ITMI20072099A1 - Metodo di fabbricazione di un dispositivo elettronico comprendente dispositivi mems incapsulati per stampaggio - Google Patents

Metodo di fabbricazione di un dispositivo elettronico comprendente dispositivi mems incapsulati per stampaggio Download PDF

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ITMI20072099A1
ITMI20072099A1 IT002099A ITMI20072099A ITMI20072099A1 IT MI20072099 A1 ITMI20072099 A1 IT MI20072099A1 IT 002099 A IT002099 A IT 002099A IT MI20072099 A ITMI20072099 A IT MI20072099A IT MI20072099 A1 ITMI20072099 A1 IT MI20072099A1
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mems device
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Mark Andrew Shaw
Federico Giovanni Ziglioli
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Description

Domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo:
"Metodo di fabbricazione di un dispositivo elettronico comprendente dispositivi MEMS incapsulati per stampaggio"
DESCRIZIONE
Campo di applicazione
La presente invenzione fa riferimento ad un metodo di fabbricazione di un dispositivo elettronico comprendente dispositivi MEMS incapsulati per stampaggio.
L’invenzione fa altresì riferimento ad un dispositivo elettronico comprendente dispositivi MEMS incapsulati per stampaggio.
L'invenzione riguarda in particolare, ma non esclusivamente, un metodo di fabbricazione di un dispositivo elettronico comprendente sensori MEMS montati su un substrato LGA, in cui il sensore MEMS necessita di un’interfaccia fisica di comunicazione con l’ambiente esterno al dispositivo elettronico e la descrizione che segue è fatta con riferimento a questo campo di applicazione con il solo scopo di semplificarne l'esposizione.
Arte nota
Come è ben noto, un dispositivo MEMS (sistema micro-elettromeccanico) è un dispositivo miniaturizzato o comunque avente dimensioni micrometriche che integra funzioni meccaniche ed elettriche in una piastrina (chip o die) di materiale semiconduttore, ad esempio silicio e che è realizzato usando le tecniche litografiche di microfabbricazione. Il dispositivo assemblato finale si compone tipicamente della piastrina di silicio in cui è integrato il dispositivo MEMS e, facoltativamente, di circuiti integrati per applicazioni specifiche montati su un substrato, ad esempio di tipo LGA o BGA (Land Grid Array o Ball Grid Array), affiancati al o impilati sul dispositivo MEMS, usando convenzionali processi di assemblaggio.
Un coperchio o cappuccio, fissato al substrato, incapsula il dispositivo MEMS e gli altri dispositivi montati sul substrato, formando un involucro che protegge il dispositivo MEMS da sollecitazioni fisiche esterne.
Qualora il dispositivo MEMS sia un sensore di pressione, di gas, di liquidi o un microfono, il coperchio è provvisto di una finestra per consentire l’interazione tra il dispositivo e Testerno del dispositivo assemblato.
E’ inoltre noto che il substrato di tipo LGA/ BGA sia formato da strati conduttivi tra loro isolati mediante strati di materiale isolante o dielettrico. Gli strati conduttivi sono conformati in piste conduttive tra loro isolate da strati di materiale isolante o dielettrico. Fori passanti e conduttivi, chiamati "vias", tipicamente realizzati attraverso gli strati isolanti secondo un orientamento ortogonale rispetto agli strati isolanti, sono previsti per formare percorsi conduttivi fra piste conduttive appartenenti a strati conduttivi diversi.
I dispositivi MEMS sono quindi elettricamente collegati con l’estemo del dispositivo finale mediante fili che connettono piazzole di contatto previste sui dispositivi MEMS con piste conduttive presenti sul substrato all interno del coperchio.
Una soluzione di questo tipo è descritta ad esempio nella domanda di brevetto europea, con numero di pubblicazione EP 1 775 259, depositata il 14 ottobre 2005 dalla stessa richiedente. In questa domanda di brevetto un dispositivo MEMS, in particolare un sensore di pressione, è realizzato su un substrato di tipo LGA, al quale è incollato, tramite uno strato di colla epossidica. Tale sensore presenta una cavità al di sopra della quale sì trova una membrana ed è collegato al substrato tramite fili conduttivi metallici. Viene poi coperto da un wafer di chiusura munito di un’apertura in corrispondenza della membrana del sensore e tramite la quale il sensore è in comunicazione con l’esterno. Tutto il dispositivo si trova, infine, incapsulato in un involucro.
