器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于具有至少兩個ASIC元件和/或MEMS元件的器件的封裝方案，該方案可用標(biāo)準工序并尤其用標(biāo)準部件非常簡單及成本上有利地轉(zhuǎn)換應(yīng)用。此外根據(jù)本發(fā)明的封裝方案可實現(xiàn)具有相對小的“腳印”的封裝殼體，它的元件在該器件結(jié)構(gòu)中在很大程度上得到應(yīng)力的脫耦。根據(jù)本發(fā)明將至少一個第一元件安裝在一個扁平的第一載體上并與第一載體電連接。將至少一個第二元件安裝在一個扁平的第二載體上并與第二載體電連接。然后將這兩個載體這樣相互疊置并通過側(cè)壁相互連接，以致第一及第二元件被設(shè)置在兩個載體之間的一個空腔中。側(cè)壁至少部分地由多個焊料珠的一個相互緊靠著的排構(gòu)成，通過這些焊料珠也使兩個載體形成電連接。
【專利說明】器件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具有至少兩個MEMS元件和/或ASIC元件的器件，這些元件被設(shè)置在一個共同的殼體中。

【背景技術(shù)】
[0002]對于用戶的應(yīng)用及在汽車技術(shù)中經(jīng)常需要在一個封裝殼體內(nèi)組合不同的元件，例如MEMS元件及ASIC元件,這些元件在其功能上相互補充。為此將這些元件相互并列地或相互重疊地設(shè)置在一個共同的載體、例如一個引線框架(QFN)或一個疊層襯底(LGA)上并與該載體形成電連接，例如借助金屬連接線來連接。以此方式使元件相互連接及通過載體也可形成外部電接觸。在第一級安裝的范圍中載體上的元件仍還將封裝。這使封裝體的第二級安裝簡化并在第二級安裝時保護元件以免損壞及在使用位置上抗外部干擾的影響。在許多應(yīng)用中為此元件用模注材料注塑包封。根據(jù)另一封裝方案將一個蓋件放置在元件上面并與載體連接?；谳d體的封裝體在第二級安裝的范圍中通常用載體放置到一個印刷電路板上，以便然后用回流軟熔焊接方法機械地固定及形成電接觸。
[0003]在任何情況下在實現(xiàn)封裝殼體時應(yīng)考慮到元件的功能。這尤其適用于需要一個介質(zhì)入口的傳感器應(yīng)用，例如壓力傳感器及微音器元件。
[0004]無論模制殼體還是具有蓋件的殼體必需在一個單獨的工序中制造，這就是說在一個適配于器件各個組成部分的個別尺寸及功能要求的工序中制造，這使成本相對地高。
[0005]器件結(jié)構(gòu)中的或由器件的第二級安裝引起的機械應(yīng)力尤其在傳感器器件的情況下將導(dǎo)致其性能受損。公知的器件方案對此特別無抵抗力，因為ASIC元件及MEMS元件在這里被固定在用于第二級安裝的安裝載體上。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]通過本發(fā)明提出了用于具有至少兩個元件的器件的封裝方案，該方案可用標(biāo)準工序并尤其用標(biāo)準部件非常簡單及成本上有利地轉(zhuǎn)換應(yīng)用。這里兩個元件既可均為MEMS元件也可均為ASIC元件或各為一個MEMS元件及一個ASIC元件。此外根據(jù)本發(fā)明的封裝方案可實現(xiàn)具有相對小的“腳印”的封裝殼體，它的元件在該器件結(jié)構(gòu)中在很大程度上得到應(yīng)力的脫耦。
[0007]根據(jù)本發(fā)明將這樣來實現(xiàn)它，即將至少一個第一元件安裝在一個扁平的第一載體上并與第一載體電連接；將至少一個第二元件安裝在一個扁平的第二載體上并與第二載體電連接；將這兩個載體這樣相互疊置并通過側(cè)壁相互連接，以致第一及第二元件被設(shè)置在兩個載體之間的一個空腔中；及側(cè)壁至少部分地由多個焊料珠的一個相互緊靠著的排構(gòu)成，通過這些焊料珠也使兩個載體形成電連接。
[0008]因此根據(jù)本發(fā)明的封裝方案在于:器件以夾層形式裝配。器件殼體基本上由兩個扁平的載體組成，這兩個載體相互獨立地安裝器件的元件及安裝焊料珠或焊料球。然后通過這些焊料珠使兩個載體側(cè)面或多或少環(huán)繞地相互連接，以致載體的安裝元件的面相互面對著。在此情況下也形成了兩個載體之間的電連接，以致器件在第二級安裝的范圍中總地通過兩個載體之一可形成電接觸。作為載體可使用傳統(tǒng)的引線框架或疊層襯底。載體的元件安裝及焊料珠的放置借助微系統(tǒng)技術(shù)的標(biāo)準方法來實現(xiàn)。器件的對應(yīng)力特別敏感的元件被設(shè)置在不用作第二級安裝的安裝載體的那個載體上。由此可使安裝引起的機械應(yīng)力至少對于器件的一部分元件來說明顯地減小。此外根據(jù)本發(fā)明的封裝方案開辟了一個可能性，即將在兩個載體上安裝的元件重疊地布置。由此可使所謂“腳印”、即在第二級安裝時器件所需的安裝面積簡易地減小，而無需大的制造成本。
