MEMS器件的装配和封装制造技术

MEMS器件的装配和封装。微机电系统（MEMS）器件包括在衬底上的焊料凸块、包含CMOS管芯和MEMS管芯的CMOS-MEMS管芯、以及在所述CMOS管芯上的柱形凸块。MEMS管芯被布置在CMOS管芯和衬底之间。柱形凸块和焊料凸块被定位成提供在CMOS管芯和衬底之间的电连接。

【技术实现步骤摘要】
MEMS器件的装配和封装
本专利技术的各种实施例一般涉及微机电系统(MEMS)器件，且特别地涉及其装配和封装。
技术介绍
通常结合互补金属氧化物半导体（CMOS）利用MEMS器件。当前，CMOS管芯在衬底的顶部上形成，且MEMS管芯在CMOS管芯的顶部上形成。引线键合一般用来通过一般由金（Au）制成的引线来使CMOS管芯与衬底电连接。这个引线具有大约25微米的厚度，且必须由聚合物通过密封来保护。此外，通过模塑料的形成来保护MEMS管芯的顶表面。引线键合除了是损坏MEMS器件的源以外还不期望地导致MEMS器件的增加的尺寸。在MEMS管芯的顶部上形成的从衬底到聚合物的MEMS器件的尺寸（通常被称为“型面”）最期望地尽可能低。然而，由于引线键合以及在MEMS管芯的顶部上形成的聚合物，这个尺寸的减小当前受限制。实际上，引线键合阻止型面的减小。因此，期望的是，可靠地装配和封装具有减小的型面的MEMS器件。
技术实现思路
简要地，微机电系统（MEMS）包括衬底、CMOS-MEMS管芯、在衬底上的至少一个焊料凸块和在CMOS管芯上的至少一个柱形凸块。CMOS-MEMS管芯包括垂直地堆叠、附接和电连接的CMOS管芯和MEMS管芯。至少一个柱形凸块和至少一个焊料凸块被定位在衬底和CMOS管芯之间以限定在CMOS管芯和衬底之间以及因此MEMS器件的高度，其中至少一个柱形凸块和至少一个焊料凸块引起在CMOS管芯和衬底之间的电连接。对本文中公开的特别的实施例的本性和优点的进一步理解可以通过参考说明书的剩余部分和附图来实现。附图说明图1示出根据本专利技术的实施例的MEMS器件10。图2示出根据本专利技术的另一实施例的MEMS器件201。图3示出根据本专利技术的又另一实施例的MEMS器件300。图4示出概述根据本专利技术的方法装配MEMS器件所要求的步骤的流程图400。图5示出制造（或装配）本专利技术的各种实施例的MEMS器件的三种方法的流程图500。图6A-6C均示出根据图5的方法A-C在MEMS器件被装配和封装时的MEMS器件的一般外观。图7示出根据本专利技术的另一实施例的MEMS器件700。具体实施例下面的描述描述了微机电系统（MEMS）器件和制造其的方法。MEMS器件包括在衬底的顶部上形成的MEMS层，且CMOS层在衬底上形成。MEMS层和CMOS层垂直地堆叠、附接和电连接。CMOS管芯通过柱形凸块和焊料凸块电连接到衬底。MEMS管芯可以包括MEMS传感器，诸如但不限于加速度计、陀螺仪、磁力计、麦克风和压力传感器。在本专利技术的另一实施例中，空气间隙物理地分开MEMS管芯与衬底。本专利技术的特别的实施例和方法公开了MEMS器件和制造其的方法。MEMS器件具有衬底、CMOS-MEMS管芯、至少一个焊料凸块和至少一个柱形凸块。至少一个柱形凸块和至少一个焊料凸块被定位在衬底和CMOS管芯之间并限定其间的高度。至少一个柱形凸块和至少一个焊料凸块引起在CMOS管芯和衬底之间的电连接。在所述实施例中，衬底是半导体衬底、LGA衬底或任何其它类似的衬底。在本专利技术的实施例中，至少一个柱形凸块在CMOS-MEMS管芯的CMOS管芯上形成，并使用湿法焊接连接到CMOS管芯。现在参考图1，示出根据本专利技术的实施例的MEMS器件10。MEMS器件10被示出为包括衬底12、MEMS14、CMOS16、柱形凸块22、焊料凸块20、聚合物18和空气间隙24。CMOS-MEMS管芯最初是CMOS-MEMS晶片的部分。衬底12是与CMOS-MEMS管芯分开和不同的较大的衬底的一部分。在一些实施例中，MEMS14可以包括一个或多个MEMS层。