用于封裝的mems器件的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本公開的各種實(shí)施例提供了一種用于封裝的MEMS器件的系統(tǒng)和方法。根據(jù)實(shí)施例，器件包括襯底，布置在襯底之上的換能器裸片；布置在換能器裸片之上的蓋體；以及將蓋體連接到襯底的支撐結(jié)構(gòu)。支撐結(jié)構(gòu)包括被配置為允許在周圍環(huán)境和換能器裸片之間傳遞流體信號(hào)的端口。
【專利說明】
用于封裝的MEMS器件的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明一般性地涉及換能器和封裝，并且在具體實(shí)施例中涉及用于封裝的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)器件的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]將信號(hào)從一個(gè)域轉(zhuǎn)換到另一域的換能器經(jīng)常被用在傳感器中。包括換能器的常用傳感器是將壓力差和/或壓力變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的壓力傳感器。壓力傳感器具有多種應(yīng)用，例如包括大氣壓力感測(cè)、海拔感測(cè)以及氣象監(jiān)測(cè)。
[0003]基于傳感器的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)包括使用顯微機(jī)械加工技術(shù)的換能器族。MEMS，諸如MEMS壓力傳感器，通過測(cè)量換能器中的物理狀態(tài)的改變并且傳遞將要由連接到MEMS傳感器的電子電路處理的信號(hào)來從外圍環(huán)境收集信息。MEMS器件可以通過使用與用于集成電路的微加工制造技術(shù)類似的微加工制造技術(shù)來制造。
[0004]MEMS器件可以被設(shè)計(jì)為例如作為振蕩器、諧振器、加速度計(jì)、陀螺儀、壓力傳感器、麥克風(fēng)和/或微反射鏡而起作用。許多MEMS器件使用電容感測(cè)技術(shù)，以用于將物理現(xiàn)象換能成電信號(hào)。在這樣的應(yīng)用中，在傳感器中的電容變化使用接口電路被轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。
[0005]壓力傳感器同樣可以被實(shí)施為電容MEMS器件，其包括參考量和可偏斜的薄膜。在參考量和外部量(例如在一些情況下的周圍環(huán)境)之間的壓力差引起薄膜的偏斜。一般來說，薄膜的偏斜引起在薄膜和感測(cè)電極之間的間距的改變，由此電容被改變。因此，壓力傳感器測(cè)量在參考量和外部壓力之間的壓力差。
[0006]對(duì)于與在例如壓力傳感器的器件外部的周圍環(huán)境進(jìn)行交互作用的換能器來說，到外圍環(huán)境的開口或親合通常被包括在器件結(jié)構(gòu)中。例如，麥克風(fēng)一般包括聲音端口以及壓力傳感器一般包括類似的大氣壓力端口。當(dāng)器件被封裝時(shí)，這些開口或耦合可能為例如灰塵或顆粒的污染物提供了渠道來影響包括這些開口的換能器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)一個(gè)試實(shí)施例，器件包括襯底，布置在該襯底之上的換能器裸片，布置在該換能器之上的蓋體，以及將蓋體連接至襯底的支撐結(jié)構(gòu)。支撐結(jié)構(gòu)包括被配置為允許在周圍環(huán)境和換能器裸片之間傳遞流體信號(hào)的端口。
【附圖說明】
[0008]為了更加全面地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)結(jié)合附圖參考下面描述，在附圖中:
[0009]圖1圖示實(shí)施例的封裝的MEMS器件的系統(tǒng)框圖；
[00? O ]圖2a和圖2b圖不實(shí)施例的封裝的MEMS器件的不意性的側(cè)視圖和不意性的俯視圖；[00?1 ]圖3a和圖3b圖不另一實(shí)施例的封裝的MEMS器件的不意性的側(cè)視圖和不意性的俯視圖；
[0012]圖4a和圖4b圖不又一實(shí)施例的封裝的MEMS器件的不意性的側(cè)視圖和不意性的俯視圖；
[0013]圖5圖不再一實(shí)施例的封裝的MEMS器件的不意性的側(cè)視截面圖；
[0014]圖6圖不實(shí)施例的電子系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖；
[0015]圖7圖示形成封裝的MEMS器件的實(shí)施例的方法的方框圖；
[0016]圖8圖示用于封裝的MEMS器件的操作的實(shí)施例的方法的方框圖。
[0017]在不同的附圖中，除非另外指出，相應(yīng)的數(shù)字和符號(hào)一般指代對(duì)應(yīng)的部件。繪制附圖以用于清楚地圖示實(shí)施例的相關(guān)方面而并不一定按照比例來繪制附圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]在下文中詳細(xì)討論不同實(shí)施例的形成和使用。然而應(yīng)該理解的是，在此描述的不同實(shí)施例是能夠應(yīng)用到廣泛地多樣化的特定的情境中的。在此討論的特定實(shí)施例僅僅圖示形成以及使用各種實(shí)施例的示例性地特定方式，并且不應(yīng)當(dāng)被解釋為對(duì)范圍的限定。
