KR20180125515A - 몰딩식 상호연결 마이크로전자기계 시스템(mems) 장치 패키지 - Google Patents

몰딩식 상호연결 마이크로전자기계 시스템(mems) 장치 패키지 Download PDF

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KR20180125515A
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컬디프 삭세나
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

MEMS 장치를 캡슐화하기 위한 마이크로전자기계 시스템(MEMS) 장치 패키지는 전도성 리드 및 기판에 연결되는 몰딩된 패키지 스페이서를 포함한다. 몰딩된 패키지 스페이서는 MEMS 장치 패키지의 측벽 또는 분할부 중 하나를 형성하고, MEMS 장치로부터 기판을 통해 기판 또는 제2 MEMS 장치 패키지로 전기적 접속을 연결하도록 적용된다.

Description

몰딩식 상호연결 마이크로전자기계 시스템(MEMS) 장치 패키지
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 2015년 10월 28일 자로 출원한 미국 특허 출원 번호 14/924,789의 일부 계속 출원이며, 이는 2014년 10월 29일 자로 출원한 미국 가특허 출원 62/069,939의 우선권을 주장한다. 이들 특허 출원 모두는 본원에 참조로 통합된다.
본 개시내용은 마이크로전자기계 시스템(MEMS) 패키지, 더욱 구체적으로는 MEMS 장치 패키지에 관한 것이다.
마이크로전자기계 시스템(MEMS) 장치 패키지는 기판, 전도성 리드 및, 전도성 리드와 기판 사이에 위치설정되어서 그들을 연결하는 패키지 스페이서를 포함한다. 패키지 스페이서는 플라스틱 또는 세라믹과 같은 몰딩된 재료로 형성되며, 패키지 스페이서의 하부 및/또는 상부 표면 상에 전도성 라이닝을 가질 수 있다. 패키지 스페이서는 MEMS 장치 패키지의 내부와의 전자 통신을 위한 통로를 제공한다. 전도성 리드는 금속 판으로 구성될 수 있고, 이는 패키지 스페이서에 전기적으로 연결된다. 금속 판은 음향 공동을 둘러싸기 위한 저가 재료를 가능하게 한다. 또한, 금속 판은 장치 패키지의 내부 구성요소에 보호를 제공하고, 내구성 있으면서 덴트-저항성(dent-resistant)인 MEMS 장치 패키지를 생성하도록 돕는다.
일 실시예에서, 본 개시내용은 MEMS 다이를 포함하는 마이크로전자기계 시스템(MEMS) 장치 패키지 및 MEMS 다이에 전기적으로 연결되는 주문형 집적 회로(ASIC)를 제공한다. ASIC는 MEMS 다이로부터 전기적 신호를 수신하도록 구성된다. 또한, MEMS 장치 패키지는 전기적 연결 패드를 갖춘 기판, 전도성 리드 및 패키지 스페이서를 포함한다. 패키지 스페이서는 상부 표면과 하부 표면을 갖는다. 상부 표면은 전도성 리드에 연결되고 하부 표면은 기판에 연결된다. 패키지 스페이서는 몰딩된 재료로 형성된다.
다른 실시예에서, MEMS 장치 패키지는 공동과 본딩 쉘프를 가지는 패키지 스페이서, MEMS 다이, 그리고 ASIC를 포함한다. 본딩 쉘프는 패키지 스페이서의 내부의 일 부분으로서 일체형으로 형성된다. 공동 내에 배치된 MEMS 및 ASIC는 전도성 리드와 기판에 의해 캡슐화된다. 본딩 쉘프 상에 형성된 표면은 적어도 기판의 일 부분에 접촉한다. ASIC는 본딩 쉘프의 표면에 전기적으로 연결된다. 패키지 스페이서는 제1 표면과 제2 표면을 추가로 포함한다. 본딩 쉘프 상에 형성된 표면 위에 위치설정된 제1 표면은 기판에 연결된다. 제1 표면에 대향하는 제2 표면은 전도성 리드에 연결된다.
또 다른 실시예에서, 콤보 MEMS 장치 패키지 조립체는 제1 MEMS 장치 패키지 및 공통 기판을 통해 백투백(back-to-back) 구성으로 제1 MEMS 장치 패키지에 결합된 제2 MEMS 장치 패키지를 포함한다. 적어도 하나의 포트가 제1 MEMS 장치 패키지 상에 형성되고 그 포트는 직접 또는 간접적으로 제2 MEMS 장치 패키지 상에 형성된 제2 포트를 통해 외부 실시예에 유동적으로(fluidly) 결합될 수 있다.
본 개시내용의 다른 양태는 상세한 설명과 첨부된 도면을 고려함으로써 명확해질 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 MEMS 마이크로폰 패키지의 사시도이다.
도 2는 도 1의 MEMS 마이크로폰 패키지의 패키지 스페이서의 사시도이다.
도 3은 도 2의 패키지 스페이서의 대향-측 사시도이다.
도 4는 도 2의 패키지 스페이서의 저면도이다.
도 5는 도 2의 패키지 스페이서의 평면도이다.
도 6은 패키지 스페이서에 기판을 부착하기 전의 도 1의 MEMS 마이크로폰 패키지의 사시도이다.
도 7은 도 6의 MEMS 마이크로폰 패키지의 저면도이다.
도 8은 도 1의 MEMS 마이크로폰 패키지의 기판의 외부 측의 저면도이다.
도 9는 도 1의 MEMS 마이크로폰 패키지의 기판의 내부 측의 평면도이다.
도 10a 및 10b는 MEMS 장치 패키지의 다른 개시된 실시예의 단면도이다.
도 11a-11d는 MEMS 장치 패키지의 다른 개시된 실시예의 단면도이다.
도 12a-12c는 MEMS 장치 패키지의 다른 개시된 실시예의 단면도이다.
도 13a-13c는 MEMS 장치 패키지의 다른 개시된 실시예의 단면도이다.
도 14a 및 도 14b는 MEMS 장치 패키지의 다른 개시된 실시예의 단면도이다.
