具有集成基板的麥克風封裝的制作方法
【專利說明】具有集成基板的麥克風封裝
[0001]相關申請
[0002]本申請要求2013年3月14日提交的、名稱為“INTEGRATED SILICON SUBSTRATEMICROPHONE PACKAGE”的美國臨時專利申請N0.61/782569的優(yōu)先權，其全部內(nèi)容通過參考引用的方式結合于此。
技術領域
[0003]本發(fā)明涉及麥克風系統(tǒng)封裝以及從晶片形式的封裝陣列中提取和分離各封裝的單片化方法。
【背景技術】
[0004]一些現(xiàn)有的麥克風封裝包括構造為在其內(nèi)形成空腔的封裝殼體。MEMS麥克風組件可以耦接到封裝殼體基礎層的內(nèi)表面上。特定應用集成電路(ASIC)或其他控制電路也被安裝到基礎層的內(nèi)表面上。該ASIC被配置為通信來自MEMS麥克風組件的電信號，并提供麥克風組件的某些控制功能。該ASIC形成于芯片上，芯片包括安裝硬件和接合焊盤，以在ASIC芯片和麥克風封裝殼體之間提供電氣和物理互連。
[0005]當此類型的麥克風封裝以陣列形式被制造(即，多個麥克風封裝形成為單個原始晶片且切割/分離成單個的封裝)，封裝的基礎層(和ASIC芯片本身)必須具有最小厚度以在組裝和從晶片形式分離過程中提供MEMS器件和ASIC芯片的安全物理支撐。此外，封裝必須被設計為在麥克風封裝之間提供足夠的劃片街區(qū)寬度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在一些實施例中，本發(fā)明提供一種ASIC集成為硅基板基礎層的部分的MEMS麥克風封裝。其結果是，單獨的ASIC芯片在制造過程中不需要被安裝在封裝空腔內(nèi)部。此外，由于在麥克風的基板基底和單獨的ASIC芯片之間不需要接合焊盤和其它互連機構，麥克風封裝的布局密度和整體尺寸被降低。相比于使用單獨ASIC芯片的裸片嵌入基板的方案，基板厚度也降低，這是因為在層壓成二級基板組裝期間對于ASIC處理沒有最小厚度要求。
[0007]在一個實施例中，本發(fā)明提供一種MEMS麥克風封裝，其包括基底基板層，蓋，和位于封裝空腔之內(nèi)的MEMS麥克風組件?；谆鍖影ㄅ渲脼樵试S聲壓達到封裝空腔內(nèi)部的MEMS麥克風組件的聲學端口開口。特定應用集成電路被形成為基底基板層的集成部分。MEMS麥克風組件被電耦接到基底基板層的特定應用集成電路。
[0008]在另一個實施例中，本發(fā)明提供了形成多個MEMS麥克風封裝的方法。硅基板基礎層被提供且硅基板間隔層耦接到基礎層。硅基板蓋層相反于基礎層耦接到間隔層上。間隔層被蝕刻以形成麥克風封裝空腔陣列。執(zhí)行隱形切割(stealth dice)以在MEMS麥克風封裝中的每個之間限定穿過間隔層的激光劃線。MEMS麥克風組件耦接到基礎層，且在間隔層被耦接到基板基底之后形成電氣互連，以及在間隔層上執(zhí)行隱形切割之前或之后都可以完成電氣互連。特定應用集成電路被形成為基礎層的集成部分。在MEMS麥克風組件耦接到基礎層后，基礎層的第一部分鋸切(saw cut)和蓋層的第二部分鋸切被執(zhí)行。部分鋸切分別沿著間隔層中的激光劃線完全分離基礎層和蓋層，但不完全分離間隔層。在執(zhí)行部分鋸切后，通過執(zhí)行帶擴張(tape expans1n)以沿著激光劃線斷裂娃基板基礎層，MEMS麥克風裝置被分離。
[0009]在另一個實施例中，本發(fā)明提供了一種從MEMS麥克風封裝陣列中分離多個MEMS麥克風封裝的方法。陣列包括硅基板頂蓋層，硅基板基礎層，和被蝕刻以限定多個麥克風封裝空腔的硅基板間隔層。特定應用集成電路在所述多個麥克風封裝空腔的每個中形成在基礎層中，并且聲學端口開口在麥克風封裝空腔的每個中穿過基礎層形成。MEMS麥克風組件也在麥克風封裝空腔的每個中被耦接到基礎層。分離MEMS麥克風封裝的方法包括執(zhí)行間隔層的隱形切割以限定激光劃線。在MEMS麥克風組件在每個麥克風封裝空腔中被耦接到基礎層之前執(zhí)行隱形切割。在MEMS麥克風組件耦接到基礎層之后，基礎層的第一部分鋸切和蓋層的第二部分鋸切被執(zhí)行。部分鋸切分別沿著激光劃線完全分離基礎層和蓋層，但不完全分離間隔層。在部分鋸蝕刻被執(zhí)行之后，通過執(zhí)行帶擴張以沿著激光劃線斷裂硅基板基礎層，MEMS麥克風裝置被分離。
[0010]本發(fā)明的其他方面將通過詳細說明和附圖而變得明顯。
【附圖說明】
[0011]圖1A是根據(jù)一實施例的麥克風封裝的立體圖。
[0012]圖1B是圖1A的麥克風封裝從相反側的另一立體圖。
[0013]圖1C是圖1B的麥克風封裝移除蓋層的立體圖。