Pur vantaggiosa sotto diversi aspetti, tale soluzione presenta diversi inconvenienti. Infatti, per realizzare il dispositivo completo è necessario realizzare dapprima l'involucro, poi occorre inserire i diversi componenti nell'involucro, infine occorre chiudere l'involucro e inserire l'elemento per comandare il sensore attraverso la finestra dell'involucro. Per tali dispositivi risulta, inoltre, piuttosto macchinosa la procedura di allineamento e posizionamento della finestra per introdurre l’elemento per comandare il sensore, rendendo la realizzazione del dispositivo difficilmente riproducibile. Inoltre, il processo di fabbricazione di tali dispositivi risulta complicato dalla presenza di diverse fasi di assemblaggio e relativamente costoso.
Una seconda soluzione, descritta nel brevetto europeo EP 1 211 722, concesso l 8 settembre 2004 a nome della stessa richiedente, prevede l'impiego di un involucro che, utilizzando una tecnica convenzionale, viene dotato di una finestra in corrispondenza di un dispositivo elettronico integrato, ad esempio un sensore alloggiato all interno dell’involucro e che deve essere messo in comunicazione con l’esterno dell'involucro. Tale finestra è ottenuta utilizzando lo stesso stampo che viene utilizzato per realizzare l’involucro; questo stampo è monito di una protrusione aggettante internamente in corrispondenza del sensore. Dopo aver fissato ad un substrato semiconduttore, che funge da supporto, il sensore e una relativa circuiteria di controllo, una superficie del sensore viene ricoperta con uno strato di rivestimento formato da materiale di tipo elastico. Il substrato viene inserito nello stampo in modo che la protrusione sia in corrispondenza e in contatto con lo strato di rivestimento. Lo stampo viene, quindi, riempito, per iniezione, di un materiale isolante per realizzare in un’unica fase l’involucro con finestra.
Ancorché rispondente allo scopo, anche questa soluzione non è esente da inconvenienti, quali la riproducibilità<'>del processo, la stabilita<'>della forma del materiale elastico dispensato, l’affidabilità<'>e la robustezza del dispositivo che, può<'>, infatti essere soggetto a delaminazioni all’interfaccia tra il materiale isolante e il materiale di tipo elastico.
Un'altra tecnica per fabbricare un dispositivo MEMS incapsulato in un involucro utilizza l’impiego di una macchina di stampaggio commercialmente nota come "film assisted mold”, che realizza il cappuccio del dispositivo grazie a un film polimerico, interposto tra lo stampo e il dispositivo stesso, che consente di esporre il silicio in maniera notevolmente controllata.
Lo svantaggio di questa soluzione consiste nel fatto che l’aumento della dimensione dei fori praticati sul cappuccio determina un’indebolimento della fetta di silicio che funge da cappuccio, e una conseguente rottura di questa durante il completamento del dispositivo.
Inoltre, per agevolare l’interazione tra un dispositivo MEMS, ad esempio un sensore di pressione, e il fluido esterno all’involucro che lo incapsula sono stati messi a punto metodi di fabbricazione di microcanali sepolti nel dispositivo MEMS, al di sotto della membrana o elemento attivo. Un metodo che realizza micro-canali sepolti di questo tipo è descritto nella domanda di brevetto, con numero di pubblicazione EP 1 719 993, depositata il 6 maggio 2005 dalla stessa richiedente.
Un secondo metodo noto per la formazione di micro-canali è descritto nella domanda di brevetto US 2006/0246416. Secondo tale metodo, i micro-canali vengono formati nel substrato di un primo "chip”, detto “chip” micro-poroso, che viene poi incollato ad un secondo “chip”, detto “chip” micro-fluidico. Un terzo esempio di formazione di micro-canali è descritto nella domanda di brevetto US 2005/0151244, in cui i micro-canali vengono formati prima in un piatto refrigerante (“cooling piate”) utilizzato per raffreddare un “chip” elettronico.
E’ noto, infine, realizzare dei micro-canali in un substrato di silicio attraverso la combinazione di strati opportunamente sagomati.
Un altro aspetto da tenere in considerazione nella fabbricazione dei dispositivi MEMS, in particolare quelli ultrasottili, o per applicazioni “package”, è la necessità di usare delle resine fotosensibili (“foto-resist”) molto spesse e ad alto “rapporto d’aspetto” (vale a dire: ad alto rapporto tra larghezza e altezza del dispositivo, nota anche come “aspect ratio”), allo scopo di ottenere pareti verticali in strutture relativamente alte e con un buon controllo delle dimensioni sull’intera altezza.
