本公开涉及具有权利要求1的特征的装置以及具有权利要求15的特征的方法。
背景技术
所述类型的装置具有不同的mems封装形式是已知的。布置在衬底上的电子元件，例如mems结构组(微机电系统)在这种情况下由壳体包围，该壳体保护mems结构组免受外部影响，例如灰尘和污垢。一些壳体还可以屏蔽mems结构组免受外部电磁辐射。通常，为此使用由金属制成的壳体。
已知的高频屏蔽使用例如壳体和衬底电接地的吸收原理。因此，可以显著减弱或避免通过外部高频辐射对电子元件的直接照射。
这样的金属壳体因此提供了对外部电磁辐射非常好的屏蔽。然而，观察到一种到目前为止未知的效应，在下文中将该效应称为高频热耦合。这里涉及在屏蔽时出现的壳体的加热。
在这种高频热耦合的情况下，被壳体吸收的高频能量转换成热能。因此，壳体内的温度突然升高了几微开尔文。在对随系统特性变化的温度变化产生反应的电子元件中，这会导致不希望的效应。例如，对于mems麦克风，信噪比(snr)可能由此会恶化。
因此期望提供封装以及制造这种封装的方法，它们提供针对这种高频热耦合的保护。
技术实现要素：
本公开为此建议提供具有权利要求1的特征的装置以及具有权利要求15的特征的方法。在从属权利要求中描述了其它有利的示例。
这里公开的装置还具有衬底，其中，在衬底的第一侧上布置有mems结构组，mems结构组的输出信号在温度变化时变化。此外，该装置具有布置在衬底的第一侧上的具有布置有mems结构组的凹部的壳体结构。在壳体结构处施加有层，该层提高了整个装置的热容量，或者至少提高了壳体结构的热容量。
这些装置例如可以被制造为单个芯片。然而，也可以例如以晶圆级共同制造多个这样的装置。为此，本公开提出了提供具有布置在衬底的第一侧上的多个mems结构组的晶圆衬底，其中，每个mems结构组的输出信号随着温度变化而变化。此外，所提供的晶圆衬底应当具有布置在晶圆衬底的第一侧上的多个壳体结构，其中，每个壳体结构具有凹部，在凹部中分别布置有mems结构组中的一个mems结构组，从而形成封装。另外，在该方法中，将层施加到封装的壳体结构的至少一个侧部上，其中，该层提高了整个封装的热容量。封装，也即壳体结构，连同布置在壳体结构中的mems结构组以及衬底然后可以被分隔。
附图说明
在附图中示出并且在下面解释本公开的实施例。图示：
图1是根据本公开的装置的实施例的侧视图；
图2是根据本公开的装置的另外实施例的侧视图；
图3是根据本公开的装置的另外实施例的侧视图；
图4是根据本公开的装置的另外实施例的侧视图；
图5a-5f是根据本公开的用于制造装置的示例性方法流程；
图6是用于示出根据本公开的方法的单个方法步骤的框图；
图7是用于解释hf热耦合的效应的原理图，以及
图8是用于证明hf热耦合的效应的测量结果。
具体实施方式
在下文中，参考附图更详细地描述一些实施例，其中，具有相同或相似功能的元件设有相同的附图标记。
在开头，为了更好理解下述说明，将更加详细地阐释所提到的高频热耦合。图7示例性示出了不具有根据本公开的层的装置1000。
装置1000具有衬底1010、布置在该衬底上的mems结构组1020以及具有壳体1030。外部hf源1040发射被壳体1030吸收的电磁辐射1050。在这种情况下，在壳体1030中出现传播的涡流1060，该涡流导致壳体1030的加热。该加热或在此产生的热能由箭头1070示意性地示出。
热辐射1070既被向外输出也被向内输出。输出到壳体1030内部中的热辐射1070相应地加热壳体1030的内部空间。只要mems结构组1020具有温度敏感的特性，则该mems结构组的输出信号相应于温度变化的量而变化。在一些mems结构组1020中，例如在当前设计的mems麦克风中，几微开尔文的波动就足以达到此目的。
图8示出了这种热敏mems结构组的测量结果。示意展示的hf源1040导致mems结构组的输出信号上的热机械串扰1080以及电磁串扰1090。然而，可以在图表1081、1091中看到，热机械串扰的份额占主导。