도 15는 콤보 MEMS 장치 패키지 조립체의 예시적 실시예의 단면도이다.
도 16은 콤보 MEMS 장치 패키지 조립체의 다른 개시된 실시예의 단면도이다.
본 개시내용의 임의의 실시예가 상세하게 설명되기 전에, 본 개시내용은 그 적용에 있어서 하기 설명에 기술되거나 하기 도면에 도시된 구성요소의 배열의 및 세부적인 구조에 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 본 개시내용은 다른 실시예가 가능하며, 다양한 방식으로 실시되거나 수행될 수 있다.
일 실시예에 따른 MEMS 마이크로폰 패키지(101)의 사시도가 도 1에 도시된다. MEMS 마이크로폰 패키지(101)는 패키지 스페이서(103), 기판(105), 그리고 전도성 리드(107)를 포함한다. 패키지 스페이서(103)는 MEMS 마이크로폰 패키지(101)의 측벽을 형성하고 기판(105)과 전도성 리드(107) 사이의 간격을 유지한다. 기판(105)과 전도성 리드(107)는 MEMS 마이크로폰 패키지(101)의 제작 중에 패키지 스페이서(103)에 고정된다. 일 예시에서, 땜납 또는 에폭시가 패키지 스페이서(103), 기판(105) 및 전도성 리드(107)를 함께 보유하기 위한 결합제로서 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 패키지 스페이서(103), 기판(105), 그리고 전도성 리드(107)는 MEMS 마이크로폰 패키지(101) 내의 내부 전자장치를 보호한다. 부가적인 강도를 위해서, 전도성 리드(107)는 스탬핑된 금속으로 형성될 수 있다. 또한, 전도성 리드(107)는 실질적으로 평면형일 수 있으며 기판(105)과 평행할 수 있다. 음향 입력 포트(109)가 전도성 리드(107)에 포함된다. 음향 입력 포트(109)는 음향 압력이 MEMS 마이크로폰 패키지(101)로 진입하도록 허용하는 개구이다. 음향 입력 포트(109)는 전도성 리드(107)의 임의의 위치 상에 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 음향 입력 포트(109)는 내부 전자장치, 즉 마이크로폰 다이, ASIC 또는 임의의 전자장치 구성요소 위에 위치될 수 있다. 다른 실시예에서, 음향 입력 포트(109)는 내부 구성요소로부터 오프셋된 거리에 위치될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 음향 입력 포트(109)는 MEMS 마이크로폰 패키지(101)로의 음향 압력의 진입을 방해하지 않으면서 전도성 리드(107)의 코너 중 적어도 하나에 근접하게 또는 인접하게 위치될 수 있다. 음향 입력 포트(109)를 제외하고, MEMS 마이크로폰 패키지(101)는 기밀성 인클로저를 형성하도록 밀봉된다.
전도성 비아(111)가 MEMS 마이크로폰 패키지(101)의 측부(113) 상에 위치설정된다. 전도성 비아(111)는 패키지 스페이서(103)의 일 측부(113) 내로 에칭, 드릴링, 펀칭, 또는 몰딩함으로써 형성된다. 전도성 재료(예를 들어, 금속 코팅)가 전도성 비아(111) 내에 퇴적되거나 또는 다른 방식으로 형성된다. 대안적으로, 전도성 비아(111)는 금속으로 충진될 수 있다. 전도성 비아(111)는 전도성 리드(107)로부터 기판(105)까지 연장된다. 결과적으로, 전도성 리드(107)는 전도성 비아(111)에 의해 기판(105)의 적어도 일 부분에 전기적으로 연결된다. 도시된 실시예에서, 제2 전도성 비아(115)는 MEMS 마이크로폰 패키지(101)의 제2 측부(117) 상에 위치설정된다. 제2 전도성 비아(115)는 대부분의 관점에서 전도성 비아(111)와 동일하다. 적용예에 따라 두 개 보다 많거나 적은 전도성 비아가 MEMS 마이크로폰 패키지(101) 상에 형성될 수 있다. 전도성 비아의 위치는 MEMS 마이크로폰 패키지(101)의 측부(113, 117)에 인접한 측부 상에 형성될 수 있다.
도 2에서, 기판(105) 및 전도성 리드(107)의 부착 전의 패키지 스페이서(103)의 사시도가 도시된다. 일부 실시예에서, 패키지 스페이서(103)는 몰딩 프로세스에 의해 형성된다. 예를 들어, 패키지 스페이서(103)는 전적으로 플라스틱 또는 중합체 재료로 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 패키지 스페이서(103)는 세라믹 또는 다른 비-전도성 재료로 형성된다. 그 결과, 패키지 스페이서(103)는 대부분 실리콘으로 형성되는 MEMS 마이크로폰 패키지(101), 예를 들어 실리콘 웨이퍼로 형성된 MEMS 마이크로폰 패키지에 비해 더욱 견고하며 저렴하고 및/또는 제작하기 더 쉬울 수 있다. 패키지 스페이서(103)는 외부 표면(203), 내부 표면(205), 상부 표면(207), 하부 표면(209) 및 공동(210)을 포함하도록 형성된다. 상부 표면(207) 및/또는 하부 표면(209)은 예컨대 금속화 필름과 같은 전도성 층으로 부분적으로 또는 완전히 코팅될 수 있다. 다른 실시예에서, 금속화 필름 또는 시드 금속화 층(seed metalized layer)이 패키지 스페이서(103) 내에 형성될 수 있다.
