TWI773015B - 封裝結構及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

在此提供一種封裝結構及其製造方法。此封裝結構包括具有凹口的基板及依序形成於基板上的第一微機電系統晶片、第一中間晶片、第二微機電系統晶片及第一蓋板。第一微機電系統晶片的下表面具有第一感測器或微致動器。第二微機電系統晶片的上表面具有第二感測器或微致動器。第一中間晶片具有基板穿孔，且包括訊號轉換單元、邏輯運算單元、控制單元或上述之組合。此封裝結構包括第一感測器及第二感測器中的至少一者。

Description

封裝結構及其製造方法
本發明係有關於一種封裝結構，且特別係有關於一種具有三維微機電系統晶片堆疊的封裝結構及其製造方法。
微機電系統(microelectromechanical system, MEMS)是結合微電子技術與機械工程的一種技術。MEMS技術使得許多工業器械能夠微型化。微機電裝置通常包括一個微型處理器及至少一個用以取得外界資訊的微型感測器。
對於目前的MEMS裝置而言，通常需要將多個MEMS元件組裝在同一個封裝結構中，並且需要整合這些MEMS元件的運作。然而，若兩個MEMS元件過於接近，則兩者的訊號可能會彼此干擾。如此將造成MEMS裝置的良率及可靠度降低。
另一方面，在MEMS裝置的封裝結構中，每一個MEMS元件通常是獨立的，需要藉由各自的控制晶片進行控制。再者，通常需要額外的控制或運算單元整合或處理來自不同MEMS元件的訊號。因此，MEMS裝置的面積較大，而不利於封裝結構的微型化。
因此，在本技術領域中，對於具有高良率及高可靠度的MEMS裝置的封裝結構及其製造方法仍有所需求。
本發明實施例提供一種具有MEMS裝置的封裝結構之製造方法，能夠改善MEMS裝置的良率及可靠度，而且能夠有利於封裝結構的微型化。
本發明之一實施例揭示一種封裝結構，包括：基板，具有凹口；第一微機電系統(MEMS)晶片，形成於基板上，其中第一MEMS晶片具有基板穿孔，第一MEMS晶片的下表面具有第一感測器或微致動器，且第一感測器或微致動器位於凹口中；第一中間晶片，形成於第一MEMS晶片上，其中第一中間晶片具有基板穿孔，且第一中間晶片包括訊號轉換單元、邏輯運算單元、控制單元或上述之組合；第二MEMS晶片，形成於第一中間晶片上，其中第二MEMS晶片具有基板穿孔，第二MEMS晶片的上表面具有第二感測器或微致動器，且封裝結構包括第一感測器及第二感測器中的至少一者；以及第一蓋板，形成於第二MEMS晶片上，其中第一蓋板提供容置空間，且位於第二MEMS晶片的上表面上的第二感測器或微致動器位於容置空間中。
本發明之另一實施例揭示一種封裝結構的製造方法，包括：提供基板，其中基板具有多個凹口；形成多個第一MEMS晶片於基板上，其中第一MEMS晶片的每一者具有基板穿孔，第一MEMS晶片的每一者的下表面具有第一感測器或微致動器，且第一感測器或微致動器位於凹口的其中一者中；形成多個第一中間晶片於基板上，其中第一中間晶片的每一者分別形成於第一MEMS晶片的其中一者之上，其中第一中間晶片的每一者具有基板穿孔，且第一中間晶片的每一者包括訊號轉換單元、邏輯運算單元、控制單元或上述之組合；形成多個第二MEMS晶片於第一中間晶片上，其中第二MEMS晶片的每一者具有基板穿孔，其中第二MEMS晶片的每一者的上表面具有第二感測器或微致動器，且其中封裝結構包括第一感測器及第二感測器中的至少一者；以及形成多個第一蓋板於第二MEMS晶片上，其中第一蓋板的每一者提供容置空間，且位於第二MEMS晶片的每一者的上表面上的第二感測器或微致動器位於容置空間中。
在本發明實施例所提供的具有MEMS裝置的封裝結構中，在垂直堆疊的兩個MEMS晶片之間設置至少一個中間晶片。藉由中間晶片增加兩個MEMS晶片之間的距離，能夠減少MEMS晶片之間的訊號干擾。因此，能夠大幅改善良率及可靠度，且有利於封裝結構的微型化。此外，本發明實施例所提供的具有MEMS裝置的封裝結構中，可在同一封裝結構中整合3個以上具有不同功能的MEMS晶片，而不會明顯增加封裝結構的面積。
為使本發明之上述和其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。再者，本發明的不同範例中可能使用重複的參考符號及/或用字。這些重複符號或用字係為了簡化與清晰的目的，並非用以限定各個實施例及/或所述外觀結構之間的關係。
本發明提供一種封裝結構及其製造方法，第1A圖至第1F圖為本發明一些實施例之封裝結構100在製程各個階段的剖面示意圖。