Una tecnica nota per ottenere strutture ad alto “rapporto d’aspetto” con risoluzione sub-micrometrica in “foto-resist” molto spessi è la litografia a raggi X, usata nel processo LIGA (“Lithopgraphy, Galvanoforming and Abformung”) per formare strati molto spessi di PMMA (polirne tilmetacrilato). Tuttavia, il costo della fabbricazione di un dispositivo, fatta usando il processo LIGA con litografia a raggi X, è fortemente influenzato dal costo elevato della sorgente a raggi X (radiazione sincrotronica) e dalla complessa tecnologia delle maschere.
Di recente, invece, un nuovo tipo di “foto-resist”, avente caratteristiche simili al PMMA e che può essere usato in un processo tipo LIGA, viene utilizzato per le applicazioni di MEMS ultrasottili e ad alto “rapporto d’aspetto”.
Le caratteristiche di questo nuovo tipo di “foto-resist”, chiamato SU-8, vengono descritte nelle pubblicazioni “A novel fabrication Method of embedded micro channels employing simple UV dosage control and antireflection coating”, F.G.Tseng, Y.J.Chuang and W.K.Lin, 2002 IEEE; e “High-Aspect-Ratio, Ultrathick, Negative-tone near-UV photoresist for MEMS applications” , M.Despont, H. Lorenz, N.Fahrni, J.Brugger, P.Renaud and P.Vettiger, 1997 IEEE.
L’SU-8 è un “foto-resist” simile alla resina epossidica, sensibile alla radiazione vicina allUV e basato sulla resina EPON SU-8 (della “Shell Shell Chimica”). La caratteristica fondamentale, che rende l’SU-8 utile per le applicazioni a “foto-resist” ultraspesso, è il suo assorbimento ottico molto basso in un intervallo di radiazioni vicino all’UV, il che determina condizioni di esposizione uniformi in funzione dello spessore, consente di formare pareti perfettamente verticali e di avere un buon controllo dimensionale sull’altezza dell’intera struttura formata. Un altro vantaggio dell’SU-8 è la sua capacità di autoplanarizzarsi durante la precottura (“prebake”) e quindi di eliminare l’effetto di rialzi sui bordi (“edge-bead”), determinando un buon contatto tra la maschera e il “fotoresist” nella litografia da contatto.
Come riportato nella seconda delle pubblicazioni menzionate prima, è stato dimostrato che, con una copertura a singolo strato di SU-8, si possono ottenere, in maniera riproducibile, spessori di più di 500 μηι e che “foto-resist” ancora più spessi possono essere ottenuti mediante coperture multiple (“multiple coatings”), fino a 1200 μιη di spessore con una copertura a doppio strato. Il “rapporto d’aspetto” trovato per strutture esposte alla radiazione vicino all’UV (400nm) può essere più grande di 18 e rimane costante per uno spessore compreso tra 80 e 1200 μηι,
Il problema tecnico che sta alla base della presente invenzione è quello di escogitare un dispositivo comprendente dispositivi MEMS incapsulati per stampaggio, avente caratteristiche strutturali e funzionali tali da consentire di realizzare tale dispositivo elettronico con processi di fabbricazione a basso costo superando le limitazioni e/o gli inconvenienti che tuttora penalizzano i dispositivi elettronici realizzati secondo l'arte nota.
Sommario dell'invenzione
L'idea di soluzione che sta alla base della presente invenzione è quella di realizzare un metodo di fabbricazione di un dispositivo elettronico comprendente dispositivi MEMS incapsulati per stampaggio, in cui l’apertura che mette il dispositivo MEMS in comunicazione con l’esterno sia realizzata tramite fotolitografia con strati spessi di “fotoresist”, ad esempio del tipo noto come SU-8.
Sulla base di tale idea di soluzione il problema tecnico è risolto da un metodo per fabbricare un dispositivo elettronico che comprende:
- un dispositivo MEMS incapsulato per stampaggio in un involucro protettivo, il dispositivo MEMS comprendendo una superficie attiva in cui è integrata una porzione di detto dispositivo MEMS sensibile, tramite una membrana, a variazioni chimico/fisiche di un fluido;
il metodo essendo caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di:
- formare, prima della fase di stampaggio, almeno uno strato di resina fotosensibile su almeno una regione centrale sovrastante detta superficie attiva in corrispondenza di detta membrana;
- rimuovere almeno una porzione di detto almeno uno strato di resina da detta almeno una regione centrale, in modo che in detta regione sia formata un’apertura, attraverso cui il dispositivo MEMS è attivabile dall’esterno di detto involucro protettivo.
