制造微機(jī)電元件的方法以及該微機(jī)電元件的制作方法
【專利說明】制造微機(jī)電元件的方法以及該微機(jī)電元件
本申請是申請日為2006年11月21日、發(fā)明名稱為“制造微機(jī)電元件的方法以及該微機(jī)電元件”的申請?zhí)枮?00680043980.7的專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及微機(jī)電元件，諸如用于測量例如加速度、角加速度、角速度或其它物理量的微機(jī)電測量儀，用于穩(wěn)定振蕩頻率或過濾電信號的微機(jī)電諧振器和濾波器，以及需要將封裝的微機(jī)電部件與微電路合成的其它微機(jī)電裝置等。本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的制造微機(jī)電元件的方法，以及具體適用于小型微機(jī)電傳感器的解決方案、穩(wěn)定振蕩頻率的解決方案或者過濾電信號的解決方案的微機(jī)電元件。
【背景技術(shù)】
[0002]微機(jī)電元件(MEMS，Microelectromechanical systems)在例如測量如加速度、角速度或壓力等各種物理量的傳感器技術(shù)中的應(yīng)用已經(jīng)證實是一種原理簡單的可靠方法。在微機(jī)電傳感器中，測量是基于例如電容原理實現(xiàn)的，其中傳感器的運動狀態(tài)的改變引起由彈簧懸掛的震動質(zhì)量塊的位移。質(zhì)量塊的位置可以通過一對電極之間的電容檢測，表面之間的電容取決于它們的表面積以及表面之間的距離。即使在各個物理量的非常小的測量范圍內(nèi)，也可以基于微機(jī)電傳感器進(jìn)行測量。
[0003]在用于數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)處理的裝置中，大部分功能已經(jīng)被集成于一個或最多幾個硅芯片中來實現(xiàn)。然而，由于它們在技術(shù)上的不兼容性，從而將實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理同步、射頻穩(wěn)定、電信號過濾、電抗匹配和電信號切換的功能集成往往是不太可能的。在基于硅技術(shù)的MEMS諧振器和MEMS濾波器中，硅元件例如通過靜電作用力被設(shè)定為機(jī)械振蕩運動，并且硅元件的形狀和尺寸被用于控制由連接件間的電聲耦合或者連接件間的信號傳播所引起的阻抗。在MEMS開關(guān)中，信號通道由采用MEMS技術(shù)制造的可移動元件打開或關(guān)閉，所述元件例如受靜電作用力控制。對于阻抗匹配裝置，諸如線圈或電容器等細(xì)小的無源元件采用MEMS技術(shù)制造。電容器可以是可調(diào)且、隔離空氣的MEMS結(jié)構(gòu)。
[0004]傳統(tǒng)上，集成電路例如采用安裝在金屬引線框架上的技術(shù)密封。在電路的連接點上結(jié)合連接導(dǎo)線，連接導(dǎo)線的其它端連接至引線框架的結(jié)合區(qū)。然后，引線框架和電路用塑料澆鑄，最后，外部連接區(qū)或連接導(dǎo)線通過切割、彎曲或其它諸如此類的方法形成，其中，所述微機(jī)電元件通過這些外部連接區(qū)或連接導(dǎo)線連接至電路板上。
[0005]在電子元件的制造中，晶片級封裝(WLP)是一種用于硅芯片和類似電子元件的新型封裝方法，其中，所有的封裝步驟在切片之前在硅片的表面上完成。因此，極大地節(jié)省了尺寸和成本。現(xiàn)有技術(shù)的方法的例子是Amkor公司的超CSP (Chip Scale Packing，芯片級封裝)技術(shù)，其中，將較厚的聚合物層散布在硅片的表面上，布置銅引線，并且安裝或布置焊接突起，通過所述焊接突起芯片可以直接連接至電路板上。
[0006]微機(jī)電元件和諸如集成電路的電子元件的區(qū)別在于，取代借助于固體材料的鈍化，例如氮化物鈍化，所述微機(jī)電元件需要機(jī)械保護(hù)，即需要在下方留有開放空間的蓋子，所述機(jī)電結(jié)構(gòu)可以在所述空間中運動。對微機(jī)電元件實施晶片級封裝特別有利，原因是它們具有大尺寸的特征，尤其是厚度大，從而采用傳統(tǒng)方法封裝，它們可能大于，尤其是厚于以相應(yīng)方法封裝的微電路。另一方面，由于必需蓋子，微機(jī)電元件的封裝存在問題。
[0007]微機(jī)電元件必須氣密性密封，從而運動的部件處于與外界環(huán)境隔絕的腔中。這種密封可以通過將微機(jī)電晶片結(jié)合至另一個稱為“覆蓋晶片”的晶片上實現(xiàn)。覆蓋晶片在微機(jī)電元件中的應(yīng)用是眾所周知的。