請參照第1A圖，提供具有多個凹口105的基板102。接著，對應於這些凹口105的位置，形成多個第一MEMS晶片110於基板102上。基板102的材料可包括玻璃、高分子、半導體、金屬或上述之組合。可依據第一MEMS晶片110的功能選擇合適的基板102。舉例而言，當第一MEMS晶片110包括光學感測器時，則基板102的材料可以是具有透明性的玻璃或高分子。
可藉由任何合適的方法形成第一MEMS晶片110。舉例而言，可藉由微影製程、蝕刻製程、雷射鑽孔製程、機械鑽孔製程或上述之組合，而在半導體晶圓中形成通孔。接著，於通孔中填入導電材料，以形成基板穿孔(through-silicon via, TSV) 114。接著，在半導體晶圓的其中一個表面形成第一微結構111。接著，可切割半導體晶圓，以形成多個第一MEMS晶片110。在一些實施例中，可將所形成的第一MEMS晶片110接合於基板102。例如，可藉由施加於基板102的上表面或第一MEMS晶片110的下表面的接合劑，而將基板102與第一MEMS晶片110接合在一起。
如第1A圖所繪示，各個第一MEMS晶片110的下表面具有第一微結構111，且各個第一MEMS晶片110中具有多個基板穿孔114。第一微結構111可以是感測器或微致動器。在一實施例中，第一微結構111是第一感測器，且第一MEMS晶片110具有感測功能。在另一實施例中，第一微結構111是微致動器，且第一MEMS晶片110具有開關、變形或運動等功能。為了簡化說明，在本文中不再詳述第一微結構111的形成方法與功能。可用於形成基板穿孔114的導電材料可包括金屬(例如，銅、鋁、銀、金、鎢、鈷、鎳、鈦或鉭)、合金或上述之組合。
請參照第1A圖，在接合基板102與第一MEMS晶片110之後，形成模製化合物層151覆蓋於基板102與第一MEMS晶片110上。接著，將模製化合物層151固化。接著，進行第一平坦化製程，例如，化學機械研磨製程，以暴露出第一MEMS晶片110的上表面及基板穿孔114的上表面，並使第一MEMS晶片110的上表面、基板穿孔114的上表面及模製化合物層151的上表面共平面，以利於形成後續的第一重分佈層161。模製化合物層151可提供良好的支撐功能，並且保護第一MEMS晶片110減少受損。模製化合物層151可包括可固化性樹脂(例如，聚酯樹脂、乙烯基酯樹脂或環氧樹脂)或上述之組合。可藉由照光或加熱而固化模製化合物層151。
請參照第1B圖，形成第一重分佈層161於第一MEMS晶片110上。接著，形成多個第一中間晶片120於第一重分佈層161上。第一中間晶片120的位置對應於第一MEMS晶片110的位置。第一重分佈層161可包括由多個絕緣層形成的堆疊結構及形成於此堆疊結構中的多個第一導電部件161a。在一些實施例中，第一重分佈層161也可視需要而包括電性連接部件171，以使第一中間晶片120與第一導電部件161a電性連接。在本實施例中，電性連接部件171形成於第一重分佈層161的上表面上。在其他實施例中，電性連接部件171形成於第一重分佈層161中，且從第一重分佈層161的上表面暴露出來或是部分地突出於第一重分佈層161的上表面。第一導電部件161a可包括導電線路、導電通孔或導電墊。絕緣層的材料可包括樹脂(例如，聚醯亞胺樹脂或環氧樹脂)、氧化矽、氮化矽、氮氧化矽或上述之組合。電性連接部件171可包括導電柱或導電焊球。第一導電部件161a的材料可包括金屬(例如，銅、鋁、銀、金、鎢、鈷、鎳、鈦或鉭)、合金或上述之組合。電性連接部件171的材料的熔點可低於第一導電部件161a的材料的熔點。電性連接部件171的材料可包括金屬(例如，銅、鋁、銀、金、錫或鉛)、合金或上述之組合。
可藉由重複進行多次的沉積製程、圖案化製程及平坦化製程而形成第一重分佈層161。例如，可藉由沉積製程形成絕緣層於模製化合物層151與第一MEMS晶片110上。接著，可藉由圖案化製程在所形成的絕緣層中形成開口或溝槽。接著，可藉由沉積製程形成導電材料於上述開口或溝槽中。接著，可藉由平坦化製程使絕緣層的上表面與導電材料的上表面共平面。重複進行上述步驟多次，如此即可形成第一重分佈層161。沉積製程可包括3D列印(積層製造)、物理氣相沉積、化學氣相沉積、原子層沉積、旋轉塗佈製程或上述之組合。圖案化製程可包括微影製程、蝕刻製程、雷射鑽孔製程、機械鑽孔製程或上述之組合。平坦化製程可包括化學機械研磨製程、機械研磨製程或上述之組合。
請參照第1B圖，第一中間晶片120具有多個電性連接部件122及多個基板穿孔124。電性連接部件122形成於第一中間晶片120的下表面上，且與電性連接部件171電性連接。電性連接部件122的材料及形成方法可相同於或相似於電性連接部件171的材料及形成方法。可藉由加熱處理使電性連接部件122與電性連接部件171或第一導電部件161a (若電性連接部件171不存在)接合。如此一來，可將第一中間晶片120固定於第一重分佈層161上。