在一些实施例中，CMOS16可以包括一个或多个CMOS层。其它实施例可以包括CMOS16和MEMS14的交替层。衬底12通过柱形凸块22电连接到CMOS16。柱形凸块22通过焊料凸块20连接到衬底12。焊料凸块20（被示出为在衬底12上形成）被定位在MEMS14的至少一侧上。理解的是，虽然在所呈现的图中示出一个或多个MEMS器件，但是通常，在晶片上生长更大数量的MEMS器件。柱形凸块22在CMOS16的表面上形成，以与焊料凸块20接触。衬底12通常是印刷电路板（PCB）。聚合物18被示出为包围柱形凸块22和焊料凸块20并在衬底12和CMOS16之间，在MEMS14的至少一侧上，但不在空气间隙24中。MEMS14和衬底12的膨胀系数不同，其中这个差异通常引起在MEMS14上的应力。空气间隙24有利地用来使MEMS14和衬底12之间的接触去耦，由此减小在MEMS14和衬底12之间的膨胀系数的差异的影响。这导致减小了在MEMS14上的应力。通过使用不移动到MEMS14和衬底12之间的区域中的聚合物18的材料来形成空气间隙24。此外，因为空气间隙24是非常小的间隙，所以当聚合物18被沉积时，它不进入空气间隙区域。当沉积聚合物时，它通过加热来固化，如下面相对于随后的图和讨论进一步讨论的。在本专利技术的示例性实施例中，聚合物18由环氧树脂、硅树脂或底层填料材料制成。在图1的实施例中，焊料凸块20物理地连接到柱形凸块22以提供从CMOS14到衬底12的导电路径。如图1所示，焊料凸块20和柱形凸块22共同限定在衬底12和CMOS16之间的高度。在不存在引线键合的情况下，如图1所示，减小了MEMS器件10的型面和本专利技术的其它实施例的型面。在一些实施例中，这个减小相对于现有技术的型面近似为25%。暴露了CMOS16的顶表面或其与其上定位MEMS14的表面相对的表面。这也帮助了减小器件10的型面。图2示出根据本专利技术的另一实施例的MEMS器件201。器件201类似于器件10，除了CMOS16和衬底12被示出为彼此分开一高度，所述高度由两个柱形凸块206和204以及焊料凸块202和铜凸块200限定而不是由图1的柱形凸块22和焊料凸块20限定。在图2中，与图1的空气间隙24类似，空气间隙201被示出为分开MEMS14与衬底12。在其它实施例中，可以将多于两个的柱形凸块堆叠在两个或更多的焊料凸块上以提供在衬底12和CMOS16之间的所要求的间隔。在图2中，铜凸块200被示出为在衬底12上形成，示出了在所述衬底12的顶部上形成的焊料凸块202。柱形凸块206被示出为在CMOS14上形成，且示出了在柱形凸块206的顶部上形成的柱形凸块204，其被示出为与焊料凸块204物理接触。在本专利技术的实施例中，焊料凸块20和202由共晶焊料（或PbSn）制成。在本专利技术的另一实施例中，焊料凸块20和202由SAC305制成，所述SAC305近似是96.5%锡、3%银和0.5%铜。在又另一实施例中，焊料凸块20、202由SAC405制成，所述SAC405近似是95.5%锡、4%银和0.5%铜。在本专利技术的又另一实施例中，它们由锡或任何其它合适的材料制成。在一些实施例中，焊料凸块20可以由铜制成。如同图1的实施例的柱形凸块22一样，且根据本专利技术的示例性实施例，柱形凸块204和206由金制成。在另一实施例中，柱形凸块20、204和206由铜制成。在另一实施例中，柱形凸块20、204和206可以由标准球引线键合机器制成。图3示出根据本专利技术的又另一实施例的MEMS器件300。器件300类似于器件201，除了CMO本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造微机电系统（MEMS）器件的方法，包括：将多个焊料凸块键合在晶片的衬底上；对CMOS‑MEMS晶片进行切片以分开多个CMOS‑MEMS管芯，所述多个CMOS‑MEMS管芯包括MEMS管芯、CMOS管芯和多个柱形凸块，     其中所述多个柱形凸块附接至所述CMOS管芯；清洗所述多个柱形凸块；将所述多个CMOS‑MEMS管芯定位在所述衬底的顶部上；加热所定位的CMOS‑MEMS管芯，由此通过所述多个柱形凸块和所述多个焊料凸块引起在所述CMOS管芯和所述衬底之间的回流和连接；对布置在所述CMOS管芯和所述衬底之间的空间进行底层填料；固化所述底层填料的管芯；以及分割所述衬底。

