用于声学应用的具有污染防护元件的半导体集成设备及其制造方法技术

本公开的实施方式涉及用于声学应用的具有污染防护元件的半导体集成设备及其制造方法。该半导体集成设备(51、81；91)包括：封装体(50)，限定内部空间(8)并且具有与封装体(50)外部的环境声学连通的声进入开口(28；98b)；MEMS声换能器(21)，容纳在内部空间(8)中，并且设置有面向声进入开口(28；98b)的声学室(6)；以及过滤模块(52；82；96)，过滤模块设计成阻止具有比过滤尺寸(d1；dMAX)更大的尺寸的污染颗粒的通过，并且设置在MEMS声换能器(21)与声进入开口(28；98b)之间。过滤模块在声进入开口(28；98b)与声学室(6)之间限定至少一个直接声学路径。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于声学应用的具有污染防护元件的半导体集成设备及其制造方法。特别地，半导体集成设备包括MEMS声换能器，而污染防护元件为适于保护MEMS声换能器免受灰尘的过滤器。
技术介绍
已知，MEMS(微机电系统)类型的声换能器(特别是麦克风)包括：薄膜敏感结构，设计成将声压波转换成电气量(例如电容性变化)；以及读取电子装置，设计成在所述电量上执行适当的处理操作(其中的放大和过滤操作)，用于供应表示所接收的声压波的电输出信号(例如电压)。在其中采用电容检测原理的情况下，微机电敏感结构通常包括作为隔膜或薄膜获得的移动电极，该移动电极设置成面向固定电极，用于提供电容可变的检测电容器的极板。移动电极通过其第一(总体上为外围)部分而锚定至结构层，而其第二部分(总体上为中央部分)响应于由入射声压波施加的压力而自由移动或弯曲。移动电极和固定电极因此提供电容器，并且构成移动电极的薄膜的弯曲导致电容根据待检测的声学信号而变化。参照图1，呈现了声换能器设备19。声换能器设备19包括第一裸片21，该第一裸片集成了设置有薄膜2的MEMS结构1，薄膜为移动的且由导电材料形成，该薄膜面向刚性板3(刚性板意味着相对于相反为柔性的薄膜2而言是相对刚性的)。刚性板3包括面向薄膜2的至少一个导电层，使得薄膜2和刚性板3形成电容器的相向极板。在使用时响应于入射声压波而经历变形的薄膜2至少部分地悬置在结构层5之上并且直接面向腔体6，该腔体通过在结构层5的后表面5b中形成沟槽来获得(后部5b与相同结构层5的前表面5a相对，
设置在薄膜2的附近)。MEMS结构1与由半导体材料制成的另一裸片22一起容纳在封装体20的内部腔体8中，该另一裸片集成了处理电路或者ASIC(专用集成电路)22'。ASIC 22'通过电导体25'而电耦合至MEMS结构1，该电导体连接第一和第二裸片21、22的相应焊盘26'。第一和第二裸片21、22并排耦合在封装体20的基板23上。第一裸片21在结构层5的后表面5b处例如通过粘附层耦合至基板23。类似地，第二裸片22也在其后表面22b处耦合至基板23。ASIC 22'设置在第二裸片22的与后表面22b相对的前表面22a上。在基板23中设置有适当的金属化层和过孔(未详细示出)，用于将电信号路由至封装体20的外部。使用接线键合技术获得的另一电连接部25”设置在第二裸片22的焊盘26”与基板23的相应焊盘26”之间。进一步耦合至基板23的是封装体20的盖27，盖27包围第一和第二裸片21、22。所述盖可由金属或预模制塑料制成。例如成导电焊区(conductive land)形式的电连接元件29设置在基板23的下侧(向外暴露的一侧)，用于焊接和电连接至印刷电路板。基板23进一步具有贯通开口或孔28，该贯通开口或孔将第一裸片21的腔体6设置成与封装体20外部的环境流体连通。贯通开口28(下文称为“声音端口”)实现来自封装体20外部的空气流以及声压波的引入，空气流和声压波在撞击在薄膜2上时使其发生偏转。已知，声换能器的灵敏度取决于MEMS结构1的薄膜2的机械特性，并且进一步取决于薄膜2以及刚性板3的组装。此外，由腔体6形成的声学室的容量直接影响声学性能，从而确定了声换能器的共振频率。因此，对MEMS声换能器的组装施加了多种约束，这使得其设计特别成问题，特别是在其中要求尺寸极其紧凑的情况下(例如在便携式应用的情况下)。