專利名稱：蓋、其制造方法和由此制成的mems封裝體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種蓋、其制造方法和由此制作的MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))封裝體，并且更具體地涉及ー種具有金屬化凹陷的蓋、其制造方法和由此制成的對(duì)MEMS具有增強(qiáng)的屏蔽效果的MEMS封裝體。
背景技術(shù)：
MEMS器件(比如麥克風(fēng))廣泛使用于移動(dòng)通信設(shè)備、音頻設(shè)備等中。為了實(shí)現(xiàn)小型化，通常稱為電容式麥克風(fēng)的用于作為聽カ輔助単元使用的麥克風(fēng)在尺寸上減小。然而，其中的換能器是脆弱的且易于受到物理?yè)p壞。另外，由于環(huán)境可能擾動(dòng)信號(hào)傳輸，所以必須保護(hù)換能器免受光和電磁干擾。另外，只要考慮防止光和電磁干擾，就需要有利的聲壓以便換能器恰當(dāng)工作。關(guān)于廣泛使用的電容式麥克風(fēng)，請(qǐng)參照?qǐng)DI。 參照?qǐng)D1，常規(guī)電容式麥克風(fēng)包括第一襯底10、借助導(dǎo)電粘合層13稱合到第一襯底10的導(dǎo)電板11和借助另ー導(dǎo)電粘合層13’稱合到導(dǎo)電板11的第二襯底12。第一襯底10包括模具板100和后板101，并且第二襯底12也是這樣。聽孔102形成于第一襯底10中。半導(dǎo)體芯片14裝配于第一襯底10上。此外，在聽孔102上方的換能器15裝配于第一襯底10上。形成于導(dǎo)電板11中的通腔110不僅為不同聲壓提供空間而且接納半導(dǎo)體芯片14和換能器15。常規(guī)電容式麥克風(fēng)提供由第一襯底10、導(dǎo)電板11的通腔110和第二襯底12限定的保護(hù)空間以便隔離半導(dǎo)體芯片14和換能器15并且實(shí)現(xiàn)屏蔽效果。然而，導(dǎo)電粘合層13和導(dǎo)電板11在構(gòu)成上互不相同，因此使電容式麥克風(fēng)的側(cè)表面的屏蔽效果下降。因而認(rèn)為需要克服前述缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是在增強(qiáng)對(duì)MEMS器件的屏蔽效果的角度提供ー種蓋、其制造方法和由此制成的MEMS封裝體。根據(jù)本發(fā)明，提供一種分別如在權(quán)利要求I和12中限定的用于在MEMS器件中使用的蓋和有關(guān)制造方法。實(shí)際上,蓋包括第一板，具有相對(duì)的第一表面和第二表面，第一表面具有設(shè)置于其上的第一金屬層，其中通腔延伸穿過(guò)第一板和第一金屬層；第二板，具有相対的第三表面和第四表面；粘合層，夾入于第一板的第二表面與第二板的第三表面之間以將第一板和第ニ板耦合在一起，從而通腔由第二板的第三表面單側(cè)阻隔以便由通腔形成凹陷；以及第一導(dǎo)體層，設(shè)置于凹陷的底表面和側(cè)表面上，側(cè)表面與底表面相鄰。另外，描述的用于制造用于MEMS器件的蓋的方法包括以下步驟提供具有第一表面和相対的第二表面的第一板，第一表面上具有初始金屬層；對(duì)第一板的初始金屬層進(jìn)行粗糙化，從而由初始金屬層形成第一金屬層；在第一板的第二表面上形成粘合層；形成通腔以穿透第一金屬層、第一板和粘合層；提供具有相対的第三表面和第四表面的第二板并且將第二板的第三表面和粘合層耦合在一起，由此單側(cè)覆蓋通腔以由通腔形成凹陷，其中凹陷具有底表面和與之相鄰的側(cè)表面；在第一金屬層上以及凹陷的底表面和側(cè)表面上形成第一導(dǎo)體層。如在本說(shuō)明書中公開的那樣，增強(qiáng)了蓋的屏蔽效果，不僅因?yàn)橥ㄟ^(guò)耦合相同材料的兩個(gè)板一第一板和第二板一來(lái)形成凹陷，而且因?yàn)榘枷莸膬?nèi)部容易地由相同層或者層堆疊物(比如第一導(dǎo)體層)覆蓋。


