本申請(qǐng)要求在2014年4月22日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)61/982,382的優(yōu)先權(quán)，該公開(kāi)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本文。

本公開(kāi)涉及麥克風(fēng)并且特別地涉及mems麥克風(fēng)。

背景技術(shù)：

mems裝置（微電子機(jī)械系統(tǒng)）是在半導(dǎo)體材料（例如硅）的基片或芯片中集成機(jī)械和電氣功能的微型化裝置。mems裝置具有許多優(yōu)點(diǎn)，包括微型化和低制造成本。這些優(yōu)點(diǎn)通過(guò)使用微制造光刻技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。最終組裝的裝置通常由硅芯片制成，其中mems裝置是集成的并可選地具有使用傳統(tǒng)組裝工藝安裝在基底上的、用于特定應(yīng)用的集成電路。

通常通過(guò)包覆成型mems裝置和安裝在基底上的任何其他裝置來(lái)形成固定到基底的罩或蓋，從而形成保護(hù)mems裝置免受外部物理應(yīng)力的殼體。

在mems平臺(tái)中可生產(chǎn)許多類(lèi)型的傳感器。一個(gè)這樣的傳感器是麥克風(fēng)。包括蜂窩電話、筆記本電腦等的許多應(yīng)用包含mems麥克風(fēng)。mems麥克風(fēng)的吸引力在于能夠提供輕量和小型化的麥克風(fēng)。由于低制造成本和小占有面積，mems麥克風(fēng)正越來(lái)越多地替代電容式麥克風(fēng)（ecm）。此外，mems麥克風(fēng)具有電力消耗低（160μa）的固有優(yōu)點(diǎn)，該電力約為ecm電力的1/3。對(duì)于具有受限電力存儲(chǔ)能力的移動(dòng)電話和筆記本電腦應(yīng)用而言，使用mems麥克風(fēng)能夠?qū)崿F(xiàn)的電力節(jié)省是顯著的。

然而，已知的mems麥克風(fēng)的一個(gè)限制是其易受濕氣損壞。例如，為了正常運(yùn)行，mems麥克風(fēng)的傳感器部分必須構(gòu)造成對(duì)聲波做出反應(yīng)。然而，通過(guò)為聲波提供入口，也向濕氣提供了入口。

