微機(jī)電裝置和制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及微機(jī)電裝置和制造微機(jī)電裝置的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微機(jī)電系統(tǒng)或MEMS裝置可被定義為微尺度機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)電系統(tǒng)，在該微尺度機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)電系統(tǒng)中至少一些元件具有某種機(jī)械功能。因?yàn)榭梢允褂糜糜谥圃旒呻娐返南嗤ぞ邅碇圃霱EMS裝置，所以微機(jī)械元件和微電子元件可以被裝配在一片硅片上，以實(shí)現(xiàn)各種類型的裝置。
[0003]微機(jī)電裝置的尺寸很小，元件的尺寸范圍通常在數(shù)十微米到幾毫米。這意味著在微機(jī)電裝置中檢測(cè)到的機(jī)械變形、位移或偏轉(zhuǎn)(deflect1n)也很小，從而容易受到外部干擾。這給設(shè)計(jì)施加了許多挑戰(zhàn)。對(duì)于微機(jī)電裝置，包括微機(jī)電元件的模片(die)以及包括與微機(jī)電元件相關(guān)聯(lián)的電子器件的至少再一個(gè)模片通常被封裝成一個(gè)封裝。
[0004]然而，封裝的高度正成為微機(jī)電裝置的瓶頸，微機(jī)電裝置通常與集成電路模片堆疊在載體上，然后被包覆成型(over-molded)。以這種傳統(tǒng)方式，在最好示例中高度為大約0.8mm。然而，由于在極薄模片的處理、引線接合回路高度、粘接劑層的厚度以及載體的厚度方面的問題，似乎不可能進(jìn)一步減小高度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種能夠在更小的封裝中應(yīng)用微機(jī)電裝置的封裝結(jié)構(gòu)。使用根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的特征部分的微機(jī)電裝置和制造微機(jī)電裝置的方法來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。
[0006]在從屬權(quán)利要求中公開本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
[0007]要求保護(hù)的發(fā)明限定了一種微機(jī)電裝置，包括晶片板、一組一個(gè)或更多個(gè)晶片連接器元件，以及晶片板與一組一個(gè)或更多個(gè)晶片連接器元件之間的配電層。晶片板包括至少兩個(gè)模片以及在晶片板的縱向范圍在至少兩個(gè)模片的周圍將至少兩個(gè)模片彼此并排地粘接的粘接材料，其中，模片中的至少一個(gè)是微機(jī)電模片。配電層覆蓋晶片板并包括至少一個(gè)介電材料層和至少一個(gè)導(dǎo)電材料層，其中，導(dǎo)電材料層被圖案化在介電材料層內(nèi)以電互連模片和晶片連接器元件。配電層具有覆蓋至少一個(gè)微機(jī)電模片的第一部分，以及在微機(jī)電模片與晶片板的鄰邊之間的粘接材料區(qū)。一組一個(gè)或更多個(gè)晶片連接器元件被定位于僅在第一部分之外的位置中的配電層上。
[0008]使用多模片裝置中各模片的新配置，實(shí)現(xiàn)了顯著減小MEMS裝置厚度。
[0009]使用各實(shí)施例的詳細(xì)描述來更詳細(xì)地描述要求保護(hù)的發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)和要求保護(hù)的發(fā)明的實(shí)施例。
【附圖說明】
[0010]在下文中，參考附圖，結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例，將更詳細(xì)地描述本發(fā)明，在附圖中:
[0011]圖1圖示了微機(jī)電(MEMS)裝置的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖；
[0012]圖2示出了在圖1中圖示的MEMS裝置的頂視圖；
[0013]圖3圖示了在底層支撐結(jié)構(gòu)彎曲期間要求的定位的效果；
[0014]圖4圖示了用于減小MEMS裝置中的應(yīng)力的另一實(shí)施例；
[0015]圖5圖示了用于減小MEMS裝置中的應(yīng)力的替選實(shí)施例；
[0016]圖6圖示了用于感測(cè)壓力的微機(jī)電裝置的示例性結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0017]以下實(shí)施例是示例性的。雖然說明書可能引用了“一”、“一個(gè)”或“一些”實(shí)施例，但是這并不一定意味著每個(gè)這樣的引用都指同一個(gè)實(shí)施例，或意味著該特征僅適用于單個(gè)實(shí)施例?？梢越Y(jié)合不同實(shí)施例的單個(gè)特征來提供另外的實(shí)施例。
[0018]在下文中，將使用裝置架構(gòu)的簡(jiǎn)單示例來描述本發(fā)明的特征，在裝置架構(gòu)的簡(jiǎn)單示例中可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的各種實(shí)施例。僅詳細(xì)描述了與用于圖示實(shí)施例有關(guān)的元件。微機(jī)電裝置的各種實(shí)現(xiàn)包括各種元件，這些元件通常對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是已知的且在本文中可不詳細(xì)描述。
