TWI336511B - Packaged microchip with premolded-type package - Google Patents
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- TWI336511B TWI336511B TW094124427A TW94124427A TWI336511B TW I336511 B TWI336511 B TW I336511B TW 094124427 A TW094124427 A TW 094124427A TW 94124427 A TW94124427 A TW 94124427A TW I336511 B TWI336511 B TW I336511B
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Description
發明說明: 【發明所屬之技術領域】 一般而言,本發明係有關於微晶片,且更特別的是, 本發明有關用於微晶片的封裝技術。 【先前技術】 有愈來愈多應用系統使用微機電系統(“MEMS”)。例 如,MEMS目前被實作成可偵測飛機俯仰角(pitch angle ) 的迴轉儀(gyroscope),且被實作成可選擇性張開汽車中 之氣囊的加速度計。簡言之,此類MEMS裝置通常有懸掛 於基板上方的結構,且有相關電子裝置感測該懸掛結構的 移動且將感測到的移動資料傳送至一或更多外部裝置(例 如,外部電腦)。該外部裝置處理感測到的資料以計算被測 量的性質(例如,俯仰角或加速度)。 通常將該等相關的電子裝置、基板、以及可移動結構 形成於固定於一封裝内之一或更多晶粒上(本文簡稱為“晶 粒’’(die))。該封裝包含互連,其係可讓電子裝置傳送移動 資料至外部裝置。為了固定晶粒於封裝内部18,通常將晶 粒的底面黏合(例如,用黏著劑或焊料)至封裝的内表面。 因此,在此情況下,大體將晶粒底面的所有面積黏合於封 裝的内表面。 MEMS慣性感應器/晶粒對環境因素極敏感,例如晶粒 與其封裝有不同的材料膨脹性。具體言之,不同的膨脹性 係因形成晶片底面的材料與固定晶粒的封裝内表面兩者的 熱膨脹係數(“CTE”)未匹配。事實上,CTE未匹配可能 造成感應器傳送錯誤的運動測量值。例如,當實作成汽車 氣囊系統内的加速度计或自動循跡控制系統中之迴轉儀 時’CTE未匹配可能產生造成汽車異常操作的結果。因此, 此類錯誤的測量值可能導致駕駛人、乘客、或正在移動中 的汽車附近的他者(例如,其他汽車中的人們)身體受傷 或死亡。 為了減少這種問題’通常將MEMS慣性感應器固定於 陶瓷封裝内’而非在其他兩種習知、較便宜、廣泛使用的 封裝類型内;亦即,“轉移模製,,封裝與“預模製,,封裝。具 體言之,轉移模製封裝(transfer molded package)與預模 製封裝(premolded package)均有固定晶粒的銅導線架 (copper leadframe )。不過,銅與矽(即,形成晶粒的材料) 之間的CTE差異运大於陶瓷與石夕之間的cte差異。 此外,轉移模製與麵製的封裝通常也無法提供氣密 性(hennetidty )。目此,如果此類封装和某些廳⑽感應 器-起使㈣,需魏顿_確保水料會影 器 本身。 因者ϋ些及其他的原因,促使本技藝使用陶 MEMS慣性歧“非其他_贱。令人料意的是, 陶究封裝=常tb其他兩、貴。料,岐細刚感應 裝内需要較多的製程步驟(相較於其他習 1 ,因此更増加其製造成本。事實上, 使用陶韻裝的Μ麵感應器應用系統中,封裝成本= 過製造MEMS感應器本身的成本。 