專利名稱：部件的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及晶片級AVT(構造與連接技術)范疇內的MEMS(微機電系統)構件的封裝，特別是涉及具有構造在構件前側中的膜片結構的MEMS構件的封裝。這種構件例如可以是壓カ傳感器、揚聲器或麥克風構件。這些應用要求封裝中的介質通道。
背景技術：
一方面，MEMS構件的封裝用于芯片的機械保護。另ー方面，所述封裝能夠實現在第二級安裝范疇內(例如在印刷電路板上)部件的機械連接和電 連接。在實踐中大多使用基于印刷電路板的封裝或陶瓷外殼作為MEMS構件的封裝。這兩種封裝方案伴隨著相對較高的制造開銷。此外，已知的封裝與芯片尺寸相比相對較大。本發明的出發點是沒有在先公開的德國專利申請102010040370. 9，其中描述了ー種基于晶片級的用于MEMS麥克風構件的封裝方案。根據所述封裝方案的一種實現方式，MEMS麥克風構件的前側設有蓋晶片，在所述MEMS麥克風構件的前側中構造有麥克風膜片。所述蓋晶片充當用于第二級安裝的內插件并且因此設有電敷鍍通孔(Durchkontakten)，MEMS麥克風構件可通過所述電敷鍍通孔電接通。即封裝在這里以晶片堆的形式實現，其中，膜片結構和(必要吋)微機械麥克風芯片的集成電路通過內插件保護。可以借助標準方法安裝和電接通所述封裝。所述封裝變型方案的特別優點在于不僅麥克風芯片的微機械的和電路技術的功能以及內插件的結構和電功能在復合晶片(Wafer-verbund)中設置和產生,而且麥克風芯片與內插件的連接也在復合晶片中建立。僅僅在此之后才分離封裝。芯片制造和封裝的這種非常廣泛的并行是極其高效的，這涉及制造過程和制造成本。此外，可以將部件尺寸減到最小。這種封裝需要非常小的印刷電路板空間并且具有非常小的結構高度。這種面積上和高度上的微型化為開發具有麥克風功能的新穎的和改進的最終產品提供了多種可能性。在德國專利申請102010040370.9中描述的封裝中，通過內插件中的通孔實現聲導入，所述內插件的開ロ面基本上相應于MEMS麥克風構件的膜片面。內插件的所述布局決定了在封裝的安裝側上——即在內插件的背離MEMS麥克風構件的表面上僅僅非常有限的面積可供用于第二級安裝的連接接觸。此外，內插件中的通孔越大，MEMS麥克風構件的靈敏的膜片結構在第二級安裝期間和之后被污染或損壞的危險越大。
發明內容
通過本發明進ー步改進了在德國專利申請102010040370. 9中描述的基于晶片級
的封裝方案。建議內插件中的至少ー個通孔的橫截面積設計得比MEMS構件的膜片結構的面積小得多。所述至少一個通孔通到膜片結構和內插件之間的空腔中。重要的是，內插件中的通孔以及膜片結構與內插件之間的空腔此外在大小、形狀和/或位置方面是彼此可變的。
在這種布局中，內插件的相對較大的面積可供用于第二級安裝。由此第二級安裝的應カ耦入主要在內插件上實現而較少地在MEMS構件上實現。此外能夠實現用于封裝的電接通的相對較大面積的連接接觸部，所述連接接觸部(Anschlusskontakte)與適于封裝的BGA (BalI Grid Array :球形格柵陣列)接通那樣同樣適于LGA (Land Grid Array :接點柵格陣列)接通。通過根據本發明減小通孔，也顯著地降低了敏感的膜片結構的污染或損壞的危險。在本發明的一種優選的實現方式中，用于部件的電接通的接觸面在第二級安裝的范疇內延伸，因此直至延伸超出MEMS結構的區域，即延伸超出膜片區域。如已經提到的那樣，根據本發明的部件可以在最大程度上在晶片級上一即批量處理。所述制造方式決定內插件以具有與MEMS構件相同的芯片面積的芯片的形式實現。