TWI735843B - 微機電系統麥克風封裝 - Google Patents

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Abstract

一種微機電系統（MEMS）麥克風封裝結構，包括封裝基底和設置在封裝基底上的積體電路。除此之外，MEMS麥克風設置在封裝基底上，其中MEMS麥克風電性連接積體電路。導電黏著層設置在封裝基底上，圍繞積體電路和MEMS麥克風。帽蓋結構的底部黏著於導電黏著層。底部填充劑層設置在封裝基底上，覆蓋導電黏著層的外側。

Description

微機電系統麥克風封裝
本發明是關於微機電系統（Micro Electro Mechanical System，MEMS）麥克風封裝技術。
麥克風是基於半導體製造技術設計的，以便大大減小尺寸。MEMS麥克風是用於電子設備的一種普通元件，用於感應聲音信號，例如像是通信語音。
MEMS麥克風在晶圓上製造並切割成多個晶粒後，單個晶粒中的MEMS麥克風通過封裝製程連接到積體電路，例如像特殊應用積體電路（application-specific integrated circuit，ASIC）。
為了對連接到ASIC的麥克風進行適當的保護，在封裝製造過程中通常使用金屬帽蓋來覆蓋MEMS麥克風。以往，金屬帽蓋透過氮化鈦錫膏設置在封裝基底上，以便接地金屬帽蓋。
由於氮化鈦錫膏會在高溫度下飛濺，濺起的氮化鈦錫膏可能會污染ASIC和/或MEMS麥克風。MEMS麥克風封裝可能會產生缺陷，導致效能降低。
本發明提供一種麥克風封裝，其中金屬帽蓋設置在封裝基底上方以避免在MEMS麥克風和/或ASIC造成污染。
本發明提供一種MEMS麥克風封裝結構，包括封裝基底和設置在封裝基底上的積體電路。除此之外，MEMS麥克風設置在封裝基底上，其中MEMS麥克風電性連接積體電路。導電黏著層設置在封裝基底上，圍繞積體電路和MEMS麥克風。帽蓋結構的底部黏著於導電黏著層。底部填充劑層設置在封裝基底上，覆蓋導電黏著層的外側。
本發明提供一種MEMS麥克風封裝結構，包括封裝基底和設置在封裝基底上的積體電路。除此之外，MEMS麥克風設置在封裝基底上，其中MEMS麥克風電性連接積體電路。多個導電黏著層是分佈於封裝基底上，圍繞積體電路和MEMS麥克風。帽蓋結構的底部黏著於多個導電黏著層。底部填充劑層設置在封裝基底上，圍繞積體電路和MEMS麥克風，其中多個導電黏著層的每個側壁以及帽蓋結構與封裝基底之間的間隙均由底部填充劑層密封。
一種MEMS麥克風封裝結構，包括封裝基底和設置在封裝基底上的積體電路。除此之外，MEMS麥克風設置在封裝基底上，其中MEMS麥克風電性連接積體電路。導電黏著層設置在封裝基底上，圍繞積體電路和MEMS麥克風。設置在封裝基底上的帽蓋結構包括頂板、壁、底水平部以及覆蓋部。壁的腳位於封裝基底上並且圍繞積體電路和MEMS麥克風，其中頂板垂直設置在壁上。底水平部垂直設置在壁和導電黏著層之間的封裝基底上。覆蓋部設置在導電黏著層上並接合於底水平部。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
本發明是關於MEMS麥克風封裝，其中濺錫效應可有效地降低。
提供各種實施例以說明本發明，然而，本發明不僅限於這些實施例。除此之外，所提供的各種實施例也可以互相結合以作為其他實施例。
圖1是根據本發明一實施例繪示具濺錫效應的MEMS麥克風封裝的橫截面結構的示意圖。請參照圖1，本發明至少研究過MEMS麥克風封裝，並發現了濺錫效應。濺錫效應的發生過程如下。
在製造了MEMS麥克風104和積體電路106之後，它們兩者一起封裝在封裝基底100上，例如像印刷電路板（printed circuit board，PCB）基底。封裝基底100具有含連接墊102的電路路線，用以電性連接於MEMS麥克風104和積體電路106之間。然而，本發明並不以此為限。在另一個實施例中，也可使用眾所周知的接合線。
