專利名稱：用于微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)備的具有聲學(xué)氣道的基于引腳框的預(yù)塑模封裝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及半導(dǎo)體設(shè)備和半導(dǎo)體設(shè)備制造；尤其涉及封裝的微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS)設(shè)備及其制造。
背景技術(shù)：
微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)設(shè)備是可具有包括轉(zhuǎn)換器和致動(dòng)器的機(jī)械活動(dòng)件的微米尺度小型、輕量設(shè)備，并可具有對(duì)熱、聲或光能敏感的零件。因?yàn)榛顒?dòng)和敏感零件，MEMS設(shè)備需要物理和大氣保護(hù)。因此，MEMS設(shè)備通常放置在基片上，并由屏蔽MEMS設(shè)備不受環(huán)境和電氣干擾并且不受應(yīng)力的外殼或封裝圍繞。MEMS設(shè)備在共用基片上集成機(jī)械元件、傳感器、致動(dòng)器和電子器件。MEMS設(shè)備制造針對(duì)使用批量制造技術(shù)，該技術(shù)相似于為其它微型電子設(shè)備使用的批量制造技術(shù)。MEMS 設(shè)備可因此從大量生產(chǎn)和最小化的材料消耗獲益，從而降低制造成本，同時(shí)嘗試開(kāi)發(fā)良好控制的集成電路技術(shù)。MEMS設(shè)備可采取機(jī)械傳感器的形式，如壓力傳感器例如話筒膜、慣性傳感器例如加速計(jì)，其任意 一個(gè)都可與芯片的集成電路耦合。機(jī)械傳感器陣對(duì)壓力、力、扭矩、流量、速度、加速度、水準(zhǔn)、位置、傾斜、以及聲波波長(zhǎng)和振幅進(jìn)行反應(yīng)并測(cè)量。壓力傳感器的一般需要包括長(zhǎng)期穩(wěn)定性、小的溫度靈敏度、低壓和溫度滯后、對(duì)腐蝕環(huán)境的抵抗力，并經(jīng)常需要密封性。在MEMS傳感器生產(chǎn)中用來(lái)在體半導(dǎo)體晶體中制造活動(dòng)元件及用于其移動(dòng)的空腔的兩種特定體微機(jī)械加工工藝是各向異性濕蝕刻和深反應(yīng)離子蝕刻(DRIE)。半導(dǎo)體MEMS壓力傳感器和話筒在絕緣基片上裝配，該絕緣基片包括為水平和垂直連接圖案化的多級(jí)金屬化。例如，基片可具有四個(gè)金屬化級(jí)。裝配通常包括粘合芯片附加與接合到端子的金屬線。在許多產(chǎn)品中，由于緊湊小型輪廓無(wú)引腳(SON)或方形扁平無(wú)引腳(QFN)型半導(dǎo)體設(shè)備示出芯片尺寸封裝的緊湊輪廓，因此端子相似于這些半導(dǎo)體設(shè)備安置?；舶ㄊ垢裟け┞队谟蒑EMS設(shè)備監(jiān)控的環(huán)境壓力和聲信號(hào)的氣道。為保護(hù)和魯棒性，芯片、導(dǎo)線和基片的部分在金屬罐中封裝或在塑料封裝中模塑。例如，移動(dòng)電話的具有四個(gè)端子的MEMS長(zhǎng)方體模擬輸出話筒的大小可以是大約4. 8mmX3. 8mmX I. 25mm,甚至小到2mmX2mmX I. 25mm (導(dǎo)致4mm2占位面積)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明認(rèn)識(shí)到具有內(nèi)腔的MEMS設(shè)備快速成長(zhǎng)的普及及其廣泛的多樣化強(qiáng)烈取決于比今日降低制造成本。例如，針對(duì)在汽車、醫(yī)藥和航空工業(yè)中使傳感器、話筒、加速計(jì)和其中需要活動(dòng)構(gòu)件使外部模擬輸入轉(zhuǎn)為電輸出的其它應(yīng)用集成到便攜和消費(fèi)者電子設(shè)備的應(yīng)用，低制造成本和小尺寸是主要需要。本發(fā)明了解在具有圖案化多級(jí)金屬化的基片上制造MEMS設(shè)備不僅是高成本途徑，而且同樣限制材料的挑選和可用于MEMS組件的配置。