurden.
  • US20090294942A1 offenbart eine Vorrichtung, die einen Mikroelektronikchip, der eine aktive Fläche, eine inaktive Fläche parallel zur aktiven Fläche und mindestens eine Seite hat, und Kapselungsmaterial neben mindestens einer Seite des Mikroelektronikchips umfasst, wobei das Kapselungsmaterial eine untere Fläche im Wesentlichen planar zur aktiven Fläche des Mikroelektronikchips und eine obere Fläche im Wesentlichen planar zur inaktiven Fläche des Mikroelektronikchips umfasst. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Durchkontaktierung im Kapselungsmaterial, die sich von der oberen Fläche bis zur unteren Fläche erstreckt, eine erste dielektrische Materialschicht, die auf mindestens einem Abschnitt der aktiven Fläche des Mikroelektronikchips und der unteren Fläche des Kapselungsmaterials angeordnet ist, mehrere Aufbauschichten, die auf der ersten dielektrischen Materialschicht angeordnet sind, und mehrere Leiterbahnen, die auf der ersten dielektrischen Materialschicht und den Aufbauschichten angeordnet sind und in elektrischem Kontakt mit der aktiven Fläche des Mikroelektronikchips stehen. Dabei ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass sie einen zweiten Mikroelektronikchipbaustein auf der oberen Fläche in elektrischem Kontakt mit der Durchkontaktierung im Kapselungsmaterial und einen Wärmeverteiler zwischen dem zweiten Mikroelektronikchipbaustein und der inaktiven Fläche des Mikroelektronikchips umfasst.
  • Die Merkmale der Erfindung sind in den unabhängigen Ansprüchen definiert.
  • Figurenliste
    • 1A bis 1E stellen Querschnittsansichten von verschiedenen Abläufen in einem Verfahren zum Herstellen einer Referenzkavität unter Verwendung eines durchgehenden Durchkontaktierungsrings gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
    • 2A bis 2E stellen Querschnittsansichten von verschiedenen Abläufen in einem ersten Verfahren zum Herstellen einer strukturellen Unterstützung für eine Referenzkavität gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
    • 3A bis 3F stellen Querschnittsansichten von verschiedenen Abläufen in einem zweiten Verfahren zum Herstellen einer strukturellen Unterstützung für eine Referenzkavität gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Verbindung dar.
    • 4A bis 4C stellen Querschnittsansichten von verschiedenen Betriebszuständen eines Drucksensors, der eine darunterliegende Referenzkavität aufweist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Verbindung dar.
    • 5A stellt eine Querschnittsansicht und eine entsprechende Draufsicht auf einen Luftdrucksensor dar, der eine einzelne große Öffnung zu Umgebungsbedingungen hin aufweist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 5B stellt eine Querschnittsansicht und eine entsprechende Draufsicht auf einen Luftdrucksensor dar, der mehrere kleine Öffnungen zu Umgebungsbedingungen hin aufweist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 6A und 6B veranschaulichen schematische Darstellungen und Gleichungen zum Bestimmen analytischer Berechnungen zum Erfassen von Luftdruck auf eine kapazitive Weise gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 7A ist ein Diagramm der Kapazitätsänderung gegenüber negativer Druckdifferenz gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 7B ist ein Diagramm der Kapazitätsänderung gegenüber positiver Druckdifferenz gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 8 stellt eine Draufsicht und entsprechende Querschnittsansicht eines magnetisch betätigbaren Schwingbalken-Luftdrucksensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
    • 9 veranschaulicht schematische Darstellungen und Gleichungen zum Bestimmen analytischer Berechnungen zum Erfassen von Luftdruck für einen magnetisch betätigbaren Schwingbalken-Luftdrucksensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 10A ist ein Diagramm geschätzter Antwortfrequenz für einen magnetisch betätigbaren Luftdrucksensor gemäß einer Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 10B ist ein Diagramm geschätzter Ansprechempfindlichkeit für einen magnetisch betätigbaren Luftdrucksensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 11A bis IIP stellen Querschnittsansichten von verschiedenen Vorgängen in einem Prozessablauf unter Verwendung von Kupfernetzunterstützung für Laminierung von ABF oberhalb einer Referenzkavität gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Verbindung darstellten dar.
    • 12A bis 12Q stellen Querschnittsansichten von verschiedenen Vorgängen in einem Prozessablauf unter Verwendung einer dünnen Platte als Unterstützung der Laminierung von ABF oberhalb einer Referenzkavität gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Verbindung darstellten dar.
    • 13A bis 13T stellen Querschnittsansichten von verschiedenen Vorgängen in einem Prozessablauf zum Herstellen eines magnetisch betätigbaren Drucksensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Verbindung darstellten dar.
    • 14 ist eine schematische Darstellung eines Computersystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Halbleitergehäuse mit Luftdrucksensoren werden beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche konkrete Einzelheiten, wie Gehäusearchitekturen dargelegt, um ein gründliches Verständnis von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Für einen Fachmann ist es offensichtlich, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ohne diese konkreten Einzelheiten ausgeübt werden können. In anderen Fällen werden allgemein bekannte Merkmale, wie Design-Layouts von integrierten Schaltungen nicht ausführlich beschrieben, um Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht unnötigerweise zu verschleiern. Des Weiteren versteht es sich, dass die verschiedenen in den Figuren gezeigten Ausführungsformen veranschaulichende Repräsentationen und nicht zwangsläufig maßstabsgetreu gezeichnet sind.
  • Eine oder mehrere hier beschriebene Ausführungsformen betreffen Halbleitergehäuse, die darin eingebundene Mikrosystemstrukturen (MEMS-Strukturen) aufweisen. In einer derartigen Ausfuhrungsform ist ein Luftdrucksensor in Gehäuse-Aufbauschichten angefertigt. Eine oder mehrere Ausführungsformen betreffen einen oder mehrere Luftdrucksensoren, Aufbauschichten-Häusungen ohne Kontaktierhügel (Bumpless Build-up Layer, BBUL), elektrostatische Sensoren, hermetische Versiegelung, magnetisch betätigte Sensoren oder MEMS-Technologien. Strukturen oder Bauelemente, die hier beschrieben werden, können Anwendungen in einem oder mehreren mobilen Produkten/Verbraucherprodukten finden, die BBUL-Technologie verwenden.
  • Eingebettete BBUL-Häusungstechnologie kann für Häusungstechnologie von mobilen Chips erwogen werden. Luftdrucksensoren sind für mobile Verbrauchergeräte wichtig, da sie genaue Höhenmessungen und barometrische Messung bereitstellen. Demzufolge ist in einer Ausfuhrungsform ein Luftdrucksensor in einer oder mithilfe von BBUL-Technologie angefertigt. Als Vergleich sind herkömmliche Luftdrucksensoren in der Regel verhältnismäßig dick im Vergleich zu einem Silizium-Nacktchip. Das Einbetten von derartigen Sensoren in ein Gehäuse für einen Silizium-Nacktchip kann die Dicke und die Kosten des Gehäuses erhöhen, wodurch das Gesamtgehäuse an Attraktivität verliert. Außerdem verwenden auf MEMS basierende Luftdrucksensoren in der Regel eine hermetisch versiegelte Druckkammer, um einen Referenzluftdruck bereitzustellen. Demzufolge sind in einer Ausfuhrungsform Luftdrucksensoren direkt in BBUL-Aufbauschichten angefertigt. Im Vergleich zum Einbetten von Silizium-basierten Drucksensoren, behält der hier beschriebene Ansatz eine äußerst dünne Eigenschaft von BBUL und mildert außerdem Kosten, die mit separat hergestellten Luftdrucksensoren verbunden sind Somit zielen hier beschriebene Ausführungsformen auf das Ausformen oder Anfertigen von Luftdrucksensoren oder anderer MEMS-Bauelemente unter Verwendung von Häusungsaufbauschichten ab. Es versteht sich, dass eine Herausforderung der Verwendung derartiger Aufbauschichten-Technologie für Luftdrucksensoren kann eine Notwendigkeit für die Herstellung eines hermetisch versiegelten Gehäuses sein. Aufgrund der porösen Eigenschaft von herkömmlichen Aufbauschichten aus einem Ajinomoto-Aufbaufilm (Ajinomoto build-up film, ABF) (oder anderer ähnlichen laminierten Materialien) sind laminierte ABF-Schichten möglicherweise für ein Ausbilden einer Luftdruckkavität nicht geeignet. Um derartige Probleme anzugehen, wird in einer Ausführungsform ein kupferner Durchkontaktierungsring verwendet, um ein hermetisch versiegeltes Gehäuse für den Referenzluftdruck auszubilden. Die obere Fläche des versiegelten Gehäuses fungiert als eine Membran und bildet die untere Elektrode für die elektrostatische Erfassungsvorrichtung.
  • Wenn sich der Luftdruck der Umgebung ändert, ändert sich in dieser Anordnung die erfasste Kapazität zwischen den zwei Elektroden. Eine hinreichende Empfindlichkeit kann für die interessierenden Bereiche für Verbraucherprodukte erzielt werden. In einer Ausführungsform ist ein Verfahren mit einem „durchgehenden Durchkontaktierungsring“ für andere MEMS-Anwendungen anpassbar, die eine Referenzluftkavität oder eine hermetische Versiegelung von Strukturen erfordern.
