用于MEMS传感器器件的晶片级封装及对应制造工艺制造技术

本公开的实施例涉及用于MEMS传感器器件的晶片级封装及对应制造工艺。一种MEMS器件，具有晶片级封装，包括：第一裸片和第二裸片的堆叠，限定了在封装内部的至少第一内表面并且承载了至少一电接触焊盘，以及在封装外部并且限定了封装的第一外侧面的至少第一外表面；以及模塑聚合物，至少部分地涂覆了第一裸片和第二裸片的堆叠并且具有限定了与第一外侧面相对的、封装的第二外侧面的正表面。MEMS器件进一步包括：至少一垂直连接结构，在第一内表面处从接触焊盘朝向模塑化合物的正表面延伸；以及至少一外连接元件，电耦合至垂直连接结构并在封装的第二外面处暴露至封装的外侧。

Wafer level packaging and corresponding manufacturing process for MEMS sensor devices

【技术实现步骤摘要】
用于MEMS传感器器件的晶片级封装及对应制造工艺分案申请说明本申请是申请日为2015年9月25日、申请号为201510624967.1、名称为“用于MEMS传感器器件的晶片级封装及对应制造工艺”的中国专利申请的分案申请。
本专利技术涉及一种用于MEMS传感器器件的晶片级封装和对应制造工艺。
技术介绍
如已知的那样，用于诸如加速度计、陀螺仪、磁力计、压力或力传感器的MEMS传感器器件的当前封装遵循将芯片附接至衬底、引线键合并封装的标准工艺流程。图1示出了具有LGA(岛状栅格阵列)封装2的示例性MEMS传感器器件1。MEMS传感器器件1包括第一裸片3，包括例如硅的半导体材料并且包括结构层3’和有源层3”，其中集成了微机械感测结构S、示意性示出并且包括例如悬挂在空腔之上的隔膜、惯性质量块、弹性元件和/或其他微机械感测部件。第一裸片3具有由有源层3”限定、在此处形成微机械感测结构S的正面3a，以及由结构层3’限定、相对于垂直方向z与正面3a相对的背表面3b(第一裸片3具有在正交于垂直方向z的水平面xy中的主延伸部)。第一裸片3也可以集成其他机械或电子部件，取决于应用。MEMS传感器器件1也包括第二裸片4，包括例如硅的半导体材料，并且包括相应结构层4’和相应有源层4”，其中集成了电子电路A(所谓AISC－专用集成电路)、示意性示出并且可操作地耦合至微机械感测结构S，例如以处理响应于检测到量(诸如线或角加速度、压力或力)而产生的电信号并且以在封装2的外侧提供已处理输出信号。第二裸片4具有由有源层4”限定的、在此处形成了ASIC电路A的相应正面4a，以及由结构层4’限定、相对于垂直方向z与正面4a相对的背表面4b。第一和第二裸片3、4沿垂直方向z堆叠，也即第一裸片3布置在第二裸片4上，使得第一裸片的背表面3b附接至第二裸片4的背面4a，插入了粘合层5(或多个粘合层，如图1所示)。在示例中，第二裸片4具有大于第一裸片3对应水平延伸部的水平延伸部(在正交于垂直方向z的水平面xy中)。第一和第二裸片3、4之间的电连接通过引线键合完成，采用电引线6将由第一裸片3的正面3a承载的第一焊盘7连接至由第二裸片4的正面4a承载的第二焊盘8(布置使得第二裸片4的相同正面4a并未被第一裸片3覆盖)。特别地，第一焊盘7电耦合至微机械感测结构S，而第二焊盘8电耦合至ASIC电路A。MEMS传感器器件1进一步包括衬底9，例如由堆叠的导电层和介电层构成的多层结构，其用作封装2的基底和底外表面。第一和第二裸片3、4的堆叠布置在衬底9上；特别地，第二裸片4的背表面4b经由另一粘合层11(或多个粘合层，如图1所示)附接至衬底9的正面9a。其他电引线12将由第二裸片4的正面4a承载的第三焊盘13连接(并且电耦合至ASIC电路A)至由衬底9的正面9a承载的第四焊盘14(布置使得相同正面9a并未被第一和第二裸片3、4的堆叠覆盖)。衬底9的背面9b面向封装2的外侧，并且承载了至外部装置的外部连接，例如用于焊接至其中集成了MEMS传感器器件1的电子设备(未示出)的外部印刷电路板(PCB)。