[0019]描述了關(guān)于在特定的情境中的各種實(shí)施例，也就是MEMS換能器，并且更特別地，是壓力傳感器。在此描述的不同實(shí)施例中的一些實(shí)施例包括MEMS換能器系統(tǒng)，MEMS壓力傳感器，用于MEMS換能器和接口電子器件的封裝方法以及封裝的MEMS壓力傳感器。在其他實(shí)施例中，這些方面也能夠被應(yīng)用到涉及根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的任意樣式的任意類型的換能器或封裝上。
[0020]根據(jù)多種實(shí)施例，MEMS壓力傳感器被用于感測(cè)周圍環(huán)境的壓力。MEMS壓力傳感器被包括在封裝的MEMS器件中，該封裝的MEMS器件包括電路板，布置在該電路板上的集成電路(1C)，布置在IC上的MEMS壓力傳感器，以及布置在MEMS壓力傳感器之上的蓋體，并且蓋體通過布置在電路板和蓋體之間的附著結(jié)構(gòu)而附著至電路板。
[0021]在各種實(shí)施例中，環(huán)境端口通過對(duì)附著結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化來形成，以形成在電路板和蓋體之間的開口。在特定的實(shí)施例中，形成在附著結(jié)構(gòu)中的開口具有大約35μπι的高度。環(huán)境端口允許在蓋體外部的周圍環(huán)境和蓋體內(nèi)部的MEMS壓力傳感器之間的流體信號(hào)的傳輸。在一些實(shí)施例中，在附著結(jié)構(gòu)中的開口的布置可以通過在通過開口將諸如在大氣中的壓力變化等的流體信號(hào)傳輸至MEMS傳感器的同時(shí)防止諸如灰塵等的顆粒接觸MEMS壓力傳感器，來提高要提供給MEMS壓力傳感器的保護(hù)。在各種實(shí)施例中，其他類型的環(huán)境MEMS換能器可以被包括在封裝的MEMS器件中，使得MEMS壓力傳感器與其他類型的MEMS傳感器一起封裝或由其他類型的MEMS傳感器所取代。例如，在一些實(shí)施例中MEMS麥克風(fēng)可以被包括在封裝的MHMS器件中。
[0022]圖1示出了實(shí)施例的封裝的MEMS器件100的系統(tǒng)方框圖，包括在封裝108內(nèi)部的MEMS裸片102以及專用集成電路(ASIC) 104。根據(jù)各種實(shí)施例，MEMS裸片102通過電耦合112被耦合到ASIC104 ^EMS裸片102還通過流體耦合110被耦合到封裝108外部的周圍環(huán)境，流體耦合110通過在封裝108中的端口 106而被提供?；谠诙丝?106中經(jīng)由流體耦合110接收的流體信號(hào)，MEMS裸片102生成換能的電信號(hào)并將該換能的電信號(hào)通過電耦合112傳輸至ASIC 104ο
[0023]在一些實(shí)施例中，MEMS裸片102包括通過端口 106耦合至封裝的MEMS器件100的周圍環(huán)境的壓力換能器。該壓力換能器例如可以包括第一和第二感測(cè)板。在一些實(shí)施例中，在MEMS裸片102中的壓力傳感器包括有孔的剛性背板以及可偏斜的薄膜。周圍環(huán)境中的壓力變化作為流體信號(hào)通過端口 106進(jìn)入MEMS裸片102，并且引起可偏斜的薄膜發(fā)生位移。該位移改變?cè)诒∧ず捅嘲逯g的分隔距離并生成換能的壓力信號(hào)，其被供給至ASIC 104。在另一實(shí)施例中，MEMS裸片102可以包括任意類型的用于感測(cè)流體信號(hào)的換能器。例如，在一些實(shí)施例中，可以實(shí)施麥克風(fēng)。在又一實(shí)施例中，感測(cè)機(jī)構(gòu)可以是非電容性的，例如，光學(xué)的或壓電的。在再一實(shí)施例中，MEMS裸片102包括基于揚(yáng)聲器的薄膜，例如MEMS微型揚(yáng)聲器。
[0024]在多種實(shí)施例中，封裝108被實(shí)施為用于MEMS裸片102和ASIC 104的蓋體。在一些特定的實(shí)施例中，蓋體可以是金屬的或塑料的以及可以被附著至印刷電路板(PCB)。在各種實(shí)施例中，封裝108中的端口 106允許流體信號(hào)的傳遞，例如氣體、液體、流體介質(zhì)中的聲信號(hào)，或流體介質(zhì)中的壓力信號(hào)的傳遞。在一些實(shí)施例中，端口 106例如可以是氣體可透過的，其允許大氣以及在大氣中的壓力或聲信號(hào)的傳遞。在更加特定的實(shí)施例中，端口 106也可以是液體不可透過的，其防止將水傳遞至MEMS裸片102以便實(shí)施防水。如另一實(shí)施例，端口 106可以允許通過流體介質(zhì)，例如在一些實(shí)施例中通過大氣，傳遞來自周圍環(huán)境溫度信號(hào)。
[0025]在各種實(shí)施例中，電耦合112可以包括多個(gè)耦合。例如，除了換能器電信號(hào)之外，ASIC 104可以將供電信號(hào)或偏置電壓BIAS提供至MEMS裸片102。在一些實(shí)施例中，ASIC 104可以是任意類型的集成電路。
