本發(fā)明的實施例涉及一種電子設(shè)備，特別是涉及一種包括載體和安裝在載體上的電子芯片的電子設(shè)備。電子設(shè)備可以是例如包括mems（微機電系統(tǒng)）芯片的傳感器設(shè)備。例如，電子設(shè)備可以是mems麥克風。

背景技術(shù)：

mems麥克風使用微結(jié)構(gòu)化的、主要基于硅的聲電變換器。這些高靈敏度的傳感器芯片采用薄的可移動膜，使其也對來自保護性封裝件中的其組件的機械應(yīng)力非常敏感。將這種壓力保持在較低水平的最常見方法是使用具有柔軟且厚的接合線的傳統(tǒng)芯片附接件。在這種情況下，膜和因此電觸點豎直定位，并且與封裝件和/或補充asic（專用集成電路）的內(nèi)部電互連通過線接合完成。這導(dǎo)致兩個主要缺點：在主要的底部端口構(gòu)型的情況下，mems內(nèi)部腔體不能有助于（有益的）聲學(xué)后部體積，但是增加（有害的）前部體積，這兩者都損害了麥克風的性能。此外，接合線需要相當大的橫向空間（用于襯底著陸）和凈空（用于線環(huán)和朝向蓋的安全邊緣），這兩者都增加了部件的尺寸，這違背了一般的小型化努力。

焊料凸起上的倒裝芯片組件是微電子學(xué)中的常見趨勢，其可以為所述問題提供解決方案。但在這種情況下，反過來，傳感器芯片剛性地耦合到封裝件襯底，使其易受靜態(tài)組裝應(yīng)力、來自焊料重熔的偏移、由于傳感器和封裝件材料之間的cte不匹配導(dǎo)致的溫度引起的應(yīng)力、和來自外部沖擊的動態(tài)壓力的影響。

因此，例如對于所描述的麥克風應(yīng)用，需要一種用于使用mems傳感器的內(nèi)部倒裝芯片組件的底部端口麥克風的封裝解決方案而沒有有害的應(yīng)力效應(yīng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

要解決的目的是提供一種避免或至少減少上述問題的電子設(shè)備。

該目的尤其通過根據(jù)獨立權(quán)利要求1的電子設(shè)備來實現(xiàn)。進一步的實施例和構(gòu)型是從屬權(quán)利要求的主題。

根據(jù)至少一個實施例，電子設(shè)備包括具有上表面的載體板。電子芯片安裝在載體板的上表面上。電子芯片例如可以是傳感器芯片。在優(yōu)選實施例中，電子芯片可以是mems芯片。

載體板可以優(yōu)選地提供用于連接電子芯片的電連接。特別地，載體板可以是疊層式多層板，其可以基于htcc（高溫共燒陶瓷）、ltcc（低溫共燒陶瓷）、聚合物材料和/或玻璃。導(dǎo)體線和/或通孔可以在安裝在載體板上的元件和外部焊盤之間提供電氣布線（electricalrouting）。

電子芯片可以具有面向載體板的上表面的安裝側(cè)。特別地，芯片可以在安裝側(cè)具有連接元件，連接元件被實施為用于電連接芯片并且將芯片安裝在載體板的上表面上。此外，電子芯片可以具有背離載體板的上表面的頂側(cè)和將安裝側(cè)連接到頂側(cè)的側(cè)壁。

根據(jù)另一實施例，電子芯片具有作為安裝側(cè)上的連接元件的柱形凸起。柱形凸起可以例如位于電子芯片的電極盤上。為了形成柱形凸起，使用標準球形凸起工藝形成球。在將球接合到電極盤之后，閉合線夾并且接合頭移動以撕裂線。如果移動基本上垂直于安裝側(cè)指向，則“尾部”可以留在凸起的頂部。取決于移動參數(shù)，可以調(diào)節(jié)尾部的寬度和長度，并且從而調(diào)節(jié)柱形凸起的尺寸和形狀。柱形凸起中的每個可以形成機電連接元件，其可以結(jié)合固有的柔韌性、低輪廓和小的占地面積。

安裝側(cè)可以由芯片外形限定，使得由芯片外形包圍的區(qū)域可以表示為電子芯片的基本區(qū)域。特別地，電子芯片可以特別優(yōu)選地具有在每平方毫米安裝側(cè)的基本區(qū)域上等于或者小于5個的柱形凸起。簡而言之，電子芯片可以僅配備少量的柱形凸起，例如等于或小于10個柱形凸起。作為示例，方形或矩形的電子芯片可具有四個柱形凸起，每個柱形凸起位于方形或矩形基本區(qū)域的角落中的一個中。此外，在每個角落中，例如可以施加兩個柱形凸起，從而產(chǎn)生具有八個柱形凸起的電子芯片。

