微机电系统及其制造方法与流程

本公开涉及一种半导体封装装置，所述半导体封装装置包含微机电系统(mems)及其制造方法。

背景技术：

mems(如本文中所使用，术语“mems”可用于指代单个微机电系统或多个微机电系统)可用于半导体装置中以检测信号(例如声音、动作或运动、压力、气体、湿度、温度等)以及将所检测的信号转换为电信号。半导体装置(例如，使用mems的半导体装置)已逐渐变得更复杂。这种趋势至少部分是由对于更小尺寸及处理速度增强的需求所驱动。同时，存在使含有这些半导体装置的许多电子产品进一步小型化的需求。在某些情况下可能需要减少半导体装置的衬底上由mems占据的空间，并且简化及组合适用于半导体装置和衬底的封装、板制造和装配工艺。

在比较性mems压力传感器封装中，通常通过倒装芯片技术将mems裸片连接到衬底。然而，由于焊料球的直径不一致，mems裸片可能倾斜，这可能降低mems裸片的性能。另外，涂覆于mems裸片与衬底之间的粘合剂可流入感测开口(穿过所述衬底)中，这也可能影响mems压力传感器的性能。

技术实现要素：

在一些实施例中，根据本公开的一个方面，一种电子装置包括衬底、微机电系统(mems)装置以及附接元件。所述衬底定义穿过所述衬底的开口。所述mems装置具有背对所述衬底的主动表面以及面朝所述开口的感测区域。所述附接元件安置于所述衬底上，且包围所述开口以及所述mems装置的感测区域。

在一些实施例中，根据本公开的一个方面，一种电子装置包括衬底、mems装置以及附接元件。所述衬底具有第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面。所述衬底定义穿过衬底的开口以及衬底的第一表面上的凹口。所述mems装置具有背对所述衬底的主动表面以及面朝所述开口的感测区域。所述附接元件包围所述开口以及所述mems装置的感测区域。所述附接元件的一部分在所述凹口内。

在一些实施例中，根据本公开的一个方面，一种电子装置包括衬底、mems装置、支撑杆以及附接元件。所述衬底定义穿过所述衬底的开口。所述mems装置具有背对所述衬底的主动表面以及面朝所述开口的感测区域。所述支撑杆安置于所述mems装置与所述衬底之间。所述支撑杆包围所述衬底的开口。所述附接元件包围所述支撑杆。

附图说明

图1a说明根据本公开的一些实施例的半导体封装装置的横截面视图；

图1b说明根据本公开的一些实施例的半导体封装装置的仰视图；

图2a说明根据本公开的一些实施例的半导体封装装置的横截面视图；

图2b说明根据本公开的一些实施例的半导体封装装置的仰视图；

图2c说明根据本公开的一些实施例的图2b的半导体封装装置的一或多种类型的载台；

图2d说明根据本公开的一些实施例的图2b的半导体封装装置的一或多种类型的载台；

图2e说明根据本公开的一些实施例的图2b的半导体封装装置的一或多种类型的载台；

图3a说明根据本公开的一些实施例的半导体封装装置的横截面视图；

图3b说明根据本公开的一些实施例的半导体封装装置的仰视图；

图4a说明根据本公开的一些实施例的半导体封装装置的横截面视图；以及

图4b说明根据本公开的一些实施例的半导体封装装置的底部透视图。

贯穿图式和详细描述使用共同参考标号指示相同或类似元件。根据以下结合附图作出的详细描述将容易理解本公开。

具体实施方式

图1a说明根据本公开的一些实施例的半导体封装装置1。半导体封装装置1包含衬底10、mems装置11(或简称为mems11)、附接元件12、电子装置13、封装体14以及金属封盖15。