【發明内容】 根據本發明之-方面,將MEMS慣性感應器固定於一 預模製封裝内,該預模製封裝至少一部份由一水分滲透性 低的模製材料(molding materiai)形成。結果,該運動偵 測器的製造成本應能夠比使用陶瓷封裝的低。為達此等目 的,該封裝有:至少一牆(具有低水分滲透性),該至少一 牆係由導線架延伸以形成一空腔;以及一在該空腔内的隔 離器(有上表面)。該MEMS慣性感應器有一懸掛於基板 上方的可移動結構’該基板有一底面。將該基板底面^定 於該隔離器上表面而有一接觸面積。在示範具體實施例 中’該接觸面積小於基板底面的表面積。因此,該隔離器 在至少一部份基板底面與封裝之間形成一空間。因此,^ 空間沒有隔離器。此外,由於該封裝的水分滲透性低j故 可避免其他製造步驟同時綠保水分對空腔内的Mems 性感應器不會有不利的影響。 該牆可由任何水分滲透性低的材料形成,例如 只 合物。為確保氣密性,該運動偵測器也有一固定於之:聚 牆的水分滲透性低的蓋子) 一 可使用不同類型之隔離器。例如,隔離器可由導口 形成。附加或替換地,該隔離器有多個延伸自空腔:架 突出物。在一些具體實施例中,該隔離器係由水分滲 低的模製材料形成。在其他具體實施例中,該隔離器 1336511 部份由矽樹脂材料形成。這種柔軟可模製材料應可緩和應 力。在其他具體實施例中,該隔離器至少部份由一或更多 不同的可模製材料形成。 5 根據本發明另一方面’運動偵測器有一包含慣性感應 器晶片的預模製封裝β該封裝有一隔離器、一導線架、以 及至少一至少部份由導線架延伸以形成一空腔之牆。該空 腔包含隔離器且由至少一水分滲透性低的材料形成。將晶 的底面H定於該隔離器上表面而有—接觸面積,該接觸 0 面積小於晶粒的底面積。以類似於其他方面的方式,該隔 離器在至少一部份晶粒底面與封裝之間形成一空間。此空 間没有隔離器。 二 【實施方式】 5 由以下參考附圖的詳細說明可更加明白本發明的前试 内容及優點。 鲁 本發明示範具體實施例大幅減少與習知預模製封裝有 關的晶片應力(chip stress)使得彼等可用來封裝應力敏感 曰片因此,由於預模製封裝的成本較低(相較於陶^ 扣封,=此等具體實施例可顯著減少製造成本同時維持所欲 =效能。此外,示範具體實施例進一步使得預模製封I能 ,供氣密式密封的環境,從而能用於各種需要氣密性的^ 曰曰片°以下描述示範具體實施例的細節。 第1圖的部份剖開的等尺寸視圖係示意性圖示可實作 發明各種具體實施例的經封裝之微晶片1〇β在示範具體 -9· 實施例中,經封裝之微晶片10為實作為角速度感應器的 MEMS裝置。因此,為了圖解說明,本文各種具體實施例 均以MEMS角速度感應器說明。因此,在此通常將第1圖 至第4圖的MEMS裝置視為角速度感應器1〇或運動偵測 器。不過,應注意’以MEMS角速度感應器說明各種具體 實施例只是範例,故而不是要用來限定本發明所有的具體 實施例。因此,有些具體實施例可應用於其他類型的微晶 片裝置,例如積體電路。此外,可將本發明具體實施例應 用於其他類型的MEMS裝置,例如基於MEMS的光學開 關裝置與基於MEMS的加速度計。 第1圖角速度感應器10包含一習知預模製封裳12, 其係具有數面由一基部21延伸之牆13 ; —蓋子μ,其係 固定於該等牆13用以密封該封裝12;以及—習知角^度 感應器晶粒16 (本文稱作“晶粒16”,也稱作“微晶片,,), 其係固定於該氣密式密封的内部18 ^該晶粒16包含測量 對一給定軸的角運動的習知機械結構與電子震置(以^將 予以描述)。