利用这个背景知识，现在将参考附图更加详细地说明根据本公开的装置以及方法。
图1示出了根据本公开的装置10的实施例。装置10具有衬底11。在衬底11的第一侧11a上布置有mems结构组12。mems结构组12具有热敏特性，也即，mems结构组12的输出信号响应于mems结构组12周围介质的温度变化而变化。
在衬底11的第一侧11a上还布置有壳体结构13。壳体结构13具有凹部14。在壳体结构13内部，或在凹部14内，布置有mems结构组12。因此，壳体结构13围绕mems结构组12并且形成针对布置在衬底11上的mems结构组12的壳体。
装置10的这种布置形成所谓的封装，并且在下文中也被称为ocp(开腔式封装，即，具有开放式腔体的封装)。
另外，根据本公开的装置10包括施加在壳体结构13处的层15。层15被设置用于提高整个装置10或封装10的热容量，并且更确切地说，相对于没有该层15的装置10而言。
层15可以直接布置在壳体结构13处。因此，如图所示，在壳体结构13和层15之间没有其他部件。因此，层15以占主要部分的方式提高了壳体结构13的热容量。由于壳体结构13可以直接布置在衬底11处，因此同时也可以提高衬底11的热容量，并且因此提高整个封装10的热容量。
热容量也被称为热质量。热容量代表了构件在特定的温度变化下可以吸收的热量。热容量越高，加热构件所需的能量就越多。
通过借助于层15来提高装置10的热容量，使得需要更多的能量来加热该装置10。或者换句话说，在能量相同的情况下，在提高了装置10的热容量的情况下，则需要更多时间来加热该装置10。
装置10的优点在于，在hf源的辐射的相同大小的强度下，装置10在吸收辐射时需要显著更长的时间才能被加热。由此，在壳体结构13的内部空间14被加热之前，也相应持续较长时间。因此，壳体结构13的内部空间14中的温度可以在较长的时间段上保持恒定。对于在时间上关键的测量，例如在毫秒范围内，热敏mems结构组12的输出信号由此比没有这种层15的封装或具有较低热容量的封装所受影响小得多。
通常，本体的热容量c被定义为供给到本体的热量δq与由此导致的温度变化δt的比率，根据以下公式：
根据本公开的示例，层15可以具有比壳体结构13的热容量大的热容量。
例如，层15的热容量可以是壳体结构13的热容量的至少一倍半，或者是至少两倍。
此外能够考虑的是，层15具有小于
如图所示，层15可以例如布置在壳体结构13的至少一个外侧19上。壳体结构13的外侧是与内部空间14相对布置的壳体结构13的外侧或表面。在图1所示的示例中，层15布置在壳体结构13的上侧19处。例如，壳体结构13的上侧19是壳体结构13的最大程度间隔的侧部，该侧部可以例如平行于第一衬底侧11a延伸。
图2示出了根据本公开的装置20的另一个示例。
图2基本示出了与图1所示的装置10类似的装置20，不同之处在于，层15完全覆盖壳体结构13的所有外侧。另外，mems结构组12在此处示例性地被示为mems麦克风，并且布置在衬底11的第一侧11a上的可选的asic17通过借助于键合线16与mems结构组12导电耦合。
在mems麦克风12的下方，孔18布置在衬底11中。该孔18用于与周围环境的空气交换或声学振动，并且也被称为声音端口。
在图1所示的装置10和图2所示的装置20中，层15可以是例如浇注到壳体结构13处的灌封料。但也能够考虑的是，层15是布置在壳体结构13处的成形件。例如，这种成形件可以在单独的成形过程中制造并且布置在封装10处。
例如，在图2所示的装置20中，层15可以形成盖部的形式，该盖部布置在壳体结构13之上，以便覆盖该壳体结构。例如，这种盖部15可以被构造为预制的成形件。
层15可以例如在壳体结构13的上外侧19或上侧19上具有与衬底表面11a平行地设置的在20μm和200μm之间的层厚度d1。
层15可以例如在壳体结构13的横向外侧21、22上具有在20μm和200μm之间的横向层厚度d2。