[0008]微機(jī)電傳感器元件中的另一個主要問題是電氣功能與微機(jī)電元件的集成。這個問題可以借助于已知的封殼級集成方式解決，所述封殼級集成具有包括介電和導(dǎo)電部件的外部封殼。在封殼級集成中，部件之間的導(dǎo)線連接將各部件集成為一個單元。
[0009]下面示例性地參照附圖對現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行描述，其中:
[0010]圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)通過單片集成制造微機(jī)電元件的方法。
[0011]圖2示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)在塑鑄封殼中實施集成制造微機(jī)電元件的方法。
[0012]圖3示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)通過在塑鑄封殼中堆疊實施集成制造微機(jī)電元件的方法。
[0013]圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)通過單片集成制造微機(jī)電元件的方法。在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)通過單片集成制造微機(jī)電元件的方法中，在相同的硅片3上制造微機(jī)電芯片部件I和電子電路部件2，并且它們之間的電連接通過金屬薄膜建立。微機(jī)電芯片部件I和電子電路部件2受到共用覆蓋部件4保護(hù)，它們由導(dǎo)線連接5連接，并且還被鑄造在塑鑄封殼6中。現(xiàn)有技術(shù)的微機(jī)電元件還包括金屬引線框架7。
[0014]圖2示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)通過在塑鑄封殼中實施集成制造微機(jī)電元件的方法。在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)通過在塑鑄封殼中的集成制造微機(jī)電元件的方法中，微機(jī)電芯片部件8和電子電路部件9是單獨地在相同的硅片元件10上制造的。微機(jī)電芯片部件8受單獨的覆蓋部件11保護(hù)。微機(jī)電芯片部件8和電子電路部件9之間的電連接通過導(dǎo)線連接12實現(xiàn)。電子電路部件9通過導(dǎo)線連接13連接。然后，包含微機(jī)電芯片部件8和電子電路部件9的整體被鑄在塑鑄封殼14中。現(xiàn)有技術(shù)的微機(jī)電兀件還包括金屬引線框架15。
[0015]圖3示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)通過在塑鑄封殼中堆疊實施集成制造微機(jī)電元件的方法。在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)通過在塑鑄封殼中堆疊實施集成制造微機(jī)電元件的方法中，在硅片17上制造微機(jī)電芯片部件16。微機(jī)電芯片部件16受單獨的覆蓋部件18保護(hù)。在覆蓋部件的頂上制造電子電路部件19。微機(jī)電芯片部件16和電子電路部件19之間的電連接通過導(dǎo)線連接20實現(xiàn)。微機(jī)電芯片部件16通過導(dǎo)線連接21連接。然后，包含微機(jī)電芯片部件16和電子電路部件19的整體被鑄在塑鑄封殼22中?，F(xiàn)有技術(shù)的微機(jī)電兀件還包括金屬引線框架23。
[0016]在現(xiàn)有技術(shù)的解決方案中，將微機(jī)電元件的電氣功能和微機(jī)電元件集成的主要問題在于由覆蓋晶片以及微機(jī)電芯片部件和電子電路部件兩個部件帶來較大的尺寸。當(dāng)將這些元件鑄在本領(lǐng)域慣用的塑料封殼中時，這種方案的尺寸變得較大。
[0017]此外，在現(xiàn)有技術(shù)的解決方案中，將微機(jī)電元件的電氣功能和微機(jī)電元件集成的問題還有用于結(jié)合區(qū)的電路方案表面積的浪費。
[0018]從而，在專業(yè)類和消費類電子產(chǎn)品的制造中，對小型微機(jī)電元件的需要明顯增加，其中已經(jīng)解決了電氣功能和微機(jī)電元件集成的問題，并且具體適用于小型微機(jī)電傳感器方案、振蕩頻率穩(wěn)定方案、電信號過濾方案、電信號切換方案以及電阻抗匹配方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]本發(fā)明提供一種制造微機(jī)電元件的方法，所述微機(jī)電元件包括微機(jī)電芯片部件和電子電路部件，所述方法包括:由覆蓋部件密封微機(jī)電芯片部件，所述覆蓋部件包含用于穿過所述覆蓋部件提供電連接的引入結(jié)構(gòu)；借助于第一結(jié)合構(gòu)件將所述微機(jī)電芯片部件結(jié)合至所述電子電路部件的第一表面，用以將所述微機(jī)電芯片部件和所述電子電路部件彼此結(jié)合，其中所述微機(jī)電芯片部件的所述覆蓋部件面對所述電子電路部件，并且所述電子電路部件的所述第一表面大于所述微機(jī)電芯片部件，靠近所述微機(jī)電芯片部件，在所述電子電路部件的所述第一表面上制造用于所述微機(jī)電元件的外部連接的第二結(jié)合構(gòu)件，所述第二結(jié)合構(gòu)件為凸起連接件，其中所述突起連接件的高度至少等于所述微機(jī)電芯片部件和所述第一結(jié)合構(gòu)件的總高度。