多個延伸自封裝Π的接脚(pin)\〇係與晶粒 16電氣性連接以使角速度感應器電子裝置與外部裝置(例 如,電腦)有電氣性通訊。 义 根據本發明示範具體實施例,將晶粒16黏合於一應力 ,少隔離器22 (圖示於第2圖至第4圖),其係由封裝内 部18的基部21向内延伸。圖示隔離器22有一上表面25, ί „晶片底面%的面積。因此’由於整個晶片底 福&於封裝12的面積較少,來自封裝12的應力應可 1336511 被最小化。此外,在示範具體實施例中,該封襄12係由一 水分渗透性低的可模製材料形成(即’能提供氣密^的 模製材料)。結合此等特性應使得預模製封裴12可用於二 ^氣密性的應力敏感晶粒^以下為各種具體實施例的^ Μ:離:22由使得封裝12的其餘部份與感應器晶粒 間的應力大幅進-步最小化的材料較佳。在 一具體實施例中,該隔_22係與組成 ^ ίο 模製材料整體形成。至於其他的方法,可== 的可 ,成形法或點/塗膠法(dispensing pro—形成^二 2°在另-個具體實施例中,該隔離器22可 2:的晶,Uie p_e) %部份形成。在另一具體=例 中,遠隔離器22可為不可模製材料( 八 15 成封裝;2其餘之大部份 风曰日η ιυ具體實施例。特別 示本發明第一具體實 ⑽疋m忍性圖 24 (未圖示於第^ 中—可模製材料與一導線架 " 圖)大體整體配對以形成提及之 模製材:水尤?,一與銅導線架24 == =1。尤其-,該可模製材料可包含提供氣密性的液
當封裝12符合習知的‘‘M 密性,,。具體言之,當封^人標準時被認為是有“氣 1_,標題L ^符/ iIL;STD嶋,方法 吁被⑽為疋有氣密性”,從而其全部 20 内谷併入本文作為參考資料。 如上述,該晶粒16包含可機械感測角旋轉的習知矽 MEMS結構28與伴隨之電子裝置。一絕緣層上覆矽 (siliCon-on_insulat〇r )晶圓上形成於圖系的結構28與電子 裝置30 (兩者均示意圖示於第2圖至第4圖),其係在一 對矽層之間有氧化物層。替換地,可用習知的表面沈積技 術或本技藝所習知的方法形成結構28與電子裝置3(^例 如,除了別的以外,該MEMS結構28巧"包含一或更多用 撓性構件(flexure )懸掛於一矽基板上方的振動塊體 (vibrating mass)。該結構28也可包含梳狀致動器(comb drive )與感測裝置以驅動該等振動塊贌及感測彼等之運 動。 因此’電子裝置30可包含,除了别的以外,一驅動及 感測電子裝置,其係耦合梳狀致動器與感測裝置以及訊號 傳輸電路。導線23係電氣性連接該捧隨之電子裝置30與 接脚20。示範MEMS慣性感應器/運動偵測器在美國專利 第5,939,633號與第6,505,511號中有更詳細的描述,專利 權人為位於美國Massachusetts州Norwood之Analog
Devices公司。這兩件專利的全部内容併入本文作為參考資 料。 在替代性具體實施例中,MEMS結構28與伴隨之電子 裝置30疋在不同的晶粒16上。例如,有MEMS結構28 的晶粒16可安裝至封裝12的第一隔離器22,而有伴隨之 電子裝置30的晶粒16可安裝至封裝12的第二隔離器22。 •12· 替換地,兩個晶粒16可安裝至同一隔離器22。在某些情 形中,該等晶粒16中之一個(例如,應力敏感晶粒16) 可安裝至一具有降低應力性能的的隔離器22,而另一晶粒 16 (例如,非應力敏感晶粒16)可直接安裝至封裝12 ° 晶粒16係微晶片/積體電路,對線性應力與扭轉應力 (torsional stress)均有敏感性。