請參照第1C圖，在將第一中間晶片120接合到第一重分佈層161之後，形成模製化合物層152覆蓋於第一中間晶片120上。接著，將模製化合物層152固化。接著，進行第二平坦化製程，例如，化學機械研磨製程，以暴露出第一中間晶片120的上表面及基板穿孔124的上表面，並使第一中間晶片120的上表面、基板穿孔124的上表面及模製化合物層152的上表面共平面。如此可有利於形成後續的第二重分佈層162。
於一實施例中，可形成第二重分佈層162於第一中間晶片120上。第二重分佈層162可包括由多個絕緣層形成的堆疊結構及形成於此堆疊結構中的多個第二導電部件162a。在一些實施例中，第二重分佈層162也可視需要而包括電性連接部件172，以使第二導電部件162a與後續形成的第二MEMS晶片130電性連接。第二重分佈層162的結構、材料及形成方法可相同於或相似於第一重分佈層161的結構、材料及形成方法，在此不再詳述。
請參照第1D圖，形成多個第二MEMS晶片130於這些第一中間晶片120上。接著，形成多個第一蓋板104於這些第二MEMS晶片130上。各個第一蓋板104用以提供容置空間107。
第一蓋板104的材料可相同於或相似於基板102的材料。可依據第二MEMS晶片130的功能選擇合適的第一蓋板104。舉例而言，當第二MEMS晶片130包括氣體感測器時，則第一蓋板104的材料可以是具有化學鈍性的玻璃或高分子。
如第1D圖所繪示，各個第二MEMS晶片130的下表面具有多個電性連接部件132，且各個第二MEMS晶片130中具有多個基板穿孔134。可藉由加熱處理使第二MEMS晶片130的電性連接部件132與電性連接部件172或第二導電部件162a (若電性連接部件172不存在)接合。如此一來，可將第二MEMS晶片130固定於第二重分佈層162上。
如第1D圖所繪示，各個第二MEMS晶片130的上表面具有第二微結構131及多個導電接墊135。導電接墊135可用以與外部電路電性連接。導電接墊135的材料及形成方法可相同於或相似於第一導電部件161a的材料及形成方法。第二微結構131可以是感測器或微致動器。在一實施例中，第二微結構131是第二感測器，且第二MEMS晶片130具有感測功能。在另一實施例中，第二微結構131是微致動器，且第二MEMS晶片130具有開關、變形或運動等功能。
第二MEMS晶片130的形成方法可相同於或相似於第一MEMS晶片110的形成方法。在本實施中，是先將所形成的第二MEMS晶片130固定於第二重分佈層162上。之後，再藉由接合劑，而將第一蓋板104與第二MEMS晶片130接合在一起。在其他實施中，是先將第一蓋板104與第二MEMS晶片130接合在一起後，再將第一蓋板104與第二MEMS晶片130一起固定於第二重分佈層162上。
請參照第1D圖，將第二MEMS晶片130固定於第二重分佈層162上之後，形成底部填充物層180於第二MEMS晶片130與第二重分佈層162之間。底部填充物層180可包括可固化性樹脂(例如環氧樹脂)。底部填充物層180可避免第二MEMS晶片130位移或脫落，並避免電性連接部件132與電性連接部件172發生氧化。
請參照第1E圖，在對應於相鄰兩個第一蓋板104之間的位置，對第一重分佈層161、模製化合物層151、第二重分佈層162、模製化合物層152及基板102進行切割製程190，使多個封裝結構100彼此分離。切割製程190可包括雷射切割製程、鑽石切割製程或上述之組合。
請參照第1F圖，形成電性連接組件182，以使導電接墊135與外部電路電性連接。在一些實施例中，電性連接組件182是導電線路，且藉由打線接合製程使電性連接組件182與暴露於第一蓋板104之外的導電接墊135接合。在形成電性連接組件182之後，後續可進行其他習知的製程，以完成封裝結構100。
在本實施例所提供之封裝結構100的製造方法中，將具有凹口105的基板102與第一MEMS晶片110接合，並且採用切割製程190將多個封裝結構100分離。換言之，在本實施例中，不需要如同習知技術使用額外的承載基板以暫時地支撐MEMS晶片。因此，可省略後續移除承載基板的步驟。再者，在本實施例中，在切割製程190後，不需要如同習知技術形成蓋板覆蓋MEMS晶片。因此，本實施例所提供之製造方法可簡化製程。
