KR102438605B1 - 오버 언더 센서 패키징을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

실시예 장치는 내부 캐비티를 갖는 본체 구조물, 내부 캐비티의 제1 내부면 상에 배치된 제어 칩, 및 제1 면에서, 제1 내부면에 대향하는 내부 캐비티의 제2 내부면에 부착된 센서를 포함한다. 센서는 제1 내부면과 대면하는 센서의 제2 면 상에 장착 패드를 구비하고, 센서는 에어 갭에 의해 제어 칩으로부터 수직 방향으로 이격되며, 센서는 적어도 부분적으로 제어 칩 위에 정렬된다. 이 장치는 장착 패드 상에 장착된 제1 단부를 갖는 인터커넥트를 더 포함하고, 인터커넥트는 내부 캐비티를 통하여 제1 내부면을 향해 연장되며 제어 칩은 인터커넥트를 통해 센서와 전기 통신한다.

Description

오버 언더 센서 패키징을 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR OVER UNDER SENSOR PACKAGING}
본 발명은 전반적으로 오버-언더(over-under) 센서 패키지를 위한 시스템 및 방법에 관한 것이며, 특정 실시예에서는, 차폐된 인클로저(shielded enclosure)내에서 센서가 관련 제어 칩으로부터 이격되도록 센서 및 제어 칩을 수직 배열로 패키징하는 시스템 및 방법에 관련된다.
일반적으로, MEMS(microelectrical mechanical system) 센서 장치는 물리적으로 감지 가능한 환경 조건에서 작동한다. 예를 들어, MEMS 장치는 소리, 공기압, 움직임 등을 감지할 수 있다. MEMS 장치는 일반적으로 원시(raw) 전기 신호를 생성하는 간단한 센서 장치이다. MEMS 마이크로폰과 같은 MEMS 센서는 전기 신호를 생성하기 위해 MEMS 마이크로폰의 내부 캐비티(interior cavity)에서 공기의 압력파에 반응하는 가동 멤브레인(movable membrane)을 가지고 있다. MEMS 장치 패키지는 MEMS 센서 장치를 관리하고, MEMS 센서 장치로부터 원시 데이터 신호를 판독하고, 이 데이터 신호를 원하는 데이터 포맷으로 변환하기 위해 ASIC(application specific integrated circuit)과 같은 제어 칩을 종종 포함한다. 일부 센서 장치 패키지에서, MEMS 센서 장치 및 제어 칩은 센서 장치 패키지의 캐비티 내에 배치된다.
실시예 장치는 내부 캐비티를 갖는 본체 구조물, 내부 캐비티의 제1 내부면에 배치된 제어 칩, 및 제1 면에서 제1 내부면에 대향되는 내부 캐비티의 제2 내부면에 부착된 센서를 포함한다. 센서는 제1 내부면과 대면하는 센서의 제2 면 상에 장착 패드를 구비하고, 센서는 에어 갭에 의해 제어 칩으로부터 수직 방향으로 이격되며, 센서는 적어도 부분적으로 제어 칩 위에 정렬된다. 이 장치는, 장착 패드 상에 장착된 제1 단부를 가지며, 내부 캐비티를 통해 제1 내부면을 향해 연장되는 인터커넥트(interconnect)를 더 포함하고, 제어 칩은 인터커넥트를 통해 센서와 전기 통신한다.
실시예 장치는 제1 접촉 패드를 갖는 기판, 측벽, 및 측벽에 의해 기판에 부착된 덮개(lid)를 포함하되, 덮개는 내부 캐비티에 의해 기판으로부터 분리되며, 내부 캐비티는 측벽, 덮개 및 기판에 의해 경계가 정해진다. 이 장치는 기판 상에 배치되고 기판으로부터 내부 캐비티 내로 연장되는 제어 칩을 더 포함하며, 제어 칩은 제1 접촉 패드와 전기적으로 통신한다. 센서는 제1 면에서 덮개에 부착되며, 센서는 덮개로부터 내부 캐비티 내로 연장되고, 센서는 장착 패드를 갖는다. 센서는 에어 갭에 의해 제어 칩으로부터 수직 방향으로 이격되고, 센서는 적어도 부분적으로 제어 칩 위에 정렬된다. 이 장치는 장착 패드 상에 장착된 제1 단부를 가진 인터커넥트를 더 포함하고, 인터커넥트는 내부 캐비티를 통해 연장되고, 제1 단부 반대편의 인터커넥트의 제2 단부에서 제1 접촉 패드와의 전기적 접촉을 형성하며, 여기서 인터커넥트는 측벽으로부터 이격된다.
실시예 방법은 센서의 제1 면을 덮개의 제1 면에 부착하는(attaching) 단계 - 센서는 제1 면과 반대되는 센서의 제2 면 상에 배치된 접촉 패드를 가짐 - 와, 접촉 패드 상에 인터커넥트를 제공하는 단계 - 인터커넥트의 제1 단부는 접촉 패드에 부착되고, 인터커넥트는 접촉 패드로부터 멀어지게 연장됨 - 와, 제어 칩을 기판의 제1 면에 부착하고 제어 칩을 기판의 제1 면에 배치된 랜딩 패드에 전기적으로 접속하는 단계와, 덮개를 기판 위에 붙이는(affixing) 단계 - 이 붙이는 단계는 덮개와 기판 사이의 내부 캐비티를 형성함 - 를 포함한다. 붙이는 단계 후, 센서 및 제어 칩은 각각 내부 캐비티 내로 연장되고, 에어 갭은 센서와 제어 칩 사이에 제공되고, 붙이는 단계 후에, 인터커넥트는 내부 캐비티를 통해 연장되고, 인터커넥트의 제2 면은 랜딩 패드와의 전기 접촉을 형성한다.
본 발명 및 그 이점을보다 완전하게 이해하기 위해, 첨부된 도면과 관련하여 취해진 아래의 설명이 참조될 것이다.
도 1a-1c는 일부 실시예에 따른 센서 패키지의 제1 부분의 형성을 도시한다.
도 2a-2d는 일부 실시예에 따른 센서 패키지의 제2 부분 및 센서 패키지의 어셈블리의 형성을 도시한다.
도 3은 일부 실시예에 따른 센서 패키지를 형성하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4a-4c는 일부 실시예에 따른 차폐 센서 패키지의 제1 부분의 형성을 도시한다.
도 5a-5h는 일부 실시예에 따른 차폐 센서 패키지의 제2 부분의 형성 및 제2 부분 상에 제1 부분의 장착을 도시한다.
도 6은 일부 실시예에 따른 차폐 센서 패키지를 형성하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 일부 실시예에 따른 인클로징된 후방 볼륨(enclosed back volume)을 갖는 차폐 센서 패키지를 도시한다.
도 8a-8c는 일부 실시예에 따른 다양한 덮개(lid) 및 포트(port) 배열을 도시한다.
본 개시의 시스템 및 방법의 예시적인 실시예가 아래에서 설명된다. 명확한 이해를 위해 실제 구현의 모든 기능이 본 명세서에서 설명되지 않을 수 있다. 실제의 실시예를 개발할 때, 구현예들 마다 다를 수 있는 시스템 관련 및 비즈니스 관련 제약들에 대한 준수와 같은 개발자의 특정 목표들을 달성하기 위해 다수의 구현 특정 결정들이 행해질 수 있다는 것이 물론 이해될 것이다. 또한, 그러한 개발 노력은 복잡하고 시간 소모적일 수는 있지만 그럼에도 불구하고 이 개시의 이점을 갖는 당업자에게는 통상적인 착수일 수 있음을 이해해야 한다.
본 명세서에서, 장치들이 첨부된 도면에 도시됨에 따라 다양한 구성 요소 사이의 공간적 관계 및 구성 요소의 다양한 양상의 공간적 배향에 대한 참조가 행해질 수 있다. 그러나, 본 명세서를 완전히 읽은 후에 당업자에 의해 인식되는 바와 같이, 본 명세서에 기재된 디바이스들, 부재들, 장치들 등은 임의의 원하는 방향으로 배치될 수 있다. 따라서, 본 명세서에 기술된 장치들이 임의의 원하는 방향으로 배향될 수 있으므로, 다양한 구성 요소 사이의 상대적 관계 또는 그러한 양태의 공간적 관계를 기술하기 위해, 제각기, 그러한 구성 요소 사이의 공간적 관계를 기술하거나 그러한 구성 요소의 양태의 공간적 방향을 기술하기 위한 "위", "아래", "상부", "하부" 또는 다른 유사 용어와 같은 용어의 사용이 이해되어야 한다.
