KR101870023B1

KR101870023B1 - 패키징된 mems 디바이스를 위한 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101870023B1
Application number: KR1020160045688A
Authority: KR
Inventors: 안드레아스 프로에멜
Original assignee: 인피니언 테크놀로지스 아게
Priority date: 2015-04-15
Filing date: 2016-04-14
Publication date: 2018-06-21
Also published as: KR20160123252A; DE102016106263A1; CN106044698B; US20160305837A1; CN106044698A; US9952111B2

Abstract

실시예에 따르면, 디바이스는 기판, 기판 위에 배치된 트랜스듀서 다이, 트랜스듀서 다이 위에 배치된 커버, 및 커버를 기판에 접속하는 지지 구조물을 포함한다. 지지 구조물은 주위 환경과 트랜스듀서 사이의 유체 신호의 전송을 허용하도록 구성된 포트를 포함한다.

Description

패키징된 MEMS 디바이스를 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR A PACKAGED MEMS DEVICE}

일반적으로, 본 발명은 트랜스듀서 및 패키징에 관한 것으로서, 특정 실시예에서, 패키징된 MEMS(microelectromechanical systems) 디바이스를 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

신호를 하나의 영역으로부터 다른 영역으로 변환하는 트랜스듀서가 때로는 센서에서 이용된다. 트랜스듀서를 포함하는 일반적인 센서는 압력 차이 및/또는 압력 변화를 전기 신호로 변환하는 압력 센서이다. 압력 센서는, 예를 들면, 대기압 감지, 고도 감지 및 기상 관찰을 포함하는 많은 응용을 갖는다.

MEMS 기반 센서는 미세 기계 가공(micromachining) 기술을 이용하여 생성된 트랜스듀서의 패밀리를 포함한다. MEMS 압력 센서와 같은 MEMS는, 트랜스듀서에서의 물리적 상태의 변화를 측정하고, MEMS 센서에 접속되는 전자 장치에 의해 처리될 신호를 전송함으로써, 환경으로부터 정보를 수집한다. MEMS 디바이스는 집적 회로에 대해 이용되는 것과 유사한 미세 기계 가공 제조 기술을 이용하여 제조될 수 있다.

MEMS 디바이스는 예를 들면, 발진기, 공진기, 가속도계, 자이로스코프, 압력 센서, 마이크로폰 및/또는 마이크로-미러로서 기능하도록 설계될 수 있다. 많은 MEMS 디바이스는 물리적 현상을 전기 신호로 변환하기 위해 용량성 감지 기술을 이용한다. 그러한 응용에서, 센서에서의 캐패시턴스 변화는 인터페이스 회로를 이용하여 전압 신호로 변환된다.

압력 센서는 또한 기준 볼륨(reference volume) 및 편향가능 멤브레인(deflectable membrane)을 포함하는 용량성 MEMS 디바이스로서 구현될 수 있다. 일부의 경우 주위 환경과 같은 외부 볼륨과 기준 볼륨 사이의 압력 차이는 멤브레인이 편향하도록 야기한다. 일반적으로, 멤브레인의 편향은 멤브레인과 감지 전극 사이의 거리 변화를 야기함으로써, 캐패시턴스를 변화시킨다. 따라서, 압력 센서는 기준 볼륨과 외부 압력 사이의 압력 차이를 측정한다.

압력 센서와 같은 디바이스 밖의 외부 환경과 상호작용하는 트랜스듀서의 경우, 외부 환경에 대한 개구(opening) 또는 커플링(coupling)이 통상적으로 디바이스 구조물에 포함된다. 예를 들어, 마이크로폰은 일반적으로 사운드 포트(sound port)를 포함하고, 압력 센서는 일반적으로 유사한 공기압 포트(air pressure port)를 포함한다. 디바이스가 패키징될 때, 그러한 개구 또는 커플링은 그러한 개구를 포함하는 트랜스듀서에 영향을 미치는 먼지 또는 입자와 같은 오염 물질에 대한 통로(way)를 제공할 수 있다.

실시예에 따르면, 디바이스는 기판, 기판 위에 배치된 트랜스듀서 다이, 트랜스듀서 다이 위에 배치된 커버, 및 커버를 기판에 접속하는 지지 구조물을 포함한다. 지지 구조물은 주위 환경과 트랜스듀서 다이 사이의 유체 신호의 전송을 허용하도록 구성된 포트를 포함한다.

본 발명 및 그 이점에 대한 보다 완전한 이해를 위해, 첨부 도면과 함께 이하의 상세한 설명에 대한 참조가 행해진다.
도 1은 실시예의 패키징된 MEMS 디바이스의 시스템 블록도.
도 2(a) 및 2(b)는 실시예의 패키징된 MEMS 디바이스의 개략적인 측면도 및 개략적인 정면도.
도 3(a) 및 3(b)는 다른 실시예의 패키징된 MEMS 디바이스의 개략적인 측면도 및 개략적인 정면도.
도 4(a) 및 4(b)는 다른 실시예의 패키징된 MEMS 디바이스의 개략적인 측면도 및 개략적인 정면도.
도 5는 또다른 실시예의 패키징된 MEMS 디바이스의 개략적인 측단면도.
도 6은 실시예의 전자 시스템의 시스템 블록도.
도 7은 패키징된 MEMS 디바이스를 형성하는 실시예의 방법의 블록도.
도 8은 패키징된 MEMS 디바이스에 대한 실시예의 동작 방법의 블록도.
상이한 도면에서의 대응하는 번호 및 심볼은, 달리 나타내지 않는 한, 일반적으로 대응하는 부분을 지칭한다. 도면은 실시예의 관련 양상을 명확하게 나타내도록 도시되며, 실제 축적으로 도시될 필요는 없다.

다양한 실시예의 생성 및 이용이 이하에 상세히 기술된다. 그러나, 본 명세서에서 기술된 다양한 실시예는 매우 다양한 특정 문맥으로 적용가능함을 이해해야 한다. 기술된 특정 실시예는 다양한 실시예를 생성 및 이용하는 특정 방식에 대한 예시일 뿐이며, 제한된 영역으로 해석되어서는 않된다.