层15能够具有至少一个组分，该至少一个组分选自由硅酸盐、聚酰亚胺或环氧化物形成的组。在这种情况下，层15可以完全由这些材料中的一种材料组成，或者具有这些材料中的至少一种材料。
壳体结构13本身可以具有金属或者由金属制成。因此，即使当壳体结构13部分地或完全地被层15覆盖时，也可以很好地保证对hf辐射的屏蔽。
此外，层15可以包括磁性颗粒。备选地或附加地，该层15能够包含金属颗粒。例如，铝颗粒可以包含在层15中以减少涡流。
此外，可以设置附加的磁性壳体和用于阻止涡流的器件。
图3示出了根据本公开的装置30的另一个示例。图3基本示出了与图1所示的装置10类似的装置30，不同之处在于，层15没有布置在外侧19、21、22处，而是布置在壳体结构13的至少一个内侧31、32、33处。
在此，层15可以至少布置在壳体结构13的相对于第一衬底侧11a布置的上部的内侧31上。备选地或附加地，层15可以布置在壳体结构13的横向内侧32、33处。
在图3所示的示例中，层15完全覆盖壳体结构13的所有内侧31、32、33。
图4示出了根据本公开的装置40的另一个示例。图4基本示出了与图2所示的装置20类似的装置40，不同之处在于，层15不仅布置在至少一个外侧19、21、22处，而且布置在壳体结构13的至少一个内侧31、32、33处。
图5a至5f示意性地示出了用于制造上述装置10、20、30、40的方法。
在图5a中，提供了晶圆衬底51。在晶圆衬底51的第一侧上布置有多个mems结构组12a、12b、12c。mems结构组12a、12b、12c具有温度敏感的特性。即，在这些mems结构组12a、12b、12c中的每一个mems结构组中，mems结构组的相应的输出信号根据分别围绕mems结构组12a、12b、12c的介质的温度变化而变化。
可选地，如图所示，可以为mems结构组12a、12b、12c的运行设置控制电子装置55a、55b、55c。例如，控制电子装置可以是可选的asic55a、55b、55c，其中，可以给每个mems结构组12a、12b、12c分别配属asic55a、55b、55c。
在这种情况下，如图5b所示，每个这样的asic55a、55b、55c可以与所属的mems结构组12a、12b、12c电连接。为此，可以例如使用键合线56。
所提供的晶圆衬底51还可以具有布置在晶圆衬底51的第一侧上的多个壳体结构13a、13b、13c。这些壳体结构13a、13b、13c中的每个壳体结构能够具有凹部14a、14b、14c，在所述凹部中分别布置有mems结构组12a、12b、12c中的一个mems结构组。
因此，提供了多个封装57a、57b、57c。这里以示例方式示出的封装57a、57b、57c可以是所谓的开腔式封装，简称ocp。但它也可以是例如所谓的嵌入式晶圆级球栅阵列封装，简称为ewlb。
根据本公开的封装57a、57b、57c因而具有至少一个衬底、布置在衬底的第一侧上的mems结构组以及同样布置在衬底的第一侧上的壳体结构，mems结构组布置在该壳体结构中。
在根据本公开的方法中，如图5d所示，现在将层15施加到每个封装57a、57b、57c的至少一个侧部上。层15在此施加到每个壳体结构13a、13b、13c的至少一个侧部上，并且可以是可选地，如在图5d中可以看出的那样，也至少部分地布置在晶圆衬底51上。该层15被如此构造，以使得该层提高单个封装57a、57b、57c的热容量。
如图5e所示，相应的封装57a、57b、57c可以(例如借助于锯)被分隔。
图5f示出了通过根据本公开的方法可以获得的这种被分隔的封装57a。在这里，一个优点在于，封装57a的所谓的占地面积与没有层15的封装保持相同。
能够考虑根据本公开的方法的以下变型和变体。
例如，图5d所示的施加层15的步骤可以包括，将层15以灌封料的形式浇注到封装57a、57b、57c的相应的壳体结构13a、13b、13c上。
当然也能够考虑的是，施加层15的步骤包括，将层15以成形件的形式布置在相应的封装57a、57b、57c的相应的壳体结构13a、13b、13c上。因此，层15可以例如以预制盖部的形式布置在壳体结构13a、13b、13c上。