[0009]鑒于器件EMV特性的改善證明了:使用具有至少一個接地面的層疊板作為用于元件的整體或殼體部分是有利的。
[0010]銅柱尤其適用來實現(xiàn)器件殼體的側(cè)壁。但側(cè)壁也可包括無源電元件，例如電阻和/或電容器，它們也可用標(biāo)準的設(shè)備及用標(biāo)準的工序放置到載體上。因為這些無源電元件不僅用作兩個載體之間的距離保持，而且在相應(yīng)連接的情況下也構(gòu)成兩個載體的觸點之間一個橫向電阻或橫向電容，所以必需這樣選擇它們，即它們對器件的電路功能無不利影響或為電路的組成部分。
[0011]如果器件功能需要一個介質(zhì)接口，例如在壓力傳感器或微音器器件的情況下，則該介質(zhì)接口將有利地構(gòu)成在側(cè)壁的區(qū)域中。以此方式可放棄器件的一個或兩個載體的專門的預(yù)批量生產(chǎn)。因為根據(jù)本發(fā)明的器件的第二級安裝通過兩個載體之一來進行，所以至少該載體應(yīng)裝備用于器件的外部電接觸的連接焊點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]如以上所討論的，以有利的方式對本發(fā)明進行配置及進一步構(gòu)型存在各種可能性。對此一方面可參閱從屬于權(quán)利要求1的權(quán)利要求及另一方面可參閱以下關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的封裝方案的兩個實施例的說明。
[0013]圖1a-1e借助一個器件100在組建期間的各組成部分的概要截面圖所表示的根據(jù)本發(fā)明的封裝方案，及
[0014]圖2a，2b借助一個器件200在制造期間的各組成部分的概要截面圖所表示的殼體結(jié)構(gòu)的一個變型。
[0015]具體實施形式
[0016]用于根據(jù)本發(fā)明的具有至少兩個MEMS元件和/或ASIC元件的器件的組建的起始點是兩個扁平的載體10，20，它們被表示在圖1a中。這里這種載體例如可涉及引線框架(Leadframe)或涉及層疊板,如在現(xiàn)有技術(shù)中在MEMS元件和/或ASIC元件的第一級安裝時所使用的。有利地使用具有至少一個接地面的層疊板作為載體10，20，以屏蔽器件中的元件免受電磁干擾的影響。在這里所示的實施例中載體10用作待制造的器件的第二級安裝的安裝載體。該載體在其載體下側(cè)面上設(shè)置了連接焊點11及這里未示出的穿透觸點。通過這些連接焊點11例如可使被制造的器件機械地固定在一個印刷電路板上并形成電接觸。
[0017]這兩個載體10及20將相互獨立地被裝配元件，如圖1b中所示。在載體10安裝一個ASIC元件1，而在載體20上安裝一個微機械的壓力傳感器元件2。有利的是用于壓力傳感器元件2的求值電路的至少一部分集成在ASIC元件I上。
[0018]這兩個元件1,2也可與相應(yīng)的載體10或20進行電連接,這通過圖1c來表明。這里在元件1，2固定在相應(yīng)的載體10或20上后借助金屬連接線3，4形成電連接。但元件1，2與相應(yīng)的載體10或20之間的電連接也可在一個工序步驟中與機械連接一起形成,例如用倒裝芯片技術(shù)或通過元件1,2中的穿透觸點及元件背面的連接焊點。
[0019]在載體10及20的元件裝配后在這兩個載體至少之一上、這里是在載體10上施加焊料珠5，這些焊料珠將構(gòu)成器件殼體的側(cè)壁。與此相應(yīng)地多個焊料珠5構(gòu)成了一個閉合的相互緊靠的排。視器件功能而定，該焊料珠排也可具有一個或多個中斷點-如果器件殼體應(yīng)設(shè)有一個或多個介質(zhì)通入口的話。器件殼體的凈高將通過焊料珠5的厚度和/或疊放地施加的焊料珠的數(shù)目來確定，這些焊料珠5則構(gòu)成由焊料材料組成的一個柱，如圖1d中所示。在此處應(yīng)指出，該側(cè)壁也可兩方面來放置，其方式是兩個載體上均設(shè)置焊料珠的排列，它們僅構(gòu)成壁區(qū)段。然后在下一安裝步驟中使這些壁區(qū)段相互接合，然而這與附加的調(diào)準成本相關(guān)聯(lián)。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施形式中對于焊料珠使用銅。因此在下一安裝步驟中可非常簡單地在兩個載體10與20之間建立電連接。
[0020]在該安裝步驟中將兩個載體10及20 “面對面”地相互重疊地放置，以致這些載體與焊料珠5的相互緊靠著的排一起構(gòu)成了用于元件I及2的殼體，如通過圖1e所表明的。載體10及20裝配了元件的側(cè)彼此相向。在此情況下元件I及2至少部分地疊置、即橫向上重疊地設(shè)置在載體10與20之間的一個空腔7中。而焊料珠柱5被這樣地定尺寸，以致元件I及2在垂直方向上相互隔開。最后在一個焊接工序中在兩個載體10與20之間不僅形成機械的連接而且也形成電連接，在該焊接工序中使焊料珠柱5熔化。在該結(jié)構(gòu)中MEMS元件2與安裝載體10在機械上得到很大程度的脫耦。
