Mems装置的封装方法
【专利摘要】在一种封装微电子机械系统(MEMS)装置的方法中，提供具有第一表面和相对的第二表面的插入器板，其中插入器板包括在第二表面上的多个电触器。多个垫片层结合到插入器板的第一表面，并且多个MEMS裸芯各自分开地结合到垫片层中相应的一个。MEMS裸芯中的每一个通过金属线结合电连接到插入器板。多个覆盖件跨过MEMS裸芯中的每一个而附连到插入器板的第一表面以产生封装的MEMS装置。MEMS裸芯中的每一个驻留在由覆盖件中相应的一个限定的密封腔体中并且基本上隔离热应力。
【专利说明】MEMS装置的封装方法
【背景技术】
[0001]微电子机械系统(MEMS)装置可包括诸如陀螺仪和加速计的各种传感器，这些传感器可以在惯性导航系统中实现。这些传感器通常具有在制造和操作期间需要针对各种环境影响的保护的微观结构感测元件。例如，设计成测量旋转运动的MEMS传感器裸芯(die)受到诸如外部应力的各种误差源的影响，这会降低旋转运动测量的质量。虽然已开发出用来将感测元件封装在MEMS装置中的各种封装方案，但这些封装方案通常昂贵且并非始终可靠。
【发明内容】
[0002]在一种封装微电子机械系统(MEMS)装置的方法中，提供具有第一表面和相对的第二表面的插入器(interposer)板，其中插入器板包括在第二表面上的多个电触器。多个垫片层结合到插入器板的第一表面，并且多个MEMS裸芯各自分开地结合到垫片层中相应的一个。MEMS裸芯中的每一个通过金属线结合电连接到插入器板。多个覆盖件跨过MEMS裸芯中的每一个而附连到插入器板的第一表面以产生封装的MEMS装置。MEMS裸芯中的每一个驻留在由覆盖件中相应的一个限定的密封腔体中并且基本上隔离热应力。
【专利附图】
【附图说明】
[0003]理解的是，附图仅示出示例性实施例，并且因此不被视为限制范围，通过使用附图将以另外的特定性和细节来描述示例性实施例，在附图中:
图1A是根据一个实施例的封装的MEMS装置的横截面侧视图；
图1B是不带有覆盖件的图1A的封装的MEMS装置的分解透视图；
图2是根据一个实施例的MEMS传感器组件的剖视图；以及
图3A和图3B是根据一个实施例的可在惯性测量单元中使用的MEMS传感器组件的相对两侧的透视图。
【具体实施方式】
[0004]在以下详细描述中，充分详细地描述了各实施例以使得本领域的技术人员能够实践本发明。应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以采用其它实施例。因此，以下详细描述不应被视为具有限制意义。
[0005]本文描述了一种用于微电子机械系统(MEMS)装置的封装技术。本发明的方法可采用标准集成电路(IC)封装技术结合隔离结构，该结构使由环境温度影响导致的不可建模误差最小化。本发明的方法可与标准的IC大批量生产技术一起使用，同时由于使用容易获得的材料而具有较低成本。
[0006]根据本发明的方法封装的MEMS装置可在诸如惯性测量单元(MU)的各种传感器系统中实现。该封装技术解决了采用MEMS传感器的IMU产品的苛刻的尺寸、成本和性能问题。
[0007]通常，本发明的方法包括生产插入器基部的阵列，其可被制造成100个或以上的组，例如以形成转换板。一个或多个隔离垫片接着结合到插入器基部中的每一个，其中每个裸芯附连点结合一个垫片。MEMS裸芯接着结合到每一个垫片。可利用金属线结合将MEMS裸芯电连接到插入器基部。封盖或覆盖件接着跨过每个MEMS裸芯而附连到插入器基部，以便在后续操纵期间保护MEMS裸芯不受损坏。封装的MEMS裸芯接着使用标准分离过程切割成单独的部件。
[0008]下面参照附图更详细地描述本发明的方法。