圖I是常規(guī)電容式麥克風(fēng)的橫截面圖；圖2A至圖2L是用于在MEMS器件中使用的蓋的ー個(gè)實(shí)施例在后續(xù)制造步驟中的橫截面圖；圖3示出了從圖2L的封裝體獲得的電容式聲學(xué)換能器的簡(jiǎn)化框圖；以及 圖4示出了包括聲學(xué)換能器的電子設(shè)備的簡(jiǎn)化框圖。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D2A，提供具有相対的第一表面和第二表面20a、20b的第一板20。兩個(gè)初始金屬層211形成于第一表面和第二表面20a和20b上。然而,初始金屬層211在可任選基礎(chǔ)上形成于第一板20的第二表面20b上。參照?qǐng)D2B，通過(guò)蝕刻エ藝來(lái)粗糙化和打薄第一表面和第二表面20a、20b上的初始金屬層211以便從第一表面20a上的初始金屬層211形成第一金屬層21a,并且從第二表面20b上的初始金屬層211形成作為另ー金屬層的第二金屬層21b。參照?qǐng)D2C和圖2D，作為非導(dǎo)電層的粘合層22如圖2C中所示形成于第二金屬層21b上,然后如圖2D中所不貫穿第一金屬層2la、第一板20、第二金屬層21b和粘合層22形成通腔200。參照?qǐng)D2E，提供具有相対的第三表面和第四表面23a、23b的第二板23。第三表面和第四表面23a、23b在可任選基礎(chǔ)上具有分別形成于其上的第三金屬層和第四金屬層24a、24b。作為中間金屬層的第三金屬層24a f禹合到粘合層22,從而通腔200在底部上由第二板23閉合，由此形成凹陷201。這樣形成的凹陷201具有底表面201a和與之相鄰的側(cè)表面201b。第一板20和第二板23由相同材料(比如BT (雙馬來(lái)酰亞胺-三嗪(Bismaleimide-triazine))芯材料或者塑料)制成。參照?qǐng)D2F，通過(guò)電鍍エ藝或者濺射エ藝來(lái)形成第一導(dǎo)體層25a以涂覆第一金屬層21a和凹陷201的底表面201a和側(cè)表面201b,并且第二導(dǎo)體層25b形成于第四金屬層24b上。第一導(dǎo)體層25a的厚度優(yōu)選地大于10 μ m。在形成由金屬(比如銅)制成的第一導(dǎo)體層和第二導(dǎo)體層25a、25b之前形成種子層(未示出)。種子層用作為用于電鍍金屬的導(dǎo)電路徑并且包括金屬、合金和多個(gè)沉積金屬層。參照?qǐng)D2G和圖2H，抗蝕劑層26如圖2G中所示形成于第一導(dǎo)體層25a和凹陷200上方，然后如圖2H中所示去除第二導(dǎo)體層25b和第四金屬層24b。參照?qǐng)D21和圖2J，如圖21中所示去除抗蝕劑層26，然后由鎳、鈀、金、錫、不銹鋼或者其組合制成的表面處理層27如圖2J中所示形成于第一導(dǎo)體層25a上。
如在本發(fā)明中公開的那樣，增強(qiáng)了蓋的屏蔽效果，不僅因?yàn)橥ㄟ^(guò)耦合相同材料的兩個(gè)板——第一板20和第二板23——來(lái)形成凹陷201，而且因?yàn)榘枷?01的內(nèi)部容易地由相同材料(比如第一導(dǎo)體層25a)覆蓋。參照?qǐng)D2K，孔230被形成為穿透第二板23、第三金屬層24a、凹陷201的底表面201a、第一導(dǎo)體層25a和表面處理層27。因此,獲得用于MEMS器件的蓋50,該蓋包括第一板20、第二板23、粘合層22和第一導(dǎo)體層25a。第二板23可任選地具有設(shè)置于其上的第三金屬層24a。粘合層22設(shè)置于第二金屬層21b上以便耦合到第二板23上的第三金屬層24a或者在無(wú)第三金屬層24a的情況下直接耦合到第二板23。參照?qǐng)D2L，在后續(xù)エ藝中，向載體板28 (比如電路板)施加蓋50以便形成封裝體60。封裝體60容納裝配于載體板28上的半導(dǎo)體部件29 (例如MEMS芯片29a和/或ASIC芯片29b)，由此形成MEMS器件70 (比如麥克風(fēng)、壓カ傳感器或者通量傳感器)。