在此背景下,“敏感”一5司 通常意謂晶粒16上的結構28及/或電子裝置30的操作在 經受應力時會被連累。例如,如以上所建議的,作用於晶 粒16的應力可能造成懸掛塊體的撓曲構件有某程度的彎 曲或壓縮。結果,塊體無法以規定的速率及角度振動’從 而產生90度相位差問題(quadrature problem )。就另一實 例而言,可能使梳狀致動器不重合,或者是可能損壞電子 裝置30。任何這些不合意的示範問題可能使MEMS晶粒 16所產生的所得資料走樣。因此,基於這些理由,可稱該 晶粒16或其他微晶片為“應力敏感”。 為解決與應力有關的問題,如上述,例如,形成圖示 隔離器22使其上表面25的面積小於晶粒16底面。換言 之,隔離器22的上表面25與晶粒16底面接觸於一接觸面 積。此接觸面積小於晶片底面26面積。結果,隔離器22 在晶片底面26與封裝12的基部21之間形成一空間。小於 整個晶片底面26的接觸應可減少由封裝12傳輸至晶粒16 的應力(當相較於接觸整個晶片底面26的情形)。 儘管此具體實施例中的隔離器22圖示為延伸成高於 基部21的所有其他部份’在替代性具體實施例中,其上表 •13· 面25可齊平或低於基部21的某些其 形中,隔離器22的接觸面積仍小一於晶片底νί= ::點因此’圖―離器的上表面25不是封裴基部21的 為進-步使應力最小化,隔離器2 16的CTE更匹配的材料形成⑽交於形成: 大部份的模製材料的CTE,接觸曰成封们2其餘 比較接近晶…CTE接為觸= 離器I它的CTE可_基_ CTE二由3成該隔 決於基板類型而使用其他材料。 自然,可取 而不讀晶粒16與隔離器2 實施例中,封裝12至少由兩種材二在=具體 Π之大部份的第 ζ成’料,組成封裝 之其餘部份(即,上述稱作封裝12 材料。在示^伤),以及組成隔離器22的第二(可模製) 如果第二材LI實施例中’第二材料遠比第一材料柔軟。 對於第響晶片效能。為達此目的,選定第二材料(相 確保只有^ 形成隔離^接觸晶粒16的部份,以 了%、略的熱應力被傳輸到晶粒16»換+ ==得只有可忽略數量之應力由封以 (輕由隔離器22)。例如’第一材料可為液晶聚 1336511 合物,而第二材料,其係與晶粒16接觸,可為矽樹脂。可 忽略數量的應力對晶片效能的影響應可忽略。 對晶片效能的影響應可忽略的意思是晶粒16產生對 預期目的而言是滿意的訊號。例如,可忽略誤差可認為在 輸出結果可使用(對於預期目的)時已發生而無需額外的 修正電路以修正應力引起的誤差。如熟諳此藝者所習知 的,此類結果係取決於晶粒16的應用系統。J果晶粒^ ίο 為翻滾式角速度感應器’例如’如果晶片的結果是在大、 處於完全無應力情況下的結果的百分之15 ;則$視, =應力不:果在其他㈣統中’可忽略誤差二 應力敏感微晶片”。 W為用預棋製封裝之 15
在在第2时所示之具體實施例中,導線架 支撐基板的晶墊38。反而,可模製材料 /有供 第-與第jl材料兩者,此係取決於實 =或者是 16。不過,可能有用晶塾38支^Μ ^ 此等目的,第3圖示意性圖示本發明另— 為達 中隔離器22係由晶墊38形成。在 二實施例,其 隔離器22形成於晶塾38的上方 ' 产形^施例中’將 也可包含,除了別的以外,使晶粒16= 晶隔離心 電性質。此外,隔離器22也可包含導熱性、墊38的導 第2圖與第3圖隔離器22的上表面V大體為平坦的 •15· 20 5 10 長方形。不過,在其他具體實施例中’可形成隔離器22 為使表面接觸最小化的各種形狀。例如,在第4圖中之隔 離器22 ’其係由晶墊38形成’有被多個溝槽40阻斷的上 表面25。該等溝槽40有效形成多個由封裝12基部21延 伸的突出物。該等突出物上表面25的累計表面積仍應小於 曰曰粒底面26面積。替換地,蚀刻晶塾3 8以便以預定形狀 (例如十字形或長方形)形成有效的單一突出物。至於其 他的方法,可模製(例如,如果隔離器22為可模製材料) 或飯刻(例如,如果隔離器22為晶墊38的部份,例如如 第3圖與第4圖所示)此等形狀。 15