此外，多金屬級(jí)基片制造的復(fù)雜性使這些MEMS設(shè)備對(duì)迅速改變的消費(fèi)者需要或市場(chǎng)機(jī)會(huì)不靈活。量產(chǎn)具有適合壓力和聲音感測(cè)的隔膜、話筒和揚(yáng)聲器的低成本MEMS設(shè)備的問(wèn)題， 通過(guò)在包括預(yù)塑模引腳框(pre-molded leadframe)的載體上裝配具有隔膜的芯片來(lái)解決。 使引腳框的引腳插入的模塑工藝也形成二層階梯凹部。放置在第一層上的插入物(由塑料、 銅、硅或其它合適材料制作)附加到層之間的階梯，并使第二層限于內(nèi)部氣道的功能。為裝配具有隔膜的芯片提供區(qū)域的嵌入物具有穿孔以便連接氣道到外部環(huán)境，并具有另一穿孔以便連接氣道到隔膜。由于嵌入物的尺寸和輪廓與穿孔的數(shù)量和位置可定制，因此插入物向MEMS設(shè)備制造添加低成本設(shè)計(jì)可變性。另外，插入物可由便宜的非晶硅制作，其具有與芯片的單晶硅相同的熱膨脹(CTE)系數(shù)，并因此支持在封裝材料之間減小CTE失配的努力。 裝配工藝不采用激光并因此支持成本降低。本發(fā)明進(jìn)一步了解QFN/S0N型的引腳框允許與其它組件例如堆疊封裝MEMS設(shè)備的更大系統(tǒng)級(jí)集成，因此提聞電氣廣品效率。本發(fā)明的實(shí)施例包括氣壓、靜電力、重力、氣體成分等的應(yīng)用，從而使隔膜或柱梁偏斜以便形成壓力傳感器、話筒、加速計(jì)、繼電器、熱電堆，并用于其中需要活動(dòng)構(gòu)件使外部輸入轉(zhuǎn)為電輸出的其它應(yīng)用。在具有遮蓋的預(yù)塑模引腳框上裝配具有隔膜的芯片，代替以具有多級(jí)基片的常規(guī)方式制造時(shí)，由活動(dòng)隔膜導(dǎo)致的電容改變的壓力傳感器族的MEMS設(shè)備實(shí)施例可使制造成本降低20到30%ο根據(jù)一個(gè)實(shí)施例提供的MEMS設(shè)備，其包含具有高度和表面的載體，該載體在其外圍嵌入多個(gè)金屬引 腳；在載體中的階梯凹部，其遠(yuǎn)離外圍并具有第一層和第二層；附加到層之間階梯并具有第一穿孔和第二穿孔的插入物；附加到插入物的集成電路芯片，其具有延伸穿過(guò)芯片的由箔片遮蔽的開(kāi)孔，該開(kāi)孔與插入物第一穿孔連通；以及附加到載體表面的罩蓋，其包圍芯片并具有與插入物第二穿孔連通的通風(fēng)孔。根據(jù)另一實(shí)施例提供MEMS設(shè)備，其包含具有高度和表面的載體，該載體在其外圍嵌入多個(gè)金屬引腳；在載體中的階梯凹部，其遠(yuǎn)離外圍，從表面延伸到低于載體高度的深度；附加到階梯并具有第一穿孔和第二穿孔的插入物。根據(jù)另一實(shí)施例提供制造MEMS設(shè)備的方法，包含下面步驟提供具有圍繞中心開(kāi)放空間的多個(gè)引腳的引腳框，該引腳由具有高度的金屬板制作；用聚合物填充開(kāi)放空間，由此嵌入引腳并形成具有高度和表面的載體；在填充的開(kāi)放空間的聚合物中形成凹部；在凹部?jī)?nèi)附加具有第一穿孔和第二穿孔的插入物；附加集成電路芯片，其具有在電路側(cè)面由箔片遮蔽并在相對(duì)側(cè)面無(wú)阻擋的開(kāi)孔，該開(kāi)孔延伸穿過(guò)芯片到插入物上，使得開(kāi)孔與第一穿孔連通；以及附加罩蓋到載體表面上從而包圍芯片。根據(jù)另一實(shí)施例提供制造MEMS設(shè)備的方法，包含下面步驟提供具有圍繞中心開(kāi)放空間的多個(gè)引腳的引腳框，該引腳由具有高度的金屬板制作；用聚合物填充開(kāi)放空間，由此嵌入引腳并形成具有高度和表面的載體；在開(kāi)放空間中形成凹部；以及附加具有第一穿孔和第二穿孔的插入物。


實(shí)施例參考附圖描述，其中