II problema è altresì risolto da un dispositivo elettronico che comprende un dispositivo MEMS incapsulato per stampaggio in un involucro protettivo, detto dispositivo MEMS comprendendo una superficie attiva in cui è integrata una porzione di detto dispositivo MEMS sensibile, tramite una membrana, a variazioni chimico/ fisiche di un fluido, il dispositivo elettronico essendo caratterizzato dal fatto che il dispositivo MEMS è attivabile dall’esterno di detto involucro protettivo tramite un’apertura posizionata tra almeno un primo ed almeno un secondo strato di resina, in corrispondenza di detta membrana. Le caratteristiche ed i vantaggi del metodo e del dispositivo secondo l'invenzione risulteranno dalla descrizione, fatta qui di seguito, di loro rispettivi esempi di realizzazione dati a titolo indicativo e non limitativo con riferimento ai disegni allegati.
Breve descrizione dei disegni
In tali disegni:
- le figure 1A, 1B mostrano le fasi di una prima forma di attuazione del metodo di fabbricazione di una prima forma di realizzazione del dispositivo elettronico comprendente dispositivi MEMS, secondo l’invenzione;
- la figura 2 mostra un’immagine TEM (Transmitted Electronic Microscopy) dall’alto della prima forma di realizzazione del dispositivo elettronico di figura 1 comprendente dispositivi MEMS, ottenuto con il metodo secondo l’invenzione;
- le figure 3A-3C mostrano le fasi di una seconda forma di attuazione del metodo di fabbricazione di una seconda forma di realizzazione del dispositivo elettronico comprendente dispositivi MEMS, secondo l’invenzione;
- le figure 4A-4E mostrano un’applicazione delle fasi della seconda forma di attuazione del metodo di fabbricazione di una seconda forma di realizzazione del dispositivo elettronico comprendente dispositivi MEMS, secondo l’invenzione;
- le figure 5A, 5B mostrano le immagini TEM di due porzioni del dispositivo ottenuto con la terza forma di attuazione del metodo, secondo l’invenzione;
- la figura 6 mostra una sezione di un dispositivo elettronico realizzato con il metodo secondo l’invenzione; e
- la figura 7 mostra una vista tridimensionale dei micro-canali sepolti, realizzati con il metodo secondo l’invenzione.
Descrizione dettagliata
Con riferimento alle figure 1A e 1B, vengono mostrate le fasi di una prima forma di attuazione del metodo di fabbricazione di una prima forma di realizzazione del dispositivo elettronico comprendente dispositivi MEMS secondo l’invenzione.
Nel seguito della descrizione risulterà evidente che il metodo secondo l’invenzione può essere attuato per ottenere indifferentemente una prima oppure una seconda forma di realizzazione di un dispositivo elettronico incorporante dispositivi MEMS.
Nella descrizione che segue si da inoltre per scontato che il dispositivo MEMS sia già stato realizzato al di sopra di un substrato semiconduttore del dispositivo elettronico che lo ospita.
In figura 1A è mostrata una prima fase di attuazione del metodo che prevede la formazione di uno strato di resina fotosensibile al di sopra del dispositivo MEMS compreso nel dispositivo elettronico e la successiva parziale rimozione di tale strato di resina prima dell incapsulamento per stampaggio del dispositivo in un involucro protettivo.
In particolare, è mostrato un substrato 12, ad esempio di tipo LGA/BGA comprendente un nucleo isolante di un materiale polimerico (per esempio resina della triazine e di bismaleimide (BT)) e rivestito da strati metallici, ad esempio di rame, nei quali vengono conformate, secondo le tecniche convenzionali, piste conduttive non mostrate in figura. Sopra il substrato 12 è vincolato per incollaggio un dispositivo MEMS 13 che funge da sensore, vale a dire che è sensibile a variazioni chimiche e/o fisiche di un fluido presente all’esterno del dispositivo elettronico. Il dispositivo MEMS 13 è integrato in una piastrina, ad esempio di silicio, e ha una superficie non attiva 14 ed una superficie attiva 15, opposta alla superficie non attiva 14, al di sotto della quale è presente una cavità 16. Al di sopra della cavità 16 si trova una membrana 17 sottostante la superficie attiva 15.
Vantaggiosamente, sull’intera superficie 15 del sensore MEMS 13 viene depositato uno strato di resina fotosensibile 21, ad esempio di tipo SU-8, tramite la tecnica dello “spin coating”.