特别地，衬底9的背面9b承载了电连接元件，在示例中为导电岛15的形式，并且穿过衬底9提供其他电连接15’(所谓TSV—穿硅通孔)，用于将相同导电岛15连接至第四焊盘14。其他已知技术方案可以设计使用球形或球体用于电连接至外部印刷电路板(PCB)；这些封装已知为BGA球栅阵列封装。MEMS传感器器件1此外包括例如为绝缘树脂材料的模塑化合物16，其覆盖并围绕了第一和第二裸片3、4的堆叠，并且此外覆盖了衬底9的正面9a(其中相同正面9a并未被第一和第二裸片3、4的堆叠覆盖)。电引线6、12嵌入在模塑化合物16内。相同模塑化合物的正面限定了MEMS传感器器件1的封装2的顶部外表面。该标准封装组件尽管在许多方面具有优点，但是遭受了一些缺点。特别地，封装2具有可以与许多应用不兼容的尺寸(尤其是沿垂直方向z)，其中尺寸是重要的设计参数，例如在便携式或可穿戴电子装置中。此外，电引线6、12可以在模塑处理期间经受断裂，这导致所制造MEMS传感器器件1的故障。为了解决这些问题，已经提出了一些技术方案，设计消除衬底9(所谓晶片级封装)，或采用倒装芯片技术在第一和第二裸片3、4之间电连接，用于实现芯片接合以及电连接。然而，尚未提出用于具有减小尺寸(例如沿垂直方向)以及期望机械和电性能的MEMS传感器器件的完全令人满意的封装技术方案。特别地，仍然突出的重要问题是如何提供至封装外侧的电连接，例如用于焊接至外部印刷电路板，而并未求助于使用复杂和昂贵的制造工艺步骤。
技术实现思路
本专利技术的目的因此在于至少部分地克服之前突显的问题，并且特别是提供一种具有减小尺寸、采用减少成本的简单制造工艺、以及期望性能的封装技术方案。根据本专利技术，因此提供了如所附权利要求中限定的一种MEMS传感器和对应的制造工艺。附图说明为了更好地理解本专利技术，参照附图纯借由非限定性示例的方式现在描述其优选实施例，其中：－图1示出了具有LGA封装的已知MEMS传感器器件的示意性截面；－图2a－图2d示出了根据本技术方案实施例的在制造工艺的后续步骤中具有晶片级封装的MEMS传感器器件的示意性截面；－图3是在制造工艺结束处MEMS传感器器件的透视图；－图4a－图4c示出了根据本技术方案另一实施例的在制造工艺后续步骤中MEMS传感器器件的示意性截面；－图5a－图5c示出了根据本技术方案又一实施例的在制造工艺后续步骤中MEMS传感器器件的示意性截面；－图6－图11在截面中示出了所制造MEMS传感器器件的可能变化；－图12a－图12c示出了根据本技术方案的又一实施例的在制造工艺后续步骤中MEMS传感器器件的示意性截面；－图13在截面中示出了所制造MEMS传感器器件的可能变化；－图14a－图14c示出了根据本技术方案的又一实施例的在制造工艺后续步骤中MEMS传感器器件的示意性截面；－图15在截面中示出了所制造MEMS传感器器件的可能变化；－图16a－图16d示出了根据本技术方案的又一实施例的在制造工艺后续步骤中MEMS传感器器件的示意性截面；－图17在截面中示出了所制造MEMS传感器器件的可能变化；－图18a－图18c示出了根据本技术方案的又一实施例的在制造工艺后续步骤中MEMS传感器器件的示意性截面；以及－图19在截面中示出了所制造MEMS传感器器件的可能变化。具体实施方式如以下说明书中详述，本技术方案的方面设计了半导体材料的第一裸片和第二裸片的晶片级封装，并未采用任何衬底作为封装的基底；在可能的实施例中，第一和第二裸片优选地采用倒装芯片连接而耦合，并未采用电引线进行任何键合。特别地，垂直连接结构设计穿过至少部分地涂覆第一和第二裸片的堆叠的模塑化合物的厚度，直至到达模塑化合物的外表面。此外，为了提供去往封装外侧的电连接，例如用于焊接至外部印刷电路板，例如形式为岛的外部电连接元件被设计在模塑化合物的外表面处，连接至垂直连接结构。