  • Folglich kann ein durchgehender Durchkontaktierungsring für auf MEMS basierende Häusungen angefertigt werden. Zum Beispiel stellen 1A bis 1E Querschnittsansichten von verschiedenen Vorgängen in einem Verfahren zum Herstellen einer Referenzkavität unter Verwendung eines durchgehenden Durchkontaktierungsrings gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Ein derartiger Ansatz kann verwendet werden, wo es schwierig ist, aufgrund der Porosität des ABF-Materials eine versiegelte Kavität für einen Drucksensor unter Verwendung von lediglich ABF auszubilden.
  • Unter Bezugnahme auf 1A ist ein Stapel 100 bereitgestellt, der eine erste isolierende Laminatschicht 102, eine Metallisierungsschicht 104 (z. B. eine kupferne Metallisierungsschicht) und eine zweite isolierende Laminatschicht 106 umfasst. Durchkontaktierungen 108 (z. B. kupferne Durchkontaktierungen) sind durch die zweite isolierende Laminatschicht 106 in Kontakt mit der Metallisierungsschicht 104 ausgebildet, wodurch eine Grundlage für einen „durchgehenden Durchkontaktierungsring“ gebildet wird, wie in 1B dargestellt. Unter Bezugnahme auf 1C wird eine Kavität 110 in der zweiten isolierenden Laminatschicht 106 zwischen den Durchkontaktierungen 108 ausgebildet, wobei die Metallisierungsschicht 104 z. B. durch einen Sauerstoffplasma-Ätzprozess freigelegt wird. Eine dritte isolierende Laminatschicht 112 wird dann über der Struktur von 1C ausgebildet, wie in 1D dargestellt. Unter Bezugnahme auf 1E wird ein durchgehender Durchkontaktierungsring erzeugt, indem zweite Durchkontaktierungen 114 in der dritten isolierenden Laminatschicht 112 ausgebildet werden und indem eine obere Membran-Metallisierungsschicht 116, z. B. eine kupferne Membran-Metallisierungsschicht, über der dritten isolierenden Laminatschicht 112 ausgebildet wird. In einer Ausführungsform bilden der kupferne durchgehende Durchkontaktierungsring (aus den Durchkontaktierungen 108 und 114) sowie die obere kupferne Metallisierung 116 und die untere kupferne Metallisierung 104 eine hermetische Versiegelung über der Luftdruckkavität 110. Es versteht sich, dass, obwohl durchgehend Kupfer besprochen wird, andere ähnliche Metalle stattdessen verwendet werden können. Die hier beschriebenen isolierenden Laminatschichten können sich in einer Ausführungsform auf abwechselnd leitfähige und dielektrische Schichten beziehen, wobei die Letzteren z. B. ABF oder ABF-artig sind.
  • Strukturelle Unterstützung für die ABF-Beschichtung kann nötig sein, da die große Fläche der Kavität 110 Beschichtungsprobleme verursachen kann und während des Beschichtungsprozesses einstürzen kann. Somit können Bemühungen unternommen werden, um einen Einsturz der Kavität in einem Aufbauschichtenprozess zu verhindern. Als ein erstes Beispiel stellen 2A bis 2E Querschnittsansichten von verschiedenen Abläufen in einem ersten Verfahren zum Herstellen einer strukturellen Unterstützung für eine Referenzkavität gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
  • Unter Bezugnahme auf 2A ist ein Stapel 200 bereitgestellt, der eine erste isolierende Laminatschicht 202, eine Metallisierungsschicht 204 (z. B. eine kupferne Metallisierungsschicht) und eine zweite isolierende Laminatschicht 206 umfasst. Durchkontaktierungen 208 (z. B. Kupferdurchkontaktierungen) sind durch die zweite isolierende Laminatschicht 206 in Kontakt mit der Metallisierungsschicht 204 ausgebildet. Außerdem ist ein Netzmuster 209 ausgebildet, wie in 2B dargestellt. Unter Bezugnahme auf 2C ist eine Kavität 210 unterhalb des Netzmusters 209, z. B. mithilfe eines Sauerstoffplasma-Ätzverfahrens, ausgebildet. Eine dritte isolierende Laminatschicht 212 wird dann über der Struktur von 2C ausgebildet, wie in 2D dargestellt. Unter Bezugnahme auf 2E wird ein durchgehender Durchkontaktierungsring erzeugt, indem zweite Durchkontaktierungen 214 in der dritten isolierenden Laminatschicht 212 ausgebildet werden und indem eine obere Membran-Metallisierungsschicht 216, z. B. eine kupferne Membran-Metallisierungsschicht, über der dritten isolierenden Laminatschicht 212 ausgebildet wird. In einer Ausführungsform bilden der kupferne durchgehende Durchkontaktierungsring (aus den Durchkontaktierungen 208 und 214) sowie die obere kupferne Metallisierung 216 und die untere kupferne Metallisierung 204 eine hermetische Versiegelung über der Luftdruckkavität 210. In einer Ausführungsform wird die Kavität 210 durch das darüberliegende Netzmuster 209 strukturell unterstützt.
  • Als ein zweites Beispiel stellen 3A bis 3F Querschnittsansichten von verschiedenen Abläufen in einem zweiten Verfahren zum Herstellen einer strukturellen Unterstützung für eine Referenzkavität gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
  • Unter Bezugnahme auf 3A ist ein Stapel 300 bereitgestellt, der eine erste isolierende Laminatschicht 302, eine Metallisierungsschicht 304 (z. B. eine kupferne Metallisierungsschicht) und eine zweite isolierende Laminatschicht 306 umfasst. Durchkontaktierungen 308 (z. B. Kupferdurchkontaktierungen) werden durch die zweite isolierende Laminatschicht 306 in Kontakt mit der Metallisierungsschicht 304 gebildet, wie in 3B dargestellt. Unter Bezugnahme auf 3C wird eine Kavität 310, z. B mithilfe eines Sauerstoffplasma-Ätzverfahrens, gebildet. Eine dünne Platte 311, z. B. eine dünne Polymer- oder Metallplatte wird dann über der Kavität 310 ausgebildet oder angeordnet, wie in 3D dargestellt. Unter Bezugnahme auf 3E wird dann eine dritte isolierende Laminatschicht 312 über der Struktur von 3D gebildet. Ein durchgehender Durchkontaktierungsring wird erzeugt, indem zweite Durchkontaktierungen 314 in der dritten isolierenden Laminatschicht 312 ausgebildet werden und indem eine obere Membran-Metallisierungsschicht 316, z. B. eine kupferne Membran-Metallisierungsschicht, über der dritten isolierenden Laminatschicht 312 ausgebildet wird. In einer Ausführungsform bilden der kupferne durchgehende Durchkontaktierungsring (aus den Durchkontaktierungen 308 und 314) sowie die obere kupferne Metallisierung 316 und die untere kupferne Metallisierung 304 eine hermetische Versiegelung über der Luftdruckkavität 310. In einer Ausführungsform wird die Kavität 310 durch die darüberliegende dünne Platte 311 strukturell unterstützt. In einer derartigen Ausführungsform weist die dünne Platte 311 eine höhere Glasübergangstemperatur (Tg) auf als die ABF-Härtetemperatur auf, so dass die Platte eine mechanische Abschirmung während der ABF-Beschichtung bereitstellen kann. In einer Ausführungsform weist die dünne Platte 311 eine gewisse Adhäsion oder Haftreibung gegenüber Kupfer auf, um es zu ermöglichen, dass die Platte während der ABF-Beschichtung in Position befestigt ist. Die Versiegelung muss jedoch nicht ideal sein, da auf die angefertigte Kupfermembran hinsichtlich der Hermetizität Verlass ist.
  • Ein kapazitiver Drucksensor kann derart angefertigt werden, dass er eine Referenzkavität umfasst, wie vorstehend beschrieben. Zum Beispiel stellen 4A bis 4C Querschnittsansichten von verschiedenen Betriebszuständen eines Drucksensors dar, der eine darunterliegende Referenzkavität aufweist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Verbindung.