La caratteristica fondamentale, che rende l’SU-8 utile per le applicazioni a “foto-resist” ultraspesso, è il suo assorbimento ottico molto basso in un intervallo di radiazioni vicino all’UV, il che determina condizioni di esposizione uniformi in funzione dello spessore, consente di formare pareti perfettamente verticali e di avere un buon controllo dimensionale sull’altezza dell’intera struttura formata. Un altro vantaggio dell’SU-8 è la sua capacità di autoplanarizzarsi.
Vantaggiosamente, lo strato di resina 21 depositato ha uno spessore relativamente elevato e maggiore di 20 μπι.
Vantaggiosamente, lo strato di resina 21 depositato ha uno spessore maggiore dell’altezza massima dei fili conduttori metallici 18, che e<'>pari a 150 micrometri.
Successivamente lo strato di resina 21 viene esposto ad una radiazione vicina nello spettro alla radiazione UV e viene effettuato un attacco, di tipo chimico o effettuato con la tecnica delT“ashing”, per rimuovere lo strato di resina in eccesso da una regione centrale 19, sovrastante la superficie 15 in corrispondenza della membrana 17, e da una regione periferica 20 sovrastante una porzione laterale della superficie 15. Tale regione periferica 20, viene, infatti, adibita ad ospitare fili conduttori metallici 18 che fungono da connessioni elettriche tra il sensore MEMS 13 e il substrato 12, che presenta delle apposite piazzole, non rappresentate in figura, che sono connesse alle piste conduttive tramite tali fili conduttori 18.
In definitiva, vengono lasciate una prima e una seconda porzione dello strato di resina 21 in corrispondenza di regioni 22 sovrastanti la superficie attiva 15 e adiacenti alla regione centrale 19, di modo che viene formata un’apertura 23 in corrispondenza della regione centrale 19, che consente l’interazione del sensore 13, tramite la membrana 17, con un fluido esterno.
Vantaggiosamente, secondo un altro aspetto dell’invenzione, lo strato di resina viene depositato mediante la nota tecnica dello “screen printing”.
Vantaggiosamente, secondo un altro aspetto dell’invenzione, lo strato di resina viene depositato mediante la nota tecnica del “dispensing”.
Successivamente, come mostrato in figura 1B, viene eseguita, tramite tecniche convenzionali, una fase di stampaggio di un involucro protettivo (“moulding”)ì. Viene così formato un dispositivo elettronico 10 che risulta alla fine incapsulato all’interno di un involucro protettivo o “package” 24. In particolare, l’involucro protettivo 24 ingloba il dispositivo MEMS 13, sovrastato dalle due porzioni residue di strato di resina 21, le connessioni elettriche 18 e il substrato 12, lasciando esposta l’apertura 23 in corrispondenza della membrana 17 del dispositivo MEMS 13.
La figura 2 mostra un’immagine TEM dall’alto del dispositivo elettronico 10.
Con riferimento alle figure 3A-3C, vengono mostrate le fasi di una seconda forma di attuazione del metodo di fabbricazione che portano ad una seconda forma di realizzazione del dispositivo elettronico dell’invenzione comprendente dispositivi MEMS. Questa seconda forma di attuazione prevede la formazione dello strato di resina su una porzione del dispositivo MEMS in corrispondenza della membrana attiva e la successiva rimozione di tale strato di resina dopo l’incapsulamento per stampaggio del dispositivo in un involucro protettivo.
In figura 3A è mostrata una prima fase della seconda forma di attuazione del metodo. Su un substrato 112 è incollato un dispositivo MEMS 113 che funge da sensore. Il dispositivo MEMS 113 è integrato in una piastrina, ad esempio di silicio, e ha una superficie non attiva 114 ed una superfìcie attiva 115 opposta alla superficie non attiva 114. Al di sotto della superficie attiva 115, è presente una cavità 116, al di sopra della quale si trova una membrana 117. Il sensore MEMS 113 è collegato, tramite fili conduttori metallici 118, al substrato 112 che presenta delle piazzole, non rappresentate in figura, connesse alle piste conduttive.
Vantaggiosamente, uno strato di resina fotosensibile 121, ad esempio di tipo SU-8, viene depositato su una regione 119 sovrastante la superficie attiva 115 del sensore MEMS 113 in corrispondenza della membrana 117, mentre regioni 122 sovrastanti la superficie attiva 115 e adiacenti alla regione 119 non vengono ricoperte dalla resina fotosensibile.