다양한 실시예에 대하여, 특정 문맥으로, 즉, MEMS 트랜스듀서, 특히, MEMS 압력 센서에 대해 설명이 행해진다. 본 명세서에서 기술된 다양한 실시예들 중 일부는 MEMS 트랜스듀서 시스템, MEMS 압력 센서, MEMS 트랜스듀서 및 인터페이스 전자 장치를 위한 패키징 방법, 및 패키징된 MEMS 압력 센서를 포함한다. 다른 실시예에서, 양상들이 본 기술 분야에 알려진 임의의 형태에 따른 임의의 유형의 트랜스듀서 또는 패키지를 포함하는 다른 응용에 또한 적용될 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, MEMS 압력 센서를 이용하여 주위 환경의 압력을 감지한다. MEMS 압력 센서는 회로 보드, 회로 보드 상에 배치된 집적 회로(IC), IC 상에 배치된 MEMS 압력 센서, 및 MEMS 압력 센서 위에 배치되며 회로 보드와 커버 사이에 배치된 부착 구조물(attachment structure)을 통해 회로 보드에 부착되는 커버를 포함하는 패키징된 MEMS 디바이스에 포함된다.

다양한 실시예에서, 회로 보드와 커버 사이에 개구를 형성하도록 부착 구조물을 구조화함으로써 환경 포트가 형성된다. 특정 실시예에서, 부착 구조물에 형성된 개구는 약 35㎛의 높이를 갖는다. 환경 포트는 커버 외부의 주위 환경과 커버 내부의 MEMS 압력 센서 사이의 유체 신호의 송신을 허용한다. 일부 실시예에서, 부착 구조물에서의 개구의 배치는 공기에서의 압력 변화와 같은 유체 신호를 개구를 통해서 MEMS 압력 센서로 송신하면서, 먼지와 같은 입자가 MEMS 압력 센서와 접촉하는 것을 방지함으로써 MEMS 압력 센서에 제공된 보호 수준을 증가시킬 수 있다. 다양한 실시예에서, 다른 유형의 환경 MEMS 트랜스듀서가 패키징된 MEMS 디바이스에 포함되어, MEMS 압력 센서가 다른 유형의 MEMS 센서와 함께 패키징되거나 또는 다른 유형의 MEMS 센서에 의해 대체되도록 할 수 있다. 일부 실시예에서, 예를 들어, MEMS 마이크로폰이 패키징된 MEMS 디바이스에 포함될 수 있다.

도 1은 패키지(108) 내부에 MEMS 다이(102) 및 ASIC(application specific integrated circuit)(104)을 포함하는 실시예의 패키징된 MEMS 디바이스(100)의 시스템 블록도를 도시한다. 다양한 실시예에 따르면, MEMS 다이(102)는 전기적 커플링(112)을 통해 ASIC(104)에 연결된다. MEMS 다이(102)는 패키지(108)에서의 포트(106)를 통해 제공되는 유체 커플링(110)을 통해 패키지(108) 외부의 주위 환경에 또한 연결된다. 포트(106)에서의 유체 커플링(110)을 통해 수신된 유체 신호에 기초하여, MEMS 다이(102)는 변환된 전기 신호를 생성하고, 변환된 전기 신호를 전기적 커플링(112)을 통해 ASIC(104)으로 송신한다.

일부 실시예에서, MEMS 다이(102)는 패키징된 MEMS 디바이스(100)의 주위 환경에 포트(106)를 통해서 연결된 압력 트랜스듀서를 포함한다. 예를 들어, 압력 트랜스듀서는 제1 및 제2 감지 플레이트를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, MEMS 다이(102)에서의 압력 센서는 천공의 리지드 백플레이트(perforated rigid backplate) 및 편향가능 멤브레인(deflectable membrane)을 포함한다. 주위 환경에서의 압력 변화는 유체 신호로서 포트(106)를 통해 MEMS 다이(102)로 들어가고, 편향가능 멤브레인이 변위하도록 야기한다. 변위는 멤브레인과 백플레이트 사이의 분리 거리를 변화시키고, 변환된 압력 신호를 생성하며, 변환된 압력 신호는 ASIC(104)에 공급된다. 다른 실시예에서, MEMS 다이(102)는 유체 신호를 감지하기 위한 임의의 종류의 트랜스듀서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 마이크로폰이 구현될 수 있다. 다른 실시예에서, 감지 메카니즘은 예를 들면, 광학 또는 압전기(piezoelectric)와 같은 비용량성(non-capacitive)일 수 있다. 또다른 실시예에서, MEMS 다이(102)는 MEMS 마이크로스피커와 같은 멤브레인 기반 스피커를 포함한다.

다양한 실시예에서, 패키지(108)는 MEMS 다이(102) 및 ASIC(104)을 위한 커버로서 구현된다. 일부 특정한 실시예에서, 커버는 금속 또는 플라스틱일 수 있으며, PCB(printed circuit board)에 부착될 수 있다. 다양한 실시예에서, 패키지(108)에서의 포트(106)는 가스, 액체, 유체 매체에서의 음향 신호, 또는 유체 매체에서의 압력 신호의 전송과 같은, 유체 신호의 전송을 허용한다. 일부 실시예에서, 포트(106)는 가스 투과성(permeable)일 수 있으며, 예를 들면, 공기 및 공기에서의 압력 또는 음향 신호의 전송을 허용한다. 보다 특정적인 실시예에서, 포트(106)는 또한 액체 불투과성일 수 있으며, 방수를 구현하기 위해 MEMS 다이(102)에 대한 물의 전송을 방지한다. 다른 예로서, 일부 실시예에서, 포트(106)는 주위 환경으로부터의 온도 신호가 공기를 통한 것과 같이 유체 매체를 통해 전송되는 것을 허용할 수 있다.

다양한 실시예에서, 전기적 커플링(112)은 다수의 커플링을 포함할 수 있다. 예를 들어, ASIC(104)은 변환된 전기 신호 이외에, 공급 신호 또는 바이어스 전압 BIAS를 MEMS 다이(102)에 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, ASIC(104)은 임의의 유형의 집적 회로일 수 있다.