[0026]在多種實(shí)施例中，MEMS裸片102被形成為單一導(dǎo)體裸片。此外，ASIC 104可以被形成為在額外的半導(dǎo)體裸片上的集成電路。封裝108可以包括附著有MEMS裸片102和ASIC 104的PCB。在另外的實(shí)施例中，ASIC 104以及MEMS裸片102可以被集成在同一襯底或同一半導(dǎo)體裸片上。在各種實(shí)施例中，MEMS裸片102以及ASIC104可以被形成在與半導(dǎo)體的材料不同的襯底上，例如導(dǎo)體或絕緣體，或者在一些特定的實(shí)例中為聚合物。在一些實(shí)施例中，ASIC104以及MEMS裸片102在封裝108中直接附著在一起，例如通過倒裝鍵合或晶片鍵合。
[0027]如在下文中進(jìn)一步描述的，實(shí)施例的封裝的MEMS器件包括在被包括為封裝的一部分的附著結(jié)構(gòu)或附著焊盤中形成的一個(gè)或多個(gè)端口。在各種實(shí)施例中，在附著焊盤或支撐結(jié)構(gòu)中的一個(gè)或多個(gè)端口的布置可以在允許傳遞流體信號(hào)或其他外部信號(hào)的同時(shí)防止對(duì)在封裝內(nèi)部的MEMS裸片的污染或損害。
[0028]圖2a和圖2b圖示實(shí)施例的封裝的MEMS器件120的示意性的側(cè)視圖和示意性的俯視圖，封裝的MEMS器件包括PCB 122、蓋體124、附著焊盤126、MEMS裸片128以及ASIC 130。根據(jù)各種實(shí)施例，MEMS裸片128被實(shí)施為測(cè)量蓋體124外部的周圍環(huán)境的絕對(duì)壓力或壓力變化的MEMS壓力傳感器。在各種實(shí)施例中，附著焊盤126將蓋體124附著至PCB 122并且還形成在附著焊盤126之間的間隙125。間隙125提供端口或開口，通過這些端口或開口，來自周圍環(huán)境的信號(hào)可以傳遞至MEMS裸片128。在這樣的實(shí)施例中，間隙125可以被稱作允許流體信號(hào)傳遞的環(huán)境端口或流體端口，其中流體信號(hào)包括液體和氣體的傳輸以及通過這樣的諸如壓力信號(hào)或聲信號(hào)等的流體介質(zhì)的信號(hào)傳播。在一些實(shí)施例中，間隙125可以是氣體可透過的以及例如在施加了防水的情況下是液體不可透過的。圖2b圖示與附著焊盤126接觸的蓋體124的邊緣，但是蓋體124作為透視結(jié)構(gòu)來圖示出以便示出封裝的MEMS器件120的元件，其原本是被蓋體124所擋住的。
[0029]在各種實(shí)施例中，間隙125具有間隙高度HG，其由附著焊盤126的高度來設(shè)定，以及間隙寬度WG。類似的，附著焊盤126具有焊盤寬度WP。在各種實(shí)施例中，間隙高度HG可以小于10ymο在一個(gè)特別的實(shí)施例中，間隙高度HG大約為35μπι。在備選實(shí)施例中，間隙高度HG可以大于ΙΟΟμπι。此外，在一些實(shí)施例中間隙寬度可以處于ΙΟμπι至1mm的范圍中。在另外的實(shí)施例中，間隙寬度WG可以在該范圍之外。在各種實(shí)施例中，除了間隙125的數(shù)量之外，通過設(shè)定間隙高度HG和間隙寬度WG調(diào)節(jié)在蓋體124內(nèi)部的腔體的頻率響應(yīng)。例如，由更大的間隙高度HG和間隙寬度WG設(shè)定的更大的開口，以及更大數(shù)量的開口增加可以被感測(cè)的信號(hào)的高頻極限。相反的，更小的或更少數(shù)量的開口降低可以被感測(cè)的信號(hào)的高頻極限。因此，間隙125的配置可以用作用于諸如壓力變化或聲信號(hào)等的流體信號(hào)的低通濾波器(LPF)。
[0030]作為另一的實(shí)施例，在周圍環(huán)境中的壓力變化可以以在大約1Hz以下的頻率出現(xiàn)，而聲信號(hào)可以以在大約10Hz至大約22ΚΗζ的范圍的頻率出現(xiàn)。在特定的實(shí)施例中，其中MEMS裸片128被實(shí)施為MEMS壓力傳感器，間隙125可以被配置為具有開口并在數(shù)量上使得間隙125操作為具有1Hz的截止頻率的LPF。在其他實(shí)施例中，MEMS裸片128可以被實(shí)施為MEMS麥克風(fēng)以及間隙125可以被配置為具有開口并在數(shù)量上使得間隙125操作為具有22ΚΗζ的截止頻率的LPF。在各種另外的實(shí)施例中，例如取決于各種傳感器類型以及用于MEMS裸片128的應(yīng)用，間隙125可以被配置為操作為具有I Hz至I OOKHz的范圍的截止頻率的LPF。
[0031]在各種實(shí)施例中，間隙125可以以通過附著焊盤126提供的相等的間隔而圍繞蓋體124的圓周均勻地分布。在其他實(shí)施例中，間隙125可以不均勻的分布并且包括一個(gè)或多個(gè)間隙。例如，間隙125可以僅僅沿著蓋體的一個(gè)邊緣安置且在安置在蓋體124的一個(gè)邊緣之下，并且其他三個(gè)邊緣包括連續(xù)的附著焊盤126。在特定實(shí)施例中，間隙125可以被限定到沿著蓋體且在蓋體124之下的一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)邊緣。
[0032]根據(jù)各種實(shí)施例，ASIC130被附著到PCB 122并且通過導(dǎo)線鍵合138被耦合至接觸焊盤136 JEMS裸片128可以被堆疊在ASIC130上并通過耦合到接觸焊盤132的導(dǎo)線鍵合134被電耦合到ASIC130。在其他實(shí)施例中，MEMS裸片128可以通過倒裝鍵合被耦合到ASIC 130。
