專(zhuān)利名稱(chēng)：減小微機(jī)電系統(tǒng)上的應(yīng)力的封裝的制作方法
減小微機(jī)電系統(tǒng)上的應(yīng)力的封裝要求優(yōu)先權(quán)及相關(guān)申請(qǐng)本申請(qǐng)要求享有2010年9月18日提交的標(biāo)題為“STACKED PACKAGING OF MEMSDEVICES (MEMS器件的堆疊封裝)”的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)N0.61/384，242,2010年9月18日提交的標(biāo)題為“PACKAGE STRESS RELIEF STRUCTURE (封裝應(yīng)力消除結(jié)構(gòu))”的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng) N0.61/384，244 以及 2010 年 9 月 18 日提交的標(biāo)題為“STRESSLESS HERMETIC SEAL (無(wú)應(yīng)力的氣密密封)”的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)N0.61/384，243的優(yōu)先權(quán)，這些專(zhuān)利申請(qǐng)中的每個(gè)專(zhuān)利申請(qǐng)都以全文引用的方式并入本文。本申請(qǐng)是與2010年8月3日提交的標(biāo)題為“MICROMACHINED INERTIAL SENSORDEVICES(微機(jī)械慣性傳感器器件)”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)N0.12/849，742,2010年8月3日提交的標(biāo)題為 “MICROMACHINED DEVICES AND FABRICATING THE SAME (微機(jī)械器件及制造這種微機(jī)械器件)”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)N0.12/849,787以及2010年9月18日提交的標(biāo)題為aMICROMACHINED M0N0LITHIC6-AXIS INERTIAL SENSOR(微機(jī)械單片式六軸慣性傳感器)”的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)N0.61/384，240有關(guān)的，這些專(zhuān)利申請(qǐng)中的每個(gè)專(zhuān)利申請(qǐng)都以全文引用的方式并入本文。
背景技術(shù)：
微機(jī)電系統(tǒng)(“MEMS”)設(shè)計(jì)·者面臨許多設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。例如，減小芯片的占用面積(footprint)是微機(jī)電系統(tǒng)(“MEMS”)設(shè)計(jì)中一貫的目標(biāo)。經(jīng)常遇到的一個(gè)問(wèn)題是需要MEMS和集成電路(例如，專(zhuān)用集成電路(“ASIC”))一起作用。在某些情況下，如果MEMS和ASIC彼此靠近，則性能就會(huì)得到改善。因此，希望將這些部件彼此靠近地來(lái)進(jìn)行封裝。MEMS設(shè)計(jì)的另一目標(biāo)是降低不希望的應(yīng)力對(duì)MEMS的影響。MEMS器件上封裝應(yīng)力的主要來(lái)源是器件材料之間的熱膨脹系數(shù)(“CTE”)的不匹配。最常見(jiàn)的是有機(jī)襯底材料(例如，F(xiàn)R-4)和硅器件之間的CTE不匹配。FR-4具有約14ppm/°C的CTE，而硅具有2.9ppm/°C的CTE。如果這兩種材料使用硬的焊料被彼此粘附在一起，則當(dāng)溫度改變時(shí)，這樣的CTE不匹配就會(huì)引起應(yīng)力。許多MEMS器件的一個(gè)關(guān)鍵特征是氣密密封，其能夠阻止水流入器件中。如果水或水蒸汽滲入MEMS封裝內(nèi)，則影響MEMS性能的電容會(huì)不受控制地發(fā)生變化，從而負(fù)面地影響功能。因此，希望將MEMS密封起來(lái)以與環(huán)境隔離開(kāi)。