Vantaggiosamente, lo strato di resina 121 depositato ha uno spessore relativamente elevato e maggiore di 20 μι<η>.
Vantaggiosamente, lo strato di resina 121 depositato ha uno spessore maggiore dell’altezza massima dei fili conduttori metallici 118, che e<'>pari a 150 micrometri.
Vantaggiosamente, secondo un altro aspetto dell’invenzione, lo strato di resina 121 viene depositato mediante la tecnica dello “spin coating”.
Vantaggiosamente, secondo un altro aspetto dell’invenzione, lo strato di resina 121 viene depositato mediante foto-litografia convenzionale.
Vantaggiosamente, secondo un altro aspetto dell’invenzione, lo strato di resina 121 viene depositato mediante la tecnica dello “screen printing”.
Vantaggiosamente, secondo un altro aspetto dell’invenzione, lo strato di resina viene depositato mediante la tecnica del “dispensing”.
Successivamente, come mostrato in figura 3B, viene eseguita, tramite tecniche convenzionali di “moulding”, la fase di stampaggio, nella quale all’interno di un involucro protettivo o “package” 124 vengono inglobati il dispositivo MEMS 113, le connessioni elettriche 118 e il substrato 112, lasciando esposto lo strato di resina 121 in corrispondenza della membrana 117 del dispositivo MEMS 113.
Viene successivamente eseguita una fase di pulizia finale in cui lo strato di resina 121 viene totalmente rimosso dalla regione 119 e viene formata, al suo posto, un’apertura 123, che consente l’interazione del sensore 113 con un fluido esterno. In figura 3C, che corrisponde a tale fase, è mostrato il dispositivo elettronico 110 così ottenuto.
Nelle figure 4A-4E vengono mostrate a titolo di esempio le fasi relative ad un’ applicazione della seconda forma di attuazione del metodo di fabbricazione, nel caso in cui venga usata la tecnica del “dispensing” per depositare lo strato di resina.
In particolare, in figura 4A è mostrata la fase di incollaggio, tramite la tecnica nota “flip-chip”, tra un substrato 212 e un sensore MEMS 213 avente una superficie attiva 215, al di sotto della quale è presente una cavità 216 e una membrana 217 posta al di sopra della cavità 216. Tale fase di incollaggio è seguita, come si vede in figura 4B, da una fase di distribuzione di resina fotosensibile, tale da formare una regione ovoidale di resina 221 al di sopra di una regione 219 sovrastante la superficie attiva 215 in corrispondenza della membrana 217.
Vantaggiosamente, la resina fotosensibile usata per formare la regione ovoidale 221 è del tipo SU-8.
Questa regione di resina 221 viene, successivamente, sottoposta ad un processo termico di “curing”, al quale segue una fase, mostrata in figura 4C, di pulizia elettrochimica, mediante “plasma cleaning” e di formazione di connessioni metalliche 218 tra il sensore MEMS 213 e il substrato 212 mediante “wire bonding”.
La figura 4D mostra la fase di incapsulamento, tramite tecniche convenzionali di "moulding”, aH’intemo di un involucro protettivo o “package” 224, del dispositivo MEMS 213, delle connessioni elettriche 218 e del substrato 212, lasciando esposta la regione ovoidale di resina 221.
Segue una fase di pulizia finale, da cui si ottiene il dispositivo 210 mostrato in figura 4E, in cui la regione di resina 221 viene totalmente rimossa, lasciando un’apertura 223 in corrispondenza della regione 219, che consente l’interazione del sensore 213 con un fluido esterno.
Le figure 5A, 5B mostrano due immagini TEM (Transmitted Electronic Microscopy) di due porzioni del dispositivo 210. In particolare, la figura 5A mostra l’immagine TEM della fase mostrata in figura 4C, mentre la figura 5B mostra l’immagine TEM dall’alto di una striscia del dispositivo 210.
II metodo secondo l’invenzione ha un ulteriore vantaggio dato dal fatto che consente di realizzare un dispositivo comprendente microcanali tridimensionali che creano un percorso preferenziale per il passaggio di un fluido proveniente dall’esterno del dispositivo.
La figura 6 mostra ad esempio una sezione di un dispositivo elettronico 310 comprendente micro-canali sepolti, realizzati con la prima forma di attuazione del metodo secondo l’invenzione.
In particolare, il dispositivo 310, che può essere un dispositivo sensore di pressione o di gas, comprende un corpo monolitico di silicio 311, avente una superficie inferiore 312 e una superfìcie superiore 313 e comprendente una cavità sepolta 314 che si estende ad una certa distanza dalla superficie superiore 313 e delimita con questa una membrana flessibile 315.
