ITTO20120154A1 - Procedimento di assemblaggio di un dispositivo integrato a semiconduttore - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“PROCEDIMENTO DI ASSEMBLAGGIO DI UN DISPOSITIVO INTEGRATO A SEMICONDUTTOREâ€

La presente invenzione à ̈ relativa ad un procedimento di assemblaggio di un dispositivo integrato a semiconduttore; in particolare, la seguente trattazione farà riferimento, senza per questo perdere in generalità, all’assemblaggio di un dispositivo sensore integrato.

In modo noto, un dispositivo sensore integrato include una o più piastrine (die) di materiale semiconduttore (ad esempio silicio), in cui si realizzano circuiti elettronici (ad esempio un ASIC – Application Specific Integrated Circuit) e strutture di rilevamento microelettromeccaniche (MEMS – MicroElectroMechanical System), e che sono incapsulate in un contenitore avente funzioni di protezione e rivestimento e fornente opportune connessioni elettriche verso l'esterno, ad esempio per la saldatura ad un circuito stampato. Contenitori comuni sono i cosiddetti contenitori SO oppure SOIC (Small Outline Integrated Circuit), oppure i contenitori BGA (Ball Grid Array) oppure LGA (Land Grid Array), che offrono occupazione di area ridotta ed elevata densità dei contatti elettrici verso l’esterno.

In particolare, à ̈ noto per l’assemblaggio di un dispositivo sensore integrato l’utilizzo di una soluzione impilata (cosiddetta “stacked†) in direzione verticale, secondo la quale un die integrante una struttura di rilevamento MEMS viene accoppiato al di sopra, o al di sotto, di un die integrante un relativo circuito elettronico ASIC (atto ad esempio ad elaborare le grandezze ed i segnali elettrici trasdotti dalla struttura di rilevamento). I due die sono ad esempio accoppiati tra loro mediante l’interposizione di uno strato di materiale adesivo, con tecniche di assemblaggio generalmente note come tecniche di “attachment†.

Tale soluzione impilata consente di ottenere una riduzione dell’occupazione di area del dispositivo sensore integrato in direzione orizzontale (parallelamente ad esempio alla superficie del circuito stampato a cui il dispositivo viene accoppiato), ed à ̈ quindi particolarmente vantaggiosa nel caso di applicazioni portatili.

È stato tuttavia verificato che, in una soluzione di questo tipo, nel caso in cui la struttura di rilevamento MEMS sia posta sopra il die del circuito elettronico ASIC, la struttura di rilevamento MEMS può essere soggetta a sollecitazioni meccaniche (cosiddetti “stress†) a causa dell’accoppiamento meccanico con il die del circuito elettronico ASIC, e che tali sollecitazioni possono comportare una deriva dei parametri elettrici della stessa struttura di rilevamento; infatti, in modo noto, le proprietà meccaniche delle strutture di rilevamento influenzano direttamente le grandezze e/o i segnali elettrici forniti in uscita, in quanto tali grandezze e/o segnali elettrici sono funzione di deformazioni (ad esempio di elementi piezoresistivi, o membrane) o movimenti di parti mobili (ad esempio masse inerziali) delle stesse strutture di rilevamento.

Tali sollecitazioni possono essere trasmesse al die della struttura di rilevamento MEMS dal die del circuito elettronico ASIC, che può ad esempio essere soggetto a deformazioni del package del dispositivo sensore integrato (ad esempio a causa di incurvamenti “bending†dovuti a differenze dei coefficienti termici dei materiali costituenti). In generale, svariate possono essere le cause delle sollecitazioni meccaniche che possono compromettere il corretto funzionamento (come da specifiche di progetto) della struttura di rilevamento MEMS.

Al fine di limitare tale problema, la presente Richiedente ha pertanto proposto di interporre tra il die della struttura di rilevamento MEMS ed il die del circuito elettronico ASIC, impilati verticalmente, uno strato elastico di cuscinetto, tale da “assorbire†le sollecitazioni meccaniche altrimenti dirette verso la struttura di rilevamento MEMS. In particolare, tale strato elastico à ̈ costituito di un materiale adesivo, quale una resina (o colla), ad esempio siliconica, con elevata flessibilità e basso modulo di Young.