衬底10可为例如印刷电路板(pcb)、例如纸质铜箔层合物、复合铜箔层合物、聚合物浸渍的玻璃纤维类铜箔层合物，或其两者或多者的组合。衬底10可包含互连结构，例如重新分布层(rdl)或接地元件。衬底10具有表面101及与表面101相对的表面102。在一些实施例中，衬底10的表面101被称为顶部表面或第一表面，且衬底10的表面102被称为底部表面或第二表面。衬底10定义穿过衬底10的开口10h。

mems11安置于衬底10上，且跨越衬底10的开口10h。mems具有背对衬底10的主动表面(也被称为主动侧)111以及与主动表面111相对的背面(也被称为背侧)112。在一些实施例中，mems11包含mems11的背面112上的感测区域(也被称为感测区域)11s以从环境接收至少一个物理信号(例如声音、压力、温度、湿度、气体等)，以及将所接收的物理信号转换为电信号(例如，用于后续处理)。在一些实施例中，mems11可为例如压力传感器、麦克风、气压计、温度计、湿度计、气体检测器等。mems11的感测区域11s面向衬底10的开口10h。在一些实施例中，mems11的感测区域11s大体上与衬底10的开口10h对准，以使得感测区域11s的中心与开口10h的中心之间的任何移位不大于1μm，不大于5μm或不大于10μm。在一些实施例中，mems11通过一或多根接线电连接到衬底10。

附接元件12安置于衬底10与mems11之间以将mems附接到衬底10。也就是说，附接元件12安置于衬底10的顶表面101与mems11的背面112之间。如图1a和图1b(其说明图1a中的半导体封装装置1的仰视图)中所示，附接元件12包围衬底10的开口10h以及mems11的感测区域11s。在一些实施例中，选择附接元件12的材料以吸收mems11与衬底10之间的机械应力。举例来说，附接元件12选自硅软粘合材料、b级硅软粘合材料、其它弹性材料或其组合。

电子组件13安置于衬底10的顶表面101上。电子组件13可为主动组件，例如集成电路(ic)芯片或裸片。在一些实施例中，电子组件13可为专用集成电路(asic)。电子组件13可通过倒装芯片或导线接合技术电连接到衬底10的顶表面101。

封装体14安置于衬底10的顶表面101的至少一部分上以覆盖或包封电子组件13。mems11及附接元件12从封装体14暴露。举例来说，封装体14可定义空腔以容纳mems111。如图1a中所示，空腔的侧壁141可包含突起部分14p。在一些实施例中，封装体14包含(例如)环氧树脂(具有填料)、模制化合物(例如，环氧模制化合物或其它模制化合物)、聚酰亚胺、酚类化合物或酚类材料、具有分散在其中的硅酮的材料，或其中两个或多于两个的组合。

金属封盖15安置于封装体14上。金属封盖15定义孔15h以暴露mems11。在一些实施例中，金属封盖15为导电薄膜，且可包含(例如)铝(al)、铜(cu)、铬(cr)、锡(sn)、金(au)、银(ag)、镍(ni)或不锈钢，其它金属，或混合物、掺合物，或其两个或多于两个的其它组合。金属封盖15可提供电子组件13及mems11的电磁干扰(emi)屏蔽。

在比较性mems封装中，通常通过倒装芯片技术将mems裸片连接到衬底。然而，由于焊料球的直径不一致，mems裸片可能倾斜，这可能降低mems裸片的性能。另外，涂覆于mems裸片与衬底之间的粘合剂可流入感测开口(穿过所述衬底)中，这也可能影响mems裸片的性能。根据图1a和图1b中所示的实施例，通过使用线接合技术来将mems11连接到衬底10，可解决mems11的倾斜问题。另外，安置于感测开口(例如，衬底10的开口10h)周围的稳固挡隔杆(例如，附接元件12)可防止粘合剂流入感测孔中，并释放mems11与衬底10之间的机械应力。

图2a说明根据本公开的一些实施例的半导体封装装置2。半导体封装装置2类似于图1a中所示的半导体封装装置1，不同之处在于半导体封装装置2进一步包含载台22。

载台22安置于衬底10上，且在mems11与衬底10之间。在一些实施例中，附接元件12的一部分安置于mems11与载台22之间。在一些实施例中，附接元件12的厚度大于载台22的厚度。举例来说，附接元件12的厚度为约100微米(μm)，而载台22的厚度为约30μm。在一些实施例中，载台22由阻焊剂形成或包含阻焊剂。在一些实施例中，附接元件12可由一或多种软粘合材料形成，或包含一或多种软粘合材料。举例来说，附接元件12可呈液体形式，且分配在衬底10上。

根据图2a及图1b中所示的实施例，当支撑结构(例如，载台22)安置于衬底10与粘合元件12之间时有利于控制附接元件12的厚度，这是因为在附接元件12相对较厚的情况下，载台22可具有较小厚度公差。