為了在膜片結構和內插件之間構造空腔，內插件芯片的朝向MEMS構件的表面可以簡單地設有空穴(Kaverne),所述空穴的橫向延展至少相應于膜片結構的橫向延展。但內插件也 可以以芯片堆的形式實現，所述芯片堆包括具有與MEMS構件相同的芯片面積的、平的內插件芯片和至少ー個間隔保持件。在這種情況下，通孔位于平的內插件芯片中，所述內插件芯片通過間隔保持件與構件的前側機械地和電地連接，從而在膜片結構和內插件之間形成空腔。具有通孔的、平的第二芯片例如可以簡單地充當間隔保持件，所述通孔與內插件芯片中的通孔不同地至少在整個膜片結構上延伸。證實特別有利的是，ASIC充當內插件芯片。在這種情況下，可以將運行MEMS構件所需的電路的至少一部分從MEMS構件移到ASIC上。由此可以減小MEMS構件的“覆蓋區(footprint) ”面積，這在總體上有助于部件的微型化。ASIC優選以其背側安裝在MEMS構件的前側上，使得部件可以非常簡單地以倒裝晶片技術安裝在印刷電路板上。即ASIC的設有電路元件的前側在這里由部件的第二級安裝保護。但是，如果構件的芯片面積比MEMS構件的膜片面積小得多，則內插件也可以充當用于至少ー個另外的構件的載體。即在這種情況下所述另外的構件(例如ASIC)可以簡單地在空腔的區域內設置在內插件上。則內插件也可以構造有用于所述另外的構件的電接通的電敷鍍通孔。在一些應用中，例如在壓カ傳感器或麥克風中，證實有利的是，相對于第二級安裝面密封介質通道——即內插件中的通孔。為此可以簡單地在內插件的背離MEMS構件的表面上在通孔的邊緣區域中施加形式為用于部件的第二級安裝的密封環的密封材料。因為內插件中的通孔與膜片面積和部件的“覆蓋區”相比相對較小，所以所述密封措施不會負面地影響部件大小。此外，可以可變地設計密封環的位置、形狀和/或大小。可以簡單地、同樣在晶片級上通過施加至少ー個另外的層來保護MEMS構件的背偵U。在此例如可以涉及尤其是由塑料、玻璃或半導體材料制成的薄膜或背側晶片。根據本發明的封裝方案也特別適于MEMS麥克風構件。在此，內插件中的通孔用作聲進入開ロ，其與麥克風膜片與內插件之間的空腔一起形成前容積。麥克風膜片的背側容積可以簡單地通過MEMS麥克風膜片的背側上的晶片封閉和定義。有利地，所述背側晶片是經結構化的。所述背側晶片可以設有用于增大背側容積的凹槽和/或與麥克風膜片的背側容積連通的通氣孔。如此實現的MEMS麥克風封裝可以借助標準方法安裝在印刷電路板中的聲孔的上方。即根據本發明的封裝方案既不需要專門的設計或麥克風芯片的專門的制造過程也不需要專門的封裝和安裝技木。
如以上所述，存在不同的可能性來通過有利的方式構造并且擴展本發明的教導。為此一方面參照獨立權利要求后面的權利要求而另一方面參照本發明的多個實施例的以下根據附圖的描述。盡管所有的實施例都涉及MEMS麥克風構件的封裝，但本發明不限于這些專門的應用情況，而一般性地涉及具有膜片結構的MEMS構件的封裝。圖I至圖3分別示出根據本發明構造的MEMS麥克風封裝10、20或30的示意剖視圖。
具體實施例方式在圖I中示出的MEMS麥克風封裝10以晶片級封裝(WLP)的形式實現，即以晶片堆的形式實現。所述MEMS麥克風封裝10包括麥克風構件1，所述麥克風構件以下稱作麥克風芯片I。在麥克風芯片I的如側中構造有形式為具有反電極的I旲片的、聲首敏感的I旲片結構2，所述膜片結構覆蓋芯片背側的空穴3。通常在麥克風芯片的前側上還具有電路元件，但這里出于清楚的原因沒有示出。僅僅示出了用于信號傳輸的電接觸部4。此外，封裝10包括內插件5，所述內插件設置在麥克風芯片I的前側上。在內插件