因此，需要一種向傳感器區(qū)域提供保護(hù)以使其免受濕氣的mems麥克風(fēng)。還需要一種提供被限定的前部容積的mems麥克風(fēng)，該前部容積與（諸如標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體封裝通用的）環(huán)氧樹(shù)脂包覆成型工藝相適應(yīng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一個(gè)實(shí)施例中，微電子機(jī)械系統(tǒng)（mems）麥克風(fēng)封裝包括多層基底；上聲學(xué)端口，其形成為穿過(guò)所述多層基底的多個(gè)上層并且暴露膜部分的上表面；下聲學(xué)端口，其形成為穿過(guò)所述多層基底的多個(gè)下層并且暴露所述膜部分的下表面；環(huán)形槽，其形成為穿過(guò)所述多個(gè)上層中的至少一個(gè)并且暴露金屬環(huán)；位于所述環(huán)形槽上方的mems芯片；銅柱環(huán)，其在所述基底上的所述金屬環(huán)與所述mems芯片之間延伸；以及定位在所述銅柱環(huán)的第一表面上的焊接柱環(huán)，所述銅柱環(huán)和所述焊接柱環(huán)將所述mems芯片附接到位于所述基底上的所述金屬環(huán)。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述膜部分包括防水膜部分。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述第一表面是所述銅柱環(huán)的下表面。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，mems麥克風(fēng)封裝包括后部腔，其限定在所述mems芯片內(nèi)并且在上端部分上由蓋封閉，所述蓋定位在所述mems芯片的上表面上。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述多個(gè)上層包括第一上金屬層和在所述第一上金屬層的上表面上的上焊接掩膜；并且塑料包覆件定位在所述上焊接掩膜的上表面上，從而包圍所述mems芯片。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述塑料包覆件在所述環(huán)形槽內(nèi)延伸，但不超過(guò)連接所述mems芯片和基底的所述銅密封環(huán)。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，mems麥克風(fēng)封裝包括延伸穿過(guò)所述上焊接掩膜的至少一個(gè)井，和從所述mems芯片向下延伸到所述井中的至少一個(gè)輸入/輸出柱，所述輸入/輸出柱包括上銅柱部分，通過(guò)使用定位在所述上銅柱部分的下表面上的焊接柱部分來(lái)將所述上銅柱部分焊接在對(duì)應(yīng)的井內(nèi)。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述多個(gè)上層包括中間預(yù)浸有機(jī)層和下金屬層，所述中間預(yù)浸有機(jī)層位于所述上金屬層和所述下金屬層之間，形成在所述上金屬層中的相應(yīng)的接觸墊位于每個(gè)所述井內(nèi)；以及所述對(duì)應(yīng)的輸入/輸出柱焊接到位于所述井中的所述相應(yīng)的接觸墊。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，mems麥克風(fēng)封裝包括定位在所述下聲學(xué)端口中的金屬聲學(xué)密封環(huán)。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，形成mems麥克風(fēng)封裝的方法包括：穿過(guò)多層基底的多個(gè)上層來(lái)形成上聲學(xué)端口以暴露膜部分的上表面；穿過(guò)所述多層基底的多個(gè)下層來(lái)形成下聲學(xué)端口以暴露所述膜部分的下表面；穿過(guò)所述多個(gè)上預(yù)浸層中的至少一個(gè)來(lái)形成環(huán)形槽以暴露金屬環(huán)；將mems芯片定位在所述環(huán)形槽上方；并且通過(guò)使用銅柱環(huán)和焊接柱環(huán)將所述mems芯片附接到所述金屬環(huán)，所述銅柱環(huán)在所述金屬環(huán)與所述mems芯片之間延伸，所述焊接柱環(huán)定位在所述銅柱環(huán)的第一表面上。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，形成所述上聲學(xué)端口包括穿過(guò)所述多層基底的所述多個(gè)上層來(lái)形成所述上聲學(xué)端口以暴露防水膜部分的上表面。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，形成mems麥克風(fēng)封裝的方法包括將所述焊接柱環(huán)插入到所述環(huán)形槽中；并且回流焊所述焊接柱環(huán)。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，形成mems麥克風(fēng)封裝的方法包括在所述mems芯片內(nèi)限定后部腔；并且采用蓋封閉所述后部腔的上端部分。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，形成mems麥克風(fēng)封裝的方法包括提供具有第一上金屬層和在所述第一上金屬層的上表面上的上焊接掩膜的所述多層基底；并且在所述上焊接掩膜的上表面上形成塑料包覆件，從而包圍所述mems芯片。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，形成所述塑料包覆件包括使所述塑料包覆件在所述環(huán)形槽內(nèi)流動(dòng)至（但不超過(guò)）將所述mems裝置連接到所述基底的所述銅密封環(huán)。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，形成mems麥克風(fēng)封裝的方法包括穿過(guò)所述上焊接掩膜形成至少一個(gè)井；以及定位從所述mems芯片向下延伸到所述井中的至少一個(gè)輸入/輸出柱，所述輸入/輸出柱包括上銅柱部分和下焊接柱部分；以及回流焊所述井內(nèi)的所述下焊接柱部分。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，形成mems麥克風(fēng)封裝的方法包括在所述上金屬層內(nèi)形成至少一個(gè)墊，其中形成所述至少一個(gè)井包括暴露所述至少一個(gè)墊。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，提供所述多層基底還包括：提供具有中間預(yù)浸有機(jī)層和下金屬層的多層基底，所述中間預(yù)浸有機(jī)層位于所述上金屬層和所述下金屬層之間。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，形成下聲學(xué)端口包括暴露定位在下預(yù)浸有機(jī)層上的金屬聲學(xué)密封環(huán)。

附圖說(shuō)明

圖1描繪包括聲透防水膜和銅柱環(huán)的mems麥克風(fēng)組件的側(cè)橫截面圖，該銅柱環(huán)用作包覆件壩體并且限定麥克風(fēng)前部容積；

圖2描繪圖1的mems芯片的底透視圖，其中將蓋移除并且示出銅柱環(huán)；

圖3描繪圖2的mems芯片的側(cè)平面圖；

圖4描繪圖2的mems芯片的底平面圖；

圖5描繪圖2的mems芯片的頂透視圖；

圖6描繪圖1的基底的底平面圖；

圖7描繪圖1的基底的頂平面圖；以及

圖8描繪可與圖1的mems麥克風(fēng)組件一起使用的基底的側(cè)橫截面圖。

具體實(shí)施方式

為了促進(jìn)對(duì)本公開(kāi)原理的理解的目的，現(xiàn)在將參考在附圖中示出的和在下面書(shū)面描述中描述的實(shí)施例。應(yīng)理解，不旨在由此限定本公開(kāi)的范圍。還應(yīng)理解，本公開(kāi)包括對(duì)所示實(shí)施例的任何改變和修改，并包括本公開(kāi)所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員通常能想到的本公開(kāi)原理的其他應(yīng)用。