일부 실시예에서, 패키지 스페이서(103)는 본딩 쉘프(211)를 포함한다. 본딩 쉘프(211)는 패키지 스페이서(103)의 내부 표면(205)의 일부를 형성할 수 있다. 도시된 실시예에서, 본딩 쉘프(211)는 패키지 스페이서(103)의 코너(213)에 위치설정된다. 본딩 쉘프(211)는 패키지 스페이서(103)와 단일 모놀리식(monolithic) 구성요소로서 형성될 수 있다. 예를 들어, 본딩 쉘프(211)는 제작 중에 패키지 스페이서(103)와 함께 몰딩될 수 있다. 반대로, 본딩 쉘프(211)는 개별적으로 형성되어 몰딩 프로세스 후에 패키지 스페이서(103)에 고정될 수 있다. 본딩 쉘프(211)는 패키지 스페이서(103)의 하부 표면(209)과 동일 평면 상에 있을 수 있는 하부 표면(217)을 포함한다. 하부 표면(217) 및 하부 표면(209)은 기판(105)이 패키지 스페이서(103)에 고정될 때 기판(105)의 적어도 일 부분과 접촉할 수 있다. 대안적으로, 기판(105)이 패키지 스페이서(103)에 고정될 때 표면(217, 209) 중 하나가 기판(105)의 적어도 일 부분과 접촉할 수 있다. 본딩 쉘프(211)는 또한 와이어 본딩 표면(221)을 포함한다. 와이어 본딩 표면(221)은 MEMS 마이크로폰 패키지(101) 내서의에 전기적 연결을 위한 위치를 제공한다. 본딩 쉘프(211)는 하부 표면(217)으로부터 와이어 본딩 표면(221)까지 연장되는 S-곡선을 형성할 수 있다. 와이어 본딩 표면(221)은 하부 표면(217)에 평행할 수 있다. 적용예에 따라, 하나 초과의 본딩 쉘프가 패키지 스페이서(103) 내에 형성될 수 있다.
또한 본딩 쉘프(211)는 본딩 쉘프(211)의 하부 표면(217)으로부터 와이어 본딩 표면(221)까지 연장되는 전도성 트레이스(223)를 포함한다. 전도성 트레이스(223)는 본딩 쉘프(211) 상에, 예를 들어 금속 필름과 같은 전도성 재료를 퇴적함으로써 형성될 수 있다. 전도성 트레이스(223)는 일 단부에서 기판(105)의 일 부분에 전기적으로 연결되고, 다른 단부에서는 와이어 본딩 표면(221)에서 종단한다. 결과적으로, 전도성 트레이스(223)는 MEMS 마이크로폰 패키지(101)의 내부와 기판(105) 사이에 전기적 통로를 제공한다. 예를 들어, 전도성 트레이스(223)는 하나 이상의 접지 라인, 전력 라인, 신호 라인을 제공하고, 이는 전력 및 접지 전압이 기판(105)으로부터 공급되게 하고 신호가 기판(105)에 전송되게 한다. 그러므로, 패키지 스페이서(103)는 기판(105)과 MEMS 마이크로폰 패키지(101)의 내부 구성요소 사이에 전기적 연결을 제공한다. 또한 패키지 스페이서(103)는 패키지 스페이서(103)의 상부 표면(207)의 주위의 둘레에서 연장되는 밀봉 링(225)을 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 실시예에서, 패키지 스페이서(103)는 상부 표면(207)을 포함한다. 상부 표면(207)은 본딩 쉘프(211)의 상부 표면(301)과 동일 평면 상에 있을 수 있다. 전도성 리드(107)가 패키지 스페이서(103)에 고정될 때, 상부 표면(207)은 전도성 리드(107)에 접촉하고, 그로 인해 전도성 리드(107), 전도성 비아(111), 그리고 전도성 비아(115) 사이에 전기적 전도성을 제공한다. 또한 전도성 리드(107)는 패키지 스페이서(103)의 내부 표면(205) 또는 외부 표면(203)에 전기적으로 연결될 수 있다. 결과적으로, 전도성 리드(107), 전도성 비아(111), 그리고 전도성 비아(115)는 MEMS 마이크로폰 패키지(101)의 내부 구성요소를 위한 전자기적 차폐를 형성한다.
도 4는 패키지 스페이서(103)의 저면도(즉, 기판 측으로부터)를 도시한다. 이러한 도면은 패키지 스페이서(103)의 하부 표면(209)이 패키지 스페이서(103)의 주위 둘레에서 연장되는 것을 도시한다. 밀봉 링(225)은 패키지 스페이서(103)의 하부 표면(209)의 상부 상에 금속화 층(즉, 금속 퇴적)으로서 형성될 수 있다. 밀봉 링(225)은 기판(105)과의 물리적 그리고 전기적 연결 지점을 제공한다. 예를 들어, 밀봉 링(225)은 땜납으로 기판(105)에 부착될 수 있다. 대안적으로, 패키지 스페이서(103)의 하부 표면(209)은 에폭시로 패키지 스페이서(103)에 부착될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 패키지 스페이서(103)의 하부 표면(209)은 마이크로범프 또는 땜납 마이크로범프 언더 선택적 범프 야금(under bump metallurgy, UBM) 패드로 패키지 스페이서(103)에 부착될 수 있다. 도 5는 상부 표면(207)이 도시된 도 4의 대향 시점을 도시한다. 전술된 바와 같이, 상부 표면(207)은 전도성 리드(107)와의 물리적 그리고 전기적 연결을 위한 표면을 제공한다.
도 6은 음향 공동 내의 전자 구성요소를 도시하기 위해 기판(105)을 제외한 MEMS 마이크로폰 패키지(101)를 도시한다. 이와 같이, 도 6은 MEMS 마이크로폰 패키지(101)의 내부 구성을 도시한다. MEMS 마이크로폰 패키지(101)는 MEMS 마이크로폰 다이(601) 및 주문형 집적 회로(ASIC)(603)를 포함한다. 선택적으로, 관성 센서, 화학 센서 등과 같은 제2 감지 다이가 MEMS 마이크로폰 패키지(101) 내에 장착될 수 있다. 적용예에 따라, ASIC(603)는 MEMS 마이크로폰 패키지(101)에 포함되지 않을 수 있다. MEMS 마이크로폰 다이(601)와 ASIC(603)는 직접적으로 전도성 리드(107)에 부착 또는 장착될 수 있다. MEMS 마이크로폰 다이(601)는 유선 연결을 수용하도록 구성된 본딩 패드(605)를 포함한다. 유사하게, ASIC(603)는 MEMS 마이크로폰 다이(601)로부터 유선 연결을 수용하도록 구성된 본딩 패드의 제1 세트(607), 및 와이어 본딩 표면(221)으로부터 유선 연결을 수용하도록 구성된 본딩 패드의 제2 세트(609)를 포함한다. 와이어의 제1 세트(611)는 MEMS 마이크로폰 다이(601)의 본딩 패드(605)와 ASIC(603)의 본딩 패드의 제1 세트(607) 사이에서 연결된다. 접지 와이어(613)는 전도성 리드(107)에 ASIC(603)를 연결시킨다. 와이어의 제2 세트(615)는 ASIC(603)의 본딩 패드의 제2 세트(609)와 와이어 본딩 표면(221) 상의 전도성 트레이스(223) 사이에서 연결된다. 이러한 방식으로, 복수의 와이어는 MEMS 마이크로폰 패키지(101) 내의 내부 전자장치 구성요소와 전기적 트레이스를 상호연결한다.