根据本技术方案的特别方面，外部电连接元件由附接可焊接材料制成，其附接至垂直连接结构和/或模塑化合物并且也提供了期望的可焊接特性。现在将详述本技术方案的各个实施例，特别是设计了单种材料用于形成垂直连接结构和外部电连接元件，或者本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MEMS器件封装件，包括：半导体材料的第一裸片；具有第一表面和第二表面的半导体材料的第二裸片，所述第一裸片耦合至所述第二裸片的所述第一表面的第一部分，所述第二裸片的所述第一表面的第二部分上的接触焊盘；模制化合物，在所述第二裸片的所述第一表面上并且围绕所述第一裸片的侧表面；垂直连接结构，在所述第二裸片的所述接触焊盘上，所述垂直连接结构延伸穿过所述模制化合物并且被配置为将所述MEMS器件封装件耦合至外部器件或衬底，所述垂直连接结构被电耦合至所述第二裸片。

【技术特征摘要】
2014.12.24 IT TO2014A0011071.一种MEMS器件封装件，包括：半导体材料的第一裸片；具有第一表面和第二表面的半导体材料的第二裸片，所述第一裸片耦合至所述第二裸片的所述第一表面的第一部分，所述第二裸片的所述第一表面的第二部分上的接触焊盘；模制化合物，在所述第二裸片的所述第一表面上并且围绕所述第一裸片的侧表面；垂直连接结构，在所述第二裸片的所述接触焊盘上，所述垂直连接结构延伸穿过所述模制化合物并且被配置为将所述MEMS器件封装件耦合至外部器件或衬底，所述垂直连接结构被电耦合至所述第二裸片。2.根据权利要求1所述的MEMS器件封装件，其中所述垂直连接结构的暴露的表面包括粘合剂可焊接材料层。3.根据权利要求1所述的MEMS器件封装件，其中所述垂直连接结构由粘合剂可焊接材料制成。4.根据权利要求1所述的MEMS器件封装件，其中所述垂直连接结构的暴露的表面在所述模制化合物的表面下方凹陷。5.根据权利要求1所述的MEMS器件封装件，其中多个接触焊盘在所述第二裸片的所述第一表面的所述第二部分上，所述器件还包括分别在所述多个接触焊盘上的多个垂直连接结构。6.根据权利要求1所述的MEMS器件封装件，其中所述第二裸片的所述第二表面形成所述MEMS器件封装件的外表面。7.根据权利要求1所述的MEMS器件封装件，其中所述第一裸片包括微机电感测结构，其中所述第二裸片包括可操作地耦合至所述第一裸片的所述微机械感测结构的电子电路，所述第二裸片被配置为提供经处理的输出信号至所述接触焊盘。8.根据权利要求1所述的MEMS器件封装件，其中所述第一裸片通过倒装芯片配置被耦合至所述第二裸片的所述第一表面的所述第一部分。9.根据权利要求1所述的MEMS器件封装件，其中所述模制化合物的表面包括凹陷，所述凹陷在所述垂直连接结构处。10.根据权利要求9所述的MEMS器件封装件，其中所述垂直连接结构至少部分地在所述模制化合物的所述凹陷中延伸，使得所述垂直连接结构的第一部分包括所述模制化合物中在所述凹陷下方的第一宽度，并且所述垂直连接结构的第二部分包括所述模制化合物中在所述凹陷中的第二宽度。11.根据权利要求10所述的MEMS器件封装件，其中所述垂直连接结构延伸超出所述模制化合物的所述凹陷。12.根据权利要求10所述的MEMS器件封装件，其中所述垂直连接结构的所述第二部分在所述第一侧之上延伸。13.一种封装件，包括：半导体材料的第一裸片，耦合至半导体材料的第二裸片的第一表面，所述第一裸片包括MEMS器件，所述第二裸片包括第一表面和第二表面，所述第一表面包括可操作地耦合至所述MEMS裸片的电子电路，所述第二裸片的所述第二表面形成所述封装件的外表面；接触焊盘，在所述第二裸片的第一表面上；垂直连接结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·卡奇雅，D·O·韦拉，D·阿吉厄斯，M·斯皮特里，
申请(专利权)人：意法半导体马耳他有限公司，
类型：发明
国别省市：马耳他,MT