微机电装置和制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及微机电装置和制造微机电装置的方法。
【背景技术】
[0002]微机电系统或MEMS装置可被定义为微尺度机械系统和机电系统，在该微尺度机械系统和机电系统中至少一些元件具有某种机械功能。因为可以使用用于制造集成电路的相同工具来制造MEMS装置，所以微机械元件和微电子元件可以被装配在一片硅片上，以实现各种类型的装置。
[0003]微机电装置的尺寸很小，元件的尺寸范围通常在数十微米到几毫米。这意味着在微机电装置中检测到的机械变形、位移或偏转(deflect1n)也很小，从而容易受到外部干扰。这给设计施加了许多挑战。对于微机电装置，包括微机电元件的模片(die)以及包括与微机电元件相关联的电子器件的至少再一个模片通常被封装成一个封装。
[0004]然而，封装的高度正成为微机电装置的瓶颈，微机电装置通常与集成电路模片堆叠在载体上，然后被包覆成型(over-molded)。以这种传统方式，在最好示例中高度为大约0.8mm。然而，由于在极薄模片的处理、引线接合回路高度、粘接剂层的厚度以及载体的厚度方面的问题，似乎不可能进一步减小高度。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种能够在更小的封装中应用微机电装置的封装结构。使用根据独立权利要求的特征部分的微机电装置和制造微机电装置的方法来实现本发明的目的。
[0006]在从属权利要求中公开本发明的优选实施例。
[0007]要求保护的发明限定了一种微机电装置，包括晶片板、一组一个或更多个晶片连接器元件，以及晶片板与一组一个或更多个晶片连接器元件之间的配电层。晶片板包括至少两个模片以及在晶片板的纵向范围在至少两个模片的周围将至少两个模片彼此并排地粘接的粘接材料，其中，模片中的至少一个是微机电模片。配电层覆盖晶片板并包括至少一个介电材料层和至少一个导电材料层，其中，导电材料层被图案化在介电材料层内以电互连模片和晶片连接器元件。配电层具有覆盖至少一个微机电模片的第一部分，以及在微机电模片与晶片板的邻边之间的粘接材料区。一组一个或更多个晶片连接器元件被定位于仅在第一部分之外的位置中的配电层上。
[0008]使用多模片装置中各模片的新配置，实现了显著减小MEMS装置厚度。
[0009]使用各实施例的详细描述来更详细地描述要求保护的发明的特征和优点和要求保护的发明的实施例。
【附图说明】
[0010]在下文中，参考附图，结合优选实施例，将更详细地描述本发明，在附图中:
[0011]图1图示了微机电(MEMS)装置的一个实施例的侧视图；
[0012]图2示出了在图1中图示的MEMS装置的顶视图；
[0013]图3图示了在底层支撑结构弯曲期间要求的定位的效果；
[0014]图4图示了用于减小MEMS装置中的应力的另一实施例；
[0015]图5图示了用于减小MEMS装置中的应力的替选实施例；
[0016]图6图示了用于感测压力的微机电装置的示例性结构。
【具体实施方式】
[0017]以下实施例是示例性的。虽然说明书可能引用了“一”、“一个”或“一些”实施例，但是这并不一定意味着每个这样的引用都指同一个实施例，或意味着该特征仅适用于单个实施例。可以结合不同实施例的单个特征来提供另外的实施例。
[0018]在下文中，将使用装置架构的简单示例来描述本发明的特征，在装置架构的简单示例中可以实现本发明的各种实施例。仅详细描述了与用于图示实施例有关的元件。微机电装置的各种实现包括各种元件，这些元件通常对本领域技术人员而言是已知的且在本文中可不详细描述。
[0019]图1图示了根据本发明的微机电(MEMS)装置100的一个实施例的侧视图。图1的MEMS装置包括晶片板102、平面物体，沿晶片板的该平面物体的长度比晶片板的厚度大。晶片板102包括至少一个MEMS模片104，MEMS模片104包括机械变形元件和电换能器，其中，电换能器响应于变形元件的变形而产生用于在MEMS装置中进行进一步处理的电输出信号。可以通过各种工艺在单个晶片上大批量生产模片结构，并且可以将晶片切割成许多块，每块都包括该结构的复本。在本文中具有定义结构的从晶片切割下来的一块半导体材料被称为模片。MEMS模片104可以包括电输入输出端子116，电信号通过电输入输出端子116从MEMS模片输入和输出到MEMS模片。