積體電路可舉例來說是ASIC晶粒。MEMS麥克風104的基本結構包括具反應室104e的半導體基底104a。介電層104b用於支撐設置在半導體基底104a的內部結構。背板104c由介電層104b支撐，其中背板104c具有通風孔，用於從帽蓋結構110的聲孔112接收聲音。由介電層104b所支撐的光圈104d振動，以響應由聲音信號引起的空氣振動。偵測背板104c和光圈104d之間的電容變動並以電性信號的形式轉換成語音頻率。
基於保護目的，帽蓋結構110通常是金屬帽蓋，覆蓋MEMS麥克風104和積體電路106。帽蓋結構110例如像是金屬帽蓋，也可以接地以進一步遮蔽雜訊，其中帽蓋結構110透過錫膏層108連接到封裝基底100，錫膏層108通常為氮化鈦錫膏。
如本發明所述，當錫膏層108熔化以將金屬帽蓋結構110黏著到封裝基底100時，錫膏的材料可能在高工作溫度下飛濺。濺起的錫膏可能進入MEMS麥克風104和/或積體電路106，對元件造成污染。MEMS麥克風封裝的效能可能會降低甚至毀壞。
圖2是根據本發明一實施例繪示具濺錫效應的MEMS麥克風封裝的橫截面結構的示意圖。MEMS麥克風封裝不僅限於圖1中的結構。請參照圖2，這是一個不同結構的MEMS麥克風封裝的例子，聲孔124可形成在封裝基底100中。再者，在這個例子中的帽蓋結構可由多個部分包括錫膏層108、壁120、另一個錫膏層108和頂板122形成，它們堆疊以形成帽蓋結構。然而，在這種MEMS麥克風封裝中，濺錫效應仍然會發生。
為了減少或消除濺錫效應，本發明進一步提出了其他MEMS麥克風封裝。相對於圖1中的結構的一實施例中，圖3是根據本發明一實施例繪示不具濺錫效應的MEMS麥克風封裝的橫截面結構的示意圖。
請依據圖1中的結構參照圖3，本發明使用導電黏著層208，例如像是導電環氧樹脂層，來取代圖1中的錫膏層108。導電黏著層208不造成濺錫效應。然而，固化製程（curing process）後的導電黏著層208可能具有一些存在於導電黏著層208的裂縫。本發明使用底部填充劑層200以覆蓋導電黏著層208的外側。底部填充劑層200可進入裂縫且填充裂縫。
圖4是根據本發明一實施例繪示不具濺錫效應的MEMS麥克風封裝的橫截面結構的示意圖。請參照圖4，依據圖2中的MEMS麥克風封裝結構，導電黏著層208用以取代錫膏層108，且底部填充劑層200也覆蓋導電黏著層208，其中底部填充劑層200的一小部分可進入並填充於固化製程後可能出現於導電黏著層208裂縫。因此，於此實施例中，濺錫效應可有效地被消除。
封裝MEMS麥克風的封裝方法如圖3及圖4所示。圖5A～5F是根據本發明一實施例繪示MEMS麥克風封裝製造流程的橫截面結構的示意圖。
請參照圖5A，提供封裝基底100，例如像是PCB基底。連接墊102成形於封裝基底100中。請參照圖5B，積體電路106和MEMS麥克風104經由黏合材料105設置在封裝基底100上。積體電路106和MEMS麥克風104經由電路路線於封裝基底100中連接或經由傳統接合線（未示出）連接。本發明不限於此實施例。
請參照圖5C，導電黏著層208，例如像是導電環氧樹脂材料，設置在封裝基底的連接墊102上。於一實施例中，導電黏著層208圍繞MEMS麥克風104和積體電路106。
請參照圖5D，帽蓋結構110設置在導電黏著層208上。換句話說，帽蓋結構110藉由導電黏著層208設置在封裝基底100上方，導電黏著層208設置在連接墊102上，圍繞MEMS麥克風104和積體電路106。於一實施例中，帽蓋結構110是金屬帽蓋，其可具有聲孔。於此階段，固化製程，例如像是烘烤製程（baking process），於導電黏著層208上進行，以便固化導電黏著層208。