圖I是根據(jù)本發(fā)明原理在基于引腳框的預(yù)塑模封裝(pre-moldedpackage)中具有聲學(xué)氣道的MEMS設(shè)備的剖面示意圖。圖2A是根據(jù)本發(fā)明原理的用來(lái)制造多個(gè)MEMS設(shè)備的例子預(yù)塑模引腳框條帶的部分的頂視圖。圖2B是沿圖2A條帶的直線2B-2B的截面圖。圖2C是沿圖2A條帶的直線2C-2C的截面圖。圖3A是根據(jù)本發(fā)明原理的與預(yù)塑模引腳框和聲學(xué)氣道一起制造的單個(gè)MEMS設(shè)備的頂視圖。圖3B是沿圖2A設(shè)備的直線3B-3B的截面圖，顯示依靠在模塑壁架上的插入物的截面。圖3C是沿圖2A設(shè)備的直線3C-3C的截面圖，顯示依靠在模塑壁架上的插入物的
另一截面。
具體實(shí)施例方式圖I圖解源自MEMS設(shè)備族的實(shí)施例100，其基于氣壓、靜電力、重力、氣體成分等的使用，使隔膜或柱梁偏斜以便形成壓力傳感器、話筒、揚(yáng)聲器、加速計(jì)、繼電器、熱電堆和其中活動(dòng)構(gòu)件需要使外部輸入轉(zhuǎn)為電輸出的其它結(jié)構(gòu)。如圖I示出，集成電路芯片101通過(guò)粘合膜102附加到載體110上。該載體包括嵌入金屬引腳112的聚合物或其它化合物111，以及插入物120。例子MEMS設(shè)備具有約2 X 2_ 邊長(zhǎng)的方形輪廓。其它實(shí)施例可具有更大或更小的邊長(zhǎng)，或其可具有矩形輪廓。如圖I表示，在主體110的兩個(gè)相對(duì)側(cè)面上具有三個(gè)引腳；其它實(shí)施例可具有更多或更少引腳；引腳可對(duì)稱分布或成群；或非全部引腳可安置在主體輪廓。載體110的部分111的材料可以是基于環(huán)氧樹(shù)脂并填充無(wú)機(jī)填料例如二氧化硅或碳化硅的聚合模塑化合物，或其可以是任何其它合適塑料化合物。引腳112可以是銅、 銅合金、鋁或在半導(dǎo)體工業(yè)中為引腳框用作基礎(chǔ)的任何其它金屬或合金。引腳112的表面可具有適合導(dǎo)線接合(銀或銅的薄層)或焊接(錫層、鎳和鈀或金的薄層)的金屬冶金學(xué)表面構(gòu)造。由聚合物111制作的載體部分具有高度111a，并且引腳112具有高度11 2a。在圖I 中，由于用于制造主體110的開(kāi)始引腳框和隨后模塑工藝(見(jiàn)于下文)，因此高度Illa與高度112a相同。因此，載體110的表面為引腳和塑料部分具有相同平坦表面；在圖I中，表面是指定的110a。在圖I的實(shí)施例中，引腳的高度112a在約O. 35和O. 40mm之間，并且聚合物的高度Illa同樣在約O. 35和O. 40mm之間。圖I進(jìn)一步示出朝向載體中心110并從表面IlOa延伸的階梯凹部形成到聚合物 111。四部在兩層(tiers層)114和115中構(gòu)造。在圖I的實(shí)施例中，不出兩層具有相冋深度；在其它實(shí)施例中，深度可以不同。圖I的層具有在約O. 12和O. 13mm之間的深度。兩層的和具有小于塑料載體部分的高度Illa的總深度。在層114和115之間是從源自第一層 114到第二層115的過(guò)渡凸出的階梯或臺(tái)階116。在圖I的實(shí)施例中，階梯在凹部外圍的周圍伸展；在其它實(shí)施例中可具有多個(gè)分立階梯。圖I表示由于凹部，第二層115的底部區(qū)域以穿過(guò)載體110主要部分的通道117的形式定義空腔；該通道117是MEMS設(shè)備氣道的一部分(詳見(jiàn)下文)。
如圖I示出，插入物120依靠在階梯116上，并可通過(guò)粘合膜例如B級(jí)芯片附加化合物附加到階梯116 ;例子包括基于環(huán)氧樹(shù)脂和基于聚酰亞胺的配方。插入物具有尺寸(面積和輪廓)和厚度從而填充第一層凹部114，并因此為第二層115充當(dāng)罩蓋，并為附加半導(dǎo)體芯片充當(dāng)載體。插入物120可由多晶硅制作從而具有與芯片101相同的熱膨脹(CTE)系數(shù)；可替換地，插入物120可由塑料或金屬例如銅合金、鋁或鎳，或其它合適化合物制作。圖 I進(jìn)一步表示插入物120具有限定緊接插入物一個(gè)末端的開(kāi)孔的第一穿孔121，以及定義緊接插入物相反末端的開(kāi)孔的第二穿孔122。兩個(gè)開(kāi)孔都對(duì)通道117形成的空腔開(kāi)放。在圖I中芯片101的集成電路設(shè)置在芯片表面IOla上。