在附圖中(這些附圖不一定是按照比例繪制的)，相同的數(shù)字可能描述不同視圖中的類(lèi)似部件。具有不同字母后綴的相同數(shù)字可能表示類(lèi)似部件的不同例子。附圖通過(guò)示例而非限制的方式概括地示例了本申請(qǐng)中所討論的各個(gè)實(shí)施例。圖1示出了根據(jù)一示例的堆疊在ASIC上的MEMS。圖2不出了根據(jù)一不例的MEMS系統(tǒng)的橫截面。圖3示出了根據(jù)一示例的包括印刷電路板(“PCB”)的MEMS系統(tǒng)的橫截面。
圖4示出了用于將第一電氣部件連接到第二電氣部件的互連點(diǎn)。圖5示出了根據(jù)一示例的使用聚合物芯互連點(diǎn)的堆疊在ASIC和PCB上的MEMS系統(tǒng)的橫截面。圖6A示出了根據(jù)一示例的包括與可選的密封件結(jié)合的T形應(yīng)力減小元件的部件。圖6B示出了根據(jù)一示例的包括T形應(yīng)力減小元件和可選的密封件的部件。圖7A示出了根據(jù)一示例的包括限定出空隙的應(yīng)力減小元件并且與可選的密封件結(jié)合的部件。圖7B示出了根據(jù)一示例的包括限定出空隙的應(yīng)力減小元件和可選的密封件的部件。圖8A示出了根據(jù)一示例的包括與可選的密封件結(jié)合的且拐角結(jié)合的應(yīng)力減小元件的部件。圖SB示出了根據(jù)一示例的包括拐角結(jié)合的應(yīng)力減小元件和可選的密封件的部件。圖9A示出了根據(jù)一示例的包括與可選的密封件結(jié)合的環(huán)繞式應(yīng)力減小元件的部件。圖9B示出了根據(jù)一示例的包括環(huán)繞式應(yīng)力減小元件和可選的密封件的部件。圖1OA示出了根據(jù)一示例的包括與可選的密封件結(jié)合的環(huán)繞式應(yīng)力減小元件的部件。圖1OB示出了根據(jù)一示例的包括環(huán)繞式應(yīng)力減小元件和可選的密封件的部件。圖1lA示出了根據(jù)一示例的包括設(shè)置在拐角中的應(yīng)力減小元件的部件。圖1lB示出了根據(jù)一示例的包括設(shè)置在拐角中的應(yīng)力減小元件的部件。圖1lC示出了根據(jù)一示例的包括設(shè)置在拐角中的應(yīng)力減小元件的部件。圖1lD示出了根據(jù)一示例的包括設(shè)置在拐角中的應(yīng)力減小元件的部件。圖12示出了根據(jù)一示例的包括圍繞周邊布置的多個(gè)環(huán)繞式應(yīng)力減小元件的部件。圖13A示出了根據(jù)一示例的在孔晶圓中具有密封件和凹槽的器件。圖13B是圖13A中的器件的仰視圖，示出了根據(jù)一示例的布置在應(yīng)力減小構(gòu)件和孔晶圓之間的空隙。圖14A示出了根據(jù)一示例的具有密封件的器件。圖14B是圖14A中的器件的橫截面圖，示出了根據(jù)一示例的布置在應(yīng)力減小構(gòu)件和MEMS與孔晶圓之間的空隙。圖15A示出了根據(jù)一示例的具有密封件的器件。圖15B是圖15A中的器件的仰視示意圖，示出了連接點(diǎn)陣列。圖16A示出了根據(jù)一示例的包括高壓部件的器件，該高壓部件在MEMS器件(該MEMS器件包括有結(jié)合到PCB的互連點(diǎn))的側(cè)面并布置在ASIC上。圖16B是圖16A中的器件的仰視圖，示出了連接點(diǎn)陣列。圖17A示出了根據(jù)一示例的包括高壓部件的器件，該高壓部件在MEMS器件(該MEMS器件包括有結(jié)合到ASIC的互連點(diǎn))的側(cè)面并布置在ASIC上。圖17B是圖16A中的器件的仰視圖，示出了連接點(diǎn)陣列。