[0033]在特定的實(shí)施例中，PCB122可以由各種電路板材料來形成，其包括但不僅限于疊層材料，包銅疊層材料、浸樹脂布以及銅箔。蓋體124可以是金屬蓋體。在一些特定實(shí)施例中，蓋體124為銅、鋼或鋁。在備選的實(shí)施例中，蓋體由聚合物或玻璃形成。在一些實(shí)施例中，附著焊盤126由金屬形成。具體地，在一些特定實(shí)施例中附著焊盤126由金或銅形成。在其他實(shí)施例中，附著焊盤126由漆料或涂料形成。在另外實(shí)施例中，附著焊盤126使用膠或樹脂將蓋體124附著至PCB 122。在另一實(shí)施例，附著焊盤126通過焊接將蓋體124附著至PCB 122。在特定實(shí)施中，附著焊盤126通過錫焊將蓋體124附著至PCB 122。
[0034]圖3a和圖3b圖示另一實(shí)施例的封裝的MEMS器件140的示意性的側(cè)視圖和示例性的俯視圖。封裝的MEMS器件140包括具有通風(fēng)孔142的PCB 122、蓋體124、附著焊盤126、MEMS裸片128以及ASIC 130。根據(jù)各種實(shí)施例，封裝的MEMS器件140與上述參考圖2a和圖2b所描述的封裝的MEMS器件120相類似地操作，其中附加了通風(fēng)孔142。在各種實(shí)施例中，通風(fēng)孔142被形成為在PCB 122中的孔并且增加從周圍環(huán)境到蓋體124內(nèi)的MEMS裸片128的氣流。通風(fēng)孔142可以被形成在蓋體124之下。在特定的實(shí)施例中，通風(fēng)孔142中的至少一個(gè)通風(fēng)孔被形成在蓋體124的邊緣之下并且延伸超過蓋體124的邊緣的兩側(cè)。在一些實(shí)施例中，PCB 122包括兩個(gè)通風(fēng)孔142。在一個(gè)實(shí)施例中，PCB 122僅包括一個(gè)通風(fēng)孔142。在又一實(shí)施例中，PCB122包括三個(gè)或更多的通風(fēng)孔142。
[0035]根據(jù)各種實(shí)施例，通風(fēng)孔142具有通風(fēng)半徑RV。在一些特定的實(shí)施例中，通風(fēng)半徑RV可以具有0.5mm至2mm的范圍。在備選的實(shí)施例中，通風(fēng)半徑RV可以在這個(gè)范圍之外。根據(jù)各種實(shí)施例，通風(fēng)孔142完全通過PCB 122。在另外的實(shí)施例中，通風(fēng)孔142僅僅部分地通過PCB 122并且不形成通過與蓋體124相對(duì)的PCB 122的底側(cè)的開口。
[0036]圖4a和圖4b圖不又一實(shí)施例的封裝的MEMS器件150的不意性的側(cè)視圖和不意性的俯視圖。封裝的MEMS器件150包括PCB122、蓋體124、附著焊盤126、MEMS裸片128以及ASIC130。根據(jù)各種實(shí)施例，封裝的MEMS器件150與上述參考圖2a和圖2b所描述的封裝的MEMS器件120相類似地操作，其中附加了代替間隙125的網(wǎng)狀焊盤152。在各種實(shí)施例中，網(wǎng)狀焊盤152被形成在附著焊盤126之間。網(wǎng)狀焊盤152由氣體可透過且液體不可透過的材料形成。在特定的實(shí)施例中，網(wǎng)狀焊盤152為對(duì)于空氣可透過的且對(duì)于水不能透過的，從而來實(shí)施防水。在這樣的示例性實(shí)例中，網(wǎng)狀焊盤152可以由氣體可透過的聚合物或聚合樹脂來形成。例如，網(wǎng)狀焊盤152可以由無孔的聚合物形成。在其他實(shí)施例中，網(wǎng)狀焊盤152可以取代附著焊盤126并且沿著蓋體124的整個(gè)邊緣形成連續(xù)的附著結(jié)構(gòu)，其實(shí)現(xiàn)了在蓋體124和PCB 122之間的氣體可透過且液體不可透過的結(jié)構(gòu)。
[0037]圖5圖示再一實(shí)施例的封裝的MEMS器件160的示意性的側(cè)視截面圖，封裝的MEMS器件160包括PCB 122,ASIC 130、MEMS裸片128以及由支撐結(jié)構(gòu)164支撐的蓋162。根據(jù)各種實(shí)施例，支撐結(jié)構(gòu)164包括用于提供在周圍環(huán)境和MEMS裸片128之間的流體耦合的端口 166。封裝的MEMS器件169的元件與參考封裝的MEMS器件120，140和160所描述的元件類似，其中用支撐結(jié)構(gòu)164和蓋162代替了蓋體124和附著焊盤126。
[0038]在各種實(shí)施例中，支撐結(jié)構(gòu)164被布置在PCB 122上并且允許通過端口 166傳遞流體信號(hào)。端口 166可以包括多個(gè)開口或僅僅是單個(gè)開口。在這樣的實(shí)施例中，形成端口 166的一個(gè)或多個(gè)開口可以具有不同的形狀和結(jié)構(gòu)并且可以包括空的開口或填充開口的材料。蓋162通過支撐結(jié)構(gòu)164連接至PCB 122。在一個(gè)實(shí)施例中，支撐結(jié)構(gòu)164和蓋162是分開的結(jié)構(gòu)，其在制造過程中被組裝并耦合在一起。在一個(gè)實(shí)施例中，支撐結(jié)構(gòu)164和蓋162由金屬形成，例如在一些實(shí)施例中，金屬是諸如銅、鋁、或金等。在其他實(shí)施例中，支撐結(jié)構(gòu)164和蓋162由聚合物形成。在另外的實(shí)施例中，支撐結(jié)構(gòu)164和蓋162由半導(dǎo)體形成。在一個(gè)備選的實(shí)施例中，支撐結(jié)構(gòu)164和蓋162由玻璃形成。在一些實(shí)施例中，支撐結(jié)構(gòu)164和蓋162由相同的材料形成。在其他實(shí)施例中，支撐結(jié)構(gòu)164和蓋162由不同的材料形成。