圖1描繪mems麥克風(fēng)組件100。mems麥克風(fēng)組件100包括支撐在防水基底104上并被包圍在塑料包覆件106中的mems芯片102。蓋108定位在mems芯片102的后部腔110上方。mems芯片102還包括在圖2-5中額外地詳細(xì)示出的向下延伸的銅柱環(huán)112。在銅柱環(huán)112的下遠(yuǎn)端處，在銅柱環(huán)112的下表面上設(shè)置有焊接柱環(huán)114。在一些實(shí)施例中，焊接柱環(huán)定位在銅柱環(huán)的上表面處。如下面進(jìn)一步詳細(xì)討論的，焊接柱環(huán)114用于將mems芯片102附接到基底104。

mems芯片102還包括四個(gè)i/o形柱116,118,120和122。i/o形柱116,118,120和122中的每個(gè)包括上銅柱126,128,130和132以及下焊接柱136,138,140和142。i/o形柱116,118,120和122提供mems芯片102與基底104之間的電氣連接點(diǎn)。在不同實(shí)施例中，可包括更多個(gè)或更少個(gè)i/o形柱。

回到圖1，基底104是多層基底?；?04的底層是焊接掩膜層150。金屬層152位于焊接掩膜層150的上表面上。預(yù)浸漬（預(yù)浸）有機(jī)層154位于金屬層152與另一金屬層156之間。下層150,152,154和156中的每個(gè)被穿孔以形成終止在防水膜160處的下聲學(xué)端口158。焊接掩膜層150和金屬層152中的開(kāi)口大于其他層154和156中的開(kāi)口以允許金屬聲學(xué)密封環(huán)（墊）162定位在預(yù)浸有機(jī)層154的下表面上，如圖6進(jìn)一步所示。同樣如圖6所示，是四個(gè)封裝i/0形墊164。通常，聲學(xué)密封環(huán)162和i/o形墊164由金屬層152形成。

回到圖1，在防水膜160上方，一對(duì)金屬層166和168夾持上預(yù)浸有機(jī)層170。上焊接掩膜層172位于金屬層168的上表面上。上層172,166,168和170中的每個(gè)被穿孔以形成終止在防水膜160處的上聲學(xué)端口174。上聲學(xué)端口174與下聲學(xué)端口158對(duì)齊。

參考圖7，四個(gè)井180,192,184和186成形為穿過(guò)上焊接掩膜層172以暴露形成在金屬層168中的i/o形墊188,190,192和194的部分。環(huán)形槽196也成形為穿過(guò)上焊接掩膜層172和金屬層168以暴露預(yù)浸有機(jī)層170的環(huán)并形成金屬環(huán)171。

通過(guò)使用任何期望的制備工藝來(lái)大體完成mems麥克風(fēng)組件100的制備。例如，用于i/o形墊164和i/o形墊188,190,192和194的電氣連接可通過(guò)鉆通孔來(lái)設(shè)置在基底104內(nèi)，所述通孔然后用導(dǎo)電環(huán)氧樹(shù)脂填充或經(jīng)由電鍍技術(shù)使用標(biāo)準(zhǔn)pcb來(lái)填滿并電鍍。同樣地，通過(guò)使用任何期望工藝來(lái)夾持基底104的層。然而，在至少一個(gè)實(shí)施例中，基底104包括防水膜160。防水膜160是限制濕氣從中通過(guò)的聲透可透氣材料。在一個(gè)實(shí)施例中，防水膜160由聚四氟乙烯（ptfe）形成。因此，阻止流體通過(guò)聲學(xué)端口158和174進(jìn)入到mems芯片102中。

與已知裝置的一個(gè)不同點(diǎn)是：使用穿過(guò)上焊接掩膜層172和金屬層168的環(huán)形槽196來(lái)形成金屬環(huán)171。環(huán)171構(gòu)造成，在倒裝基片組裝過(guò)程期間使用在圖1中描繪的焊接柱環(huán)114來(lái)附接到銅柱環(huán)112。例如，通過(guò)使用在2004年1月27日公布的美國(guó)專利第6,681,982號(hào)中描述的過(guò)程的修改來(lái)形成銅柱環(huán)112和焊接柱環(huán)114。在一個(gè)實(shí)施例中，使用修改的982專利過(guò)程來(lái)形成具有80μm高度的銅柱環(huán)112，同時(shí)焊接柱環(huán)114具有20μm高度。銅柱環(huán)112和焊接柱環(huán)114都具有75μm的直徑。i/o形柱116,118,120和122分別以相同于銅柱環(huán)112和焊接柱環(huán)114的方式來(lái)形成。