Su una prima regione laterale 316 sovrastante la superficie superiore 313 si trova una prima porzione di un primo strato di resina fotosensibile 317 e su una seconda regione laterale 318 sovrastante la superficie superiore 313 si trova una seconda porzione di un primo strato di resina fotosensibile 317, formate con il metodo descritto nella figura 1A e 1B. Tra le due porzioni del primo strato di resina 317 è interposta una regione di canale 319 che comunica tramite un’apertura d’accesso 320 con la cavità sepolta 314, formando una struttura a micro-canali. Sulla porzione di strato di resina 317 sovrastante la regione laterale 316 si trova una prima porzione di un secondo strato di resina 321, che si sovrappone esattamente alla prima porzione di strato di resina 317. Sulla porzione di strato di resina 317 sovrastante la regione laterale 318 si trova una seconda porzione del secondo strato di resina 321, che si sovrappone alla seconda porzione di strato di resina 317 e si prolunga oltre questa aggettando sulla regione di canale 319 ed è separata dalla prima porzione del secondo strato di resina 321, tramite uno spazio 322 comunicante con la regione di canale 319. Le porzioni del secondo strato di resina 321 vengono formate reiterando il metodo delle figure 1A e 1B. Successivamente viene effettuato il “film assisted molding” lasciando esposto il primo strato di resina 317.
Il dispositivo 310 si trova incapsulato, insieme alle porzioni del primo e del secondo strato di resina 317 e 321, in un involucro protettivo o “package” 323 che presenta un’apertura 324 in corrispondenza dello spazio 322, tramite il quale un fluido presente all’esterno del package 324 penetra all intern della regione di canale 319.
I micro-canali vengono realizzati usando una foto -litografia standard. Con almeno due strati di resina viene realizzata una complessa struttura a canali tridimensionali, come quella mostrata in figura 7.
In conclusione, il metodo secondo l'invenzione consente di realizzare dei sensori di pressione economici e ad altro “rapporto di aspetto”.
Con il metodo secondo l’invenzione è altresì possibile realizzare sul chip un percorso preferenziale per gas o liquidi che scorrono all’interno del package fino al sensore. Tale metodo, infatti, può essere applicato a sensori di gas, di pressione e a chip utilizzati in micro-fluidica.
Inoltre, le dimensioni dei canali e della superficie attaccata nel silicio sono almeno un ordine di grandezza più piccole della struttura realizzata con le tecnologie di incapsulamento del dispositivo, hanno la precisione fotolito grafia e sono compatibili con i processi di front end.

Claims (20)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per fabbricare un dispositivo elettronico (10;110;210) comprendente un dispositivo MEMS (13;113;213) incapsulato per stampaggio in un involucro protettivo (24;124;214), detto dispositivo MEMS (13;113;213) comprendendo una superficie attiva (15;115;215) in cui è integrata una porzione di detto dispositivo MEMS sensibile, tramite una membrana (17;117;217), a variazioni chimico /fisiche di un fluido, caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di: - formare, prima della fase di stampaggio, almeno uno strato di resina (21;121;221) su almeno una regione (19;119;219) sovrastante detta superficie attiva (15; 115;215) in corrispondenza di detta membrana (17 ; 117;217) ; rimuovere almeno una porzione di detto almeno uno strato di resina (21;121;221) da detta almeno una regione (19;119;219), in modo che in detta regione (19;119;219) sia formata un’apertura (23;123;223), atta a rendere il dispositivo MEMS (13;113;213) attivabile dall 'esterno di detto involucro protettivo (24;124;224).
  2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta almeno una regione (19;119;219) e<'>centrale rispetto all’intera estensione di detta superficie attiva (15;115;215).
  3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta fase di formare almeno uno strato di resina (21;121;221) comprende depositare almeno uno strato di resina (21) contemporaneamente su detta regione (19), su una regione periferica (20) sovrastante una porzione laterale di detta superficie attiva (15), e su una prima ed una seconda regione (22) sovrastante detta superficie attiva (15) e adiacenti a detta regione (19).
  4. 4. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta fase di formare almeno uno strato di resina (21;121;221) comprende depositare almeno uno strato di resina (121) limitatamente a detta regione (119).
