本發(fā)明涉及一種MEMS芯片封裝以及一種用于制造MEMS芯片封裝的方法。

背景技術：
具有微機電結構的芯片（MEMS芯片）通常與控制芯片一起被安裝在共同的芯片封裝中。尤其在具有聲元件、諸如麥克風或揚聲器的MEMS芯片中，應該在微小的構造空間上來考慮聲情況。為此應該設置相應的前容積和后容積、至聲有源膜的通道以及可能的透聲的芯片組件。在制造具有微機電揚聲器元件的MEMS芯片（MEMS揚聲器）時，一個特殊的挑戰(zhàn)是這種MEMS芯片的大小或芯片面積。文獻DE102009042191A1公開了一種晶片級封裝的芯片封裝，其具有MEMS器件和ASIC芯片。文件US7,550,828B2公開了一種半導體封裝，其在半導體襯底上具有MEMS麥克風芯片和控制芯片。對于具有聲有源器件及其控制芯片的MEMS芯片需要一種封裝，該封裝一方面要考慮聲學邊界條件，但另一方面能夠為器件提供足夠的機械保護以及能夠在微小的構造空間上在造價合理地制造情況下來提供該芯片。

技術實現(xiàn)要素：
一方面，本發(fā)明提供了一種MEMS芯片封裝，其具有第一芯片，該第一芯片具有第一芯片表面和與該第一芯片表面相對的第二芯片表面，該MEMS芯片封裝還具有第二芯片，該第二芯片具有第一芯片表面以及與該第一芯片表面相對的第二芯片表面，該MEMS芯片封裝還具有第一耦合元件，該第一耦合元件把該第二芯片的第一芯片表面與該第一芯片的第一芯片表面相耦合，使得在該第一芯片和第二芯片之間構造了第一空腔，以及該MEMS芯片封裝具有施加在該第二芯片的第二芯片表面上的第一布線層，該第一布線層設計用于提供至襯底的接觸。在此這兩個芯片之一具有在該第一芯片表面上所構造的至少一個微機電結構元件以及在該第一和第二芯片表面之間所構造的框架元件，其中該框架元件包圍該微機電結構元件。相應另一芯片具有澆注材料層、嵌入該澆注材料層中的控制電路以及施加在該第一芯片表面的第三布線層，其中該控制電路設計用于控制至少一個微機電結構元件。另一方面，本發(fā)明提供了一種用于制造MEMS芯片封裝的方法，其具有把第一芯片與第二芯片通過耦合元件相耦合的步驟，其中該第一芯片具有第一芯片表面和與該第一芯片表面相對的第二芯片表面，該第二芯片具有第一芯片表面和與該第一芯片表面相對的第二芯片表面，該耦合元件把該第二芯片的第一芯片表面與該第一芯片的第一芯片表面相耦合，使得在該第一芯片和第二芯片之間構造了第一空腔，其中第一和第二芯片組中的一個芯片具有：在該第一芯片表面上所構造的至少一個微機電結構元件、以及在該第一和第二芯片表面之間所構造的框架元件，該框架元件包圍了該微機電結構元件，并且其中第一和第二芯片組中的相應另一芯片具有：澆注材料層、嵌入到該澆注材料層中的控制電路、以及施加在該第一芯片表面上的第三布線層，其中該控制電路設計用于控制至少一個微機電結構元件。本發(fā)明的優(yōu)點本發(fā)明的一個想法是，提供一種芯片封裝，其中在襯底上施加由MEMS芯片和未被封裝的控制芯片所組成的復合堆棧。在這兩個芯片與該襯底之間的電連接在此通過在兩個芯片之一中以及芯片表面上金屬布線層中的穿通接觸部（Durchkontakte）來形成。另外這兩個芯片通過耦合元件如此相耦合，使得在這兩個芯片之間產生空腔。該空腔為這兩個芯片之一中的聲有源MEMS結構元件形成聲學前容積和后容積。通過芯片封裝的復合堆疊，相對于傳統(tǒng)的并列構造而有利地降低了芯片封裝所需的覆蓋面積。另一優(yōu)點是，可以與該MEMS芯片與控制芯片和/或該襯底之間的電耦合無關地來進行在芯片中MEMS結構元件的制造。由此能夠更簡單并且與MEMS制造相匹配地來進行脆弱的MEMS結構元件的處理。芯片的器件的封裝已經可以在芯片層面上來進行，使得在該襯底上施加該芯片之后不再需要耗費的以及空間密集的其他封裝步驟。在完成單個芯片時就已能夠節(jié)省材料了，因為芯片在芯片層面已制造完成而不再需要至邊緣的安全距離或者不再需要預留空間以施加其他的封裝組件。