  • Unter Bezugnahme auf 4A wird ein Luftdrucksensor 400 aus aufgehängten Merkmalen 402 (z. B. aufgehängten Kupfermerkmalen) und Elektroden 404 (z. B. Kupferelektroden), die oberhalb einer Referenzkavität 410 ausgebildet sind, ausgebildet. Als ein Beispiel wird die Referenzkavität 410 auf der Grundlage der Struktur von 1E ausgebildet (wie in 4A dargestellt), aber sie könnte ebenfalls auf der Grundlage von Strukturen wie jenen, die in 2E oder 3F dargestellt sind, ausgebildet sein. Der Luftdrucksensor 400 ist in der Lage, einen Umgebungsluftdruck 420 mit einem Referenzluftdruck 422 durch kapazitive Kopplung (C) zu vergleichen, wie durch die Pfeile in 4A bis 4C dargestellt.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 4A basiert die kapazitive Kopplung (C) auf dem Abstand zwischen dem aufgehängten Element 402 und der darunterliegenden Struktur, die oberhalb der Referenzkavität 410 ausgebildet ist. Im Falle von 4A ist der Umgebungsluftdruck 420 dem Referenzluftdruck 422 gleich, und das System befindet sich gewissermaßen in Ruhe, wobei ein Abstand 430 zwischen dem aufgehängten Element 402 und der darunterliegenden Struktur, die oberhalb der Referenzkavität 410 ausgebildet ist, im Wesentlichen der Fertigungshöhe der zwei Schichten entspricht. Unter Bezugnahme auf 4B ist der Umgebungsluftdruck 420 größer als der Referenzluftdruck 422, und der Abstand 430 zwischen dem aufgehängten Element 402 und der darunterliegenden Struktur, die oberhalb der Referenzkavität 410 ausgebildet ist, ist größer als die Fertigungshöhe der zwei Schichten. Unter Bezugnahme auf 4C ist der Umgebungsluftdruck 420 kleiner als der Referenzluftdruck 422, und der Abstand 434 zwischen dem aufgehängten Element 402 und der darunterliegenden Struktur, die oberhalb der Referenzkavität 410 ausgebildet ist, ist kleiner ist die Fertigungshöhe der zwei Schichten. Somit kann in einer Ausführungsform ein barometrischer Drucksensor unter Verwendung einer Referenzkavität gefertigt werden. Die Differenz zwischen dem Umgebungsluftdruck und dem Referenzluftdruck wird durch eine Auslenkung nach oben oder nach unten der „Membran“ erfasst, die derart ausgebildet ist, dass sie Referenzkavität umfasst. Die erfasste Kapazität spiegelt die Größe der Auslenkung der Membran nach oben oder nach unten wider.
  • Verschiedene Konfigurationen können möglich sein, um eine Öffnung an einem Luftdrucksensor auszubilden. In einem ersten Beispiel stellt 5A eine Querschnittsansicht und eine entsprechende Draufsicht auf einen Luftdrucksensor dar, der eine einzelne große Öffnung zu Umgebungsbedingungen hin aufweist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Unter Bezugnahme auf 5A ist ein Luftdrucksensor 500A derart ausgebildet, dass er eine steife obere Schicht/Elektrode 502A, eine flexible untere Schicht/Elektrode 504A und einen Referenzluftspalt 506A umfasst. Als ein Beispiel ist der Luftdrucksensor 500A auf der Grundlage der Struktur von 1E, z. B. als Struktur 400 von 4A (wie in 5A dargestellt) angefertigt, aber er könnte ebenfalls auf der Grundlage von Strukturen wie jenen, die in 2E oder 3F dargestellt sind, ausgebildet sein. Eine einzelne Öffnung 550A ist enthalten, um die flexible untere Schicht/Elektrode 504A freizulegen, wie in beiden Ansichten von 5A dargestellt.
  • In einem zweiten Beispiel stellt 5B eine Querschnittsansicht und eine entsprechende Draufsicht auf einen Luftdrucksensor dar, der mehrere kleine Öffnungen zu Umgebungsbedingungen hin aufweist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Unter Bezugnahme auf 5B ist ein Luftdrucksensor 500B derart ausgebildet, dass er eine steife obere Schicht/Elektrode 502B, eine flexible untere Schicht/Elektrode 504B und einen Referenzluftspalt 506B umfasst. Als ein Beispiel ist der Luftdrucksensor 500B auf der Grundlage der Struktur von 1E, z. B. als Struktur 400 von 4A (wie in 5B dargestellt) angefertigt, aber er könnte ebenfalls auf der Grundlage von Strukturen wie jenen, die in 2E oder 3F dargestellt sind, ausgebildet sein. Eine Vielzahl von Öffnungen 550B ist enthalten, um die flexible untere Schicht/Elektrode 504B freizulegen, wie in beiden Ansichten von 5B dargestellt.
  • Wie unter Bezugnahme auf 4A bis 4C beschrieben, kann eine erfasste Kapazität auf einer Membranbewegung in einem Luftdrucksensor basieren. 6A und 6B veranschaulichen schematische Darstellungen und Gleichungen zum Bestimmen analytischer Berechnungen zum Erfassen von Luftdruck auf eine kapazitive Weise gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Insbesondere kann ein analytischer Ansatz entwickelt werden, um die Empfindlichkeit und den Bereich des Luftdrucksensors zu gestalten. Unter Bezugnahme auf 6A wird es für derartige Einschätzungen angenommen, dass ein Luftdrucksensor 600 eine obere Elektrode 602, die steif ist, und eine untere Elektrode 604, die flexibel ist, umfasst. Eine Kapazität (C) wird zwischen 602 und 604 erfasst. Die maximale Membranverformung wird geschätzt und die Verformungsform der Membran wird derart approximiert, dass sie pyramidal ist. Die Gesamtkapazität ist die Integralsumme jeder einzelnen Kapazität dC. Unter Bezugnahme auf 6B wird quadratische Membranauslenkung mithilfe von 606 bestimmt. Die Membranauslenkung wird durch eine Pyramidenoberfläche approximiert. Die Kapazität dC wird entlang der Länge und der Breite des Kondensators mithilfe von 608 integriert. Die Gesamtkapazität 614 dann unter Verwendung von 610 und 612 bestimmt.
  • Eine geschätzte Reaktion eines kapazitiven Luftdrucksensors kann somit bereitgestellt werden. Als ein Beispiel ist 7A ein Diagramm 700 einer Kapazitätsänderung gegenüber negativer Druckdifferenz, während 7B ein Diagramm 702 einer Kapazitätsänderung gegenüber positiver Druckdifferenz gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist Die geschätzten Reaktionskurven für verschiedene Sensorgrößen unter Verwendung standardisierten BBUL-Prozessbedingungen umfassen tSpalt = 10 um, t = 15 um, b = 1 mm, 1,2 mm, 1,4 mm, 1,5 mm. Für mobile Anwendungen eines barometrischen Drucksensors beträgt in einer Ausführungsform der Zielbereich ungefähr 0,5 atm bis 1 atm (ungefähr 50 kPa bis 100 kPa) bei einer erfassbaren Mindestempfindlichkeit von 50 Pa bis 100 Pa. In einer Ausführungsform sind unter Bezugnahme auf 7A und 7B eine hinreichende Empfindlichkeit und ein hinreichender Bereich mit einer 1,5 mm × 1,5 mm Membran erzielt.
  • Ein magnetisch betätigbarer Balken kann in Verbindung mit einem vorstehend beschriebenen Luftdrucksensor verwendet werden. Zum Beispiel stellt 8 eine Draufsicht und eine entsprechende Querschnittsansicht eines magnetisch betätigbaren Schwingbalken-Luftdrucksensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Unter Bezugnahme auf 8 umfasst ein magnetisch betätigbares Schwingbalken-Luftdrucksensor 800 eine Membran 802, Schwingbalken 804 und einen eingebetteten Magnet 806. Die Schwingbalken werden durch ein Zusammenwirken eines Wechselstroms (AC-Stroms) mit dem Permanentmagnet betätigt. In der in 8 dargestellten Konfiguration verwandelt sich eine Membranauslenkung, die wegen einer Differenz von Luftdruck entsteht, in eine Z-Verschiebung, was Zugspannung an den Schwingbalken anlegt und die Resonanzfrequenz erhöht. Im Allgemeinen versteht es sich, dass Strukturen empfindlicher gegenüber Änderungen bei Resonanzfrequenz sein können, und daher eine höhere Empfindlichkeit in einer derartigen Konfiguration aufweisen können.
  • 9 stellt schematische Darstellungen und Gleichungen zum Bestimmen analytischer Berechnungen zum Erfassen von Luftdruck für einen magnetisch betätigbaren Schwingbalken-Luftdrucksensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Unter Bezugnahme auf 9 ist die maximale Membranauslenkung durch 902 gegeben, wie das der Fall für 6A und 6B war. Die Membranauslenkung erzeugt eine Z-Änderung, was Zugspannung an die Schwingbalken anlegt, wie in 904 dargestellt. Ein analytischer Ansatz wird verwendet, um die Empfindlichkeit und den Bereich des magnetisch betätigbaren Luftdrucksensors zu modellieren. Es wird angenommen, dass die Änderung der Membranhöhe zu einer Änderung der Balkenlänge beiträgt, was in Balkenverspannung und eine erhöhte Balkenresonanzfrequenz umgesetzt wird. Bei der Analyse von 9 wird unter Verwendung von Gleichungen 906, 908, 910, 912 und 914 angenommen, dass der Balken in der y-Richtung schwingt, doch prinzipiell kann ein beliebiger Schwingmodus verwendet werden.