表面IOla也為連接130 具有芯片端子103從而接觸載體110的引腳。與表面IOla相對(duì)的芯片表面通過(guò)粘合膜102 至少部分附加到插入物120。該膜可以是B級(jí)芯片附加化合物例如基于環(huán)氧樹(shù)脂的配方；可替換地，粘合膜102可以是聚酰亞胺層。如圖I圖解，芯片101具有延伸穿過(guò)芯片高度的開(kāi)孔104。開(kāi)孔104可成形為圓柱、截錐或任何其它合適三維幾何形狀。在電路面，開(kāi)孔104 由活動(dòng)部件105遮蔽。在圖I的實(shí)施例中，活動(dòng)部件105跨開(kāi)孔104伸展，并沿開(kāi)孔的圓周在X和y方向上在芯片中鋪定。在其它實(shí)施例中，活動(dòng)部件僅跨開(kāi)孔104部分延伸。電連接130可以是如在常規(guī)半導(dǎo)體球焊中使用的金線，具有約25 μ m的導(dǎo)線直徑。 導(dǎo)線130連接芯片端子103到嵌入在載體110中的金屬引腳112?；顒?dòng)部件105可由金屬例如銅、鎳或招制作,在一些實(shí)施例中具有由鈕或金制作的表面。對(duì)于許多實(shí)施例，活動(dòng)部件105具有在約O. 04和O. 25mm2之間的面積與在5與 25 μ m之間的厚度。在該厚度范圍中，活動(dòng)部件105可充當(dāng)隔膜，該隔膜是在z方向上柔軟、 活動(dòng)正交、于表面IOla并因此在芯片開(kāi)孔104的空間中活動(dòng)正交于主體表面IlOa的箔片。 作為隔膜，部件105對(duì)從z方向穿過(guò)開(kāi)孔104到達(dá)的、使隔膜向開(kāi)孔104內(nèi)或外彎曲的外部壓力改變敏感。如圖I示出，罩蓋140附加到載體的表面IlOa和插入物120的部分。罩蓋140可由金屬例如鋁制作，或其可以是塑料例如模塑部件。罩蓋140如同罐頭成形從而封裝芯片 101和電連接130，并具有延伸穿過(guò)罩蓋140高度的通風(fēng)孔141。通風(fēng)孔141與插入物120 的第二穿孔122對(duì)齊。該對(duì)齊允許通風(fēng)孔141穿過(guò)通道117在芯片開(kāi)孔104的末端連續(xù)空間連接到活動(dòng)部件105。圖2A、2B和2C圖解一般指定為200的載體一部分的例子，包括在預(yù)塑?；衔镏星度耄脕?lái)制造圖I中MEMS設(shè)備的引腳框帶。圖2A示出由模塑化合物圍繞的例子原金屬引腳框帶的一部分的頂視圖。例子引腳框類似于QFN型(方形扁平無(wú)引腳)和SON型(小型輪廓無(wú)引腳)設(shè)備的常規(guī)半導(dǎo)體技術(shù)中使用的引腳框。直線2B-2B和直線2C-2C包括在圖 2A中。圖2B是沿直線2B-2B取得的載體的剖視圖，并且圖2C是沿直線2C-2C取得的載體的剖視圖。圖2A中引腳框帶的部分中的金屬呈陰影。對(duì)于許多MEMS設(shè)備實(shí)施例，引腳框帶由銅或銅合金的金屬板制作；在其它MEMS實(shí)施例中引腳框帶可由鋁或鋁合金的引腳框帶制作。為在接合步驟中促進(jìn)導(dǎo)線附加，一個(gè)引腳框表面可具有銀或金薄層的鍍點(diǎn)；為在裝配步驟中促進(jìn)焊接附加，相對(duì)引腳框表面(圖2A中沒(méi)有示出)可具有錫鍍層，或鎳鍍層和貴金屬例如鈀和金的鍍層。引腳可具有反映金屬板厚度的高度(見(jiàn)于圖2C)。在圖2A的例子中，引腳框部分包括邊長(zhǎng)近2mm，由棒桿或系桿201描繪輪廓并連接的兩個(gè)方形單元。附加到棒桿的每個(gè)單元包括多個(gè)引腳112 ;在圖2A的例子中，具有以在相反棒桿上對(duì)稱安置的兩組三個(gè)引腳成群的六個(gè)引腳。然而，單元不為附加半導(dǎo)體芯片包括常規(guī)襯墊，該襯墊在常規(guī)引腳框中遠(yuǎn)離棒桿(或外圍)設(shè)置。代替地，單元的中心部分保持開(kāi)放空間。在例子中，引腳112具有在到棒桿附加的約O. 25mm的寬度202，約O. 5mm的長(zhǎng)度 203，以及中心到中心約O. 5mm的間距204。