載體板28經(jīng)由導(dǎo)電耦合層30耦合到第一板20的第一表面20a上的第一導(dǎo)體層25a以實(shí)現(xiàn)接地并且保證EMI (電磁干擾)屏蔽。在凹陷201中接納半導(dǎo)體部件29。 在作為麥克風(fēng)的實(shí)施例中，孔230形成聲學(xué)端ロ，該端ロ允許聲波的進(jìn)入。在其它實(shí)施例中，孔230形成允許待測(cè)量的壓カ波或者其它量的進(jìn)入的端ロ。將BT芯材料用于第一板和第二板20、23兩者允許使用與在制造BGA(球柵陣列)襯底中使用的生產(chǎn)方法相似的生產(chǎn)方法。這實(shí)現(xiàn)使用已經(jīng)安裝的技術(shù)和設(shè)備來(lái)容易、可靠和廉價(jià)制造各部分以及允許運(yùn)用大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)以進(jìn)ー步減少成本。此外，更易于使設(shè)計(jì)適應(yīng)不同內(nèi)部和外部尺寸而在供應(yīng)商側(cè)和在封裝級(jí)均無(wú)昂貴加工成本。具體而言，可以根據(jù)部件29的硅性質(zhì)而具有不同凹陷尺寸以具有用于最優(yōu)頻率響應(yīng)和SNR(信噪比)的恰當(dāng)組合。圖7示出了聲學(xué)換能器70，該換能器形成設(shè)于封裝體50中的MEMS麥克風(fēng)。聲學(xué)換能器70包括MEMS芯片29a和ASIC芯片29b。MEMS芯片29a基本上由響應(yīng)于聲學(xué)激勵(lì)的MEMS傳感器構(gòu)成，ASIC芯片29b被配置用于正確偏置MEMS芯片29a、用于處理生成的電容式振動(dòng)信號(hào)并且在聲學(xué)換能器70的輸出OUT上提供可以隨后由關(guān)聯(lián)電子設(shè)備的微控制器處理的數(shù)字信號(hào)。ASIC芯片29b包括模擬型的預(yù)放大器電路71，該預(yù)放大器電路被設(shè)計(jì)成與MEMS芯片29a直接對(duì)接并且具有用于放大(并且適當(dāng)濾波)由MEMS芯片29a生成的電容式振動(dòng)信號(hào)的預(yù)放大器功能；電荷泵73，實(shí)現(xiàn)生成用于偏置MEMS芯片29a的適當(dāng)電壓；例如西格瑪-德爾塔型的模數(shù)轉(zhuǎn)換器74，配置用于接收時(shí)鐘信號(hào)CK和由預(yù)放大器電路71放大的差分信號(hào)并且將它轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；參考信號(hào)生成器電路75，連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換器74并且被設(shè)計(jì)成供應(yīng)用于模數(shù)轉(zhuǎn)換的參考信號(hào)；以及驅(qū)動(dòng)器76，設(shè)計(jì)成作為在模數(shù)轉(zhuǎn)換器74與外部系統(tǒng)(例如關(guān)聯(lián)電子設(shè)備的微控制器)之間的接ロ來(lái)操作。此外，聲學(xué)換能器70可以包括(易失性或者非易失性型)存儲(chǔ)器78，該存儲(chǔ)器例如可外部編程以便實(shí)現(xiàn)根據(jù)不同配置(例如増益配置)使用聲學(xué)換能器70。聲學(xué)換能器70可以如圖4中所示使用于電子設(shè)備80中。電子設(shè)備80例如是移動(dòng)通信便攜設(shè)備(比如移動(dòng)電話、PDA、筆記本計(jì)算機(jī))、但是也可以是語(yǔ)音記錄器、具有語(yǔ)音記錄能力的音頻文件閱讀器等。取而代之，電子設(shè)備80可以是能夠水下操作的水聽器或者聽カ輔助設(shè)備。