  • Eine Reaktion kann für einen magnetisch betätigbaren Luftdrucksensor eingeschätzt werden. Zum Beispiel ist 10A ein Diagramm 1000 einer geschätzten Antwortfrequenz (Hz), während 10B ein Diagramm 1002 einer geschätzten Ansprechempfindlichkeit (ΔHz/Pa) für einen magnetisch betätigbaren Luftdrucksensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist. Unter Bezugnahme auf 10A und 10B sind die geschätzten Antwortkurven für verschiedene Sensorgrößen unter Verwendung standardisierten BBUL-Prozessbedingungen dargestellt, d. h. tSpalt = 10 um, t = 15 um, b = 1 mm, 1,2 mm, 1,4 mm, 1,5 mm. Für mobile Anwendungen eines barometrischen Drucksensors beträgt in einer Ausführungsform der Zielbereich ungefähr 0,5 atm bis 1 atm (ungefähr 50 kPa bis 100 kPa) bei einer erfassbaren Mindestempfindlichkeit von 50 Pa bis 100 Pa. Balkenlänge beträgt 1000 um und Balkenresonanzfrequenz beträgt ungefähr 15000 Hz. Bei einer 1,5 mm × 1,5 mm Membran überträgt sich in einer Ausführungsform eine Änderung um 50 Pa auf eine Frequenzänderung von mehr als 1 Hz, was eine hinreichende Empfindlichkeit für bestimmte Anwendungen darstellt.
  • Ein gehäustes MEMS-Bauelement, wie z. B. ein Luftdrucksensor, kann auf eine Vielzahl von Häusungsmöglichkeiten gehäust werden. In einem ersten Beispiel stellen 11A bis 11P Querschnittsansichten von verschiedenen Vorgängen in einem Prozessablauf unter Verwendung von Kupfernetzunterstützung für Beschichtung von ABF oberhalb einer Referenzkavität gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Verbindung darstellten dar. Unter Bezugnahme auf 11A wird ein Nacktchip 1102 (der einen Verstärker usw. umfassen kann) auf einem dünnen Substrat 1104 (z. B. Silizium usw.) in der Nähe einer Elektrode 1106 (z. B. einer Kupferelektrode) oberhalb eines Metallhalters 1100 (z. B. eines Kupferhalters) angeordnet. Eine organische dielektrische Laminatschicht 1108 wird oberhalb der Struktur von 11A angeordnet, wie in 11B dargestellt. Unter Bezugnahme auf 11C wird ein Bohren von Durchkontaktierungslöchern und Metallisieren durchgeführt, um Durchkontaktierungen 1110 und Kupferschicht 1112 bereitzustellen (erneut kann ein geeignetes, von Kupfer verschiedenes Metall verwendet werden, wo immer auf Kupfer Bezug genommen wird). Eine Fotolackschicht 1114 wird dann ausgebildet und strukturiert, um empfindliche Bereiche zu schützen, wie in 11D dargestellt. Unter Bezugnahme auf 11E wird dann Sauerstoffplasma-Freisetzung durchgeführt, um einen Abschnitt der organischen dielektrischen Schicht 1108 zu entfernen und eine Struktur 1116 freizusetzen. Ein Fotolackabziehen wird dann durchgeführt, um die Schicht 1112 erneut freizulegen, wie in 11F dargestellt. Unter Bezugnahme auf 11G wird dann eine Beschichtung einer organischen dielektrischen Schicht 1118 durchgeführt. Bohren von Durchkontaktierungen und Metallisieren wird dann durchgeführt, um Durchkontaktierungen 1120 und die Kupferschicht 1122 bereitzustellen, wie in 11H dargestellt. Unter Bezugnahme auf 11I wird dann eine organische Schicht 1124 auf der Struktur von 11H aufgeschichtet. Bohren von Durchkontaktierungen und Metallisieren wird erneut durchgeführt, um Durchkontaktierungen 1126 und Kupferschicht 1128 bereitzustellen, wie in 11J dargestellt. Außerdem wird eine Kupfernetzstruktur 1130 zur Beschichtungsunterstützung metallisiert. Unter Bezugnahme auf 11K wird eine Fotolackschicht 1132 gebildet und strukturiert, um empfindliche Bereiche zu schützen. Eine Sauerstoffplasma-Freisetzung wird dann durchgeführt, um die Struktur 1134 freizusetzen, wie in 11L dargestellt. Unter Bezugnahme auf 11M wird dann die Fotolackschicht 1132 abgezogen, wodurch Schicht 1128 erneut freigelegt wird. Laminieren einer weiteren Isolierschicht 1136 wird dann oberhalb der Struktur von 11M durchgeführt, wie in 11N dargestellt. Unter Bezugnahme auf 11O wird Bohren von Durchkontaktierungen und Metallisieren durchgeführt, um Durchkontaktierungen 1138 und Kupferschicht 1140 bereitzustellen. Der Kupferhalter 1100 wird dann entfernt, wie in 11P dargestellt. Eine Referenzkavität 1150 und ein Kondensator 1152 sind somit ausgebildet.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 11P kann die dargestellte Struktur als ein vollständiges Gehäuse für den darin enthaltenen Halbleiter-Nacktchip betrachtet werden. Jedoch kann bei bestimmten Implementierungen eine Anzahl von externen Kontakten (z. B. BGA-Kontakten) fakultativ oberhalb oder unterhalb der in 11P dargestellten Struktur ausgebildet werden. Die resultierende Struktur kann dann mit einer Leiterplatte (PCB) oder einer ähnlichen Aufnahmefläche gekoppelt werden.
  • In einem zweiten Beispiel stellen 12A bis 12Q Querschnittsansichten von verschiedenen Vorgängen in einem Prozessablauf unter Verwendung einer dünnen Platte als Unterstützung der Laminierung von ABF oberhalb einer Referenzkavität gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Verbindung dar.
  • Unter Bezugnahme auf 12A wird ein Nacktchip 1202 (der einen Verstärker usw. umfassen kann) auf einem dünnen Substrat 1204 (z. B. Silizium usw.) in der Nähe einer Elektrode 1206 (z. B. einer Kupferelektrode) oberhalb eines Metallhalters 1200 (z. B. eines Kupferhalters) angeordnet. Eine organische dielektrische Laminatschicht 1208 wird dann oberhalb der Struktur von 12A angeordnet, wie in 12B dargestellt. Unter Bezugnahme auf 12C wird Bohren von Durchkontaktierungen und Metallisieren durchgeführt, um Durchkontaktierungen 1210 und Kupferschicht 1212 bereitzustellen. Eine Fotolackschicht 1214 wird dann ausgebildet und strukturiert, um empfindliche Bereiche zu schützen, wie in 12D dargestellt. Unter Bezugnahme auf 12E wird dann Sauerstoffplasma-Freisetzung durchgeführt, um einen Abschnitt der organischen dielektrischen Schicht 1208 zu entfernen und eine Struktur 1216 freizusetzen. Ein Fotolackabziehen wird dann durchgeführt, um die Schicht 1212 erneut freizulegen, wie in 12F dargestellt. Unter Bezugnahme auf 12G wird dann eine Beschichtung einer organischen dielektrischen Schicht 1218 durchgeführt. Bohren von Durchkontaktierungen und Metallisieren wird dann durchgeführt, um Durchkontaktierungen 1220 und die Kupferschicht 1222 bereitzustellen, wie in 12H dargestellt. Unter Bezugnahme auf 12I wird dann eine organische Schicht 1224 (z. B. ABF) auf der Struktur von 12H laminiert. Bohren von Durchkontaktierungen und Metallisieren wird erneut durchgeführt, um Durchkontaktierungen 1226 und Kupferschicht 1228 bereitzustellen, wie in 12J dargestellt. Unter Bezugnahme auf 12K wird eine Fotolackschicht 1230 gebildet und strukturiert, um empfindliche Bereiche zu schützen. Eine Sauerstoffplasma-Freisetzung wird dann durchgeführt, um die Struktur 1232 freizusetzen, wie in 12L dargestellt. Unter Bezugnahme auf 12M wird dann die Fotolackschicht 1230 abgezogen, wodurch Schicht 1228 erneut freigelegt wird. Ein Bestückungsansatz wird dann durchgeführt, um eine dünne Platte 1234 bereitzustellen, wie in 12N dargestellt. Unter Bezugnahme auf 12O wird dann Aufschichten einer weiteren Isolatorschicht 1236 oberhalb der Struktur von 12N durchgeführt. Bohren von Durchkontaktierungen und Metallisieren wird durchgeführt, um Durchkontaktierungen 1238 und Kupferschicht 1240 bereitzustellen, wie in 12P dargestellt. Unter Bezugnahme auf 12Q wird dann die Kupferschicht 1200 entfernt. Eine Referenzkavität 1250 und ein Kondensator 1252 sind somit ausgebildet.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 12Q kann die dargestellte Struktur als ein vervollständigtes Gehäuse für den darin enthaltenen Halbleiter-Nacktchip betrachtet werden. Jedoch kann bei bestimmten Implementierungen eine Anzahl von externen Kontakten (z. B. BGA-Kontakten) fakultativ oberhalb oder unterhalb der in 12Q dargestellten Struktur ausgebildet werden. Die resultierende Struktur kann dann mit einer Leiterplatte (PCB) oder einer ähnlichen Aufnahmefläche gekoppelt werden.
  • In einem dritten Beispiel stellen 13A bis 13T Querschnittsansichten von verschiedenen Vorgängen in einem Prozessablauf zum Herstellen eines magnetisch betätigbaren Drucksensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Verbindung dar.
