Mems传感器器件组件和电子设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种MEMS传感器器件的晶片级组件；特别是，下面的描述将参考包括声转换器的MEMS传感器器件的组件，而不因此这意味着在一般性的任何损失。
【背景技术】
[0002]传感器器件是已知的，包括至少部分地由半导体材料并且使用MEMS(微机电系统)技术制造的微机械结构。这些传感器器件用于诸如举例而言，便携式电脑、笔记本电脑或超级本、PDA、平板电脑、移动电话、智能电话、数字音频播放器、照相相机或摄像机，以及电脑游戏的主机的便携式电子设备，使得能够获得关于在面积和厚度方面的大小占用的重要优点。
[0003]MEMS传感器器件通常包括:微机械检测结构，设计为将要检测的机械量(例如，声波、压力等)转换成电气量(例如，电容变化)；和电子读出电路，通常提供作为ASIC(特定用途集成电路)，被设计来执行电气量的适当的处理运算(其中，放大和滤波运算)，以便提供电输出信号，无论该输出信号是模拟(例如，电压)或是数字(例如PDM-脉冲密度调制-信号)。该电信号，可能由电子接口电路进一步处理，然后使得其对于外部电子系统可用的，例如，结合了传感器器件的电子设备的微处理器控制电路。
[0004]电容式的MEMS声学转换器的微机械检测结构，通常包括移动电极，提供作为隔板或膜，面向基本固定的电极。移动电极通常通过它们的周围部分被固定到衬底，而其中心部分可响应声压波入射在其表面上而自由移动或弯曲。移动电极和固定电极提供检测电容器的板，以及构成移动电极的膜的弯曲导致该检测电容器的电容的变化。在操作期间，电容变化由合适的处理电子器件转换成电信号，其被作为MEMS声学转换器的输出信号。
[0005]一个已知类型的MEMS声学转换器，例如，在以本申请人的名字递交的专利申请号为US 2010/0158279 Al (本文将其作为参考)中进行了详细描述。
[0006]声转换器的微机械检测结构的一部分以示例的方式被示出在图1中，被指定为I并作为一个整体。
[0007]微机械检测结构I包括由半导体材料制成的衬底2，以及移动膜(或隔膜)3。膜3是由导电材料制成的并面向固定电极或刚性板4，通常被称为“背面板”，其是刚性的，至少如果与膜3相比较其是刚性的，该膜即，相反地，柔性的并发生以入射声压波作为函数的变形。
[0008]膜3通过由膜3的突起形成的膜固定部5被固定到衬底2，该膜3的突起从相同的膜3的周边区域向着衬底2延伸。
[0009]例如，膜3在平面视图即在主延伸的水平平面上具有大致正方形的形状，并且膜固定部5 (其数目上为4个)被设置在正方形的顶点上。
[0010]膜固定部5将膜3以从膜3的一定距离的位置悬在衬底2上；该距离的值是响应在低频率的线性度和声学转换器的噪声之间的折衷的结果。
[0011]为了使得在膜3中的残余(拉伸和/或压缩)应力(例如，从制造过程中产生的应力)能够释放，通过开口 3'可以通过膜3，特别是每个膜固定部5的的接近而形成，以便于“均衡”存在于同一膜3的表面上的静态压力。
[0012]刚性板4是由以导电材料制成并设置面向薄膜3的第一板层4a以及以绝缘材料制成的第二板层4b形成的。
[0013]第一板层4a与膜3 —起形成微机械检测结构I的检测电容器。
[0014]特别是，第二板层4b覆盖第一板层4a，除了在它延伸穿过第一板层4a以便形成刚性板4的突起部6的部分，该突起部6向底层膜3延伸并具有防止膜3粘附到刚性板4的功能，以及限制了相同的膜3的振荡。
[0015]例如，膜3的厚度被包括在0.3-1.5 ym的范围，例如它等于0.7 μ m，第一板层4a的厚度被包括在0.5-2 μ m的范围，例如它等于0.9 μ m，并且第二板层4b的厚度被包括在
0.7-2 μπι的范围，并且，例如，它等于1.2 μπι。
[0016]此外，刚性板4具有多个孔7，其延伸通过第一和第二板层4a、4b，例如具有圆形的横截面，并且允许在制造步骤期间移去下面的牺牲层。例如，孔7是被布置以便形成在一个水平面上的晶格，平行于衬底。此外，在使用中，孔7使得在刚性板4与膜3之间的空气能够自由流通，在效果中呈现出刚性板4是声学透明的。孔7因此提供声学端口，以使得声压波能够到达和变形膜3。
[0017]刚性板4通过板固定部8被固定到衬底2，该板固定部8被连接到相同的刚性板4的外围区域。
[0018]特别地，板固定部8由与第一板层4a相同的导电材料制成的垂直柱(S卩，柱正交于水平面和衬底2的方向上延伸)形成，并因此形成具有刚性板4的单件；换言之，第一板层4a具有延伸到远至衬底2的延长部，定义了刚性板4的固定部。