根據(jù)另一實施例，柱形凸起通過導(dǎo)電粘合劑連接到載體的上表面。在將電子芯片放置到載體板上之前，可以通過將柱形凸起浸入受控厚度的“濕”粘合劑層來施加導(dǎo)電粘合劑。此外，通過印刷、噴射或分配沉積導(dǎo)電粘合劑可以以更好的再現(xiàn)性提供更大的體積（volume）。有利地，導(dǎo)電粘合劑的使用提供適度的溫度分布。雖然無鉛的焊料凸起通常需要約250℃的溫度用于回流工藝，但是典型的導(dǎo)電粘合劑在約150℃或更低的溫度下固化，甚至約60℃的溫度也是可能的。因此，在芯片安裝期間僅引入低的初始應(yīng)力水平。

導(dǎo)電粘合劑可以是熱塑性或熱固性樹脂，包括選自硅酮、丙烯酸酯、環(huán)氧樹脂和其他樹脂材料中的一種或多種，其填充有導(dǎo)電顆粒。通?？梢允褂勉y（ag）和/或鈀（pd）。在mems麥克風或其他電容性傳感器的情況下，可以容忍高達千歐姆（kohm）范圍的相對高的接合電阻率。在這種情況下，類似碳等的其他填料材料也是可能的。而且，可以選擇固有導(dǎo)電聚合物作為導(dǎo)電粘合劑。

根據(jù)另一實施例，載體板在上表面中具有至少一個凹部，其中至少一個柱形凸起伸入到凹部中。特別地，柱形凸起的尾部可以被容納在凹部中。優(yōu)選地，載體板包括用于每個柱形凸起的凹部。（多個）凹部可以由導(dǎo)電粘合劑填充。

此外，柱形凸起中的至少一個或幾個或所有具有形狀鎖定輪廓部。柱形凸起、特別是其尾部的這種形狀鎖定輪廓部可以在相對柔軟的導(dǎo)電粘合劑中提供更強的錨固。例如，尾部可以在端部處彎曲，或者可以形成為鉤或支架。此外，將尾部壓成蘑菇形狀是可能的。

優(yōu)選地，柱形凸起中的至少一個或幾個或所有具有等于或大于30μm且等于或小于180μm的高度。高度尤其可以包括尾部以及被容納在載體板的凹部中的可選部分。柱形凸起可以例如由直徑等于或大于12μm且等于或小于30μm的金線制造。這種柱形凸起可以通過改進的線接合裝備如上所述制造，并且可以直接在電極盤（例如，鋁盤）上以高達~30/s的高速率設(shè)置，并且不需要通常對于mems晶片工藝來說是不希望的昂貴的ubm（下凸起金屬化）處理。

根據(jù)另一實施例，電子設(shè)備包括疊層式聚合物罩。聚合物罩至少部分地覆蓋電子芯片的頂側(cè)并延伸到載體板的上表面上。這尤其可以意味著聚合物罩例如通過粘合力固定地連接到上表面的一部分。聚合物罩可以被實施為將電子芯片機械地保持在載體板上。

此外，聚合物罩可以覆蓋電子芯片的大部分側(cè)壁。在方形或矩形芯片的情況下，聚合物罩可以優(yōu)選地覆蓋電子芯片的四個側(cè)壁中的至少三個。

聚合物罩可以通過將聚合物箔至少部分地疊層到安裝在載體板上的電子芯片上，并且部分地疊層到載體板的上表面上來制造。疊層工藝可以優(yōu)選地基于由箔上方和下方的氣壓差驅(qū)動的熱增強深拉工藝。疊層箔的聚合物材料以及因此聚合物罩可以選自各種熱塑性或熱固性聚合物。特別優(yōu)選地，聚合物罩包括b階材料，其是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的并且其結(jié)合在熱塑性條件下的可加工性與在最終熱和/或輻射固化期間到熱固性狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。優(yōu)選地，聚合物罩具有等于或大于10μm且等于或小于80μm的厚度。優(yōu)選的厚度可為約20μm。為了不損害組件（即電子設(shè)備）的柔性，聚合物罩（即處于固化和最終狀態(tài)的構(gòu)成聚合物罩的疊層箔）優(yōu)選在室溫下具有等于或小于1gpa的楊氏模量。