전자 시스템의 복잡성 증가로 인해 그 전자 시스템의 기능을 계속 증가시키고 그 시스템에 사용되는 구성 요소의 크기를 감소시키기 위한 요건이 증가되었다. 특히, 개인용 전자 장치는 다양한 장치 방향에서 사운드를 검출하기 위해 마이크로폰의 수가 증가하고 새로운 기능을 위해 추가적인 센서를 가진다. 센서의 수가 증가하면 각 센서에 할당된 공간은 감소하게 된다. 개시된 센서 패키징 장치의 실시예는 센서 패키지 내에 센서 및 제어 칩을 수직으로 패키징하여 패키지 크기를 감소시키고 신뢰성 및 감도를 증가시키는 시스템 및 방법을 제공한다. 일부 실시예에서, 센서는 패키지 캐비티의 제1 내부면 상에 배치되고, 제어 칩은 제1 내부면에 대향하는 패키지 캐비티의 제2 내부면 상에 배치된다. 센서는 캐비티를 통해 연장되는 하나 이상의 도전성 접속부에 의해 제어 칩에 접속된다. 일부 실시예에서, 센서는 예를 들어 와이어 본드 요소에 의해 제어 칩에 접속된다. 와이어 본드 요소는 패키지가 인클로징되기 전에 센서에 제공될 수 있다. 따라서, 센서는, 센서의 제어 칩을 센서에 접속하기 위해 패키지 캐비티를 통해 연장되는 와이어 본드 요소로 패키지가 완성되는 동안 센서가 제어 칩 위에 붙여질 때 제어 칩에 접속된다.
센서 및 제어 칩의 수직 배열은 예를 들어 병렬 배열보다 작은 장치 패키지 풋프린트를 허용한다. 또한, 제어 칩 및 센서를 개별 요소로 제공하게 되면 MEMS 및 집적 회로 생산 기술의 차이에 의해 부과되는 제한이 방지되며, 제어 칩 또는 센서 중 어느 하나는 더 작은 피처, 상이한 프로세스 유형, 상이한 기판, 상이한 크기 또는 두께, 상이한 열 팽창 계수(CTE) 등을 가지므로 다른 나머지와는 상이할 수 있다. 또한, 제어 칩과는 별도로 센서를 제공하게 되면, 예를 들어 시스템-온-칩 배열에서 제어 칩 소자에 의해 유도된 열-기계적 응력에 의해 야기되는 고해상도 압력 센서에서의 드리프트가 방지된다. 센서는 센서의 CTE와 일치하는 CTE를 갖는 재료로 만들어진 덮개 상에 배치될 수 있고, 덮개는 센서 상의 덮개 열팽창의 효과를 최소화하도록 구성될 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 일부 실시예에 따른 센서 패키지의 제1 부분의 형성을 도시한다. 도 1a는 일부 실시예에 따른 센서 패키지용 덮개(101)를 도시한다. 센서 패키지의 제1 부분 또는 상부는 센서가 배치될 덮개(101)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 덮개(101)는 적어도 부분적으로 덮개 캐비티(103)를 한정하는 하나 이상의 측면부(109)를 가질 수 있다. 덮개(101)는 측면부들 사이에 배치된 측부에 장착 표면(121)을 갖는다. 장착 표면(121)은 덮개 캐비티(103)와 마주한다.
일부 실시예에서, 덮개(101)는 폴리머, 금속 또는 다른 재료로 형성된다. 덮개(101)는, 예를 들어 몰드를 사용하여 폴리머를 성형하거나, 폴리머 또는 금속 시트를 덮개 형태로 스탬핑 또는 가압하거나, 덮개를 형성하기 위해 보다 큰 블랭크로부터 재료를 연마하거나, 에칭하거나 또는 그렇지 않으면 제거하거나, 3 차원(3D) 프린팅, 선택적 레이저 소결(SLS) 등과 같은 첨가제 성형에 의해 형성될 수 있다. 환경 조건을 감지하는 센서 패키지의 경우, 덮개(101)는 센서 패키지의 외부로부터 센서 패키지의 내부 캐비티로의 개구를 제공하는 포트(105)를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 포트(105)는 측면부들(109) 사이의 덮개(101)의 측부에 배치되고, 덮개 캐비티(103)로부터 덮개(101)를 통해 덮개(101)의 외부로 연장된다. 다른 실시예에서, 포트(105)는 예를 들어 압력 센서를 위한 덮개(101)의 측면부(109)에 배치될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 덮개(101)는 덮개(101)의 측부 또는 측면부(109) 중 하나 또는 모두에 다수의 포트(105)를 가질 수 있다. 또한, 장치는 다수의 포트를 가질 수 있고 센서는 포트 중 하나 이상을 덮을 수 있고 포트 중 일부는 덮을 수 없다. 다수의 포트는 다른 크기의 형상 차이를 가질 수 있거나 서로 다른 방식으로 서로 다를 수 있어 센서 및 장치 성능을 조정할 수 있다. 감지될 공기, 가스, 미립자 등은 덮개 캐비티(103) 내에 배치된 센서에 의한 감지를 위해 포트(105)를 통과할 수 있다. 일부 실시예에서, 포트(105)는 덮개(101)의 대략 중심에 배치되고, 다른 실시예에서, 포트(105)는 다른 측면부(109)보다 측면부(109) 중 하나에 더 가깝게 배치된다. 또 다른 실시예에서, 포트(105)는 덮개(101)를 관통하는 다수의 개구를 포함한다. 도 1a에 도시된 덮개(101)가 덮개(101)의 중심으로부터 오프셋된 제1 포트(105)를 갖는 제1 덮개(101) 및 덮개(101)에서 실질적으로 중심에 있는 포트(105)를 갖는 제2 덮개(101)를 갖는 것으로 도시되지만, 실시예 덮개(101)는 상이한 포트 배열을 갖는 센서 패키지를 형성하는 공정을 예시하기 위해 도시되며, 이러한 배열에 국한되지 않는다. 다수의 덮개(101)는 뱃치(batch)로 처리될 수 있고, 덮개(101)는 처리 중에 동일한 위치 또는 상이한 위치에 배치된 포트(105)를 가질 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 덮개(101)는 예컨대 공기, 미립자 또는 가스 물질이 감지에 필요하지 않은 방사선 센서 패키지에서는 포트없이 형성될 수 있다.
도 1b는 일부 실시예에 따른 덮개(101)에 센서(111 및 113)를 장착하는 것을 도시한다. 일부 실시예에서, 센서(111 및 113)는 덮개(110)의 내부면에 붙여진다. 센서(111 및 113)는 일부 실시예에서 다이 부착 필름(DAF)을 사용하여 덮개(101)의 장착 표면(121)에 부착될 수 있다. 다른 실시예에서, 센서(111 및 113)는 핀, 클립, 나사 또는 다른 구조물과 같은 기계적 유지 구조물을 사용하거나, 접착제, 글루 등을 사용하여 부착된다. 각각의 센서(111 및 113)는 센서(111 및 113)의 표면 상에 배치된 하나 이상의 접촉 패드(115)를 가질 수 있다. 접촉 패드(115)는 센서(111 및 113) 내의 회로에 접속되어 제어 칩(미도시)이 센서(111 및 113)와 신호를 송신 및 수신할 수 있게 한다. 일부 실시예에서, 접촉 패드(115)는 센서(111 및 113)가 장착되는 표면으로부터 센서(111 및 113)에 대향하는 센서(111 및 113)의 상부면에 배치된다.
일부 실시예에서, 센서(111)는 덮개(101)의 내부에 부착되어 센서(111)가 포트(105)로부터 측방향으로 이격될 수 있게 하고, 다른 실시예에서 센서(113)는 덮개(101)의 내부에 부착되어, 센서(113)가 포트(105) 위에 정렬되거나 포트(105)를 덮도록 할 수 있다. 포트(105)에 대한 센서(111 및 113)의 배치는 센서(111 및 113)의 유형에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 센서(111)는 센서(111)의 상부면 상에 감지부를 갖는 상부 감지 센서일 수 있다. 상부 감지 센서는 포트(105)로부터 이격되어, 포트(105)를 통해 이동하는 공기 또는 환경 물질이 센서(111)의 상부면에 방해받지 않도록 할 수 있다. 다른 실시예에서, 센서(113)는 "하부 감지 센서"일 수 있고, 포트(105) 위에 정렬된 센서 캐비티(125)를 가질 수 있다. 포트(105)에 하부 감지 센서를 정렬하면 공기 또는 환경 물질은 직접 포트(105)를 통해 그리고 센서 캐비티(125)를 통해 센서(113)의 하부면으로 이동될 수 있다.