Il procedimento di assemblaggio prevede in tal caso una distribuzione localizzata, in corrispondenza di uno o più punti, di “gocce†del materiale adesivo su una superficie superiore del die del circuito elettronico ASIC, su cui viene successivamente adagiata una superficie inferiore del die della struttura di rilevamento MEMS. Mediante la pressione esercitata, il materiale adesivo si distribuisce al di sotto del suddetto die della struttura di rilevamento MEMS, in modo tale da costituire, una volta solidificato (mediante operazione di indurimento ad elevata temperatura, cosiddetta operazione di “curing†), il suddetto strato elastico di cuscinetto. Tale procedimento di assemblaggio può eventualmente prevedere la somministrazione e l’indurimento del materiale adesivo in due o più fasi successive, al fine ad esempio di ottenere sufficienti spessori dello strato elastico.

La presente Richiedente ha tuttavia verificato che tale soluzione di assemblaggio risente di alcuni problemi che non consentono di sfruttare appieno il vantaggio offerto in termini della separazione elastica della struttura di rilevamento MEMS rispetto agli stress meccanici.

In particolare, il suddetto procedimento di assemblaggio non consente di ottenere uno spessore uniforme del suddetto strato elastico di cuscinetto al di sotto del die della struttura di rilevamento MEMS nella direzione verticale di impilamento (spessore definito in genere BLT – “Bond Line Thickness†), comportando una inclinazione ed un difetto di planarità, anche sensibili, dello stesso die; ad esempio, la presente Richiedente ha verificato possibili variazioni di tale spessore lungo l’estensione orizzontale del die anche fino al 20% (ad esempio variazioni fino a 10 Î1⁄4m nel caso di uno spessore nominale di 50 Î1⁄4m).

Tale mancanza di planarità può compromettere le operazioni di collegamento mediante fili elettrici (cosiddette operazioni di “wire bonding†) di piazzole di contatto presenti sulla superficie superiore del die del circuito elettronico ASIC e di corrispondenti piazzole di contatto presenti su una rispettiva superficie superiore del die della struttura di rilevamento MEMS.

Al fine di assicurare una adeguata uniformità del suddetto spessore ed una adeguata ripetibilità del suo valore, risulta necessario ricorrere a complesse operazioni di ispezione ottica e alla realizzazione di microsezioni attraverso i dispositivi assemblati, con conseguente incremento dei tempi del procedimento di fabbricazione e diminuzione della resa dello stesso procedimento, dato che i dispositivi sezionati non possono evidentemente essere riutilizzati.

Scopo della presente invenzione à ̈ pertanto quello di risolvere, almeno in parte, i problemi precedentemente evidenziati, in particolare relativamente all’assemblaggio dei die nel caso sia richiesta una adeguata separazione elastica tra gli stessi die.

Secondo la presente invenzione vengono forniti un procedimento di assemblaggio ed un relativo assemblaggio di un dispositivo integrato a semiconduttore, come definiti nelle rivendicazioni allegate.

Per una migliore comprensione della presente invenzione, ne vengono ora descritte forme di realizzazione preferite, a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- le figure 1a-1e mostrano sezioni successive di una fetta di materiale semiconduttore, in fasi successive del processo di assemblaggio secondo una forma di realizzazione dell’invenzione;

- le figure 2a-2d mostrano viste in pianta di una superficie superiore della fetta in rispettive varianti di realizzazione; e

- le figure 3a-3d mostrano sezioni di fasi successive del processo di assemblaggio.

Come sarà descritto in dettaglio, un aspetto della presente invenzione prevede, al termine del processo di fabbricazione di un primo corpo di materiale semiconduttore integrante un circuito elettronico ASIC, la realizzazione, con fasi di processo cosiddette di “front end†, di una struttura integrata di confinamento e separazione su una superficie superiore dello stesso primo corpo, destinata all’accoppiamento con un secondo corpo di materiale semiconduttore integrante una struttura di rilevamento MEMS. In particolare, tale struttura di confinamento e separazione viene realizzata con tecniche litografiche ed à ̈ destinata al confinamento, ed ad una precisa definizione di uno spessore di, un materiale elastico adesivo da interporre tra i die per realizzarne l’accoppiamento meccanico con separazione elastica (per quanto riguarda le sollecitazioni meccaniche tra gli stessi die).