第5圖係圖示形成第1圖至第4圖所示封裝感應器1〇 的製程。此製程開始於步驟500,其中根據習知製程進行 習知製程圖樣化及其他方式於一銅片以形成導線架24。在 第3圖與第4圖所示之具體實施例中’蝕刻導線架24的晶 墊38以具有所欲之形狀/樣式。特別是’關於第3圖所示 之具體實施例’蝕刻晶墊38以便在其中央部份四周形成一 溝槽/空間40。此溝槽40有效減少固定於晶粒底面26的塾 表面表面積。以同樣方式’習知姓刻製程形成多個溝槽4〇 於第4圖具體實施例的晶墊38以有效形成提及之多個^出 物。 在大致形成導線架24之後,添加可模製材料 502)。在示範具體實施例中,該可模製材料為右八’^ 於導線架24的水分滲透性低的塑膠材料 为黏著 材料可為液晶聚合物。因此,用此—聚合物广該可模製 •16· 20 丄JJUJi i 應可提供氣密性。 由可=:==,習知注射成形_ 施例的方式,可模製隔離器22 乂:似於第3與4圖具體實 觸面積的所欲形狀。也如上述,^有效減少與晶粒16接 同日併^ 製該隔離1122。細節描述於已提及之 冋曰一併申請的專利申請案中。 10 封Λ可料固化之後,導線架24帶有-陣列之無頂 (:驟5(uC、土 °P 21中可固定〜晶粒16於該隔離器22 其他的方法,可用習知方法固定各晶粒 W,例如用黏著劑。 曰 15 二==:Γ;將1子14固定至各封裝 入於一翁6、甘Κ⑪中可將讀等封裝12與晶粒16插 固定其係魏體充滿㈣18。以致在氣室内時可 二最後,將導線架24與蓋子M>K步驟5〇8) 以衣成多個已予封裝的微晶片。 20 可大因旦了其他優點以外’切各種具體實施例使得 成本 ==的低成本優勢同時避心二= 此外’示範預模製封裝提供氣密環境,從而 使仔私製㈣内可使用加蓋與未加蓋晶粒16。 -17- 1336511 儘管上述說明揭示了本發明的各種示範具體實施例, 顯然對熟諳此藝者而言,仍可做成各種修改實現本發明之 某些優點而不脫離本發明的法定範疇。 5 【圖式簡單說明】 由以下參考附圖的詳細說明可更加明白本發明的前述 内容及優點。 Φ 第1圖示意性圖示根據本發明示範具體實施例製成的 經封裝之微晶片的剖視圖。 10 第2圖示意性圖示本發明一具體實施例之第1圖沿直 線A-A的橫截面圖。 第3圖示意性圖示本發明一具體實施例之第1圖沿直 線A_A的橫截面圖。 第4圖示意性圖示本發明一具體實施例之第1圖沿直 15 線A-A的橫截面圖。 I 第5圖圖示製造第1圖經封裝之微晶片的示範製程。 【主要元件符號說明】 10 經封裝之微晶片、角速度感應器 12 預模製封裝 13 牆 14 蓋子 16 晶粒 18 内部 1336511 20 接脚 21 基部 22 隔離器 23 導線 24 導線架 25 上表面 26 晶粒底面 28 MEMS結構 30 電子裝置 38 晶墊 40 溝槽
Claims (1)