根據(jù)另一實施例，電子芯片的安裝側(cè)位于距載體板的上表面一定距離處，從而在安裝側(cè)和上表面之間限定間隙。如果適用的話，間隙的高度可以基本上由柱形凸起的高度減去柱形凸起的位于凹部中的那部分的高度來確定。特別地，間隙可以不含任何底部填充材料（underfillmaterial）。換句話說，電子芯片可以僅通過具有導(dǎo)電粘合劑的柱形凸起和聚合物罩安裝和固定在載體板上，其中可以避免任何進一步的底部填充材料（例如通常被施加在芯片和襯底之間的粘合材料）。

附圖說明

根據(jù)結(jié)合附圖的示例性實施例的以下描述，進一步的特征、優(yōu)點和便利將變得明顯。

圖1示出了根據(jù)實施例的電子設(shè)備，

圖2示出了根據(jù)另一實施例的電子設(shè)備，

圖3a和3b示出了根據(jù)其他實施例的電子設(shè)備的其他特征，

圖4示出了根據(jù)另一實施例的電子設(shè)備的細節(jié)，

圖5a至5c示出了根據(jù)其他實施例的電子設(shè)備的柱形凸起的細節(jié)。

在附圖中，相同設(shè)計和/或功能的元件由相同的附圖標記標識。應(yīng)理解，附圖中所示的實施例是說明性表示，并且不一定按比例繪制。

具體實施方式

圖1示出了根據(jù)實施例的電子設(shè)備100。電子設(shè)備100形成為電子封裝件并且包括載體板1，該載體板1具有上表面11和下表面12，上表面11上安裝有電子芯片2，下表面12遠離上表面11并在該下表面上設(shè)置有用于外部接觸電子設(shè)備100的觸點。電子芯片2例如可以是傳感器芯片，并且優(yōu)選地是諸如mems麥克風的mems芯片。盡管以下描述涉及這種應(yīng)用，但是本發(fā)明不限于mems麥克風，而是通常也可用于其他類型的應(yīng)力敏感傳感器以及電子部件。

例如基于htcc、ltcc、聚合物或玻璃的疊層式多層板用作載體板1，并因此用作封裝件襯底。導(dǎo)體線和通孔提供元件和外部焊盤之間的電氣布線。接地平面可以通過合適的連接材料30（例如焊料或?qū)щ娬澈蟿┙Y(jié)合附接到載體板1的蓋3（優(yōu)選地，金屬蓋）而改善電磁屏蔽。

電子芯片2具有面向載體板1的上表面11的安裝側(cè)21。此外，電子芯片2具有背離上表面11的頂側(cè)22，以及將安裝側(cè)21連接到頂側(cè)22的側(cè)壁23。如上所述被實施為mems麥克風芯片的電子芯片2安裝在載體板1上，使得芯片2的膜和背板面向載體板1中的開口13，該開口13用作聲音端口開口。如圖1所示的，可以在開口13上施加作為額外的和可選的元件的阻擋層14。阻擋層14可以是顆粒和/或濕氣屏障，其可以密封開口13以防止灰塵或水的侵入。特別地，可選的阻擋層14可以由網(wǎng)形成。其他實施例包括未附接到載體板1、但附接到電子芯片2的結(jié)構(gòu)。替代性地，不存在阻擋層14。

出于聲學(xué)原因，最頂層的載體板層上的聲音端口開口應(yīng)盡可能寬。這極大地限制了電子芯片2下面的剩余區(qū)域。因此，電子芯片2包括在電極盤上的柱形凸起24，其中柱形凸起24形成具有固有柔性、低輪廓和小占用面積的機電連接元件。柱形凸起24中的每個在凸起的頂部上具有尾部并且至少部分地被容納在載體板1的上表面11上的一滴導(dǎo)電粘合劑5中，從而在載體板1和電子芯片2之間提供應(yīng)力分離。如下所述，柱形凸起的優(yōu)選高度（包括尾部和被容納在凹部中的可選部分）在30μm和180μm之間，其中包括極值。可以使用直徑等于或大于12μm且等于或小于30μm的金（au）線制造柱形凸起24。柱形凸起24由改進的線接合裝備制成。它們可以直接在鋁（al）盤上以高速率（高達~30/s）設(shè)置，并且不需要在mems晶片工藝中通常是不希望的昂貴的ubm處理。