[0009]图1A和图1B示出了根据一个实施例的封装的MEMS装置100。MEMS装置100包括插入器层102,其具有第一表面104和相对的第二表面106。诸如焊料球的多个电触器108附连到第二表面106。插入器层102包括在触点108之间的多个内部互连器以及位于第一表面104上的对应的接合焊盘110(图1B)。在一个实施例中，插入器层102可以是转换板或印刷电路板(PCB)，其由各种材料组成，例如玻璃纤维或聚酰胺层合物。
[0010]垫片层112附连到插入器层102的第一表面104。垫片层112用第一环氧树脂层114结合到第一表面104。MEMS裸芯120用第二环氧树脂层116结合到垫片层112。垫片层112、第一环氧树脂层114和第二环氧树脂层116组合以将MEMS裸芯120从插入器层102所造成的热应力基本上隔离。
[0011]在一个示例性实施例中，第一环氧树脂层114和第二环氧树脂层116在固化时具有约30-50微米的厚度和至少约1，000，OOOpsi的杨氏模量。
[0012]在一个实施例中，垫片层112由热膨胀系数接近用来形成MEMS裸芯120的材料的热膨胀系数的材料构成。例如，如果MEMS裸芯包括其热膨胀系数具有第一值的材料，垫片层可包括其热膨胀系数具有第二值的材料，第二值为第一值的至少约90%。可用于形成垫片层的合适的材料包括例如硅、玻璃、氧化铝或蓝宝石。
[0013]MEMS裸芯120可通过多个结合金属线122电连接到插入器层102，所述结合金属线122在金属线结合过程中附连到接合焊盘110。MEMS裸芯120可包括陀螺仪、加速计或其它MEMS传感器装置。
[0014]如图1A所示，覆盖件130可密封地跨过MEMS裸芯120而附连到上表面114。覆盖件130提供了防水密封，以便在封装完成之后的后期洗涤期间对MEMS裸芯120进行防水保护。覆盖件130还有利于在例如在惯性传感器系统中的实施期间MEMS装置100的操纵，并且在操作期间提供针对环境的保护。
[0015]虽然图1B示出了单个MEMS装置，但该相同配置可用于在插入器板上形成多个MEMS装置。例如，多个垫片层可结合到插入器板，并且多个MEMS裸芯接着各自分开地结合到垫片层中相应的一个。多个覆盖件接着跨过MEMS裸芯中的每一个而附连到插入器板，以产生多个封装的MEMS装置，其可彼此分离成相应的各个MEMS装置。
[0016]图2示出了 MEMS传感器组件200的局部剖视图，该组件实现了诸如MEMS装置100 (图1A)的封装的MEMS装置。MEMS传感器组件包括电路卡202，其具有第一表面204和相对的第二表面206。多个通路208在第一表面204和第二表面206之间延伸。
[0017]MEMS装置100安装在电路卡202的第一表面204上。诸如焊料球的触点108附连到第一表面204上的接合焊盘，使得MEMS装置100电联接到电路卡210。
[0018]专用集成电路(ASIC) 210与MEMS装置100正对地安装在电路卡202的第二表面206上。ASIC 210具有诸如焊料球的多个电触器212，其附连到第二表面206上的接合焊盘，使得ASIC 210电联接到电路卡210。
[0019]MEMS装置100通过通路208与ASIC 210电连通。ASIC 210通常包括IC裸芯214，其包括用于MEMS裸芯120的感测、信号调节和控制的操作电路。
[0020]图3A和图3B是可在惯性测量单元中使用的MEMS传感器组件300的相对两侧的透视图。如图3A所示，MEMS传感器组件300包括三个封装的MEMS惯性传感器装置310a、310b和310c，例如，MEMS陀螺仪或MEMS加速计，它们安装到电路卡320的第一表面侧322上。
[0021]MEMS惯性传感器装置310a、31b和310c包括类似的部件并且以与上文针对MEMS装置100所述类似的方式被封装。覆盖件312显示为在MEMS惯性传感器装置310a、310b和310c中的每一个上方部分剖开，以揭露下面的内部部件，包括MEMS裸芯314、垫片层316和插入器层318。