1336511 十、申請專利範圍: 1. 一種運動偵測器,其係包含: 一預模製封裝,其係具有一導線架與至少一 延伸自該導線架以形成一空腔的牆,該至少一牆 5 具有低水分滲透性,該封裝更具有一有上表面之 φ 隔離器,該隔離器是在該空腔内;以及 一 MEMS慣性感應器,其係具有一懸掛於一 基板上方的可移動結構,該基板有一有底面面積 10 之底面,該基板底面係固定於該隔離器上表面而 有一接觸面積,該接觸面積小於該基板之底面面 2. 積,該隔離器在該基板底面之至少一部份與該封 裝之間形成一空間,該空間沒有該隔離器。 如申請專利範圍第1項之運動偵測器,其中該至 少一牆係由一液晶聚合物形成。 15 3. 如申請專利範圍第1項之運動偵測器,其係更包 • 4. 含一水分滲透性低的蓋子,該蓋子係固定至該至 少一牆以氣密性密封該空腔。 如申請專利範圍第1項之運動偵測器,其中該隔 20 5. 離器係由該導線架形成。 如申請專利範圍第1項之運動偵測器,其中該空 6. 腔包含一基部,該隔離器包含多個延伸自該空腔 之基部的突出物。 如申請專利範圍第1項之運動偵測器,其中該隔 離器係由一水分滲透性低的可模製材料形成。 •20· 1336511 7. 如申請專利範圍第1項之運動偵測器,其中該隔 離器至少部份由一矽樹脂材料形成。 8. 如申請專利範圍第1項之運動偵測器,其中該隔 離器至少部份由至少一可模製材料形成。 9. 一種運動偵測器,.其係包含:
10 一預模製封裝,其係具有一導線架與至少一 牆,該至少一牆係由該導線架延伸以至少部份形 成一空腔,該空腔係由至少一水分滲透性低的材 料形成,該封裝更具有一有一上表面的隔離器, 該隔離器是在該空腔内;以及 15
一慣性感應器晶片,其係具有一有底面面積 的底面,該晶片底面係固定於該隔離器上表面而 有一接觸面積,該接觸面積小於該晶片之底面面 積,該隔離器在該晶片底面之至少一部份與該封 裝之間形成一空間,該空間沒有該隔離器。 10. 如申請專利範圍第9項之運動偵測器,其中該至 少一牆係由一水分滲透性低的材料形成。 11. 如申請專利範圍第9項之運動偵測器,其中該至 少一牆係由一液晶聚合物形成。 20 12. 如申請專利範圍第9項之運動偵測器,其係更包 含一水分滲透性低的蓋子,該蓋子係固定至該至 少一牆以氣密性密封該空腔。 13. 如申請專利範圍第9項之運動偵測器,其中該隔 離器係由該導線架形成。 -21 · 1336511 14. 如申請專利範圍第9項之運動偵測器,其中該空 腔包含一基部,該隔離器包含多個延伸自該空腔 之基部的突出物。 15. 如申請專利範圍第9項之運動偵測器,其中該隔 5 離器至少部份由一矽樹脂材料形成。 16. 如申請專利範圍第9項之運動偵測器,其中該隔 離器至少部份由至少一可模製材料形成。 φ 17. —種經封裝之微晶片,其係包含: 一預模製封裝,其係具有一導線架與至少一 ίο 牆,該至少一牆係由該導線架延伸以形成一空 腔,該至少一牆有低水分滲透性,該封裝更具有 一有上表面的隔離器,該隔離器是在該空腔内; 以及 一微晶片,其係具有一有底面面積的底面, 15 該底面係固定於該隔離器上表面而有一接觸面 積,該接觸面積小於該微晶片之底面面積,該隔 I 離器在該微晶片之至少一部份與該封裝之間形成 一空間,該空間沒有該隔離器。 .18.如申請專利範圍第17項之經封裝之微晶片,其中 20 該至少一牆係由一液晶聚合物形成。 19. 如申請專利範圍第17項之經封裝之微晶片,其係 更包含一水分滲透性低的蓋子,該蓋子係固定至 該至少一牆以氣密性密封該空腔。 20. 如申請專利範圍第17項之經封裝之微晶片,其中 -22· 1336511
該隔離器係由該導線架與一矽樹脂材料中之至少 一種形成。 21.如申請專利範圍第π項之經封裝之微晶片,其中 該隔離器至少部份由至少一可模製材料形成。 •23·
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