本發明之一些實施例提供一種封裝結構100。請參照第1F圖，封裝結構100包括由下而上依序堆疊的基板102、第一MEMS晶片110、第一重分佈層161、第一中間晶片120、第二重分佈層162、第二MEMS晶片130及第一蓋板104。
基板102的上表面具有凹口105。第一MEMS晶片110的下表面具有第一微結構111。第一微結構111位於凹口105中。第一蓋板104覆蓋於第二MEMS晶片130上，且提供容置空間107。第二MEMS晶片130的上表面具有第二微結構131。第二微結構131位於容置空間107中。第一微結構111可以是第一感測器或微致動器，且第二微結構131可以是第二感測器或微致動器。在本實施例中，第一微結構111及第二微結構131中的至少一者是感測器。在一些實施例中，第一微結構111為第一感測器，且第二微結構131為第二感測器。在這樣的實施例中，第一微結構111與第二微結構131可各自獨立地為聲音感測器、氣體感測器、光學感測器、溫度感測器、化學物質感測器或其他感測器。第一中間晶片120形成於第一MEMS晶片110及第二MEMS晶片130之間。第一重分佈層161形成於第一MEMS晶片110與第一中間晶片120之間，且第二重分佈層162形成於第一中間晶片120與第二MEMS晶片130之間。
在本發明實施例所提供的具有垂直堆疊的多個MEMS晶片的封裝結構100中，第一中間晶片120設置在垂直堆疊的第一MEMS晶片110及第二MEMS晶片130之間。相較於水平排列的第一MEMS晶片110與第二MEMS晶片130，本實施例可增加第一MEMS晶片110與第二MEMS晶片130之間的距離，並且可降低封裝結構100的面積。因此，能夠減少第一MEMS晶片110與第二MEMS晶片130之間的訊號干擾。如此一來，能夠大幅改善封裝結構100的良率及可靠度，並且可有利於封裝結構100的微型化。
在本發明實施例所提供的封裝結構100中，第一中間晶片120可包括訊號轉換單元、邏輯運算單元、控制單元或上述之組合。因此，第一中間晶片120可以同時接收並且處理來自第一MEMS晶片110及第二MEMS晶片130的訊號，並且可以同時控制第一MEMS晶片110及第二MEMS晶片130的運作。如此一來，能夠提升封裝結構100的效能，並且可有利於封裝結構100的微型化。
在本發明實施例所提供的封裝結構100中，第一重分佈層161可用以在第一中間晶片120與第一MEMS晶片110之間傳遞訊號，並且第二重分佈層162可用以在第一中間晶片120與第二MEMS晶片130之間傳遞訊號。第一MEMS晶片110、第一中間晶片120及第二MEMS晶片130可能具有不同的尺寸。藉由設置第一重分佈層161及第二重分佈層162，可有助於相鄰元件間的電性連接。換言之，第一重分佈層161及第二重分佈層162有助於將第一MEMS晶片110、第一中間晶片120及第二MEMS晶片130整合在同一個封裝結構100中。
在本發明實施例所提供的封裝結構100中，可依據第一MEMS晶片110的功能及第二MEMS晶片130的功能，而改變凹口105及容置空間107的結構。舉例而言，當凹口105是封閉的空間時，則第一微結構111可以是聲音感測器、光學感測器、溫度感測器或致動器。另一方面，當凹口105是開放的空間時，則第一微結構111可以是氣體感測器、化學物質感測器或致動器。
請參照第1F圖，在本實施例中，凹口105是封閉空間。第一蓋板104的上表面具有開口101，而使容置空間107成為開放空間。在一些實施例中，可使用填充介質填滿凹口105，以藉由填充介質進一步改善第一MEMS晶片110的效能。舉例而言，在一些實施例中，第一微結構111是光學感測器，且採用具有光吸收特性的填充介質填滿凹口105，填充介質可允許所欲感測的波長範圍的光線通過，並阻擋其他波長範圍的光線，因此，能夠提高感測的靈敏度。除此之外，在其他實施例中，填充介質可用以調整凹口105中的折射率、顏色或聲音吸收度等。填充介質可包括可固化的高分子、顏料、染料、溶劑、高黏度液態材料或上述之組合。
應可理解的是，可依據需要而決定凹口105及容置空間107的結構。舉例而言，凹口105與容置空間107可各自獨立地為封閉空間或開放空間。填充介質可視需要而形成於封閉的凹口105及/或容置空間107中。
第2圖為本發明另一些實施例之封裝結構200的剖面示意圖。第2圖相似於第1F圖。在第2圖中，相同於第1F圖所繪示的元件使用相同的標號表示。為了簡化說明，關於相同於第1F圖所繪示的元件及其形成製程步驟，在此不再詳述。
第2圖所繪示的封裝結構200與第1F圖所繪示的封裝結構100相似，差異在於封裝結構200具有第二中間晶片220及第三中間晶片320。可在對應於第1B圖的製程步驟中，將第一中間晶片120、第二中間晶片220及第三中間晶片320分別形成於第一重分佈層161上。換言之，在本實施例中，第一中間晶片120、第二中間晶片220與第三中間晶片320三者水平地排列。