为了保护腔体6和薄膜2至少部分地免受可能穿过贯通开口28从而减少腔体6的有用尺寸并且因此损害声换能器的性能的灰尘和/或水和/或其他碎屑，已知提供位于封装体20外部且面向声音端口28(与其相距一定距离)的过滤器(仅仅在图1中示意性示出并且以参考标号30表示)。该过滤器30例如耦合至容纳封装体20的便携式设备(例如移动电话)的保护壳。特别地，在便携式应用的情况下，封装体20以如下方式容纳在便携式设备自身的保护壳内，该方式使得声音端口28进而面向通过过滤器30自身的插入而穿过便携式设备的保护壳制成的相应贯通开口或孔。当前使用的过滤器手动安装在便携式设备的保护壳上，并且因此相对于真实操作需求而呈现出过大的尺寸，所述需求是显然除了保护薄膜2和刚性板3之外还排他地保护腔体6。此外，过滤器30防止污染颗粒通过穿过便携式设备的保护壳制成的孔进入，但是没有解决源自于来自各种源的灰尘或其他碎屑的颗粒(例如考虑到保护壳的不完美气密性封闭)的污染。特别地，已知类型的过滤器对于在中间制造和组装步骤期间(即在便携式设备中的封装体的组装步骤期间)对污染物的防护完全是不起作用的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供对先前描述问题的解决方案。根据本专利技术，因此提供一种具有污染防护元件的半导体集成设备及其制造方法，如在所附权利要求中限定的。附图说明为了更好地理解本专利技术，现在仅仅以非限制性示例的方式并且参照附图描述本专利技术的优选实施例，附图中：-图1示出了根据已知类型实施例的包括MEMS声换能器的半导体集成设备与其封装体的示意性截面图；-图2示出了根据本专利技术一个实施例的包括MEMS声换能器的半导体
集成设备与其封装体的示意性截面图；-图3A和图3B示出了根据本专利技术一个实施例的能够耦合至图2的半导体集成设备的一部分的过滤模块的透视图；-图4示出了属于图3A和图3B的过滤模块的过滤器的放大细节；-图5A-图5C以截面示出了用于制造图3A和图3B的过滤模块的步骤；-图6示出了根据本专利技术另一实施例的包括MEMS声换能器的半导体集成设备与其封装体的示意性截面图；-图7示出了根据相应实施例的能够耦合至图6的半导体集成设备的一部分的过滤模块；-图8示出了根据本专利技术另一实施例的包括MEMS声换能器的半导体集成设备与其封装体的示意性截面图；以及-图9示出了包括根据图2、图6和图9的实施例中的任一实施例的半导体集成设备的电子设备。具体实施方式图2以截面图示出了根据本公开一个方面的声换能器设备51。参照图2描述的声换能器设备51与图1的声换能器设备19共同的元件以相同参考标号表示，并且不再描述。更详细而言，图2的声换能器设备51包括封装体50，该封装体由基板23和由覆盖元件27形成。覆盖元件27具有大致杯状构形并且耦合至基板23以形成封装体50的腔体或内部空间8。贯穿基板23的整个厚度制造的是贯通开口28，该贯通开口设计成将第一裸片21的腔体6设置成与封装体50的外部环境声学连通。在下文中，贯通开口28也称为“声音端口”，而第一裸片21的腔体6也将称为“声学室”。此外，术语“声学连通”这里以“直接声学连通”的意思使用，含义是一般声波或声压波仅仅使用空气(或者可能的气体、或气体混合物，从声音传播的角度来讲是等同的)作为传播媒介而在所考虑的环境中传播。声学室6的延伸(沿着水平面xy)大于声音端口28的延伸(再次沿
着水平面xy)，使得声音端口28将完全与声学室6连通，而不直接进入封装体50的内部空间8。根据本公开的一个方面，第一裸片21的声学室6通过过滤模块52而排他地与声音端口28声学连通，过滤模块52设置在声音端口28与第一裸片21的声学室6之间。容纳MEMS结构1的第一裸片21设置在过滤模块52的顶侧52a上，特别是以声学室6直接面向过滤模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体集成设备(51、81；91)，包括：封装体(50)，具有共同限定所述封装体(50)的内部空间(8)的基部元件(23)和覆盖元件(27)，所述基部元件(23)具有与所述封装体(50)外部的环境声学连通的声进入开口(28；98b)；以及MEMS声换能器(21)，容纳在所述封装体(50)的内部空间(8)中，并且设置有面向所述声进入开口(28；98b)的声学室(6)，其特征在于，所述半导体集成设备还包括过滤模块(52；82；96)，所述过滤模块适于阻止具有比过滤尺寸(d1；dMAX；dMIN)更大尺寸的污染颗粒的通过，所述过滤模块设置在所述MEMS声换能器(21)与所述声进入开口(28；98b)之间，所述过滤模块在所述声进入开口(28；98b)与所述声学室(6)之间形成至少一个直接声学路径。