도 1c는 일부 실시예에 따른 인터커넥트(123)의 장착을 도시한다. 일부 실시예에서, 인터커넥트(123)는 센서(111 및 113)의 접촉 패드(115) 상에 형성된다. 인터커넥트(123)는 일부 실시예에서 와이어 본딩 공정을 사용하여 스터드 범프(stud bump)로서 형성될 수 있으며, 와이어 본딩 공정에서 와이어 본딩 머신은 와이어의 제1 단부를 접촉 패드(115)에 예를 들어 볼 본드(ball-bond)를 사용하여 본딩한다. 인터커넥트(123)는 도전성 재료이고, 일부 실시예에서는 구리 와이어, 금 와이어, 알루미늄 와이어로 형성될 수 있으며, 인터커넥트(123)를 커스터마이징하기 위해 도금, 도핑 또는 합금화될 수 있다. 와이어 본딩 머신은 예를 들어 전기적 플레임 오프(electric flame-off)를 사용하여 노출된 와이어의 단부에 볼을 형성하고, 예를 들어 열, 압력 및/또는 초음파 진동을 이용하여 접촉 패드(115)에 인터커넥트의 볼 단부를 용접, 융합 또는 다른 방식으로 부착할 수 있다. 와이어의 볼 단부가 접촉 패드(115)에 부착된 후에 와이어 본딩 머신은 와이어를 절단하여 인터커넥트(123)의 제2 단부를 형성할 수 있다. 인터커넥트(123)가 형성된 후에, 인터커넥트(123)는 접촉 패드(115)에 본딩된 제1 단부를 가지며, 센서(111 및 113) 및 덮개(101)의 장착 표면(121)으로부터 멀어지게 덮개 캐비티(103)로 연장된다. 일부 실시예에서, 인터커넥트(123)의 제2 단부는 인터커넥트(123)와 함께 덮개가 실질적으로 편평한 표면 상에 장착될 수 있도록 덮개의 측면부(109)의 단부와 대략 동일한 레벨을 가지게 된다.
다른 실시예에서, 인터커넥트(123)는 솔더볼, 지지 구조물을 갖는 솔더볼, 접촉 패드 상에 배치된 미리형성된 구조물(preformed structure), 접촉 패드(115)상의 제 위치에 형성된 구조물 또는 인쇄 구조물이다. 일부 실시예에서, 솔더 페이스트, 땜납, 도전성 접착제 또는 다른 도전성 재료가 접촉 패드(115) 상에 배치되고, 인터커넥트(123)는 리플로우, 경화 등에 의해 접촉 패드(115)에 본딩될 수 있다. 센서(111 및 113)가 덮개(101)에 부착되기 전에 인터커넥트(123)는 접촉 패드(115)에 부착될 수도 있다.
도 2a-2d는 일부 실시예에 따른 센서 패키지의 제2 부분 및 센서 패키지의 어셈블리의 형성을 도시한다. 도 2a는 일부 실시예에 따른 센서 패키지용 패키지 베이스(201)를 도시한다. 패키지 베이스(201)는 기판(205)의 상부면 또는 제1 표면 상에 배치된 하나 이상의 랜딩 패드(213) 및 비아 패드(211)를 가질 수 있다. 기판(205)은 폴리머, 유리 섬유, 산화물, 세라믹 등과 같은 절연 재료인 본체를 가질 수 있다. 비아 패드(211)는 도전성일 수 있고, 도전성 재료로 형성된 비아(207)에 접속될 수 있으며, 기판(205)을 통해 기판(205)의 하부면 또는 제2 표면에 배치된 패키지 장착 패드(209)까지 연장될 수 있다. 기판 본체는 랜딩 패드(213), 비아 패드(211), 비아(207) 및 패키지 장착 패드(209)를 서로로부터 전기적으로 절연시킨다. 비아(207) 또는 랜딩 패드(213)는 기판(205)의 본체에 배치된 금속화층 등에 의해 기판(205)을 통해 측방향으로 연장되거나 기판(205) 상으로 연장될 수 있어, 다수의 랜딩 패드 및 비아는 전기적 접촉없이 서로 다른 층으로 재지향되고 횡단할 수 있게 된다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 스토퍼 패드(215)는 기판(205)의 상부면 또는 제1 표면 상에 형성된다. 스토퍼 패드(215)는 도전성 재료로 형성될 수 있으며, 일부 실시예에서는 금속 증착 및 패터닝, 도전성 재료의 프린팅(printing) 등에 의해 랜딩 패드(213) 및 비아 패드(211)를 가진 금속층의 부분으로서 형성된다. 스토퍼 패드(215)는 랜딩 패드(213) 또는 비아 패드(211)의 상부면과 실질적으로 동일하거나 동일 평면인 상부면을 가질 수 있다. 스토퍼 패드(215)는 덮개가 장착될 수 있는 연속 영역(contiguous region)을 형성하도록 제어 칩들이 장착될 영역을 둘러싸도록 형성될 수 있다.
도 2b는 일부 실시예에 따른 와이어 본딩된 제어 칩(221)의 부착을 도시한다. 일부 실시예에서, 패키지는 와이어 본딩된 제어 칩(221)을 포함한다. 제어 칩(221)은 ASIC, 통신 장치, 인터페이스 장치 등일 수 있으며 센서를 제어하거나 센서를 판독하는 회로를 가질 수 있다. 제어 칩(221)은 DAF, 접착제, 테이프 등과 같은 다이 부착 구조물(217)에 의해 기판(205)에 부착된다. 다른 실시예에서, 제어 칩(221)은 클립, 소켓, 스크류 등과 같은 기계적 리테이너(mechanical retainer)로 기판(205)에 부착된다. 제어 칩(221)은 상부면에 배치된 하나 이상의 제어 본드 패드(223)를 가지며, 와이어 본드 접속부(225)를 사용하여 비아 패드(211) 또는 랜딩 패드(213) 등에 전기적으로 접속된다.
도 2c는 일부 실시예에 따른 패드 장착 제어 칩(221)의 부착을 도시한다. 도전성 커넥터(235)는 하나 이상의 비아 패드(211) 및 랜딩 패드(213)에 제공될 수 있다. 일부 실시예에서, 도전성 커넥터(235)는 땜납, 솔더 페이스트, 도전성 접착제, 도전성 글루 등이다. 또한, 도전성 커넥터(235)는 스토퍼 패드(215)에 제공될 수 있거나, 비도전성 접착 재료는 스토퍼 패드(215) 상에 덮개(101)의 후속 장착을 위해 스토퍼 패드(215)에 제공될 수 있다. 패드 장착 제어 칩(231)은 도전성 커넥터(235)에 의해 비아 패드(211) 또는 랜딩 패드에 부착된다.
일부 실시예에서, 패키지는 제어 칩(231)의 하부면에 배치된 장착 패드(233)를 통해 장착된 제어 칩(221)을 포함한다. 도 2c에 도시된 패키지 베이스(201)가 와이어 본딩된 칩(221) 및 패드 장착 제어 칩(231)을 갖는 것으로 도시되지만, 상이한 유형의 제어 칩이 설명의 목적으로만 도시되며, 제한하려는 것은 아니다. 패키지 베이스(201)는 동일한 유형의 임의의 수의 제어 칩으로 형성될 수 있거나, 상이한 유형의 제어 칩을 가질 수 있다.
도 2d는 패키지 베이스(201) 상의 덮개의 장착을 도시한다. 덮개(101)의 측면부(109)의 단부는 패키지 베이스(201)에 부착된다. 일부 실시예에서, 측면부(109)는 도전성 커넥터(235)에 의해 스토퍼 패드(215)에 붙여진다. 덮개(101)를 패키지 베이스(201)에 부착한 후에, 제어 칩(231 및 221)은 패키지를 위한 내부 캐비티를 생성하는 덮개 캐비티(103) 내에 배치되며, 내부 캐비티는 덮개(101) 및 기판(205)에 의해 경계가 정해진다. 패키지의 내부 캐비티는 기판(205)의 상부면으로부터 장착 표면(121)의 분리에 의해 생성되기 때문에, 내부 캐비티는 덮개(101)의 측면부(109)의 길이 및 각도에 의해 결정되는 볼륨을 가질 수 있어서, 센서(111, 113)의 요구에 따라 내부 캐비티 볼륨의 커스텀화를 허용한다. 따라서, 센서 패키지는, 기판(205)과 덮개(101)를 포함하며, 덮개 캐비티(103)를 포함하는 내부 캐비티를 구비한 본체 구조물을 가질 수 있다. 센서(111 및 113)는 내부 캐비티의 제1 내부면 상에 배치되고, 제어 칩(221 및 231)은 내부 캐비티의 제2 내부면 상에 배치되고, 에어 갭에 의해 센서로부터 물리적으로 분리된다. 센서(111 및 113)는 센서(111 및 113)로부터 에어 갭을 가로질러 기판(205)상의 랜딩 패드(213)까지 연장되는 인터커넥트(123)에 의해 제어 칩(221 및 231)에 전기적으로 접속된다.