[0039]在另外的實(shí)施例中，MEMS器件160還可以包括在支撐結(jié)構(gòu)164下方的PCB 122中的通風(fēng)孔168。通風(fēng)孔168可以被包括作為在PCB122中的通孔以及未一直穿過PCB 122的偏孔。在各種實(shí)施例中，可以在支撐結(jié)構(gòu)164下方的PCB 122中形成任意數(shù)量的通風(fēng)孔168。例如，參考圖3a和圖3b在上文的說明書中所描述的通風(fēng)孔142可以被應(yīng)用到通風(fēng)孔168。在一些備選的實(shí)施例中，在PCB 122中的通風(fēng)孔168被形成以替代在支撐結(jié)構(gòu)164中端口 166。
[0040]圖6圖示實(shí)施例的電子系統(tǒng)180的系統(tǒng)方框圖，包括在封裝108中的MEMS裸片102和ASIC 104，處理器184，以及通信電路186。根據(jù)各種實(shí)施例，電子系統(tǒng)180可以為移動(dòng)電子設(shè)備，例如平板電腦或移動(dòng)電話。MEMS裸片102作為在上文中參考MEMS裸片102所描述的那樣而類似地起作用。例如，MEMS裸片102包括通過端口 194被耦合到周圍環(huán)境的MEMS壓力換能器，其提供了參考圖1所描述的流體耦合IlO13MEMS裸片102還可以耦合至ASIC 104，其可以作為參考圖1在上文中所描述的那樣而起作用。在備選的實(shí)施例中，ASIC 104也被集成在MEMS裸片102上。
[0041 ] 在各種實(shí)施例中，包括MEMS裸片102和ASIC 104的封裝108被耦合到PCB 182并且被包含在殼體192內(nèi)。例如殼體192可以是平板電腦或移動(dòng)電話的主體。顯示器190也可以被耦合至PCB 182。在一些實(shí)施例中，處理器184以及通信電路186被耦合至PCB 182。通信電路186通過通信路徑188進(jìn)行通信，通信路徑188為無線通信路徑。在備選的實(shí)施例中，通信路徑188為有線的連接。
[0042]在各種實(shí)施例中，MEMS裸片102基于來自在殼體192外部的周圍環(huán)境的壓力信號(hào)生成換能的電信號(hào)并將所生成的電信號(hào)通過ASIC 104和PCB 182提供至處理器184。在備選的實(shí)施例中，電子系統(tǒng)180例如為有線設(shè)備，例如工作站，個(gè)人電腦，或用于特定應(yīng)用的計(jì)算系統(tǒng)，這些特定應(yīng)用諸如是工業(yè)，醫(yī)療或航空航天應(yīng)用等，并且通信路徑188可以是有線的或無線的通信路徑。
[0043]圖7圖示形成封裝的MEMS器件的實(shí)施例的方法200的方框圖，包括步驟201_212。根據(jù)各種實(shí)施例，方法200可以被實(shí)施為形成在本文中描述的MEMS器件中的任意一種，諸如封裝的MEMS器件100或120。步驟202包括提供襯底。該襯底可以包括用于將組件附著或形成在其上的結(jié)構(gòu)化的材料。襯底可以包括電特性。在一些實(shí)施例中，襯底為電路板。在特定的實(shí)施例中，襯底為印刷電路板(PCB)。在這樣的實(shí)施例中，PCB可以由包括疊層材料、包銅疊層材料、浸樹脂布以及銅箔來形成。
[0044]在各種實(shí)施例中，步驟204包括在步驟202的襯底上布置集成電路(IC)，例如專用集成電路(ASIC)。在一些特定實(shí)施例中，步驟204包括將形成在半導(dǎo)體裸片上的ASIC附著到PCB上。附著ASIC例如可以包括使用膠或焊料。步驟206包括將MEMS裸片布置在步驟204的IC或ASIC上。MEMS裸片例如可以被形成在附加的半導(dǎo)體裸片、玻璃襯底或聚合物襯底上，并且被附著至包括步驟204的ASIC的半導(dǎo)體裸片。在各種實(shí)施例中，具有ASIC和MEMS裸片的半導(dǎo)體裸片可以使用膠和例如包括焊料球的陣列焊料來附著，或可以使用倒裝鍵合來附著。在其他實(shí)施例中，MEMS裸片可以被布置在與步驟204的ASIC相鄰的步驟202的襯底上而不是布置在步驟204的ASIC上。
[0045]在各種實(shí)施例中，步驟208包括形成在步驟206的MEMS裸片、步驟204的ASIC、以及附著至步驟202的襯底或PCB的任何其他組件之間的電連接。在特定實(shí)施例中，導(dǎo)線鍵合可以被用于將步驟204的ASIC的電耦合至PCB以及將步驟206的MEMS電耦合至步驟204的ASIC。步驟202的PCB可以包括一個(gè)或多個(gè)用于電連接至其他組件(未示出)的電再分配層或至例如在移動(dòng)電話中的主PCB的其他電路板的其他接觸焊盤。步驟208可以包括在步驟204的ASIC和步驟202的PCB內(nèi)的電連接之間的形成導(dǎo)線鍵合。在另外的實(shí)施例中，步驟208包括在步驟206的MEMS裸片和步驟204的ASIC之間通過倒裝鍵合形成電連接。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，步驟208可以包括在ASIC和MEMS之間形成再分配層(RDL)以及球柵陣列(BGA)。在各種實(shí)施例中，步驟202，204，206以及208可以以不同的順序重新安排，包括附加的步驟或包括重疊或組合的步驟。