In dettaglio, in figura 1a viene mostrata ed indicata con 1 una fetta (wafer), includente un corpo di materiale semiconduttore, ad esempio silicio, e strati sovrastanti di metallo (cosiddetti livelli di metallizzazione) e/o materiali dielettrici (cosiddetti livelli o strati di passivazione). Nella fetta 1 sono stati precedentemente realizzati, con tecniche di fabbricazione note, una pluralità di circuiti elettronici (ASIC), dei quali ne viene raffigurato uno, indicato con 2 e schematizzato mediante alcuni componenti elettronici esemplificativi. Ciascun circuito elettronico ASIC 2 (si noti che con tale espressione si intende l’insieme dei componenti e circuiti elettronici che concorrono alla funzione desiderata) à ̈ destinato ad essere integrato all’interno di un rispettivo die, in seguito ad una operazione di taglio della fetta 1 (cosiddetta operazione di “sawing†), in corrispondenza di rispettive linee di taglio, indicate con LT.

La fetta 1 presenta una superficie superiore 1a, corrispondente, in maniera non illustrata, alla superficie esterna di uno strato finale di passivazione, in corrispondenza della quale sono definiti una pluralità di gruppi di piazzole di contatto (pad), indicate con 4, che risultano dunque accessibili dall’esterno della stessa fetta 1 per il contatto elettrico di un rispettivo circuito elettronico ASIC 2 (ciascun gruppo essendo destinato, in maniera evidente, ad un rispettivo die). Le piazzole di contatto 4 possono, contrariamente a quanto schematicamente illustrato in figura 1a e nelle successive, anche essere disposte a filo della superficie superiore 1a (essendo in tal caso “annegate†nello strato finale di passivazione in modo da essere comunque accessibili dall’esterno).

La fetta 1 presenta inoltre una superficie inferiore 1b, opposta alla superficie superiore 1a lungo una direzione verticale (parallela ad un asse verticale z, mostrato in figura 1a).

Un aspetto della presente invenzione prevede, al termine del processo di fabbricazione dei vari circuiti elettronici 2, la formazione con tecnica litografica, al di sopra della superficie superiore 1a della fetta 1 di uno strato sagomato (patterned) di resist, avente, in corrispondenza di ciascun die, un desiderato pattern.

Nella forma di realizzazione qui descritta, come mostrato nelle figure 1b-1c, tale strato di resist, indicato con 5, à ̈ costituito da un “film secco†(dry film) che viene deposto per laminazione al di sopra della superficie superiore 1a della fetta 1. Ad esempio, il dry film à ̈ costituito da un materiale polimerico fotosensibile.

Come mostrato in figura 1d, lo strato di resist 5 viene in seguito sottoposto ad esposizione ad una sorgente luminosa con caratteristiche opportune, attraverso una maschera di esposizione 6 avente un pattern desiderato.

Segue, figura 1e, una fase di sviluppo, che porta alla rimozione selettiva di regioni dello strato di resist 5 (le figure 1d-1e si riferiscono ad un resist con polarità positiva; in maniera evidente, non illustrata, può essere utilizzato in alternativa un resist con polarità negativa, con un’ovvia modifica della maschera di esposizione 6).

Secondo un aspetto particolare della presente invenzione, porzioni rimanenti dello strato di resist 5 definiscono una opportuna struttura di confinamento e separazione, indicata con 10, in corrispondenza di ciascun die integrato nella fetta 1. In particolare, lo spessore, indicato con h, dello strato di resist 5, e quindi delle suddette porzioni rimanenti, in direzione verticale (lungo l’asse z in figura 1e), à ̈ compreso ad esempio tra 40 Î1⁄4m a 50 Î1⁄4m.

Per le ragioni che saranno più chiare in seguito, varie forme di realizzazione possono essere previste per la struttura di confinamento e separazione 10.

In una prima forma di realizzazione, mostrata in figura 2a (a cui fa riferimento, a titolo esemplificativo, anche la sezione di figura 1e), tale struttura di confinamento e separazione 10 comprende un elemento di confinamento (o barriera) 11, avente una conformazione genericamente ad anello quadrato, con lati estendentisi lungo un primo ed un secondo asse orizzontale x, y di un piano orizzontale xy parallelo alla superficie superiore 1a della fetta 1.