음향 압력이 음향 입력 포트(109)를 통해 MEMS 마이크로폰 패키지(101)로 진입할 때, 음향 압력은 MEMS 마이크로폰 다이(601)의 진동판(도시되지 않음) 상에서 충돌한다. MEMS 마이크로폰 다이(601)는 진동판을 통해 음향 압력을 감지하고 음향 압력에 기초하여 전기적 신호를 발생시킨다. ASIC(603)는 와이어의 제1 세트(611)를 통해 전기적 신호를 수신하고 MEMS 마이크로폰 다이(601)에 의해 수신된 음향 압력을 대표하는 다른 전기적 신호를 발생시킨다. ASIC(603)는 와이어의 제2 세트(615)와 전기적 트레이스(223)를 통해 기판(105)에 전기적 신호를 송신하는데, 이 기판에서 전기적 신호가 추가로 처리되며 증폭된다.
도 7은 도 6에 도시된 MEMS 마이크로폰 패키지(101)의 (즉, 기판 측으로부터의) 저면도이다. 도 7에서 도시된 바와 같이, 접지 와이어(613)는 전도성 리드(107) 상의 임의의 지점(701)에 연결된다. MEMS 마이크로폰 패키지(101)는 또한 와이어 본딩 표면(221) 상의 와이어의 제2 세트(615)와 전도성 트레이스(223)의 연결 지점에서 납땜된 전기적 본드를 보호하기 위한 에폭시 밀봉부(703)를 포함할 수 있다.
도 8은 기판(105)의 저면도이다. 기판(105)은 전기적 트레이스, 전기적 비아 및 전기적 구성요소를 포함할 수 있고, 이는 MEMS 마이크로폰 패키지(101)의 내부 전기적 구성요소를 위한 지지부와 연결부를 제공한다. 예를 들어, 기판(105)은 외부 연결 패드(801)를 포함할 수 있다. 외부 연결 패드(801)는 기판(105)을 통해 전도성 통로를 형성하는 전기적 비아(도시되지 않음)에 연결된다. 도 9에 도시된 바와 같이, 전기적 비아는 기판(105)의 내부 표면(903) 상의 기판 연결 지점(901)에 연결된다. 기판 연결 지점(901)은 기판 트레이스(905)에 연결되고, 이는 패키지 스페이서 연결 패드(907)에 연결된다. 패키지 스페이서 연결 패드(907)는 MEMS 마이크로폰 패키지(101)가 조립될 때 전도성 트레이스(223)에 연결된다. 기판(105)이 MEMS 마이크로폰 패키지(101)의 내부 구성요소를 위한 다양한 유형 및 구성의 전기적 경로와 연결부를 포함할 수 있다는 것을 유의해야 한다.
도 10a 및 도 10b는 본 개시내용의 다른 개시된 실시예에 따른 MEMS 장치 패키지(1000)의 단면도를 묘사한다. 패키지(1000)는 마이크로폰을 캡슐화하기 위한 도 1의 패키지(101)와 동일하다. 패키지(101)와 달리, 패키지(1000)는 마이크로폰 이외의 임의의 내부 전자장치를 캡슐화하도록 구성된다. 내부 전자장치는 MEMS 변환기, 반도체 장치, 스피커, 수신기, 마이크로폰, 압력 센서, 열 센서, 광학 센서, 영상 센서, 화학 센서, 자이로스코프, 가속도계, 가스 센서, 환경 센서, 동작 센서, 내비게이션 센서, 집적 회로, ASIC, 프로세서, 제어기, 에너지 저장 장치 및 임의의 적절한 구성요소일 수 있다. 하나 초과의 내부 전자장치가 패키지(1000) 내에 배치될 수 있다. 내부 전자장치의 유형에 따라, 에칭, 드릴링, 펀칭 또는 패키지(1000)가 노출되는 환경으로부터 속성을 수신하기 위한 임의의 적절한 방법에 의해 임의의 수의 선택적 포트가 패키지(1000) 상에 형성될 수 있다. 속성은 음향 신호, 압력 신호, 광학 신호, 가스 신호 및 임의의 적절한 신호일 수 있다. 도 1의 패키지(101)와 마찬가지로, 패키지(1000)는 본딩 쉘프(1221)를 포함한다. 본딩 쉘프(1221)는 패키지(1000)의 내부 표면(1350)의 일부를 형성할 수 있다. 도 10a에 도시된 바와 같이, 본딩 쉘프(1221)는 개별적으로 형성되어 패키지 스페이서(103)의 내벽(205)의 일 부분에 고정된다. 기판(105) 및 리드(107) 모두가 패키지 스페이서(103)의 상부 및 하부 표면(103a, 103b)에 고정될 때, 본딩 쉘프(1221)의 제1 표면(1221a)은 패키지(1000)의 기판(105)과 접촉할 수 있고, 본딩 쉘프(1221)의 제2 표면(1221b)은 패키지(1000)의 리드(107)와 접촉할 수 있다. 개별 구조로서, 하나 초과의 본딩 쉘프(1221)는 패키지(1000)의 내부 표면(1350)의 일부를 형성할 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 또는 내부 패키지 스페이서(103')는 제1 또는 외부 패키지 스페이서(103)의 내벽(205)에 고정된다. 도 10b에 도시된 바와 같이, 제2 패키지 스페이서(103')의 외부 본체(103a')는 패키지 스페이서(103)의 형상과 일치한다. 제2 패키지 스페이서(103')는 제작 중에 제2 패키지 스페이서(103')와 함께 몰딩된 본딩 쉘프(1221)를 포함한다. 기판(105) 및 리드(107) 모두가 제1 및 제2 패키지 스페이서(103, 103') 모두에 고정될 때, 본딩 쉘프(1221)의 제1 표면(1221a)은 패키지(1000)의 기판(105)과 접촉할 수 있고, 본딩 쉘프(1221)의 제2 표면(1221b)은 패키지(1000)의 리드(107)와 접촉할 수 있다.