圖2A中載體200的頂視圖顯示階梯116的區(qū)域，階梯116使載體200模塑部分中凹部的第一層和第二層分開(kāi)。圖2A表示第一層114的邊緣線和第二層115的邊緣線。第二層的底部區(qū)域形成完成后的設(shè)備的通道117。圖2B中載體110沿直線2B-2B的截面圖解載體的塑料部分111的高度11 Ia和塑料部分中兩層凹部的輪廓。由于引腳框可通過(guò)模塑工藝在封裝化合物中嵌入，因此塑料載體部分的高度Illa與引腳 框高度相同(同樣見(jiàn)于圖2C)。從載體表面IlOa延伸到第二層形成的通道117底部的凹部深度216小于高度111a。深度216的第一部分是第一層114， 并且第二部分是第二層115。圖2B的實(shí)施例示出層具有與總深度216相等的量；在其它實(shí)施例中，其具有不相等的量。第一層形成的凹部空間由插入物122填充(見(jiàn)于圖3B和3C)。 由于第一層114具有大于第二層115的寬度(在圖2B的實(shí)施例中約15%)，因此臺(tái)階116在其之間形成。臺(tái)階116如在圖I中顯示為插入物122提供支持。在用于圖2B中實(shí)施例的引腳框中，系桿(tie bars) 201示出具有小于載體高度 Illa的高度，高度Illa如陳述等于原引腳框的厚度。該特征在完成裝配和封裝工藝之后便于修整引腳框帶和從條帶切割(singulating)分立單元的操作。該特征通過(guò)沿系桿半蝕刻引腳框帶的金屬形成。圖2C中載體110沿直線2C-2C的截面圖解載體的金屬引腳部分112的高度112a 連同塑料部分111的高度111a。如上面陳述，高度112a與高度Illa相同。在具有半導(dǎo)體芯片的不同裝配需要的其它實(shí)施例中，高度可以不同。在圖2C的截面中顯示的凹部特征為臺(tái)階116比圖2B的截面中顯示的凹部更寬的面積，表示階梯116的不均勻?qū)挾取Ｔ谄渌鼘?shí)施例中，臺(tái)階116的寬度可以是均勻的。另外，圖2C的截面顯示與圖2B的截面中顯示的層與通道的幾何形狀比較，第一和第二層與通道117具有更短幾何形狀，表示凹部、層和通道的延長(zhǎng)形狀。圖3A、3B和3C圖解在圖I中透視圖中示出的實(shí)施例的頂視圖與沿直線3B-3B和 3C-3C的兩個(gè)剖視圖。圖3A是實(shí)施例100的頂視圖，是在切割引腳框帶為分立單元，并附加罩蓋以便保護(hù)芯片連同其隔膜與接合線連接之后。在實(shí)施例100中，罩蓋140的輪廓確定完成的MEMS設(shè)備的輪廓為約2 X 2mm。在該例子MEMS設(shè)備中具有圓形輪廓的通風(fēng)孔141 到達(dá)罩蓋的頂面；在其它例子中，通風(fēng)孔可具有不同輪廓。在頂視圖中通過(guò)虛線進(jìn)一步表示成形為具有約Imm邊長(zhǎng)的正方形，在該例子中是 MEMS設(shè)備的半導(dǎo)體芯片101，以及遮蔽穿過(guò)芯片的開(kāi)孔的箔片105 ;插入物120，填充凹部的第一層并具有第一開(kāi)孔121和相對(duì)端的第二開(kāi)孔122 ;凹部的第二層115，其在第一穿孔和箔片與第二穿孔和通風(fēng)孔之間提供通道117 ;以及嵌入載體化合物中的引腳112。圖3B中例子分立MEMS設(shè)備的截面(沿圖3A中偏位線3B-3B)圖解載體金屬引腳 112的公用高度112a和載體塑料部分111的高度111a。公用高度是使引腳嵌入并形成載體的引腳框預(yù)塑模工藝的結(jié)果。在圖3B的截面中顯示的凹部特征為通過(guò)使用指定為301的B級(jí)聚合物粘合劑配方使插入物120附加到預(yù)塑模載體的臺(tái)階116之后，氣道117從第二層凹部115形成。如上面提及，例子MEMS設(shè)備中第一層的深度在約O. 12和O. 13mm之間，并且插入物在高度和區(qū)域上填充第一層。因此，插入物120的厚度連同粘合劑301的厚度在相同范圍中。在圖3B中，通過(guò)使用例如指示為302的B級(jí)聚合物粘合劑配方，半導(dǎo)體芯片101部分附加到插入物120上，并部分附加到塑料化合物111上。芯片101的高度IOlb在約O. 3 和O. 4mm之間。