I lati che definiscono la periferia chiusa dell’elemento di confinamento 11 sono sostanzialmente paralleli alle linee di taglio LT che definiscono i confini o bordi di quello che sarà il rispettivo die, una volta eseguite le operazioni di taglio. La larghezza di ciascun lato dell’elemento di confinamento 10, indicata con L, à ̈ ad esempio compresa tra 100 Î1⁄4m e 150 Î1⁄4m, preferibilmente pari a 120 Î1⁄4m. Inoltre, la distanza, misurata lungo gli assi orizzontali x e y, indicata con d in figura 2a, tra l’elemento di confinamento 11 e le piazzole di contatto 4 disposte sulla superficie superiore 1a della fetta 1 à ̈ non inferiore a 100 Î1⁄4m, preferibilmente compresa tra 100 Î1⁄4m e 150 Î1⁄4m, in modo tale da non creare ostacoli durante successive operazioni di collegamento di fili elettrici alle stesse piazzole di contatto 4 (operazione di “wire bonding†). Si noti che nella forma di realizzazione illustrata, le piazzole di contatto 4 sono allineate lungo i bordi del die, parallelamente alle linee di taglio LT, in prossimità delle stesse linee di taglio LT.

La struttura di confinamento e separazione 10 comprende inoltre un elemento di separazione (“spacer†) 12 disposto internamente rispetto alla periferia chiusa dell’elemento di confinamento 11 (nel suddetto piano orizzontale xy), in posizione centrale rispetto allo stesso elemento di confinamento 11, con conformazione colonnare ed avente in pianta una forma sostanzialmente quadrata, con lato avente estensione ad esempio compresa tra 100 Î1⁄4m e 150 Î1⁄4m, preferibilmente pari a 100 Î1⁄4m.

In una seconda forma di realizzazione, illustrata in figura 2b, sono invece presenti quattro elementi di separazione 12, ciascuno con conformazione sostanzialmente analoga a quanto descritto con riferimento alla figura 2a, disposti ai vertici di un quadrato contenuto all’interno dell’elemento di confinamento 11 ed avente lati paralleli agli assi orizzontali x e y.

In una terza forma di realizzazione, mostrata in figura 2c, gli elementi di separazione 12, nuovamente in numero pari a quattro, presentano una conformazione rettangolare in pianta, con estensione lungo gli assi orizzontali x e y, e sono disposti alle estremità dei bracci di una croce, internamente all’elemento di confinamento 11, a partire da un punto sostanzialmente centrale di un rispettivo lato dello stesso elemento di confinamento 11.

In una quarta forma di realizzazione, mostrata in figura 2d, la struttura di confinamento e separazione 10 non comprende invece alcun elemento di separazione 12, e l’elemento di confinamento 11, nuovamente avente una conformazione ad anello quadrato, presenta lati inclinati rispetto agli assi orizzontali x, y ed alle linee di taglio LT (e ai bordi del die), con un angolo di inclinazione ad esempio pari a 45°.

Il procedimento di fabbricazione prosegue dunque con le fasi cosiddette di “back end†, ovvero di assemblaggio e, in maniera non direttamente rilevante per la presente invenzione, di incapsulamento (packaging) in un opportuno contenitore (package); tali fasi vengono eseguite a partire dalla fetta 1, ora comprendente in maniera integrata la struttura di confinamento e separazione 10.

In particolare, come mostrato in figura 3a, un film adesivo 15 (cosiddetto DAF – Die Attach Film) viene formato al di sotto della superficie inferiore della fetta 1, ad esempio con un processo di laminazione.

In seguito, la fetta 1 viene sottoposta al processo di taglio, o singolazione, lungo le linee di taglio LT precedentemente definite, per la formazione di una pluralità di die, ciascuno integrante un rispettivo circuito elettronico ASIC 2 ed una rispettiva struttura di confinamento e separazione 10. Nel seguito, ci si riferirà soltanto ad uno di tali die, che verrà definito come primo die ed indicato con 20.

Come mostrato in figura 3b, il primo die 20 viene quindi attaccato ad un substrato 22, atto a costituire una base inferiore del package del dispositivo integrato finale. In particolare, il primo die 20 viene disposto su una faccia interna 22a del substrato 22, con il film adesivo 15 interposto tra la superficie inferiore 1b dello stesso primo die 20 e la faccia interna 22a dello stesso substrato 22. Su una faccia esterna 22b del substrato 22 sono disposti elementi di contatto elettrico, indicati con 24, ad esempio sotto forma di sfere conduttive (nel caso di package BGA) o piazzole conduttive (nel caso di package LGA), per la connessione elettrica verso l’esterno, ad esempio ad un circuito stampato (qui non illustrato).