請參照圖5E，從注入設備202注入底部填充劑層材料至導電黏著層208的外側及帽蓋結構110的底部。因此，底部填充劑層200成形於封裝基底100上以覆蓋導電黏著層208，其中底部填充劑層材料於液態的部分可進入並填充於固化製程後可能出現於導電黏著層208的裂縫。
請參照圖5F，沿著保留在封裝基底100上的切割道進行切割製程210，以便有多個MEMS麥克風封裝。
如於MEMS麥克風封裝中所觀察到的，可以有效地消除濺錫效應。
為了製造如圖4所示的MEMS麥克風封裝，提供其他實施例。圖6A～6F是根據本發明一實施例繪示MEMS麥克風封裝製造流程的橫截面結構的示意圖。
請參照圖6A，提供封裝基底100。於此實施例中，聲孔124成形於封裝基底100中。請參照圖6B，壁120設置在導電黏著層208上，圍繞積體電路106和MEMS麥克風104。請參照圖6C，頂導電黏著層208成形於壁120的頂部。頂板122設置在頂導電黏著層208上。
請參照圖6D，兩個導電黏著層208和壁120的一部分被移除以暴露封裝基底100並產生間隙於兩個鄰近的MEMS麥克風封裝之間。請參照圖6E，於固化製程後，在導電黏著層208上，注入底部填充劑層200以填充兩個鄰近的MEMS麥克風封裝之間的間隙。底部填充劑層200覆蓋兩個導電黏著層208並填充接縫，接縫可能存在於導電黏著層208中。
請參照圖6F，在保留於封裝基底100上的切割道進行切割來分割MEMS麥克風封裝。
圖7是根據本發明一實施例繪示導電環氧樹脂層及底部填充劑層的關係的上視示意圖。請參照圖7，導電黏著層208與底部填充劑層200之間的相對位置是根據圖3中MEMS麥克風封裝的頂部看，底部填充劑層200是在封裝基底100及導電黏著層208的外側之間，而帽蓋結構110（圖7未示出）設置在導電黏著層208上。於一實施例中，導電黏著層208圍繞MEMS麥克風104和積體電路106。
圖8是根據本發明一實施例繪示導電環氧樹脂層及底部填充劑層的關係的上視示意圖。圖9是根據本發明一實施例繪示於圖8中沿著MEMS麥克風封裝的切線I-I的橫截面結構的示意圖。圖10是根據本發明一實施例繪示於圖8中沿著MEMS麥克風封裝的切線II-II的橫截面結構的示意圖。
請根據圖9或圖10參照圖8，多個導電黏著層208分佈於封裝基底100上，圍繞MEMS麥克風104和積體電路106。
於一實施例中，導電黏著層208可以是一個錫膏層，但本發明並不以此為限。於一實施例中，導電黏著層208不連續地圍繞MEMS麥克風104和積體電路106。以這種方式，在如圖8所示的導電黏著層208之間存在間隙。
於此實施例中，當帽蓋結構110設置在導電黏著層208上，如圖9所示切線I-I處，帽蓋結構110與封裝基底100之間存在間隙，但導電黏著層208設置了間隙，其為導電黏著分隔區的形式。進一步如圖10所示沿著切線II-II。在帽蓋結構110和封裝基底100之間還存在間隙，但在底部填充劑層200形成之前維持可用空間。可用空間中的間隙允許底部填充劑層材料注入並延伸到內側區域。因此，底部填充劑層200覆蓋導電黏著層208的外側和內側。如前所述，於一實施例中，導電黏著層208可以是錫膏，但本發明並不以此為限。
為了製造圖8～10中的MEMS麥克風封裝，改良封裝製程。圖11A～11F根據本發明一實施例繪示MEMS麥克風封裝製造流程的上視結構的示意圖。
請參照圖11A，提供封裝基底100。對於切割製程（singulation process），封裝基底100上保留有切割道150。於一實施例中，分佈於封裝基底100上的多個連接墊102圍繞保留區域。於一實施例中，多個連接墊102不是連續的。
請參照圖11B，MEMS麥克風104和積體電路106是設置在封裝基底100上的保留區域中，並且由連接墊102不連續地圍繞。
