TWI398401B - 微機電裝置之覆蓋構件及其製法、及由其所製成的微機電裝置封裝件 - Google Patents

Description

微機電裝置之覆蓋構件及其製法、及由其所製成的微機電裝置封裝件

本發明係有關於一種覆蓋構件，尤指一種提升遮蔽功能之微機電裝置所用之具有金屬化凹部之覆蓋構件及其製法與由其所製成的微機電裝置封裝件。

目前微機電(micro-electro-mechanical system,MEMS)裝置例如擴音器(microphone)廣泛地使用在行動通訊設備、音訊裝置等；為達微小化之目的，可將該擴音器之尺寸縮小，以製成用於助聽單元(hearing aid unit)之電容式擴音器(Condenser microphone)，但該電容式擴音器卻難以避免外界干擾例如傳訊器(transducer)之內部元件，而該傳訊器不僅零件容易受損，且其傳遞訊號容易受環境影響；因此，習知電容式擴音器不僅聲壓需配合功能之需求，且需具備遮蔽內部元件之功能，以避免光及電磁之干涉；一般常見的電容式擴音器可參閱第1圖。

如第1圖所示，習知電容式擴音器係包括：第一基板10、以導電黏著層13結合於該第一基板10上之導電板體11、及以另一導電黏著層13’結合於該導電板體11上之第二基板12；該第一及第二基板10,12係由模片100及背板101所構成，且該第一基板10上設有聽孔102、半導體晶片14及位於聽孔102上之傳訊器15；該導電板體11形成有穿孔110，以形成具有不同聲壓之空間，且對應容設該半導體晶片14及傳訊器15。

習知電容式擴音器藉由第一基板10、導電板體11、及第二基板12構成保護空間，以使該半導體晶片14及傳訊器15與外界隔絕，而達到遮蔽之效果。然，該導電黏著層13與該導電板體11之材質並不相同，將使該電容式擴音器之側面之遮蔽功效不佳。

因此，如何避免且克服習知技術中之問題，實已成目前亟欲解決的課題。

鑒於上述習知技術之缺失，本發明之主要目的係提供一種提升遮蔽功能之微機電裝置之覆蓋構件及其製法、及由其所製成的微機電裝置封裝件。

為達上述及其他目的，本發明揭露一種微機電裝置之覆蓋構件，係包括：第一板體，係具有相對之第一及第二表面，且該第一表面設有第一金屬層，並具有貫穿該第一板體及第一金屬層及該第一金屬層之開口；第二板體，具有相對之第三及第四表面；黏著層，係夾設於該第一板體之第二表面與該第二板體之第三表面之間，以結合該第一板體與第二板體，並使該第二板體之第三表面封住該開口之一端，以形成凹部；以及第一導體層，係覆設於該開口的側壁面及露出於該開口一端的第三表面上。

本發明復揭露一種微機電裝置之覆蓋構件之製法，係包括：提供一具有相對之第一及第二表面之第一板體，且該第一表面上設有初始金屬層；於該第一板體之初始金屬層及第二表面上粗糙化，令該初始金屬層形成第一金屬層；於該第一板體之第二表面上形成黏著層；於該第一金屬層、第一板體及黏著層形成貫穿之開口；提供一具有相對之第三及第四表面之第二板體，將該第二板體之第三表面結合至該黏著層上，而覆蓋該開口以形成凹部，使該凹部具有底表面及相鄰之側表面；以及於該第一金屬層、凹部之底表面及側表面上形成第一導體層。

由上可知，本發明藉由該第一板體形成凹部之側表面，使該凹部之兩側表面之材質一致，以提升該第一板體之內側壁遮蔽功效，相較於習知技術中所使用之不同材質側表面，俾本發明可達到提升遮蔽功能之目的。

以下藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點及功效。

請參閱第2A至2L圖，係為一種微機電裝置之覆蓋構件之製法。如第2A圖所示，提供一具有相對之第一及第二表面20a,20b之第一板體20，且該第一及第二表面20a,20b上設有初始金屬層211。然，該初始金屬層211係選擇性地形成於該第一板體20的第二表面20b上。

如第2B圖所示，藉由蝕刻製程，於該第一及第二表面20a,20b上之初始金屬層211進行粗糙化及薄化，令該第一表面20a之初始金屬層211形成第一金屬層21a，而該第二表面20b之初始金屬層211形成供作為另一金屬層之第二金屬層21b。

如第2C、2D圖所示，於該第二金屬層21b上形成係為非導體層之黏著層22，如第2C圖所示；再於該第一金屬層21a、第一板體20及黏著層22形成貫穿之開口200，如第2D圖所示。