Secondo un aspetto della presente invenzione, viene a questo punto distribuito, internamente all’elemento di confinamento 11 della struttura di confinamento e separazione 10, un quantitativo predefinito di materiale adesivo, in maniera localizzata, in particolare in posizione centrale rispetto allo stesso elemento di confinamento 11 (considerata nel piano orizzontale xy). Nella forma di realizzazione illustrata, che si riferisce a titolo esemplificativo al pattern di figura 2a, viene distribuita una unica regione di materiale adesivo, indicata con 25, conformata a goccia, in modo tale che ricopra almeno parzialmente l’elemento di separazione 12, disposto in posizione centrale; à ̈ tuttavia possibile distribuire il materiale adesivo in più regioni, o “gocce†, distinte, all’interno dell’elemento di confinamento 11. In particolare, lo spessore della regione di materiale adesivo 25 à ̈ superiore a quello della struttura di confinamento e separazione 10, nell’esempio maggiore di 50 Î1⁄4m. Il materiale adesivo à ̈ costituito di un materiale, quale una resina (o colla) epossidica o siliconica, con elevata flessibilità e basso modulo di Young, preferibilmente compreso tra 0,5 MPa e 10 MPa, ad esempio pari a 1 MPa.

In seguito, come mostrato in figura 3d, viene dapprima predisposto un secondo die, indicato con 30, che à ̈ stato precedentemente sottoposto ad una pluralità di fasi di processo di front-end, in modo di per sé noto e qui non descritto in dettaglio, per la realizzazione integrata di una struttura di rilevamento MEMS 31, ad esempio, nella forma di realizzazione illustrata, una struttura di rilevamento di pressione. In tale forma di realizzazione, il secondo die 30 include un corpo 32 di materiale semiconduttore, ad esempio silicio, e presenta una faccia superiore 30a ed una faccia inferiore 30b. Una membrana 33 à ̈ sospesa al di sopra di una cavità 34, contenuta ed isolata all’interno del corpo 32, ed à ̈ posizionata in corrispondenza della faccia superiore 30a. Elementi piezoresistivi 35, ad esempio collegati in maniera opportuna in modo da formare un ponte di Wheatstone, sono realizzati all’interno della membrana 33, in modo da avvertire, in uso, deformazioni della stessa membrana dovute ad onde di pressione incidenti. Piazzole di contatto elettrico 36 sono disposte in corrispondenza della faccia superiore 30a e collegate elettricamente agli elementi piezoresistivi 35.

Il procedimento di assemblaggio prosegue quindi con l’accoppiamento del secondo die 30 al primo die 20, ed il conseguente accoppiamento del relativo circuito elettronico ASIC 2 e della relativa struttura di rilevamento MEMS 31. A tal fine, il secondo die 30 viene disposto al di sopra della struttura di confinamento e separazione 10 del primo die 20, internamente rispetto all’elemento di confinamento 11, in particolare con una porzione di contatto della faccia inferiore 30b che contatta superiormente l’elemento di separazione 12, appoggiandosi su di esso; conseguentemente alla pressione esercitata in direzione verticale, la regione di materiale adesivo 25 si schiaccia e si allarga orizzontalmente distribuendosi all’interno della struttura di confinamento e separazione 10, rimanendo confinata all’interno della struttura stessa per la presenza dell’elemento di confinamento 11. La regione di materiale adesivo 25 viene a questo punto sottoposta ad un trattamento di indurimento (curing) ad elevata temperatura, ad esempio ad una temperatura di 170° per un intervallo di tempo pari a 90 minuti, in modo tale da definire una regione o piattaforma di sostegno per il secondo die 30.

In particolare, ad assemblaggio terminato tra primo e secondo die 20, 30, la struttura di confinamento e separazione 10 determina dunque lo spessore di materiale adesivo interposto tra gli stessi die, spessore che assume dunque un valore preciso e ripetibile (essendo determinato dallo spessore dello strato di resist 5 da cui la stessa struttura di confinamento e separazione 10 à ̈ stata ricavata). In maniera sostanzialmente analoga a quanto discusso in precedenza, la regione di materiale adesivo 25 costituisce uno strato elastico di cuscinetto, soffice, tale da “assorbire†le sollecitazioni meccaniche che potrebbero altrimenti raggiungere la struttura di rilevamento MEMS 31 e comprometterne il corretto funzionamento.

La struttura di confinamento e separazione 10 costituisce inoltre un supporto per il secondo die 30, quando esso viene disposto al di sopra del primo die 20 prima che la regione di materiale adesivo 25 sia sottoposta ad indurimento; la conformazione e disposizione dell’elemento di separazione 11 (o degli elementi di separazione 11, si vedano i vari pattern precedentemente illustrati) à ̈ dunque progettata al fine di fornire un sostegno adeguato al secondo die 30 ed in particolare in modo tale che lo stesso secondo die 30 si disponga e si mantenga sostanzialmente parallelo al piano orizzontale xy (la faccia inferiore 30b del secondo die 30 mantenendosi sostanzialmente parallela alla superficie superiore 1a del primo die 20).