圖18A示出了根據(jù)一示例的具有密封件的器件，其中，MEMS使ASIC懸置著。圖18B是圖18A中的器件的仰視示意圖，示出了連接點(diǎn)陣列。圖19示出了根據(jù)一示例的結(jié)合到襯底的MEMS，其中，ASIC布置在襯底中。圖20A示出了根據(jù)一示例的具有密封件的器件，其中，位于PCB中的空隙內(nèi)的MEMS使ASIC懸置著。圖20B是圖18A中的器件的仰視示意圖，示出了連接點(diǎn)陣列。圖21示出了根據(jù)一示例的已封裝的MEMS系統(tǒng)的透視圖，該MEMS系統(tǒng)是敞開(kāi)的。圖22不出了根據(jù)一不例的已封裝的MEMS系統(tǒng)的橫截面圖，該MEMS系統(tǒng)是封合的。圖23A示出了根據(jù)一示例的具有密封件的器件，其中，ASIC使MEMS懸置著。圖23B是圖18A中的器件的仰視示意圖，示出了連接點(diǎn)陣列。圖24A示出了根據(jù)一示例的使ASIC懸置的MEMS。圖24B是圖18A中的器件的仰視示意圖，示出了連接點(diǎn)陣列。圖25示出了根據(jù)一示例的包括應(yīng)力減小構(gòu)件的蓋帽的橫截面。圖26A示出了根據(jù)一示例的包括應(yīng)力減小構(gòu)件的蓋帽的橫截面。圖26B示出了根據(jù)一示例的包括應(yīng)力減小構(gòu)件的蓋帽的橫截面。圖27示出了根據(jù)一示例的結(jié)合到一個(gè)或多個(gè)應(yīng)力減小構(gòu)件的蓋帽的橫截面。
具體實(shí)施例方式堆疊部件能夠減小MEMS器件(例如，使用振蕩檢測(cè)質(zhì)量塊(proof-mass)來(lái)測(cè)量運(yùn)動(dòng)的慣性傳感器)的尺寸。例如，將MEMS堆疊在ASIC上能夠減小封裝占用面積(footprint)。然而，由于沒(méi)有一種將電信號(hào)從ASIC的一側(cè)連接到另一側(cè)的可靠方法，因此幾乎不存在能夠?qū)崿F(xiàn)堆疊的配置。MEMS可以放置在ASIC的頂部上，并且使用引線接合(wire-bonding)來(lái)連接這兩個(gè)芯片，但是這需要引線接合(其減慢了裝配過(guò)程)，并且需要留出額外的晶片空間，以確保ASIC比MEMS大得足夠多，從而允許引線接合設(shè)備可靠地連接這兩個(gè)芯片。這增加了成本，并且增大了系統(tǒng)的尺寸。一種MEMS封裝方法涉及將ASIC放置在MEMS器件的下方，使ASIC觸碰(bump)到MEMS,并且使MEMS觸碰到PCB。雖然這種封裝設(shè)計(jì)確實(shí)消除了芯片并排布置的需要，但是由于MEMS是直接觸碰PCB的，因此產(chǎn)生了與封裝應(yīng)力有關(guān)的問(wèn)題。另一種替代方法使用觸碰到PCB的娃轉(zhuǎn)接板(silicon interposer),使得MEMS觸碰到轉(zhuǎn)接板的頂部上,并且使得ASIC觸碰到轉(zhuǎn)接板的下面。本文中所公開(kāi)的某些設(shè)計(jì)解決了使用前面提到的封裝概念所遇到的封裝應(yīng)力問(wèn)題，但是由于增加了第三晶圓而增加了封裝堆疊高度。在封裝中包含第三晶圓增加了成本，并且增大了裝配復(fù)雜性，從而降低了產(chǎn)量。對(duì)于消費(fèi)產(chǎn)品而言，高成本和低產(chǎn)量是主要問(wèn)題。本主題提供了一種新的IC加工技術(shù)一一娃通孔(“TSV”)，其使電信號(hào)能夠從ASIC的一側(cè)傳遞到另一側(cè)。