堆叠式MEMS传感器封装体及芯片制造技术

一种堆叠式MEMS传感器封装体及芯片，包括盖板，用于封装；一片或多片采集晶圆，其上形成有采集电路和MEMS结构；一片或多片处理晶圆，其上形成有处理电路；所述一片或多片处理晶圆、一片或多片采集晶圆以及盖板是采用晶圆级键合工艺自下而上键合而成，所有晶圆片之间通过导电桥墩实现电性互联。本实用新型专利技术将采集电路和处理电路分层设计，采用晶圆级键合工艺进行键合并封装，形成垂直的多层堆叠式结构，能够显著降低芯片面积，实现采集电路和处理电路的完全隔离，降低模拟电路和数字电路之间的干扰和电路噪声，提高传感器性能指标，采集电路和处理电路可以分别选择适宜的工艺制程，降低工艺成本，适用于高性能、小体积、低成本的终端设备。

Stacked MEMS sensor package and chip

A stacked MEMS sensor package and chip, including the cover for packaging; one or more sheets of a collection wafer, acquisition circuit and MEMS structure formed thereon; one or more sheets of wafer processing, a processing circuit formed thereon; wherein one or more sheets of wafer processing, one or more acquisition is the use of cover wafer and wafer level bonding process of bottom-up bonding, between all wafers can be electrically interconnected through the electric pier. The utility model combines the acquisition circuit and the processing circuit adopts hierarchical design, wafer level bonding and packaging process of bond, forming a multilayer stacked vertical structure, can significantly reduce the chip area, realize the complete isolation acquisition circuit and processing circuit, and circuit noise reducing interference between analog and digital circuits, improve the performance of the sensor the acquisition circuit and processing circuit, can choose suitable process, reduce production cost, the terminal equipment is suitable for high performance, small volume and low cost.