因此，在約O. 7和O. 8mm之間的罩蓋140的高度142足以容納導(dǎo)線球焊的拱高和箔片105的z軸移動(dòng)。封裝MEMS設(shè)備的總高度因此降至近I. O到I. 3mm的范圍內(nèi)。 在圖3B中，芯片101的開(kāi)孔104示意示出通過(guò)一個(gè)或更多狹窄部分104a，例如硅通孔(TSV) 延續(xù)到箔片105 ;然而，該特征取決于MEMS設(shè)備的功能(壓力傳感器、話筒、揚(yáng)聲器等)。因此，在一些設(shè)備中，開(kāi)孔104可延續(xù)到箔片105而沒(méi)有收縮；在其它設(shè)備中，可具有多個(gè)收縮或 TSV。圖3C的剖視圖顯示在MEMS設(shè)備實(shí)施例中完整氣道的布局。通過(guò)載體110的聚合物111形成的部分包括通道117 ;該通道通過(guò)罩蓋140的通風(fēng)孔141，連接環(huán)境入口與在芯片101中開(kāi)孔104末端的活動(dòng)部件(箔片、隔膜)105。利用插入物120形成氣道，插入物120 通過(guò)插入物的第一穿孔耦合氣道117到芯片開(kāi)孔104和箔片105，并通過(guò)插入物的第二穿孔 122耦合氣道117到環(huán)境和 通風(fēng)孔141。本發(fā)明的另一實(shí)施例是制造MEMS的方法。在工藝流程的第一步驟中，提供具有多個(gè)單元的引腳框帶，其中每個(gè)單元具有圍繞中心開(kāi)放空間的引腳。如上面陳述，該單元不為附加芯片展現(xiàn)襯墊。單元通過(guò)系桿或軌道保持在一起。軌道和引腳從具有高度的金屬板沖壓或蝕刻得到。為變薄，軌道然后被半蝕刻從而減少原金屬厚度約50%。對(duì)于許多實(shí)施例， 板材是銅；銅表面可經(jīng)過(guò)處理例如氧化或粗加工，以便增強(qiáng)到模塑化合物的粘合。在一個(gè)表面上，引腳可具有點(diǎn)鍍銀以便促進(jìn)導(dǎo)線接合，并且在相對(duì)表面上，引腳可具有鍍金(例如鎳和鈀或金)以便于焊接附加。在下個(gè)工藝步驟中，單元的開(kāi)放空間填充聚合物，由此嵌入引腳并形成具有引腳高度的板狀載體，以及與引腳形成共面。對(duì)于許多實(shí)施例，填充開(kāi)孔的低成本技術(shù)是傳遞模塑技術(shù)條帶在具有空腔的鋼模中裝載，該空腔具有條帶的長(zhǎng)度并且高度是引腳框厚度。具有高百分比無(wú)機(jī)填料的基于環(huán)氧樹(shù)脂的封裝化合物壓入空腔從而嵌入引腳框帶。結(jié)果，該條帶形成魯棒板狀載體，其類似于許多QFN和SON半導(dǎo)體設(shè)備的載體。與填充每個(gè)單元中開(kāi)放空間的步驟同時(shí)，在每個(gè)單元的空間中心區(qū)域中形成兩層階梯凹部，凹部從載體表面延伸到小于載體高度的深度。另外，凹部形成因此臺(tái)階階梯在凹部的外圍延伸。臺(tái)階標(biāo)記從第一到第二層的過(guò)渡。插入物然后作為零件提供。插入物優(yōu)選使用B級(jí)基于環(huán)氧樹(shù)脂的粘合膜附加到每個(gè)單元的臺(tái)階。插入物被構(gòu)造從而展現(xiàn)第一層凹部的周線、面積和厚度，并因此能夠填充第一層。插入物在其一個(gè)末端進(jìn)一步具有第一穿孔，并在其相對(duì)末端具有第二穿孔。在插入物附加到臺(tái)階之后，其充當(dāng)由第二層凹部定義的空腔的遮蓋，限定第二層的空間充當(dāng)氣道。 由于具有低成本多晶硅制作的插入物使插入物的CTE等于芯片的CTE，降低熱-機(jī)械應(yīng)力， 因此該選擇對(duì)于許多實(shí)施例有利?？商鎿Q地，插入物可由塑料或金屬例如銅制作。在下個(gè)工藝步驟中，提供集成電路，其中每個(gè)芯片具有延伸穿過(guò)芯片厚度的至少一個(gè)開(kāi)孔。在芯片的電路側(cè)面，每個(gè)開(kāi)孔由箔片遮蔽，該箔片足夠薄從而充當(dāng)MEMS設(shè)備的活動(dòng)部件。在與電路相對(duì)的芯片側(cè)面，開(kāi)孔無(wú)阻擋。芯片附加到每個(gè)單元的插入物上，使得芯片開(kāi)孔與插入物的第一穿孔對(duì)齊。