[0021]以上僅描述了根據(jù)本發(fā)明的單個器件100的結(jié)構(gòu)。這些器件100能夠非常簡單地用載體聯(lián)體大件數(shù)地制造。在實際制造中使用這樣的載體襯底，該載體襯底將裝配數(shù)百個或上千個元件。在兩個被這樣裝配了元件及設(shè)置了焊料珠的載體襯底被相互連接后，才將器件分離。在此情況下例如通過“鋸”由載體聯(lián)體上鋸下器件。
[0022]圖2a及2b中所示的結(jié)構(gòu)方案也是從兩個扁平的載體10，20開始，這些載體如在現(xiàn)有技術(shù)中在MEMS元件及ASIC元件的第一級安裝時所使用的。如在器件100的情況下這兩個載體10及20相互獨立地裝配一個ASIC元件I及一個MEMS壓力傳感器元件2。這里元件1，2與相應(yīng)的載體10或20之間的電連接也借助金屬連接線3，4來形成。
[0023]與器件100不同地這里所述的器件200不僅僅通過閉合的或中斷的焊料珠柱的相互緊靠著的排來構(gòu)成，而此外還包括無源的電元件6，例如電阻或電容器。在這里所述的實施例中這些無源的電元件6在載體10及20裝配元件后與這里未示出的焊料珠一起施加在安裝載體10上，如圖2a中所示。在此情況下無源電元件6的一個連接端子被放置在安裝載體10的一個連接焊點上。在無源電元件6的仍自由的對立側(cè)上具有另一連接端子。兩個連接端子被全面地浸過錫。無源的電元件6可直接相互緊靠地排列或也可被布置在焊料珠柱5之間。圖2a表明:無源的電元件6的幾何尺寸確定了器件殼體的凈高。
[0024]并且在器件200的情況下可在兩方面放置側(cè)壁，其方式是兩個載體均設(shè)有無源的電元件6和/或焊料珠柱，然后在下一安裝步驟中將它們接合成一個側(cè)壁。
[0025]該安裝步驟的結(jié)果表示在圖2b中。兩個載體10及20被“面對面”地相互重疊地放置，以致載體20用其相應(yīng)的連接焊點緊貼在無源電元件6的自由連接端子上。最后在一個焊接工序中在無源電元件6及焊料珠柱與兩個載體10與20之間不僅形成機械的連接而且也形成電連接，在此情況下除焊料珠柱5外無源電元件6的連接端子上的錫也被熔化。
[0026]元件I及2至少部分地疊置、即橫向上重疊地布置。而無源電元件6及這里未示出的焊料珠柱被這樣地定尺寸，以致元件I及2在垂直方向上相互隔開。以此方式使MEMS壓力傳感器元件2與用于第二級安裝的安裝載體10在機械上很大程度地脫耦。
[0027]如器件100的那樣器件200也能夠非常簡單地用載體聯(lián)體大件數(shù)地制造。在兩個裝配了元件及設(shè)置了無源電元件及焊料珠柱的載體襯底連接后才進行分離，例如通過鋸開。
【權(quán)利要求】
1.具有至少兩個ASIC元件和/或MEMS元件的器件，這些元件被設(shè)置在一個共同的殼體中，其特征在于: ?至少一個第一元件(I)安裝在一個扁平的第一載體(10)上并與該第一載體(10)電連接， ?至少一個第二元件(2)安裝在一個扁平的第二載體(20)上并與該第二載體(20)電連接， ?這兩個載體(10，20)這樣相互疊置并通過側(cè)壁相互連接，以致第一及第二元件(1，2)被設(shè)置在所述兩個載體(10，20)之間的一個空腔(7)中，及 ?所述側(cè)壁至少部分地由相互緊靠著排列的多個焊料珠(5)構(gòu)成，通過這些焊料珠也使兩個載體(10，20)形成電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其特征在于:使用具有至少一個接地面的層疊板作為第一和/或第二載體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的器件，其特征在于:環(huán)繞的所述側(cè)壁至少部分地由銅柱構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項的器件，其特征在于:所述側(cè)壁包括無源電元件(6)，尤其電阻和/或電容器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項的器件，其特征在于:第一及第二元件(1，2)至少部分重疊地設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項的器件，其特征在于:在所述側(cè)壁的區(qū)域中構(gòu)有至少一個壓力連接孔和/或聲孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項的器件，其特征在于:至少一個載體(10)設(shè)有用于器件(100)的外部電接觸的連接焊點。
【文檔編號】H01L23/488GK104425427SQ201410427550
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月30日
【發(fā)明者】U·漢森 申請人:羅伯特·博世有限公司