TW201736244A - 積體ｍｅｍｓ傳感器 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種MEMS傳感器封裝(300)，其包含：一封裝罩蓋(313)，其包含一第一結合區(316)；以及一積體電路晶粒(319)；其包含用於與該封裝罩蓋之該第一結合區結合的一第二結合區(314)。該積體電路晶粒(309)包含一積體MEMS傳感器(311)及與該積體MEMS傳感器電連接之積體電子電路(312)。該積體電子電路(312)之佔據區至少與該積體電路晶粒(309)之該結合區(314)重疊。

Description

積體MEMS傳感器
本申請案係關於與積體MEMS傳感器相關之方法及設備，尤其係關於用於提供形成於積體電路晶粒上之諸如MEMS麥克風之積體MEMS傳感器的配置。
消費型電子裝置正不斷地變小，且隨著技術之進步，獲得不斷增強之效能及功能性。此種情況在用於消費型電子產品及(尤其，但非排他地)攜帶型產品(諸如，行動電話、音訊播放器、視訊播放器、PDA、可穿戴式裝置、行動計算平台(諸如，膝上型電腦或平板電腦)及/或遊戲裝置，或可在物聯網(IoT)系統或環境中操作之裝置)中之技術中顯而易見。舉例而言，行動電話工業之需求正驅使組件變得愈來愈小，而功能性愈來愈高且成本降低。因此需要將電子電路之功能整合在一起，且使其與諸如麥克風及揚聲器之傳感器裝置相組合。
微機電系統(MEMS)傳感器(諸如，MEMS麥克風)正應用於此等裝置中之許多者中。因此亦存在對減小MEMS裝置之大小及成本的持續不斷之驅動。
使用MEMS製造程序形成之麥克風裝置通常包含一或多個膜與沈積於膜及/或基板上的用於讀出/驅動之電極。在MEMS壓力感測器及 麥克風之情況下，通常藉由量測電極之間的電容實現讀出。
為提供保護，MEMS傳感器將通常含於封裝內。封裝有效地圍封MEMS傳感器，且可提供環境保護及亦可提供對電磁干擾(EMI)或其類似者之屏蔽。對於麥克風及其類似者，封裝將通常具有允許聲波傳輸至封裝內之傳感器/自該傳感器傳輸的聲音通口，且該傳感器可經組態以使得可撓性膜位於第一容積與第二容積之間，該等容積亦即可填充有空氣(或一些其他流體)且經充分設定大小以使得傳感器提供所要聲學回應的空間/空腔。聲音通口以聲學方式耦接至在傳感器膜之一側的第一容積，其有時可被稱作前部容積。通常需要有時被稱作背部容積之在多個膜中之一者之另一側的第二容積以允許膜回應於入射聲音或壓力波而自由移動，且該背部容積可大體上被密封(但熟習此項技術者應瞭解，對於MEMS麥克風及其類似者，第一容積與第二容積可藉由一或多個流道，諸如，膜中之小孔，連接，該一或多個流道經組態以在所要聲學頻率下呈現相對較高聲學阻抗，但允許兩個容積之間的低頻壓力均衡，以便考量，例如，因溫度改變所致之壓力差)。應注意，在諸如雙向麥克風之一些應用中，聲音通口亦可以聲學方式耦接至第二容積，使得膜經由前部容積及第二容積兩者接收聲學信號。
圖1a說明一個習知MEMS麥克風封裝100a。MEMS傳感器101附接至封裝基板102之第一表面。該MEMS傳感器可通常藉由已知MEMS製造技術形成於半導體晶粒上。封裝基板102可為矽或PCB或任何其他合適之材料。罩蓋103位於附接至封裝基板102之第一表面的傳感器101上。罩蓋103可為一件式結構，例如，金屬蓋。罩蓋103中之孔口104(亦即，聲學通 口)提供聲音通口且允許聲學信號進入該封裝。在此實例中，傳感器101經由封裝基板102及傳感器101上之端子襯墊105線結合至基板102。如上文所提及，例如，在雙向麥克風中，亦可提供聲音通口104a以使得膜經由前部容積及第二容積兩者接收聲學信號。
圖1b說明另一已知MEMS傳感器封裝100b。同樣，可為MEMS麥克風之傳感器101附接至封裝基板102之第一表面。在此實例中，該封裝亦含有積體電路106。積體電路106可經提供以連同該傳感器一起操作，且可，例如，為用於放大來自MEMS麥克風之信號的低雜訊放大器。積體電路106電連接至傳感器101之電極，且亦附接至封裝基板102之第一表面。積體電路106經由線結合而結合至傳感器101。替代地，積體電路106可經覆晶結合至封裝基板102或經覆晶安裝及線結合。罩蓋107，(例如，兩件式罩蓋，位於該封裝基板上以便圍封傳感器101及積體電路106。在此封裝中，罩蓋107包含上部部分或蓋部分107a及側壁107b或間隔件區，其全部，例如，由PCB形成。罩蓋107在上部部分107a中具有允許聲學信號進入該封裝的聲音通口104。如上文所提及，在雙向麥克風中，封裝基板102亦可包含聲音通口104a以用於允許聲學信號自封裝基板102下方傳遞至傳感器101，亦即，用於提供雙向元件。
圖2a說明另一MEMS傳感器封裝100c，例如，在晶圓級形成之晶片尺度(CS)MEMS傳感器封裝，亦稱為晶圓級封裝(WLP)。MEMS傳感器封裝100c包含結合至罩區段113之MEMS傳感器裝置109，其可為MEMS麥克風。在此實例中，MEMS傳感器裝置109包含基板110。積體電子電路112提供於基板110內，其中MEMS傳感器111，例如，可撓性膜，相對於基板 110中之空腔而形成。積體電子電路112可經提供以連同MEMS傳感器111一起操作，且可，例如，包括用於放大來自MEMS麥克風之信號的低雜訊放大器。積體電子電路112電連接(未展示)至MEMS傳感器111之電極，且亦電連接(未展示)至耦接至基板110之第一表面的結合結構117。基板110、MEMS傳感器111及積體電子電路112有效地形成MEMS傳感器裝置109，該MEMS傳感器裝置由可提供類比或數位輸出之積體電路晶粒構成。
此類型之封裝配置可被稱作「底部通口」組態，其中當組裝於主機裝置中，例如，組裝至消費型裝置內的PCB時，MEMS傳感器封裝110c經「覆晶」結合至下一層級之互連件。