如第2E圖所示，提供一具有相對之第三及第四表面23a,23b之第二板體23，該第二板體23之第三及第四表面23a,23b上選擇性地分別具有第三及第四金屬層24a,24b，且該第三金屬層24a係作為中間金屬層(intermediate metal layer)並結合至該黏著層22上，以藉由該第二板體23覆蓋該開口200之一側，令該開口200形成凹部201，使該凹部201係具有底表面201a及相鄰之兩側表面201b。該第一板體20及該第二板體23係由相同的材料所製成，例如，BT(Bismaleimide-triazine)核心材料或塑膠。如第2F圖所示，於該凹部201中之底表面201a的第一金屬層24a及側表面201b上藉由電鍍製程或濺鍍製程形成第一導體層25a，且於該第四金屬層24b上形成第二導體層25b，該第一導體層25a之厚度較佳為10微米(μm)以上；另外，於形成係為銅之第一及第二導體層25a,25b之前，可先形成晶種層(seed layer)(未圖示)，該晶種層主要作為電鍍金屬所需之電流傳導路徑，其可由金屬、合金、沉積數層金屬層所構成。

如第2G、2H圖所示，於該第一導體層25a上形成阻層26，如第2G圖所示；再移除該第二導體層25b及第四金屬層24b，如第2H圖所示。

如第2I、2J圖所示，移除該阻層26，如第2I圖所示；再於該第一導體層25a上形成表面處理層27，且該表面處理層27之材料係為鎳、鈀、金、錫、不鏽鋼所組群組之其中一者，如第2J圖所示。

本發明藉由結合兩片相同材料的板體，即該第一板體20及該第二板體23，以形成該凹部201，且亦使用相同材質(如第一導體層25a)覆蓋於凹部201內，以提升該第一板體20之內側壁之遮蔽功效。

如第2K圖所示，於該第二板體23、第三金屬層24a、該凹部201之底表面201a、第一導體層25a及表面處理層27形成貫穿之孔洞230。因此，可得到用於微機電裝置之覆蓋構件50，其包含該第一板體20、該第二板體23、該黏著層22、及該第一導體層25a。該第二板體23選擇性地具有設於其上之第三金屬層24a。該黏著層22係設於該第二金屬層21b上，以結合至該第二板體23上之第三金屬層24a上、或直接結合至未有該第三金屬層24a之第二板體23上。

如第2L圖所示，於後續製程中，將本發明應用於一例如為電路板之承載板28上以形成一封裝件60。該封裝件60容置設於該承載板28上之例如為MEMS晶片29a或ASIC(Application Specific Integrated Circuit,特殊用途積體電路)晶片29b之半導體元件29，藉以形成微機電裝置，例如，聲音換能器70、麥克風、壓力感測器、或通量感測器。且該第一板體20之第一表面20a之第一導體層25a藉由導電結合層30結合至該承載板28上，以達成接地並確保遮蔽電磁干擾(Electromagnetic Interference,EMI)，而該凹部201對應容納該半導體元件29；另外，該承載板28亦具有對應該孔洞230之穿孔，以傳達訊號。

在作為麥克風之實施例中，孔洞230形成聲音埠(acoustic port)，以使音波得以進入。在其他實施例中，孔洞230形成埠，以令壓力波或其他可量測之量化體進入。

該第一及第二板體20、23皆使用BT核心材料，令該製作方法類似於製造球柵陣(Ball Grid Array,BGA)基板的方法，此可藉由使用已具備的技術及設備，而容易、可靠並便宜地製造該等部件，也可採用大量生產技術，以進一步降低成本。此外，較容易採用對不同內部及外部尺寸的設計，而不會在供應側及封裝階段花費過多的工具成本。尤其是，有可能依據半導體元件29的矽特性而具有不同的凹部尺寸，以正確結合完美的頻率響應及訊噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)。

第3圖顯示在該封裝件60中形成微機電擴音器之聲音換能器70。

該聲音換能器70包含該MEMS晶片29a及該ASIC晶片29b。該MEMS晶片29a基本上係由響應於聲音刺激(acoustic stimuli)的微機電感測器所組成，該ASIC晶片29b係裝配來對該MEMS晶片29a施加正確偏壓，用以處理所產生的電容性變異訊號，並於該聲音換能器70之輸出OUT上提供數位訊號，該數位訊號可接著被相關電子裝置的微控制器處理。

該ASIC晶片29b包含：類比式前置放大器電路71，係設計用來與MEMS晶片29a直接介接，並具有前放大功能，該前放大功能用來放大(及適當地過濾)該MEMS晶片29a所產生的電容性變異訊號；充電泵73，係能產生適當的電壓，用來施加偏壓於該MEMS晶片29a；類比數位轉換器74，例如三角積分式(sigma-delta type)，係組構用來接收時脈訊號(clock signal)CK及該前置放大器電路71所放大的差分訊號，並將該差分訊號轉換成數位訊號；參考訊號產生器電路75，係連接至該類比數位轉換器74，並且係設計用來供應該類比數位轉換所需之參考訊號；以及驅動器76，係設計用來成為該類比數位轉換器74及外部系統之間的介面，該外部系統例如為相關電子裝置之微控制器。