5的朝向麥克風芯片I的表面中構造有凹槽6，所述凹槽在整個膜片面上延伸。內插件5例如可以是背側結構化的半導體晶片。麥克風芯片I和內插件5之間的連接在這里借助于晶片級鍵合建立，但也可以粘接、焊接、借助玻璃或者合金連接。在任何情況下，其應當是聲音密封的，從而保護麥克風結構和麥克風芯片I的前側上的電路組件免受環境影響。膜片結構2的聲加載通過內插件5中的通孔7實現，所述通孔的橫截面積比膜片結構的橫向延展小得多。所述聲孔7通到內插件5的凹槽6中，所述凹槽在這里充當膜片結構2的前容積。空穴3用作背側容積，所述空腔在這里通過麥克風芯片I的背側上的未結構化的、封閉的、相對較薄的板9封閉。此外，所述板9使封裝10具有一個封閉的、堅固的表面。但背側容積同樣可以借助于在晶片級上施加在麥克風芯片的背側上的薄膜來封閉。特別有利的是，使用具有空腔的經結構化的背側晶片，以增大背側容積。替代地，也可以使用相應成形的塑料件。在任何情況下，背側的封閉元件9與麥克風芯片I之間的連接——如同麥克風芯片I和內插件5之間的連接那樣——在晶片級上建立。因為封裝10通過內插件5放置和安裝在其使用位置上，所以在內插件5中構造有敷鍍通孔8，其將麥克風芯片I的前側上的電接觸部4與內插件5的安裝側上的連接接觸部11電連接。通過所述方式使設置在麥克風芯片I的前側上的電路組件在安裝位置上電接通。在第二級安裝吋，麥克風結構相對于第二級印刷電路板密封，使得在第二級安裝之后仍然可以實施再加工處理，而不損害麥克風功能。為此使用以下密封材料所述密封材料在內插件5的安裝側上施加在聲孔7的邊緣區域中的環形接觸面12上。在此例如涉及焊料或者也涉及娃粘接劑。雖然聲孔7位于封裝10的安裝側上，但是靈敏的膜片結構2在第二級安裝過程中受到保護良好地避免例如通過焊劑蒸汽侵入導致的污染，因為內插件5中的通孔7的橫截面積比內插件5和膜片結構2之間的空腔6的橫向延展小得多。由所述大小比例得出另ー優點，所述另ー優點同樣通過圖I說明。用于封裝10的電接通的連接接觸部11在此不限制在膜片結構2的框架區域上而是甚至延伸超出膜片結構2。因為內插件5中的通孔7小于膜片面，所以連接接觸部11可以與膜片面無關地設計得相對較大，不必由此增大封裝10 的安裝側。這也提供以下可能性連接接觸部11從安裝側的邊緣區域更多地移到安裝側的內部區域中，其中，其形狀基本上是任意的。在圖2中示出的MEMS麥克風封裝20與以上所述的MEMS麥克風封裝10的區別僅僅在于內插件的種類。因此以下對于相同的組件也使用相同的附圖標記。MEMS麥克風封裝20同樣涉及晶片級封裝(WLP)，其包括麥克風芯片I，所述麥克風芯片具有芯片前側中的聲音敏感的膜片結構2和芯片背側中的空穴3。此外，在芯片前側上示出了麥克風芯片I的電接觸部4。麥克風芯片I的背側與未結構化的、封閉的、相對較薄的板9連接，所述板封閉麥克風膜片的背側容積。在麥克風芯片I的前側上設置有內插件25，在所述內插件中設置有聲孔27。所述聲孔比膜片結構的膜片面小得多。與MEMS麥克風封裝10不同，內插件25在這里以芯片堆的形式實現，由平的內插件芯片251和間隔保持件252組成，在所述平的內插件芯片中構造有聲孔27，所述內插件芯片251通過所述間隔保持件與麥克風芯片I的前側連接，從而在膜片結構2與內插件芯片251之間形成空腔26。所述空腔26用作膜片結構2的前容積。在這里示出的實施例中，內插件芯片251涉及ASIC，在所述ASIC上例如可以集成用于麥克風芯片I的信號處理的部件。ASIC 251的電路元件集成在背離麥克風芯片I的表面上，在所述表面上還設置有MEMS麥克風封裝20的用于第二級安裝的連接接觸部11。