在圖2a中所展示之封裝配置中，將罩蓋區段113之結合臂長度說明為參考數字114，且將MEMS傳感器裝置109(且特定言之，基板110)之結合臂長度說明為參考數字115。
在此類型之底部通口組態的實例中，罩蓋區段113自身內不存在聲音通口。實情為，當MEMS傳感器封裝100c在使用期間經安裝時，例如，當安裝至消費型裝置內之PCB或基板時，聲學信號被輸送至MEMS傳感器111之外表面(亦即，圖2a中之膜的底面)。然而，應注意，雙向麥克風可包含在罩區段113中之聲音通口104a以用於允許聲學信號傳遞至傳感器111。
圖2b展示MEMS封裝100c之底側視圖，其說明積體電子電路112如何形成至MEMS傳感器111之一側，其中提供複數個結合結構117用於電連接至另一裝置，例如，消費型產品，MEMS封裝100c在使用期間被組裝於其中。
圖2c展示MEMS傳感器裝置109與罩蓋區段113會合的界面 處之橫截面。如可見，為了產生用於MEMS電容式麥克風之底部通口晶片尺度晶圓級封裝，必需具有圍繞基板與罩之間的全部界面之最小寬度的基板，例如，矽。該界面為基板110與罩蓋113，例如，使用黏著劑彼此「結合」之處。因此，在欲達成機械穩定性之情況下，存在對最小結合寬度(MBW)之需要。MBW及因此之機械穩定性可取決於諸如基板及/或罩蓋結合臂115/114的高度之因素：每一臂或兩臂愈長，MBW應愈大，且反之亦然。
圖2b中之虛線矩形說明對於傳統線結合之MEMS麥克風而言，MEMS傳感器基板之晶粒大小應通常為多大。此虛線矩形外部之區域(對應於圖2c中加陰影區域)因此說明將MEMS傳感器裝置109與罩蓋區段113結合在一起所需之額外矽面積，亦即，最小結合寬度(MBW)面積。
因此，因為最小結合寬度(MBW)，MEMS傳感器裝置109與罩蓋區段113兩者之面積需要比其正常在矽基板傳統地線結合至封裝之支撐基板之情況下的大。最終結果為，對於基板及罩晶圓兩者，每晶圓之晶粒的最大數目將因MBW所需之外加面積而受限。此外，MEMS傳感器封裝100c增大之大小具有在主機總成中需要較大空間，例如，較大佔據區，之缺點。
本發明之一目的為提供一種除去或減少上文所提及之缺點中之至少一或多者的方法及設備。
根據本發明之第一態樣，提供一種包含封裝罩蓋及積體電路晶粒之MEMS傳感器封裝，該積體電路晶粒包含用於與該封裝罩蓋結合之結合區。該積體電路晶粒包含一積體MEMS傳感器及與該積體MEMS傳感器 電連接之積體電子電路。該積體電子電路之一佔據區至少與該積體電路晶粒之結合區重疊。
根據本發明之另一態樣，提供一種包含封裝罩蓋及積體電路晶粒之MEMS傳感器封裝，該積體電路晶粒包含用於與該封裝罩蓋結合之結合區。該積體電路晶粒包含一積體MEMS傳感器及與該積體MEMS傳感器電連接之積體電子電路。貫穿該積體電路晶粒之至少一個平面穿過該積體電路晶粒之該積體電子電路及結合區。
根據另一態樣，提供一種包含一封裝罩蓋及一積體電路晶粒之MEMS傳感器封裝，該積體電路晶粒包含一積體MEMS傳感器。該封裝罩蓋包含積體電子電路。
100a‧‧‧MEMS麥克風封裝
100b、100c、300、900‧‧‧MEMS傳感器封裝
101、111‧‧‧MEMS傳感器
102‧‧‧封裝基板
103、107‧‧‧罩蓋
104‧‧‧孔口/聲音通口
104a、304、304a‧‧‧聲音通口
105‧‧‧端子襯墊
106‧‧‧積體電路
107a‧‧‧上部部分或蓋部分
107b‧‧‧側壁
109‧‧‧MEMS傳感器裝置
110‧‧‧基板
112、312、912、912a、912b‧‧‧積體電子電路
113‧‧‧罩蓋區部區段/罩蓋
114、115‧‧‧基板/罩結合臂
117、317、917‧‧‧結合結構
302‧‧‧基板/主機板
309‧‧‧積體電路晶粒
309a、309b‧‧‧結合臂
311‧‧‧積體MEMS傳感器
312a、312b、312c、312d‧‧‧側
313、913‧‧‧封裝罩蓋
313a、313b‧‧‧結合臂/區段
313c‧‧‧區段
314‧‧‧結合區
316‧‧‧第一結合區
318‧‧‧電重佈層
320‧‧‧第一空腔
321‧‧‧第二空腔
400‧‧‧密封元件或聲學密封元件
500‧‧‧光學密封元件
500a‧‧‧光學密封元件第一部分
500b‧‧‧光學密封元件第二部分
901‧‧‧電連接件
A-A‧‧‧界面
B-B‧‧‧平面
X、Y‧‧‧面積或寬度
為了較佳理解本發明之實例，且為了較清晰地展示可如何實現該等實例，僅作為例示之用，現將參看以下圖式，其中：圖1a及圖1b說明先前技術之MEMS傳感器封裝；圖2a、圖2b及圖2c說明另一先前技術MEMS傳感器封裝；圖3a、圖3b及圖3c說明根據本發明之一實施例之MEMS傳感器封裝的實例；圖4a展示根據本發明之另一實施例之MEMS傳感器封裝的實例；圖4b展示根據本發明之另一實施例之MEMS傳感器封裝的實例；圖5展示根據本發明之另一實施例之MEMS傳感器封裝的實例；圖6a展示根據本發明之另一實施例之MEMS傳感器封裝的實例；圖6b展示根據本發明之另一實施例之MEMS傳感器封裝的實例； 圖7展示根據本發明之另一實施例之MEMS傳感器封裝的實例；圖8展示根據本發明之另一實施例之MEMS傳感器封裝的實例；圖9展示根據本發明之另一實施例之MEMS傳感器封裝的實例；圖10展示根據本發明之另一實施例之MEMS傳感器封裝的實例；圖11展示根據本發明之另一實施例之MEMS傳感器封裝的實例；圖12展示根據本發明之另一實施例之MEMS傳感器封裝的實例；圖13展示根據本發明之另一實施例之MEMS傳感器封裝的實例；圖14展示根據本發明之另一實施例之MEMS傳感器封裝的實例；以及圖15展示根據本發明之另一實施例之MEMS傳感器封裝的實例。