  • Unter Bezugnahme auf 13A wird ein Nacktchip 1302 (der einen Verstärker usw. umfassen kann) auf einem dünnen Substrat 1304 (z. B. Silizium usw.) in der Nähe eines Magnets 1306 oberhalb eines Metallhalters 1300 (z. B. eines Kupferhalters) angeordnet. Eine organische dielektrische Laminatschicht 1308 wird dann oberhalb der Struktur von 13A angeordnet, wie in 13B dargestellt. Unter Bezugnahme auf 13C wird Bohren von Durchkontaktierungslöchern und Metallisieren durchgeführt, um Durchkontaktierungen 1310 und Kupferschicht 1312 bereitzustellen. Eine organische dielektrische Laminatschicht 1314 wird dann oberhalb der Struktur von 13C angeordnet, wie in 13D dargestellt. Unter Bezugnahme auf 13E wird Bohren von Durchkontaktierungslöchern und Metallisieren durchgeführt, um Durchkontaktierungen 1316 und Kupferschicht 1318 bereitzustellen. Eine Fotolackschicht 1320 wird dann ausgebildet und strukturiert, um empfindliche Bereiche zu schützen, wie in 13F dargestellt. Unter Bezugnahme auf 13G wird dann Sauerstoffplasma-Freisetzung durchgeführt, um einen Abschnitt der organischen dielektrischen Schicht 1314 zu entfernen und Struktur 1322 freizusetzen. Fotolackabziehen wird dann durchgeführt, um die Schicht 1318 erneut freizulegen, wie in 13H dargestellt. Unter Bezugnahme auf 13I kann eine dünne Metallplatte 1324 fakultativ zum Unterstützen bereitgestellt werden, oder es kann alternativ eine Netzstruktur gebildet werden. Unter Bezugnahme auf 13J wird dann eine Aufschichtung einer organischen dielektrischen Schicht 1326 durchgeführt. Bohren von Durchkontaktierungen und Metallisieren wird dann durchgeführt, um Durchkontaktierungen 1328 und die Kupferschicht 1330 bereitzustellen, wie in 13K dargestellt. Unter Bezugnahme auf 13L wird dann eine organische dielektrische Schicht 1332 (z. B. ABF) auf der Struktur von 13K laminiert. Bohren von Durchkontaktierungen und Metallisieren wird erneut durchgeführt, um Durchkontaktierungen 1334 und Kupferschicht 1336 bereitzustellen, wie in 13M dargestellt. Außerdem kann (obwohl es nicht dargestellt ist) eine Leiterbahnen-Schicht, die Schwingbalken-Spulen umfasst, während dieses Prozessvorgangs ausgebildet werden. Unter Bezugnahme auf 13N wird dann eine organische dielektrische Schicht 1338 auf der Struktur von 13M laminiert. Bohren von Durchkontaktierungen und Metallisieren wird erneut durchgeführt, um Durchkontaktierungen 1340 und Kupferschicht 1342 bereitzustellen, wie in 13O dargestellt. Dieser Vorgang kann verwendet werden, wenn z. B. Stütznetz ausgebildet werden soll. In einem solchen Fall wird Plattenschutznetz als eine fakultative strukturelle Unterstützung ausgebildet und an mehreren Positionen, die nicht von der MEMS-Struktur belegt sind, verankert. Unter Bezugnahme auf 13P wird eine Fotolackschicht 1344 gebildet und strukturiert, um empfindliche Bereiche zu schützen. Eine Sauerstoffplasma-Freisetzung wird dann durchgeführt, um die Struktur 1346 freizusetzen, wie in 13Q dargestellt. Unter Bezugnahme auf 13R wird dann die Fotolackschicht 1344 abgezogen, wodurch Schicht 1342 erneut freigelegt wird. Unter Bezugnahme auf 13S wird dann eine Aufschichtung einer weiteren Isolatorschicht 1348 oberhalb der Struktur von 13R durchgeführt. Der Kupferhalter 1300 wird dann entfernt, wie in 13T dargestellt. Eine Referenzkavität 1350 und ein Kondensator 1352 werden somit zusammen mit dem eingebetteten Magnet 1306 ausgebildet.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 13T kann die dargestellte Struktur als ein vervollständigtes Gehäuse für den darin enthaltenen Halbleiter-Nacktchip betrachtet werden. Jedoch kann bei bestimmten Implementierungen eine Anzahl von externen Kontakten (z. B. BGA-Kontakten) fakultativ oberhalb oder unterhalb der in 13T dargestellten Struktur ausgebildet werden. Die resultierende Struktur kann dann mit einer Leiterplatte (PCB) oder einer ähnlichen Aufnahmefläche gekoppelt werden.
  • Unter Bezugnahme auf 11A bis 11P, 12A bis 12Q und 13A bis 13T kann ein Luftdrucksensor in BBUL-Schichten angefertigt werden. Die BBUL-Schicht kann ein Abschnitt eines größeren BBUL-Systems sein. Im Allgemeinen ist BBUL eine Prozessorhäusungstechnologie, die frei von Kontaktierhügeln ist, da sie die typischen kleinen Lothügel zum Anbringen des Silizium-Nacktchips an den Leitungen des Prozessorgehäuses nicht verwendet. Sie weist Aufbauschichten auf, da sie um den Halbleiter-Nacktchip aufgewachsen oder aufgebaut ist. Einige Halbleitergehäuse verwenden heutzutage ein kernloses Substrat, das die dicke Harzkernschicht nicht aufweist, die typischerweise in herkömmlichen Substraten vorkommt. In einer Ausführungsform werden elektrisch leitfähige Durchkontaktierungen und Routing-Schichten als Teil des BBUL-Verfahrens über der aktiven Seite eines Halbleiter-Nacktchips unter Verwendung eines Semiadditiv-Verfahrens (semi-additive process, SAP) ausgebildet, um die verbleibenden Schichten zu vervollständigen.
  • Ein Luftdrucksensor kann in BBUL-Schichten während der Häusung eines Halbleiter-Nacktchips auf einer Platte oder einem Träger ausgebildet werden. Der Träger kann derart bereitgestellt sein, dass er plane Platten oder Platten mit einer Vielzahl von Kavitäten, die darin angeordnet sind, aufweist, wobei jede derart dimensioniert ist, dass die einen Halbleiter-Nacktchip aufnimmt. Während der Verarbeitung können identische Strukturen verbunden werden, um eine Rücken-an-Rücken-Vorrichtung für Verarbeitungsbrauchbarkeit zu bilden. Folglich ist der Verarbeitungsdurchsatz wirkungsvoll verdoppelt. Zum Beispiel kann ein Träger Platten mit 1000 Vertiefungen auf jeder Seite umfassen, wodurch eine Herstellung von 2000 einzelnen Gehäusen aus einem einzelnen Träger ermöglicht wird. Die Platte kann eine Hafttrennschicht und einen Klebebinder umfassen. Ein Schneidebereich kann an jedem Ende der Vorrichtung zur Trennverarbeitung bereitgestellt sein. Eine Rückseite eines Halbleiter-Nacktchips kann an die Platte mit einem Die-Bonding-Film gebondet werden. Verkapselungsschichten können mit einem Beschichtungsprozess ausgebildet werden. In einer anderen Ausführungsform kann eine oder mehrere Verkapselungsschichten durch Rotationsbeschichten und Härten eines Dielektrikum auf einem Wafer-Scale-Array von Vorrichtungen ausgebildet werden.
  • Hinsichtlich des gesamten Häusungsprozesses, der in Verbindung mit 11A-11P, 12A-12Q und 13A-13T beschrieben wurde, ist in einer Ausführungsform das ausgebildete Substrat ein kernloses Substrat, da eine Platte zur Unterstützung der Häusung eines Halbleiter-Nacktchips bis zum Ausbilden eines Feldes von externen leitfähigen Leitern verwendet wird. Die Platte wird dann entfernt, um ein kernloses Gehäuse für den Halbleiter-Nacktchip bereitzustellen. Demzufolge wird in einer Ausführungsform der Begriff „kernlos“ in der Bedeutung verwendet, dass die Unterstützung, auf der das Gehäuse zum Beherbergen eines Nacktchips ausgebildet wurde, schlussendlich am Ende eines Aufbauprozesses entfernt wird. In einer konkreten Ausführungsform ist ein kernloses Substrat ein solches, das keinen dicken Kern nach der Vollendung des Herstellungsprozesses umfasst. Als ein Beispiel kann ein dicker Kern ein solcher sein, der aus einem verstärkten Material, wie das, das in einer Hauptplatine verwendet wird, gebildet ist, und er kann leitfähige Durchkontaktierungen darin umfassen. Es versteht sich, dass der Die-Bonding-Film beibehalten oder entfernt werden kann. In beiden Fällen liefert das Beibehalten oder Ausschließen eines Die-Bonding-Films, das auf das Entfernen der Platte folgt, ein kernloses Substrat. Noch ferner kann das Substrat als ein kernloses Substrat betrachtet werden, da es keinen dicken Kern, wie z. B. ein faserverstärktes Glas-Epoxidharz, umfasst.