In maniera che risulterà evidente, in funzione anche delle dimensioni del secondo die 30 potrà di volta in volta risultare più vantaggioso un pattern della struttura di confinamento e separazione 10 piuttosto che un altro. In generale, l’aumento del numero e delle dimensioni degli elementi di separazione 12 può risultare vantaggioso per assicurare una maggiore stabilità e planarità del secondo die 30 durante l’appoggio, con lo svantaggio tuttavia di ridurre la separazione elastica tra il primo die 20 ed il secondo die 30, assicurata dalla regione di materiale adesivo 25.

Infatti, l’aumento di superficie della porzione di contatto della faccia inferiore 30b del secondo die 30 con la struttura di confinamento e separazione 10 (avente un modulo di Young superiore a quello della regione di materiale adesivo 25 ed un’elasticità inferiore) può comportare una maggiore sollecitazione meccanica del secondo die 30 da parte del primo die 20 (o da parte di elementi ad esso meccanicamente accoppiati, ad esempio il package del dispositivo integrato).

Il pattern e la conformazione della struttura utilizzata risulterà dunque da un compromesso tra i requisiti di stabilità e planarità dell’accoppiamento meccanico tra i die 20, 30 e di separazione elastica che si vuole garantire tra gli stessi die 20, 30.

Ad esempio, dall’esame delle figure 2a-2d precedentemente discusse, in cui l’ingombro del secondo die 30 internamente all’elemento di confinamento 11 à ̈ illustrato con linea tratteggiata (si noti dunque che il secondo die 30 presenta in ogni caso un’estensione in pianta, nel piano orizzontale xy, inferiore ad una corrispondente estensione del primo die 20 e della struttura di confinamento e separazione 10), risulta evidente che il pattern di figura 2d consente di ottenere un massimo disaccoppiamento elastico, a fronte tuttavia del rischio che il secondo die 30 non sia sufficientemente supportato (il secondo die 30 à ̈ in questo caso sostenuto dalle pareti dello stesso elemento di confinamento 11). In maniera analoga, risulta evidente che il pattern di figura 2c offre una sicuramente maggiore stabilità dell’accoppiamento meccanico tra i die 20, 30, data la maggiore estensione della superficie di appoggio, qui garantita dai quattro elementi di separazione 12 con estensione rettangolare, a scapito tuttavia di una minore separazione elastica tra gli stessi die 20, 30.

In maniera altrettanto evidente, potranno anche essere previste ulteriori forme di realizzazione della struttura di confinamento e separazione 10. Ad esempio, possono essere previsti tre elementi di separazione 12, disposti ai vertici di un triangolo equilatero in posizione centrale rispetto all’elemento di confinamento 11; oppure, può essere previsto un array di elementi di separazione 12, disposti in maniera regolare, a righe e colonne, all’interno dell’elemento di confinamento 11, ciascuno essendo ad esempio realizzato come discusso con riferimento alla figura 2a, o in generale avendo il minimo ingombro possibile nel piano orizzontale xy consentito dal processo litografico utilizzato per la sua definizione.

Come mostrato nella stessa figura 3d, il procedimento di assemblaggio prosegue con le operazioni di collegamento elettrico delle piazzole di contatto 4 portate dal primo die 20 alle piazzole di contatto 36 portate dal secondo die 30, mediante la tecnica del wire bonding e fili elettrici 38; e quindi termina con fasi di incapsulamento di per sé note (e per questo non illustrate e descritte in dettaglio), ad esempio con il rivestimento dell’assemblaggio precedentemente ottenuto del primo e secondo die 20, 30 in una regione di protezione e incapsulamento (nota come “mold compound†).

Il procedimento descritto porta alla realizzazione di un dispositivo sensore integrato, indicato nel suo complesso con 40, in cui la struttura di rilevamento MEMS 31 à ̈ atta a trasdurre una grandezza da rilevare (ad esempio una pressione) in una grandezza o segnale elettrico (ad esempio una variazione di resistenza o di un segnale elettrico all’uscita del ponte di Wheatstone), ed il circuito elettronico ASIC 2 à ̈ atto ad elaborare tale grandezza o segnale elettrico al fine della determinazione del valore assunto dalla grandezza da rilevare.