與導(dǎo)電粘合劑5的界面處的良好電接觸相關(guān)的所有表面優(yōu)選地涂覆有貴金屬，例如au、pt、pd、ag或其合金，以提供低且穩(wěn)定的電阻。導(dǎo)電粘合劑5可以是熱塑性或熱固性樹脂（例如硅樹脂、丙烯酸酯、環(huán)氧樹脂或其他合適的樹脂），其填充有導(dǎo)電顆粒，例如ag和/或pd顆粒，或者在mems麥克風或其他電容性傳感器的情況下，類似碳等的其他填充材料。而且，固有導(dǎo)電聚合物是另一種選擇。在將電子芯片2放置在載體板1上之前，可以通過將柱形凸起24浸入受控厚度的“濕”層中來施加導(dǎo)電粘合劑5。還可以使用通過印刷、噴射或分配的沉積，其可以以更好的再現(xiàn)性提供更大的體積。

固化的粘合劑5的所需機械性能廣泛地取決于類似預(yù)期的應(yīng)力水平和靈敏度、所涉及的材料的cte（熱膨脹系數(shù)）不匹配、每個芯片的柱形凸起的數(shù)量、柱形凸起的高度等參數(shù)。在許多構(gòu)型中，粘合劑5的楊氏模量等于或小于500mpa或優(yōu)選等于或小于100mpa是合適的。至于載體板熱膨脹系數(shù)，等于或小于8ppm/k或更好等于或小于5ppm/k的值應(yīng)該是期望的。但是，甚至可以使用熱膨脹系數(shù)高達14ppm/k的低性能基底材料。

由于柱形凸起24，可以避免其他連接方法的問題。例如，實際上不可能實施金屬彈簧元件以實現(xiàn)所需的應(yīng)力分離。在這種情況下，傳統(tǒng)的芯片焊料凸起將附接到彈簧元件的獨立端子，而彈簧元件的另外端子固定到載體板觸點。芯片的安裝表面和載體板的上表面之間的間隙高度被限制為大約100μm，因此在垂直方向上不允許復(fù)雜的彈簧結(jié)構(gòu)。此外，不能避免彈簧結(jié)構(gòu)的部分從芯片外形突出，以便它們由用于分離前部體積和后部體積的任何裝置阻擋。此外，傳統(tǒng)的倒裝芯片底部填充在這方面會更糟。當然，對于mems麥克風來說，完整的底部填充將是禁止的，但即使沿著芯片邊緣以壩的形式的底部填充也會完全阻擋彈簧。

與傳統(tǒng)的焊料凸起相比，柱形凸起24形成接頭，該接頭顯示出較低的結(jié)合強度，特別是在每個芯片的接頭數(shù)量較少的情況下，如針對mems麥克風所給出并且在下面說明的那樣。然而，借助于底部填充方法的增強不能用于mems麥克風，因為在底部填充材料的應(yīng)用期間朝向功能部件的流動和滲出是有害的。因此，電子芯片的安裝側(cè)和載體板的上表面之間的間隙6不含任何底部填充材料。電子設(shè)備100包括疊層式聚合物罩4，而不是使用底部填充物。聚合物罩至少部分地覆蓋電子芯片2的頂側(cè)22并且延伸到載體板1的上表面11上。特別地，聚合物罩4通過粘合固定地連接到上表面11的一部分，使得疊層式聚合物罩4機械地保持和支撐電子芯片2。在所示實施例中，聚合物罩4在芯片2的所有側(cè)壁23上機械地保持和支撐電子芯片2。特別優(yōu)選地，聚合物罩4包括b階材料（b-stagematerial），其結(jié)合在熱塑性條件下的可加工性和在最終熱和/或輻射固化期間到熱固性狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，并且具有等于或大于10μm且等于或小于80微米的厚度。優(yōu)選的厚度可為約20μm。為了不損害電子設(shè)備100的柔性，聚合物罩4（即，以固化和最終狀態(tài)構(gòu)成聚合物罩4的疊層箔）優(yōu)選地具有在室溫下等于或小于1gpa的楊氏模量。

疊層過程基于由聚合物箔上方和下方的氣壓差驅(qū)動的熱增強深拉。結(jié)果，柱形凸起24上的唯一有效力直接向下指向，即朝向載體板1的上表面11，這為它們的單個彈性加載方向。原因在于：柱形凸起24的尾部可以擱置在載體板1上，從而提供機械止動件。所有其他負載情況，例如由彎曲、剪切和/或拉動引起的可能容易破壞柱形凸起接頭的力可以在固化工藝后由聚合物罩4處理。該組件的另一優(yōu)點是其溫和的溫度曲線。雖然無鉛的焊料凸起需要約250℃用于回流工藝，但典型的導(dǎo)電粘合劑在約150℃下固化，其中約60℃也是可能的。因此，在安裝芯片2時引入低的初始應(yīng)力水平。