센서 패키지의 내부 캐비티는 후방 볼륨으로서 작용할 수 있으며, 반면 센서 캐비티(125)는 포트(105) 위에 배치된 센서(113)를 위한 전방 볼륨으로서 작용할 수 있다. 전방 볼륨 또는 센서 캐비티(125)는 센서(113)의 능동 요소 또는 측정 요소에 도달하기 위해 공기, 압력파, 또는 다른 환경 물질을 위한 개구를 제공한다. 마이크로폰인 센서의 경우, 센서 캐비티(125)는 마이크로폰의 감도를 증가시키는, 포트(105) 및 센서 캐비티(125)와 상호 작용하는 공기의 공진을 생성하는 전방 볼륨일 수 있다. 후방 챔버 또는 덮개 캐비티(103) 내의 보다 큰 볼륨의 공기는 센서(113)의 멤브레인 또는 감지 요소가 음파에 반응하여 이동하기가 더 용이하게 하여, 예를 들어 센서 마이크로폰의 감도를 향상시키고, 보다 높은 SNR(signal-to-noise ratio)을 유도한다. 큰 후방 볼륨은 또한 예를 들어 센서 마이크로폰의 저주파수 응답을 향상시킨다.
인터커넥트(123)는 도전성 커넥터(235)에 의해 랜딩 패드(213)에 고정되어, 각 센서(111 및 113)를 랜딩 패드(213)를 통해 각각의 제어 칩(221 및 231)에 전기적으로 접속시킨다. 일부 실시예에서, 센서(111 및 113)는 각각의 제어 칩(221 및 231)과 적어도 부분적으로 측면 방향으로 중첩할 수 있지만 수직 방향으로는 이격될 수 있다. 따라서, 센서(111 및 113)와 각각의 제어 칩(221 및 231) 사이에는 공기 공간 또는 에어 갭이 제공된다. 에어 갭은 센서(111 및 113)와 각각의 제어 칩(221 및 231)간의 물리적 분리를 제공하여 센서(111 및 113)에 전달되는 응력을 감소시키면서 센서(111 및 113)를 위한 후방 볼륨으로 작용한다. 일부 실시예에서, 센서(113)는 제어 칩(221)과 측면 방향으로는 완전히 중첩할 수 있지만, 수직 방향으로는 제어 칩(221)으로부터 이격될 수 있다. 따라서, 센서(113)는 제어 칩(221)의 측면 범위(lateral extent)를 넘어 측방향으로 연장되는 측면 범위를 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 인터커넥트(123)는 센서(111 및 113)로부터 각각의 제어 칩(221 및 231) 상의 접촉 패드로 연장되어, 랜딩 패드에 대한 필요성을 제거할 수 있다. 일부 실시예에서, 인터커넥트(123)는 덮개(101)의 내부면 상에 형성될 수 있고, 예를 들어 덮개(101)를 접지시키기 위해 기판(205)상의 랜딩 패드(213) 또는 제어 칩(221 및 231)상의 접촉 패드로 연장될 수 있다. 다른 실시예에서, 센서(111 및 113)는 덮개(101) 내에 또는 그 위에 형성된 도전성 라인에 의해 제어 칩(221 및 231)에 전기적으로 접속될 수 있으며, 스토퍼 패드(215)의 요소 또는 기판(205)상의 다른 도전성 요소에 접속된다.
도 3은 일부 실시예에 따라 센서 패키지를 형성하는 방법(301)을 나타내는 흐름도이다. 블록 303에서, 덮개가 제공되고, 블록 305에서, 센서가 덮개의 내부면에 부착된다. 블록 307에서, 하나 이상의 인터커넥트가 형성된다.
블록 309에서, 기판이 제공되고, 블록 311에서, 제어 칩이 기판에 부착 및/또는 기판에 접속된다. 일부 실시예에서, 제어 칩은 기판 상에 장착될 수 있으며, 와이어는 제어 칩의 접촉 패드를 기판상의 비아 패드 또는 랜딩 패드와 같은 접촉 패드에 전기적으로 접속하는 데 사용될 수 있다. 블록 313에서, 하나 이상의 도전성 커넥터가 기판 상의 패드에 제공되고, 일부 실시예에서, 도전성 커넥터는 스토퍼 패드, 랜딩 패드 또는 비아 패드에 제공된다. 또한, 일부 실시예에서, 도전성 커넥터는 제어 칩이 접속되기 전에 제공될 수 있어서, 패드 장착 제어 칩은 도전성 커넥터에 의해 기판 상의 접촉 패드에 붙여진다. 블록 315에서, 부착된 센서를 갖는 덮개는 플립되어 기판에 본딩된다.
도 4a-4c는 일부 실시예에 따른 차폐 센서 패키지의 제1 부분(413)의 형성을 도시한다. 도 4a는 일부 실시예에 따른 패키지용 프레임(401)을 도시한다. 프레임(401)은 어셈블링된 차폐형 센서 패키지 내의 하나 이상의 덮개를 형성하는 부분을 포함한다. 프레임(401)은 프레임(401)을 통해 연장되는 하나 이상의 포트(405)를 가질 수 있다. 프레임(401)은 또한 프레임(401)의 일 면 상에 형성된 블리드 스톱 릿지(bleed stop ridges)(403)를 가질 수 있다. 블리드 스톱 릿지(403)는 프레임(401)의 상부면 상의 융기 부분일 수 있고, 각각의 블리드 스톱 릿지(403)는 각각의 포트(405)를 둘러싸도록 형성될 수 있고, 덮개(101)의 상부면에 제공된 재료가 블리드 스톱 릿지(403)의 외부로 출사 또는 흐르는 것을 방지하는 물리적 장벽을 제공한다.
일부 실시예에서, 프레임(401)은 센서 패키지에 사용되는 덮개를 형성하기 위해 사용되는 구조물이고, 도전성 재료로 형성되어 패키지에 대한 전자기 간섭(EMI) 차폐를 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 프레임(401)은 구리, 금, 알루미늄 또는 다른 금속 또는 합금으로 형성될 수 있으며, 성형, 화학적 또는 플라즈마 에칭, 연마, 스탬핑 또는 다른 형성 공정에 의해 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 프레임(401)은 내부에 도전성 재료를 배치한 몰딩 화합물과 같은 도전성 재료, 또는 에폭시, 몰딩 화합물 등과 같은 도전성 폴리머로 형성될 수 있다.
도 4b는 일부 실시예에 따른 차폐 센서 패키지의 제1 부분(413)을 형성하기 위해 프레임(401) 상에 센서(407)를 장착하는 것을 도시한다. 글루, 에폭시, DAF 등과 같은 접착제(411)는 블리드 스톱 릿지(403)들 내의 프레임(401)의 상부면에 증착되고, 블리드 스톱 릿지들은 접착제(411)를 포함하게 된다. 블리드 스톱 릿지(403)는 접착제(411)가 다른 덮개 또는 패키지용으로 지정된 영역들 사이로 흐르는 것을 방지한다.
일부 실시예에서, 센서(407)는 센서(407)가 프레임(401)의 상부면에 붙여지도록 접착제(411) 상에 장착된다. 일부 실시예에서, 센서(407)의 각각은 예를 들어, 상부 포트 센서 패키지를 위해, 포트(405)에 걸쳐 있는 프레임(401)에 부착될 수 있다. 센서(407)의 각각은 센서(407)를 위한 전방 챔버 또는 전방 볼륨으로서 작용하는 센서 캐비티(415) 등을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 센서(407)는 포트(405)로부터 측방향으로 오프셋되거나 다수의 포트 사이에 형성될 수 있고, 하부 포트 배열에서, 덮개는 포트없이 형성될 수 있다.
도 4c는 일부 실시예에 따른 차폐 센서 패키지의 제1 부분(413) 상에 인터커넥트(421 및 423)를 장착하는 것을 도시한다. 인터커넥트(421 및 423)는 프레임(401) 상에 장착되고 프레임과 전기적으로 접촉하는 프레임 인터커넥트(423)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 프레임 인터커넥트(423)는 블리드 스톱 릿지(403) 또는 프레임(401)의 다른 노출된 부분 상에 장착되며, 프레임(401) 또는 덮개에 대한 접지 접속을 제공할 수 있다. 인터커넥트(421 및 423)는 센서(407)의 상부면 상에 배치된 센서 랜딩 패드(409) 상에 장착된 센서 인터커넥트(421)를 포함할 수 있다. 인터커넥트(421 및 423)는 와이어 본드 머신을 사용하여 형성된 와이어 본드 구조물일 수 있으며, 전술한 바와 같이 형성될 수 있다. 인터커넥트(421 및 423)는 프레임(401) 또는 센서(407) 상에 배치된 제1 단부를 가지며, 프레임(401)으로부터 멀어지게 연장된다. 인터커넥트(421 및 423)의 제2 단부는 프레임(401) 또는 센서 랜딩 패드(409)에 장착된 인터커넥트(421 및 423)의 제1 단부에 대향된다. 일부 실시예에서, 인터커넥트(421 및 423)의 제2 단부는 제1 부분(413)의 일부분으로부터 형성된 덮개의 장착을 용이하게 하기 위해 실질적으로 수평이거나 또는 동일 평면 상에 있다. 다른 실시예에서, 인터커넥트(421 및 423)는 솔더 볼, 지지 구조물을 갖는 솔더 볼, 접촉 패드 상에 배치된 미리 형성된 구조물, 프레임 (401) 또는 센서 랜딩 패드(409) 상의 제 위치에 형성된 구조물 또는 인쇄된 구조물이다.