這提供了一種新穎的封裝結(jié)構(gòu)，其中，MEMS器件直接放置在ASIC的頂部上，然后ASIC被安裝到印刷電路板(“PCB”)。這種封裝減小了或最小化了整個(gè)系統(tǒng)所需的占用面積，改善了性能，并且更少地或者不引入僅用于封裝目的的部件。這些優(yōu)勢(shì)使新應(yīng)用成為可能，并且通過(guò)使現(xiàn)有應(yīng)用變得更小并且降低它們的成本而改善了這些現(xiàn)有應(yīng)用。在一示例中，MEMS器件觸碰式接合到ASIC，ASIC觸碰式接合到PCB。由于不需要引線接合，因此這種封裝可以使用芯片批量加工來(lái)非?？焖俚剡M(jìn)行裝配。該種設(shè)計(jì)的封裝的另一優(yōu)勢(shì)是具有使用晶圓級(jí)封裝的能力，其中，許多MEMS和ASIC器件以晶圓級(jí)被一次封裝。這極大地提高了加工生產(chǎn)力，并且使工程師能夠采用晶圓級(jí)加工技術(shù)，從而進(jìn)一步降低了成本并且改善了功能性。圖1示出了根據(jù)一示例的堆疊在ASIC上的MEMS。在一示例中，PCV106例如經(jīng)由一組焊接點(diǎn)(solder connection) 110與ASIC104結(jié)合。在一示例中，該組焊接點(diǎn)110既將PCB電連接到ASIC，又將PCB物理地連接到ASIC。雖然示出了一組焊接點(diǎn)，但是可以?xún)H使用一個(gè)焊接點(diǎn)。在一示例中，如本文中所述的那樣，使用一組焊接點(diǎn)的方法在ASIC上提供了更少的應(yīng)力。在一示例中，ASIC104包括穿透ASIC布置的一個(gè)或多個(gè)硅通孔108。在一示例中，該一個(gè)或多個(gè)硅通孔108與一個(gè)或多個(gè)焊接點(diǎn)110是電連通的。在一示例中，一個(gè)或多個(gè)焊接點(diǎn)112將MEMS結(jié)合到ASIC。在一示例，將MEMS連接到ASIC的該一個(gè)或多個(gè)焊接點(diǎn)直接地連接到硅通孔108，如此，將MEMS電連接到ASIC并且將MEMS物理地連接到ASIC。圖2示出了根據(jù)一示例的MEMS系統(tǒng)的橫截面。在一示例中，MEMS器件212堆疊在ASIC210上，ASIC210可選擇地安裝在PCB上。在一示例中，MEMS212通過(guò)ASIC210頂側(cè)上的焊接互連點(diǎn)208附著到ASIC210。在一示例中，MEMS210被封閉在孔晶圓206和蓋帽202之間。在一示例中，蓋帽202被焊接到通孔206。其他示例將蓋帽202粘附或接合到通孔204。這樣的封閉可以為MEMS提供環(huán)境封閉和/或提供硬的機(jī)械支撐，以確保封裝應(yīng)力不會(huì)對(duì)封閉內(nèi)部的關(guān)鍵MEMS部件產(chǎn)生影響。在一示例中，通孔206和ASIC晶圓210之間的焊結(jié)點(diǎn)(solder joint) 208位于孔晶圓208的外邊緣上。焊結(jié)點(diǎn)208的這種位置能夠減小或最小化由PCB例如通過(guò)熱膨脹所產(chǎn)生的應(yīng)力的影響。減小或最小化封裝應(yīng)力的影響對(duì)MEMS器件性能是至關(guān)重要的。存在許多封裝應(yīng)力消除工具，比如，軟焊料球、軟晶片附著劑、應(yīng)力邊界層以及旨在減小或最小化由溫度變化所產(chǎn)生的應(yīng)力量的封裝設(shè)計(jì)。但是，這些技術(shù)中的許多技術(shù)是昂貴的，需要在封裝內(nèi)部實(shí)施，并且實(shí)現(xiàn)有限的應(yīng)力消除和減小。如果焊接凸點(diǎn)(bump)被直接放置在關(guān)鍵的MEMS部件下方，則在焊接凸點(diǎn)中或在PCB上所產(chǎn)生的任何小量的應(yīng)力都會(huì)損害這些關(guān)鍵部件的性倉(cāng)泛。