本發明之實施例係關於一種MEMS傳感器裝置，例如，MEMS麥克風。在一些實例中，該MEMS傳感器裝置形成MEMS傳感器封裝之部分，且可與在晶圓級形成之晶片尺度(CS)MEMS電容式麥克風封裝相關。在一些實例中，該晶圓級封裝(WLP)包含併有MEMS電容式麥克風及其相關聯積體電子電路，例如，用於提供驅動及讀出電路之電子電路，兩者之基板，例如，矽基板；以及用於保護該矽基板及為該麥克風提供背部容積之封裝罩蓋，例如，矽罩蓋。
某些實施例將在下文以晶圓級封裝之形式予以描述，該晶圓級封裝經組態為「底部通口」封裝，其中該封裝經「覆晶」結合至下一層級之互連件，例如，結合至諸如消費型產品之主機總成內的另一基板或PCB。然而，應注意，本發明亦可用於其他封裝配置或其他安裝組態中。
應注意，下文所描述之實施例之圖式中的任何尺寸為概念性 的，且未必按比例繪製。
圖3a至圖3c展示根據一實施例之MEMS傳感器封裝300的實例。圖3a係關於MEMS傳感器封裝300之底側視圖。圖3b係關於說明MEMS傳感器封裝300在，例如，以底部通口配置組裝於主機裝置中時可如何安裝至主機裝置之基板302(基板302包含用於允許傳遞聲學信號至積體MEMS傳感器311之聲音通口304)的橫截面側視圖。圖3c係關於圖3b之界面A-A處的橫截面圖。
參看圖3b，MEMS傳感器封裝300包含封裝罩蓋313。MEMS傳感器封裝300亦包含積體電路晶粒309(例如，形成MEMS傳感器裝置)，該積體電路晶粒包含用於與封裝罩蓋313結合之結合區314。
積體電路晶粒309包含積體MEMS傳感器311及與積體MEMS傳感器311電連接之積體電子電路312。積體電子電路312之佔據區至少與積體電路晶粒309之結合區314重疊。舉例而言，積體電子電路312可形成於該積體電路晶粒內以使得該積體電子電路形成於結合臂(309a、309b)之下的區域中，或形成於該積體電路晶粒之結合區314之區段下方的區域內以使得該積體電子電路312與此區域重疊，且其中結合區314用於將該積體電路晶粒結合至另一基板，諸如封裝罩蓋313。可見，積體電子電路312之佔據區至少部分地與結合區314之佔據區重疊(即使在不同平面中)。
應注意，雖然圖3b之實例展示積體電路晶粒之結合區314在所有側皆大體上對稱(如圖3a及圖3c中所說明)的積體電路晶粒309，但應注意，不同側可具有不同大小或寬度或面積的結合區。實際上，在一些實施例中，結合區314在MEMS傳感器311之一或多側上可具有不同形狀部分。 舉例而言，該結合區可為多邊形、六邊形、圓形、矩形或彎曲狀，而非如所展示之正方形。可，例如，基於針對特定應用之最小結合寬度(MBW)準則或基於容納特定應用之積體電子電路312所需之外加空間而設計特定結合區314之大小及/或形狀。
藉由形成積體電子電路312之佔據區以使得其至少與積體電路晶粒309之結合區314重疊，此使得MEMS傳感器封裝300之總體大小能夠減小，當結合積體電路晶粒309與封裝罩蓋313需要相對較大結合區或表面時尤為如此。舉例而言，圖3c說明積體電路晶粒309及封裝罩蓋313兩者所需之最小MBW面積小於圖2c中所需之面積。
如上文所提及，積體電路晶粒309可包含用於與封裝罩蓋313在結合區314處結合的結合臂，例如，如圖3b之橫截面中所展示之結合臂309a及309b。結合臂309a、309b界定積體電路晶粒309中之第一空腔320的至少部分。
應注意，在圖3b之實例中，可在積體電路晶粒309之每一側上提供一結合臂(其中橫截面圖中僅說明結合臂309a/b)，該等結合臂一起形成第一空腔320。應瞭解，不同形狀之裝置(例如，多邊形裝置)可能包含不同數目個結合臂309。在另一實例中，圓形裝置可有效地包含整體式結合臂，例如，在積體電路晶粒309中之圓柱形結合臂309或區段。
除提供機械耦接之外，結合臂309a/b亦可提供積體電路晶粒309與封裝罩蓋313之間的電連接，例如，在該封裝罩蓋包含金屬屏蔽元件之情況下，或在該封裝罩蓋包含如稍後在本申請案中所描述之積體電子電路的情況下。
封裝罩蓋313亦可包含用於與積體電路晶粒309結合之結合臂313a、313b，結合臂313a、313b界定封裝罩蓋313中之第二空腔321的至少部分。
如上所述，應注意，在圖3b之實例中，在封裝罩蓋313之每一側上可提供一結合臂，其中在該橫截面圖中僅說明結合臂313a/b，該等結合臂一起形成第二空腔321。如上所述，應瞭解，不同形狀之裝置，例如，多邊形裝置，可能包含不同數目的結合臂。圓形封裝罩蓋可包含整體式結合臂，例如，在該封裝罩蓋內之圓柱形結合臂或區段。
根據一些實例，積體電子電路312之佔據區係圍繞MEMS傳感器111之至少兩側而形成。
在一些實例中，積體電子電路312之佔據區與積體電路晶粒309之第一空腔320的至少部分重疊。舉例而言，在具有如圖3b中所展示之階式第一空腔320的實施例中，電子電路312展示為「向內」朝向該空腔延伸，使得其與第一空腔320之一部分重疊(亦即，與第一空腔320之第二部分重疊，該第二部分與第一空腔320之第一部分相比具有較大橫截面積，該第一部分為與積體MEMS傳感器311界接之部分，且第一空腔320之第二部分為與該積體電路晶粒之一表面界接的部分，該表面與封裝罩蓋結合)。
在圖3b之實施例中，第一空腔320因此包含第一部分及第二部分，其中第一空腔320之與積體MEMS傳感器311界接之該第一部分的橫截面積小於第一空腔320之在該積體電路晶粒的表面處與封裝罩蓋313界接之第二部分的橫截面積。
應注意，在其他實例中，積體電子電路312之佔據區可經形 成以使得其完全落在積體電路晶粒309之結合區314下方或在積體電路晶粒309之結合臂309a/b內。