다양한 실시예에서, MEMS 다이(102)는 단일의 반도체 다이로서 형성된다. 더욱이, ASIC(104)은 추가적인 반도체 다이 상의 집적 회로로서 형성될 수 있다. 패키지(108)는 그것에 부착된 MEMS 다이(102) 및 ASIC(104)을 갖는 PCB를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, ASIC(104) 및 MEMS 다이(102)는 동일한 기판 또는 동일한 반도체 다이 상에 통합될 수 있다. 다양한 실시예에서, MEMS 다이(102) 및 ASIC(104)은 예를 들면, 도체 또는 절연체와 같은, 반도체가 아닌 물질이거나, 또는 보다 구체적인 예에서 폴리머인 기판 상에 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, ASIC(104) 및 MEMS 다이(102)는, 플립 칩 본딩 또는 웨이퍼 본딩에 의한 것과 같이, 패키지(108)에서 함께 직접 부착된다.

본 명세서에서 이하에 더 기술되는 바와 같이, 실시예의 패키징된 MEMS 디바이스는 패키지의 일부로서 포함되는 부착 구조물 또는 부착 패드에 형성된 포트 또는 포트들을 포함한다. 다양한 실시예에서, 부착 패드 또는 지지 구조물에서의 포트 또는 포트들의 배치는, 유체 신호 또는 다른 환경 신호의 전송을 허용하면서, 패키지 내부의 MEMS 다이에 대한 오염 또는 손상을 방지할 수 있다.

도 2(a) 및 2(b)는 PCB(122), 커버(124), 부착 패드(126), MEMS 다이(128) 및 ASIC(130)을 포함하는 실시예의 패키징된 MEMS 디바이스(120)의 개략적인 측면도 및 개략적인 정면도를 도시한다. 다양한 실시예에 따르면, MEMS 다이(128)는 커버(124) 외부의 주위 환경의 절대 압력 또는 압력 변화를 측정하는 MEMS 압력 센서로서 구현된다. 다양한 실시예에서, 부착 패드(126)는 커버(124)를 PCB(122)에 부착하며, 또한 부착 패드들(126) 사이에 갭(125)을 형성한다. 갭(125)은 주위 환경으로부터의 신호가 MEMS 다이(128)로 전송되게 하는 포트 또는 개구를 제공한다. 그러한 실시예에서, 갭(125)은 유체 신호의 전송을 허용하는 환경 또는 유체 포트로서 지칭될 수 있으며, 여기서 유체 신호는 액체 또는 가스의 전송 뿐만 아니라, 압력 신호 또는 음향 신호와 같은, 그러한 유체 매체를 통해 전파되는 신호를 포함한다. 일부 실시예에서, 갭(125)은 가스 투과성, 및 예를 들면, 방수가 적용되는 경우와 같은 액체 불투과성일 수 있다. 도 2(b)는 부착 패드(126)와 접촉하는 커버(124)의 에지를 도시하지만, 커버(124)는 그렇지 않은 경우 커버(124)에 의해 시야로부터 숨겨질 패키징된 MEMS 디바이스(120)의 요소를 도시하기 위해 씨스루(see-through) 구조로서 도시된다.

다양한 실시예에서, 갭(125)은 부착 패드(126)의 높이에 의해 설정되는 갭 높이 HG, 및 갭 폭 WG를 갖는다. 유사하게, 부착 패드(126)는 패드 폭 WP를 갖는다. 다양한 실시예에서, 갭 높이 HG는 100㎛ 미만일 수 있다. 하나의 특정한 실시예에서, 갭 높이 HG는 약 35㎛이다. 대안적인 실시예에서, 갭 높이 HG는 100㎛보다 클 수 있다. 더욱이, 일부 실시예에서, 갭 폭 WG는 10㎛ 내지 10mm의 범위일 수 있다. 다른 실시예에서, 갭 폭 WG는 이 범위를 벗어날 수 있다. 다양한 실시예에서, 갭(125)의 개수 이외에 갭 높이 HG 및 갭 폭 WG를 설정하는 것은 커버(124) 내부의 공동(cavity)의 주파수 응답을 조절한다. 예를 들어, 보다 큰 갭 높이 HG 및 갭 폭 WG, 및 보다 큰 수의 개구에 의해 설정된 보다 큰 개구는 감지될 신호의 고주파수 한계를 증가시킨다. 반대로, 보다 작은 개구 또는 보다 적은 수의 개구는 감지될 신호의 고주파수 한계를 감소시킨다. 따라서, 갭(125)의 구성은 압력 변화 또는 음향 신호와 같은 유체 신호에 대한 저역 통과 필터(low pass filter; LPF)로서 작용할 수 있다.

다른 예로서, 주위 환경에서의 압력 변화는 약 10Hz 미만의 주파수로 발생될 수 있는 반면, 음향 신호는 약 100Hz 내지 약 22kHz 범위의 주파수로 발생될 수 있다. MEMS 다이(128)가 MEMS 압력 센서로서 구현되는 특정 실시예에서, 갭(125)은 그것이 10Hz의 컷오프 주파수를 갖는 LPF로서 동작하도록 하는 개구 및 개수를 갖도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, MEMS 다이(128)는 MEMS 마이크로폰으로서 구현될 수 있으며, 갭(125)은 그것이 22kHz의 컷오프 주파수를 갖는 LPF로서 동작하도록 하는 개구 및 개수를 갖도록 구성될 수 있다. 다양한 다른 실시예에서, 갭(125)은 예를 들면, MEMS 다이(128)를 위한 다양한 센서 유형 및 응용에 따라, 1Hz 내지 100kHz 범위의 컷오프 주파수를 갖는 LPF로서 동작하도록 구성될 수 있다.

다양한 실시예에서, 갭(125)은 부착 패드(126)에 의해 제공된 일정한 공간을 가지면서 커버(124)의 둘레 주변에 일정하게 분포될 수 있다. 다른 실시예에서, 갭(125)은 일정하지 않게 분포될 수 있으며, 하나 이상의 갭을 포함할 수 있다. 예를 들어, 갭(125)은 커버(124)의 하나의 에지를 따라서 그 아래에만 위치될 수 있으며, 다른 3개의 에지는 연속적인 부착 패드(126)를 포함한다. 특정 실시예에서, 갭(125)은 커버(124)를 따라서 그 아래의 에지들 중 1개, 2개 또는 3개로 제한될 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, ASIC(130)이 PCB(122)에 부착되고, 와이어 본드(138)를 통해 콘택트 패드(136)에 연결된다. MEMS 다이(128)는 ASIC(130) 상에 적층될 수 있으며, 콘택트 패드(132)에 연결된 와이어 본드(134)를 통해 ASIC(130)에 전기적으로 연결될 수 있다. 다른 실시예에서, MEMS 다이(128)는 플립-칩 본딩을 통해 ASIC(130)에 연결될 수 있다.