第二中間晶片220及第三中間晶片320的結構可相似於第一中間晶片120的結構。第二中間晶片220具有多個電性連接部件222及多個基板穿孔224。第三中間晶片320具有多個電性連接部件322及多個基板穿孔324。第二中間晶片220可包括記憶單元、天線單元或上述之組合。第三中間晶片320可包括記憶單元、天線單元或上述之組合。在一些實施例中，第二中間晶片220與第三中間晶片320的其中一者具有記憶單元，且另一者具有天線單元。記憶單元可儲存來自第一MEMS晶片110及/或第二MEMS晶片130的訊號。天線單元可接收來自外部的訊號，或是發送訊號至外部。因此，能夠遠端遙控封裝結構200。
在本實施例中，第二中間晶片220的尺寸及第三中間晶片320的尺寸小於第一中間晶片120的尺寸。再者，第二MEMS晶片130的尺寸大於第一中間晶片120的尺寸、第二中間晶片220的尺寸及第三中間晶片320的尺寸的總和。因此，即使加入第二中間晶片220及第三中間晶片320於封裝結構200中，也不會增加封裝結構200的體積。加入第二中間晶片220及第三中間晶片320可增加封裝結構200的功能與應用領域。
第3圖為本發明另一些實施例之封裝結構300的剖面示意圖。第3圖相似於第2圖。在第3圖中，相同於第2圖所繪示的元件使用相同的標號表示。為了簡化說明，關於相同於第2圖所繪示 的元件及其形成製程步驟，在此不再詳述。
第3圖所繪示的封裝結構300與第2圖的封裝結構200相似，差異在於第二中間晶片220及第三中間晶片320形成於第二MEMS晶片130與第一中間晶片120之間。可在對應於第1C圖的步驟中，將第二中間晶片220及第三中間晶片320分別形成於第二重分佈層162上。之後，形成模製化合物層153覆蓋於第二中間晶片220及第三中間晶片320上。接著，將模製化合物層153固化。接著，進行第三平坦化製程以暴露出第二中間晶片220的上表面、第三中間晶片320的上表面、基板穿孔224、324的上表面，使第二中間晶片220的上表面、第三中間晶片320的上表面、基板穿孔224、324的上表面及模製化合物層153的上表面共平面。如此可有利於形成後續的第三重分佈層163。接著，可形成第三重分佈層163於第二中間晶片220及第三中間晶片320上，且形成第二MEMS晶片130於第三重分佈層163上。換言之，在本實施例中，第二中間晶片220與第三中間晶片320水平地排列，且第二中間晶片220(及第三中間晶片320)與第一中間晶片120垂直地排列。第三重分佈層163可包括由多個絕緣層形成的堆疊結構及形成於此堆疊結構中的多個第三導電部件163a。在一些實施例中，第三重分佈層163也可視需要而包括電性連接部件173，以使第三導電部件163a與第二MEMS晶片130電性連接。
在本實施例中，可進一步增加第一MEMS晶片110與第二MEMS晶片130之間的距離。因此，能夠進一步減少第一MEMS晶片110與第二MEMS晶片130之間的訊號干擾。如此一來，能夠進一步改善封裝結構300的良率及可靠度。
第4圖為本發明另一些實施例之封裝結構400的剖面示意圖。第4圖相似於第3圖。在第4圖中，相同於第3圖所繪示的元件使用相同的標號表示。為了簡化說明，關於相同於第3圖所繪示的元件及其形成製程步驟，在此不再詳述。
第4圖所繪示的封裝結構400與第3圖的封裝結構300相似，差異在於第二中間晶片220及第三中間晶片320形成於第一MEMS晶片110與第一中間晶片120之間。可在對應於第1B圖的製程步驟中，將第二中間晶片220及第三中間晶片320分別形成於第一重分佈層161上。接著，可形成第二重分佈層162於第二中間晶片220及第三中間晶片320上，且形成第一中間晶片120於第二重分佈層162上。接著，可形成第三重分佈層163於第一中間晶片120上，且形成第二MEMS晶片130於第三重分佈層163上。
相似於第3圖所繪示的實施例，在本實施例中，可進一步增加第一MEMS晶片110與第二MEMS晶片130之間的距離。因此，能夠進一步減少第一MEMS晶片110與第二MEMS晶片130之間的訊號干擾。
應可理解的是，第2圖到第4圖所繪示的實施例僅用於說明，並非用以限定本發明。可依據需要而決定中間晶片的數量、功能及排列方式。
第5圖為本發明另一些實施例之封裝結構500的剖面示意圖。第5圖相似於第2圖。在第5圖中，相同於第2圖所繪示的元件使用相同的標號表示。為了簡化說明，關於相同於第2圖所繪示的元件及其形成製程步驟，在此不再詳述。