大多的芯片制造流程、尤其覆蓋層的施加可以有利地在批處理中來進行，這在制造中節(jié)省了時間和成本。所述復合層此外還實施為無襯底的，并大多不用額外的澆注材料敷層，由此熱機械應力不能或者近似不能對芯片產生影響。根據一個實施方式，具有微機電結構元件的該芯片另外還可以具有在該第二芯片表面上施加在該框架元件上的第一覆蓋層，其中在該第一覆蓋層與所述至少一個微機電結構元件之間構造了至少一個第二空腔。根據一個實施方式，具有微機電結構元件的該芯片另外還可以具有在該第一芯片表面所構造的第二布線層。根據一個實施方式，該第二芯片可以具有在該第一和第二芯片表面之間所延伸的電穿通接觸部。根據一個實施方式，該第二芯片的第一芯片表面和該第一芯片的第一芯片表面可以具有基本重合的面。這所具有的優(yōu)點是，在堆疊第一和第二芯片時降低了結構大小耦合。此外還不必安裝額外的間距保持物或間隔物。根據另一實施方式，該第一耦合元件可以具有由填充材料、焊接材料制成的密封環(huán)、FC接觸部、諸如銅柱或金釘凸點組成的集合之一的元件、或其組合。這所具有的優(yōu)點是，在該第一和第二芯片之間的空腔已經在堆疊芯片時就可以簡單地、造價合理地并以預定的空腔特性來構造。根據另一實施方式，所述至少一個微機電結構元件可以具有微機電揚聲器元件或微機電麥克風元件。根據本發(fā)明的芯片封裝技術尤其提供用于諸如MEMS揚聲器、MEMS揚聲器陣列或MEMS麥克風的聲有源器件，因為可以簡單、造價合理、空間節(jié)省并靈活地在芯片封裝中提供相應的聲空腔和通道。根據另一實施方式，該第一覆蓋層可以是透聲的，也即，相對于聲波基本是可穿透的。由此可以有利地提供一個空腔，該空腔一方面具有至外界的聲通道，但另一方面防護干擾的外界影響諸如微粒進入、機械應力或諸如此類。這在聲有源（akustischaktiven）MEMS元件、諸如膜或移動MEMS部件中是尤其有利的。根據另一實施方式，該第一覆蓋層可以與所述至少一個微機電結構元件相耦合，并構造大量第二空腔。由此可以提供單個聲容積，其尤其對于MEMS揚聲器陣列可以在聲音質量和控制方面提供優(yōu)點。根據另一實施方式，可以設置第二覆蓋層，該第二覆蓋層設置在該第一覆蓋層之上。該第二覆蓋層比如根據一個優(yōu)選的實施方式可以是不透聲的，并此外還具有至少一個穿通孔。由此可以選擇形狀穩(wěn)定的第二覆蓋層，該覆蓋層可以更好地防護外部的機械影響。根據另一實施方式，可以設置第三覆蓋層，該覆蓋層設置在具有控制電路的芯片的第二芯片表面上，或者設置在該襯底的表面上。在此根據一個優(yōu)選的實施方式襯底可以在該第二芯片的范圍內具有空隙，并且第二芯片具有至少一個穿通孔。由此有利地從該MEMS芯片的背側穿過該襯底而實現(xiàn)聲通道。根據該方法的一個實施方式，可以在施加在該第二芯片的第二芯片表面上的第一布線層與襯底之間進行耦合。根據該方法的另一實施方式，具有微機電結構元件的芯片另外還具有在該第二芯片表面上施加在該框架元件上的第一覆蓋層，其中在該第一覆蓋層與所述至少一個微機電結構元件之間構造有至少一個第二空腔。本發(fā)明實施方式的其他特征和優(yōu)點由結合附圖的下文說明得到。附圖說明其中：圖1示出了根據本發(fā)明一個實施方式的MEMS芯片和控制芯片的示意圖；圖2示出了根據本發(fā)明另一實施方式的MEMS芯片封裝的示意圖；圖3示出了根據本發(fā)明另一實施方式的MEMS芯片封裝的示意圖；圖4示出了根據本發(fā)明另一實施方式的MEMS芯片封裝的示意圖；圖5示出了根據本發(fā)明另一實施方式的MEMS芯片封裝的示意圖；圖6示出了根據本發(fā)明另一實施方式的MEMS芯片封裝的示意圖；圖7示出了根據本發(fā)明另一實施方式的MEMS芯片封裝的示意圖；圖8示出了根據本發(fā)明另一實施方式的MEMS芯片封裝的示意圖；圖9示出了根據本發(fā)明另一實施方式的MEMS芯片封裝的示意圖；圖10示出了根據本發(fā)明另一實施方式的MEMS芯片封裝的示意圖；圖11示出了根據本發(fā)明另一實施方式的MEMS芯片封裝的示意圖；圖12示出了根據本發(fā)明另一實施方式的MEMS芯片封裝的示意圖；圖13示出了根據本發(fā)明另一實施方式的MEMS芯片封裝的示意圖；圖14示出了根據本發(fā)明另一實施方式的MEMS芯片封裝的示意圖；圖15示出了根據本發(fā)明另一實施方式的MEMS芯片封裝的示意圖；圖16示出了根據本發(fā)明另一實施方式的MEMS芯片封裝的示意圖；圖17示出了根據本發(fā)明另一實施方式的MEMS芯片封裝的示意圖；圖18示出了根據本發(fā)明另一實施方式的MEMS芯片封裝的示意圖；以及圖19示出了根據本發(fā)明另一實施方式的用于制造MEMS芯片封裝的一種方法的示意圖。具體實施方式圖1示出了具有微機電結構元件（MEMS芯片）的芯片1以及控制芯片組件2的示意圖。該MEMS芯片1在此具有一個或多個微機電結構元件8（MEMS元件）。MEMS元件8比如可以具有微機電揚聲器元件、微機電麥克風元件或其他微機電制造的組件。比如MEMS元件8可以以一種二維網格來構造，以實現(xiàn)由單個像素組成的MEMS揚聲器陣列。MEMS元件8在此可以圍繞有一個框架元件9，該框架元件比如可以具有澆注材料或模制材料。在此MEMS芯片1可以以一種所謂的“模制晶片級封裝”、也即在晶片級上的芯片封裝制造過程來制造。在此這些MEMS元件8被施加在一個犧牲載體上，利用澆注材料來澆注、硬化并作為澆注晶片從該犧牲載體上分離。之后如此生成的澆注材料晶片、所謂的“重配置晶片”可以被進一步處理，并尤其在分離過程中被分離為相應的芯片，諸如MEMS芯片1。該MEMS芯片1具有一個第一芯片表面，在圖1中朝上示出，在其上設置有MEMS元件8。該第一芯片表面比如可以具有一個布線層或金屬化層10，其設計用于構造至MEMS元件8的電接觸。在與該第一芯片表面相對設置的第二芯片表面上，該MEMS芯片1可以是開口的，也即，MEMS元件8在對面向外露出一個入口（Zugang）?？刂菩酒M件2可以是一個封裝芯片，也即，由澆注材料或模制材料3制成的芯片2，其可以在“模制晶片級封裝”過程中來制造。為此可以在澆注材料層3中、比如在該澆注材料層3的中間區(qū)域嵌入控制電路4。該澆注材料層3在此可以基本具有與該控制電路4相同的厚度，使得該澆注材料層3與該控制電路4一起具有一致的芯片表面。在第一芯片表面上，在圖1中示出在下面，可以施加一個第一布線層或金屬化層6a。在與該第一芯片表面相對的第二芯片表面上可以設置一個第二布線層或金屬化層6b。在該第二芯片表面上此外還可以構造接觸焊盤7b，該接觸焊盤可以用于把控制芯片組件2與之下的襯底相電接觸。該控制電路4在其一側可以集成在控制芯片中，控制芯片比如具有一個或多個穿通接觸部5，穿通接觸部可以把第一芯片表面上的第一金屬化層6a與第二芯片表面上的第二金屬化層6b相電連接。圖2示出了MEMS芯片封裝100的示意圖。為了制造該MEMS芯片封裝100，MEMS芯片1將第一芯片表面通過至少一個耦合元件13與控制芯片組件2的第一芯片表面相耦合。該耦合元件13比如可以是填充材料，其在該MEMS芯片1的布線層10與控制芯片組件2的布線層6a之間布置在所述焊接接觸部14周圍。該耦合元件13在此如此來設置，使得在該MEMS芯片1和控制芯片組件2之間構造空腔12b。該填充材料比如可以是環(huán)氧樹脂粘合劑。所述焊接接觸部14比如可以是錫球、焊接凸點、釘頭凸點或所謂的銅柱、具有焊接材料帽的圓柱狀銅支柱。該耦合元件同樣可以具有FC接觸部、諸如銅柱或金釘凸點。在該MEMS芯片1的與控制芯片組件2相背的芯片表面上可以設置一個覆蓋層11，該覆蓋層與該框架元件9相連接，并在MEMS元件8與該覆蓋層11之間提供一個空腔12a。該空腔12a尤其針對MEMS揚聲器元件8能夠適于提供一個聲有源空腔12a。該覆蓋層11可以是透聲的，也即，相對于聲波傳播是可穿透的或基本是可穿透的。