  5. 5. Metodo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detta fase di rimuovere almeno una porzione di detto almeno uno strato di resina (21;121;221) da detta almeno una regione (19;119;229) comprende attaccare contemporaneamente detto almeno uno strato di resina (21) da detta regione (19) e da detta regione periferica (20) e lasciare detto almeno uno strato di resina (21) su dette regioni (22).
  6. 6. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta fase di rimuovere almeno una porzione di detto almeno uno strato di resina (21;121;221) da detta almeno una regione (19;119;219) comprende formare un’apertura (23) in detta regione (19).
  7. 7. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta fase di rimuovere almeno una porzione di detto almeno uno strato di resina (21;121;221) da detta almeno una regione ( 19; 119;219} comprende rimuovere almeno una porzione di detto almeno uno strato di resina (21) da detta almeno una regione (19) prima della fase di stampaggio di detto involucro protettivo (24).
  8. 8. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta fase di rimuovere almeno una porzione di detto almeno uno strato di resina (21 ; 121 ;221) da detta almeno una regione (19;119;219) comprende rimuovere almeno una porzione di detto almeno uno strato di resina (121) da detta almeno una regione (119) dopo la fase di stampaggio di detto involucro protettivo (124).
  9. 9. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta fase di formare detto almeno uno strato di resina (21;121;221) comprende depositare detto almeno uno strato di resina (21 ; 121 ;221) con una tecnica di spin coating.
  10. 10. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta fase di formare detto almeno uno strato di resina (21; 121 ;221) comprende depositare detto almeno uno strato di resina (21;121;221) con una tecnica di screen printing.
  11. 11. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta fase di formare detto almeno uno strato di resina (21;121;221) comprende depositare detto almeno uno strato di resina (2 1 ; 121 ;221) con una tecnica di stendi printing.
  12. 12. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta fase di formare detto almeno uno strato di resina (2 1 ; 121 ;221) comprende depositare detto almeno uno strato di resina (2 1 ; 121 ;221) con una tecnica di dispensing.
  13. 13. Metodo secondo la rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che depositare detto almeno uno strato di resina (21;121;221) con la tecnica del dispensing comprende formare una regione ovoidale di resina (221).
  14. 14. Metodo secondo la rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che detta regione ovoidale di resina (221) viene sottoposta ad un processo di curing.
  15. 15. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta fase di formare detto almeno uno strato di resina (121) comprende depositare detto almeno uno strato di resina (121) mediante foto-litografia.
  16. 16. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto strato di resina (21, 121) è fotosensibile alla radiazione nei pressi dell’ UV.
  17. 17. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto strato di resina (21, 121) è di tipo SU-8.
  18. 18. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto strato di resina (21, 121) ha uno spessore relativamente elevato e maggiore di 20 μιη.
  19. 19. Dispositivo elettronico (10) comprendente un dispositivo MEMS (13) incapsulato per stampaggio in un involucro protettivo (24), detto dispositivo MEMS (13) comprendendo una superficie attiva (15) in cui è integrata una porzione di detto dispositivo MEMS sensibile, tramite una membrana (17), a variazioni chimico /fisiche di un fluido, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo MEMS (13) è attivabile dall’esterno di detto involucro protettivo (24) tramite un’apertura (23) posizionata tra almeno un primo ed almeno un secondo strato di resina (21), in corrispondenza di detta membrana (17).
  20. 20. Dispositivo elettronico (310), comprendente: un corpo monolitico (311) di materiale semiconduttore avente una superficie inferiore (312) e una superficie superiore (313); una cavità sepolta (314) estendente si al di sotto di detta superficie superiore (313) e delimitante, con detta superficie superiore (313), una membrana flessibile (315); un’apertura d’accesso (320) comunicante fluidicamente con detta cavità sepolta (314); un involucro protettivo (323) comprendente un’apertura (324) atta a mettere detto dispositivo elettronico (310) in comunicazione con un fluido esterno; caratterizzato dal fatto di comprendere: una regione di canale (319) sovrastante detta membrana flessibile (315) e interposta tra una prima porzione e una seconda porzione di un primo strato di resina (316), sovrastanti detta superfìcie attiva (312) lateralmente a detta membrana flessibile (315), e delimitata superiormente da una seconda porzione aggettante di un secondo strato di resina (320) separata da una prima porzione di un secondo strato di resina (321) tramite uno spazio (322) comunicante inferiormente con detta regione di canale (319) e superiormente con detta apertura (324); e dal fatto che detta regione di canale (319) è comunicante con detta cavità (314) tramite detta apertura d’accesso (320) e con un fluido esterno tramite detto spazio (322).
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