도 5a-5f는 일부 실시예에 따른 차폐 센서 패키지의 제2 부분의 형성을 도시한다. 도 5a는 일부 실시예에 따른 차폐 센서 패키지의 제2 부분(501)을 도시한다. 제2 부분(501)은 기판(513)의 표면에 배치된 하나 이상의 패드(505)를 가질 수 있고, 기판(513) 상의 또는 기판 본체(503) 내의 하나 이상의 금속 라인(507)에 의해 상호 접속될 수 있다.
도 5b는 일부 실시예에 따른 제2 부분(501)상의 측벽(509)의 형성을 도시한다. 일부 실시예에서, 측벽(509)은 기판 본체(503) 상에 형성되고, 다른 실시예에서 측벽(509)은 기판(513)의 표면 상에 배치된 스토퍼 패드, 산화물 또는 밀봉 층 등에 형성될 수 있다.
일부 실시예에서, 측벽(509)은 엘라스토머 몰딩 화합물로 형성되고, 측벽(509)은 도전성 재료를 포함하여 측벽(509)은 도전성을 갖게 된다. 도전성 측벽은 측벽(509) 및 기판(513)에 의해 경계가 정해진 내부 캐비티(511) 내에 배치된 센서(407) 및 제어 칩(515 및 529)에 대해 EMI 차폐를 제공한다. 일부 실시예에서, 도전성 재료는 측벽(509)을 형성하는 재료 전체에 배치된 도전성 충전물(conductive filler)이다. 예를 들어, 도전성 재료는 카본 블랙과 같은 탄소(C)일 수 있거나, 패시베이션된 알루미늄(Al), 은 도금된 Al(Ag/Al), Ag 도금된 구리(Al/Cu), Ag 도금된 유리, Ag 도금된 니켈(Ag/Ni), Ni 코팅된 탄소, Ni, Ag, Cu 또는 다른 도전성 재료를 포함할 수 있다. 엘라스토머 재료는 몰딩 화합물, 에폭시, 폴리머 등일 수 있다. 다른 실시예에서, 측벽(509)은, 엘라스토머가 형성되고 그 후 도전성 재료로 도금되는 도금된 엘라스토머일 수 있다.
측벽(509)은, 측벽을 제 위치에 몰딩하거나, 3D 프린팅에 의해, 측벽(509)을 미리 형성하고 측벽(509)을 기판(513)에 부착하거나, 또는 다른 형성 공정에 의해 형성될 수 있다. 측벽(509)은 다이 영역 및 하나 이상의 패드(505)를 연속적으로 둘러싸도록 형성되고, 내부 캐비티(511)를 제공하도록 기판(513)으로부터 멀어지게 연장된다.
도 5c는 일부 실시예에 따른 제어 칩(515)의 부착을 도시한다. 제어 칩(515)은 ASIC, 통신 장치, 인터페이스 장치 등일 수 있고, 센서를 제어하거나 판독하는 회로를 가질 수 있다. 제어 칩(515)은 DAF, 접착제, 테이프 등과 같은 다이 부착 구조물(519)에 의해 기판(513)에 부착된다. 다른 실시예에서, 제어 칩(515)은 클립, 소켓, 스크류 등과 같은 기계적 리테이너로 기판(513)에 부착된다. 제어 칩(515)은 기판(513)으로부터 대면하지 않는 상부면 상에 배치된 하나 이상의 제어 칩 본드 패드(517)를 갖는다.
도 5d는 일부 실시예에 따른 하나 이상의 패드(505)에 대한 제어 칩(515)의 와이어 본딩을 도시한다. 일부 실시예에서, 제어 칩(515)은 와이어 본딩된 제어 칩이며, 와이어 본드 접속부(523)를 사용하여 하나 이상의 패드(505)에 전기적으로 접속된다.
도 5e는 일부 실시예에 따른 패드 장착 제어 칩(529)의 부착을 도시한다. 일부 실시예에서, 도전성 커넥터(527)는 하나 이상의 패드(505)에 제공될 수 있다. 일부 실시예에서, 패키지는 제어 칩(529)의 하부면 상에 배치된 장착 패드(531)에 의해 장착된 제어 칩(529)을 포함한다. 패드 장착 제어 칩(529)은 도전성 커넥터(527)에 의해 패드(505)에 부착된다. 도 5e에 도시된 차폐 센서 패키지의 제2 부분(501)은 와이어 본딩된 제어 칩(515) 및 패드 장착된 제어 칩(529)으로 도시되어 있지만, 상이한 유형의 제어 칩(515 및 529)이 예시적인 목적만을 위해 도시되며, 제한하려는 것은 아니다.
도 5f는 일부 실시예에 따른 덮개(537)를 측벽(509)에 제공한 것을 도시한다. 덮개 커넥터는 측벽(509)의 제2 단부 상에 배치되고, 접착제, DAF, 에폭시 또는 다른 접착제 또는 부착 구조물일 수 있다.
도 5g-5h는 일부 실시예에 따른 차폐 센서 패키지(541)의 어셈블리를 도시한다. 도 5g는 제2 부분(501)에 제1 부분(413)을 부착하는 것을 도시한다. 제1 부분(413)은 내부 캐비티(511)를 둘러싸도록 덮개 커넥터(537)에 의해 제2 부분(501)에 반전되어 붙여진다. 추가적으로, 인터커넥트(421 및 423)는 제2 부분의 패드(505)에 부착되고 도전성 커넥터(527)에 의해 붙여진다. 일부 실시예에서, 패드(505)의 상부 표면은 실질적으로 수평적이어서, 인터커넥트(421 및 423)의 단부는 각각의 패드(505)와 일관된 접촉을 형성한다. 일부 실시예에서, 인터커넥트(421 및 423)의 각각은 차폐 센서 패키지(541)의 제1 부분(413)으로부터 연장되어, 인터커넥트(421 및 423)의 각각의 제2 단부가 기판(513)의 표면 상의 다른 접촉 패드(505)와 전기적 접촉 상태에 있게 된다. 다른 실시예에서, 하나 이상의 인터커넥트(421 및 423)는 제어 칩 본드 패드(517) 또는 다른 랜딩 패드, 접촉 패드 등과 접촉한다. 따라서, 센서(407)는 센서 및 각각의 제어 칩(515 및 529)이 이격되어 있는 동안 센서 인터커넥트(421)를 통해 각각의 제어 칩(515 및 529)에 접속될 수 있다.
측벽(509) 및 프레임(401)은 인클로징된 제어 칩(515 및 529) 및 센서(407)에 대한 EMI 차폐를 제공하는 도전성 셀(conductive shell)을 형성한다. 일부 실시예에서, 기판(513)은 또한 차폐 층을 가지며, 패키지(541)의 EMI 차폐를 향상시킨다. 또한, 도시된 구성에서, 내부 캐비티(511)는 센서(407)에 대한 후방 볼륨으로 작용하고, 반면 센서 캐비티(415)는 전방 볼륨으로 작용한다.
제1 부분(413)이 제2 부분(501) 상에 장착된 후에, 패키지(541)는 경화, 리플로우 등으로 처리되어 덮개 커넥터(537) 및 도전성 커넥터(527)를 세팅, 경화, 또는 리플로우할 수 있다. 패키지(541)는 또한 테이프 등과 같은 캐리어(539) 상에 장착될 수 있다.
도 5h는 일부 실시예에 따른 패키지(541)의 싱귤레이션(singulation)를 도시한다. 패키지(541)의 제1 부분(413) 및 제2 부분(501)은 예를 들어, 다이 절단, 레이저 절단 등에 의해 절단되어, 절단 영역(543)을 형성하고 개별 패키지(541)를 분리하면서 개별 패키지를 배송 및 설치를 위해 캐리어(539) 상에 유지한다.
패키지(541)가 프레임(401) 내에 배치된 포트(405)로 도시되어 있지만, 패키지(541)는 패키지(541)의 다른 부분 내의 하나 이상의 포트(405)로 형성되거나 포트 없이 형성될 수 있다는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 패키지(541)는 기판(513)을 통해 또는 측벽(509)을 통해 연장되는 포트를 갖는 하부 포트 패키지일 수 있다. 다른 실시예에서, 패키지(541)는 포트 없이, 예를 들어 방사선 센서 등을 위해 형성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 패키지(541)는 유사한 크기 및 형상일 수 있거나 크기 또는 형상이 다를 수 있는 다수의 포트로 형성될 수 있다.