[0020]晶片板102包括至少另一模片，该另一模片可以是集成电路(IC)模片106，模片106包括针对从MEMS模片104输出的信号的测量电路系统。另外，IC模片104可以包括电输入输出端子118，电信号通过电输入输出端子118从IC模片输入和输出到IC模片。使用粘接材料108来在晶片板的纵向范围将模片104、106彼此并排地粘接。因此，模片104、106和粘接材料108形成晶片板102的平面层。
[0021]在晶片板102顶上形成配电层110。配电层110包括介电材料层112和导电材料层115，其中，导电材料层被图案化在介电材料层内以选择性地互连MEMS模片104和IC模片106的电输入端子116、118。介电层112可以是聚合物介电材料，并且导电层可以是例如铜的金属的沉积膜。注意到图1的配电层结构仅是示例性的。在本公开范围内可以应用由介电材料和导电材料形成的其它选择性层配置。
[0022]假设在配电层110 —侧的晶片板102的表面是顶面，并且在另一侧的晶片板102的表面是底面。MEMS模片104和IC模片106被定位成沿着晶片板102的顶面彼此并列延伸，使得MEMS模片104和IC模片106的最长尺寸在顶面的方向上平行延伸。由于这样的定位，MEMS模片104和IC模片106的最短尺寸延伸达到晶片板102的厚度。因此，晶片板剖面很薄，这使得能够提供比以前更薄的MEMS装置。
[0023]如图1中所示出的，MEMS装置还包括一组一个或更多个晶片连接元件114，晶片连接元件114通过配电层110的导电材料路径连接到晶片板102内的模片104、106。晶片连接元件可以是例如焊料凸块、金属覆盖聚合物芯球、铜柱、焊盘(land pad)或用于将电气装置连接到印刷布线板的任何其它元件，所有这些元件对本领域技术人员而言是公知的。
[0024]集成电路的晶片级封装(WLP)已经快速成为用于封装相对小且低1数电路的主要技术。该技术包括将聚合物绝缘层、铜导体迹线和焊料球直接沉积在硅电路上，使得不再需要像模片附接、引线键合和塑料包覆成型的任何其它传统封装步骤，以及在切割晶片之后，可以采用标准回流焊工艺将装置直接焊接到印刷布线板上。
[0025]WLP概念已经通过所谓的扇出晶片级封装(F0-WLP，fan-out wafer levelpackaging)扩展到更高1数的电路，在扇出晶片级封装中，已知的良好的(经测试的)模片嵌入到塑料成型材料中作为二维阵列以构成重构晶片。模片由塑料材料粘接并位于具有比原始晶片上的模片间距更宽的模片间距的规则阵列中。在该重建的晶片上，可以实现与标准WLP技术类似的介电膜、铜膜和焊料凸块。
[0026]还已知可以基于F0-WLP，通过使具有包围和粘接塑料材料的一组模片形成新的多模片装置来构建多模片装置。先前已经提出在WLP晶片或FO-WLP晶片上堆叠模片来增加多模片装置的复杂度。在本发明中，多模片装置中的模片的新配置适于实现显著减小MEMS装置厚度。现在已经实现了大约0.4mm的MEMS装置厚度。
[0027]注意:晶片级封装的工艺步骤本身被广泛记录，并且其本身对MEMS制造领域的技术人员而言是已知的。附图和对要求保护的分层结构的关联描述同时用作相应制造方法权利要求的描述。
[0028]图2示出了图1中图示的MEMS装置的顶视图。在微机电装置中，尺寸很小，部件的尺寸范围通常在几十微米到几毫米。这对设计施加了许多挑战。例如，在微机电压力传感器中，压力变化引起的的检测隔膜位移可以为几纳米或更少。这意味着由位移产生的信号很小，并且测量非常容易受到外部干扰的影响。这些干扰可以例如在微机电元件与到印刷布线板的晶片连接器元件连接时发生。印刷布线板可以具有在温度变化时由于热膨胀而会稍微弯曲的结构，或者印刷布线板可以经受使其弯曲的外部应力。该弯曲对MEMS块的操作的影响可能很强，尤其当MEMS装置很薄时。
[0029]图2图示了通过晶片连接器元件的特定定位来最