電子設(shè)備80包括微處理器81和連接到微處理器81的例如具有鍵盤和顯示器的輸入/輸出接ロ 83。聲學(xué)換能器70經(jīng)由信號(hào)處理塊85 (該信號(hào)處理塊可以在聲學(xué)換能器70 的輸出處執(zhí)行數(shù)字信號(hào)的進(jìn)ー步處理操作)來(lái)與微處理器81通信。此外，電子設(shè)備80可以包括用于在音頻輸出(未不出)上生成聲音的揚(yáng)聲器86以及內(nèi)部存儲(chǔ)器87。最后，清楚的是，可以對(duì)這里描述和圖示的蓋、制造方法和MEMS器件做出諸多變化和修改，這些變化和修改全部落入如在所附權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于在MEMS器件(70)中使用的蓋(50)，包括 第一板(20)，具有相対的第一表面和第二表面(20a，20b)，所述第一表面具有設(shè)置于其上的第一金屬層(21a)，其中凹陷(201)延伸穿過(guò)所述第一板和所述第一金屬層； 第二板(23)，具有相対的第三表面和第四表面(23a，23b)； 粘合層(22)，夾入于所述第一板的所述第二表面(20b)與所述第二板的所述第三表面(23a)之間并且被配置成將所述第一板和所述第二板耦合在一起以便允許所述凹陷由所述第二板的所述第三表面閉合；以及 第一導(dǎo)體層(25a)，設(shè)置于所述凹陷的底表面(201a)和側(cè)表面(201b)上，所述側(cè)表面與所述底表面相鄰。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的蓋，其中所述第二板(23)的所述第三表面(23a)具有設(shè)置于其上的中間金屬層(24a)，從而所述粘合層(22)經(jīng)由所述中間金屬層(24a)耦合所述第一板(20)的所述第二表面(20b)和所述第二板的所述第三表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或者2所述的蓋，其中所述第一板(20)的所述第二表面(20b)具有設(shè)置于其上的又一金屬層(21b)，從而所述粘合層(22)經(jīng)由所述又ー金屬層(21b)耦合所述第一板的所述第二表面和所述第二板(23)的所述第三表面(23a)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任ー權(quán)利要求所述的蓋，其中所述第一導(dǎo)體層(25a)還在所述凹陷(201)以外的所述第一金屬層(21a)上延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任ー權(quán)利要求所述的蓋，還包括設(shè)置于所述第一導(dǎo)體層(25a)上的表面處理層(27)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的蓋，其中所述表面處理層(27)由從包括鎳、鈀、金、錫、不銹鋼及其組合的組中選擇的ー種材料制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中的任ー權(quán)利要求所述的蓋，還包括延伸穿過(guò)所述第二板(23)、所述凹陷(201)的所述底表面(201a)和所述第一導(dǎo)體層(25a)的孔(230)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中的任ー權(quán)利要求所述的蓋，其中所述第一板(20)和所述第二板(23)由相同材料制成。
9.ー種MEMS封裝體，包括 根據(jù)權(quán)利要求1-8中的任ー權(quán)利要求所述的蓋(50)； 載體板(28);以及 至少ー個(gè)半導(dǎo)體部件(29)，裝配于所述載體板上； 其中所述載體板經(jīng)由導(dǎo)電耦合層(30)耦合到所述第一板的所述第一表面(20a)上的所述第一導(dǎo)體層(25a)，并且在所述凹陷(201)中接納所述半導(dǎo)體部件。
10.一種聲學(xué)換能器(70)，包括根據(jù)權(quán)利要求9所述的MEMS封裝體。