間隔保持件252以具有通孔的半導體晶片的形式實現，所述通孔的橫截面至少相應于膜片結構2的橫向延展，并且所述通孔如此構成空腔26。間隔保持件252與內插件芯片251之間的機械連接以及間隔保持件252與麥克風芯片I之間的機械連接是聲音密封的并且在這里借助于晶片級鍵合建立。麥克風芯片I或者麥克風芯片I的電接觸部4與ASIC 251的電路元件以及連接接觸部11之間的電連接借助于間隔保持件252的框架區域中的敷鍍通孔282和借助于ASIC251中的敷鍍通孔281建立。所述敷鍍通孔281和282通過間隔保持件252和ASIC 251彼此鄰接的表面上的接觸面283電連接。如同麥克風結構和麥克風芯片I的前側上的電路組件由內插件25保護免受環境影響那樣，ASIC 251的有效表面通過第二級安裝保護。對此，聲孔27的圓周上的接觸面12上的密封環也有貢獻，其不僅相對于第二級印刷電路板密封麥克風結構而且還將封裝20的裝配側上的ASIC電路組件與第二級印刷電路板中的介質通道分開。對于在圖I和2中示出的實施例還應注意，由多個芯片組成的內插件不一定包括ASIC，并且在一體的內插件的情況下也可以使用ASIC作為內插件。為此僅需使ASIC設有通到ASIC的背側中的相應于膜片面的凹槽中的通孔。在圖3中同樣示出了 MEMS麥克風封裝30，其除麥克風芯片I以外(如其已經結合圖I和2進行說明那樣)還包括ASIC 31。如在圖I和2的情況中那樣，麥克風結構的背側容積通過麥克風芯片I的背側上的未結構化的、封閉的、相對較薄的板9封閉，而在麥克風芯片I的前側上設置有具有聲孔7的內插件35。在這里示出的實施例中，內插件35是具有背離麥克風芯片I的表面中的凹槽6的半導體晶片。所述凹槽6至少在整個麥克風結構上延伸，從而在麥克風結構2和內插件35之間形成空腔6。在此，其橫截面積比膜片面的橫向延展小得多的聲孔7不是居中地而是在一側地設置在膜片結構2的下方。由此在凹槽6的區域中在內插件35上產生用于ASIC31的安裝側，所述ASIC 31比麥克風芯片I小得多。在聲音密封地彼此連接內插件35和麥克風芯片I之前，以芯片到晶片方法(Chip-to-Wafer-Verfahren)將ASIC31安裝在內插件35的凹槽6中。因為封裝30的第二級安裝通過內插件35進行，所以內插件35 —方面構造有用于麥克風芯片I的電接通的敷鍍通孔8而另一方面構造有用于ASIC 31的電接通的敷鍍通孔38。敷鍍通孔8設置在內插件35的框架區域中并且從麥克風芯片I的前側上的電接觸部4 延伸到內插件35的安裝側上的連接接觸部11。與此不同，敷鍍通孔38設置在凹槽6的區域中并且將ASIC 31的電連接端子與內插件35的安裝側上的相應的連接接觸部13連接。在所有以上提到并且描述的根據本發明的封裝方案的實施變型方案中，證實有利的是，內插件和(必要時)麥克風構件的背側上的其他層由導電材制成或者至少以導電材料涂敷，以便為麥克風結構屏蔽電磁干擾。所有以上描述的封裝可以在復合晶片中設置，借助芯片制造的標準方法制成并且在分離后安裝在第二級襯底上，例如安裝在陶瓷襯底或印刷電路板上。隨后，所述襯底可以再次鋸開，以便補充單個封裝的封裝。在任何情況下，襯底向相應的封裝提供附加的機械保護并且此外可以阻擋光入射和電磁干擾。
權利要求
1.部件(10),所述部件至少包括 具有至少ー個構造在構件前側中的膜片結構(2)的MEMS構件(I)，與所述MEMS構件(I)的所述前側連接的內插件(5)， 所述內插件具有至少ー個通孔⑵作為通向所述MEMS構件⑴的膜片結構(2)的通道開ロ，并且 所述內插件設有電敷鍍通孔(8)，從而所述MEMS構件(I)可通過所述內插件(5)電接通， 其特征在干， 所述內插件(5)中的所述至少一個通孔(7)的橫截面積比所述MEMS構件(I)的膜片面積小得多，并且 所述至少一個通孔(7)通到所述膜片結構(2)與所述內插件(5)之間的空腔(6)中。