如图2b(其说明图2a中的半导体封装装置2的仰视图)中所示，载台22与开口10h相邻。在一些实施例中，载台22呈(例如)mems11的四个边缘上的多个平行杆(例如，图2c中所示的两个平行杆)、l型杆(如图2d中所示)或多个块体(例如，如图2e中所示的四个块体)的形状。

图3a说明根据本公开的一些实施例的半导体封装装置3。半导体封装装置3类似于图1a中所示的半导体封装装置1，不同之处在于，在半导体封装装置2中，附接元件32的一部分在衬底10内。

衬底10具有在衬底10的第一表面101上的凹口。所述凹口邻近且包围衬底10的开口10h。附接元件32的至少一部分安置于衬底10的凹口内。因此，如图3b(其说明图3a中的半导体封装装置3的仰视图)中所示，附接元件32包围衬底10的开口10h。在衬底10的开口10h周围形成凹口可防止附接元件12流入开口10h中。

图4a说明根据本公开的一些实施例的半导体封装装置4。半导体封装装置4类似于图2a中所示的半导体封装装置2，不同之处在于半导体封装装置4的载台46由环氧基形成且通过喷墨分配形成。附接元件42安置于mems11与载台46之间。如图4b(其说明图4中的半导体封装装置4的仰视图)中所示，载台46包围衬底10的开口10h。在一些实施例中，载台46可呈(例如)圆形或方形的形状。

如本文所使用，术语“导电(conductive)”、“导电(electricallyconductive)”和“电导率”指代传递电流的能力。导电材料通常指示展现对于电流流动的极少或零对抗的那些材料。电导率的一个量度为西门子/米(s/m)。通常，导电材料为电导率大于约10⁴s/m(例如至少10⁵s/m或至少10⁶s/m)的一种材料。材料的电导率有时可随温度而变化。除非另外指定，否则材料的电导率是在室温下测量。

如本文中所使用，术语“大体上”、“实质”、“近似”以及“约”用以描述和考虑较小变化。当与事件或情况结合使用时，所述术语可指事件或情况精确发生的例子以及事件或情况极近似地发生的例子。举例来说，当结合数值使用时，术语可指小于或等于所述数值的±10％的变化范围，例如，小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％、或小于或等于±0.05％。举例来说，如果两个数值之间的差小于或等于所述值的平均值的±10％(例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％、或小于或等于±0.05％)，那么可认为所述两个数值“基本上”相同或相等。举例来说，“基本上”平行可指代相对于0°的小于或等于±10°的角度变化范围，例如小于或等于±5°、小于或等于±4°、小于或等于±3°、小于或等于±2°、小于或等于±1°、小于或等于±0.5°、小于或等于±0.1°，或小于或等于±0.05°。举例来说，“基本上”垂直可指代相对于90°的小于或等于±10°的角度变化范围，例如，小于或等于±5°、小于或等于±4°、小于或等于±3°、小于或等于±2°、小于或等于±1°、小于或等于±0.5°、小于或等于±0.1°，或小于或等于±0.05°。

在一些实施例中，如果两个表面之间的移位较小，如不大于1μm、不大于5μm或不大于10μm，那么所述两个表面可视为共面或基本上共面的。

此外，有时在本文中以范围格式呈现量、比率和其它数值。应理解，此类范围格式是用于便利和简洁，并且应灵活地理解，不仅包括明确地指定为范围限制的数值，而且包括涵盖于所述范围内的所有个别数值或子范围，如同明确地指定每一数值和子范围一般。

尽管已参考本公开的特定实施例描述并说明本公开，但这些描述和说明并不限制本公开。所属领域的技术人员应理解，可在不脱离如由所附权利要求书界定的本公开的真实精神和范围的情况下，作出各种改变且取代等效物。所述说明可能未必按比例绘制。由于制造工艺及公差，本公开中的艺术再现与实际设备之间可存在区别。可存在并未特定说明的本公开的其它实施例。应将本说明书和图式视为说明性的而非限定性的。可进行修改，以使特定情形、材料、物质组成、方法或工艺适宜于本公开的目标、精神和范围。所有此类修改是既定在所附权利要求书的范围内。虽然本文中所公开的方法已参考按特定次序执行的特定操作加以描述，但应理解，可在不脱离本公开的教示的情况下组合、细分或重新排序这些操作以形成等效方法。因此，除非本文中特别指示，否则操作的次序和分组并非本公开的限制。