특정 실시예에서, PCB(122)는, 제한적인 것은 아니지만, 래미네이트(laminate), 구리 피복 래미네이트(copper-clad laminate), 수지 침윤된 직물(resin impregnated cloth) 및 구리 포일(copper foil)을 포함하는 다양한 회로 보드 물질로 형성될 수 있다. 커버(124)는 금속 커버일 수 있다. 일부 특정 실시예에서, 커버(124)는 구리, 강철 또는 알루미늄이다. 대안적인 실시예에서, 커버(124)는 폴리머 또는 유리로 형성된다. 일부 실시예에서, 부착 패드(126)는 금속으로 형성된다. 구체적으로, 일부 특정 실시예에서, 부착 패드(126)는 금 또는 구리로 형성된다. 다른 실시예에서, 부착 패드(126)는 래커(lacquer) 또는 페인트(paint)로 형성된다. 다른 실시예에서, 부착 패드(126)는 접착제(glue) 또는 수지를 이용하여 커버(124)를 PCB(122)에 부착한다. 다른 실시예에서, 부착 패드(126)는 용접(welding)에 의해 커버(124)를 PCB(122)에 부착한다. 특정 실시예에서, 부착 패드(126)는 솔더링(soldering)에 의해 커버(124)를 PCB(122)에 부착한다.

도 3(a) 및 3(b)는 통풍구(ventilation hole)(142)를 갖는 PCB(122), 커버(124), 부착 패드(126), MEMS 다이(128) 및 ASIC(130)을 포함하는 다른 실시예의 패키징된 MEMS 디바이스(140)의 개략적인 측면도 및 개략적인 정면도를 도시한다. 다양한 실시예에 따르면, 패키징된 MEMS 디바이스(140)는 본 명세서에서 도 2(a) 및 2(b)에서의 패키징된 MEMS 디바이스(120)를 참조하여 위에서 유사하게 기술된 바와 같이 동작하며, 통풍구(142)를 추가로 갖는다. 다양한 실시예에서, 통풍구(142)는 PCB(122)에서 홀(hole)로서 형성되며, 주위 환경으로부터 커버(124) 내부의 MEMS 다이(128)로의 공기 흐름을 증가시킨다. 통풍구(142)는 커버(124) 아래에 형성될 수 있다. 특정 실시예에서, 통풍구들(142) 중 적어도 하나의 통풍구가 커버(124)의 에지 아래에 형성되고, 커버(124)의 에지의 양 측(side)을 넘어 연장된다. 일부 실시예에서, PCB(122)는 2개의 통풍구(142)를 포함한다. 일 실시예에서, PCB(122)는 단지 하나의 통풍구(142)를 포함한다. 다른 실시예에서, PCB(122)는 3개 이상의 통풍구(142)를 포함한다.

다양한 실시예에 따르면, 통풍구(142)는 통풍 반경 RV를 갖는다. 일부 특정 실시예에서, 통풍 반경 RV는 0.5mm 내지 2mm의 범위일 수 있다. 대안적인 실시예에서, 통풍 반경 RV는 이러한 범위를 벗어날 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 통풍구(142)는 PCB(122)를 통해 완전히 통과한다. 다른 실시예에서, 통풍구(142)는 PCB(122)를 통해 단지 부분적으로만 통과하며, PCB(122)의, 커버(124) 반대편의, 바닥 측을 통해 개구를 형성하지 않는다.

도 4(a) 및 4(b)는 PCB(122), 커버(124), 부착 패드(126), MEMS 다이(128) 및 ASIC(130)을 포함하는 다른 실시예의 패키징된 MEMS 디바이스(150)의 개략적인 측면도 및 개략적인 정면도를 도시한다. 다양한 실시예에 따르면, 패키징된 MEMS 디바이스(150)는 본 명세서에서 도 2(a) 및 2(b)에서의 패키징된 MEMS 디바이스(120)를 참조하여 위에서 유사하게 기술된 바와 같이 동작하며, 갭(125) 대신에 메시 패드(mesh pad)(152)를 추가로 갖는다. 다양한 실시예에서, 메시 패드(152)는 부착 패드들(126) 사이에 형성된다. 메시 패드(152)는 가스 투과성 및 액체 불투과성 물질로 형성된다. 특정 실시예에서, 메시 패드(152)는 공기에 대해 투과성이고, 물에 대해 불투과성이므로, 방수를 구현한다. 그러한 예시적인 실시예에서, 메시 패드(152)는 가스 투과성 폴리머 또는 폴리머 수지로 형성될 수 있다. 예를 들어, 메시 패드(152)는 비다공성(non-porous) 폴리머로 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 메시 패드(152)는 부착 패드(126)를 대체할 수 있으며, 커버(124)의 전체 에지를 따라 연속적인 부착 구조물을 형성하며, 그것은 커버(124)와 PCB(122) 사이에 가스 투과성 및 액체 불투과성 구조물을 구현한다.

도 5는 PCB(122), ASIC(130), MEMS 다이(128), 및 지지 구조물(164)에 의해 지지된 리드(lid)(162)를 포함하는 다른 실시예의 패키징된 MEMS 디바이스(160)의 개략적인 측단면도를 도시한다. 다양한 실시예에 따르면, 지지 구조물(164)은 주위 환경과 MEMS 다이(128) 사이에 유체 커플링을 제공하기 위한 포트(166)를 포함한다. 패키징된 MEMS 디바이스(160)의 요소들은 패키징된 MEMS 디바이스(120, 140, 150)를 참조하여 기술된 요소들과 유사하며, 지지 구조물(164) 및 리드(162)가 커버(124) 및 부착 패드(126)를 대체한다.

