[發(fā)明專利]半導(dǎo)體集成器件組件及相關(guān)制造工藝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310241823.9
• 申請(qǐng)日: 2013-06-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103641060A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: S·康蒂;B·維格納
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 意法半導(dǎo)體股份有限公司;意法半導(dǎo)體國(guó)際有限公司
• 主分類號(hào): B81B7/00
• 分類號(hào): B81B7/00;B81B7/02;B81C3/00;B81C1/00;H04R19/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 王茂華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成器件組件及相關(guān)制造工藝。具體地，以下描述并不暗含任何普遍性喪失地涉及MEMS(微電機(jī)系統(tǒng))類型的聲換能器的組件。

背景技術(shù)

眾所周知，例如電容式的MEMS麥克風(fēng)之類的聲換能器通常包括微機(jī)械感測(cè)結(jié)構(gòu)，其被設(shè)計(jì)用于將聲壓波轉(zhuǎn)換成電量(該示例中是電容變化)；以及讀取電子裝置，其被設(shè)計(jì)用于對(duì)該電量執(zhí)行適當(dāng)處理操作(例如放大操作和濾波操作)以供應(yīng)電輸出信號(hào)(例如電壓)。

更詳細(xì)地并且參見(jiàn)圖1，已知類型的MEMS聲換能器的微機(jī)械感測(cè)結(jié)構(gòu)1包括半導(dǎo)體材料(例如硅)的結(jié)構(gòu)層2，其中例如經(jīng)由化學(xué)蝕刻從背側(cè)獲得空腔3。隔膜4或振動(dòng)膜被耦合至結(jié)構(gòu)層2并且在頂部封閉空腔3；隔膜4是柔性的，并且在使用時(shí)經(jīng)受根據(jù)傳入的聲波的壓力的變形。剛性板5(通常稱為“背板”)被設(shè)置在隔膜4之上并經(jīng)由介入的間隔物6(例如，由諸如氧化硅之類的絕緣材料制成)與隔膜4相對(duì)。剛性板5構(gòu)成可變變?nèi)輽z測(cè)電容器的固定電極并且具有多個(gè)孔7，而該可變變?nèi)輽z測(cè)電容器的移動(dòng)電極由隔膜4構(gòu)成，多個(gè)孔7被設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)氣體朝向相同隔膜4自由循環(huán)(從而使得剛性板5“聲學(xué)上可穿透”)。微機(jī)械感測(cè)結(jié)構(gòu)1還包括(以未示出的方式)隔膜和剛性板電接觸，其用于偏置隔膜4和剛性板5并且用于收集由傳入的聲壓波導(dǎo)致的隔膜4的變形所引起的電容變化信號(hào)。

通過(guò)已知方式，MEMS聲換能器的敏感度取決于微機(jī)械感測(cè)結(jié)構(gòu)1的隔膜4的機(jī)械特性(尤其取決于其所謂的機(jī)械“順從性”)，以及隔膜4和剛性板5的組件類型。

此外，前聲室(所謂的“前室”)的容積(即，使用時(shí)通過(guò)適當(dāng)接入端口來(lái)自外部環(huán)境的聲壓波穿過(guò)的空間)，以及后聲室(所謂的“后室”)的容積(即，位于前室關(guān)于隔膜4的相對(duì)側(cè)上的空間，在使用時(shí)設(shè)置于參考?jí)毫?直接影響換能器的聲學(xué)性能。

具體地，前室的容積確定聲換能器的上限共振頻率，因此確定其在高頻處的性能(事實(shí)上，聲換能器的操作頻帶必須低于空氣振蕩的共振頻率)。通常，前室的容積越小，在空氣振蕩的共振頻率移向更高頻率的范圍內(nèi)換能器的上限截止頻率越高。

后室反而表現(xiàn)為受到壓縮的封閉容積，因此后室的容積越小，聲換能器的敏感度越低(事實(shí)上，其看上去像隔膜的變形被高剛度彈簧的動(dòng)作阻礙)。因此，通常期望提供大尺寸的后室從而改進(jìn)聲換能器的敏感度。

MEMS聲換能器的前室和/或后室的容積不僅取決于微機(jī)械感測(cè)結(jié)構(gòu)1的配置，還取決于相關(guān)封裝的構(gòu)造，即，全部或部分包圍聲換能器的半導(dǎo)體材料的裸片的、實(shí)現(xiàn)來(lái)自外部的電連接的容器、包裝或涂層。封裝被配置為不僅容納微機(jī)械感測(cè)結(jié)構(gòu)1本身，并且還容納與其相關(guān)聯(lián)的讀取電子裝置，該讀取電子裝置通常提供為集成在半導(dǎo)體材料的相應(yīng)裸片中的ASIC(專用集成電路)。

圖1通過(guò)示例方式示出了用于MEMS聲換能器的已知封裝解決方案，在這里由10指定為一個(gè)整體，其中容納有第一裸片11，其集成有微電機(jī)感測(cè)結(jié)構(gòu)1，并且還容納有第二裸片12，其還包括集成有ASIC、電耦合至微電機(jī)結(jié)構(gòu)1的半導(dǎo)體材料并且由13指定為一個(gè)整體。

在該解決方案中，第一裸片11和第二裸片12被并排耦合在封裝的襯底14上。第一裸片11和第二裸片12之間的電連接15通過(guò)引線鍵合技術(shù)提供在對(duì)應(yīng)的接觸焊盤(pán)之間，由16指定為一個(gè)整體，同時(shí)適當(dāng)?shù)慕饘倩瘜雍瓦^(guò)孔(未詳細(xì)示出)在襯底14中提供用于向封裝的外部路由電信號(hào)。通過(guò)引線鍵合技術(shù)獲得的其它電連接17被提供在第二裸片12與襯底14的頂面之間，襯底14的頂面耦合至相同裸片11、12。

封裝的帽18也被耦合至襯底14，從而將第一裸片11和第二裸片12封閉在其內(nèi)部。帽18可以由金屬或預(yù)先塑造的塑料制成，通過(guò)內(nèi)部涂層金屬化層18a以便防止外部電磁信號(hào)的干擾(通過(guò)提供一種法拉第籠)。帽18具有開(kāi)口19以實(shí)現(xiàn)從外部引入空氣流以及聲壓波。

電接觸元件(未示出)例如以導(dǎo)電平面或凸塊的形式被提供在襯底14的底部，用于鍵合以及電連接至外部印刷電路。

存在對(duì)MEMS聲換能器的組件施加的若干約束，這尤其會(huì)在其設(shè)計(jì)中導(dǎo)致問(wèn)題，具體地在需要非常緊湊尺寸的情況下，例如，在便攜式應(yīng)用的情況下。

為了減少橫向障礙物，在2011年6月30日以本申請(qǐng)人的名義提交的專利申請(qǐng)No.TO2011A000577中，已經(jīng)提出了豎直堆疊的封裝結(jié)構(gòu)，在圖2中由20表示并指示，包括第一復(fù)合襯底21和第二復(fù)合襯底22，其彼此堆疊并固定，其中每個(gè)襯底承載有MEMS聲換能器的相應(yīng)裸片11、12。