因此，當(dāng)mems芯片102在倒裝基片過(guò)程期間定位在基底104上時(shí)，下焊接柱136,138,140和142定位成穿過(guò)相應(yīng)的井180,182,184和186并且與相應(yīng)的i/o形墊188,190,192和194接觸。此外，焊接柱環(huán)114定位成穿過(guò)環(huán)形槽196并與環(huán)171接觸。下焊接柱136,138,140和142然后使用回流焊工藝連接到相應(yīng)的i/o形墊188,190,192和194。焊接柱環(huán)114也在回流焊工藝期間連接到環(huán)171。銅柱環(huán)112因此在成品組件中形成麥克風(fēng)前部容積。

蓋108然后定位在mems芯片102的上端上（參見(jiàn)圖1）并且塑料包覆件包覆成型到mems芯片102和上焊接掩膜層172上。在一些實(shí)施例中，環(huán)形槽196充分大于銅柱環(huán)112，以便允許塑料包覆件106中的一些流入井中以提供增加的結(jié)合，如在圖1中所描繪。

mems麥克風(fēng)組件100因此提供mems芯片與基底之間的防水密封，其還包括整合到基底中的防水膜使得可在封裝水平下實(shí)施防水/抗水的聲學(xué)端口。這通過(guò)在防水可透氣膜上結(jié)合兩個(gè)基底芯來(lái)實(shí)現(xiàn)，該基底芯已預(yù)鉆有聲學(xué)端口孔。在一些實(shí)施例中，以插入件形式來(lái)提供防水可透氣膜。

作為示例，圖8描繪替代基底104在mems麥克風(fēng)組件100中使用的基底198?；?98是多層基底。基底198的底層是焊接掩膜層200。金屬層202位于焊接掩膜層200的上表面上。預(yù)浸有機(jī)層204位于金屬層202與另一金屬層206之間。層200,202,204和206中的每個(gè)被穿孔以形成終止在防水膜210處的下聲學(xué)端口208。焊接掩膜層200和金屬層202中的開(kāi)口大于其他層204和206中的開(kāi)口以允許金屬聲學(xué)密封環(huán)（墊）212定位在預(yù)浸有機(jī)層204的下表面上。

在防水膜210上方，一對(duì)金屬層216和218夾持上預(yù)浸有機(jī)層220。上焊接掩膜層222位于金屬層218的上表面上。層216,218,220和222中的每個(gè)被穿孔以形成終止在防水膜210處的上聲學(xué)端口224。上聲學(xué)端口224與下聲學(xué)端口208對(duì)齊。環(huán)形槽226形成為穿過(guò)上焊接掩膜層222以暴露金屬環(huán)227，并且還設(shè)置有井、通孔以及i/o形柱（未示出）。因此，基底198大體與基底104相同，并且以與基底104相同的方式組裝到mems芯片102。主要差別在于：替代膜層，防水膜210在基底芯228內(nèi)形成為插入件。

兩者的下基底允許以任何期望方式（諸如通過(guò)激光或機(jī)械地鉆通孔，該通孔然后用導(dǎo)電環(huán)氧樹(shù)脂填充或經(jīng)由電鍍技術(shù)使用標(biāo)準(zhǔn)pcb來(lái)填滿并電鍍）來(lái)提供頂部基底和底部基底之間的電氣連接。mems麥克風(fēng)組件100還包括電鍍到mems芯片形式上的銅柱環(huán)。當(dāng)芯片已結(jié)合到基底/基片承載件時(shí)，該環(huán)形成用于隨后過(guò)程的屏障。具體地，環(huán)在麥克風(fēng)組件的包覆成型過(guò)程期間形成環(huán)氧樹(shù)脂屏障。

mems麥克風(fēng)組件100因此提供包含防水/抗水性質(zhì)并允許包覆成型封裝構(gòu)造的新的半導(dǎo)體封裝形狀因數(shù)。在一些實(shí)施例中，封裝設(shè)計(jì)還解決用于將防水膜整合到mems麥克風(fēng)封裝的孔口中以避免濕氣損害的需要。此外，mems麥克風(fēng)組件100提供以下方法：使用銅柱密封環(huán)產(chǎn)生被限定的前部容積，其與標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體封裝所共通的環(huán)氧樹(shù)脂包覆成型工藝相適應(yīng)。

盡管在附圖和上文描述中已對(duì)本公開(kāi)進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明和描述，但本公開(kāi)本質(zhì)上應(yīng)被理解為示例性的而不是限制性的。應(yīng)理解，僅已呈現(xiàn)了優(yōu)選實(shí)施例，并且所有落在本公開(kāi)的精神內(nèi)的改變、修改以及其他應(yīng)用都期望得到保護(hù)。