도 6은 일부 실시예에 따른 차폐 센서 패키지를 형성하는 방법(601)을 나타내는 흐름도이다. 블록 603에서, 덮개가 제공된다. 일부 실시예에서, 덮개는 도전성 재료로 형성되고 프레임 등의 일부이다. 블록 605에서, 센서는 덮개에 부착되고, 블록 607에서 인터커넥트가 형성된다. 일부 실시예에서, 인터커넥트는 제1 단부가 덮개 또는 센서 상에 장착되고 제2 단부가 덮개으로부터 멀리 연장되는 와이어 본드 구조물이다. 다른 실시예에서, 인터커넥트는 다른 강성 도전성 구조물, 솔더 볼 등이다.
블록 609에서, 기판이 제공된다. 일부 실시예에서, 기판은 하나 이상의 패드를 가지며, 또한 패드를 서로 접속하거나 패드를 기판의 대향 측면 상의 패드에 접속하는 기판의 본체 내에 배치된 하나 이상의 금속 라인을 갖는다.
블록 611에서, 측벽은 기판 상에 형성된다. 일부 실시예에서, 측벽은 매립된 도전성 재료 또는 도전성 도금을 갖는다. 블록 613에서, 제어 칩은 기판에 장착되고 기판의 패드에 전기적으로 접속된다. 블록 615에서, 하나 이상의 도전성 커넥터가 패드에 제공된다. 일부 실시예에서, 제어 칩은 패드에 접속된 장착 패드일 수 있고 도전성 커넥터에 의해 붙여질 수 있다. 다른 실시예에서, 제어 칩은, DAF, 접착제 등에 의해 기판에 붙여지고 와이어 본드 접속부에 의해 패드에 전기적으로 접속된 와이어 본딩된 제어 칩일 수 있다.
블록 617에서, 접착제, 글루, DAF, 도전성 구조물 등과 같은 덮개 커넥터가 측벽에 제공되고, 블록 619에서, 덮개가 뒤집혀서 덮개 커넥터에 의해 기판에 부착된다. 일부 실시예에서, 덮개를 기판에 부착하는 것은 인터커넥트의 제2 단부를 기판상의 패드 및 도전성 커넥터와 접촉시키는 것을 포함한다. 따라서, 덮개가 기판에 부착된 후에, 센서는 에어 갭에 의해 제어 칩으로부터 이격되고, 측벽으로부터 이격되어 패키지의 내부 캐비티를 통과하는 커넥터를 통해 제어 칩에 전기적으로 접속된다. 블록 621에서, 패키지는 패키지 간의 절단에 의해 싱귤레이션된다.
도 2d 및 도 5g-5h는 포트가 덮개에 배치되는 상부 포트 패키지를 도시한다. 그러나, 실시예에 따른 패키지의 형성은, 하부 포트 패키지가 제어 칩 위에 적층되고 그리고 제어 칩으로부터 이격된 센서로 또한 형성될 수 있으므로, 상부 포트 패키지에 국한되지 않는다. 도 7은 일부 실시예에 따른 인클로징된 후방 캐비티(711)를 갖는 하부 포트 차폐 센서 패키지(701)를 도시한다. 패키지(701)는 후방 볼륨 부분(751) 및 전방 볼륨 부분(753)을 갖는다. 후방 볼륨 부분(751)은 중앙 덮개(707)로부터 상부 덮개(713)를 분리하는 제1 측벽(715)을 갖는다. 중앙 덮개(707)는 후방 캐비티(711)에 연장되는 포트(709)를 가질 수 있으며, 이는 중앙 덮개(707)의 하부면 상의 포트(709) 상에 장착된 센서(703)를 위한 후방 볼륨으로서 작용한다. 센서(703)는 DAF, 접착제, 에폭시 등과 같은 센서 부착 구조물(721)을 통해 중앙 덮개(707)의 하부면에 장착될 수 있다. 중앙 덮개(707)는 접착제, 테이프, 에폭시 등과 같은 제1 부착 구조물(717)을 통해 제1 측벽(715)에 부착된다. 하나 이상의 덮개 인터커넥트(723)는 중앙 덮개(707) 상에 형성될 수 있고 전방 캐비티(705)을 통해 연장될 수 있고, 하나 이상의 센서 인터커넥트(725)는 센서(703)의 장착 패드(727) 상에 장착될 수 있으며 전방 캐비티(705)를 통해 연장될 수 있다.
전방 볼륨 부분(753)은 패키지(701)의 외부로부터 기판(745)을 통해 전방 캐비티(705)로 통과하는 외부 포트(739)를 갖는 기판(745)을 갖는다. 기판은 하나 이상의 패드(729) 및 패드(729)를 서로 또는 장착 패드(743)에 접속하는 하나 이상의 금속 라인(741)을 갖는다. 제어 칩(731)은 솔더 페이스트, 솔더 볼 등과 같은 도전성 커넥터(737)에 의해 장착된다. 도전성 커넥터(737)는 제어 칩(731) 상의 장착 패드(733)를 하나 이상의 패드(729)에 접속시킨다. 전방 볼륨 부분(753)은 적어도 부분적으로 전방 캐비티(705)를 정의하기 위해 제어 칩(731)을 둘러싸는 기판(745) 상에 형성된 제2 측벽(735)을 더 가질 수 있다.
후방 볼륨 부분(751)은 접착제, 테이프, 에폭시 등과 같은 제2 부착 구조물(719)를 통해 전방 볼륨 부분(753) 상에 장착된다. 제2 부착 구조물(719)은 센서(703)가 제어 칩(731) 위에 적어도 부분적으로 정렬된 상태에서 전방 볼륨 내의 센서(703)과 제어 칩(731) 간의 분리 또는 에어 갭을 유지하면서 중앙 덮개(707)를 제2 측벽(735) 위에 유지하기 위해 제2 측벽(735)의 단부면 상에 배치될 수 있다. 덮개 인터커넥트(723) 및 센서 인터커넥트(725)는 전방 캐비티(705)를 통해 연장되어, 인터커넥트(723 및 725)의 제2 단부가 패드(729)와 전기적 접촉을 형성하고 도전성 커넥터(737)에 의해 패드(729)에 붙여지도록 한다. 따라서, 일부 실시예에서, 중앙 덮개(707)는 일부 실시예에서는 덮개 인터커넥트(723)에 의해 제공되는 제어 칩(731)에 대한 접지 접속을 가질 수 있거나, 다른 실시예에서는 기판(745)의 하부에 배치되는 장착 패드에 대한 접지 접속을 가질 수 있다. 유사하게, 일부 실시예에서, 센서(703)는 센서 인터커넥트(725)를 통해 제어 칩(731)과 전기적으로 접촉할 수 있다.
일부 실시예에서, EMI 차폐는 중앙 덮개(707) 및 제2 측벽(735)에 의해 센서(703) 및 제어 칩(731)에 대해 제공될 수 있다. EMI 차폐는 예를 들어 중앙 덮개를 전술한 바와 같이 도전성 재료로부터 형성하고, 제2 측벽(735)을 전술한 바와 같이 도전성 재료로 형성함으로써 달성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 센서(703) 및 제어 칩(731)이 중앙 덮개(707) 및 제2 측벽(735)의 도전성 구조물로 둘러싸이기 때문에, 상부 덮개(713) 및 제1 측벽(715)은 엘라스토머, 폴리머, 에폭시 등으로 형성될 수 있고, 비도전성 재료로 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 제1 측벽(715) 및/또는 상부 덮개(713)는 추가적인 EMI 차폐를 제공하기 위해 도전성 재료로 또는 그와 함께 형성될 수 있다.
일부 실시예에서, 제어 칩(731), 기판(745) 및 패드(729) 및 제2 측벽(735)은 전술한 바와 같이 제조되거나 제공되어, 전방 볼륨 부분(753)을 형성할 수 있다. 센서(703) 및 인터커넥트(723 및 725)는 또한 전술한 바와 같이 중앙 덮개(707)에 부착될 수 있다. 중앙 덮개(713)가 제공될 수 있고, 제1 측벽(715)은 상부 덮개(713) 상에 형성될 수 있으며, 이어서 중앙 덮개(707)는 제1 측벽(715) 상에 장착되어 후방 볼륨 부분(751)을 형성한다. 후방 볼륨 부분(751)은 이어서 전방 볼륨 부분(753) 상에 장착될 수 있다.
다른 실시예에서, 중앙 덮개(707)가 제공될 수 있고, 제1 측벽(715)은 몰딩 등에 의해 중앙 덮개(707) 상에 형성될 수 있고, 상부 덮개(713)는 제1 측벽(715)에 부착되어 후방 볼륨 부분(751)을 형성할 수 있다. 후방 볼륨 부분(751)은 이어서 전방 볼륨 부분(753) 상에 장착될 수 있다.
도 8a-8c는 일부 실시예에 따른 다양한 덮개 및 포트 배열을 도시한다. 도 8a는 덮개(801)의 중간 영역에 배치된 포트(805)를 갖는 상부 포트 덮개(801)를 도시한다. 센서 장착 영역(803)은 포트(805) 위에 놓여서, 센서 장착 영역(803)에 배치된 센서가 포트(805)를 덮거나 포트(805)와 정렬되게 한다.