  • In einer Ausführungsform umfasst eine aktive Fläche des gehäusten Halbleiter-Nacktchips eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen, wie z. B., aber nicht beschränkt auf, Transistoren, Kondensatoren und Widerstände, die durch eine Nacktchip-Verbindungsstruktur zu Funktionsschaltungen verbunden sind, um dadurch eine integrierte Schaltung zu bilden. Für einen Fachmann ist es offensichtlich, dass die Bauelementenseite des Halbleiter-Nacktchips einen aktiven Abschnitt mit integrierten Schaltungen und Verbindungen umfasst. Der Halbleiter-Nacktchip kann gemäß mehreren unterschiedlichen Ausführungsformen ein beliebiges geeignetes integriertes Schaltungs-Bauelement sein, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, ein Mikroprozessor (Ein- oder Mehrkern), ein Speichergerät, ein Chipsatz, ein Grafikgerät, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung. In einer anderen Ausführungsform ist mehr als ein Nacktchip in demselben Gehäuse eingebettet. Zum Beispiel umfasst in einer Ausführungsform ein gehäuster Halbleiter-Nacktchip ferner einen sekundären aufgestapelten Nacktchip. Der erste Nacktchip kann eine oder mehrere darin angeordnete Silizium-Durchkontaktierungen (TSV-Nacktchip) aufweisen. Der zweite Nacktchip kann mit dem TSV-Nacktchip durch die eine oder die mehreren Silizium-Durchkontaktierungen elektrisch gekoppelt sein. In einer Ausführungsform sind beide Nacktchips in einem kernlosen Substrat eingebettet.
  • Der gehäuster Halbleiter-Nacktchip kann in einer Ausführungsform ein vollständig eingebetteter und umschlossener Halbleiter-Nacktchip sein. Wie in dieser Offenbarung verwendet bedeutet „vollständig eingebettet und umschlossen“, dass alle Flächen des Halbleiter-Nacktchips in Kontakt mit einer Verkapselungsschicht (wie z. B. einer dielektrischen Schicht) des Substrats, oder zumindest in Kontakt mit einem Material stehen, das innerhalb der Verkapselungsschicht beherbergt ist. Anders ausgedrückt, bedeutet „vollständig eingebettet und umschlossen“, dass alle freiliegenden Flächen des Halbleiter-Nacktchips mit der Verkapselungsschicht eines Substrats in Kontakt stehen.
  • Der gehäuste Halbleiter-Nacktchip kann in einer Ausführungsform ein vollständig eingebetteter Halbleiter-Nacktchip sein. Wie in dieser Offenbarung verwendet, bedeutet „vollständig eingebettet“, dass eine aktive Fläche und die gesamten Seitenwände des Halbleiter-Nacktchips in Kontakt mit einer Verkapselungsschicht (wie z. B. einer dielektrischen Schicht) des Substrats, oder zumindest in Kontakt mit einem Material stehen, das innerhalb der Verkapselungsschicht beherbergt ist. Anders ausgedrückt, bedeutet „vollständig eingebettet“, dass alle freiliegenden Bereiche einer aktiven Fläche und die freiliegenden Abschnitte der gesamten Seitenwände des Halbleiter-Nachtchips mit der Verkapselungsschicht eines Substrats in Kontakt stehen. Jedoch ist in solchen Fällen der Halbleiter-Nacktchip nicht „umschlossen“, da die Rückseite des Halbleiter-Nacktchips nicht mit einer verkapselungsschicht des Substrats oder einem Material, das innerhalb der Verkapselungsschicht beherbergt ist, in Kontakt steht. In einer ersten Ausführungsform steht eine Rückfläche des Halbleiter-Nacktchips von der allgemeinen Planaritätsfläche der Nacktchipseite eines Substrats hervor. In einer zweiten Ausführungsform steht keine Fläche des Halbleiter-Nacktchips von der allgemeinen Planaritätsfläche der Nacktchipseite eines Substrats hervor.
  • Im Unterschied zu den vorstehenden Definitionen von „vollständig eingebettet und umschlossen“ und „vollständig eingebettet“ ist ein „teilweise eingebetteter“ Nacktchip ein Nacktchip, bei dem eine ganze Fläche, aber nur ein Abschnitt der Seitenwände, in Kontakt mit einer Verkapselungsschicht eines Substrats (z. B. eines kernlosen Substrats) steht, oder zumindest mit einem Material das innerhalb der Verkapselungsschicht beherbergt ist, in Kontakt steht. Als ein weiterer Unterschied ist ein „nicht eingebetteter“ Nacktchip ein Nacktchip, bei dem höchstens eine Fläche und kein Abschnitt der Seitenwände mit einer Verkapselungsschicht eines Substrats (z. B. eines kernlosen Substrats) in Kontakt steht, oder mit einem Material, das innerhalb der Verkapselungsschicht beherbergt ist, in Kontakt steht. Wie vorstehend kurz erwähnt, kann eine Anzahl (ein Array) externer leitfähiger Kontakte nachträglich ausgebildet werden. In einer Ausführungsform koppeln die externen leitfähigen Kontakte das ausgebildete Substrat mit einem Basissubstrat. Die externen leitfähigen Kontakte können zur elektrischen Kommunikation mit dem Basissubstrat verwendet werden. In einer Ausführungsform umfasst das Array externer leitfähiger Kontakte ein Ball Grid Array (BGA). In anderen Ausführungsformen ist das Array von externen leitfähigen Kontakten ein Array, wie z. B., aber nicht beschränkt auf, ein Land Grid Array (LGA) oder ein Array von Pins (PGA).
  • In einer vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist das Substrat ein BBUL-Substrat. In einer derartigen Ausführungsform ist ein Luftdrucksensor innerhalb der Aufbauschichten zusammen mit einem Halbleiter-Nacktchip eingebettet. Obwohl vorstehend ausführlich ein BBUL-Prozess beschrieben wurde, können stattdessen andere Prozessabläufe verwendet werden. Zum Beispiel ist in einer anderen Ausführungsform ein Halbleiter-Nacktchip in einem Kern eines Substrats beherbergt. In einer anderen Ausführungsform werden Fan-Out-Schichten verwendet.
  • Der Begriff „MEMS“ bezieht sich im Allgemeinen auf eine Vorrichtung, die eine gewisse mechanische Struktur beinhaltet, die einen mit mikroelektronischen Bauelementen vergleichbaren Abmessungsmaßstab aufweist. Die mechanische Struktur ist in der Regel zu einer gewissen Form von mechanischer Bewegung fähig und weist Abmessungen unterhalb ungefähr 250 Mikrometer; jedoch können einige Ausführungsformen MEMS-Sensoren umfassen, die einige Millimeter quer durch ein Gehäuse betragen. Somit gehört zu den hier betrachteten MEMS-Strukturen in einer Ausführungsform ein beliebiges Bauelement, das innerhalb der MEMS-Technologie liegt. Zum Beispiel kann eine MEMS-Struktur eine beliebige mechanische und elektronische Struktur sein, die eine kritische Abmessung von weniger als ungefähr 250 Mikrometer aufweist und unter Verwendung eines Lithografie-, Abscheidungs- und Ätzprozesses über einem Substrat angefertigt wurde. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die MEMS-Struktur eine Vorrichtung, wie z. B. aber nicht beschränkt auf, ein Resonator, ein Sensor, ein Detektor, ein Filter oder ein Spiegel. In einer Ausführungsform ist die MEMS-Struktur ein Resonator. In einer bestimmten Ausführungsform ist der Resonator z. B. ein Balken, eine Platte, eine Stimmgabel oder ein Auslegerarmbalken, ist jedoch nicht darauf beschränkt. In einer Ausführungsform wird eine galvanisierte Kupferschicht verwendet, um eine hermetische Versiegelung für eine Referenzluftdruck-Kavität für einen MEMS-basierten Luftdrucksensor auszubilden.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können für die Herstellung eines Ein-Chip-Systems (SoC), z. B. für ein Smartphone oder ein Tablet, geeignet sein. In einer Ausführungsform wird ein Luftdrucksensor in einer BBUL-Mikrochip-Fabrik integriert und hergestellt. Die gleiche Backend-Verarbeitung, die für die vorhandene kernlose BBUL-Häusung verwendet wird, kann als Grundablauf verwendet werden. Alternativ kann der Prozessablauf für die Integration von Nacktchips mit MEMS auf andere Häusungssubstrat-Techniken anwendbar sein.
  • 14 ist ein Schema eines Computersystems 1400 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Computersystem 1400 (das auch als Elektroniksystem 1400 bezeichnet wird) kann wie dargestellt ein Halbleitergehäuse verkörpern, das einen Luftdrucksensor gemäß einer der mehreren offenbarten Ausführungsformen und ihren Äquivalenten, wie in dieser Offenbarung dargelegt, aufweist. Das Computersystem 1400 kann ein mobiles Gerät wie ein Netbook-Computer sein. Das Computersystem 1400 kann ein mobiles Gerät wie ein drahtloses Smartphone sein. Das Computersystem 1400 kann ein Desktop-Computer sein. Das Computersystem 1400 kann ein Handlesegerät sein. Das Computersystem 1400 kann eine Uhr sein.
  • Bei einer Ausführungsform ist das Elektroniksystem 1400 ein Computersystem, das einen Systembus 1420 umfasst, um die verschiedenen Komponenten des Elektroniksystems 1400 elektrisch zu koppeln. Der Systembus 1420 ist ein einzelner Bus oder eine beliebige Kombination aus Bussen gemäß verschiedener Ausführungsformen. Das Elektroniksystem 1400 beinhaltet eine Spannungsquelle 1430, die Energie an die integrierte Schaltung 1410 bereitstellt. Bei einigen Ausführungsformen liefert die Spannungsquelle 1430 Strom über den Systembus 1420 an die integrierte Schaltung 1410.