積體電路晶粒309中之第一空腔320可以任何已知方式，例如，使用CMOS處理技術，形成。有利地，該空腔可具有朝向形成積體電路晶粒309之基板的上側，亦即，其他側，增大之橫截面面積，從而形成上文所提及之第一及第二部分。因此在傳感器311正上方的空腔可具有第一橫截面積以使得準確地界定膜之面積。朝向形成積體電路晶粒309之基板的上側，空腔320之橫截面積可較大以便使由空腔320提供之背部容積的部分最大化。在一些實施例中，空腔320之壁的斜度剖面可存在階躍改變。此空腔剖面可藉由諸如專利GB2451909中所描述之多級蝕刻製程而達成。
在一些實施例中，MEMS傳感器封裝可包含耦接至積體電路晶粒309之第一表面的電重佈層318。電重佈層318提供積體電路晶粒309之一個區域與該積體電路晶粒之另一區域之間的電連接，例如，將電信號連接至位於該積體電路晶粒之特定位置處的結合結構317。因此，該電重佈層可包含，例如，使積體電路晶粒309之輸入/輸出墊在其他位置可用的金屬層。
積體電子電路312之佔據區可與電重佈層318之至少部分重疊。
在一些實施例中，積體電子電路312之佔據區圍繞積體MEMS傳感器311之所有側的至少部分而形成。舉例而言，積體電子電路312之佔據區可大體上均勻地圍繞積體MEMS傳感器311之所有側而形成。
在圖3b之實例中，封裝罩蓋313包含第二空腔321。在此實施例中，存在由積體電路晶粒309之第一空腔320與封裝罩蓋313之第二空腔 321界定之背部容積。
然而，應注意，該封裝罩蓋無需必定包含空腔321，例如，封裝罩蓋313可改為包含平面罩蓋，例如，平面基板。在此實施例中，將存在僅由積體電路晶粒309之第一空腔320界定之背部容積。本發明將仍提供配置積體電路晶粒309之積體電子電路312之佔據區以使得其與該積體電路晶粒之結合區314重疊，藉此仍使該裝置之總體大小能夠減小的優點。
應注意，在與雙向麥克風相關之MEMS傳感器封裝300中，除了經由組裝於主機內用以與MEMS傳感器封裝300偶接之基板302之聲音通口304接收聲學信號之外，封裝罩蓋313可包含聲音通口304a以用於允許經由封裝罩蓋313傳遞聲學信號至積體MEMS傳感器311。
自圖3b可見，在一些實施例中，該MEMS傳感器封裝之外表面的至少部分係由積體電路晶粒309形成。
積體電路晶粒309可進一步包含一或多個結合結構317，如圖3a及圖3b所說明。一或多個結合結構317可提供於積體電路晶粒309之外表面上，且電耦接(未展示)至積體電子電路312。
在本文中所描述之實施例中，應注意，積體電子電路312可包含類比電路及/或數位電路。
根據一個實施例，積體MEMS傳感器311係在積體電路晶粒309之第一表面處形成。積體電路晶粒309包含空腔320，其中該積體MEMS傳感器311至少部分地與該空腔重疊，因此空腔320自積體MEMS傳感器311延伸穿過第一積體電路晶粒至積體電路晶粒309之第二表面處的開口。
此實施例可進一步包含在封裝罩蓋313之與積體電路晶粒 309之第二表面鄰接的表面處形成於該封裝罩蓋中之空腔321，從而提供由該積體電路晶粒中之空腔320與該封裝罩蓋中之空腔321界定的背部容積。空腔320之在積體MEMS傳感器311處的橫截面積小於在該積體電路晶粒之第二表面處的橫截面積。在一些實施例中，空腔320可在該積體電子電路之下延伸。
參看圖4a，根據一些實施例，積體電路晶粒309可進一步包含在該積體電路晶粒之外表面(例如，上文所提及之「第一」表面)上的密封元件400，密封元件400包圍積體MEMS傳感器311。在一個實例中，密封元件400包含聲學密封元件，諸如聲學密封環。應注意，亦可提供其他形狀之密封元件400，例如，多邊形或正方形或任何其他形狀，包括不規則形狀。密封元件400可經提供以用於以聲學方式密封積體MEMS傳感器311，例如，因此MEMS傳感器311僅接收被傳導至以底部通口組態被安裝於主機組件之MEMS傳感器311，經由如3b圖中所展示之聲音通口304，之想要的聲學訊號。
亦即，若MEMS傳感器封裝300經覆晶結合至主機板302或其類似者，則將在該主機板中提供將大體上與MEMS傳感器311對齊之聲音通口304或孔。密封元件400(其可為金屬化環，亦即，金屬化環形結合墊)可經提供以輔助在經組裝之主機裝置中形成聲道。應注意，倘若聲學密封元件400仍具有減少或防止不合需要之聲學信號到達積體MEMS傳感器300之效應，則該密封元件不必為氣密密封的，而可包含一或多個穿孔或開口。
在一個實施例中，積體電子電路312之佔據區經組態以至少部分地與密封元件400(例如，聲學密封元件)之佔據區重疊。
參看圖4b，此展示密封元件400為正方形之實例。
參看圖5，根據一些實施例，積體電路晶粒309可進一步包含用於保護積體電子電路312免受光學干涉之光學密封元件500。舉例而言，光學密封元件500(例如，由不允許光線穿過之材料(例如，金屬或非金屬)製成)可包含圍繞積體電子電路312之內周邊提供之第一部分500a及圍繞電子電路312之外周邊提供之第二部分500b。在一些實例中，僅圍繞外周邊提供光學密封元件。光學密封元件500可由任何形狀形成，例如，取決於經保護免受光進入干涉之積體電子電路的佔據區。
應注意，在一些實施例中，MEMS傳感器封裝可包含如圖4a或圖4b中所展示之聲學密封元件400及如圖5中所展示之光學密封元件。
參看圖6a，根據另一實施例，提供包含封裝罩蓋313及積體電路晶粒309之MEMS傳感器封裝300，該積體電路晶粒包含用於與封裝罩蓋313結合之結合區314。積體電路晶粒309包含積體MEMS傳感器311及用於操作積體MEMS傳感器311之積體電子電路312。貫穿積體電路晶粒309之至少一個平面B-B穿過該積體電路晶粒之積體電子電路312及結合區314。在圖6a之實例中，平面B-B大體上正交於結合區314之表面而延伸。
該積體電路晶粒可進一步包含電重佈層318，其中貫穿該積體電路晶粒之至少一個平面B-B穿過積體電路晶粒309之積體電子電路312、結合區314及電重佈層318。如上文所提及，該電重佈層可包含(例如)使積體電路晶粒309之輸入/輸出墊(例如，結合結構317)在其他位置可用之金屬層。