【技术实现步骤摘要】
堆叠式MEMS传感器封装体及芯片
本技术涉及传感器
，特别涉及一种堆叠式MEMS传感器封装体、芯片及其制作方法。
技术介绍
传感器（sensor）是一种能感受到被测量的信息，并按一定规律变换为电信号或其他所需形式输出的器件或装置。在种类繁多的传感器中，基于微电子和微机械加工技术制造出来的MEMS传感器成为世界瞩目的重大科技领域之一。与传统传感器相比，它具有体积小、成本低、功耗低、易于集成和实现智能化的特点。同时微米量级的特征尺寸使得它可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。MEMS传感器内部主要包括用于采集信号的MEMS结构、采集电路（模拟电路）以及用于处理采集信号的处理电路（数字电路）。在现有技术中，MEMS传感器的制造工艺通常是将采集电路和处理电路都集成在电子元件晶圆300上，并直接在电子元件晶圆300上生长MEMS结构200，最后通过盖板100进行键合封装，如图1所示。现有技术存在的问题在于：1）采集电路与处理电路混合同一晶圆上，数字、模拟电路间会产生相互干扰且噪声较大，难以控制，造成传感器性能低下；2）采集电路与处理电路混合同一晶圆上会使电子元件晶圆的尺寸过大，导致芯片面积过大，不利于应用至手持、穿戴等小体积的场景中；3）采集电路（模拟电路）可采用微米级的集成电路生产工艺，而处理电路（数字电路）则需要采用成本更高的纳米级的集成电路生产工艺，现有技术将采集电路和处理电路共同集成在电子元件晶圆200上，为了将就数字电路的工艺制程，整个电子元件晶圆都需要采用成本更高的纳米级生产工艺，最终导致MEMS传感器成本居高不下。总之，现有的技术方案严重制约了MEMS传感器朝进一步的智能化、小体积、高指标、高性能、低成本方向发展。
技术实现思路
为了解决上述问题，本技术的目的在于提供一种堆叠式MEMS传感器封装体。本技术采用的技术方案为：一种堆叠式MEMS传感器封装体，包括：盖板，用于封装；一片或多片采集晶圆，其上形成有采集电路和MEMS结构，所述采集电路配合MEMS结构实现传感器采集信号的功能；一片或多片处理晶圆，其上形成有处理电路，用于控制采集电路和MEMS结构采集信号并将采集到的信号进行处理并输出；所述一片或多片处理晶圆、一片或多片采集晶圆以及盖板是采用晶圆级键合工艺自下而上键合而成，其中，盖板与采集晶圆或者采集晶圆与采集晶圆之间形成MEMS结构的封装腔体，所有晶圆片之间通过导电桥墩实现电性互联。优选地，所述盖板下表面具有用于实现封装腔体内真空环境的吸气剂材料层。优选地，所述采集电路是采用0.13μm~0.5μm集成电路工艺制成；所述处理电路是采用14nm~180nm的集成电路工艺制成。优选地，所述导电桥墩是金属桥墩。优选地，所述采集电路是前端处理电路AFE；所述处理包括转换、数据运算和分析；所述处理电路包括具有控制、计算、分析功能的中央处理器CPU或微处理器MPU；配合CPU或MPU进行数字信号处理的数字信号处理电路DSP；接收CPU或MPU信号控制并向采集电路传输控制信号的数模混合电路AD以及接口电路。本技术的另一个目的在于提供一种堆叠式MEMS传感器芯片，采用的技术方案为：所述堆叠式MEMS传感器芯片由上述堆叠式MEMS传感器封装体进行切片形成。与现有技术相比，本技术存在以下技术效果：本技术将采集电路和处理电路分层设计，采用晶圆级键合工艺进行键合并封装，形成垂直的多层堆叠式结构，1）由于一层晶圆的厚度不到1mm，因此在厚度不明显增加的情况下，能够显著降低晶圆面积，减小芯片尺寸，适合应用于手机、穿戴和手持设备等小体积设备中；2）在保证晶圆之间电性互联的同时，可实现采集电路和处理电路的完全隔离，降低模拟电路和数字电路之间的干扰和电路噪声，提高传感器性能指标；3）将模拟电路和数字电路分层设计，采集电路和处理电路可以分别选择适宜的工艺制程，降低传感器工艺成本；4）处理电路与采集电路分层设置，不仅可以为数字电路提供更大的设计空间，有效提升数字电路设计水平和功能，设置多层采集晶圆还能够实现多种传感器功能。附图说明图1是现有技术结构示意图；图2是本技术实施例1中的堆叠式MEMS传感器封装体结构示意图；图3是本技术实施例1中堆叠式MEMS传感器芯片结构示意图；图4是本技术实施例1堆叠式MEMS传感器芯片制作方法流程图；图5是本技术堆叠式MEMS传感器芯片逻辑功能示意图；图6是本技术实施例2中的堆叠式MEMS传感器封装体结构示意图；图7是本技术实施例2中堆叠式MEMS传感器芯片结构示意图；图8是本技术实施例2中堆叠式MEMS传感器芯片制作方法流程图；图9是本技术实施例3中的堆叠式MEMS传感器封装体结构示意图；图10是本技术实施例3中堆叠式MEMS传感器芯片结构示意图；图11是本技术实施例3中堆叠式MEMS传感器芯片制作方法流程图。具体实施方式下面结合图2至图11，对本技术做进一步详细叙述：实施例1：参见图2，一种堆叠式MEMS传感器封装体，包括：盖板10，用于封装；一片采集晶圆20，其上形成有采集电路和MEMS结构21，所述采集电路配合MEMS结构21实现传感器采集信号的功能；一片处理晶圆30，其上形成有处理电路，用于控制采集电路和MEMS结构21采集信号并将采集到的信号进行处理并输出；所述处理晶圆30、采集晶圆20以及盖板10是采用晶圆级键合工艺自下而上键合而成，其中，盖板10与采集晶圆20之间形成MEMS结构的封装腔体，采集晶圆20和处理晶圆30之间通过导电桥墩31实现电性互联。进一步地，所述盖板10下表面还具有吸气剂材料层11，用于实现封装腔体内真空环境，适用于红外热成像传感器或其他需要真空封装的MEMS传感器。进一步地，所述导电桥墩可以是金属桥墩，也可以由其他能够实现电互联的材料制成。进一步地，所述采集电路采用的是0.13μm~0.5μm集成电路工艺；所述处理电路采用的是14nm~180nm的集成电路工艺。本技术将采集电路和处理电路分层设计，采用晶圆级键合工艺进行键合并封装，形成垂直的多层堆叠式结构。由于一层晶圆的厚度不到1mm，因此在厚度不明显增加的情况下，本技术能够显著降低晶圆面积，减小芯片尺寸，适用于手机、穿戴和手持设备等小体积设备；另外，在保证晶圆之间电性互联的同时，实现采集电路和处理电路的完全隔离，降低模拟电路和数字电路之间的干扰和电路噪声，提高传感器性能指标；再者，将模拟电路和数字电路分层设计，采集电路和处理电路可以分别选择适宜的工艺制程，降低传感器工艺成本；更重要的是，处理电路与采集电路分别加工，可以为数字电路提供更大的设计空间，有效提升数字电路设计水平和功能，在相同的面积下，数字电路的密度与功能将会更加强大。进一步地，所述采集电路是前端处理电路AFE，能够接收处理电路输入的信号并向MEMS结构发送动作指令；所述处理电路包括具有控制、计算、分析功能的中央处理器CPU或微处理器MPU；配合CPU或MPU进行数字信号处理的数字信号处理电路DSP；接收CPU或MPU信号控制并向采集电路传输控制信号的数模混合电路AD以及接口电路，能够实现处理电路控制、转换、数据运算、分析和输出功能。在这个结构基础上只需本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种堆叠式MEMS传感器封装体，其特征在于：包括盖板，用于封装；一片或多片采集晶圆，其上形成有采集电路和MEMS结构，所述采集电路配合MEMS结构实现传感器采集信号的功能；一片或多片处理晶圆，其上形成有处理电路，用于控制采集电路和MEMS结构采集信号并将采集到的信号进行处理并输出；所述一片或多片处理晶圆、一片或多片采集晶圆以及盖板是采用晶圆级键合工艺自下而上键合而成，其中，盖板与采集晶圆或者采集晶圆与采集晶圆之间形成MEMS结构的封装腔体，所有晶圆片之间通过导电桥墩实现电性互联。

【技术特征摘要】
1.一种堆叠式MEMS传感器封装体，其特征在于：包括盖板，用于封装；一片或多片采集晶圆，其上形成有采集电路和MEMS结构，所述采集电路配合MEMS结构实现传感器采集信号的功能；一片或多片处理晶圆，其上形成有处理电路，用于控制采集电路和MEMS结构采集信号并将采集到的信号进行处理并输出；所述一片或多片处理晶圆、一片或多片采集晶圆以及盖板是采用晶圆级键合工艺自下而上键合而成，其中，盖板与采集晶圆或者采集晶圆与采集晶圆之间形成MEMS结构的封装腔体，所有晶圆片之间通过导电桥墩实现电性互联。2.如权利要求1所述的一种堆叠式MEMS传感器封装体，其特征在于：所述盖板下表面具有用于实现封装腔体内真空环境的吸气剂材料层。3.如权利要求1中所述的一种堆叠式MEMS传感器封装体，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵照，
申请(专利权)人：合肥芯福传感器技术有限公司，
类型：新型
国别省市：安徽,34