  • Die integrierte Schaltung 1410 ist elektrisch mit dem Systembus 1420 gekoppelt und beinhaltet jegliche Schaltung oder Kombination aus Schaltungen gemäß einer Ausführungsform. Bei einer Ausführungsform beinhaltet die integrierte Schaltung 1410 einen Prozessor 1412, der jede Art von Prozessor sein kann. Wie hierin verwendet, kann der Prozessor 1412 jede Art von Schaltung bedeuten, wie z. B., aber nicht beschränkt auf, ein Mikroprozessor, ein Mikrocontroller, ein Grafikprozessor, ein digitaler Signalprozessor oder ein anderer Prozessor. In einer Ausführungsform umfasst der Prozessor 1412 ein Halbleitergehäuse, oder ist in einem Halbleitergehäuse aufgenommen, das einen Luftdrucksensor, wie hier offenbart, aufweist. Bei einer Ausführungsform sind SRAM-Ausführungsformen in Speicher-Caches des Prozessors zu finden. Andere Arten von Schaltungen, die in der integrierten Schaltung 1410 beinhaltet sein können, sind eine kundenspezifische Schaltung oder eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) wie eine Kommunikationsschaltung 1414 für die Verwendung in drahtlosen Geräten wie Mobiltelefonen, Smartphones, Pagern, tragbaren Computern, Funksprechgeräten und ähnlichen elektronischen Systemen. Bei einer Ausführungsform umfasst der Prozessor 1410 einen On-Die-Speicher 1416 wie einen statischen Direktzugriffspeicher (SRAM). Bei einer Ausführungsform umfasst der Prozessor 1410 einen eingebetteten On-Die-Speicher 1416 wie einen eingebetteten dynamischen Direktzugriffspeicher (eDRAM).
  • Bei einer Ausführungsform wird die integrierte Schaltung 1410 von einer nachfolgenden integrierten Schaltung 1411 ergänzt. Nützliche Ausführungsformen umfassen einen Doppelprozessor 1413 und eine doppelte Kommunikationsschaltung 1415 und einen doppelten ON-Die-Speicher 1417 wie SRAM. Bei einer Ausführungsform umfasst die doppelte integrierte Schaltung 1410 einen eingebetteten On-Die-Speicher 1417 wie eDRAM. Bei einer Ausführungsform umfasst das Elektroniksystem 1400 außerdem einen externen Speicher 1440, der wiederum ein oder mehrere Speicherelemente umfassen kann, die für die bestimmte Anwendung geeignet sind, wie ein Hauptspeicher 1442 in Form eines RAM oder eine oder mehrere Festplatten 1444 und/oder einen oder mehrere Laufwerke, die entfernbare Medien 1446 handhaben, wie z. B. Disketten, CDs (compact disks), DVDs (digital variable disks), Flash-Speicher-Geräte und andere entfernbare Medien, die im Stand der Technik bekannt sind. Der externe Speicher 1440 kann außerdem ein eingebetteter Speicher 1448 sein, wie der erste Nacktchip in einem eingebetteten TSV-Nacktchipstapel gemäß einer Ausführungsform.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst das Elektroniksystem 1400 außerdem ein Display-Gerät 1450 und einen Audio-Ausgang 1460. Bei einer Ausführungsform umfasst das Elektroniksystem 1400 ein Eingabegerät wie einen Controller 1470 ein, der eine Tastatur, Maus, ein Trackball, Gamecontroller, Mikrofon, Spracherkennungsgerät oder ein beliebiges anderes Eingabegerät, das Informationen in das Elektroniksystem 1400 eingibt, sein kann. Bei einer Ausführungsform ist ein Eingabegerät 1470 eine Kamera. Bei einer Ausführungsform ist ein Eingabegerät 1470 ein digitales Tonaufnahmegerät. Bei einer Ausfuhrungsform ist ein Eingabegerät 1470 eine Kamera und ein digitales Tonaufnahmegerät.
  • Wie hier gezeigt, kann die integrierte Schaltung 1410 in einer Vielzahl von unterschiedlichen Ausführungsformen implementiert werden, einschließlich eines Halbleitergehäuses, das einen Luftdrucksensor gemäß einer oder mehreren offenbarten Ausführungsformen und ihren Äquivalenten aufweist, eines elektronischen Systems, eines Computersystems, eines oder mehrerer Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltung, eines oder mehrerer Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Anordnung, die ein Halbleitergehäuse umfasst, das einen Luftdrucksensor gemäß einer oder mehreren offenbarten Ausführungsformen wie hier in den verschiedenen Ausführungsformen und ihren hinsichtlich der Technik anerkannten Äquivalenten dargelegt aufweist. Die Elemente, Materialien, Geometrien, Abmessungen und die Abfolge von Vorgängen können alle variiert werden, um speziellen I/O-Kopplungsanforderungen, einschließlich Array-Kontaktzählung, Array-Kontaktanordnung für einen mikroelektronischen Nacktchip, der in einem Prozessor-Montagesubstrat gemäß irgendeiner der mehreren offenbarten Ausführungsformen und ihren Äquivalenten von Halbleitergehäusen, die einen Luftdrucksensor aufweisen, eingebettet ist, angepasst zu werden. Ein Basissubstrat kann mit aufgenommen sein, wie durch die gestrichelte Linie von 14 repräsentiert. Passive Bauelemente können auch aufgenommen sein, wie ebenfalls in 14 dargestellt.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen Halbleitergehäuse mit Luftdrucksensoren.
  • In einer Ausführungsform umfasst ein Halbleitergehäuse eine Vielzahl von Aufbauschichten Eine Kavität ist in einer oder mehreren der Aufbauschichten angeordnet. Ein Luftdrucksensor ist in der Vielzahl von Aufbauschichten angeordnet und umfasst die Kavität und eine über der Kavität angeordnete Elektrode.
  • In einer Ausführungsform ist die Kavität eine hermetische Versiegelte Kavität.
  • In einer Ausführungsform ist die hermetisch versiegelte Kavität aus einem durchgehenden Durchkontaktierungsring gebildet.
  • In einer Ausfuhrungsform sind eine oder mehrere der Aufbauschichten, in denen die hermetisch versiegelte Kavität angeordnet ist, eine Ajinomoto-Aufbaufilmschicht (ABF) und der durchgehende Durchkontaktierungsring ist aus Kupfer gebildet.
  • In einer Ausführungsform umfasst der Luftdrucksensor ein MEMS-Bauelement.
  • In einer Ausführungsform umfasst eine Membran des MEMS-Bauelements die Kavität und die Elektrode umfasst einen aufgehängten Abschnitt des MEMS-Bauelements.
  • In einer Ausführungsform ist der aufgehängte Abschnitt des MEMS-Bauelements aus Kupfer gebildet.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Halbleitergehäuse ferner eine Schicht, die ein Netzmuster aufweist und in der Kavität angeordnet ist wobei die Schicht eine strukturelle Unterstützung für die Kavität bereitstellt.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Halbleitergehäuse ferner eine dünne Metallplatte, die zwischen der Kavität und der Elektrode angeordnet ist, wobei die dünne Metallplatte eine strukturelle Unterstützung für die Kavität bereitstellt.
  • In einer Ausführungsform stellt die Kavität einen Referenzdruck für den Luftdrucksensor bereit.
  • In einer Ausführungsform, wobei das Halbleitergehäuse ferner ein Aufbauschichten-Substrat ohne Kontaktierhügel (BBUL) umfasst.
  • In einer Ausführungsform ist das BBUL-Substrat ein kernloses Substrat.
  • In einer Ausführungsform umfasst ein Halbleitergehäuse ein Substrat, das aus einer Vielzahl von Aufbauschichten gebildet ist. Ein Halbleiter-Nacktchip ist in dem Substrat beherbergt. Eine Kavität ist in einer oder mehreren der Aufbauschichten oberhalb des Halbleiter-Nacktchips angeordnet. Ein Luftdrucksensor ist in der Vielzahl von Aufbauschichten angeordnet und umfasst die Kavität und eine über der Kavität angeordnete Elektrode. Die Elektrode ist mit dem Halbleiter-Nacktchip elektrisch gekoppelt. Das Halbleitergehäuse umfasst außerdem eine oder mehrere Öffnungen, die einen Abschnitt des Luftdrucksensors an dem das Halbleitergehäuse umgebenden Luftdruck freilegen.
  • In einer Ausführungsform ist das Substrat ein Substrat aus Aufbauschichten ohne Kontaktierhügel (BBUL).
  • In einer Ausführungsform ist das BBUL-Substrat ein kernloses Substrat.
  • In einer Ausführungsform ist die Kavität eine hermetische versiegelte Kavität.
  • In einer Ausführungsform ist die hermetisch versiegelte Kavität aus einem durchgehenden Durchkontaktierungsring gebildet.
  • In einer Ausführungsform sind eine oder mehrere der Aufbauschichten, in denen die hermetisch versiegelte Kavität angeordnet ist, eine Ajinomoto-Aufbaufilmschicht (ABF) und der durchgehende Durchkontaktierungsring ist aus Kupfer gebildet.