附加工藝優(yōu)選使用B級(jí)基于環(huán)氧樹(shù)脂的粘合膜。每個(gè)芯片的端子然后連接到嵌入每個(gè)單元的載體中的引腳；導(dǎo)線球焊技術(shù)提供低成本方法。接下來(lái)提供罩蓋，其可如同罐狀成形從而安裝在單元的區(qū)域上并具有足以保護(hù)芯片和導(dǎo)線接合的高度。罩蓋進(jìn)一步具有穿過(guò)罩蓋高度的通風(fēng)孔。罩蓋附加到每個(gè)載體單元的表面，使得通風(fēng)孔與插入物的第二穿孔對(duì)齊并且罩蓋封裝單元的芯片。最終，封裝單元從條帶切割。低成本技術(shù)是穿過(guò)半蝕刻軌道和較薄模塑化合物切割的沿引腳框軌道的鋸切步驟?？商鎿Q地，封裝基片可在插入物添加之前或芯片添加之前切割，允許封裝基片的制造獨(dú)立于最終設(shè)備的制造。本發(fā)明應(yīng)用于MEMS設(shè)備封裝的任何材料，包括塑料和陶瓷，并應(yīng)用于任何集成半導(dǎo)體材料，包括硅、硅鍺、砷化鎵或用于制造的任何其它半導(dǎo)體或化合物材料。具有插入物的預(yù)塑模引腳框?yàn)镸EMS設(shè)備的封裝用作具有氣道的載體可應(yīng)用于壓電電阻壓力傳感器， 其中壓力到電子可檢測(cè)信號(hào)的轉(zhuǎn)換依賴隔膜的彈性變形，或一般依賴暴露于壓力的結(jié)構(gòu)的彈性變形。具有插入物的預(yù)塑模引腳框?yàn)镸EMS設(shè)備的封裝用作具有氣道的載體可應(yīng)用于諧振壓力傳感器，其中諧振頻率取決于振動(dòng)微結(jié)構(gòu)中的機(jī)械應(yīng)力。
可形成具有由插入物覆蓋的單層的凹部。例如，插入物可安裝在單層里面并與層的底部相間隔，從而形成氣道。該間隔可由在凹部中倒置的間隙器(stand-offs)控制、可由模塑到凹部的間隙器控制，或由作為插入物的部分形成的間隙器來(lái)控制。以相似方式，插入物可安置在封裝基片的頂面上，并任選包括在延伸到凹部的插入物中形成的一個(gè)或更多結(jié)構(gòu)從而確保對(duì)齊。在另一例子中，第二穿孔可由插入物邊緣和凹部邊緣之間的縫隙實(shí)施。 第二穿孔不需要由封裝罩蓋包圍，盡管覆蓋第二穿孔限制顆粒進(jìn)入第二穿孔和氣道。罩蓋的使用也允許從第二穿孔到環(huán)境的過(guò)道的長(zhǎng)度和形狀為特別應(yīng)用而調(diào)整。具有在實(shí)施例背景下描述的特征或步驟一個(gè)或更多的不同結(jié)合的實(shí)施例意圖包括在此，這些實(shí)施例具有這樣特征或步驟的全部或僅一些。本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到許多其它實(shí)施例和變化在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)同樣可能。
權(quán)利要求
1.一種微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)設(shè)備,包含 載體，所述載體具有高度和表面； 凹部，所述凹部在所述載體的所述高度內(nèi)形成并開(kāi)放到所述載體的所述表面上； 插入物，所述插入物在所述凹部?jī)?nèi)安裝井覆蓋所述凹部定義的空腔；所述插入物具有到所述空腔的第一開(kāi)孔和第二開(kāi)孔； 集成電路芯片，所述集成電路芯片附加到所述插入物，所述芯片具有穿過(guò)所述插入物的所述第一開(kāi)孔與所述空腔連通的芯片開(kāi)孔；以及 罩蓋，所述罩蓋附加到所述載體的所述表面，包圍所述芯片并具有穿過(guò)所述插入物的所述第二開(kāi)孔與所述空腔連通的通風(fēng)孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中所述芯片開(kāi)孔是延伸穿過(guò)所述芯片并由箔片遮蔽的開(kāi)孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中連續(xù)氣道從所述罩蓋外面穿過(guò)所述通風(fēng)孔到所述空腔形成，并從所述空腔穿過(guò)所述芯片開(kāi)孔到所述箔片形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述箔片正交于所述載體表面可移動(dòng)并在所述芯片開(kāi)孔的空間內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，所述凹部具有從所述表面延伸的第一層，定義所述空腔的第二層，以及從所述第一層到所述第二層的階梯過(guò)渡。