다양한 실시예에서, 지지 구조물(164)이 PCB(122) 상에 배치되어, 포트(166)를 통한 유체 신호의 전송을 허용한다. 포트(166)는 다수의 개구들 또는 단지 하나의 개구를 포함할 수 있다. 그러한 실시예에서, 포트(166)를 형성하는 개구 또는 개구들은 다양한 형상 또는 구조를 가질 수 있으며, 빈(empty) 개구 또는 개구들을 채우는 물질을 포함할 수 있다. 리드(162)가 지지 구조물(164)을 통해 PCB(122)에 접속된다. 일 실시예에서, 지지 구조물(164) 및 리드(162)는 제조 시퀀스에서 함께 조립 및 연결되는 분리된 구조이다. 일부 실시예에서, 지지 구조물(164) 및 리드(162)는 구리, 알루미늄 또는 금과 같은 금속으로 형성된다. 다른 실시예에서, 지지 구조물(164) 및 리드(162)는 폴리머로 형성된다. 다른 실시예에서, 지지 구조물(164) 및 리드(162)는 반도체로 형성된다. 하나의 대안적인 실시예에서, 지지 구조물(164) 및 리드(162)는 유리로 형성된다. 일부 실시예에서, 리드(162) 및 지지 구조물(164)은 동일한 물질로 형성된다. 다른 실시예에서, 리드(162) 및 지지 구조물(164)은 상이한 물질로 형성된다.

다른 실시예에서, MEMS 디바이스(160)는 또한 지지 구조물(164) 아래의 PCB(122)에 통풍구(168)를 포함할 수 있다. 통풍구(168)는 PCB(122)에서 스루 홀(through hole)로서 포함되거나, 또는 PCB(122)에서 PCB(122)를 완전히 통과하지 않는 단지 부분적인 홀로서 포함될 수 있다. 다양한 실시예에서, 임의의 수의 통풍구(168)가 지지 구조물(164) 아래의 PCB(122)에 형성될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에서의 도 3(a) 및 3(b)를 참조한 통풍구(142)에 대한 위에서의 설명이 통풍구(168)에 적용될 수 있다. 일부 대안적인 실시예에서, PCB(122)에서의 통풍구(168)는 지지 구조물(164)에서 포트(166) 대신에 형성된다.

도 6은 패키지(108)에서의 MEMS 다이(102) 및 ASIC(104), 프로세서(184), 및 통신 회로(186)를 포함하는 실시예의 전자 시스템(180)의 시스템 블록도를 도시한다. 다양한 실시예에 따르면, 전자 시스템(180)은 태블릿 컴퓨터 또는 모바일 전화와 같은 모바일 전자 디바이스일 수 있다. MEMS 다이(102)는 본 명세서에서 MEMS 다이(102)를 참조하여 위에서 기술된 것과 유사하게 기능한다. 예를 들어, MEMS 다이(102)는 도 1을 참조하여 기술된 유체 커플링(110)을 제공하는 포트(194)를 통해 주위 환경에 연결된 MEMS 압력 트랜스듀서를 포함한다. MEMS 다이(102)는 또한 본 명세서에서 도 1을 참조하여 위에서 기술된 바와 같이 기능할 수 있는 ASIC(104)에 연결된다. 대안적인 실시예에서, ASIC(104)은 또한 MEMS 다이(102) 상에 통합된다.

다양한 실시예에서, MEMS 다이(102) 및 ASIC(104)을 포함하는 패키지(108)가 PCB(182)에 연결되고, 케이스(192) 내부에 포함된다. 예를 들어, 케이스(192)는 태블릿 컴퓨터 또는 모바일 전화의 본체일 수 있다. 디스플레이(190)가 또한 PCB(182)에 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 프로세서(184) 및 통신 회로(186)가 PCB(182)에 연결된다. 통신 회로(186)는 무선 통신 경로인 통신 경로(188)를 통해 통신한다. 대안적인 실시예에서, 통신 경로(188)는 유선 접속이다.

다양한 실시예에서, MEMS 다이(102)는 케이스(192) 외부의 주위 환경으로부터의 압력 신호에 기초하여 변환된 전기 신호를 생성하고, 생성된 전기 신호를 ASIC(104) 및 PCB(182)를 통해 프로세서(184)에 제공한다. 대안적인 실시예에서, 전자 시스템(180)은 워크스테이션, 개인용 컴퓨터, 또는 예를 들면, 산업, 의료 또는 항공 우주 응용과 같은 특정 응용을 위한 컴퓨팅 시스템과 같은 유선 디바이스이며, 통신 경로(188)는 유선 또는 무선 통신 경로일 수 있다.

도 7은 단계들(202-212)을 포함하는 패키징된 MEMS 디바이스를 형성하는 실시예의 방법(200)의 블록도를 도시한다. 다양한 실시예에 따르면, 방법(200)은 예를 들면, 패키징된 MEMS 디바이스(100 또는 200)와 같은, 본 명세서에서 기술된 임의의 패키징된 MEMS 디바이스를 형성하도록 구현될 수 있다. 단계(202)는 기판을 제공하는 것을 포함한다. 기판은 구성요소들을 위에 부착 또는 형성하기 위한 구조적 물질을 포함할 수 있다. 기판은 전기적 속성을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 기판은 회로 보드이다. 특정 실시예에서, 기판은 PCB이다. 그러한 실시예에서, PCB는 래미네이트, 구비 피복 래미네이트, 수지 침윤된 직물 및 구리 포일로 형성될 수 있다.

다양한 실시예에서, 단계(204)는 ASIC과 같은 집적 회로(IC)를 단계(202)의 기판 상에 배치하는 것을 포함한다. 일부 특정 실시예에서, 단계(204)는 반도체 다이 상에 형성된 ASIC을 PCB 상에 부착하는 것을 포함한다. ASIC을 부착하는 것은 예를 들면, 접착제 또는 솔더를 이용하는 것을 포함할 수 있다. 단계(206)는 단계(204)의 ASIC 또는 IC 상에 MEMS 다이를 배치하는 것을 포함한다. MEMS 다이는 예를 들면, 추가적인 반도체 다이, 유리 기판, 또는 폴리머 기판 상에 형성될 수 있으며, 단계(204)의 ASIC을 포함하는 반도체 다이에 부착될 수 있다. 다양한 실시예에서, MEMS 다이 및 ASIC을 갖는 반도체 다이는 예를 들면, 솔더 볼의 어레이를 포함하는, 접착제 또는 솔더를 이용하여 부착되거나, 또는 플립-칩 본딩을 이용하여 부착될 수 있다. 다른 실시예에서, MEMS 다이는 단계(204)의 ASIC에 인접하면서 단계(204)의 ASIC 상이 아닌 곳에서, 단계(202)의 기판 상에 배치될 수 있다.