도 11a-11d는 본 개시내용의 다른 개시된 실시예에 따른 MEMS 장치 패키지(1050)의 단면도를 묘사한다. 본딩 쉘프(1221)가 (도 11a에 묘사된 바와 같은) 기판(105) 또는 (도 11c에 묘사된 바와 같은) 리드(107) 중 적어도 하나와 제작 중에 함께 몰딩되는 것을 제외하고, 패키지(1050)는 도 10a의 패키지(1000)와 동일하다. 도 11a에 도시된 바와 같이, 기판(105)은 하나의 엣지를 따라 기판의 표면(105b)에 수직으로 연장되는 본딩 쉘프(1221)와 함께 제1 및 제2 표면(105a, 105b)을 포함한다. 기판(105) 및 리드(107)의 표면(105b)의 외부 엣지가 패키지 스페이서(103)의 상부 및 하부 표면(103a, 103b)에 고정될 때, 본딩 쉘프(1221)의 일 표면(1221b)은 패키지(1050)의 리드(107)와 접촉할 수 있다. 개별 구조로서, 하나 초과의 본딩 쉘프(1221)는 패키지(1050)의 내부 표면(1350)의 일부를 형성할 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 패키지 스페이서(103')는 제1 패키지 스페이서(103)의 내벽(205)에 고정된다. 도 11b에 도시된 바와 같이, 제2 또는 내부 패키지 스페이서(103')의 외부 본체(103a')는 제1 또는 외부 패키지 스페이서(103)의 형상과 일치한다. 제2 패키지 스페이서(103')는 제작 중에 제2 패키지 스페이서(103')와 함께 몰딩된 본딩 쉘프(1221)를 포함한다. 기판(105) 및 리드(107) 모두가 제1 및 제2 패키지 스페이서(103, 103') 모두에 고정될 때, 본딩 쉘프(1221)의 제1 표면(1221a)은 패키지(1050)의 기판(105)과 접촉할 수 있고, 본딩 쉘프(1221)의 제2 표면(1221b)은 패키지(1050)의 리드(107)와 접촉할 수 있다. 본딩 쉘프(1221)가 제작 중에 리드(107)와 함께 몰딩되는 것을 제외하고, 도 11c의 패키지(1050)는 도 11a의 패키지(1050)와 구성이 유사하다. 본딩 쉘프(1221)는 하나의 엣지를 따라 리드(107)에 수직으로 연장된다. 기판(105) 및 리드(107)의 외부 엣지가 패키지 스페이서(103)의 상부 및 하부 표면(103a, 103b)에 고정될 때, 본딩 쉘프(1221)의 일 표면(1221a)은 패키지(1050)의 기판(105)과 접촉할 수 있다.
이제 도 11d를 참조하면, 제1 본딩 쉘프(1221)는 기판(105)과 함께 몰딩되고, 제2 본딩 쉘프(1221')는 리드(107)과 함께 몰딩되는 것이 소개된다. 제1 본딩 쉘프(1221)를 갖춘 기판(105)은 하나의 엣지를 따라 기판(105)에 수직으로 연장된다. 기판(105)의 구성과 유사하게, 제2 본딩 쉘프(1221')를 갖춘 리드(107)는 하나의 엣지를 따라 리드(107)에 수직으로 연장된다. 기판(105)의 외부 엣지와 리드(107)의 외부 엣지가 패키지 스페이서(103)의 상부 및 하부 표면(103a, 103b)에 고정될 때, 제1 본딩 쉘프(1221)의 표면(1221b)은 리드(107)와 접촉할 수 있고 제2 본딩 쉘프(1221')의 표면(1221a')은 기판(105)과 접촉할 수 있다. 내부 전자장치의 유형에 따라, 에칭, 드릴링, 펀칭 또는 패키지(1000)가 노출되는 환경으로부터 속성을 수신하기 위한 임의의 적절한 방법에 의해 임의의 수의 선택적 포트가 도 11a-11d 에 도시된 패키지(1050) 상에 형성될 수 있다.