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述凹部中心開(kāi)放到所述載體的所述表面上；并且進(jìn)一歩包含在所述表面的外圍嵌入所述載體中的導(dǎo)電引腳。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，進(jìn)一歩包括在芯片上的接觸端子；以及在所述接觸端子和導(dǎo)電引腳之間延伸的電連接，所述電連接由所述罩蓋包圍。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述箔片具有在所述芯片的頂側(cè)上錨定的活動(dòng)懸梁的配置，所述梁延伸到遠(yuǎn)離所述錨定點(diǎn)的板件并可操作從而使所述板件正交于所述頂側(cè)移動(dòng)。
9.ー種制造微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)設(shè)備的方法，包含下面步驟 提供具有圍繞中心開(kāi)放空間的多個(gè)引腳的引腳框，所述引腳由具有厚度的金屬板制作； 用聚合物填充所述開(kāi)放空間，由此嵌入所述引腳并形成具有所述厚度和表面的載體； 在所述填充的開(kāi)放空間中形成凹部； 附加具有第一穿孔和第二穿孔的插入物； 附加集成電路芯片到所述插入物上，所述集成電路芯片具有穿過(guò)所述芯片的開(kāi)孔，使得所述開(kāi)孔與所述第一穿孔連通，所述開(kāi)孔在電路側(cè)面由箔片遮蔽并在相反側(cè)面無(wú)阻擋；以及 附加罩蓋到所述載體的所述表面上從而包圍所述芯片。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述形成凹部包含在所述開(kāi)放空間中形成兩層凹部，以及在所述凹部外圍的至少一部分周圍形成從第一層到第二層的臺(tái)階凸出。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)ー步包含提供從所述芯片端子到所述引腳的電連接；并且其中附加所述罩蓋包括封裝所述電連接。
12.—種制造微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的方法，包含下面步驟提供具有圍繞中心開(kāi)放空間的多個(gè)引腳的引腳框，所述引腳由具有高度的金屬板制作； 用聚合物填充所述開(kāi)放空間，由此嵌入所述引腳并形成具有所述高度和表面的載體； 在所述開(kāi)放空間中形成凹部；以及 附加具有第一穿孔和第二穿孔的插入物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)設(shè)備(100)，其具有定義空腔的凹部(117)，該空腔中心開(kāi)放到載體表面(111)上。導(dǎo)電引腳(112)在載體表面外圍嵌入。包括集成電路芯片(101)的插入物(120)在凹部的頂部(114、116)內(nèi)安裝，并為空腔提供罩蓋。電連接(130)連接芯片上端子與導(dǎo)電引腳。附加到載體表面的罩蓋(140)包圍集成電路芯片和電連接。穿過(guò)包括罩蓋中通風(fēng)孔(141)、插入物中第一和第二開(kāi)孔(121，122)以及集成電路芯片中開(kāi)孔(104)的路徑，提供從環(huán)境大氣經(jīng)空腔到在芯片中活動(dòng)箔片(105)的氣道。
文檔編號(hào)B81B7/02GK102714200SQ201080054194
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者J·R·哈克比, R·H·珀德姆 申請(qǐng)人:德克薩斯儀器股份有限公司