2.根據權利要求I所述的部件(10)，其特征在于，在所述內插件(5)的背離所述MEMS構件(I)的表面上在所述膜片結構(2)上方的區域中施加有連接接觸部(11)，用于第二級安裝范疇內所述部件(10)的電接通。
3.根據權利要求I或2所述的部件(10)，其特征在于，所述內插件(5)以芯片的形式實現，所述芯片具有與所述MEMS構件⑴相同的芯片面積，在所述內插件芯片(5)的朝向所述MEMS構件⑴的表面中構造有一空穴(6)，所述空穴充當所述膜片結構⑵與所述內插件(5)之間的空腔(6)。
4.根據權利要求I或2所述的部件(20)，其特征在于，所述內插件(25)包括一個平的內插件芯片(251)和至少ー個間隔保持件(252)，所述平的內插件芯片具有與所述MEMS構件(I)相同的芯片面積，其中，在所述平的內插件芯片(251)中構造有至少ー個通孔(27)，并且，為了實現所述膜片結構(2)與所述內插件(25)之間的空腔(26)，所述平的內插件芯片(251)通過所述間隔保持件(252)與所述MEMS構件⑴的所述前側機械地和電地連接。
5.根據權利要求3或4中任一項所述的部件(20)，其特征在于，ASIC(251)充當所述內插件芯片，其中，所述MEMS構件(I)的前側朝向所述ASIC(251)的背側。
6.根據權利要求I至5中任一項所述的部件(30)，其特征在于，所述內插件(35)充當用于至少ー個另外的構件(31)的載體，所述另外的構件(31)設置在所述膜片結構(2)與所述內插件(35)之間的空腔(6)的區域內，所述內插件(35)設有用于所述另外的構件(31)的電接通的電敷鍍通孔(38)。
7.根據權利要求I至6中任一項所述的部件(10)，其特征在于，在所述內插件(5)的背離所述MEMS構件(I)的表面上在所述至少一個通孔(7)的邊緣區域中施加有用于所述部件(10)的第二級安裝的密封材料(12)。
8.根據權利要求I至7中任一項所述的部件(10)，其特征在于，所述MEMS構件(I)的背側設有至少ー個另外的層(9)，其以薄膜或背側晶片的形式實現，所述薄膜或背側晶片尤其是由塑料、玻璃或半導體材料構成。
9.根據權利要求I至8中任一項所述的部件，所述部件具有MEMS麥克風構件，其特征在于，所述麥克風膜片的背側容積由結構化的背側晶片限定，在所述背側晶片中構造有至少ー個用于增大背側容積的凹槽和/或與所述麥克風膜片的背側容積相通的通風孔。
全文摘要
本發明涉及一種用于MEMS構件(1)的基于晶片級的封裝方案，所述MEMS構件具有至少一個構造在構件前側中的膜片結構(2)，其中，與所述MEMS構件(1)的前側連接有內插件(5)，所述內插件具有至少一個通孔(7)作為通向所述MEMS構件(1)的膜片結構(2)的通道開口，并且設有電敷鍍通孔(8)，從而所述MEMS構件(1)可通過所述內插件(5)電接通。根據本發明，所述內插件(5)中的所述至少一個通孔(7)的橫截面積比所述MEMS構件(1)的橫向延展小得多。所述至少一個通孔(7)通到所述膜片結構(2)與所述內插件(5)之間的空腔(6)中。
文檔編號H04R19/04GK102685657SQ20121013110
公開日2012年9月19日 申請日期2012年3月16日 優先權日2011年3月17日
發明者J·策爾蘭, R·艾倫普福特, U·肖爾茨 申請人:羅伯特·博世有限公司