도 12a-12c는 본 개시내용의 다른 개시된 실시예에 따른 MEMS 장치 패키지(1100)의 단면도를 묘사한다. 본딩 쉘프(1221)가 MEMS 장치 패키지(1100) 내에 위치설정되고 공동(210)을 제1 공동(210a)과 제2 공동(210b)으로 분할하는 것을 제외하고, 패키지(1100)는 도 10a 및 도 10b의 패키지(1000)와 동일하다. 내부 전자장치는 MEMS 변환기, 반도체 장치, 스피커, 수신기, 마이크로폰, 압력 센서, 열 센서, 광학 센서, 영상 센서, 화학 센서, 자이로스코프, 가속도계, 가스 센서, 환경 센서, 동작 센서, 내비게이션 센서, 집적 회로, ASIC, 프로세서, 제어기, 에너지 저장 장치 및 공동(210a, 210b) 내에 장착될 수 있는 임의의 적절한 구성요소일 수 있다. 에칭, 드릴링, 펀칭 또는 기판(105) 또는 리드(107) 중 하나를 통해 패키지(1100)가 노출되는 환경으로부터 속성을 수신하기 위한 임의의 적절한 방법에 의해 임의의 수의 포트(109)가 패키지(1100) 상에 형성될 수 있다. 속성은 음향 신호, 압력 신호, 광학 신호, 가스 신호 및 임의의 적절한 신호일 수 있다. 내부 전자장치는 포트(109)에 대해 위에, 인접하게, 아래에, 근접하게 또는 오프셋 각도에서 위치될 수 있다. 도 12a에 도시된 바와 같이, 공동(210b) 내에 배치된 마이크로폰(M)은 포트(109) 위에 위치된다. 밀폐적인 밀봉이 필요한 내부 구성요소(C)의 경우, 구성요소(C)는 공동(210a) 내에 배치될 수 있으며 패키지(103), 본딩 쉘프(1221), 기판(105) 및 리드(107)에 의해 캡슐화된다. 적어도 하나의 링크(L)는 구성요소(C, M)를 전기적으로 결합하도록 제공되고, 패키지(1100) 내의 구성요소(C, M)와 임의의 외부 장치 또는 구성요소 사이의 전기적 통로를 제공한다. 기판(105) 및 리드(107) 모두가 패키지 스페이서(103)의 상부 및 하부 표면(103a, 103b)에 고정될 때, 본딩 쉘프(1221)의 제1 표면(1221a)은 패키지(1100)의 기판(105)과 접촉할 수 있고, 본딩 쉘프(1221)의 제2 표면(1221b)은 패키지(1100)의 리드(107)와 접촉할 수 있다.
도 12b 및 도 12c에 도시된 바와 같이, 본딩 쉘프(1221)는 제작 중에 기판(105) 또는 리드(107) 중 하나와 함께 몰딩되어 단일 구조를 형성한다. 도 12b를 참조하면, 본딩 쉘프(1221)를 갖춘 기판(105)은 일 위치를 따라서 그리고 기판의 중심에 인접하게 기판에 수직으로 연장된다. 기판(105) 및 리드(107)가 패키지 스페이서(103)의 상부 및 하부 표면(103a, 103b)에 고정될 때, 본딩 쉘프(1221)의 일 표면(1221b)은 패키지(1100)의 리드(107)와 접촉할 수 있다. 이제 도 12c를 참조하면, 본딩 쉘프(1221)는 일 위치를 따라서 그리고 리드의 중심에 인접하게 리드(107)에 수직으로 연장되고 제작 중에 리드(107)와 함께 몰딩된다. 기판(105) 및 리드(107)가 패키지 스페이서(103)의 상부 및 하부 표면(103a, 103b)에 고정될 때, 본딩 쉘프(1221)의 일 표면(1221a)은 패키지(1100)의 기판(105)과 접촉할 수 있다.
도 13a-13c는 본 개시내용의 다른 개시된 실시예에 따른 MEMS 장치 패키지(2100)의 단면도를 묘사한다. 이중 본딩 쉘프 조립체(2221)가 MEMS 장치 패키지(2100) 내에 위치설정되고 공동(210)을 제1 공동(210a)과 제2 공동(210b)으로 분할하는 것을 제외하고 패키지(2100)는 도 12a-12c의 패키지(1100)와 동일하다. 내부 전자장치는 MEMS 변환기, 반도체 장치, 스피커, 수신기, 마이크로폰, 압력 센서, 열 센서, 광학 센서, 영상 센서, 화학 센서, 자이로스코프, 가속도계, 가스 센서, 환경 센서, 동작 센서, 내비게이션 센서, 집적 회로, ASIC, 프로세서, 제어기, 에너지 저장 장치 및 공동(210a, 210b) 내에 장착될 수 있는 임의의 적절한 구성요소일 수 있다. 조립체(2221)는 공동(210a) 내에 배치된 구성요소를 향해 대면하는 제1 전도성 트레이스(2223a) 및 공동(210b) 내에 배치된 구성요소를 향해 대면하는 제2 전도성 트레이스(2223b)를 포함한다. 에칭, 드릴링, 펀칭 또는 기판(105) 또는 리드(107) 중 하나를 통해 패키지(2100)가 노출되는 환경으로부터 속성을 수신하기 위한 임의의 적절한 방법에 의해 임의의 수의 포트(109)가 패키지(2100) 상에 형성될 수 있다. 속성은 음향 신호, 압력 신호, 광학 신호, 가스 신호 및 임의의 적절한 신호일 수 있다. 내부 전자장치는 포트(109)에 대해 위에, 인접하게, 아래에, 근접하게 또는 오프셋 각도에서 위치될 수 있다. 도 13a에 도시된 바와 같이, 공동(210b) 내에 배치된 마이크로폰(M)은 포트(109) 위에 위치된다. 밀폐적인 밀봉이 필요한 내부 구성요소(C)의 경우, 공동(210a) 내에 배치될 수 있는 구성요소(C)는 패키지(103), 본딩 쉘프(1221), 기판(105) 및 리드(107)에 의해 캡슐화된다. 기판(105) 및 리드(107) 모두가 패키지 스페이서(103)의 상부 및 하부 표면(103a, 103b)에 고정될 때, 이중 본딩 쉘프 조립체(2221)의 제1 표면(2221a)은 패키지(2100)의 기판(105)과 접촉할 수 있고, 이중 본딩 쉘프 조립체(2221)의 제2 표면(2221b)은 패키지(2100)의 리드(107)와 접촉할 수 있다. 조립체(2221)는 구성요소(C)를 향해 대면하는 제1 전도성 트레이스(2223a) 및 마이크로폰(M)을 향해 대면하는 제2 전도성 트레이스(2223b)를 포함한다. 적어도 하나의 링크(L)는 구성요소(C, M)를 전기적으로 결합하도록 제공되고, 패키지(2100) 내의 구성요소(C, M)와 임의의 외부 장치 또는 구성요소 사이의 전기적 통로를 제공한다.