[0019]圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明的微機(jī)電(MEMS)裝置100的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖。圖1的MEMS裝置包括晶片板102、平面物體，沿晶片板的該平面物體的長(zhǎng)度比晶片板的厚度大。晶片板102包括至少一個(gè)MEMS模片104，MEMS模片104包括機(jī)械變形元件和電換能器，其中，電換能器響應(yīng)于變形元件的變形而產(chǎn)生用于在MEMS裝置中進(jìn)行進(jìn)一步處理的電輸出信號(hào)?？梢酝ㄟ^各種工藝在單個(gè)晶片上大批量生產(chǎn)模片結(jié)構(gòu)，并且可以將晶片切割成許多塊，每塊都包括該結(jié)構(gòu)的復(fù)本。在本文中具有定義結(jié)構(gòu)的從晶片切割下來的一塊半導(dǎo)體材料被稱為模片。MEMS模片104可以包括電輸入輸出端子116，電信號(hào)通過電輸入輸出端子116從MEMS模片輸入和輸出到MEMS模片。
[0020]晶片板102包括至少另一模片，該另一模片可以是集成電路(IC)模片106，模片106包括針對(duì)從MEMS模片104輸出的信號(hào)的測(cè)量電路系統(tǒng)。另外，IC模片104可以包括電輸入輸出端子118，電信號(hào)通過電輸入輸出端子118從IC模片輸入和輸出到IC模片。使用粘接材料108來在晶片板的縱向范圍將模片104、106彼此并排地粘接。因此，模片104、106和粘接材料108形成晶片板102的平面層。
[0021]在晶片板102頂上形成配電層110。配電層110包括介電材料層112和導(dǎo)電材料層115，其中，導(dǎo)電材料層被圖案化在介電材料層內(nèi)以選擇性地互連MEMS模片104和IC模片106的電輸入端子116、118。介電層112可以是聚合物介電材料，并且導(dǎo)電層可以是例如銅的金屬的沉積膜。注意到圖1的配電層結(jié)構(gòu)僅是示例性的。在本公開范圍內(nèi)可以應(yīng)用由介電材料和導(dǎo)電材料形成的其它選擇性層配置。
[0022]假設(shè)在配電層110 —側(cè)的晶片板102的表面是頂面，并且在另一側(cè)的晶片板102的表面是底面。MEMS模片104和IC模片106被定位成沿著晶片板102的頂面彼此并列延伸，使得MEMS模片104和IC模片106的最長(zhǎng)尺寸在頂面的方向上平行延伸。由于這樣的定位，MEMS模片104和IC模片106的最短尺寸延伸達(dá)到晶片板102的厚度。因此，晶片板剖面很薄，這使得能夠提供比以前更薄的MEMS裝置。
[0023]如圖1中所示出的，MEMS裝置還包括一組一個(gè)或更多個(gè)晶片連接元件114，晶片連接元件114通過配電層110的導(dǎo)電材料路徑連接到晶片板102內(nèi)的模片104、106。晶片連接元件可以是例如焊料凸塊、金屬覆蓋聚合物芯球、銅柱、焊盤(land pad)或用于將電氣裝置連接到印刷布線板的任何其它元件，所有這些元件對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是公知的。
[0024]集成電路的晶片級(jí)封裝(WLP)已經(jīng)快速成為用于封裝相對(duì)小且低1數(shù)電路的主要技術(shù)。該技術(shù)包括將聚合物絕緣層、銅導(dǎo)體跡線和焊料球直接沉積在硅電路上，使得不再需要像模片附接、引線鍵合和塑料包覆成型的任何其它傳統(tǒng)封裝步驟，以及在切割晶片之后，可以采用標(biāo)準(zhǔn)回流焊工藝將裝置直接焊接到印刷布線板上。
[0025]WLP概念已經(jīng)通過所謂的扇出晶片級(jí)封裝(F0-WLP，fan-out wafer levelpackaging)擴(kuò)展到更高1數(shù)的電路，在扇出晶片級(jí)封裝中，已知的良好的(經(jīng)測(cè)試的)模片嵌入到塑料成型材料中作為二維陣列以構(gòu)成重構(gòu)晶片。模片由塑料材料粘接并位于具有比原始晶片上的模片間距更寬的模片間距的規(guī)則陣列中。在該重建的晶片上，可以實(shí)現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)WLP技術(shù)類似的介電膜、銅膜和焊料凸塊。
[0026]還已知可以基于F0-WLP，通過使具有包圍和粘接塑料材料的一組模片形成新的多模片裝置來構(gòu)建多模片裝置。先前已經(jīng)提出在WLP晶片或FO-WLP晶片上堆疊模片來增加多模片裝置的復(fù)雜度。在本發(fā)明中，多模片裝置中的模片的新配置適于實(shí)現(xiàn)顯著減小MEMS裝置厚度?，F(xiàn)在已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大約0.4mm的MEMS裝置厚度。
[0027]注意:晶片級(jí)封裝的工藝步驟本身被廣泛記錄，并且其本身對(duì)MEMS制造領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是已知的。附圖和對(duì)要求保護(hù)的分層結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)描述同時(shí)用作相應(yīng)制造方法權(quán)利要求的描述。
[0028]圖2示出了圖1中圖示的MEMS裝置的頂視圖。在微機(jī)電裝置中，尺寸很小，部件的尺寸范圍通常在幾十微米到幾毫米。這對(duì)設(shè)計(jì)施加了許多挑戰(zhàn)。例如，在微機(jī)電壓力傳感器中，壓力變化引起的的檢測(cè)隔膜位移可以為幾納米或更少。這意味著由位移產(chǎn)生的信號(hào)很小，并且測(cè)量非常容易受到外部干擾的影響。這些干擾可以例如在微機(jī)電元件與到印刷布線板的晶片連接器元件連接時(shí)發(fā)生。印刷布線板可以具有在溫度變化時(shí)由于熱膨脹而會(huì)稍微彎曲的結(jié)構(gòu)，或者印刷布線板可以經(jīng)受使其彎曲的外部應(yīng)力。該彎曲對(duì)MEMS塊的操作的影響可能很強(qiáng)，尤其當(dāng)MEMS裝置很薄時(shí)。
[0029]圖2圖示了通過晶片連接器元件的特定定位來最