在該積體電路晶粒進一步包含結合結構317之另一實施例 中，貫穿該積體電路晶粒之至少一個平面B-B穿過積體電路晶粒309之積體電子電路312、結合區314、電重佈層318及結合結構317。因此，在此實施例中，互連至下一互連層所需之結合結構317可經重佈(互連件重佈)，以便減小晶片尺度晶圓級封裝之大小。此互連件重佈可利用用於處理MEMS麥克風之層。
圖6a亦展示提供於積體電路晶粒309之外表面上的密封元件400，例如，聲學密封環，如上文在圖4a及圖4b中所描述，藉以該聲學密封元件或聲學密封環400包圍該MEMS傳感器。如上文所提及，可提供聲學密封元件400用於以聲學方式密封MEMS傳感器311，例如，使得該MEMS傳感器僅，例如從底面，接收輸送至被以底部通口組態安裝使用之MEMS傳感器311的想要的聲學信號。
在一些實例中，積體電子電路312之佔據區可經配置以與密封元件400(例如，聲學密封元件)之佔據區重疊。
圖6b展示類似於圖6a之實例，但其中密封元件400相對於積體MEMS傳感器311定位於結合結構317之外側。根據一個實施例，貫穿該積體電路晶粒之至少一個平面B-B穿過積體電子電路312、結合區314及密封元件400。在另一實施例中，貫穿該積體電路晶粒之至少一個平面B-B穿過積體電路晶粒309之積體電子電路312、結合區314、密封元件400及電重佈層318。
雖然本文中所描述之實施例說明具有單個膜之積體MEMS傳感器311，但應注意，在一些實施例中，積體MEMS傳感器311包含積體電路晶粒309上之，例如，包含單獨膜的多個個別MEMS傳感器。在此實例中， 該積體電子電路可圍繞複數個MEMS傳感器分佈。在一些實例中，該多個個別MEMS傳感器中之至少一者為與該多個個別MEMS傳感器之至少一個其他者不同之類型的傳感器。
根據一個實施例，提供包含如在本文中之實施例中所描述之MEMS傳感器封裝的電子裝置。該電子裝置可包含，例如，以下各者中之至少一者：攜帶型裝置、電池供電裝置、計算裝置、可穿戴式裝置、可在物聯網環境中操作之裝置、通信裝置、遊戲裝置、行動電話、個人媒體播放器、膝上型電腦、平板電腦或筆記型電腦計算裝置。
如先前所提及，應注意，積體MEMS傳感器311不必為圓形。舉例而言，積體MEMS傳感器311可包含其他形狀之膜或經由應力分佈臂，例如，用以提供應力去耦，安裝之膜。
參看圖7，此實例展示積體電子電路312無需在MEMS傳感器311之全部四側上。舉例而言，圖7之實施例展示圍繞該MEMS傳感器之三側分佈之積體電子電路312。
此外，參看圖8，此實例展示積體電子電路312之分佈無需為對稱的。舉例而言，圖8之實施例展示：與積體電子電路312之佔據區的一或多個其他側，例如，側312a、312b或312c)的面積或寬度「X」相比，該積體電子電路之佔據區在MEMS傳感器311之一側上具有較大面積或較大寬度「Y」，例如，該積體電子電路之佔據區的側312d，以便容納所需之電路量。
圖9展示根據另一實施例之MEMS傳感器封裝900。在圖9之實施例中，封裝罩蓋313包含積體電子電路912。應注意，圖9之實施例可與 上文關於圖3至圖8所描述之特徵中的任何一或多者組合。
在圖9之實例中，封裝罩蓋313中之積體電子電路912之佔據區至少與積體電路晶粒309之結合區314重疊。
封裝罩蓋313可包含用於與積體電路晶粒309結合之一或多個結合臂313a、313b，該一或多個結合臂界定封裝罩蓋313中之空腔321的至少部分。一或多個結合臂313a/b界定封裝罩蓋313之結合區316以用於將封裝罩蓋313與積體電路晶粒309結合。
在圖9之實例中，封裝罩蓋313中之積體電子電路912之佔據區至少與封裝罩蓋313之結合區316重疊。
該MEMS傳感器封裝可進一步包含用於將封裝罩蓋313之積體電子電路912與積體電路晶粒309之積體電子電路312連接的一或多個電連接件901。
因此，在一些實例中，積體電路晶粒309進一步包含積體電子電路312，且其中封裝罩蓋313之積體電子電路912電連接至積體電路晶粒309之積體電子電路312。
該一或多個電連接件亦可經提供以用於將該封裝罩蓋之積體電子電路912(除了與積體電路晶粒309中之積體電子電路312電連接之外，亦)與耦接至積體電路晶粒309之一或多個結合結構317電連接，或單獨地與該一或多個結合結構電連接(例如，在積體電路晶粒309自身不包含積體電子電路312之實施例中)。
在一些實例中，封裝罩蓋313進一步包含一或多個結合結構917。應注意，除了提供於積體電路晶粒309上之任何結合結構317之外，或 替代地(例如，在積體電路晶粒309自身不包含任何積體電子電路之情況下)，可提供耦接至封裝罩蓋313之結合結構917。
因此，該MEMS傳感器可包含一或多個電連接件901以將封裝罩蓋313之積體電子電路912與耦接至封裝罩蓋313之一或多個結合結構917及/或耦接至積體電路晶粒309之一或多個結合結構317連接。
因此，在一些實施例中，積體電路晶粒309及/或封裝罩蓋313可包含一或多個結合結構317、917，其中封裝罩蓋313之積體電子電路912電連接至封裝罩蓋313及/或積體電路晶粒309之結合結構317、917中的一或多者。
圖10展示與圖9類似之實例，但其中封裝罩蓋313之積體電子電路912經定位以使得其鄰接封裝罩蓋313之內表面而非如圖9中所展示之外表面。應注意，該MEMS傳感器封裝可包含與封裝罩蓋313之內表面及外表面兩者鄰接的積體電子電路912a、912b，如圖11中所展示。
應注意，當封裝罩蓋313及積體電路晶粒309兩者皆含有積體電子電路312/912時，單獨積體電子電路312/912可經組態以執行不同處理任務。
圖12展示又一實例，藉以積體電路晶粒309自身不包含任何積體電子電路，而改為僅在封裝罩蓋313上提供積體電子電路。