[0046]在多種實(shí)施例中，步驟210包括圍繞步驟206的MEMS裸片和步驟204的ASIC布置封裝附著結(jié)構(gòu)。封裝附著結(jié)構(gòu)用于附著蓋或蓋體。在各種實(shí)施例中，布置封裝附著結(jié)構(gòu)包括形成附著焊盤，諸如結(jié)合圖2a和圖2b來描述的附著焊盤126。在這樣的實(shí)施例中，布置封裝附著結(jié)構(gòu)還包括在附著結(jié)構(gòu)(例如附著焊盤)的段之間形成間隙，例如參考圖2a和圖2b來描述的間隙125 ο在一些實(shí)施例中形成間隙可以包括選擇性沉積或圖案化。在這樣的實(shí)施例中，附著焊盤可以由在不同實(shí)施例中的不同材料形成。在一些實(shí)施例中，附著焊盤可以由諸如銅或金等的金屬來形成。在其他實(shí)施例中，附著焊盤可以由涂料或漆料形成。在一些實(shí)施例中，錫焊被用于將蓋或蓋體附著至步驟202的PCB。在一個(gè)實(shí)施例中，焊接被用于將蓋或蓋體附著至PCB。在又一實(shí)施例中，膠和樹脂被用于將蓋或蓋體附著至PCB。
[0047]在其他的實(shí)施例中，布置封裝附著結(jié)構(gòu)可以包括形成網(wǎng)狀焊盤，例如參考圖4a和圖4b來描述的網(wǎng)狀焊盤152。在各種不同實(shí)施例中，封裝附著結(jié)構(gòu)可以包括參考圖2a、圖2b、圖4a和圖4b中的附著焊盤126或網(wǎng)狀焊盤152在上文中描述的任意的材料或結(jié)構(gòu)。此外，布置封裝附著結(jié)構(gòu)可以包括形成參考其他附圖在上文中描述的任何類型的端口或開口，諸如參考在圖2a，圖2b，圖3a和圖3b中的間隙125和通風(fēng)孔142。在另外的其他實(shí)施例中，步驟210包括形成具有端口或開口的支撐結(jié)構(gòu)，諸如結(jié)合圖5描述的支撐結(jié)構(gòu)164。支撐結(jié)構(gòu)可以由參考圖5中支撐結(jié)構(gòu)164所描述的任意材料形成，以及包括諸如參考圖5中的端口 166所描述的流體端口或開口。
[0048]在多種實(shí)施例中，步驟212包括在步驟210的封裝支撐結(jié)構(gòu)上形成蓋或蓋體。蓋或蓋體可以由如參考圖2a、圖2b中描述的任意結(jié)構(gòu)和材料的蓋體124形成。在多種實(shí)施例中，方法200可以包括附加步驟并且步驟202-212可以以步驟的不同順序來重新安排。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易想到的，設(shè)想對(duì)于方法200的多種修改和添加以適應(yīng)于特定應(yīng)用和系統(tǒng)要求。
[0049]圖8圖示包括步驟222和224的用于封裝的MEMS器件的操作200的實(shí)施例的方法的方框圖。根據(jù)各種實(shí)施例，步驟222包括通過支撐結(jié)構(gòu)中的端口從周圍環(huán)境接收流體信號(hào)。在這樣的實(shí)施例中，該支撐結(jié)構(gòu)將封裝的MEMS器件的蓋體連接至襯底。在實(shí)施例中，該襯底為PCB。在各種實(shí)施例中，步驟224包括基于流體信號(hào)、在布置在襯底之上且蓋體之下的換能器裸片處生成電信號(hào)。該換能器裸片可以包括MEMS壓力換能器。在各種實(shí)施例中，操作220的方法可以包括附加的步驟并且可以被依照不同的步驟順序進(jìn)行重新安排。
[0050]根據(jù)實(shí)施例，器件包括襯底、布置在襯底之上的換能器裸片、布置在換能器裸片之上的蓋體、以及使蓋體連接到襯底的支撐結(jié)構(gòu)。支撐結(jié)構(gòu)包括被配置為允許在周圍環(huán)境和換能器裸片之間傳遞流體信號(hào)的端口。其他實(shí)施例包括相應(yīng)的系統(tǒng)或裝置，分別被配置為執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作或方法。
[0051]在各種實(shí)施例中，支撐結(jié)構(gòu)包括布置在襯底上的多個(gè)附著焊盤，以及端口包括在多個(gè)附著焊盤之間的多個(gè)間隙。在一些實(shí)施例中，多個(gè)附著焊盤包括多個(gè)金屬附著焊盤。在其他實(shí)施例中，多個(gè)附著焊盤包括多個(gè)樹脂附著焊盤。在一些實(shí)施例中，多個(gè)間隙的每一個(gè)間隙包括在襯底和蓋體之間的高度，該高度小于或等于ΙΟΟμπι。
[0052]在各種實(shí)施例中，端口為氣體可透過的且液體不可透過的。端口可以包括通孔。在一些實(shí)施例中，端口包括聚合物，該聚合物為氣體可透過的且液體不可透過的。襯底包括印刷電路板。換能器裸片可以包括MEMS壓力換能器。在一些實(shí)施例中，器件還包括布置在襯底之上且蓋體之下的集成電路。在這樣的實(shí)施例中，換能器裸片可以被布置在集成電路裸片上并且被電連接至集成電路裸片。器件還包括在襯底中的附加端口，其中該附加端口允許在周圍環(huán)境和換能器裸片之間傳遞流體信號(hào)。