第5圖所繪示的封裝結構500與第2圖所繪示的封裝結構200相似，差異在於封裝結構500更具有第三MEMS晶片140。第三MEMS晶片140形成於第一中間晶片120與第二MEMS晶片130之間。可在對應於第1C圖的步驟之後，形成第四重分佈層164於第二重分佈層162上，且形成露出第二重分佈層162的多個開口於第四重分佈層164中。接著，對應於這些開口的位置，可將多個第三MEMS晶片140形成於第二重分佈層162上。接著，可形成第二MEMS晶片130於第四重分佈層164上。
第四重分佈層164可包括由多個絕緣層形成的堆疊結構及形成於此堆疊結構中的多個第四導電部件164a。在一些實施例中，第四重分佈層164也可視需要而包括電性連接部件174，以使第四導電部件164a與第二MEMS晶片130電性連接。
請參照第5圖，第二蓋板106形成於第三MEMS晶片140上。第二蓋板106提供容置空間109，且第三MEMS晶片140的第三微結構141位於容置空間109中。可依據第三MEMS晶片140的功能選擇合適的第二蓋板106。在本實施中，先將第二蓋板106與第三MEMS晶片140接合在一起後，再將第二蓋板106與第三MEMS晶片140一起固定於第二重分佈層162上。在其他實施中，先將所形成的第三MEMS晶片140固定於第二重分佈層162上。之後，再藉由施加於第三MEMS晶片140的上表面或第二蓋板106的下表面的接合劑，而將第二蓋板106與第三MEMS晶片140接合在一起。
如第5圖所繪示，各個第三MEMS晶片140的下表面具有多個電性連接部件142，且各個第三MEMS晶片140中具有多個基板穿孔144。可藉由加熱處理使第三MEMS晶片140的電性連接部件142與電性連接部件172或第二導電部件162a (若電性連接部件172不存在)接合。如此一來，可將第三MEMS晶片140固定於第二重分佈層162上。各個第三MEMS晶片140的上表面具有第三微結構141。第三微結構141可以是感測器或微致動器。在一實施例中，第三微結構141是第三感測器，且第三MEMS晶片140具有感測功能。在另一實施例中，第三微結構141是微致動器，且第三MEMS晶片140具有開關、變形或運動等功能。
在本實施例中，第二蓋板106的側壁具有開口101，而使容置空間109成為開放空間。在其他實施例中，容置空間109為封閉空間，且可被填充介質填滿。應注意的是，在本實施例中，當容置空間109為開放空間時，為了減少或避免後續製程對第三微結構141造成影響，開口101位於第二蓋板106的側壁。
第6圖為本發明另一些實施例之封裝結構600的剖面示意圖。第6圖相似於第5圖。在第6圖中，相同於第5圖所繪示的元件使用相同的標號表示。為了簡化說明，關於相同於第5圖所繪示的元件及其形成製程步驟，在此不再詳述。第6圖所繪示的封裝結構600與第5圖所繪示的封裝結構500相似，差異在於第三MEMS晶片140形成於第一中間晶片120上，並且與第二MEMS晶片130水平排列。可在對應於第1D圖的步驟中，將第二MEMS晶片130及第三MEMS晶片140分別形成於第二重分佈層162上。
在第5圖與第6圖的實施例中，可在同一封裝結構中整合3個以上具有不同功能的MEMS晶片，而不會明顯增加面積。因此，可在符合封裝結構的微型化的前提下，增加應用領域。此外，可依據需要而決定MEMS晶片的數量、功能及排列方式。
本發明實施例所提供的具有MEMS裝置的各種封裝結構，可廣泛地應用在各種領域中。在一些實施例中，如第1F圖所繪示的封裝結構100可以是一種生醫檢測裝置。第一MEMS晶片110可以是微型馬達，且第二MEMS晶片130可以是化學物質(例如，血紅素、特定蛋白質或激素等)的感測器。在這樣的實施例中，封裝結構100可以在生物體內移動並偵測特定的化學物質。在另一些實施例中，封裝結構200、300、400中的任一者可以是另一種生醫檢測裝置。第二中間晶片220可以具有記憶單元，且第三中間晶片320可以具有天線單元，封裝結構200、300、400中的任一者可以儲存特定的化學物質之感測資料，並且可以受到遠端遙控或是將感測資料傳送至生物體外。在另一些實施例中，封裝結構500及600中的任一者可以是另一種生醫檢測裝置。第三MEMS晶片140可以是第二種化學物質(例如，血紅素、特定蛋白質或激素等)的感測器。在這樣的實施例中，封裝結構500及600中的任一者可以同時偵測兩種特定的化學物質。