  • In einer Ausführungsform umfasst der Luftdrucksensor ein MEMS-Bauelement.
  • In einer Ausführungsform umfasst eine Membran des MEMS-Bauelements die Kavität und die Elektrode umfasst einen aufgehängten Abschnitt des MEMS-Bauelements.
  • In einer Ausführungsform ist der aufgehängte Abschnitt des MEMS-Bauelements aus Kupfer gebildet.
  • IN einer Ausführungsform ist das MEMS-Bauelement in der Nähe einer aktiven Fläche des Halbleiter-Nacktchips und fern von einer Rückfläche des Halbleiter-Nacktchips angeordnet. In einer Ausführungsform umfasst das Halbleitergehäuse ferner eine Schicht, die ein in der Kavität angeordnetes Netzmuster aufweist, wobei die Schicht eine strukturelle Unterstützung für die Kavität bereitstellt.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Halbleitergehäuse ferner eine dünne Metallplatte, die zwischen der Kavität und der Elektrode angeordnet ist, wobei die dünne Metallplatte eine strukturelle Unterstützung für die Kavität bereitstellt.
  • In einer Ausführungsform stellt die Kavität einen Referenzdruck für den Luftdrucksensor bereit.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Halbleitergehäuse ferner einen Permanentmagnet, der mit dem Luftdrucksensor gekoppelt ist.
  • In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Erfassen von Luftdruck, der ein Halbleitergehäuse umgibt, ein Bestimmen einer Größe einer kapazitiven Kopplung zwischen einer Membran eines Luftdrucksensors und einer Elektrode des Luftdrucksensors. Die Membran umfasst eine hermetisch versiegelte Kavität, die unterhalb der Elektrode und in Aufbauschichten des Halbleitergehäuses angeordnet ist. Die hermetisch versiegelte Kavität weist einen Referenzdruck auf. Das Verfahren umfasst außerdem ein Korrelieren der Größe der kapazitiven Kopplung mit einer Differenz zwischen dem Referenzdruck und dem Umgebungsdruck.
  • In einer Ausführungsform reduziert die Membran die Größe der hermetisch versiegelten Kavität, und vergrößert einen Abstand zwischen der Membran und der Elektrode, wenn der Umgebungsluftdruck größer ist als der Referenzdruck.
  • In einer Ausführungsform vergrößert die Membran die Größe der hermetisch versiegelten Kavität, und reduziert einen Abstand zwischen der Membran und der Elektrode, wenn der Umgebungsluftdruck kleiner ist als der Referenzdruck.
  • In einer Ausführungsform umfasst der Luftdrucksensor einen Schwingbalken. Das Verfahren umfasst ferner ein Betätigen des Schwingbalkens durch Zusammenwirken eines AC-Stroms mit einem Permanentmagnet. Eine Membranauslenkung entsteht aufgrund einer Differenz des Luftdrucks und wird in eine Z-Verschiebung verwandelt, die Zugspannung auf den Schwingbalken anlegt und eine Resonanzfrequenz des Schwingbalkens erhöht.

Claims (17)

  1. Halbleitergehäuse, umfassend: eine Vielzahl von Aufbauschichten, eine hermetisch versiegelte Kavität (110), die in einer oder mehreren der Aufbauschichten (102, 104, 106, 112, 116) angeordnet ist und von einem durchgehenden Durchkontaktierungsring (108/114) umgeben ist, und einen Luftdrucksensor (400), der in der Vielzahl von Aufbauschichten angeordnet ist und die Kavität (110) und eine über der Kavität (110) angeordnete Elektrode (402/404) umfasst.
  2. Halbleitergehäuse nach Anspruch 1, wobei eine oder mehrere der Aufbauschichten (102, 106, 112), in denen die hermetisch versiegelte Kavität (110) angeordnet ist, eine dielektrische Aufbaufilmschicht ist und wobei der durchgehende Durchkontaktierungsring (108/114) Kupfer umfasst.
  3. Halbleitergehäuse nach Anspruch 1, wobei der Luftdrucksensor (400) ein MEMS-Bauelement umfasst, wobei eine Membran (112/116) des MEMS-Bauelements oberhalb der Kavität (110; 410) ausgebildet ist, und wobei die Elektrode (402/404) einen aufgehängten Abschnitt (402) des MEMS-Bauelements umfasst.
  4. Halbleitergehäuse nach Anspruch 3, wobei der aufgehängte Abschnitt (402) des MEMS-Bauelements Kupfer umfasst.
  5. Halbleitergehäuse nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Schicht, die ein Netzmuster (209) aufweist und in der Kavität (110; 210) angeordnet ist, wobei die Schicht eine strukturelle Unterstützung für die Kavität (110; 210) bereitstellt.
  6. Halbleitergehäuse nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine dünne Metallplatte (311), die zwischen der Kavität (110; 310) und der Elektrode (402/404) angeordnet ist, wobei die dünne Metallplatte (311) eine strukturelle Unterstützung für die Kavität (110; 310) bereitstellt.
  7. Halbleitergehäuse nach Anspruch 1, wobei die Kavität (110; 410) einen Referenzdruck für den Luftdrucksensor (400) bereitstellt.
  8. Halbleitergehäuse nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein Substrat (1104) aus Aufbauschichten ohne Kontaktierhügel.
  9. Halbleitergehäuse nach Anspruch 8, wobei das Substrat (1104) aus Aufbauschichten ohne Kontaktierhügel ein kernloses Substrat ohne Harzkernschicht ist.
  10. Halbleitergehäuse, umfassend: ein Substrat (1104), das eine Vielzahl von Aufbauschichten umfasst, einen Halbleiter-Nacktchip (1102), der in dem Substrat (1104) beherbergt ist, eine hermetisch versiegelte Kavität (110; 1150), die in einer oder mehreren der Aufbauschichten oberhalb des Halbleiter-Nacktchips (1102) angeordnet und von einem durchgehenden Durchkontaktierungsring (1126/1138) umgeben ist, einen Luftdrucksensor, der in der Vielzahl von Aufbauschichten angeordnet ist und die Kavität (110; 1150) und eine über der Kavität (110; 1150) angeordnete Elektrode (1140) umfasst, wobei die Elektrode (1140) mit dem Halbleiter-Nacktchip (1102) elektrisch gekoppelt ist, und eine oder mehrere Öffnungen, die einen Abschnitt des Luftdrucksensors an dem das Halbleitergehäuse umgebenden Luftdruck freilegen.
  11. Halbleitergehäuse nach Anspruch 10, ferner umfassend: eine Schicht, die ein Netzmuster (1130) aufweist und in der Kavität (110; 1150) angeordnet ist, wobei die Schicht eine strukturelle Unterstützung für die Kavität (110; 1150) bereitstellt.
  12. Halbleitergehäuse nach Anspruch 10, ferner umfassend: eine dünne Metallplatte (1234), die zwischen der Kavität (110; 1150; 1250) und der Elektrode (1140; 1240) angeordnet ist, wobei die dünne Metallplatte (1234) eine strukturelle Unterstützung für die Kavität (110; 1150; 1250) bereitstellt.
  13. Halbleitergehäuse nach Anspruch 10, ferner umfassend: einen Permanentmagnet (1306), der mit dem Luftdrucksensor gekoppelt ist.
  14. Verfahren zum Erfassen von Luftdruck in einer Umgebung eines Halbleitergehäuses, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen einer Größe von kapazitiver Kopplung zwischen einer Membran (112/116) eines Luftdrucksensors (400) und einer Elektrode (402/404) des Luftdrucksensors (400), wobei die Membran (112/116) oberhalb einer hermetisch versiegelten Kavität (110) ausgebildet ist, die unterhalb der Elektrode (402/404) und in Aufbauschichten (102, 104, 106, 112, 116) des Halbleitergehäuses angeordnet ist, wobei die hermetisch versiegelte Kavität (110) von einem durchgehenden Durchkontaktierungsring (108/114) umgeben ist und einen Referenzdruck für den Luftdrucksensor (400) bereitstellt, und Korrelieren der Größe der kapazitiven Kopplung mit einer Differenz zwischen dem Referenzdruck und dem Umgebungsdruck.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Membran (112/116) die Größe der hermetisch versiegelten Kavität (110) reduziert, und einen Abstand zwischen der Membran (112/116) und der Elektrode (402/404) vergrößert, wenn der Umgebungsluftdruck größer ist als der Referenzdruck.
  16. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Membran (112/116) die Größe der hermetisch versiegelten Kavität (110) vergrößert, und einen Abstand zwischen der Membran (112/116) und der Elektrode (402/404) verringert, wenn der Umgebungsluftdruck kleiner ist als der Referenzdruck.
  17. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Luftdrucksensor (400; 800) einen Schwingbalken (804) umfasst, wobei das Verfahren ferner ein Betätigen des Schwingbalkens (804) durch ein Zusammenwirken eines AC-Stroms mit einem Permanentmagnet (806) umfasst, wobei eine Membranauslenkung (802) aufgrund einer Differenz des Luftdrucks entsteht und eine Z-Verschiebung bewirkt, was Zugspannung an den Schwingbalken (804) anlegt und eine Resonanzfrequenz des Schwingbalkens (804) erhöht.
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