半导体器件以及形成半导体器件的方法_3

文档序号:8343287阅读:来源:国知局
在引线框架和电路板之间空隙被完全密封。换句话说,在引线框架的孔洞周围的密封可以包括在一侧保留开口的缝(slot)。例如,可以通过将引线框架焊接至电路板来密封剩余侧。换句话说,除了位于优选灵敏度方向上的开口之外,在引线框架的孔洞周围在引线框架和电路板之间的空隙被完全密封。
[0061]根据本发明的一个实施例,图2A示出了半导体器件200的截面示意图,而图2B示出了半导体器件200的顶视示意图。半导体器件200的实现方案类似于图1中的实现方案。半导体器件200包括具有麦克风模块的可移动麦克风元件112的第一半导体裸片110以及具有信号处理模块的第二半导体裸片120。进一步的,半导体器件200包括安装至第一半导体裸片110的引线框架230以及部分地封闭了第一半导体裸片110、第二半导体裸片120和引线框架230的模制塑料结构。第二半导体裸片120包括包括孔洞222,该孔洞222通过半导体裸片、也延伸穿过模制塑料结构240。穿过第二半导体裸片120和模制塑料结构240的孔洞222提供了大的或者接近无限大的背体积,或者提供了声波用的到可移动麦克风元件112的通道。更进一步的,为使可移动麦克风元件112 (比如MEMS薄膜)能够充分的移动,第二半导体裸片120包括包括位于可移动麦克风元件112的区域之上或之中的腔体226 (比如,通过蚀刻第二半导体裸片的半导体衬底得到)。例如,第二半导体裸片120包括包括代表ASIC (专用集成电路)的信号处理模块,而第一半导体裸片110包括包括一个具有实现了 MEMS麦克风的MEMS薄膜的麦克风模块。可以基于倒装芯片装配将第一半导体裸片110的连接接口连接到第二半导体裸片120的连接接口 224 (比如输入和/或输出焊盘)。进一步的,例如可以将第一半导体裸片I1的连接接口通过接线232连接到引线框架230的焊盘,通过接线键合来实现。引线框架230可以包括通过引线框架230的、被布置为与可移动麦克风元件112相对的孔洞231。例如,通过实现通过引线框架230的孔洞231,提供了大的或者接近无限大的背体积,或者提供了声波用的到可移动麦克风元件112的通道。
[0062]换句话说,图2A和2B以截面和顶视图示出了具有一个倒装芯片和一个接线键合的堆叠结构的一个示例。例如,第二半导体裸片的ASIC具有:打开了(几乎)无限大的背体积的开口 ;以便在表面安装技术(SMT)的封装的拾取和放置时和/或在裸片焊接(DB)时容易处理的偏离中心的开口 ;以及用于使得有小空隙可用的焊盘间的互连,该小空隙用于限制被微量吸入(sip)的环氧树脂模制塑料(EMC)。例如,可以使用慢且低的压缩压强和/或更大的填充物尺寸来进行模塑,以防止EMC被微量吸入MEMS (由可移动麦克风元件代表的微机电系统)。例如,引线框架包括包括用于打开(几乎)无限大的背体积的中心开口。第一半导体裸片(MEMS)到引线(引线框架)之间的连接通过接线键合(WB)来实现。信号处理可以在ASIC中实现,并且可以被发送回MEMS裸片。可以使用接地焊盘(例如角部焊盘),以便焊盘表面只在一侧暴露(例如处于屏蔽接地(shielding grounding)的目的)。
[0063]根据一个实施例,图3A示出了半导体器件300的截面示意图,而图3B示出了其顶视示意图。半导体器件300的实现方案类似于图2A和2B所示的实现方案。但是,第一半导体裸片110安装到基于倒装芯片装配而不是图2A和2B所示接线键合的引线框架上。进一步的,第一半导体裸片110和第二半导体裸片120包括相同的裸片尺寸。第一半导体裸片110包括硅通孔(TSV) 312,以便从第一半导体裸片110和/或第二半导体裸片120提供信号给引线框架230。另外,第一半导体裸片110包括位于可移动麦克风元件112下方的腔体,该腔体具有通向第一半导体裸片110的背侧的孔洞314,以便增加背体积或者为声波到达可移动麦克风元件112 (例如MEMS薄膜)提供通道。位于腔体和第一半导体裸片110背侧之间的孔洞314具有比可移动麦克风元件112明显更小的尺寸。在第一半导体裸片110背侧使用快速固化胶350 (例如瞬干胶)以密封在孔洞314周围在第一半导体裸片110和引线框架230之间的空隙。