[0019]膜3被悬在第一腔体9a上并直接面向第一腔体9a，该第一腔体9a由通过沟槽形成在衬底2内或穿过衬底2，该通过沟槽由诸如从衬底2的背表面2b开始通过蚀刻而形成，该背表面2b与衬底2的前表面2a相反，在前表面2a上坐落有膜固定部5 (第一腔体9a因此定义了在衬底2的前表面2a与后表面2b之间延伸的通孔)；特别地，前表面2a位于水平平面内。
[0020]在声学压力波首先冲击第一刚性板4然后冲击膜3的情况下，第一腔体9a也被称为“背腔室”。在该情况下，前腔室由第二腔体％形成，在顶部和底部分别由第一板层4a和膜3定界。
[0021]可替代地，在通过第一腔体9a使压力波到达膜3的任何可能情况下，在这种情况下提供了声学访问端口，并且因此提供了前腔室。
[0022]更详细地，膜3具有第一主表面3a和第二主表面3b，其相反于彼此，并分别面向第一和第二腔体9a、9b，因此分别与声转换器的背腔室和前腔室流体连通。
[0023]此外，第一腔体9a由两个腔体部分形成:第一腔体部分9a'被布置在衬底2的前表面2a处并具有在水平平面上的第一延伸；第二腔体部分9a〃被设置在衬底2的后表面2b处并具有在水平面上的第二延伸，该第二延伸大于第一延伸。
[0024]在已知的方式中，声转换器的灵敏度取决于薄3的机械特性，以及取决于在相应封装中膜3和刚性板4的组件，其构成声转换器相对于外部环境的接口。
[0025]特别地，声转换器的性能取决于背腔室的体积和前腔室的体积。前腔室的体积确定了声转换器的上谐振频率，并且因此确定了它在高频率的性能；在一般情况下，实际上，前腔室的体积越小，声转换器的上限截止频率越高。此外，背腔室的大体积使得能够改善相同的声转换器的频率响应和灵敏度。
[0026]声转换器的封装必须被配置成不仅容纳微机械检测结构1，也容纳与其相关联的读出电子器件，通常被提供为ASIC，电耦合到微机械检测结构I。在设计阶段，还应当考虑到声转换器典型地在不利的工作环境下工作的事实，例如那些受高射频辐射和电磁干扰的环境(当集成在移动电话或类似的无线通信设备中时)。
[0027]因此，几个约束施加在MEMS声转换器的组件和相应的封装上，这使得优选为紧凑的尺寸的它们的设计特别有问题。
[0028]已经提出的组件布置设想提供由半导体材料制成的两个不同的裸片，第一裸片用于微机械检测结构并且第二裸片用于读取电路。
[0029]在该类型的解决方案中，图2中示意性地图示(并例如描述于美国专利6，781，231中)，第一裸片10，集成了微机械检测结构I (本文示意性图示的)，以及第二裸片11，集成了读取电子器件的ASICll'，被并排耦合在相应的封装14的支撑层12上。在第一和第二裸片11、12之间的电连接15通过利用引线键合技术的电线提供，而适当的金属化层和通孔(未详细示出)被设置在支撑层12以用于向封装14的外部路由的电信号。
[0030]此外，封装14的盖件16被耦合到支撑层12，包围第一及第二裸片11、12 ;该盖16可以由金属或具有内部金属化层的预模制塑料制成，以诸如防止外部电磁信号的干扰(通过提供一种法拉第笼)。
[0031]此外，盖件16具有开口 18，以使得声压波能够进入。有利的是，用于入射光的屏幕(未图示)，或过滤器(也未图示)可被耦合到开口 18，以防止灰尘或其它材料的颗粒渗入到盖件16中。
[0032]焊盘(未示出)在支承层12的下侧处设置，以用于焊接和到外部印刷电路的电连接。
[0033]然而，该组件布置并非没有缺陷，其中优选大尺寸以用来并排容纳声转换器的两个裸片以及用来提供相应的封装的事实。
[0034]此外，该解决方案不提供给设计者很大的自由度(如相反将是合意的)以调整声转换器的腔室的大小，用于其电特性的确定。
[0035]针对MEMS声转换器的各种组装和封装解决方案都已因此被提出，其中，例如，在US6, 088，463、US 2007/0189568、W02007/112743、EP2252077、EP2517480 描述的那些。
[0036]然而，这些解决方案也都没有关于尺寸，组件成本，和传感器的电气特性被优化。
[0037]该提供MEMS传感器器件的适当的组件的需要因而被本领域所感受到，其可以提供低制造成本、高性能和高可靠性，并包含要被满足的尺寸。
【实用新型内容】
[0038]本实用新型的目的是提供一种紧凑的、具有低制造成本和高的电性能的MEMS传感器器件的组件。
[0039]一个或多个实施例涉及MEMS传感器器件的组件。一个实施例涉及包括第一裸片和第二裸片的组件。该第一