I vantaggi del procedimento di assemblaggio e del relativo assemblaggio emergono in maniera evidente dalla descrizione precedente.

In ogni caso, si sottolinea nuovamente che la struttura di confinamento e separazione 10 offre un duplice vantaggio, in quanto consente di stabilire una accurata distanza di separazione tra i die integranti il circuito elettronico ASIC 2 e la struttura di rilevamento MEMS 31, che vengono separati da uno spessore uniforme e ripetibile di materiale di separazione elastica; ed inoltre consente di assicurare la sostanziale planarità nell’accoppiamento meccanico dei due die ed una stabile piattaforma per le operazioni di wire bonding.

In particolare, il primo vantaggio à ̈ ottenuto tra l’altro grazie all’integrazione della struttura di confinamento e separazione 10 nel primo die 20 del circuito elettronico ASIC, mediante l’utilizzo di tecniche fotolitografiche al termine del processo di front-end; mentre il secondo vantaggio à ̈ ottenuto tra l’altro mediante un opportuno pattern della stessa struttura di confinamento e separazione 10.

A questo riguardo, l’utilizzo di tecniche litografiche per la realizzazione integrata della struttura di confinamento e separazione 10 consente inoltre agevolmente di selezionare e progettare il pattern più opportuno per l’ottimizzazione della separazione elastica tra i die.

Numerose prove condotte dalla Richiedente hanno dimostrato che la struttura di confinamento e separazione 10 precedentemente descritta non altera in maniera significativa i risultati e le prestazioni elettriche della struttura di rilevamento MEMS 31 e dell’associato circuito elettronico ASIC 2, anche in presenza di sollecitazioni o stress meccanici, rispetto ai valori desiderati di progetto.

La soluzione descritta consente inoltre di migliorare la robustezza dell’accoppiamento meccanico tra i die, riducendo al contempo i tempi e la complessità associati al procedimento di assemblaggio.

Risulta infine chiaro che a quanto qui descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti, senza per questo uscire dall’ambito di protezione della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate.

In particolare, à ̈ evidente che la soluzione descritta può essere applicata nell’assemblaggio di tutti i dispositivi integrati a semiconduttore, in cui si richieda l’impilamento di almeno due die, integranti rispettivi circuiti elettronici e/o strutture microelettromeccaniche, con una separazione elastica tra gli stessi die.