[0020]本發(fā)明還提供一種微機(jī)電元件，其包括:由覆蓋部件密封的微機(jī)電芯片部件，所述覆蓋部件包含用于穿過所述覆蓋部件提供電連接的引入結(jié)構(gòu)，以及電子電路部件，其中借助于第一結(jié)合構(gòu)件，所述微機(jī)電芯片部件結(jié)合至所述電子電路部件的第一表面，所述微機(jī)電芯片部件的所述覆蓋部件面對所述電子電路部件；所述電子電路部件的所述第一表面大于所述微機(jī)電芯片部件，并且靠近所述微機(jī)電芯片部件，所述電子電路部件的所述第一表面包括用于所述微機(jī)電元件的外部連接的第二結(jié)合構(gòu)件，并且所述第二結(jié)合構(gòu)件是突起連接件，其中所述突起連接件的高度至少等于所述微機(jī)電芯片部件和所述第一結(jié)合構(gòu)件的總高度。
[0021]本發(fā)明還提供一種包括上述的微機(jī)電元件的微機(jī)電加速度傳感器、微機(jī)電角加速度傳感器、微機(jī)電角速度傳感器、微機(jī)電壓力傳感器、微機(jī)電振蕩頻率穩(wěn)定器、微機(jī)電電信號濾波器、微機(jī)電電信號切換元件以及微機(jī)電電阻抗匹配裝置。
[0022]本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的制造微機(jī)電元件的方法，以及一種改進(jìn)的微機(jī)電元件。通過本發(fā)明獲得了一種微機(jī)電元件方案，其中微機(jī)電元件與電氣功能以優(yōu)選的方式集成，并且還具體適用于小型微機(jī)電運動傳感器方案、壓力傳感器方案、振蕩頻率穩(wěn)定方案、電信號過濾方案、電信號切換方案以及電阻抗匹配方案。
[0023]本發(fā)明涉及微機(jī)電元件，例如用于測量例如加速度、角加速度、角速度或其它物理量的微機(jī)電測量儀，或者用于穩(wěn)定振蕩頻率、過濾電信號、切換電信號或匹配電阻抗的微機(jī)電裝置。本發(fā)明的目的還在于提供一種改進(jìn)的制造微機(jī)電元件的方法，以及具體適用于小型微機(jī)電傳感器方案、振蕩頻率穩(wěn)定方案、電信號過濾方案、電信號切換方案或者電阻抗匹配方案的微機(jī)電元件。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的第一特征，提供了一種制造微機(jī)電元件的方法，在所述方法中，微機(jī)電芯片部件由覆蓋部件密封，所述覆蓋部件設(shè)置有穿過所述覆蓋部件提供電連接的引入結(jié)構(gòu)，從而，在所述方法中，第一部件是下列部件之一，第二部件是不同于所述第一部件的另一個并且也是下列部件之一:
-由所述覆蓋部件密封的所述微機(jī)電芯片部件，或者 -電子電路部件，
從而， -所述第一部件和所述第二部件通過第一結(jié)合構(gòu)件結(jié)合，并且-所述第二部件大于所述第一部件并靠近所述第一部件，在所述第二部件的表面上制造用于所述微機(jī)電元件的外部連接的第二結(jié)合構(gòu)件。
[0025]優(yōu)選地，所述覆蓋部件主要由玻璃制成，從而，在所述覆蓋部件中，穿過玻璃兀件延伸的導(dǎo)電區(qū)由硅制成。可選擇地，所述覆蓋部件主要由硅制成，并且在所述覆蓋部件上制造玻璃絕緣體，從而穿過所述玻璃絕緣體延伸的導(dǎo)電區(qū)由硅制成。另外可選擇地，所述覆蓋部件主要由硅制成，并且在所述覆蓋部件中制造玻璃絕緣體，從而所述覆蓋部件分為帶狀的導(dǎo)電區(qū)。另外可選擇地，所述覆蓋部件主要由硅制成，并且在所述覆蓋部件中制造玻璃絕緣體，從而所述覆蓋部件被分為孤立的導(dǎo)電區(qū)。另外可選擇地，所述覆蓋部件和/或玻璃絕緣體由其它一些已知的介電材料替代玻璃制成。另外可選擇地，所述覆蓋部件和/或?qū)щ妳^(qū)由其它一些已知的導(dǎo)電材料替代硅制成。
[0026]優(yōu)選地，所述覆蓋部件的導(dǎo)電引入部與微機(jī)電芯片部件之間的電連接的形成通過直接結(jié)合實現(xiàn)?？蛇x擇地，所述覆蓋部件的導(dǎo)電引入部與微機(jī)電芯片部