도 13b 및 도 13c에 도시된 바와 같이, 이중 본딩 쉘프 조립체(2221)는 제작 중에 기판(105) 또는 리드(107) 중 하나와 함께 몰딩되어 단일 구조를 형성한다. 도 13b를 참조하면, 이중 본딩 쉘프 조립체(2221)를 갖춘 기판(105)은 일 위치를 따라서 그리고 기판의 중심에 인접하게 기판에 수직으로 연장된다. 기판(105) 및 리드(107)가 패키지 스페이서(103)의 상부 및 하부 표면(103a, 103b)에 고정될 때, 이중 본딩 쉘프 조립체(2221)의 일 표면(2221b)은 패키지(2100)의 리드(107)와 접촉할 수 있다. 이제 도 13c를 참조하면, 이중 본딩 쉘프 조립체(2221)는 일 위치를 따라서 그리고 리드의 중심에 인접하게 리드(107)에 수직으로 연장되고 제작 중에 리드(107)와 함께 몰딩된다. 기판(105) 및 리드(107)가 패키지 스페이서(103)의 상부 및 하부 표면(103a, 103b)에 고정될 때, 이중 본딩 쉘프 조립체(2221)의 일 표면(2221a)은 패키지(2100)의 기판(105)과 접촉할 수 있다.
도 14a 및 도 14b는 본 개시내용의 다른 개시된 실시예에 따른 MEMS 장치 패키지(3100)의 단면도를 묘사한다. 도 12a-12c 및 도 13a-13c에 묘사된 패키지(1100, 2100)와 달리, 패키지(3100)는 임의의 알려진 기술에 의해 기판(105)에 결합되는 몰딩식 상호연결 커버(3150)를 포함한다. 몰딩식 상호연결 커버(3150)는 리드(107), 스페이서(103) 및 본딩 쉘프 조립체(221)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 리드(107), 스페이서(103) 및 본딩 쉘프 조립체(221)는 제작 중에 함께 몰딩된다. 일 위치를 따라 리드(107)에 수직으로 연장되는 본딩 쉘프 조립체(221)는 패키지(3100) 내에 형성된 공동(210)을 제1 공동(210a) 및 제2 공동(210b)으로 분할한다. 임의의 수의 내부 구성요소가 제1 및 제2 공동(210a, 210b) 내에 배치될 수 있다. 내부 전자장치는 MEMS 변환기, 반도체 장치, 스피커, 수신기, 마이크로폰, 압력 센서, 열 센서, 광학 센서, 영상 센서, 화학 센서, 자이로스코프, 가속도계, 가스 센서, 환경 센서, 동작 센서, 내비게이션 센서, 집적 회로, ASIC, 프로세서, 제어기, 에너지 저장 장치 및 임의의 적절한 구성요소일 수 있다. 도 14a에 도시된 바와 같이, 조립체(221)는 패키지(3100) 내의 구성요소를 패키지(3100) 외측의 임의의 장치 또는 구성요소에 전기적으로 결합시키는 적어도 하나의 전도성 트레이스(223a)를 포함한다. 일부 실시예에서, 패키지(3100) 내의 구성요소를 패키지(3100) 외측에 위치된 임의의 장치 또는 구성요소와 전기적으로 결합시키기 위해 도 14b에 도시된 하나 초과의 전도성 트레이스, 2개의 트레이스(223a, 223b)가 몰딩식 상호연결 커버(3150)의 본딩 쉘프(221) 상에 형성된다. 에칭, 드릴링, 펀칭 또는 패키지(3100)가 노출되는 환경으로부터 속성을 수신하기 위한 임의의 적절한 방법에 의해 임의의 수의 포트(109)가 몰딩식 상호연결 커버(3150) 상에 형성될 수 있다. 속성은 음향 신호, 압력 신호, 광학 신호, 가스 신호 및 임의의 적절한 신호일 수 있다. 내부 전자장치는 포트(109)에 대해 위에, 인접하게, 아래에, 근접하게 또는 오프셋 각도에서 위치될 수 있다.
도 15는 본 개시내용의 콤보 MEMS 장치 패키지 조립체(4000)의 예시적 실시예를 도시한다. 조립체(4000)는 제1 MEMS 장치 패키지(4100) 및 백투백 구성으로 함께 장착된 제2 MEMS 장치 패키지(4200)를 포함한다. 확인할 수 있듯이, 패키지(4100, 4200)는 제1 및 제2 표면(105a, 105b)을 갖는 공통 기판(105)을 공유한다. 기판(105)의 표면(105a, 105b)에 장착된 임의의 수의 내부 구성요소가 패키지(4100, 4200)에 의해 캡슐화된다. 제1 포트(109a)는 기판(105) 상에 형성되고, 제2 포트(109b)는 조립체(4000)가 노출되는 환경으로부터 속성을 수신하기 위해 제2 MEMS 장치 패키지(4200)의 리드(4207) 상에 형성된다. 속성은 음향 신호, 압력 신호, 광학 신호, 가스 신호 및 임의의 적절한 신호일 수 있다. 내부 전자장치는 포트(109a, 109b)에 대해 위에, 인접하게, 아래에, 근접하게 또는 오프셋 각도에서 위치될 수 있다. 도시된 실시예에서, 패키지(4100) 내에 배치된 구성요소(C1)는 포트(109a)의 상부에 위치되고 패키지(4200) 내에 배치된 구성요소(C2)는 포트(109a, 109b)에 인접하게 위치된다. 제1 패키지(4100)는 리드(4107), 및 리드(4107) 및 공통 기판에(105)에 고정적으로 부착된 스페이서(4103)를 추가로 포함한다. 스페이서(4103)는 본딩 쉘프(4211)를 포함한다. 본딩 쉘프(4211)는 패키지 스페이서(4103)의 내벽(4205)의 일부를 형성할 수 있다. 일부 실시예에서, 본딩 쉘프(4211)는 제작 중에 패키지 스페이서(4103)와 함께 몰딩될 수 있다. 전도성 트레이스(4223)는 본딩 쉘프(4211) 상에 금속 필름과 같은 전도성 재료를 퇴적함으로써 형성될 수 있다. 전도성 트레이스(4223)는 조립체(4100) 내에 배치된 구성요소와 조립체(4100) 외측에 위치된 장치 또는 구성요소 사이에 전기적 통로를 제공한다.