다양한 실시예에서, 단계(208)는 단계(206)의 MEMS 다이, 단계(204)의 ASIC, 및 단계(202)의 기판 또는 PCB에 부착된 임의의 다른 구성요소 사이의 전기적 접속을 형성하는 것을 포함한다. 특정 실시예에서, 와이어 본딩을 이용하여 단계(204)의 ASIC을 PCB에 전기적으로 연결하고, 단계(206)의 MEMS를 단계(204)의 ASIC에 전기적으로 연결할 수 있다. 단계(202)의 PCB는 다른 구성요소(도시되지 않음)에 대한 전기적 접속 또는 예를 들면, 모바일 전화에서의 메인 PCB와 같은 다른 회로 보드에 대한 다른 콘택트 패드를 위한 하나 이상의 전기적 재분배 층을 포함할 수 있다. 단계(208)는 단계(204)의 ASIC과 단계(202)의 PCB 내의 전기적 접속 사이의 와이어 본드를 형성하는 것을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 단계(208)는 플립-칩 본딩을 통해 단계(206)의 MEMS 다이와 단계(204)의 ASIC 사이에 전기적 접속을 형성하는 것을 포함한다. 예를 들어, 일 실시예에서, 단계(208)는 ASIC과 MEMS 사이에 재분배 층(RDL) 및 볼 그리드 어레이(BGA)를 형성하는 것을 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 단계들(202, 204, 206, 208)은 상이한 시퀀스로 재배열되고, 추가적인 단계를 포함하고, 또는 중첩되거나 결합된 단계를 포함할 수 있다.

다양한 실시예에서, 단계(210)는 단계(204)의 ASIC 및 단계(206)의 MEMS 다이를 둘러싸는 패키지 부착 구조물을 배치하는 것을 포함한다. 패키지 부착 구조물은 리드 또는 커버를 부착하기 위한 것이다. 다양한 실시예에서, 패키지 부착 구조물을 배치하는 것은 도 2(a) 및 2(b)를 참조하여 기술된 바와 같은 부착 패드(126)와 같은 부착 패드를 형성하는 것을 포함한다. 그러한 실시예에서, 패키지 부착 구조물을 부착하는 것은 도 2(a) 및 2(b)를 참조하여 기술된 바와 같은 갭(125)과 같은 갭을 부착 구조물, 예를 들면, 부착 패드의 섹션들 사이에 형성하는 것을 포함한다. 일부 실시예에서, 갭을 형성하는 것은 선택적 퇴적 또는 패터닝을 포함할 수 있다. 그러한 실시예에서, 부착 패드는 다른 실시예에서의 다른 물질로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 부착 패드는 구리 또는 금과 같은 금속으로 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 부착 패드는 페인트 또는 래커로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 솔더링을 이용하여 리드 또는 커버를 단계(202)의 PCB에 부착한다. 일 실시예에서, 용접을 이용하여 리드 또는 커버를 PCB에 부착한다. 다른 실시예에서, 접착제 또는 수지를 이용하여 리드 또는 커버를 PCB에 부착한다.

다른 실시예에서, 패키지 부착 구조물을 배치하는 것은 도 4(a) 및 4(b)를 참조하여 기술된 바와 같은 메시 패드(152)와 같은 메시 패드를 형성하는 것을 포함할 수 있다. 다양한 상이한 실시예에서, 패키지 부착 구조물은 본 명세서에서 도 2(a), 2(b), 4(a) 및 4(b)에서의 부착 패드(126) 또는 메시 패드(152)를 참조하여 전술한 바와 같은 임의의 물질 또는 구조물을 포함할 수 있다. 더욱이, 패키지 부착 구조물을 배치하는 것은 도 2(a), 2(b), 3(a) 및 3(b)에서의 갭(125) 또는 통풍구(142)를 참조하는 것과 같이, 다른 도면들을 참조하여 본 명세서에서 전술된 바와 같은 임의의 유형의 포트 또는 개구를 형성하는 것을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 단계(210)는 포트 또는 개구를 갖는, 도 5를 참조하여 기술된 바와 같은 지지 구조물(164)과 같은 지지 구조물을 형성하는 것을 포함한다. 지지 구조물은 도 5에서의 지지 구조물(164)을 참조하여 기술된 임의의 물질로 형성될 수 있으며, 도 5에서의 포트(166)를 참조하여 기술된 바와 같은 유체 포트 또는 개구를 포함한다.

다양한 실시예에서, 단계(212)는 단계(210)의 패키지 부착 구조물 상에 리드 또는 커버를 형성하는 것을 포함한다. 리드 또는 커버는 도 2(a) 및 2(b)를 참조하여 기술된 바와 같은 커버(124)의 구조 또는 물질로 형성될 수 있다. 다양한 실시예에서, 방법(200)은 추가적인 단계를 포함할 수 있으며, 단계들(202-212)은 다른 시퀀스의 단계들로 재배열될 수 있다. 본 기술 분야의 당업자라면 쉽게 이해할 수 있듯이, 방법(200)에 대한 다양한 수정 및 추가가 특정 응용 및 시스템 요건에 대해 적절한 것으로 고려된다.

도 8은 단계들(222, 224)을 포함하는, 패키징된 MEMS 디바이스에 대한 실시예의 동작 방법(220)의 블록도를 도시한다. 다양한 실시예에 따르면, 단계(222)는 지지 구조물에서의 포트를 통해 주위 환경으로부터 유체 신호를 수신하는 것을 포함한다. 그러한 실시예에서, 지지 구조물은 패키징된 MEMS 디바이스의 커버를 기판에 접속한다. 실시예에서, 기판은 PCB이다. 다양한 실시예에서, 단계(224)는 기판 위에 및 커버 아래에 배치된 트랜스듀서 다이에서 유체 신호에 기초한 전기 신호를 생성하는 것을 포함한다. 트랜스듀서 다이는 MEMS 압력 트랜스듀서를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 동작 방법(220)은 추가적인 단계를 포함할 수 있으며, 상이한 시퀀스의 단계에 따라 재배열될 수 있다.