Claims (15)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento di assemblaggio di un dispositivo integrato (40), comprendente le fasi di: predisporre un primo corpo (20) di materiale semiconduttore integrante almeno un circuito elettronico (2) ed avente una superficie superiore (1a); predisporre un secondo corpo (30) di materiale semiconduttore integrante almeno una struttura microelettromeccanica (31) ed avente una superficie inferiore (30b); ed impilare (“stacking†) il secondo corpo (30) sul primo corpo (20) con l’interposizione, tra la superficie superiore (1a) del primo corpo (20) e la superficie inferiore (30b) del secondo corpo (30), di un materiale elastico di separazione (25), caratterizzato dal fatto di comprendere, prima della fase di impilare, la fase di realizzare in maniera integrata in corrispondenza della superficie superiore (1a) del primo corpo (20) una struttura di confinamento e separazione (10) configurata in modo da confinare internamente il materiale elastico di separazione (25) e supportare il secondo corpo (30) a distanza dal primo corpo (20) durante la fase di impilare.
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui la fase di realizzare in maniera integrata comprende formare e sagomare uno strato di resist (5) sulla superficie superiore (1a) del primo corpo (20), mediante tecniche litografiche.
3. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 2, in cui lo strato di resist (5) include un film secco - dry film -laminato sulla superficie superiore (1a) del primo corpo (20).
4. 4. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la struttura di confinamento e separazione (10) comprende almeno un elemento di confinamento (11) avente una conformazione definente un perimetro chiuso destinato a confinare al suo interno il materiale elastico di separazione (25) durante la fase di impilare; in cui il materiale elastico di separazione (25) presenta proprietà adesive per l’accoppiamento meccanico del primo (20) e del secondo (30) corpo.
5. 5. Procedimento secondo la rivendicazione 4, in cui la struttura di confinamento e separazione (10) comprende almeno un primo elemento di separazione (12), distinto rispetto all’elemento di confinamento (11), disposto all’interno del perimetro chiuso definito dall’elemento di confinamento (11) ed atto a sostenere il secondo corpo (30) durante la fase di impilare; uno spessore (h) dell’elemento di separazione (12) definendo uno spessore del materiale elastico di separazione (25) e la distanza tra il primo (20) ed il secondo (30) corpo.
6. 6. Procedimento secondo la rivendicazione 5, in cui la struttura di confinamento e separazione (10) comprende ulteriori elementi di separazione (12), disposti in pianta, con il primo elemento di separazione (12), ai vertici di un quadrato, o alle estremità di una croce.
7. 7. Procedimento secondo la rivendicazione 5 o 6, in cui la fase di impilare comprende le fasi di: distribuire in maniera localizzata una regione del materiale elastico di separazione (25) all’interno dell’elemento di confinamento (11), almeno in parte al di sopra dell’elemento di separazione (12); collocare il secondo corpo (30) sull’elemento di separazione (12) in modo da distribuire uniformemente, per la pressione applicata, il materiale elastico di separazione (25) all’interno dell’elemento di confinamento (11); e causare l’indurimento della regione di materiale elastico di separazione (25).
8. 8. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il primo corpo (20) porta, in corrispondenza della sua superficie superiore (1a) prime piazzole di contatto elettrico (4); ed in cui la fase di realizzare in maniera integrata comprende formare la struttura di confinamento e separazione (10) ad una distanza prefissata (d) dalle prime piazzole di contatto elettrico (4).
9. 9. Procedimento secondo la rivendicazione 8, in cui il secondo corpo (30) presenta una rispettiva superficie superiore (30a) che porta seconde piazzole di contatto elettrico (36); comprendente inoltre la fase di collegare elettricamente le prime (4) e le seconde (36) piazzole di contatto elettrico mediante fili elettrici (38); la struttura di separazione e confinamento (10) essendo configurata in modo da assicurare una sostanziale planarità della rispettiva superficie superiore (30a) del secondo corpo (30) rispetto alla superficie superiore (1a) del primo corpo (20).
10. 10. Assemblaggio di un dispositivo integrato (40), comprendente: un primo corpo (20) di materiale semiconduttore integrante almeno un circuito elettronico (2) ed avente una superficie superiore (1a); un secondo corpo (30) di materiale semiconduttore integrante almeno una struttura microelettromeccanica (31) ed avente una superficie inferiore (30b), ed impilato sul primo corpo (20) con l’interposizione, tra la superficie superiore (1a) del primo corpo (20) e la superficie inferiore (30b) del secondo corpo (30), di un materiale elastico di separazione (25), caratterizzato dal fatto che il primo corpo (20) integra una struttura di confinamento e separazione (10) in corrispondenza della sua superficie superiore (1a), configurata in modo da confinare il materiale elastico di separazione (25) e supportare il secondo corpo (30) a distanza dal primo corpo (20).
11. 11. Assemblaggio secondo la rivendicazione 10, in cui la struttura di confinamento e separazione (10) comprende almeno un elemento di confinamento (11) avente una conformazione definente un perimetro chiuso al cui interno à ̈ confinato il materiale elastico di separazione (25); il materiale elastico di separazione (25) presentando proprietà adesive per l’accoppiamento meccanico del primo (20) e del secondo (30) corpo.
12. 12. Assemblaggio secondo la rivendicazione 11, in cui la struttura di confinamento e separazione (10) comprende almeno un primo elemento di separazione (12), distinto rispetto all’elemento di confinamento (11) e disposto all’interno del perimetro chiuso definito dall’elemento di confinamento (11) a contatto con una porzione della superficie inferiore (30b) del secondo corpo (30); uno spessore (h) dell’elemento di separazione (12) definendo uno spessore del materiale elastico di separazione (25) e la distanza tra il primo (20) ed il secondo (30) corpo.
13. 13. Assemblaggio secondo la rivendicazione 12, in cui la struttura di confinamento e separazione (10) comprende ulteriori elementi di separazione (12), disposti in pianta, con il primo elemento di separazione, ai vertici di un quadrato, o alle estremità di una croce.
14. 14. Assemblaggio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 10-13, in cui il materiale elastico di separazione (25) presenta modulo di Young compreso tra 0,5 MPa e 10 MPa.
15. 15. Assemblaggio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 10-14, in cui la struttura microelettromeccanica (31) à ̈ una struttura di rilevamento di pressione; ed in cui il circuito elettronico (2) à ̈ un circuito ASIC per l’elaborazione di grandezze e/o segnali elettrici trasdotti dalla struttura di rilevamento di pressione.