請參照圖11C，多個導電黏著層208，例如像是一種錫膏，設置在多個連接墊102上，其中導電黏著層208成形為不連續分佈的導電黏著分隔區。請參照圖11D，帽蓋結構110，例如像是金屬帽蓋，以錫膏透過回焊製程（reflow process）設置在多個導電黏著層208上。
請參照圖11E，將底部填充劑材料注入封裝基底100以形成底部填充劑層200。由於在帽蓋結構110與封裝基底100之間存在間隙，底部填充劑層200的底部填充劑材料可流過間隙並覆蓋導電黏層208的內側。請參照圖11F，沿著切割道150切割封裝基底100（如圖11A所示），以便有多個MEMS麥克風封裝。
在其他實施例中，在使用傳統錫膏的同時可減少濺錫效應。圖12是根據本發明一實施例繪示不具濺錫效應的MEMS麥克風封裝的橫截面結構的示意圖。
請根據圖1中的結構參照圖12，建議帽蓋結構220像區域220a一般地修改。傳統錫膏可用以形成錫膏層108。這裡僅描述帽蓋結構220的細節，不再重複其他部分的細節。
帽蓋結構220，例如像是金屬帽蓋，設置在封裝基底100上。一般來說，帽蓋結構220包括頂板、壁、底水平部以及覆蓋部。壁的腳位於封裝基底100上並且圍繞積體電路106及MEMS麥克風104，其中頂板垂直設置在壁上；底水平部設置在壁的腳和錫膏層108之間的封裝基底100上；覆蓋部設置在錫膏層108上並連接至底水平部。如上所述，以錫膏層108作為實施例進行說明。於另一實施例中，一般來說，錫膏層108也可以是導電黏著層。
類似於區域220a剖視圖這樣的結構，在步驟中可隔離錫膏層108。於回焊製程的溫度下的錫膏層108將不濺潑至積體電路106及/或MEMS麥克風104。
關於封裝方法，圖13A～13E是根據本發明一實施例繪示MEMS麥克風封裝製造流程的橫截面結構的示意圖。
請參照圖13A，提供具有連接墊102A的封裝基底100。請參照圖13B，積體電路106及MEMS麥克風104經由黏合材料105設置在封裝基底100上。積體電路106和MEMS麥克風104經由電路路線於封裝基底100中連接或經由傳統的接合線（圖未示出）連接。然而，本發明並不以此為限。
請參照圖13C，錫膏層108，例如像是氮化鈦錫膏，設置在封裝基底100的連接墊102上。於一實施例中，錫膏層108圍繞MEMS麥克風104和積體電路106。
請參照圖13D，帽蓋結構110設置在錫膏層108上。換句話說，帽蓋結構110經由錫膏層108設置在封裝基底100上方，其設置在連接墊102上，圍繞MEMS麥克風104和積體電路106。於一實施例中，帽蓋結構220是金屬帽蓋，其可具有聲孔。於此階段，於錫膏層108上進行固化製程，例如像是烘烤製程，以便固化錫膏層108。
顯然地，帽蓋結構220具有如上所述結構的底區域220a，以便隔離錫膏層108。在這樣的環境下，濺錫效應將不會出現於MEMS麥克風104和積體電路106。
請參照圖13E，封裝基底100可以透過切割製程210沿著切割道切割以具有多個MEMS麥克風封裝。
本發明至少研究過MEMS麥克風封裝，並發現了濺錫效應，將不出現於MEMS麥克風104和/或積體電路106。本發明提供多個實施例，其濺錫效應可有效地被降低或甚至被消除。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧封裝基底 102‧‧‧連接墊 104‧‧‧MEMS麥克風 104a‧‧‧半導體基底 104b‧‧‧介電層 104c‧‧‧背板 104d‧‧‧光圈 104e‧‧‧反應室 105‧‧‧黏合材料 106‧‧‧積體電路 108‧‧‧錫膏層 110、220‧‧‧帽蓋結構 112、124‧‧‧聲孔 120‧‧‧壁 122‧‧‧頂板 150‧‧‧切割道 200‧‧‧底部填充劑層 202‧‧‧注入設備 208‧‧‧導電黏著層 210‧‧‧切割製程 220a‧‧‧區域 I-I、II-II‧‧‧切線