실시예에 따르면, 디바이스는 기판, 기판 위에 배치된 트랜스듀서 다이, 트랜스듀서 다이 위에 배치된 커버, 및 커버를 기판에 접속하는 지지 구조물을 포함한다. 지지 구조물은 주위 환경과 트랜스듀서 다이 사이의 유체 신호의 전송을 허용하도록 구성된 포트를 포함한다. 다른 실시예는 대응하는 시스템 및 장치를 포함하고, 그 각각은 대응하는 동작 또는 방법을 수행하도록 구성된다.

다양한 실시예에서, 지지 구조물은 기판 상에 배치된 복수의 부착 패드를 포함하고, 포트는 복수의 부착 패드들 사이에 복수의 갭을 포함한다. 일부 실시예에서, 복수의 부착 패드는 복수의 금속 부착 패드를 포함한다. 다른 실시예에서, 복수의 부착 패드는 복수의 수지 부착 패드를 포함한다. 일부 실시예에서, 복수의 갭들의 각각의 갭은 기판과 커버 사이에, 100㎛ 이하의 높이를 포함한다.

다양한 실시예에서, 포트는 가스 투과성 및 액체 불투과성이다. 포트는 스루 홀을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 포트는 가스 투과성 및 액체 불투과성인 폴리머를 포함한다. 기판은 인쇄 회로 보드를 포함한다. 트랜스듀서 다이는 MEMS 압력 트랜스듀서를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 디바이스는 기판 위 및 커버 아래에 배치된 집적 회로 다이를 더 포함한다. 그러한 실시예에서, 트랜스듀서 다이는 집적 회로 다이 상에 배치되어, 집적 회로 다이에 전기적으로 접속될 수 있다. 디바이스는 기판에서의 추가적인 포트를 더 포함할 수 있으며, 추가적인 포트는 주위 환경과 트랜스듀서 다이 사이의 유체 신호의 전송을 허용한다.

실시예에 따르면, 디바이스를 동작하는 방법은 지지 구조물에서의 포트를 통해 주위 환경으로부터 유체 신호를 수신하고, 기판 위 및 커버 아래에 배치된 트랜스듀서 다이에서 유체 신호에 기초하여 전기 신호를 생성하는 것을 포함한다. 지지 구조물은 커버를 기판에 접속한다. 다른 실시예는 대응하는 시스템 및 장치를 포함하고, 그 각각은 대응하는 동작 또는 방법을 수행하도록 구성된다.

다양한 실시예에서, 유체 신호를 수신하는 것은 포트를 통해 주위 환경으로부터 압력 신호를 수신하는 것을 포함한다. 그러한 실시예에서, 전기 신호를 생성하는 것은 트랜스듀서 다이 상에 배치된 용량성 MEMS 압력 트랜스듀서를 이용하여 압력 신호에 기초해서 전기 신호를 생성하는 것을 포함할 수 있다.

실시예에 따르면, 디바이스를 형성하는 방법은 기판 위에 트랜스듀서 다이를 배치하고, 기판 상에 지지 구조물을 배치하고, 트랜스듀서 다이 위의 지지 구조물 상에 커버를 배치하는 것을 포함한다. 지지 구조물은 주위 환경과 트랜스듀서 다이 사이의 유체 신호의 전송을 허용하도록 구성된 포트를 포함한다. 다른 실시예는 대응하는 시스템 및 장치를 포함하고, 그 각각은 대응하는 동작 또는 방법을 수행하도록 구성된다.

다양한 실시예에서, 방법은 기판 위 및 커버 아래에 집적 회로를 배치하는 것을 더 포함한다. 기판 상에 지지 구조물을 배치하는 것은 기판 상에 복수의 부착 패드를 배치하는 것을 포함할 수 있고, 복수의 부착 패드는 복수의 부착 패드들 사이에 복수의 갭을 포함하고, 복수의 갭은 포트를 포함한다. 그러한 실시예에서, 방법은 복수의 갭에 방수 물질을 배치하는 것을 더 포함할 수 있다. 방수 물질은 가스 투과성 및 액체 불투과성이다. 그러한 실시예에서, 방수 물질은 폴리머일 수 있다. 일부 실시예에서, 트랜스듀서 다이를 배치하는 것은 기판 위에 MEMS 압력 트랜스듀서를 배치하는 것을 포함한다.

실시예에 따르면, MEMS 압력 센서는 인쇄 회로 보드, 인쇄 회로 보드에 연결된 집적 회로, 인쇄 회로 보드에 연결된 MEMS 압력 트랜스듀서, MEMS 압력 트랜스듀서 및 집적 회로를 둘러싸는 인쇄 회로 보드 상에 배치된 복수의 부착 패드, 및 복수의 부착 패드에 의해 인쇄 회로 보드에 부착된 커버를 포함한다. 복수의 부착 패드는 각각의 부착 패드 사이의 복수의 갭을 포함하고, 복수의 갭은 주위 환경과 MEMS 압력 트랜스듀서 사이의 개구를 포함한다. 다른 실시예는 대응하는 시스템 및 장치를 포함하고, 그 각각은 대응하는 동작 또는 방법을 수행하도록 구성된다.

다양한 실시예에서, MEMS 압력 센서는 인쇄 회로 보드에서의 스루 홀을 더 포함하고, 스루 홀은 주위 환경과 MEMS 압력 트랜스듀서 사이의 추가적인 개구를 포함한다. 일부 실시예에서, MEMS 압력 트랜스듀서는 집적 회로 상에 적층된다.

본 명세서에서 기술된 다양한 실시예에 따르면, 이점은 패키징된 MEMS 트랜스듀서에 대한 커버로부터의 증가된 보호를 포함할 수 있다. 다양한 실시예의 추가적인 이점은 먼지와 같은 입자로부터의 오염에 대하여 강건한, 주위 환경에 대한 유체 커플링을 포함할 수 있다. 다양한 실시예의 다른 이점은 복잡한 구조 또는 수반되는 처리 단계를 추가하지 않고서, 개선된 트랜스듀서 패키지에 대한 단순한 제조 프로세스를 포함할 수 있다.