另一方面，存在用于減小封裝應(yīng)力影響的器件級(jí)概念。減小或最小化支點(diǎn)(anchor)的尺寸和/或數(shù)量并且將用于關(guān)鍵移動(dòng)部分的支點(diǎn)移動(dòng)到封裝的中央促進(jìn)或確保了對(duì)稱(chēng)，并且減小了浮動(dòng)器件部件上的應(yīng)力，但是在一示例中，這些僅解決了針對(duì)移動(dòng)部分的應(yīng)力問(wèn)題。它們僅可以一定程度地解決固定問(wèn)題，它們無(wú)法解決非固定器件元件(比如，嵌入在孔晶圓中的平行板感應(yīng)電極)上的應(yīng)力變形問(wèn)題。另一局限性是大多數(shù)MEMS器件使用或需要許多被單獨(dú)固定的部件。在一示例中，由于這些部件被固定到彎曲的孔晶圓的不同部分，因此它們的移動(dòng)和受力將不同。在一示例中，可以通過(guò)將這些支點(diǎn)移動(dòng)地更靠近來(lái)限制封裝應(yīng)力的影響，但為了實(shí)現(xiàn)高性能規(guī)格(比如，非常低的封裝應(yīng)力效應(yīng))，希望有更好的應(yīng)力消除。由于當(dāng)前器件和封裝級(jí)應(yīng)力消除能力的局限性，現(xiàn)有的應(yīng)力消除特征并未充分地將整個(gè)MEMS系統(tǒng)與封裝應(yīng)力隔離，不足以實(shí)現(xiàn)高性能封裝應(yīng)力規(guī)格。因此，本技術(shù)提供了減小封裝應(yīng)力對(duì)MEMS器件的影響的優(yōu)勢(shì)。在一示例中，ASIC在MEMS器件(其易受到封裝應(yīng)力的影響)和那些應(yīng)力源(例如，PCB襯底)之間提供了分隔層。在考慮靈敏的高性能MEMS器件(比如，陀螺儀)，其中小的封裝應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致大的誤差信號(hào)時(shí)，提供這樣的層是一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)。在一示例中，本文中所討論的封裝應(yīng)力消除結(jié)構(gòu)將微型機(jī)械器件與襯底封裝應(yīng)力分隔開(kāi)。在一示例中，應(yīng)力得到減小的器件是六自由度慣性傳感器。然而，可以在許多其他需要低封裝應(yīng)力的MEMS器件中容易地實(shí)施該封裝應(yīng)力消除結(jié)構(gòu)。在一示例中，本主題提供了構(gòu)建在一個(gè)或多個(gè)MEMS硅層內(nèi)的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)將關(guān)鍵的器件部件與封裝應(yīng)力分隔開(kāi)。在一示例中，焊接互連點(diǎn)遠(yuǎn)離關(guān)鍵部件放置。在一示例中，在硅內(nèi)蝕刻出應(yīng)力消除特征，硅將那些互連點(diǎn)連接到關(guān)鍵部件，以形成柔性區(qū)域，這些柔性區(qū)域吸收由硅和襯底的不匹配熱膨脹所產(chǎn)生的變形和應(yīng)力。圖3示出了根據(jù)一示例的包括印刷電路板(“PCB”)的MEMS系統(tǒng)的橫截面。在一示例中，例如使用一組焊接互連點(diǎn)320將ASIC318結(jié)合到PCB322。在一示例中，例如使用焊接點(diǎn)316將通孔層或通孔310結(jié)合到ASIC318。在一示例中，焊接點(diǎn)布置在應(yīng)力減小構(gòu)件上，通孔310的主體和應(yīng)力減小構(gòu)件(例如，柔性臂)之間限定出間隙(gap)或凹槽312。在一示例中，MEMS306經(jīng)由支點(diǎn)308結(jié)合到通孔310。在一示例中，蓋帽302結(jié)合到通孔310。