[0022]图3B描绘了 MEMS传感器组件300的相对侧，其中三个ASIC 330a、330b和330c与图3A中所示对应的MEMS惯性传感器装置310a、31b和310c正对地安装在电路卡320的第二表面332上。MEMS惯性传感器装置310a、31b和310c中的每一个通过电路卡320中的通路与对应的ASIC 330a,330b和330c电连通。
[0023]ASIC 330a、330b和330c包括与上文针对ASIC 210 (图2)所述类似的部件。覆盖件332显示为在ASIC 330a、330b和330c中的每一个上方部分剖开，以揭露包括IC裸芯334的下面的内部部件，IC裸芯334包括用于对应的MEMS惯性传感器装置的操作电路。
[0024]示例件实施例
不例I包括一种封装微电子机械系统(MEMS)装置的方法,其包括:提供具有第一表面和相对的第二表面的插入器板，插入器板包括在第二表面上的多个电触器；将多个垫片层结合到插入器板的第一表面；将多个MEMS裸芯各自分开地结合到垫片层中相应的一个；将MEMS裸芯中的每一个通过金属线结合电连接插入器板；以及将多个覆盖件跨过MEMS裸芯中的每一个而附连到插入器板的第一表面，以产生封装的MEMS装置。MEMS裸芯中的每一个驻留在由覆盖件中相应的一个限定的密封腔体中并且基本上与热应力隔离。
[0025]示例2包括示例I的方法，其中，MEMS裸芯由热膨胀系数具有第一值的材料形成，并且垫片层由热膨胀系数具有第二值的材料形成，第二值为第一值的至少约90%。
[0026]示例3包括示例1-2中的任一项所述的方法，其中垫片层由包括硅、玻璃、氧化铝或蓝宝石的材料形成。
[0027]示例4包括示例1-3中的任一项所述的方法，其中MEMS裸芯包括惯性传感器裸
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[0028]示例5包括示例1-4中的任一项所述的方法,其中MEMS裸芯包括陀螺仪或加速计。
[0029]示例6包括示例1-5中的任一项所述的方法，其中垫片层和MEMS裸芯均用环氧树脂材料结合，该材料在固化时具有至少约1，000，OOOpsi的杨氏模量。
[0030]示例7包括示例1-6中的任一项所述的方法,并且还包括:将封装的MEMS装置彼此分离成相应的各个MEMS装置；以及将各个MEMS装置中的一个或多个连接到电路卡。
[0031]示例8包括一种封装的微电子机械系统(MEMS)装置，其包括:插入器层，其具有第一表面和相对的第二表面；在插入器层的第一表面上的第一环氧树脂层；垫片层，其用第一环氧树脂层附连到插入器层的第一表面；在垫片层上的第二环氧树脂层；以及MEMS裸芯，其用第二环氧树脂层附连到垫片层，MEMS裸芯电连接到插入器层。第一环氧树脂层、垫片层和第二环氧树脂层将MEMS裸芯基本上与热应力隔离。
[0032]示例9包括示例8的封装的MEMS装置，其中MEMS裸芯包括热膨胀系数具有第一值的材料，并且垫片层包括热膨胀系数具有第二值的材料，第二值为第一值的至少约90%。
[0033]示例10包括示例8-9中的任一项所述的封装的MEMS装置，其中垫片层包括硅、玻璃、氧化铝或蓝宝石。
[0034]示例11包括示例8-10中的任一项所述的封装的MEMS装置，其中第一和第二环氧树脂层具有至少约1，000, OOOpsi的杨氏模量。
[0035]示例12包括示例8-11中的任一项所述的封装的MEMS装置，其中MEMS裸芯包括惯性传感器裸芯。
[0036]示例13包括示例8-12中的任一项所述的封装的MEMS装置，其中MEMS裸芯包括陀螺仪或加速计。
[0037]示例14包括示例8-13中的任一项所述的封装的MEMS装置，并且还包括覆盖件，其跨过MEMS裸芯而附连到插入器层的第一表面，使得MEMS裸芯驻留在由覆盖件限定的密封腔体中。