본 발명은 예시된 실시예를 참조하여 설명되었지만, 그러한 설명은 제한적인 의미로 해석되지 않는다. 당업자라면, 설명을 참조함으로써, 예시된 실시예 뿐만 아니라 본 발명의 다른 실시예의 다양한 수정 및 조합에 대해 명백히 이해할 것이다. 따라서, 첨부된 청구항은 임의의 그러한 수정 또는 실시예를 포함하는 것으로 의도된다.

Claims

디바이스로서,
기판;
상기 기판 위에 배치된 트랜스듀서 다이;
상기 트랜스듀서 위에 배치된 커버; 및
상기 커버를 상기 기판에 접속하는 지지 구조물 - 상기 지지 구조물은 주위 환경과 상기 트랜스듀서 다이 사이의 유체 신호의 전송을 허용하도록 구성된 포트를 포함하고, 상기 기판 상에 배치된 복수의 부착 패드를 포함하며, 상기 포트는 상기 복수의 부착 패드들 사이의 복수의 갭을 포함함 - 을 포함하고,
상기 복수의 갭 사이에 가스 투과성 및 액체 불투과성인 물질이 배치되는
디바이스.
삭제
제1항에 있어서,
상기 복수의 부착 패드는 복수의 금속 부착 패드를 포함하는
디바이스.
제1항에 있어서,
상기 복수의 부착 패드는 복수의 수지 부착 패드를 포함하는
디바이스.
제1항에 있어서,
상기 복수의 갭의 각각의 갭은 상기 기판과 상기 커버 사이에서 100㎛ 이하의 높이를 포함하는
디바이스.
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 기판은 인쇄 회로 보드를 포함하는
디바이스.
제1항에 있어서,
상기 트랜스듀서 다이는 MEMS 압력 트랜스듀서를 포함하는
디바이스.
제1항에 있어서,
상기 기판 위 및 상기 커버 아래에 배치된 집적 회로 다이를 더 포함하는
디바이스.
제11항에 있어서,
상기 트랜스듀서 다이는 상기 집적 회로 다이 상에 배치되고 상기 집적 회로 다이에 전기적으로 접속되는
디바이스.
제1항에 있어서,
상기 기판에 추가적인 포트를 더 포함하고, 상기 추가적인 포트는 주위 환경과 상기 트랜스듀서 다이 사이의 유체 신호의 전송을 허용하도록 구성되는
디바이스.
디바이스를 작동시키는 방법으로서,
지지 구조물 내의 포트를 통해 주위 환경으로부터 유체 신호를 수신하는 단계 - 상기 지지 구조물은 커버를 기판에 접속하고, 상기 기판 상에 배치된 복수의 부착 패드를 포함하며, 상기 포트는 상기 복수의 부착 패드들 사이의 복수의 갭을 포함하고, 상기 복수의 갭 사이에 가스 투과성 및 액체 불투과성인 물질이 배치됨 - ; 및
상기 기판 위 및 상기 커버 아래에 배치된 트랜스듀서 다이에서 유체 신호에 기초한 전기 신호를 생성하는 단계를 포함하는
방법.
제14항에 있어서,
유체 신호를 수신하는 단계는 상기 포트를 통해 상기 주위 환경으로부터 압력 신호를 수신하는 것을 포함하는
방법.
제15항에 있어서,
전기 신호를 생성하는 단계는 상기 트랜스듀서 다이 상에 배치된 용량성 MEMS 압력 트랜스듀서를 이용하여 상기 압력 신호에 기초한 전기 신호를 생성하는 것을 포함하는
방법.
디바이스를 형성하는 방법으로서,
기판 위에 트랜스듀서 다이를 배치하는 단계;
상기 기판 상에 지지 구조물을 배치하는 단계 - 상기 지지 구조물은 주위 환경과 상기 트랜스듀서 다이 사이의 유체 신호의 전송을 허용하도록 구성된 포트를 포함함 - ; 및
상기 트랜스듀서 다이 위의 상기 지지 구조물 상에 커버를 배치하는 단계를 포함하되,
상기 기판 상에 지지 구조물을 배치하는 단계는 상기 기판 상에 복수의 부착 패드를 배치하는 것을 포함하고,
상기 복수의 부착 패드는 상기 복수의 부착 패드들 사이에 복수의 갭을 포함하며,
상기 포트는 상기 복수의 갭을 포함하고,
상기 복수의 갭 사이에 가스 투과성 및 액체 불투과성인 물질이 배치되는
방법.
제17항에 있어서,
상기 기판 위 및 상기 커버 아래에 집적 회로를 배치하는 단계를 더 포함하는
방법.
삭제
삭제
삭제
제17항에 있어서,
트랜스듀서 다이를 배치하는 단계는 상기 기판 위에 MEMS 압력 트랜스듀서를 배치하는 것을 포함하는
방법.
MEMS 압력 센서로서,
인쇄 회로 보드;
상기 인쇄 회로 보드에 연결된 집적 회로;
상기 인쇄 회로 보드에 연결된 MEMS 압력 트랜스듀서;
상기 MEMS 압력 트랜스듀서 및 상기 집적 회로를 둘러싸는 상기 인쇄 회로 보드 상에 배치된 복수의 부착 패드 - 상기 복수의 부착 패드는 각각의 부착 패드 사이에 복수의 갭을 포함함 - ; 및
상기 복수의 부착 패드에 의해 상기 인쇄 회로 보드에 부착된 커버 - 상기 복수의 갭은 주위 환경과 상기 MEMS 압력 트랜스듀서 사이에 복수의 개구를 포함하고, 상기 복수의 개구 사이에 가스 투과성 및 액체 불투과성인 물질이 배치됨 - 를 포함하는
MEMS 압력 센서.
제23항에 있어서,
상기 인쇄 회로 보드에 스루 홀을 더 포함하고, 상기 스루 홀은 주위 환경과 상기 MEMS 압력 트랜스듀서 사이에 추가적인 개구를 포함하는
MEMS 압력 센서.
제23항에 있어서,
상기 MEMS 압력 트랜스듀서는 상기 집적 회로 상에 적층되는
MEMS 압력 센서.