【技术特征摘要】
2015.03.05 IT TO2015A0001481.一种半导体集成设备(51、81；91)，包括：封装体(50)，具有共同限定所述封装体(50)的内部空间(8)的基部元件(23)和覆盖元件(27)，所述基部元件(23)具有与所述封装体(50)外部的环境声学连通的声进入开口(28；98b)；以及MEMS声换能器(21)，容纳在所述封装体(50)的内部空间(8)中，并且设置有面向所述声进入开口(28；98b)的声学室(6)，其特征在于，所述半导体集成设备还包括过滤模块(52；82；96)，所述过滤模块适于阻止具有比过滤尺寸(d1；dMAX；dMIN)更大尺寸的污染颗粒的通过，所述过滤模块设置在所述MEMS声换能器(21)与所述声进入开口(28；98b)之间，所述过滤模块在所述声进入开口(28；98b)与所述声学室(6)之间形成至少一个直接声学路径。2.根据权利要求2所述的集成设备，其中，所述过滤尺寸介于10μm与35μm之间。3.根据权利要求1或2所述的集成设备，其中，所述过滤模块(52；96)包括过滤织物(62)，所述过滤织物具有根据图案交织的多条线(74)，所述图案限定具有等于所述过滤尺寸(d1)的最大尺寸的贯通开口(72)。4.根据前述权利要求中任一项所述的集成设备，其中，所述基部元件(23)包括第一基板(94)和第二基板(95)，所述第一基板具有贯穿所述第一基板(94)的整个厚度延伸的所述声进入开口(98b)，所述第二基板具有贯穿所述第二基板(95)的整个厚度延伸的孔(98a)，所述过滤织物(62)在所述第一基板(94)与第二基板(95)之间集成在所述基部元件(23)中，其中，所述第一基板、所述第二基板、以及所述过滤织物(62)以如下方式耦合在一起，使得所述声进入开口(98b)与所述孔(98、98a)借助所述过滤织物(62)的所述贯通开口(72)而彼此直接声学连接。5.根据权利要求3所述的集成设备，其中，所述过滤模块(52)包括设置有相应的第一窗口(66)和第二窗口(70)的第一支撑板(61)和第二支撑板(63)，所述过滤织物(62)以如下方式设置在所述第一支撑板(61)与所述第二支撑板(63)之间，使得所述第一窗口(66)和所述第二窗口(70)暴露所述过滤织物(62)的相同贯通开口(72)，并且其中，所述过滤模块(52)完全容纳在所述封装体(50)的所述内部空间(8)中，使得所述贯通开口(72)直接面向所述声学室(6)和所述声进入开口(28)，因此限定用于通过所述第二窗口(63)、所述第一窗口(61)以及所述贯通开口(72)从所述声进入开口(28)传播至所述声学室(6)的声波的直接声学路径。6.根据权利要求1或2所述的集成设备，其中，所述过滤模块(82)设置成具有多个贯通开口(84)的半导体材料的薄膜的形式，所述过滤模块(82)完全容纳在所述封装体(50)的所述内部空间(8)中，使得所述贯通开口(84)直接面向所述声学室(6)和所述声进入开口(28)，因此限定用于通过所述贯通开口(84)从所述声进入开口(28)传播至所述声学室(6)的声波的直接声学路径。7.根据权利要求6所述的集成设备，其中，所述贯通开口(84)具有蜿蜒轮廓。8.根据前述权利要求中任一项所述的集成设备，其中，所述MEMS声换能器(21)包括结构层(5)，所述结构层具有前表面(5a)和后部分(5b)，在所述前表面上设置有由于声波而弯曲的薄膜(2)，所述声学室(6)从所述后部分穿过所述结构层(5)延伸直到所述声学室到达所述薄膜(2)；并且其中所述结构层(5)的所述后部分(5b)耦合至所述过滤模块(52；82；96)并且经由所述过滤模块而耦合至围绕所述声进入开口(28)的所述基部元件(23)的内壁(23a)。9.根据前述权利要求中任一项所述的集成设备，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·布廖斯基，S·阿多尔诺，K·方克，
申请(专利权)人：意法半导体马耳他有限公司，意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：马耳他;MT