聚合物罩4還可以提供電子芯片2的前部體積和后部體積之間的分離。在所解釋的mems麥克風的情況下，聚合物罩4可以在mems腔體的區(qū)域中具有開口40，作為與蓋3提供的延伸的后部體積的連接。

圖2示出了電子設(shè)備100的另一實施例，與先前實施例相比，電子設(shè)備100另外包括安裝在載體板1上的asic7。asic7可以支持和控制電子芯片2以及因此電子設(shè)備100的功能。asic7可以安裝在聚合物罩4下方的電子芯片2的旁邊，如圖2所示，或者在其外部。其可以以柱形凸起的形式或任何其他安裝和互連方法（例如具有焊球的倒裝芯片附接件、具有線接合的傳統(tǒng)芯片附接件等）使用所描述的連接元件。在所示實施例中，聚合物罩4（也在聚合物罩4下方的asic7的存在下）覆蓋電子芯片2的四個側(cè)壁23中的至少三個，從而充分地機械地保持電子芯片2。

在圖1和2的實施例中，電子芯片2分別包括在每平方毫米安裝側(cè)的基部區(qū)域上等于或小于5個的柱形凸起。考慮到mem芯片的典型尺寸，這尤其意味著電子芯片2具有等于或小于10個柱形凸起。在圖3a和3b中，顯示了用于電子設(shè)備100的布局的兩個示例性實施例。在兩個圖中，電子芯片的外形25（作為示例，其具有正方形形狀）由虛線示出。還示出了柱形凸起24、導(dǎo)電粘合劑5和覆蓋載體板中的開口的（可選的）阻擋層14的位置。圖3a示出了具有四個柱形凸起24的布局，該四個柱形凸起24被擠壓到由電子芯片的外形25限制的可用場的角落中，以便盡可能少地損失用于聲音端口開口13和阻擋層14的區(qū)域。柱形凸起24周圍的相應(yīng)最外側(cè)圓表示載體板上的導(dǎo)電粘合劑5的尺寸，該導(dǎo)電粘合劑5優(yōu)選地不與聚合物罩接觸，以便最小化在該極高阻抗電路中可能的泄露電流。圖3b示出了另一實施例，其中兩個柱形凸起24在每個角落中形成一個接頭以加強連接。在每個角落中還可以有兩個以上的柱形凸起。

圖4示出根據(jù)另一實施例的電子設(shè)備的細節(jié)。在該實施例中，載體板1具有至少一個凹部15，其中容納至少一個柱形凸起24或至少其細長的尾部線。凹部15填充有導(dǎo)電粘合劑5。作為所示實施例的替代方案，凹部15可以通過其他方式構(gòu)建，例如通過載體板1的上表面上的結(jié)構(gòu)、特別是焊接掩模圖案。

如果柱形凸起中的至少一個或幾個或所有、特別是其尾部具有形狀鎖定輪廓部以便在相對柔軟的導(dǎo)電粘合劑中更牢固地錨固，則可以實現(xiàn)進一步的改進。在圖5a至5c中示出形狀鎖定輪廓部的示例性實施例。例如，尾部可以在端部處彎曲，如圖5a所示，或者形成為鉤或支架，如圖5b所示。替代性地，如圖5c所示，將尾部壓成蘑菇形狀是優(yōu)選的可能性。

作為結(jié)合附圖描述的特征的替代或補充，附圖中示出的實施例可以包括在說明書的一般部分中描述的其他特征。此外，附圖的特征和實施例可以彼此組合，即使沒有明確地描述這種組合。

本發(fā)明不受基于示例性實施例的描述的限制。相反，本發(fā)明包括任何新特征以及特征的任何組合，其特別地包括專利權(quán)利要求中的特征的任何組合，即使該特征或該組合本身未在專利權(quán)利要求或示例性實施例中明確說明。

使用的參考符號列表

1載體板

2電子芯片

3蓋

4聚合物罩

5導(dǎo)電粘合劑

6間隙

7專用集成電路（asic）

11上表面

12下表面

13開口

14阻擋層

15凹部

21安裝側(cè)

22頂端

23側(cè)壁

24柱形凸起

25外形

30連接材料

40開口

100電子設(shè)備