도 8b는 일부 실시예에 따른 덮개(811)의 중앙 또는 중간 영역으로부터 오프셋된 포트(815)를 갖는 상부 포트 덮개(811)를 도시한다. 덮개(811)의 측면쪽으로 포트(815)를 오프셋하는 것은 포트(815)에 인접한 센서 장착 영역(813)을 위한 공간을 허용한다. 따라서, 센서 장착 영역(813)에 배치된 센서는 포트(815)에 인접하고 포트(815)와 정렬되지 않는다.
도 8c는 일부 실시예에 따른 다수의 포트(825)를 갖는 상부 포트 덮개(821)를 도시한다. 덮개(821)는 센서 장착 영역(823) 주위에 배치된 다수의 포트(825)를 가질 수 있고, 덮개(821) 내에 응력 감소 영역(829)을 생성할 수 있다. 응력 감소 영역(829)은 다수의 포트(825) 사이의 브릿지 영역(827)에 의해 덮개(821)의 나머지에 접속된다. 다수의 포트(825)의 사용은 예를 들어, 패키지의 측벽의 열 응력에 의해 덮개(821)에 도입된 응력의 적어도 일부를 센서 장착 영역(823)에 장착된 센서로 전달하는 것을 감소시킨다. 응력 감소 영역의 모서리를 형성하는 다수의 포트(825)는 응력 감소 영역(829) 및 관련 센서에 영향을 미치지 않고 팽창, 수축 또는 이동하기 위해 덮개(821)의 일부를 남겨둔다. 이것은 다수의 포트(825)가 덮개(821)의 중앙을 형성하기 위해 덮개(821)의 가장자리를 적어도 부분적으로 분리시키기 때문이다. 다수의 포트(825)는 이중 기능을 제공하여, 관련 센서 상의 응력을 감소시키면서 감지된 공기 또는 환경 물질이 덮개(821)를 관통하는 것을 허용한다.
실시예 장치는 내부 캐비티를 갖는 본체 구조물, 내부 캐비티의 제1 내부면 상에 배치된 제어 칩, 및 제1 면에서 제1 내부면에 대향하는 내부 캐비티의 제2 내부면에 부착된 센서를 포함한다. 센서는 제1 내부면과 대면하는 센서의 제2 면 상에 장착 패드를 구비하고, 센서는 에어 갭에 의해 제어 칩으로부터 수직 방향으로 이격되며, 센서는 적어도 부분적으로 제어 칩 위에 정렬된다. 이 장치는, 장착 패드 상에 장착된 제1 단부를 가지며, 내부 캐비티를 통해 제1 내부면을 향해 연장되는 인터커넥트를 더 포함하고, 제어 칩은 인터커넥트를 통해 센서와 전기적으로 통신한다.
일부 실시예에서, 본체 구조물은 측벽, 덮개 및 기판을 포함하며, 여기서 기판의 표면은 제1 내부면이고, 덮개의 표면은 제2 내부면이고, 덮개는 측벽에 의해 기판에 부착된다. 일부 실시예에서, 덮개는 제1 도전성 재료로 형성되고, 측벽은 제2 도전성 재료를 포함하고, 덮개 및 측벽은 제어 칩 및 센서에 대한 전자기 간섭(EMI) 차폐를 제공한다. 일부 실시예에서, 본체 구조물은 덮개와 기판을 포함하고, 기판의 제1 표면은 제1 내부면이고, 덮개의 제2 표면은 제2 내부면이고, 덮개는 센서를 지나 연장되고 내부 캐비티와 경계를 정하는 측부를 가지며, 덮개는 측부의 단부에서 기판에 부착된다. 일부 실시예에서, 인터커넥트는 와이어 본드 인터커넥트이고, 인터커넥트의 제1 단부는 볼 단부이다.
실시예 장치는 제1 접촉 패드를 갖는 기판, 측벽, 및 측벽에 의해 기판에 부착된 덮개를 포함하며, 덮개는 측벽, 덮개 및 기판에 의해 경계가 정해진 내부 캐비티에 의해 기판으로부터 분리된다. 이 장치는 기판 상에 배치되고 기판으로부터 내부 캐비티 내로 연장되는 제어 칩을 더 포함하며, 제어 칩은 제1 접촉 패드와 전기적으로 통신한다. 센서는 제1 면에서, 덮개에 부착되고, 센서는 덮개로부터 내부 캐비티로 연장되며, 센서는 장착 패드를 갖는다. 센서는 에어 갭에 의해 제어 칩으로부터 수직 방향으로 이격되고, 센서는 적어도 부분적으로 제어 칩 위에 정렬된다. 이 장치는 장착 패드 상에 장착된 제1 단부를 가진 인터커넥트를 가지며, 인터커넥트는 내부 캐비티를 통해 연장되어 제1 단부와 대향되는 인터커넥트의 제2 단부에서 제1 접촉 패드와의 전기적 접촉을 형성하며, 인터커넥트는 측벽으로부터 이격되어 있다.
일부 실시예에서, 인터커넥트는 와이어 본드 인터커넥트이고, 인터커넥트의 제1 단부는 볼 단부이다. 일부 실시예에서, 덮개는 도전성 재료로 형성된다. 일부 실시예에서, 측벽은 도전성 재료를 포함하고 제어 칩 및 센서에 대한 전자기 간섭(EMI) 차폐를 제공한다. 일부 실시예에서, 측벽은 덮개의 측부이다. 일부 실시예에서, 덮개는 내부에 배치된 포트를 갖고, 센서는 이 포트를 덮는다. 일부 실시예에서, 덮개는 내부에 배치된 포트를 갖고, 센서는 이 포트로부터 측방향으로 이격되어 있다. 일부 실시예에서, 센서는 MEMS(microelectrical mechanical system) 마이크로폰이다. 일부 실시예에서, 센서는 제어 칩의 측면 범위를 지나 연장되는 측면 범위를 갖는다.
실시예 방법은 센서의 제1 면을 덮개의 제1 면에 부착하는 단계 - 센서는 제1 면과 반대되는 센서의 제2 면 상에 배치된 접촉 패드를 가짐 - 와, 접촉 패드 상에 인터커넥트를 제공하는 단계 - 인터커넥트의 제1 단부는 접촉 패드에 부착되고, 인터커넥트는 접촉 패드로부터 멀어지게 연장됨 - 와, 제어 칩을 기판의 제1 면에 부착하고 제어 칩을 기판의 제1 면에 배치된 랜딩 패드에 전기적으로 접속하는 단계와, 덮개를 기판 위에 붙이는 단계를 포함하며, 이 붙이는 단계는 덮개와 기판 사이의 내부 캐비티를 형성한다. 붙이는 단계 후에, 센서 및 제어 칩은 각각 내부 캐비티 내로 연장되고, 에어 갭은 센서와 제어 칩 사이에 제공되고, 붙이는 단계 후에 인터커넥트는 내부 캐비티를 통해 연장되고, 인터커넥트의 제2 면은 랜딩 패드와 전기적 접촉을 형성한다.
일부 실시예에서, 붙이는 단계 후에, 센서는 제어 칩 위에 적어도 부분적으로 측방향으로 정렬된다. 일부 실시예에서, 인터커넥트를 제공하는 단계는 볼 단부로서 인터커넥트의 제1 단부와 와이어 본드 인터커넥트를 형성하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 이 방법은 기판 상에 측벽을 형성하는 단계 - 측벽의 제1 단부는 기판에 붙여지며, 측벽은 도전성이고, 덮개는 도전성 재료로 형성되고, 기판 위에 덮개를 붙이는 단계는 덮개를 측벽의 제2 단부에 붙이는 단계를 포함하고, 붙이는 단계 후 덮개 및 측벽은 제어 칩 및 센서에 대한 전자기 간섭(EMI) 차폐를 제공한다. 일부 실시예에서, 덮개는 센서를 지나 연장되는 측부를 포함하고, 덮개를 기판 위에 붙이는 단계는 덮개의 측부를 기판에 붙이는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 덮개는 센서를 위한 후방 볼륨을 갖는 제2 패키지 부분 상에 배치된 중앙 덮개이고, 중앙 덮개는 후방 볼륨으로부터 중앙 덮개를 통해 연장되는 포트를 가지며, 기판은 기판 상에 배치된 제1 측벽을 가진 제1 패키지 부분의 일부이고, 기판 위에 덮개를 붙이는 단계는 제2 패키지 부분을 제1 패키지 부분의 측벽의 단부에 붙이는 단계를 포함하고, 이 붙이는 단계는 센서를 위한 전방 볼륨으로서 내부 캐비티를 형성한다.