[0064]例如,图3A和3B分别以截面视图和顶视图(封装)的方式示出了具有硅通孔(TSV)和双倒装芯片(FC)概念的堆叠。与图2A和2B所示的半导体器件类似,引线框架包括焊盘上的开口 231并且ASIC也包括开口 222(比如用于打开背体积)。进一步的,例如,可以通过使用膜辅助型模制(film-assisted molding)来进行模制以确保(第二半导体裸片的)开口没有堵塞。以这种方式,例如,半导体材料(比如硅Si)不直接暴露在顶部,使得能够进行健壮地处理。第一半导体裸片110和第二半导体裸片120之间的连接通过焊盘(ASIC)与焊盘(MEMS)间的互联实现。进一步的,通过硅通孔(TSV)连接312和倒装芯片互联324(比如短铜Cu柱)实现到引线框架240的电连接。裸片包括同样的裸片尺寸。以这种方式,例如,使得能够进行晶片间键合,这可以确保高的精确度并且可以节省一次裸片键合。进一步的,在裸片键合过程中,可以处理ASIC晶片背部,MEMS可以得到保护。因此,例如可以使用通常的裸片键合工艺。在一个实施例中,第一半导体裸片110包括T形(位于可移动麦克风元件下方的腔体和通往背侧的孔洞)开口。以这种方式,例如,可以使得能够进行健壮的裸片放置过程(例如引线框架焊盘与MEMS开口侧壁不碰触),可以提供提升的裸片强度,裸片可薄于400 μπι(例如仍然提供足够的背体积),其中正面和背面两者都包括开口,以及/或者更薄的裸片可以具有更短的需要蚀刻的硅通孔(TSV)。
[0065]图4根据一个实施例示出了半导体器件400的截面示意图。半导体器件400的实现方案类似于图2Α和图2Β所示的实现方案。然而,第二半导体裸片120通过接线键合而不是倒装芯片装配与第一半导体裸片110进行电连接。以这种方式,可以避免使用硅通孔(TSV),这是因为第二半导体裸片120的焊盘是通过接线432与第一半导体裸片110的焊盘连接的,而第一半导体裸片110的焊盘是通过接线232与引线框架230连接的。进一步的,可以使用快速固化胶450以把第二半导体裸片120安装到第一半导体裸片110。快速固化胶450可以密封在第一半导体裸片110和第二半导体裸片120之间的空隙,以便保护MEMS薄膜(可移动麦克风元件)。进一步的,例如,通过焊料连接434将引线框架230安装到电路板430 (例如用户PCB)上。电路板430可以是半导体器件400的一部分,或者可以由使用半导体器件400的外部设备或应用提供。
[0066]例如,图4通过侧视图示出了具有接线键合WB和模制的堆叠的概念。例如,第二半导体裸片120包括在上部的电路系统,并且声音端口开口 222可以变得很小以便将面积损耗最小化。在第一半导体裸片110和第二半导体裸片之间的间隔件胶450可以用于保持空隙。如果间隔件胶能够确保足够大的空隙,例如,则可避免或者没有必要进行ASIC的背蚀刻(在ASIC背侧在可移动麦克风元件上方的腔体)。进一步的,位于第一半导体裸片110和引线框架230之间的间隔件胶350也可以用于保持空隙。另外,在封装(引线框架)和印刷电路板430之间的空间也可以用作背体积(例如全向的情形)。第一半导体裸片110可以包括比引线框架230的具有开口 231的中央焊盘更大的横向面积,从而使得封装尺寸可以保持得很小。换句话说,为实现较小的占位面积,例如裸片可以突出地悬(overhang)于引线框架的中央焊盘之上。
[0067]图5根据一个实施例示出了半导体器件500的截面示意图。半导体器件500的实现方案类似于图4的实现方案。但是,第二半导体裸片120在面对可移动麦克风元件112的一侧没有腔体或者背蚀刻的情况下实现,这是因为第一半导体裸片110和第二半导体裸片120之间的空隙由于两个裸片之间的间隔件胶450的原因而足够大。
[0068]图6A示出了图5所示半导体器件的一种可能的引线框架的顶视示意图。引线框架230包括一个中央焊盘610 (封装中央焊盘)和四个角焊盘620,该中央焊盘610包括孔洞 230。
[0069]进一步的,图6B和图6C示出了具有定向的和全向的可能性的、声音端口(PCB焊盘实现方案)上的焊接模式的示意图。图6B示出了具有部分地密封的声音端口焊盘610的一种定向的实现方案。只焊接了三条边。声波可以从第四条边(开放边)进入。声波在顶部和底部声板(sound board)之间可能具有充分的延迟,这是因为顶部端口实现方案(穿过第二半导体裸片的孔洞)可能如将声音引导向MEMS薄膜的通道(更快而且直接)一样。进一步的,可以通过引入更多焊料焊盘来针对底部端口制造更多的阻抗,以及可以以制造麦克风定向的方式来实现对声音的限制。对于全向的实现方案,端口焊盘可以如图6C所示全部密封。例如,全向的实现方案的电路板630(例如用户PCB)上的焊盘完全包围着引线框架的中央焊盘610的孔洞231,然而,例如在图6B的定向的实现方案中,电路板630上的焊盘将一侧(或者一侧的一部分)保留为打开的。
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