[0014]圖1D是圖1A麥克風封裝的水平剖視圖。
[0015]圖1E是圖1A麥克風封裝的垂直剖視圖。
[0016]圖2是制造多個圖1A麥克風封裝的方法的流程圖。
[0017]圖3是圖1A麥克風封裝陣列的正視圖，顯示出根據(jù)圖2方法的分離線。
[0018]圖4是根據(jù)另一實施例麥克風封裝的立體圖。
【具體實施方式】
[0019]在本發(fā)明任一實施例被詳細說明之前，應當理解，本發(fā)明在其應用方面并不限于下面說明所描述的或下面附圖所示的組件結構和配置的細節(jié)。本發(fā)明能夠有其他實施例并且能夠以各種方式被實踐或被實施。
[0020]圖1A示出了硅麥克風封裝100的第一結構。封裝殼體由硅基板基礎層101，硅基板間隔層103，和硅基板蓋層105形成。如下面的進一步詳細說明，間隔層103至少部分是中空的，以在麥克風封裝殼體內(nèi)部形成空腔。圍繞著基礎層101內(nèi)的聲學端口開口 109蝕刻錐形邊緣107。相比于純圓柱形聲學端口，錐形邊緣107降低了聲阻抗。一系列三個電觸點111也定位在基礎層101的外表面上。如下面的進一步詳細說明，這些觸點111提供與形成為基礎層101集成部分的特定應用集成電路(ASIC)和安裝于基礎層101內(nèi)表面的MEMS麥克風組件的電信號通信。
[0021 ] 如圖1B所示，在此實施例中，沒有聲學端口開口形成在蓋層105內(nèi)，也沒有任何電觸點、電路組件或硅通孔形成在蓋層105上。然而，在一些替代結構中，ASIC可以集成到蓋層105的娃基板，而不是(或還有)基礎層101的娃基板。此外，圖1A和IB所不的結構是底部開口的麥克風封裝。在其他“頂部開口”的麥克風封裝中，聲學端口開口穿過蓋層105而形成，而不是穿過基礎層101。
[0022]圖1C示出了蓋層105被移除的麥克風封裝100以說明麥克風封裝內(nèi)部組件的布置和配置。如上所述，間隔層103被蝕刻以在麥克風封裝100內(nèi)部形成中空的空腔113。MEMS麥克風組件115被定位在空腔113內(nèi)并耦接到基礎層105。此實施例中的MEMS麥克風組件115包括響應通過聲學端口開口 109進入的聲壓而物理移動的隔膜117。麥克風隔膜117的移動引起麥克風組件115電容的變化。電容的這種變化產(chǎn)生可通過電觸點111電連通到麥克風封裝外部組件的電壓信號。
[0023]ASIC 119集成到硅基礎層101的剩余部分。如圖1D的剖視圖所示，一個或多個有源電路組件121形成在基礎層基板101的包含ASIC 119的部分中。再分布層(RDL)用于基礎層基板101的頂部和底部表面，以形成必要的互連結構，如用于MEMS裸片的絲焊/倒裝芯片接合焊盤，到有源電路的連接，和用于基礎層基板101外表面上的I/O接口的焊盤墊(land pad)。在圖1D的例子中，基礎層基板101的頂部(內(nèi)部)表面上還設有一系列電跡線123。在基礎層基板的內(nèi)部和外部表面的這些跡線和電互連是通過使用硅電通孔(TSV)聯(lián)系在一起。附加的布線層可以通過傳統(tǒng)的硅處理技術(包括，例如，諸如聚酰亞胺路由貼劑的粘結材料，超薄硅裸片，再分布層(RDL)或在集成電路制造過程中使用的金屬化層)被添加到基礎層基板101的頂部和/或底部表面上。這些額外的布線層被用于構建無源裝置(例如，電阻器，電容器，電感器等)，或用于信號互連的額外空間。
[0024]圖1E的剖視圖示出MEMS麥克風組件115的機械操作，MEMS麥克風組件115安裝到麥克風封裝100空腔113內(nèi)的基礎層基板101。在MEMS麥克風組件115和蓋層105之間的空腔113內(nèi)的額外空間允許麥克風隔膜的移動。此外，如上所述，當聲壓(即，聲音)穿過聲學端口開口 109到達MEMS麥克風組件115時，圍繞著聲學端口開口 109蝕刻的錐形邊緣107允許減小的聲阻抗。
[0025]由于ASIC 119是直接集成為麥克風封裝的基礎層101的部分，因此沒有必要在ASIC和麥克風封裝殼體之間設有安裝硬件。也沒有必要設有電接觸片以在封裝殼體和單個ASIC芯片之間提供電通信。因此，如圖1A-1D所示的麥克風封裝100允許有減小的尺寸和/或布局密度。此外，如上所述的麥克風封裝提供了新技術用于以晶片形式制造麥克風封裝陣列和從晶片陣列中分離單個麥克風封裝。
[0026]圖2示出了一種以晶片形式制造多個麥克風封裝的方法。在將用作基礎層基底的基板上以陣列形成用于每個麥克風封裝的ASIC(步驟201)。聲學端口開口也被蝕刻到用于每個麥克風封裝的基底基板中(步驟203)。間隔層基板然后被蝕刻以形成用于每個麥克風封裝的封裝空腔(步驟205)。蝕刻的間隔層基板然后耦接到基礎層基板(步驟207)。