본 발명이 예시적인 실시예를 참조하여 설명되었지만, 이 설명은 제한적인 의미로 해석되지 않는다. 예시적인 실시예 및 본 발명의 다른 실시예의 다양한 수정 및 조합은 이러한 설명을 참조할 경우 당업자에게 명백할 것이다. 그러므로, 첨부된 청구범위는 임의의 그러한 변형예 또는 실시예를 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 장치로서,
    내부 캐비티를 갖는 본체 구조물과,
    상기 내부 캐비티의 제1 내부면 상에 배치된 제어 칩과,
    상기 제1 내부면 상에 배치되고 상기 제어 칩에 전기적으로 연결된 랜딩 패드와,
    제1 면에서, 상기 제1 내부면에 대향하는 상기 내부 캐비티의 제2 내부면에 부착된 센서 - 상기 센서는 상기 제1 내부면과 대면하는 상기 센서의 제2 면 상에 장착 패드를 가지며, 상기 센서는 에어 갭에 의해 상기 제어 칩으로부터 수직 방향으로 이격되며, 상기 센서는 적어도 부분적으로 상기 제어 칩 위에 정렬되고, 상기 랜딩 패드의 적어도 제1 부분은 상기 센서 바로 아래에 정렬됨 - 와,
    상기 장착 패드 상에 장착된 제1 단부를 가지며, 상기 내부 캐비티를 통해 상기 센서에 대해 수직으로 상기 제1 내부면을 향해 연장되는 인터커넥트 - 상기 인터커넥트의 제2 단부는 도전성 커넥터에 의해 상기 랜딩 패드의 상기 제1 부분과 연결됨 - 를 포함하고,
    상기 제어 칩은 상기 인터커넥트를 통해 상기 센서와 전기적으로 통신하는
    장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 본체 구조물은 측벽, 덮개 및 기판을 포함하고, 상기 기판의 표면은 상기 제1 내부면이고, 상기 덮개의 표면은 상기 제2 내부면이고, 상기 덮개는 상기 측벽에 의해 기판에 부착되는
    장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 덮개는 제1 도전성 재료로 형성되고, 상기 측벽은 제2 도전성 재료를 포함하고, 상기 덮개 및 상기 측벽은 상기 제어 칩 및 상기 센서에 대한 전자기 간섭(EMI) 차폐를 제공하는
    장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 본체 구조물은 덮개와 기판을 포함하고, 상기 기판의 제1 표면은 상기 제1 내부면이고, 상기 덮개의 제2 표면은 상기 제2 내부면이고, 상기 덮개는 상기 센서를 지나 연장되어 상기 내부 캐비티와 경계를 정하는 측부를 가지며, 상기 덮개는 상기 측부의 단부에서 상기 기판에 부착되는
    장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 인터커넥트는 와이어 본드(wirebond) 인터커넥트이고, 상기 인터커넥트의 제1 단부는 볼 단부(ball end)인
    장치.
  6. 장치로서,
    제1 접촉 패드를 갖는 기판과,
    측벽과,
    상기 측벽에 의해 상기 기판에 부착된 덮개 - 상기 덮개는 상기 측벽, 상기 덮개 및 상기 기판에 의해 경계가 정해지는 내부 캐비티에 의해 상기 기판으로부터 분리됨- 와,
    상기 기판 상에 배치되고 상기 기판으로부터 상기 내부 캐비티 내로 연장되고, 상기 제1 접촉 패드와 전기적으로 통신하는 제어 칩과,
    상기 기판 상에 배치되고 상기 제어 칩에 전기적으로 연결된 랜딩 패드와,
    제1 면에서, 상기 덮개에 부착되는 센서 - 상기 센서는 상기 덮개로부터 상기 내부 캐비티 내로 연장되며, 상기 센서는 장착 패드를 가지며, 상기 센서는 에어 갭에 의해 상기 제어 칩으로부터 수직 방향으로 이격되며, 상기 센서는 적어도 부분적으로 상기 제어 칩 위에 정렬되며, 상기 랜딩 패드의 적어도 제1 부분은 상기 센서 바로 아래에 정렬됨 - 와,
    상기 장착 패드 상에 장착된 제1 단부를 갖는 인터커넥트 - 상기 인터커넥트는 상기 센서에 대해 수직으로 상기 내부 캐비티를 통해 연장되고 상기 제1 단부에 대향되는 상기 인터커넥트의 제2 단부에서 상기 제1 접촉 패드와 전기적 접촉을 형성하며, 상기 인터커넥트는 상기 측벽으로부터 이격되며, 상기 인터커넥트의 상기 제2 단부는 도전성 커넥터에 의해 상기 랜딩 패드의 상기 제1 부분과 연결됨 - 를 포함하는
    장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 인터커넥트는 와이어 본드 인터커넥트이고, 상기 인터커넥트의 제1 단부는 볼 단부인
    장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 덮개는 도전성 재료로 형성되는
    장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 측벽은 도전성 재료를 포함하고 상기 제어 칩 및 상기 센서에 대한 전자기 간섭(EMI) 차폐를 제공하는
    장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 측벽은 상기 덮개의 측부인
    장치.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 덮개는 그 내부에 배치된 포트를 가지며, 상기 센서는 상기 포트를 덮는
    장치.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 덮개는 그 내부에 배치된 포트를 가지며, 상기 센서는 상기 포트로부터 측방향으로 이격되어 있는
    장치.
  13. 제6항에 있어서,
    상기 센서는 MEMS(microelectrical mechanical system) 마이크로폰인
    장치.
  14. 제6항에 있어서,
    상기 센서는 상기 제어 칩의 측면 범위를 지나 연장되는 측면 범위를 갖는
    장치.
  15. 방법으로서,
    센서의 제1 면을 덮개의 제1 면에 부착하는(attaching) 단계 - 상기 센서는 상기 제1 면과 대향하는 상기 센서의 제2 면 상에 배치된 접촉 패드를 가짐 - 와,
    상기 접촉 패드 상에 인터커넥트를 제공하는 단계 - 상기 인터커넥트의 제1 단부는 상기 접촉 패드에 부착되고, 상기 인터커넥트는 상기 접촉 패드로부터 멀어지게 연장됨 -와,
    제어 칩을 기판의 제1 면에 부착하고 상기 제어 칩을 상기 기판의 제1 면에 배치된 랜딩 패드에 전기적으로 접속하는 단계와,
    상기 덮개를 상기 기판 위에 붙이는(affixing) 단계 - 상기 붙이는 단계는 상기 덮개와 상기 기판 사이에 내부 캐비티를 형성함 - 를 포함하고,
    상기 붙이는 단계 후에, 상기 센서 및 상기 제어 칩은 각각 상기 내부 캐비티 내로 연장되고, 상기 센서와 상기 제어 칩 사이에 에어 갭이 제공되고, 상기 붙이는 단계 후에 상기 인터커넥트는 상기 내부 캐비티를 통해 상기 랜딩 패드를 향해, 상기 센서에 대해 수직으로 연장되고, 상기 인터커넥트의 제2 단부는 상기 랜딩 패드와 전기적 접촉을 형성하는
    방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 붙이는 단계 후에, 상기 센서는 상기 제어 칩 위에 적어도 부분적으로 측방향으로 정렬되는
    방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 인터커넥트를 제공하는 단계는 볼 단부로서 상기 인터커넥트의 제1 단부와 와이어 본드 인터커넥트를 형성하는 단계를 포함하는
    방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 기판 상에 측벽을 형성하는 단계 - 상기 측벽의 제1 단부는 상기 기판에 부착되며, 상기 측벽은 도전성이며, 상기 덮개는 도전성 재료로 형성됨 - 를 더 포함하며,
    상기 덮개를 상기 기판 위에 붙이는 단계는 상기 덮개를 상기 측벽의 제2 단부에 붙이는 단계를 포함하며,
    상기 붙이는 단계 후에, 상기 덮개 및 측벽은 상기 제어 칩 및 상기 센서에 대한 전자기 간섭(EMI) 차폐를 제공하는
    방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 덮개는 상기 센서를 지나 연장되는 측부를 포함하고,
    상기 덮개를 상기 기판 위에 붙이는 단계는 상기 덮개의 상기 측부를 상기 기판에 붙이는 단계를 포함하는
    방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 덮개는 상기 센서를 위한 후방 볼륨을 갖는 제2 패키지 부분 상에 배치된 중앙 덮개이고, 상기 중앙 덮개는 상기 후방 볼륨으로부터 상기 중앙 덮개를 통해 연장되는 포트를 가지며,
    상기 기판은 상기 기판 상에 배치된 제1 측벽을 갖는 제1 패키지 부분의 일부이고,
    상기 덮개를 상기 기판 위에 붙이는 단계는 상기 제2 패키지 부분을 상기 제1 패키지 부분의 측벽의 단부에 붙이는 단계를 포함하고, 상기 붙이는 단계는 상기 센서를 위한 전방 볼륨으로서 상기 내부 캐비티를 형성하는
    방법.
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