在一些實施例中，如第1F圖所繪示的封裝結構100可以是一種呼吸調節裝置。第一MEMS晶片110可以是微致動器，且第二MEMS晶片130可以是氣體(例如，氧氣或二氧化碳等)的感測器。在這樣的實施例中，封裝結構100可以藉由偵測病人所呼吸的氣體濃度數據，而調節所供應的氧氣濃度。在另一些實施例中，封裝結構200、300、400中的任一者可以是另一種呼吸調節裝置。第二中間晶片220可以具有記憶單元，且第三中間晶片320可以具有天線單元，封裝結構200、300、400中的任一者可以儲存特定的氣體之感測資料，並且可以發送訊號而遠端遙控另一個氣體供應裝置或是將感測資料傳送至其他裝置。在另一些實施例中，封裝結構500及600中的任一者可以是另一種呼吸調節裝置。第三MEMS晶片140可以是聲音感測器。在這樣的實施例中，封裝結構500及600中的任一者可以同時偵測氣體濃度及病人胸腔的聲音，而調節所供應的氧氣濃度。
應可理解的是，以上的實施例僅用於說明，並非用以限定本發明。可依據實際需要或應用領域而決定MEMS晶片的功能及組合。
綜上所述，在本發明實施例所提供的具有MEMS裝置的封裝結構中，在垂直堆疊的兩個MEMS晶片之間設置至少一個中間晶片。藉由中間晶片增加兩個MEMS晶片之間的距離，能夠減少MEMS晶片之間的訊號干擾。因此，能夠大幅改善良率及可靠度。再者，此中間晶片可以同時接收並處理來自上方及下方兩個MEMS晶片的訊號，也可以控制這些MEMS晶片的運作。因此，可有利於封裝結構的微型化。此外，本發明實施例所提供的具有MEMS裝置的封裝結構中，可在同一封裝結構中整合3個以上具有不同功能的MEMS晶片，而不會明顯增加封裝結構的面積。因此，可在符合封裝結構的微型化的前提下，大幅增加具有MEMS裝置的封裝結構的應用領域。
雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，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之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100:封裝結構
101:開口
102:基板
104:第一蓋板
105:凹口
106:第二蓋板
107:容置空間
109:容置空間
110:第一MEMS晶片
111:第一微結構
114:基板穿孔
120:第一中間晶片
122:電性連接部件
124:基板穿孔
130:第二MEMS晶片
131:第二微結構
132:電性連接部件
134:基板穿孔
135:導電接墊
140:第三MEMS晶片
141:第三微結構
142:電性連接部件
144:基板穿孔
151:模製化合物層
152:模製化合物層
153:模製化合物層
161:第一重分佈層
161a:第一導電部件
162:第二重分佈層
162a:第二導電部件
163:第三重分佈層
163a:第三導電部件
164:第四重分佈層
164a:第四導電部件
171:電性連接部件
172:電性連接部件
173:電性連接部件
174:電性連接部件
180:底部填充物層
182:電性連接組件
190:切割製程
200:封裝結構
220:第二中間晶片
222:電性連接部件
224:基板穿孔
300:封裝結構
320:第三中間晶片
322:電性連接部件
324:基板穿孔
400:封裝結構
500:封裝結構
600:封裝結構
第1A圖至第1F圖為本發明一些實施例之封裝結構在製程各個階段的剖面示意圖。 第2圖為本發明另一些實施例之封裝結構的剖面示意圖。 第3圖為本發明另一些實施例之封裝結構的剖面示意圖。 第4圖為本發明另一些實施例之封裝結構的剖面示意圖。 第5圖為本發明另一些實施例之封裝結構的剖面示意圖。 第6圖為本發明另一些實施例之封裝結構的剖面示意圖。
100:封裝結構 101:開口 102:基板 104:第一蓋板 105:凹口 107:容置空間 110:第一微機電系統晶片 111:第一微結構 114:基板穿孔 120:第一中間晶片 122:電性連接部件 124:基板穿孔 130:第二微機電系統晶片 131:第二微結構 132:電性連接部件 134:基板穿孔 135:導電接墊 151:模製化合物層 152:模製化合物層 161:第一重分佈層 161a:第一導電部件 162:第二重分佈層 162a:第二導電部件 171:電性連接部件 172:電性連接部件 180:底部填充物層 182:電性連接組件

Claims (13)

