微机电系统(MEMS)封装技术方案

本发明专利技术涉及微机电系统(MEMS)封装，提供了一种微机电系统(MEMS)换能器器件，其包括：封装基板，其具有第一热膨胀系数(CTE)；以及换能器基板，其包括换能器。换能器基板布置在封装基板的上方。换能器基板具有与第一CTE基本匹配的第二CTE。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微机电系统(MEMS)封装。
技术介绍
换能器通常将电信号转换为机械信号或振动，和/或将机械信号或振动转换为电 信号。特别地，声换能器在发送模式下(例如，扬声器应用)将电信号转换为声信号(声波)，和/或在接收模式下(例如，麦克风应用)将接收到的声波转换为电信号。诸如超声换能器等的换能器在包括过滤器的各种电子应用中设置。随着减小很多组件的尺寸的需求在持续，对减小了尺寸的换能器的需求也在増加。这已经引出了相对较小的换能器，其可以根据诸如微机电系统(MEMS)技术等各种技术来微加工。诸如压电超声换能器(PMUT)等各种类型的MEMS换能器包括形成在薄膜上的谐振器堆叠，该谐振器堆叠具有在两个导电板(电极)之间的压电材料层。膜可以在穿过基板的腔的上方、形成在基板上。通常，基板由诸如硅(Si)等与半导体エ艺兼容的材料形成。换能器可通过抛光换能器基板的背面并且将经过抛光的换能器基板直接安装到封装基板上来进行封装。例如，当换能器被包括在引线框架封装中时，换能器基板通常不安装在金属封装基板上。在已知的封装中，换能器的热膨胀系数(CTE)与其安装在其中的封装的CTE明显不同。通常，CTE指示材料或结构相对于温度变化的变化率或比例。换能器CTE和封装CTE之间的差导致在封装エ艺期间和操作期间对温度变化的不同反应，这在换能器上强加了物理应カ。换句话说，在MEMS弯曲模式和/或厚度模式换能器中由于芯片安装和操作温度变化而引起的參数转变的起因，是换能器材料和封装材料之间的热性质的配合不当。由于密切的物理接触以及各自材料之间明显的CTE配合不当，在换能器基板和换能器基板所连接到的封装基板之间应カ最明显。在MEMS换能器被封装以后，该封装与系统级印刷电路板对准并且安装在系统级印刷电路板上。在已知的MEMS封装中，对准エ艺增加了制作エ艺的复杂性并且经常不能提供MEMS换能器的适当的对准。需要至少克服了上述已知MEMS封装的缺点的MEMS封装。
技术实现思路
在代表实施例中,微机电系统(MEMS)换能器器件被安装到基板上。微机电系统换能器器件包括封装基板，其具有第一热膨胀系数(CTE);以及换能器基板，其包括换能器，换能器基板布置在封装基板的上方，其中换能器基板具有与第一 CTE基本相同的第二 CTE。在另ー个代表实施例中，微机电系统(MEMS)换能器器件包括封装基板,其具有第一热膨胀系数(CTE);换能器基板，其包括换能器，换能器基板布置在封装基板的上方，其中换能器基板具有与第一 CTE基本相同的第二 CTE。附图说明參考附图阅读时、根据下面的详细描述能最好地理解示例实施例。需要强调的是，各种特征不一定是按比例绘制的。事实上，为了清楚的讨论，尺寸可以任意 増大或减小。无论是应用和实践，相似的參考标记指的是相似的元件。图IA和IB是根据代表实施例、MEMS封装的等距分解视图。图2A-2B是根据代表实施例、MEMS封装的等距分解视图。图3是根据代表实施例、安装到基板上的MEMS封装的截面图。具体实施例方式在下面的详细描述中，出于说明且不进行限制的目的，公开为了提供对本教导的彻底理解，陈述了公开具体细节的代表实施例。然而，已经受益于本公开的本领域的普通技术人员将明白，不脱离这里所公开的具体细节的、根据本教导的其他实施例仍然在所附权利要求的范围内。而且，可以省略已知装置和方法的描述以不模糊代表实施例的描述。这样的方法和装置显然在本教导的范围内。通常，认为这里所描绘的附图和各种元件不是按比例绘制的。此外，诸如“上方”、“下方”、“顶部”、“底部”、“上面”、“下面”、“左”、“右”、“竖直”和“水平”等相对概念用于描述如附图所示的、各种元件与其他元件的关系。认为这些相对概念除了在附图中描绘的取向夕卜、还意图包括器件和/或组件的不同取向。例如，如果器件相对于附图中的视图反转，则例如被描述为在另ー个元件“上方”的元件现在将会在那个元件的“下方”。类似地，如果器件相对于附图中的视图旋转90度，则例如被描述为“竖直”的元件现在将是“水平”的。根据各种实施例，诸如MEMS超声换能器或PMUT等的换能器器件，包括封装基板，其具有第一热膨胀系数(CTE);换能器，其包括布置在换能器基板上方的有效区域、具有与第一 CTE基本相同的第二 CTE的换能器基板；以及在封装基板中的开ロ，该开ロ被配置为接收并且发送来自换能器的机械波。