도 16은 본 개시내용의 콤보 MEMS 장치 패키지 조립체(5000)의 예시적 실시예를 도시한다. 도 15에 도시된 조립체(4000)와 달리, 제1 MEMS 장치 패키지(5100) 상에 형성된 포트(109a)는 제2 MEMS 장치 패키지(5200)에 의해 커버되지 않고, 포트(109a)는 외부 환경에 노출되게 된다. 제2 MEMS 장치 패키지(5200) 내에 배치된 내부 구성요소는 외부 환경으로부터 밀폐적으로 밀봉된다.
따라서, 본 개시내용은 무엇보다도 전도성 리드 및 기판에 전도성 리드를 연결시키도록 적용된 몰딩된 스페이서를 포함하는 마이크로전자기계 시스템(MEMS) 장치 패키지를 제공한다. 본 개시내용의 다양한 구성 및 장점이 다음의 청구범위에서 제시된다.

Claims (17)

  1. 마이크로전자기계 시스템(MEMS) 장치 패키지이며,
    상부 표면, 하부 표면 및 상부 표면과 하부 표면 사이에 형성된 공동을 갖는 스페이서;
    공동 내에 위치설정되는 본딩 쉘프를 갖는 본딩 쉘프 조립체;
    스페이서의 하부 표면에 연결되는 기판; 및
    스페이서의 상부 표면에 연결되는 리드를 포함하고,
    본딩 쉘프는 MEMS 장치 패키지의 단일 모놀리식 구성요소를 형성하기 위해 기판 또는 리드 중 적어도 하나와 함께 몰딩되는, MEMS 장치 패키지.
  2. 제1항에 있어서, 기판 또는 리드 중 적어도 하나에 장착되는 적어도 하나의 MEMS 장치를 추가로 포함하며, MEMS 장치는 본딩 쉘프에 전기적으로 연결되는, MEMS 장치 패키지.
  3. 제1항에 있어서, 본딩 쉘프는 기판 또는 리드 중 하나에 수직으로 연장되는, MEMS 장치 패키지.
  4. 제2항에 있어서, 본딩 쉘프는 공동을 제1 및 제2 공동으로 분할하는, MEMS 장치 패키지.
  5. 제4항에 있어서, 적어도 하나의 MEMS 장치가 제1 공동 내에 배치되고 제2 MEMS 장치가 제2 공동 내에 배치되는, MEMS 장치 패키지.
  6. 제5항에 있어서, 기판 또는 리드 중 적어도 하나에 형성되는 포트를 추가로 포함하며, 포트는 제1 또는 제2 공동 중 하나와 유동적으로 소통하는, MEMS 장치 패키지.
  7. 제6항에 있어서, MEMS 장치는 제1 공동 내에 배치되고, 포트는 제1 공동을 통해 MEMS 장치와 유동적으로 소통하는, MEMS 장치 패키지.
  8. 제7항에 있어서, 기판 또는 리드 중 하나에 결합되는 제2 MEMS 장치 패키지를 추가로 포함하는, MEMS 장치 패키지.
  9. 제8항에 있어서, 제2 MEMS 장치 패키지는 포트 위에, 아래에, 또는 인접하게 위치되는, MEMS 장치 패키지.
  10. 마이크로전자기계 시스템(MEMS) 장치 패키지이며,
    기판;
    리드;
    상부 표면, 하부 표면 및 상부 표면과 하부 표면 사이에 형성된 공동을 갖는 외부 스페이서; 및
    공동 내에 위치설정된 본딩 쉘프 조립체를 갖는 내부 스페이서를 포함하고,
    본딩 쉘프 조립체는 MEMS 장치 패키지의 단일 모놀리식 구성요소를 형성하기 위해 내부 스페이서와 함께 몰딩되는, MEMS 장치 패키지.
  11. 제10항에 있어서, 적어도 하나의 MEMS 장치가 공동 내에 배치되고, 상기 MEMS 장치는 본딩 쉘프 조립체를 통해 기판 또는 리드 중 하나에 전기적으로 연결되는, MEMS 장치 패키지.
  12. 콤보 마이크로전자기계 시스템(MEMS) 장치 패키지 조립체이며,
    커버를 갖는 제1 MEMS 장치 패키지;
    커버를 갖는 제2 MEMS 장치 패키지;
    제1 표면 및 제2 표면을 갖는 공통 기판; 및
    전도성 표면을 갖는 본딩 쉘프 조립체를 포함하고,
    제1 MEMS 장치 패키지의 커버는 공통 기판의 제1 표면에 전기적으로 결합되고, 제2 MEMS 장치 패키지의 커버는 공통 기판의 제2 표면에 전기적으로 결합되고, 본딩 쉘프 조립체는 제1 또는 제2 MEMS 장치 패키지의 커버 중 적어도 하나의 일 부분으로서 형성되는, 콤보 MEMS 장치 패키지 조립체.
  13. 제12항에 있어서, 하나의 포트가 제1 MEMS 장치 패키지 상에 형성되는, 콤보 MEMS 장치 패키지 조립체.
  14. 제13항에 있어서, 제2 MEMS 장치 패키지는 제1 MEMS 장치 패키지의 상기 포트 위에, 아래에, 또는 인접하게 위치되는, 콤보 MEMS 장치 패키지 조립체.
  15. 제14항에 있어서, 하나의 포트가 제2 MEMS 장치 패키지 상에 형성되는, 콤보 MEMS 장치 패키지 조립체.
  16. 제15항에 있어서, 제1 MEMS 장치 패키지의 상기 포트는 제2 MEMS 장치 패키지 상에 형성된 포트를 통해 환경과 유동적으로 소통하는, 콤보 MEMS 장치 패키지 조립체.
  17. 제15항에 있어서, 제1 MEMS 장치 패키지의 상기 포트는 환경과 유동적으로 소통하는, 콤보 MEMS 장치 패키지 조립체.
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