該覆蓋層11比如可以具有由比如聚酯薄膜（R）或聚對苯二甲酸乙二酯（R）構成的膜、精細金屬網格、塑料網格、過濾層或類似的層。該覆蓋層11比如可以在一個批處理中被層壓、粘合或熔合在該MEMS芯片11上。如在圖3中示意性所示，圖2的MEMS芯片封裝100可以施加在一個襯底15上。為此控制芯片組件2的背向該MEMS芯片1的芯片表面比如可以在接觸焊盤7b上設置有焊接接觸部16比如焊珠、焊球、釘頭凸點或銅柱，以把控制芯片組件2的布線層6b與該襯底15的（未示出的）金屬化結構相電耦合。該襯底15在此比如可以包括PCB印制電路板、LGA襯底、BGA襯底、PGA襯底或類似的載體層。該MEMS芯片1、控制芯片組件2以及該襯底15在此可以構成MEMS芯片封裝200，其具有該芯片1或2的橫向尺寸。為此可能有利的是，把該MEMS芯片1和控制芯片組件2在芯片面上相類似地來設計，也即，相應芯片1或2芯片表面的面（Flaechen）是相同的或基本相同的。由此可以提供一種芯片規(guī)模封裝（CSP），其需要微小的水平安裝空間，并且其中在MEMS芯片1與控制芯片組件2之間的安裝尺寸耦合由于該澆注材料層3對控制芯片組件2芯片面的放大而被簡化。不需要通過覆蓋層11來對該MEMS芯片封裝200進行附加的封裝，尤其因為已經通過這兩個芯片1和2本身以及該耦合元件14而聲學密封了該空腔12b。在圖4至16中示出了MEMS芯片封裝300、400、500、600、700、800、900、1000、1100、1200、1300、1400和1500的可能實施例的示意圖，其實施變化方案以及特殊擴展特征可以利用每種其他芯片封裝來組合或變化。在此所示的MEMS芯片封裝的共同點是，MEMS芯片1與控制芯片組件2芯片表面在芯片表面上相耦合，并且控制芯片組件2通過焊接接觸部16與襯底15相耦合，如在圖3中所示，并如上所解釋的。在下文中從而分別僅解釋芯片封裝的不同擴展特征。為了提高連接穩(wěn)定性，在該MEMS芯片封裝300中比如可以通過澆注材料凸起9a而部分地圍繞了MEMS元件8。在該框架元件9連同MEMS元件8在該芯片表面上成平面而結束時，在該MEMS芯片封裝400中能夠實現(xiàn)如此來設置該覆蓋層11，使得它與MEMS元件8或者與MEMS元件8的部分相連接。由此可以在MEMS揚聲器陣列的單個MEMS元件8、比如MEMS揚聲器像素之間構造單個的空腔12C。如果該覆蓋層11是透聲的，那么這可能有利于改善MEMS揚聲器陣列的控制或者聲音質量。在該MEMS芯片封裝500中另外還能夠不在控制芯片4中設置穿通接觸部5，而是在該澆注材料層3中來構造穿通接觸部。對于MEMS芯片封裝600，作為耦合元件不是采用填充材料14而是采用比如由焊接材料制成的密封環(huán)17。由此能夠實現(xiàn)聲音密封的并圍繞MEMS元件8面而結束的空腔12b。在此有利的是，密封環(huán)17由于潤濕特性而不易于消逝。由此可以更好地調節(jié)該空腔12b的聲特性。密封環(huán)17在此比如可以設置在焊接接觸部14之外。在該MEMS芯片封裝700中該框架元件8a和MEMS元件8一體地來制造，比如由一種微機械結構化的半導體材料比如硅。這在制造中帶來了優(yōu)點，因為在澆注材料和MEMS元件8之間的邊界上不再可能出現(xiàn)熱機械應力。在圖9至12的MEMS芯片封裝800至1100中，在背向控制芯片組件2的芯片表面上相應施加了其他的覆蓋層9b。所述的其他覆蓋層9b比如可以由和該框架元件9相同的澆注材料或者由塑料來制造。該覆蓋層9b在此可以構造一個機械形狀穩(wěn)定的蓋，其可以具有一個或多個穿通孔18a。所述穿通孔18a在此可以提供至其下一個空腔12a或其下多個空腔12c的聲通道或通路。該第二覆蓋層9b在此可以設置在該第一覆蓋層11上或之下，并粘合、層壓、熔合或焊接在該第一覆蓋層11或該框架元件9上。該第一覆蓋層11在此可以在其一側用作粘結層或用于公差補償。