11.ー種電子設(shè)備(80)，包括微處理器控制單元(81)、連接到所述微處理器控制単元(81)的根據(jù)權(quán)利要求10所述的聲學(xué)換能器(70)、連接到所述微處理器(81)的輸入/輸出接ロ (83)以及揚(yáng)聲器(86)。
12.一種用于制造用于在MEMS器件中使用的蓋的方法，包括以下步驟 提供具有第一表面(20a)和第二表面(20b)的第一板(20),所述第一表面上具有第一金屬層(21a)； 在所述第一板的所述第二表面上形成粘合層(22)；形成延伸穿過(guò)所述第一金屬層、所述第一板和所述粘合層的通腔(200)； 提供具有相対的第三表面和第四表面(23a，23b)的第二板(23)并且將所述第二板的所述第三表面和所述粘合層(22)耦合在一起，由此在底表面(201a)處閉合所述通腔(200)以由所述通腔形成凹陷，其中所述凹陷具有與所述底表面相鄰的側(cè)表面(201b)； 在所述第一金屬層以及所述凹陷的所述底表面和側(cè)表面上形成第一導(dǎo)體層(25a)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中提供第一板(20)包括在所述第一板的所述第一表面和第二表面(20a，20b)上形成初始金屬層(211)、對(duì)所述初始金屬層進(jìn)行粗糙化以獲得所述第一金屬層(21a)和第二金屬層(21b)，所述粘合層(22)形成于所述第二金屬層上。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中粗糙化包括用于打薄所述初始金屬層(211)的蝕刻エ藝。
15.根據(jù)權(quán)利要求12-14中的任ー權(quán)利要求所述的方法，其中第三金屬層(24a)和第四金屬層(24b)分別形成于所述第二板(23)的所述第三表面和第四表面(23a，23b)上以便將所述第三金屬層和所述粘合層(22)耦合在一起。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括在形成所述第一導(dǎo)體層(25a)之時(shí)在所述第四金屬層(24b)上形成第二導(dǎo)體層(25b);以及 去除所述第二導(dǎo)體層和第四金屬層(24b)。
17.根據(jù)權(quán)利要求12-16中的任ー權(quán)利要求所述的方法，還包括穿過(guò)所述第二板(23)、所述凹陷(201)的所述底表面(201a)和所述第一導(dǎo)體層(25a)形成孔(230)。
18.根據(jù)權(quán)利要求12-17中的任ー權(quán)利要求所述的方法，還包括在所述第一導(dǎo)體層(25a)上形成表面處理層(27)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述表面處理層(27)由從包括鎳、鈀、金、錫、不銹鋼及其組合的組中選擇的材料制成。
全文摘要
一種用于MEMS器件的蓋及其有關(guān)制造方法。蓋包括第一板(20)，具有相對(duì)的第一表面和第二表面(20a，20b)，這些表面具有分別設(shè)置于其上的第一金屬層和第二金屬層(21a，21b)，其中通腔(200)延伸穿過(guò)第一板以及第一金屬層和第二金屬層；第二板(23)，具有相對(duì)的第三表面和第四表面(23a，23b)；粘合層(22)，夾入于第一板的第二表面與第二板的第三表面之間以將第一板和第二板耦合在一起，從而通腔由第二板閉合，由此形成凹陷(200)；以及第一導(dǎo)體層(25a)，涂覆凹陷的底表面和側(cè)表面(201a，201b)。蓋增強(qiáng)對(duì)MEMS器件的屏蔽效果。
文檔編號(hào)B81B7/00GK102762489SQ200980162551
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2009年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月20日
發(fā)明者I·米爾萊夫, M·A·阿佐帕爾迪, M·F·科特斯, 蔡琨辰, 許詩(shī)濱 申請(qǐng)人:意法半導(dǎo)體股份有限公司, 欣興電子股份有限公司