根據此實施例，提供MEMS傳感器封裝900，其包含封裝罩蓋313及積體電路晶粒309，該積體電路晶粒包含積體MEMS傳感器311。封裝罩蓋313包含積體電子電路912。
應注意，封裝罩蓋313及積體電路晶粒309包含，例如，分開 製造之區段，例如，製造於不同晶圓中，其經結合在一起以形成晶圓級封裝(WLP)，亦即，MEMS傳感器封裝900。在積體電子電路提供於封裝罩蓋中之實施例中，此實現使用一種處理技術，例如，在形成電子電路時的28nm CMOS處理技術，製造該封裝罩蓋，而該積體電路晶粒可使用不同處理技術，例如，大於100nm之CMOS處理技術，予以製造。
在一個實施例中，積體電子電路912電耦接至積體電路晶粒309之積體MEMS傳感器311，例如，以用於控制積體MEMS傳感器311之操作及讀出。
在圖12之實施例中，如同其他實施例，封裝罩蓋313之積體電子電路912的佔據區可至少與封裝罩蓋313與該積體電路晶粒309之間的結合區314重疊。
圖13展示一實例，其中封裝罩蓋313由單獨區段313a、313b及313c(例如，晶圓級封裝之單獨區段)組成，且其中積體電子電路912在封裝罩蓋313之一個區段(例如，區段313c)中形成。
圖14展示一實例，其中封裝罩蓋913不包含如在其他實施例中所發現之空腔，而改為平面結構。應注意，此封裝罩蓋913可結合本文中所描述之其他實施例中之任一者使用。封裝罩蓋913可包含積體電子電路912(例如，如此圖中所展示之單獨區段)，但應注意，在其他實例中，僅提供積體電子電路912之一個區段，如圖15中所說明。
亦應注意，在一些實例中，圖14及圖15中所展示之類型的平面封裝罩蓋913不在該封裝罩蓋本身中包含積體電子電路。此平面封裝可結合其他實施例中之任一者使用。
自上文所描述之實施例可見，積體電子電路312經重佈(電子重佈)於積體電路晶粒309之對應於基板與罩或封裝罩蓋之間的界面之區(例如，矽基板)中。應瞭解，儘管在一些所說明之實施例中針對封裝罩蓋與積體電路晶粒兩者將MBW展示為相同的，但一個臂可能具有大於另一臂之MBW的寬度。
在上文所描述之實施例及實例中，應注意，包含MEMS傳感器及積體電子電路之積體電路晶粒可藉由任何合適之處理技術形成，例如，藉由使用CMOS相容之MEMS製造技術。
應注意，在上文所描述之實施例中，雖然結合結構經展示為組態或配置於MEMS傳感器之各種拐角中，但該等結合結構可改為組態於特定區中，例如，至膜之一側。
應注意，如在本說明書中所用，應理解，術語上部及下部無論如何不應理解為限制傳感器在任何製造步驟期間之任何特定定向及/或任何封裝中之定向，或實際上該封裝在任何設備中之定向。相關術語下部、上方、下方、底側、之下等應相應地予以解釋。
以上實施例中所提及之空腔可經組態以便在使用中形成背部容積之至少部分，從而允許傳感器膜自由地移動。諸如MEMS麥克風之傳感器可包含可撓性膜，其可回應於跨越該膜之壓力差而移動。在使用中，膜通常安置在第一容積與第二容積，亦即，允許該膜偏轉之空間或空腔，之間。通常，第一及第二容積在使用中填充有空氣，但在一些應用中，該等容積可能填充有適合於傳輸聲波及/或對壓力差作出回應的一些其他流體、氣體或液體。
應注意，術語「背部容積」不界定傳感器晶粒之任何特定定向。亦應注意，術語「背部容積」不指示任何特定類型之傳感器建構。尤其對於具有可撓性膜之MEMS電容式傳感器，可撓性膜將通常相對於大體上固定之第二電極支撐第一電極。該第二電極可藉由支撐結構支撐，該支撐結構藉由傳感器空腔或間隙與可撓性膜隔開。支撐該第二電極之支撐結構有時被稱作「背板」，且通常經設計以在受關注頻率下具有相對較低聲學阻抗。在傳感器之一些設計中，「背板」可位於該膜上方(當製造於基板上時)且因此基板中之空腔在該膜下方延伸。然而，在其他設計中，「背板」可位於該膜下方，且晶粒基板中之空腔可因此延伸穿過該晶粒基板至該膜。
實施例可實施於主機裝置中，尤其係攜帶型及/或電池供電主機裝置，諸如行動電話及音訊播放器、視訊播放器、PDA、可穿戴式裝置、可在物聯網環境中操作之裝置、諸如膝上型電腦或平板電腦之行動計算平台及/或遊戲裝置，或實施於經設計以可能經由多線纜線、多極連接器或光纖及連接器與此類主機裝置有線或無線連接之附屬裝置，諸如，耳機、耳塞(可能為雜訊消除式)或麥克風總成中。
應注意，上文所提及之實施例說明而非限制本發明，且熟習此項技術者應能夠在不脫離所附申請專利範圍之範疇的情況下設計諸多替代實施例。詞語「包含」不排除請求項中所列之元件或步驟以外的元件或步驟之存在，「一」不排除複數個，且單個特徵或其他單元可實現申請專利範圍中所陳述之若干單元的功能。申請專利範圍中之任何參考數字或標記不應解釋為限制其範疇。
302‧‧‧基板/主機板
304、304a‧‧‧聲音通口
309‧‧‧積體電路晶粒
309a、309b‧‧‧結合臂
311‧‧‧積體MEMS傳感器
312‧‧‧積體電子電路
313‧‧‧封裝罩蓋
313a、313b‧‧‧結合臂/區段
314‧‧‧結合區
317‧‧‧結合結構
318‧‧‧電重佈層
320‧‧‧第一空腔
321‧‧‧第二空腔
A-A‧‧‧界面

Claims (47)

  1. 一種MEMS傳感器封裝(300)，其包含：一封裝罩蓋(313)；以及一積體電路晶粒(309)，其包含用於與該封裝罩蓋結合之一結合區(314)，該積體電路晶粒(309)包含：一積體MEMS傳感器(311)；以及積體電子電路(312)，其與該積體MEMS傳感器電連接；其中該積體電子電路(312)之一佔據區至少與該積體電路晶粒(309)之該結合區(314)重疊。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之MEMS傳感器封裝，其中該積體電子電路(312)之該佔據區係圍繞該積體MEMS傳感器(311)之至少兩側而形成。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之MEMS傳感器封裝，其中該積體電路晶粒(309)包含用於與該封裝罩蓋(313)結合之結合臂(309a、309b)，該等結合臂界定該積體電路晶粒(309)中之一第一空腔(320)之至少部分。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之MEMS傳感器封裝，其中該積體電子電路(312)之該佔據區與該積體電路晶粒(309)之該第一空腔(320)的至少部分重疊。