【技术特征摘要】
2013.07.24 US 13/9501781.一种制造微机电系统（MEMS）器件的方法，包括：将多个焊料凸块键合在晶片的衬底上；对CMOS-MEMS晶片进行切片以分开多个CMOS-MEMS管芯，所述多个CMOS-MEMS管芯包括MEMS管芯、CMOS管芯和多个柱形凸块，其中所述多个柱形凸块附接至所述CMOS管芯；清洗所述多个柱形凸块；将所述多个CMOS-MEMS管芯定位在所述衬底的顶部上；加热所定位的CMOS-MEMS管芯，由此通过所述多个柱形凸块和所述多个焊料凸块引起在所述CMOS管芯和所述衬底之间的回流和连接；对布置在所述CMOS管芯和所述衬底之间的空间进行底层填料；固化所述底层填料的管芯；以及分割所述衬底，其中所述多个柱形凸块和所述多个焊料凸块被定位在所述衬底和所述CMOS管芯之间以提供在所述衬底和所述CMOS管芯之间的所要求的间隔，其中所述多个柱形凸块中的两个或更多个堆叠在所述多个焊料凸块中的两个或更多个上以提供在所述衬底和所述CMOS管芯之间的所要求的间隔。2.如权利要求1所述的制造方法，还包括在所述清洗之前使所述多个CMOS-MEMS管芯定向，使得所述MEMS管芯被定位在所述衬底和所述CMOS管芯之间。3.如权利要求1所述的制造方法，还包括使所述多个焊料凸块与所述多个柱形凸块对齐以进行所述连接。4.如权利要求1所述的制造方法，其中通过将助熔剂分配在所述衬底的顶部上来执行所述清洗，由此用助熔剂密封所述多个柱形凸块。5.如权利要求1所述的制造方法，其中通过将所述多个柱形凸块浸渍在助熔剂中来执行所述清洗。6.如权利要求1所述的制造方法，其中所述多个柱形凸块被定位在所述MEMS管芯的至少一侧上。7.如权利要求1所述的制造方法，还包括提供在所述衬底和所述MEMS管芯之间的空气间隙。8.如权利要求7所述的制造方法，其中在所述底层填料步骤期间，避免对所述空气间隙进行底层填料。9.一种制造微机电系统（MEMS）器件的方法，包括：将多个焊料凸块键合在晶片的衬底上；对CMOS-MEMS晶片进行切片以分开CMOS-MEMS管芯，所述CMOS-MEMS管芯包括MEMS管芯、CMOS管芯和多个柱形凸块；将非导电胶分配在所述多个焊料凸块上；将所述CMOS-MEMS管芯定位在所述衬底的顶部上；从顶部和底部对所定位的管芯进行热压缩以通过所述多个柱形凸块和所述多个焊料凸块形成在所述CMOS管芯和所述衬底之间的连接；在热压缩之后固化所述CMOS-MEMS管芯；以及分割所述衬底，其中所述多个柱形凸块和所述多个焊料凸块被定位在所述衬底和所述CMOS管芯之间以提供在所述衬底和所述CMOS管芯之间的所要求的间隔，其中所述多个柱形凸块中的两个或更多个堆叠在所述多个焊料凸块中的两个或更多个上以提供在所述衬底和所述CMOS管芯之间的所要求的间隔。10.如权利要求9所述的制造方法，还包括在所述分配之前使所述CMOS-MEMS管芯定向，使得所述MEMS管芯被定位在所述衬底和所述CMOS管芯之间。11.如权利要求9所述的制造方法，其中所述非导电胶是环氧树脂。12.如权利要求9所述的制造方法，还包括创建在所述衬底和所述MEMS管芯之间的空气间隙。13.如权利要求9所述的制造方法，其中所述多个柱形凸块被定位在所述MEMS管芯的侧面上。14.一种制造微机电系统（MEMS）器件的方法，包括：将多个焊料凸块键合在晶片的衬底上；...

【专利技术属性】
技术研发人员：金炯汉，佘海俊，M马索尼亚，
申请(专利权)人：应美盛股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US