圖1是根據本發明一實施例繪示具濺錫效應的MEMS麥克風封裝的橫截面結構的示意圖。 圖2是根據本發明一實施例繪示具濺錫效應的MEMS麥克風封裝的橫截面結構的示意圖。 圖3是根據本發明一實施例繪示不具濺錫效應的MEMS麥克風封裝的橫截面結構的示意圖。 圖4是根據本發明一實施例繪示不具濺錫效應的MEMS麥克風封裝的橫截面結構的示意圖。 圖5A～5F是根據本發明一實施例繪示MEMS麥克風封裝製造流程的橫截面結構的示意圖。 圖6A～6F是根據本發明一實施例繪示MEMS麥克風封裝製造流程的橫截面結構的示意圖。 圖7是根據本發明一實施例繪示導電環氧樹脂層及底部填充劑層的關係的上視示意圖。 圖8是根據本發明一實施例繪示導電環氧樹脂層及底部填充劑層的關係的上視示意圖。 圖9是根據本發明一實施例繪示於圖8中沿著MEMS麥克風封裝的切線I-I的橫截面結構的示意圖。 圖10是根據本發明一實施例繪示於圖8中沿著MEMS麥克風封裝的切線II-II的橫截面結構的示意圖。 圖11A～11F根據本發明一實施例繪示MEMS麥克風封裝製造流程的上視結構的示意圖。 圖12是根據本發明一實施例繪示不具濺錫效應的MEMS麥克風封裝的橫截面結構的示意圖。 圖13A～13E是根據本發明一實施例繪示MEMS麥克風封裝製造流程的橫截面結構的示意圖。
100‧‧‧封裝基底
102‧‧‧連接墊
104‧‧‧MEMS麥克風
104a‧‧‧半導體基底
104b‧‧‧介電層
104c‧‧‧背板
104d‧‧‧光圈
104e‧‧‧反應室
106‧‧‧積體電路
110‧‧‧帽蓋結構
112‧‧‧聲孔
200‧‧‧底部填充劑層
208‧‧‧導電黏著層

Claims (20)

  1. 一種微機電系統(MEMS)麥克風封裝結構，包括：封裝基底；積體電路，設置在所述封裝基底上；MEMS麥克風，設置在所述封裝基底上，其中所述MEMS麥克風電性連接所述積體電路；導電黏著層，設置在所述封裝基底上，環繞於所述積體電路及所述MEMS麥克風，沒有接觸到所述積體電路及所述MEMS麥克風；帽蓋結構，設置在所述封裝基底之上方，其中所述帽蓋結構的底部黏著於所述導電黏著層，和所述封裝基底形成一個腔室，其中所述積體電路及所述MEMS麥克風包含在所述腔室中，所述帽蓋結構沒有接觸所述積體電路及所述MEMS麥克風，也沒有透過其它黏著層接觸所述積體電路及所述MEMS麥克風；以及底部填充劑層，設置在所述封裝基底上，僅覆蓋所述導電黏著層的外側，沒有接觸到所述積體電路及所述MEMS麥克風，其中所述封裝基底包括圍繞於所述積體電路及所述MEMS麥克風的連接墊，所述導電黏著層設置在所述連接墊上，該導電黏著層的材料不含錫，該帽蓋結構與該連接墊通過該導電黏著層電性連接。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的MEMS麥克風封裝結構，其中所述積體電路經由所述封裝基底連接所述MEMS麥克風。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的MEMS麥克風封裝結構，其中所述封裝基底是印刷電路板基底。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的MEMS麥克風封裝結構，其中所述帽蓋結構是金屬帽蓋。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的MEMS麥克風封裝結構，其中所述金屬帽蓋具有聲孔以接收聲音信號。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的MEMS麥克風封裝結構，其中所述帽蓋結構包括：壁，圍繞所述積體電路以及所述MEMS麥克風，設置在所述導電黏著層上；頂導電黏著層，設置在所述壁的頂部上；頂層，設置在所述頂導電黏著層上，用以覆蓋所述積體電路以及所述MEMS麥克風，其中所述底部填充劑層沿著該壁的外側延伸，並且也覆蓋所述導電黏著層。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的MEMS麥克風封裝結構，其中所述封裝基底具有聲孔以接收聲音信號。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的MEMS麥克風封裝結構，其中所述導電黏著層是導電環氧樹脂層。