  5. 如前述申請專利範圍中任一項所述之MEMS傳感器封裝，其進一步包含耦接至該積體電路晶粒(309)之第一表面的一電重佈層(318)。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之MEMS傳感器封裝，其中該積體電子電路 (312)之該佔據區與該電重佈層(318)之至少部分重疊。
  7. 如前述申請專利範圍中任一項所述之MEMS傳感器封裝，其中該積體電子電路(312)之該佔據區係圍繞該積體MEMS傳感器(311)之所有側的至少部分而形成。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之MEMS傳感器封裝，其中該積體電子電路(312)之該佔據區係圍繞該積體MEMS傳感器(311)之所有側而大體上均勻地形成。
  9. 如前述申請專利範圍中任一項所述之MEMS傳感器封裝，在直接或間接依附申請專利範圍第3項時，其中該第一空腔(320)包含一第一部分及一第二部分，其中與該積體MEMS傳感器(311)界接之該空腔的該第一部分之橫截面積小於在該積體電路晶粒之與該封裝罩蓋界接之一表面處的該空腔之該第二部分的橫截面積。
  10. 如前述申請專利範圍中任一項所述之MEMS傳感器封裝，其中該封裝罩蓋(313)包含一第二空腔(321)。
  11. 如申請專利範圍第4項至第10項中任一項所述之MEMS傳感器封裝，在直接或間接依附申請專利範圍第3項時，其中存在由該積體電路晶粒(309)之該第一空腔(320)與該封裝罩蓋(313)之一第二空腔(321)界定之一背部容積。
  12. 如前述申請專利範圍中任一項所述之MEMS傳感器封裝，其中該MEMS傳感器封裝之外表面的至少部分係由該積體電路晶粒309形成。
  13. 如前述申請專利範圍中任一項所述之MEMS傳感器封裝，其中該積體電路晶粒(309)進一步包含一或多個結合結構(317)。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之MEMS傳感器封裝，其中該一或多個結合結構(317)提供於該積體電路晶粒(309)之一外表面上，且電耦接至該積體電子電路(312)。
  15. 如前述申請專利範圍中任一項所述之MEMS傳感器封裝，其中該積體電子電路包含類比電路及/或數位電路。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之MEMS傳感器封裝，其中：該積體MEMS傳感器(311)係在該積體電路晶粒(309)之一第一表面處形成；該積體電路晶粒(309)包含一空腔(320)，其中該積體MEMS傳感器(311)至少部分地與該空腔(320)重疊；且該空腔(320)自該積體MEMS傳感器(311)延伸穿過該第一積體電路晶粒至該積體電路晶粒(309)之一第二表面處的一開口。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之MEMS傳感器封裝，其進一步包含在該封裝罩蓋(313)中形成於該封裝罩蓋之與該積體電路晶粒(309)的該第二表面鄰接之一表面處的一空腔(321)，從而提供由該積體電路晶粒中之該空腔(320)與該封裝罩蓋(313)中之該空腔(321)界定之一背部容積。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之MEMS傳感器封裝，其中該空腔之在該積體MEMS傳感器(311)處的該橫截面積小於在該積體電路晶粒之該第二表面處的該橫截面積。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之MEMS傳感器封裝，其中該空腔在該積體電子電路之下延伸。
  20. 一種MEMS傳感器封裝(300)，其包含： 一封裝罩蓋(313)；以及一積體電路晶粒(309)，其包含用於與該封裝罩蓋結合之一結合區(314)，該積體電路晶粒(309)包含：一積體MEMS傳感器(311)；以及積體電子電路(312)，其與該積體MEMS傳感器(311)電連接；其中貫穿該積體電路晶粒(309)之至少一個平面(B-B)穿過該積體電子電路(312)及該積體電路晶粒之該結合區(314)。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之MEMS傳感器封裝，其中該積體電路晶粒進一步包含一電重佈層(318)，且其中貫穿該積體電路晶粒之至少一個平面穿過該積體電路晶粒之該積體電子電路(312)、該第二結合區(314)及該電重佈層(318)。
  22. 如前述申請專利範圍中任一項所述之MEMS傳感器封裝，其進一步包含在該積體電路晶粒之一外表面上之一密封元件或一聲學密封元件，該密封元件或聲學密封元件包圍該MEMS傳感器。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之MEMS傳感器封裝，其中該積體電子電路之一佔據區經組態以至少部分地與該密封元件或聲學密封元件之佔據區重疊。