施加层15的步骤还可以包括，将层15布置在相应的封装57a、57b、57c的壳体结构13a、13b、13c的至少一个外侧上。如图5e所示，在此可以是例如背离于相应的壳体结构13a、13b、13c的上侧19a、19b、19c的晶圆衬底51。
备选地，施加层15的步骤当然也可以包括，将层15布置在相应的封装57a、57b、57c的壳体结构13a、13b、13c的所有外侧19a、21a、22a；19b、21b、22b；19c、21c、22c上，使得相应的壳体结构13a、13b、13c的所有外侧19a、21a、22a；19b、21b、22b；19c、21c、22c完全被层15覆盖，如图5d、5e、5f所示。
备选地或附加地，施加层15的步骤可以包括，将层15布置在相应的封装57a、57b、57c的壳体结构13a、13b、13c的至少一个内侧上。已经参照图2描述了可以由此获得的布置。
如同样参考图2所解释的那样，施加层15的步骤还可以包括，将层15布置在相应的封装57a、57b、57c的壳体结构13a、13b、13c的所有内侧31、32、33上，使得层15完全覆盖相应的封装57a、57b、57c的壳体结构13a、13b、13c的所有内侧31、32、33。
综述地，也就是说，层15可以被布置在相应的封装57a、57b、57c的壳体结构13a、13b、13c的一个或多个外侧19a、21a、22a；19b、21b、22b；19c、21c、22c上。层15可以被布置在相应的封装57a、57b、57c的壳体结构13a、13b、13c的一个或多个内侧31、32、33上。并且层15可以既布置在相应的封装57a、57b、57c的壳体结构13a、13b、13c的一个或多个内侧31、32、33上又布置在一个或多个外侧19a、21a、22a；19b、21b、22b；19c、21c、22c上。
图6概括地再次示出了根据本公开的方法的示意性框图。
在框601中提供了晶圆衬底51，晶圆衬底具有布置在晶圆衬底51的第一侧上的多个mems结构组12a、12b、12c，其中，每个mems结构组12a、12b、12c的输出信号在温度变化时变化。所提供的晶圆衬底51还具有布置在晶圆衬底51的第一侧上的多个壳体结构13a、13b、13c，其中，每个壳体结构13a、13b、13c分别具有凹部14a、14b、14c，在凹部中分别布置有mems结构组12a、12b、12c中的一个mems结构组，其中，每一个壳体结构13a、13b、13c连同相应的mems结构组12a、12b、12c形成相应的一个封装57a、57b、57c。
在框602中，将层15施加到封装57a、57b、57c的壳体结构13a、13b、13c的至少一个侧部19a、19b、19c上，其中，层15提高相应的封装57a、57b、57c的热容量。
在框603中，相应的封装57a、57b、57c被分隔。
图5a至5f和图6中所示的方法步骤也能够以不同于所示的顺序执行。
本公开还涉及单个封装57a、57b、57c，以及参考图5a至5f所描述的具有晶圆衬底51和多个装置或封装57a、57b、57c的晶圆。使用参照图5a至图5f所描述的方法可以制造的单个装置或封装57a、57b、57c能够与参照图1至4所描述的封装57a、57b、57c是相同的。
在下文中再次以另外的方式总结能够考虑的实施例以及本公开的优点和性质。这以被构造为mems麦克风的mems结构组为例进行描述，其中，本公开不限于mems麦克风。
例如，在这样的mems麦克风12a、12b、12c中，借助于封装57a、57b、57c保证了相对于外部环境的保护，此外，这也包括防护免受由外部hf辐射所造成的hf干扰和其它的对mems结构组的特性不利起作用的影响。
由于近年来mems麦克风的性能(特别是信噪比(snr))已经大幅提高，因此封装57a、57b、57c的屏蔽能力越来越多地成为当前发展的重点。为了实现目前最高的snr值，必须考虑到迄今未知且全新的效应，该效应损害和限制了mems麦克风12a、12b、12c的snr性能。这种效应被称为hf热耦合。