图IA是根据代表实施例的MEMS换能器器件100的等距分解视图。MEMS换能器器件100包括封装基板101、换能器基板102、封盖103和隔板104。如下面更充分描述地，在封装基板101中的开ロ 105被配置为从设置在换能器基板102上方的多个换能器106接收并且向其发送机械波(例如，超声波)。在当前所示的实施例中，有三个(3)换能器106。需要强调的是这仅仅是说明性的，并且可在换能器基板102的上方设置更多或更少的换能器106。虽然认为在不脱离本教导的范围内可以结合其他类型的换能器，但是例如换能器106可以是超声MEMS换能器。换能器106被示出为环形谐振器，其中截面是从中间获取的。虽然在不脱离本教导的范围内、可以设想其他的形状，包括但不限于椭圆形、正方形、矩形等，但是例如换能器106可以基本上是圆形形状。换能器基板102包括硅(Si)、或者硅锗(SiGe)、或者绝缘硅(SOI)、或者神化镓(GaAs)、或者磷化铟(InP)、或者蓝宝石、或者氧化铝、或者掺杂的Si02(例如，硼硅玻璃(BSG)或Pyrex )。在其他的考虑当中，为换能器基板102选取的材料对于将电连接和电子器件一体化有用，从而减小尺寸和成本。在代表实施例中，封装基板101可以是氧化铝、蓝宝石或者在已经受益于本公开的
技术介绍
的本领域的普通技术人员的见识范围内的具有相对较高密度的陶瓷材料。为封装基板101选取的材料被选择为提供与换能器基板102的CTE基本匹配的CTE。特别地，封装基板101的CTE被选择为尽可能接近换能器基本102的CTE，同时考虑到其他期望的材料性质，诸如容易在其上制作有用特征(例如，金属化、触点、开ロ)、容易将电连接和电子器件一体化、可靠性和成本等。例如，在代表实施例中，换能器基板102是硅(Si)，其具有约3. Oppm/0C的CTE，并且封装基板101是氧化铝，其具有约6.Oppm/°C 的 CTE。 在代表实施例中，换能器106可以是利用MEMS技术制作的PMUT。换能器106的组件和配置的进ー步细节可以在与Timothy LeClair等共有的、于2010年7月28日提交的题为 “MEMS Transducer Device having Stress Mitigation Structure and Method ofFabricating the Same”的美国专利申请No. 12/844，857中找到。该申请的公开内容通过引用具体地结合于此。一般地，在与Ruby等共有的美国专利No. 5，587，620,5, 583，153，6，384，697 以及 7，275，292 ;与 Bradley 共有的美国专利 No. 6，828，713 ;与 Fazzio 等共有的美国专利申请公开No. 2008/0122320和No本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2011.02.17 US 13/029,3141.一种被安装到基板上的微机电系统(MEMS)换能器器件，所述MEMS换能器器件包括 封装基板，其具有第一热膨胀系数(CTE);以及 换能器基板，其包括换能器，所述换能器基板布置在所述封装基板的上方，其中所述换能器基板具有与所述第一 CTE基本匹配的第二 CTE。2.如权利要求I所述的MEMS换能器器件，还包括在所述封装基板中的开ロ，所述开ロ被配置为接收和发送来自所述换能器的机械波。3.如权利要求2所述的MEMS换能器器件，还包括隔板，所述隔板布置在所述封装基板中的所述开ロ的上方。4.如权利要求I所述的MEMS换能器器件，还包括在所述封装基板中的集成隔板，其中所述换能器基板布置在所述集成隔板的上方。5.如权利要求I所述的MEMS换能器器件，其中所述换能器基板包括硅，并且所述封装基板包括氧化铝或蓝宝石。6.如权利要求I所述的MEMS换能器器件，还包括封盖，所述封盖布置在所述换能器基板的上方并且将所述换能器基板基本封闭在所述封装基板的上方。7.如权利要求6所述的MEMS换能器器件，其中所述封盖被配置为在基板中延伸通过开□。8.如权利要求I所述的MEMS换能器器件，还包括连接垫片，所述连接垫片布置在所述封装基板的上方并且被配置为粘结到在基板上的各个连接垫片。9.如权利要求I所述的MEMS换能器器件，其中所述封装基板具有第一侧和第二侧，井且所述换能器基板步骤在所述第一侧上。10.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒂莫西·勒克莱尔，史蒂文·马丁，大卫·马丁，阿图尔·戈尔，
申请(专利权)人：安华高科技无线IP新加坡私人有限公司，
类型：发明
国别省市：