在一示例中，間隙306布置在蓋帽302和MEMS306之間。在一示例中，間隙306布置在通孔310和MEMS306之間。在一不例中，間隙是氣密密封的。在一不例中，氣體布置在間隙中。在一不例中，氣體是除大氣以外的氣體。在一不例中，間隙處于比環(huán)境大氣更低的壓力下。圖3中示出了封裝應(yīng)力消除結(jié)構(gòu)的示例。在該結(jié)構(gòu)中，MEMS器件306堆疊在ASIC318上，ASIC318然后被安裝到PCB322 (襯底)上。MEMS306通過(guò)封裝應(yīng)力消除結(jié)構(gòu)的柔性臂上的焊接互連點(diǎn)316被附著到ASIC318，封裝應(yīng)力消除結(jié)構(gòu)的柔性臂用于保護(hù)有源MEMS器件306免受封裝應(yīng)力的影響。這些臂在應(yīng)力下自由地變形，并且不會(huì)將不希望的變形或應(yīng)力傳遞到關(guān)鍵的MEMS器件部件。在一示例中，由于ASIC上的機(jī)械變形和應(yīng)力不會(huì)損害ASIC性能，因此ASIC可以被用作硅MEMS器件和有機(jī)襯底之間的額外的分隔層，以進(jìn)一步減小MEMS器件上的應(yīng)力。在一示例中，ASIC/PCB互連點(diǎn)320被盡可能緊密地聚集在ASIC的中央處，以限制硅和FR-4襯底進(jìn)行連接的距離。由于封裝應(yīng)力是因熱膨脹和熱收縮的差異而發(fā)生的，因此距離越短，膨脹不匹配就越小，并且所產(chǎn)生的應(yīng)力就越小。在一示例中，移動(dòng)的MEMS器件被封閉在孔晶圓310和蓋帽302之間，以為MEMS提供環(huán)境封閉和硬的機(jī)械支撐，從而確保應(yīng)力不會(huì)對(duì)封閉內(nèi)部的關(guān)鍵MEMS部件產(chǎn)生影響。在一示例中，孔晶圓還包含有關(guān)鍵的感應(yīng)電極，這些感應(yīng)電極測(cè)量移動(dòng)塊的位移。在一示例中，通孔310和ASIC318晶圓之間的焊結(jié)點(diǎn)316位于封閉盒外部的孔晶圓的柔性區(qū)域上，以在不影響已封閉的MEMS器件306的情況下允許松弛應(yīng)力和變形。在一示例中，ASIC318附著到PCB322的中央處，以限制CTE不匹配的材料進(jìn)行連接的區(qū)域范圍。圖4示出了用于將第一電氣部件連接到第二電氣部件的互連點(diǎn)。在一示例中，該圖示出了已封裝的MEMS器件的部件之間的互連點(diǎn)。在一示例中，該圖示出了 ASIC到PCB的焊結(jié)點(diǎn)配置。凸點(diǎn)402被盡可能緊密地一起聚集在器件404的中央內(nèi)，以限制CTE不匹配起作用的距離。這導(dǎo)致產(chǎn)生最小的封裝應(yīng)力，并且使必須由應(yīng)力減小機(jī)構(gòu)所吸收的封裝應(yīng)力最小化。圖5示出了根據(jù)一示例的使用聚合物芯互連點(diǎn)的堆疊在ASIC和PCB上的MEMS系統(tǒng)的橫截面?？梢允褂酶鞣N材料來(lái)將一個(gè)部件互連到另一個(gè)部件。例如，各種材料可以將ASIC504連接到PCB514。可考慮的材料包括但不局限于SAC、Sn_Ag和聚合物芯512銅互連點(diǎn)510，聚合物芯512銅互連點(diǎn)510利用了低剛度的聚合物芯512。在一些示例中，銅互連點(diǎn)510在互連的硅側(cè)和/或襯底側(cè)上還包括低剛度應(yīng)力邊界層(SBL)，以減小從襯底轉(zhuǎn)移到硅的應(yīng)力。在一示例中，該互連是較柔韌的，并且減小了傳遞到ASIC506和MEMS502的應(yīng)力。所示出的示例顯示了穿過(guò)ASIC506延伸到銅互連點(diǎn)510的通孔508,但本主題并不是被如此限制的。