在圖13至16中的MEMS芯片封裝1200至1500中，可以規(guī)定控制芯片組件2的澆注材料層3具有一個或多個穿通孔18b，通過所述穿通孔可以提供至該空腔12b的聲通道。如果覆蓋層9c在背向控制芯片組件3的芯片表面上是聲密封的，也即相對于聲波是不可穿透的或基本是不可穿透的，那么這比如可能是有利的。該覆蓋層9c在此可以是整面的蓋，比如由澆注材料或塑料來制成。由此該空腔12a或這些空腔12c可以是聲密封的。該澆注材料層3在此可以具有單個的澆注材料層組件3a，在其之間存在至該空腔12b的聲通道18b。同樣該襯底15也可以具有開口，其中聲通道18b可以通過所述開口而與外界相連接。比如可以規(guī)定在該MEMS芯片封裝1300中設置第三覆蓋層19，該覆蓋層作為聲窗口而安置在控制芯片組件2的背向該MEMS芯片1的芯片表面上。代替地可以在該MEMS芯片封裝1400中在該襯底15的底側安置該第三覆蓋層19，并把通過該襯底15、控制芯片組件2和該MEMS芯片1的底側所定義的空腔12b通過在控制芯片和該襯底15之間的密封環(huán)17來進行聲學密封。該MEMS芯片封裝1400的密封環(huán)17在此可以對應于前文結合MEMS芯片封裝600所解釋的密封環(huán)17。對于MEMS揚聲器陣列8的MEMS揚聲器元件，如參照MEMS芯片封裝1500所示，可能有利的是，直接與MEMS元件8相連地來施加該聲密封蓋9c，使得形成一些單個空腔12c。圖17示出了MEMS芯片封裝1600的示意圖。在圖17中的該MEMS芯片封裝1600與圖1至16中的其他MEMS芯片封裝差別主要在于，不是控制芯片組件2、而是該MEMS芯片1通過焊接接觸部16與該襯底15相耦合。從而控制芯片組件3不再具有穿通接觸部5。而是在該框架元件9中形成穿過該MEMS芯片1的穿通接觸部5a，所述穿通接觸部給控制芯片組件2的金屬化層6a提供了電接觸。該襯底15具有開口，該開口提供了至該覆蓋層11的聲通道，聲通道在MEMS揚聲器元件8的情況下比如可以是透聲的。圖18示出了MEMS芯片封裝1700的示意圖。在圖18中的該MEMS芯片封裝1700與圖1至16中的其他MEMS芯片封裝差別主要在于，MEMS元件8是單個的MEMS麥克風元件8b，其通過在覆蓋層9b中的穿通接觸孔與外界進行聲連接。在控制芯片組件2a中的控制芯片4a在此構造用于相應地控制該MEMS麥克風元件8b。在此應明確的是，結合圖1至17所解釋的實施變化方案和擴展例子同樣也可以應用于在圖18中的MEMS芯片封裝1700。圖19示出了用于制造一種MEMS芯片封裝、尤其MEMS芯片封裝100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、1100、1200、1300、1400、1500、1600或1700之一的方法1800的示意圖。該方法1800包含有作為第一步驟21的通過耦合元件把第一芯片與第二芯片相耦合的步驟，其中該第一芯片具有第一芯片表面和與該第一芯片表面相對的第二芯片表面，該第二芯片具有第一芯片表面、與該第一芯片表面相對的第二芯片表面和在該第一與第二芯片表面之間延伸的至少一個電穿通接觸部，該耦合元件把該第二芯片的第一芯片表面與該第一芯片的第一芯片表面相耦合，使得在該第一芯片和第二芯片之間構造第一空腔。在第二步驟22中進行在該第二芯片的第二芯片表面上所施加的第一布線層與襯底的耦合。在此該第一和第二芯片組中的一個芯片具有在該第一芯片表面上所構造的至少一個微機電結構元件、在該第一芯片表面所構造的第二布線層、在該第一和第二芯片表面之間所構造的包圍該微機電結構元件的框架元件、以及在該第二芯片表面上施加在該框架元件上的第一覆蓋層，其中在該第一覆蓋層與所述至少一個微機電結構元件之間構造有至少一個第二空腔。在該第一和第二芯片組中的相應另一芯片在此具有一個澆注材料層、嵌入該澆注材料層中的控制電路、以及在該第一芯片表面上所施加的第三布線層，其中該控制電路設計用于控制至少一個微機電結構元件。