  9. 一種微機電系統(MEMS)麥克風封裝結構，包括：封裝基底；積體電路，設置在所述封裝基底上； MEMS麥克風，設置在所述封裝基底上，其中所述MEMS麥克風電性連接所述積體電路；複數導電黏著分隔區，分佈於所述封裝基底上，圍繞於所述積體電路及所述MEMS麥克風；帽蓋結構，設置在所述封裝基底上，其中所述帽蓋結構的底部黏著於所述多個導電黏著分隔區；以及底部填充劑層，設置在所述封裝基底上，圍繞於所述積體電路及所述MEMS麥克風，其中所述導電黏著分隔區的每個側壁以及在所述帽蓋結構與所述封裝基底之間不具有所述導電黏著分隔區的間隙均由底部填充劑層密封，其中所述封裝基底包括圍繞所述積體電路以及所述MEMS麥克風分佈的所述多個連接墊，並且所述多個導電黏著分隔區設置在所述多個連接墊上，所述多個導電黏著分隔區的材料不含錫，該帽蓋結構與該連接墊通過所述多個導電黏著分隔區電性連接。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的MEMS麥克風封裝結構，其中所述積體電路經由所述封裝基底連接所述MEMS麥克風。
  11. 如申請專利範圍第9項所述的MEMS麥克風封裝結構，所述帽蓋結構是金屬帽蓋。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的MEMS麥克風封裝結構，其中所述金屬帽蓋具有聲孔以接收聲音信號。
  13. 如申請專利範圍第9項所述的MEMS麥克風封裝結構，其中所述封裝基底具有聲孔以接收聲音信號。
  14. 一種微機電系統(MEMS)麥克風封裝結構，包括：封裝基底；積體電路，設置在所述封裝基底上；MEMS麥克風，設置在所述封裝基底上，其中所述MEMS麥克風電性連接所述積體電路；導電黏著層，設置在所述封裝基底上，圍繞所述積體電路以及所述MEMS麥克風；以及帽蓋結構，設置在所述封裝基底上，其中所述帽蓋結構包括：頂板；壁，其腳端位於所述封裝基底上且接觸，並且圍繞所述積體電路及所述MEMS麥克風，其中所述頂板垂直設置在所述壁上；底水平部，接觸設置在所述封裝基底上，位於垂直的所述壁的所述腳端的外側且接觸，其中所述導電黏著層更在所述底水平部的外側，且與所述底水平部接觸；以及覆蓋部，設置在所述導電黏著層上並且接合於所述底水平部，其中所述封裝基底包括圍繞於所述積體電路及所述MEMS麥克風的連接墊，所述導電黏著層設置在所述連接墊上，該帽蓋結構與該連接墊通過該導電黏著層電性連接。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的MEMS麥克風封裝結構，其中所述積體電路經由所述封裝基底連接所述MEMS麥克風。
  16. 如申請專利範圍第14項所述的MEMS麥克風封裝結構，所述封裝基底是印刷電路板基底。
  17. 如申請專利範圍第14項所述的MEMS麥克風封裝結構，其中所述封裝基底包括圍繞所述積體電路以及所述MEMS麥克風的連接墊，並且所述導電黏著層設置在所述連接墊上。
  18. 如申請專利範圍第14項所述的MEMS麥克風封裝結構，其中所述帽蓋結構是金屬帽蓋。
  19. 如申請專利範圍第18項所述的MEMS麥克風封裝結構，其中所述金屬帽蓋具有聲孔以接收聲音信號。
  20. 如申請專利範圍第14項所述的MEMS麥克風封裝結構，其中所述導電黏著層是錫膏層。
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