  24. 如申請專利範圍第23項所述之MEMS傳感器封裝，在依附申請專利範圍第22項及第20項時，其中貫穿該積體電路晶粒(309)之至少一個平面(B-B)穿過該積體電子電路(312)、該結合區(314)及該密封元件或聲學密封元件(400)。
  25. 如申請專利範圍第23項所述之MEMS傳感器封裝，在依附申請專利範圍第22項及第21項時，其中貫穿該積體電路晶粒之至少一個平面(B-B)穿過該積體電路晶粒(309)之該積體電子電路(312)、該結合區(314)、該密封元件或聲學密封元件(400)及該電重佈層(318)。
  26. 如前述申請專利範圍中任一項所述之MEMS傳感器封裝，其中該積體MEMS傳感器(311)包含該積體電路晶粒(309)上之多個個別MEMS傳感器。
  27. 如申請專利範圍第26項所述之MEMS傳感器封裝，其中該等多個個別MEMS傳感器中之至少一者為與該等多個個別MEMS傳感器中之至少一個其他者不同之類型的傳感器。
  28. 如前述申請專利範圍中任一項所述之MEMS傳感器封裝，其中該MEMS傳感器為一MEMS麥克風。
  29. 如前述申請專利範圍中任一項所述之MEMS傳感器封裝，其中該封裝罩蓋(313)包含積體電子電路(912)。
  30. 如申請專利範圍第29項所述之MEMS傳感器封裝，其中該封裝罩蓋(313)中之該積體電子電路(912)之一佔據區至少與該積體電路晶粒(309)之該結合區(314)重疊。
  31. 如申請專利範圍第29項或第30項所述之MEMS傳感器封裝，其中該封裝罩蓋(313)包含用於與該積體電路晶粒(309)結合之一或多個結合臂(313a、313b)，該一或多個結合臂界定該封裝罩蓋(313)中之一空腔(321)的至少部分。
  32. 如申請專利範圍第31項所述之MEMS傳感器封裝，其中該一或多個結 合臂界定該封裝罩蓋(313)之一結合區(316)以用於將該封裝罩蓋(313)與該積體電路晶粒(309)結合。
  33. 如申請專利範圍第29項所述之MEMS傳感器封裝，在直接或間接依附申請專利範圍第10項時，其中該封裝罩蓋(313)中之該積體電子電路(912)的一佔據區至少與該封裝罩蓋(313)之一結合區(316)重疊。
  34. 如申請專利範圍第29項至第33項中任一項所述之MEMS傳感器封裝，其進一步包含用於將該封裝罩蓋(313)之該積體電子電路(912)與該積體電路晶粒(309)之該積體電子電路(312)連接的一或多個電連接件(901)。
  35. 如申請專利範圍第29項至第32項中任一項所述之MEMS傳感器封裝，其中該封裝罩蓋進一步包含一或多個結合結構(917)。
  36. 如申請專利範圍第35項所述之MEMS傳感器封裝，在依附申請專利範圍第31項時，其中該一或多個電連接件(912)將該封裝罩蓋(313)之該積體電子電路(912)與耦接至該封裝罩蓋(313)之一或多個結合結構(917)及/或耦接至該積體電路晶粒(309)之一或多個結合結構(317)連接。
  37. 一種MEMS傳感器封裝(900)，其包含：一封裝罩蓋(313)；以及一積體電路晶粒(309)，其包含一積體MEMS傳感器(311)；其中該封裝罩蓋(313)包含積體電子電路(912)。
  38. 如申請專利範圍第37項所述之MEMS傳感器封裝(900)，其中該積體電子電路(912)電耦接至該積體電路晶粒(309)之該積體MEMS傳感器(311)。
  39. 如申請專利範圍第37項或第38項所述之MEMS傳感器封裝(900)，其中 該積體電路晶粒(309)進一步包含積體電子電路(312)，且其中該封裝罩蓋(313)之該積體電子電路(912)電連接至該積體電路晶粒(309)之該積體電子電路(312)。
  40. 如申請專利範圍第37項至第39項中任一項所述之MEMS傳感器封裝(900)，其中該積體電路晶粒(309)及/或該封裝罩蓋(313)包含一或多個結合結構(317、917)，且其中該封裝罩蓋(313)之該積體電子電路(912)電連接至該封裝罩蓋(313)及/或該積體電路晶粒(309)之該等結合結構(317、917)中之一或多者。
  41. 如申請專利範圍第37項至第39項中任一項所述之MEMS傳感器封裝(900)，其中該封裝罩蓋(313)之該積體電子電路(912)的一佔據區至少與該封裝罩蓋(313)與該積體電路晶粒(309)之間的一結合區(314)重疊。
  42. 如申請專利範圍第37項至第41項中任一項之MEMS傳感器封裝，其中該封裝罩蓋(313)包含用於與該積體電路晶粒(309)結合之一或多個結合臂(313a、313b)，該一或多個結合臂界定該封裝罩蓋(313)中之一空腔(321)的至少部分。
  43. 如申請專利範圍第42項所述之MEMS傳感器封裝，其中該一或多個結合臂界定該封裝罩蓋(313)之一結合區(316)以用於將該封裝罩蓋(313)與該積體電路晶粒(309)結合。
  44. 如申請專利範圍第43項所述之MEMS傳感器封裝，其中該封裝罩蓋(313)之該積體電子電路(912)之該佔據區與該封裝罩蓋(313)之該結合區(316)的至少部分重疊。
  45. 如申請專利範圍第43項或第44項所述之MEMS傳感器封裝，其中該封 裝罩蓋(313)之該積體電子電路(912)之該佔據區與該封裝罩蓋(313)之該空腔(321)的至少部分重疊。
  46. 一種電子裝置，其包含如前述申請專利範圍中任一項所述之MEMS傳感器封裝。
  47. 如申請專利範圍第46項所述之電子裝置，其中該裝置為以下各者中之至少一者：一攜帶型裝置；一電池供電裝置；一計算裝置；一通信裝置；一可穿戴式裝置；一遊戲裝置；一行動電話；經組態以用於在一物聯網系統中操作之一裝置；一個人媒體播放器；一膝上型電腦；平板電腦或筆記型電腦計算裝置。
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