[0053]根據(jù)實(shí)施例，操作器件的方法包括通過在支撐結(jié)構(gòu)中的端口從周圍環(huán)境接收流體信號(hào)，以及基于流體信號(hào)、在布置在襯底之上且蓋體之下的換能器裸片處生成電信號(hào)。支撐結(jié)構(gòu)將蓋體連接至襯底。其他實(shí)施例包括相應(yīng)的系統(tǒng)或裝置，分別被配置為執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作或方法。
[0054]在各種實(shí)施例中，接收流體信號(hào)包括通過端口從周圍環(huán)境接收壓力信號(hào)。在這樣的實(shí)施例中，生成電信號(hào)可以包括基于壓力信號(hào)、使用布置在換能器裸片上的電容性MEMS壓力換能器生產(chǎn)電信號(hào)。
[0055]根據(jù)實(shí)施例，形成器件的方法包括將換能器裸片布置在襯底之上，將支撐結(jié)構(gòu)布置在襯底上，以及將蓋體布置在換能器裸片之上的支撐結(jié)構(gòu)上。支撐結(jié)構(gòu)包括被配置為允許在周圍環(huán)境和換能器裸片之間傳遞流體信號(hào)的端口。其他實(shí)施例包括相應(yīng)的系統(tǒng)或裝置，分別被配置為執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作或方法。
[0056]在各種實(shí)施例中，該方法進(jìn)一步包括將集成電路布置在襯底之上以且在蓋體之下。將支撐結(jié)構(gòu)布置在襯底上可以包括將多個(gè)附著焊盤布置在襯底上，其中多個(gè)附著焊盤包括在多個(gè)附著焊盤之間的多個(gè)間隙，并且其中多個(gè)間隙包括端口。在這樣的實(shí)施例中，該方法可以進(jìn)一步包括將防水材料布置在多個(gè)間隙中。該防水材料為氣體可透過的且液體不可透過的。在這樣的實(shí)施例中，防水材料可以為聚合物。在一些實(shí)施例中，布置換能器裸片包括將MEMS壓力換能器布置在襯底之上。
[0057]根據(jù)實(shí)施例，MEMS壓力傳感器包括印刷電路板，耦合到該印刷電路板的集成電路，耦合到該印刷電路板的MEMS壓力換能器;圍繞MEMS壓力換能器和集成電路被布置在印刷電路板上的多個(gè)附著焊盤，以及通過多個(gè)附著焊盤被附著到印刷電路板的蓋體。多個(gè)附著焊盤包括在每個(gè)附著焊盤之間的多個(gè)間隙，并且多個(gè)間隙包括在周圍環(huán)境和MEMS壓力換能器之間的開口。其他實(shí)施例包括相應(yīng)的系統(tǒng)或裝置，分別被配置為執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作或方法。
[0058]在各種實(shí)施例中，MEMS壓力傳感器進(jìn)一步包括在印刷電路板中的通孔，其中通孔包括在周圍環(huán)境和MEMS壓力換能器之間的附加開口。在一些實(shí)施例中，MEMS壓力換能器被堆疊在集成電路上。
[0059]根據(jù)本文中描述的各種實(shí)施例，優(yōu)點(diǎn)可以包括來自用于封裝的MEMS換能器的蓋體的提高保護(hù)。各種實(shí)施例的附加的優(yōu)點(diǎn)可以包括至周圍環(huán)境的流體連接，其對(duì)來自諸如灰塵等的顆粒的污染的抵抗是強(qiáng)健的。各種實(shí)施例的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)可以包括用于改進(jìn)的換能器封裝的簡單的制造過程，而無需附加復(fù)雜的結(jié)構(gòu)或有關(guān)的過程步驟。
[0060]盡管已經(jīng)結(jié)合示例性的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本說明書并不旨在被解釋為對(duì)本發(fā)明的限定。示例性的實(shí)施例的各種修改和組合，以及本發(fā)明的其他實(shí)施例在參考本說明書的情況下對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見的。因此，隨附的權(quán)利要求旨在包括任意的這樣的修改或?qū)嵤├?br>【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種器件，包括: 襯底； 布置在所述襯底之上的換能器裸片； 布置在所述換能器裸片之上的蓋體；以及 將所述蓋體連接到所述襯底的支撐結(jié)構(gòu)，其中所述支撐結(jié)構(gòu)包括被配置為允許在周圍環(huán)境和所述換能器裸片之間傳遞流體信號(hào)的端口。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中 所述支撐結(jié)構(gòu)包括布置在所述襯底上的多個(gè)附著焊盤；以及 所述端口包括在所述多個(gè)附著焊盤之間的多個(gè)間隙。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的器件，其中所述多個(gè)附著焊盤包括多個(gè)金屬附著焊盤。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的器件，其中所述多個(gè)附著焊盤包括多個(gè)樹脂附著焊盤。