  1. 一種封裝結構，包括： 一基板，具有一凹口； 一第一微機電系統(MEMS)晶片，形成於該基板上，其中該第一MEMS晶片具有一基板穿孔，該第一MEMS晶片的一下表面具有一第一感測器或一微致動器，且該第一感測器或該微致動器位於該凹口中； 一第一中間晶片，形成於該第一MEMS晶片上，其中該第一中間晶片具有一基板穿孔，且該第一中間晶片包括一訊號轉換單元、一邏輯運算單元、一控制單元或上述之組合； 一第二MEMS晶片，形成於該第一中間晶片上，其中該第二MEMS晶片具有一基板穿孔，該第二MEMS晶片的一上表面具有一第二感測器或一微致動器，且該封裝結構包括該第一感測器及該第二感測器中的至少一者；以及 一第一蓋板，形成於該第二MEMS晶片上，其中該第一蓋板提供一容置空間，且位於該第二MEMS晶片的該上表面上的該第二感測器或該微致動器位於該容置空間中。
  2. 如請求項1所述之封裝結構，更包括： 一第二中間晶片，形成於該第一MEMS晶片與該第二MEMS晶片之間，其中該第二中間晶片具有一基板穿孔，且其中該第二中間晶片包括一記憶單元、一天線單元或上述之組合。
  3. 如請求項2所述之封裝結構，更包括： 一第三中間晶片，形成於該第一MEMS晶片與該第二MEMS晶片之間，其中該第三中間晶片具有一基板穿孔，且其中該第三中間晶片包括一記憶單元、一天線單元或上述之組合。
  4. 如請求項3所述之封裝結構，其中該第三中間晶片與該第二中間晶片水平排列。
  5. 如請求項2至4中任一項所述之封裝結構，其中該第二中間晶片與該第一中間晶片水平排列。
  6. 如請求項2至4中任一項所述之封裝結構，其中該第二中間晶片形成於該第一MEMS晶片與該第一中間晶片之間。
  7. 如請求項2至4中任一項所述之封裝結構，其中該第二中間晶片形成於該第二MEMS晶片與該第一中間晶片之間。
  8. 如請求項1至3中任一項所述之封裝結構，更包括： 一第三MEMS晶片，形成於該第一中間晶片上，並且與該第二MEMS晶片水平排列，其中該第三MEMS晶片的一上表面具有一第三感測器或一微致動器；以及 一第二蓋板，形成於該第三MEMS晶片上，其中位於該第三MEMS晶片的該上表面上的該第三感測器或該微致動器位於該第二蓋板所提供的一容置空間中。
  9. 如請求項1至3中任一項所述之封裝結構，更包括： 一第三MEMS晶片，形成於該第一中間晶片與該第二MEMS晶片之間，其中該第三MEMS晶片的一上表面具有一第三感測器或一微致動器；以及 一第二蓋板，形成於該第三MEMS晶片上，其中位於該第三MEMS晶片的該上表面上的該第三感測器或該微致動器位於該第二蓋板所提供的一容置空間中。
  10. 如請求項9所述之封裝結構，其中該第二蓋板的側壁具有一開口。
  11. 如請求項1所述之封裝結構，更包括： 一第一重分佈層，形成於該第一MEMS晶片與該第一中間晶片之間； 一第二重分佈層，形成於該第一中間晶片與該第二MEMS晶片之間；以及 一填充介質，形成於該凹口及該容置空間中的至少一者之中。
  12. 一種封裝結構的製造方法，包括： 提供一基板，其中該基板具有多個凹口； 形成多個第一MEMS晶片於該基板上，其中該等第一MEMS晶片的每一者具有一基板穿孔，該等第一MEMS晶片的每一者的一下表面具有一第一感測器或一微致動器，且該第一感測器或該微致動器位於該些凹口的其中一者中； 形成多個第一中間晶片於該基板上，其中該等第一中間晶片的每一者分別形成於該等第一MEMS晶片的其中一者之上，其中該等第一中間晶片的每一者具有一基板穿孔，且該等第一中間晶片的每一者包括一訊號轉換單元、一邏輯運算單元、一控制單元或上述之組合； 形成多個第二MEMS晶片於該等第一中間晶片上，其中該等第二MEMS晶片的每一者具有一基板穿孔，其中該等第二MEMS晶片的每一者的一上表面具有一第二感測器或一微致動器，且其中該封裝結構包括該第一感測器及該第二感測器中的至少一者；以及形成多個第一蓋板於該等第二MEMS晶片上，其中該等第一蓋板的每一者提供一容置空間，且位於該等第二MEMS晶片的每一者的該上表面上的該第二感測器或該微致動器位於該容置空間中。
  13. 如請求項12所述之封裝結構的製造方法，更包括：形成一第一模製化合物層覆蓋於該等第一MEMS晶片上；進行一第一平坦化製程，以暴露出該等第一MEMS晶片的上表面，且使該等第一MEMS晶片的該等上表面與該第一模製化合物層的一上表面共平面；形成一第一重分佈層於該等第一MEMS晶片上；形成一第二模製化合物層覆蓋於該等第一中間晶片上；進行一第二平坦化製程，以暴露出該等第一中間晶片的上表面，且使該等第一中間晶片的該等上表面與該第二模製化合物層的一上表面共平面；形成一第二重分佈層於該等第一中間晶片上；以及對該第一重分佈層、該第一模製化合物層、該第二重分佈層、該第二模製化合物層及該基板進行一切割製程。
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