标准hf干扰屏蔽采用吸收原理，其中，盖部和衬底被电接地。由此，对敏感的mems构件12a、12b、12c和可选的asic的直接hf影响是不可能的。然而，在出现hf热耦合的情况下，被屏蔽(盖部，衬底)吸收的hf能量被转换为热能。由此在封装57a、57b、57c内部的温度突然上升了几微开尔文。由此产生的空气膨胀损坏了膜，并最终限制了mems麦克风的snr性能。
如已经在开头参照图8描述的那样，这里不仅仅涉及纯理论。rf热耦合的前述效果可以通过适当的测量被证明，并且因此对于温度敏感的mems结构组(正如之前所讨论的，例如mems麦克风)的制造商来说形成了大挑战。
例如，如图1所示，根据本公开的装置或封装57a、57b、57c基于层压衬底11和壳体结构13。该壳体结构13可以是例如金属盖。壳体结构13形成腔14和背侧容积或背部容积。能够考虑这样的封装的不同变型方案，其中，腔14有时借助于预制衬底或借助于特别的层压技术形成。
一方面，腔14形成了用于mems结构组12和可选的asic17(图2)的空间，然而同时也用作系统相关的背部容积。背部容积是对于待实现的snr值的重要因数。作为电连接，例如可以使用键合线连接(引线键合)。在mems麦克风中，所谓的声音端口18(图2)同样是封装的重要组成部分。在大多数的情况下，这可以是壳体结构13中的孔。然而，在大多数情况下，该孔是衬底11中的孔，如图2所示。声音端口18对于实现高snr值是重要的。
在此封装中，hf屏蔽可以例如借助于在衬底11以及接地的金属壳体13中的接地层提供，该金属壳体与接地层借助于环形的接地环电连接。
正如开头提到的那样，hf热耦合目前还未十分受到关注。但是，如果信噪比(snr)超过70db，则hf热耦合将限制理论上可能的snr性能。这在移动应用中尤其重要，因为这种效应导致呼叫期间或者甚至当移动电话与基站连接时snr值降低。目前所知的麦克风封装不提供对于hf热耦合的令人满意的屏蔽。
本公开使用研究和实验室测试的方法来提高装置或封装57a、57b、57c对于hf热耦合的屏蔽特性。根据本公开，壳体结构13或整个封装57a、57b、57c的热质量增加。热质量也被称为热的容量或热容量。附加的磁性壳体和用于抑制涡流的器件也同样是能够考虑的并且是有益的。
本公开的构思可以概括为利用功能性灌封料所灌封料的封装。功能性灌封料可以包含热活性材料。热活性材料可以提高相应的装置或封装57a、57b、57c的热容量。
其他选择，例如在腔14内提供热活性材料是能够考虑的。但是，在mems麦克风的情况下，例如由于背部容积减小，这可能会影响麦克风的性能。
热活性材料的施加可以采用将这种材料的层15施加到壳体结构13的至少一个侧部上的形式来进行。为此，例如可以使用传统的灌封料方法。本公开的主要构思之一是借助于层15(例如灌封料)增加整个壳体结构13的热质量或热容量。
另外，对于层15使用特定的组成能够是有帮助的。例如，层15可以具有抗涡流的磁性填料颗粒或铝颗粒。然而，重点是具有高热质量的颗粒。
这里公开的方案的另一个特征规定，封装57a、57b、57c的所有已知的和重要的功能继续保持不变。即，通过例如金属壳体结构13继续确保hf电屏蔽。屏蔽路径、衬底11和背部容积也可以保持不变。
图5a至图5f示出了根据本公开的方法的示例性过程。例如，对于ocp封装，可以使用多种不同的方法，这些方法能够有助于制造此类装置或封装57a、57b、57c。因此，最终方法流程可能与图5a至图5f所示方法流程的顺序略有不同，而不改变所要求保护的封装变体方案的主要特征。
尽管已经结合装置描述了一些方面，但显然的是，这些方面也表明对相应方法的描述，因此框或装置的结构元件也被理解为相应的方法步骤或方法步骤的特征。类似地，结合方法步骤或作为方法步骤被描述的方面也表示相应装置的相应块或具体情况或特征的描述。