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的器件，其中所述多個(gè)間隙的每一個(gè)間隙包括在所述襯底和所述蓋體之間的高度，所述高度小于或等于ΙΟΟμπι。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中所述端口為氣體可透過的且液體不可透過的。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中所述端口包括通孔。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中所述端口包括聚合物，所述聚合物為氣體可透過的且液體不可透過的。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中所述襯底包括印刷電路板。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中所述換能器裸片包括MEMS壓力換能器。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，還包括布置在所述襯底之上且在所述蓋體之下的集成電路裸片。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的器件，其中所述換能器裸片被布置在所述集成電路裸片上并且被電連接至所述集成電路裸片。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，還包括所述襯底中的附加端口，所述附加端口被配置為允許在周圍環(huán)境和所述換能器裸片之間傳遞流體信號(hào)。14.一種操作器件的方法，所述方法包括: 通過在支撐結(jié)構(gòu)中的端口從周圍環(huán)境接收流體信號(hào)，其中所述支撐結(jié)構(gòu)將蓋體連接至襯底；以及 在布置在所述襯底之上且在所述蓋體之下的換能器裸片處、基于所述流體信號(hào)生成電信號(hào)。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中接收流體信號(hào)包括通過所述端口從所述周圍環(huán)境接收壓力信號(hào)。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中生成電信號(hào)包括使用布置在所述換能器裸片上的電容性MEMS壓力換能器、基于所述壓力信號(hào)生成電信號(hào)。17.一種形成器件的方法，所述方法包括: 將換能器裸片布置在襯底之上； 將支撐結(jié)構(gòu)布置在所述襯底上，其中所述支撐結(jié)構(gòu)包括被配置為允許在周圍環(huán)境和所述換能器裸片之間傳遞流體信號(hào)的端口；以及 將蓋體布置在所述換能器裸片之上的所述支撐結(jié)構(gòu)上。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包括將集成電路布置在所述襯底之上且在所述蓋體之下。19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中將支撐結(jié)構(gòu)布置在所述襯底上包括將多個(gè)附著焊盤布置在所述襯底上，所述多個(gè)附著焊盤包括在所述多個(gè)附著焊盤之間的多個(gè)間隙，其中所述多個(gè)間隙包括所述端口。20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，進(jìn)一步包括將防水材料布置在所述多個(gè)間隙中，其中所述防水材料為氣體可透過的且液體不可透過的。21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述防水材料為聚合物。22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中布置換能器裸片包括將MEMS壓力換能器布置在所述襯底之上。23.一種MEMS壓力傳感器，包括: 印刷電路板； 耦合到所述印刷電路板的集成電路； 耦合到所述印刷電路板的MEMS壓力換能器； 圍繞所述MEMS壓力換能器和所述集成電路布置在所述印刷電路板上的多個(gè)附著焊盤，所述多個(gè)附著焊盤包括在每個(gè)附著焊盤之間的多個(gè)間隙；以及 通過所述多個(gè)附著焊盤被附著到所述印刷電路板的蓋體，其中所述多個(gè)間隙包括在周圍環(huán)境和所述MEMS壓力換能器之間的開口。24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的MEMS壓力傳感器，進(jìn)一步包括所述印刷電路板中的通孔，其中所述通孔包括在周圍環(huán)境和所述MEMS壓力換能器之間的附加開口。25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的MEMS壓力傳感器，其中所述MEMS壓力換能器被堆疊在所述集成電路上。
【文檔編號(hào)】B81B7/02GK106044698SQ201610237645
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年4月15日
【發(fā)明人】A·弗勒梅爾
【申請(qǐng)人】英飛凌科技股份有限公司