此外，該聲音換能器70可包含揮發式或非揮發式記憶體78，例如可外部程式化，以依據不同的組態，例如增益組態，而致能該聲音換能器70之使用。

該聲音換能器70可使用於電子裝置80中，如第4圖所顯示。該電子裝置80例如是一種行動通訊可攜式裝置，例如行動電話、個人數位助理(PDA)、筆記型電腦，但也可是聲音記錄器、具有聲音記錄能力之音訊檔案讀取器等。或者，該電子裝置80可為一種可操作於水下之水中感音器(hydrophone)、或一種助聽裝置。

該電子裝置80包含微處理器81及連接至該微處理器81之輸入/輸出介面83，該輸入/輸出介面83例如設有鍵盤及顯示器。該聲音換能器70經由訊號處理之方塊85(其可對該聲音換能器70所輸出的數位訊號實現進一步的處理操作)而與該微處理器81通訊。此外，該電子裝置80可包含揚聲器(loudspeaker)86及內部記憶體87，該揚聲器86係用來於音訊輸出(未顯示)上產生聲音。

上述實施例係用以例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修改。因此本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

10．．．第一基板

100．．．模片

101．．．背板

102．．．聽孔

11．．．導電板體

110．．．穿孔

12．．．第二基板

13、13’．．．導電黏著層

14．．．半導體晶片

15．．．傳訊器

20．．．第一板體

20a．．．第一表面

20b．．．第二表面

200．．．開口

201．．．凹部

201a．．．底表面

201b．．．側表面

21a．．．第一金屬層

21b．．．第二金屬層

211．．．初始金屬層

22．．．黏著層

23．．．第二板體

23a．．．第三表面

23b．．．第四表面

230．．．孔洞

24a．．．第三金屬層

24b．．．第四金屬層

25a．．．第一導體層

25b．．．第二導體層

26．．．阻層

27．．．表面處理層

28．．．承載板

29．．．半導體元件

29a．．．MEMS晶片

29b．．．ASIC晶片

30．．．導電結合層

50．．．覆蓋構件

60．．．封裝件

70．．．聲音換能器

71．．．前置放大器電路

73．．．充電泵

74．．．類比數位轉換器

75．．．參考訊號產生器電路

76．．．驅動器

78、87．．．記憶體

80．．．電子裝置

81．．．微處理器

83．．．輸入/輸出介面

85．．．訊號處理之方塊

86．．．揚聲器

CK．．．時脈訊號

第1圖係為習知電容式擴音器之剖視示意圖；

第2A至2L圖係為本發明微機電裝置所用之覆蓋構件之製法之剖視示意圖；

第3圖顯示由第2L圖所得到之電容性聲音換能器之簡化方塊圖；以及

第4圖顯示包含聲音換能器之電子裝置之簡化方塊圖。

20．．．第一板體

20a．．．第一表面

20b．．．第二表面

200．．．開口

201．．．凹部

201a．．．底表面

201b．．．側表面

21a．．．第一金屬層

21b．．．第二金屬層

22．．．黏著層

23．．．第二板體

23a．．．第三表面

23b．．．第四表面

24a．．．第三金屬層

25a．．．第一導體層

Claims (7)

1. 一種微機電裝置之覆蓋構件之製法，係包括：提供一具有相對之第一及第二表面之第一板體，該第一板體包含在該第一板體之第一及第二表面形成初始金屬層，再粗糙化該初始金屬層以在該第一表面上形成第一金屬層，在該第二表面上形成第二金屬層；於該第一板體之第二表面上形成黏著層，該黏著層係形成在該第二金屬層上；於該第一金屬層、第一板體、第二金屬層及黏著層形成貫穿之開口；提供一具有相對之第三及第四表面之第二板體，將該第二板體之第三表面結合至該黏著層上，以而覆蓋該開口以形成凹部，使該凹部具有底表面及相鄰之側表面；於該第一金屬層、凹部之底表面及側表面上形成第一導體層。
2. 如申請專利範圍第1項之微機電裝置之覆蓋構件之製法，其中，粗糙化包含蝕刻製程以薄化該初始金屬層。
3. 如申請專利範圍第1項之微機電裝置之覆蓋構件之製法，其中，該第二板體之第三及第四表面上分別具有第三金屬層及第四金屬層，且該第三金屬層結合至該黏著層上。
4. 如申請專利範圍第3項之微機電裝置之覆蓋構件之製法，復包括於形成該第一導體層時在該第四金屬層上形 成第二導體層；以及移除該第二導體層及第四金屬層。
5. 如申請專利範圍第1項之微機電裝置之覆蓋構件之製法，復包括貫穿該第二板體、該凹部之底表面及該第一導體層，以形成孔洞。
6. 如申請專利範圍第1項之微機電裝置之覆蓋構件之製法，復包括於該第一導體層上形成表面處理層。
7. 如申請專利範圍第6項之微機電裝置之覆蓋構件之製法，其中，形成該表面處理層之材料係為鎳、鈀、金、錫、不鏽鋼、及其組合所組群組之其中一者。