[0038]示例15包括示例8-14中的任一项所述的封装的MEMS装置，其中插入器层包括转换板或印刷电路板。
[0039]示例16包括示例8-15中的任一项所述的封装的MEMS装置，并且还包括在插入器层的第二表面上的多个电触器。
[0040]示例17包括示例16的封装的MEMS装置，其中电触器电连接到电路卡。
[0041]不例18包括微电子机械系统(MEMS)传感器组件,其包括:电路卡，其具有第一表面和相对的第二表面；多个通路，其在电路卡的第一表面和第二表面之间延伸；至少一个MEMS装置，其安装在电路卡的第一表面上且与第一表面电接触。MEMS装置包括:转换板，其具有第一表面和相对的第二表面；垫片层，其附连到转换板的第一表面；MEMS裸芯，其附连到垫片层并且电连接到转换板；以及覆盖件，其跨过MEMS裸芯而附连到转换板的第一表面。至少一个专用集成电路(ASIC)与MEMS装置相对地安装在电路卡的第二表面上且与第二表面电接触。ASIC通过通路与MEMS装置电连通。
[0042]示例19包括示例18的MEMS传感器组件,其中MEMS裸芯包括陀螺仪或加速计。
[0043]示例20包括示例19的MEMS传感器组件，其中所述至少一个MEMS装置和ASIC作为惯性测量单元的一部分而实现。
[0044]在不脱离本发明的基本特征的前提下，可以将本发明具体化为其它形式。所述实施例在所有方面都将被视为示例性而非限制性的。因此，本发明旨在仅受本发明权利要求书及其等同物的限制。
【权利要求】
1.一种封装微电子机械系统(MEMS)装置的方法，所述方法包括: 提供具有第一表面和相对的第二表面的插入器板，所述插入器板包括在所述第二表面上的多个电触器； 将多个垫片层结合到所述插入器板的所述第一表面； 将多个MEMS裸芯各自分开地结合到所述垫片层中相应的一个； 将所述MEMS裸芯中的每一个通过金属线结合电连接到所述插入器板；以及将多个覆盖件跨过在所述MEMS裸芯中的每一个而附连到所述插入器板的所述第一表面以产生封装的MEMS装置，其中，所述MEMS裸芯中的每一个驻留在由所述覆盖件中相应的一个限定的密封腔体中并且基本上隔离热应力。
2.一种封装的微电子机械系统(MEMS)装置，包括: 插入器层，其具有第一表面和相对的第二表面； 第一环氧树脂层，其在所述插入器层的所述第一表面上； 垫片层，其用所述第一环氧树脂层附连到所述插入器层的所述第一表面； 第二环氧树脂层，其在所述垫片层上；以及 MEMS裸芯，其用所述第二环氧树脂层附连到所述垫片层，所述MEMS裸芯电连接到所述插入器层； 其中，所述第一环氧树脂层、所述垫片层和所述第二环氧树脂层使所述MEMS裸芯基本上隔离热应力。
3.一种微电子机械系统(MEMS)传感器组件,包括: 电路卡，其具有第一表面和相对的第二表面； 多个通路，其在所述电路卡的所述第一表面和所述第二表面之间延伸； 至少一个MEMS装置，其安装在所述电路卡的所述第一表面上并且与所述电路卡的所述第一表面电接触，所述MEMS装置包括: 转换板，其具有第一表面和相对的第二表面； 垫片层，其附连到所述转换板的所述第一表面； MEMS裸芯，其附连到所述垫片层并且电连接到所述转换板；和覆盖件，其跨过所述MEMS裸芯而附连到所述转换板的所述第一表面；以及至少一个专用集成电路(ASIC)，其与所述MEMS装置相对地安装在所述电路卡的所述第二表面上并且与所述电路卡的所述第二表面电接触，所述ASIC通过所述通路与所述MEMS装置电连通。
【文档编号】B81B7/02GK104229730SQ201410274715
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年6月19日 优先权日:2013年6月20日
【发明者】赫罗瓦特 A. 申请人:霍尼韦尔国际公司