所示出的示例顯示了將MEMS502和AS IC506之間的內(nèi)部空間進(jìn)行密封的密封環(huán)504，但本主題并不是被如此限制的。環(huán)(例如，焊料環(huán))中所使用的材料在各種示例中可以不同。各種示例提供了應(yīng)力減小的密封或無(wú)應(yīng)力的密封(例如，氣密密封)。這樣的密封可以使用如本文中所闡述的不同的芯片級(jí)焊料應(yīng)力松弛機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)施。通過(guò)數(shù)個(gè)示例，示出了這樣的應(yīng)力減小的氣密密封或無(wú)應(yīng)力的氣密密封，其與每個(gè)焊料應(yīng)力松弛機(jī)構(gòu)有關(guān)或無(wú)關(guān)(由撇號(hào)后綴所指定)。在這些示例中的每個(gè)示例中，應(yīng)力松弛機(jī)構(gòu)可以用于將ASIC互連到MEMS器件。在一些示例中，應(yīng)力松弛機(jī)構(gòu)可以用于將另一部件，例如蓋帽或通孔，連接到MEMS器件。圖6至圖12中提供了數(shù)個(gè)示例，但本主題并不是被如此限制的。圖6A示出了根據(jù)一示例的包括與可選的密封件結(jié)合的T形或翼形的應(yīng)力減小元件的部件。圖6B示出了根據(jù)一示例的包括T形應(yīng)力減小元件和可選的密封件的部件。在各種示例中，能夠在ASIC604內(nèi)蝕刻出應(yīng)力消除特征。圖6A和圖6B以及本文中所討論的其他圖示出了可能的應(yīng)力消除設(shè)計(jì)。在所示出的配置中，將ASIC604連接至PCB的凸點(diǎn)608放置在遠(yuǎn)離MEMS602的柔性臂610上，以彎曲并且減小從PCB傳遞到MEMS602的應(yīng)力。這允許凸點(diǎn)臂更柔韌，并且改善了對(duì)稱(chēng)性。在一示例中，凸點(diǎn)608移動(dòng)到外面，并且柔性臂610到MEMS602的連接點(diǎn)被移動(dòng)到柔性臂的中央。這允許凸點(diǎn)臂更柔韌，并且改善了對(duì)稱(chēng)性。在一示例中，密封環(huán)606包圍MEMS602和ASIC604。在一示例中，密封環(huán)布置在ASIC604和另一器件(例如，MEMS、PCB或通孔)之間。如本文中所教導(dǎo)的那樣，密封環(huán)能夠可選擇地實(shí)現(xiàn)為MEMS組件蓋帽的一部分。圖7A示出了根據(jù)一示例的包括限定出空隙的應(yīng)力減小元件并且與可選的密封件結(jié)合的部件。圖7B示出了根據(jù)一示例的包括限定出空隙的應(yīng)力減小元件和可選的密封件的部件。在一示例中，順從特征(compliantfeatures) 710實(shí)現(xiàn)在柔性臂712上，以減小封裝應(yīng)力對(duì)有源MEMS部件702產(chǎn)生的影響。在一示例中，焊接互連點(diǎn)708放置在每個(gè)臂710的遠(yuǎn)端。在一示例中，布置在臂712和ASIC704之間的順從特征限定出空隙。在一示例中，空隙是與臂712的長(zhǎng)度平行的縱向布置的細(xì)長(zhǎng)矩形。在一示例中，順從特征710集中在ASIC704的一側(cè)上。在一示例中，密封環(huán)706包圍MEMS702和ASIC704。在一示例中，密封環(huán)布置在ASIC704和另一器件(例如，MEMS, PCB或通孔)之間。
圖8A示出了根據(jù)一示例的包括與可選的密封件結(jié)合的且拐角結(jié)合的應(yīng)力減小元件的部件。圖8B示出了根據(jù)一示例的包括拐角結(jié)合的應(yīng)力減小元件和可選的密封件的部件。在該配置中，柔性臂810將焊結(jié)點(diǎn)808布置成遠(yuǎn)離臂與MEMS封閉圖802的連接處。在一示例中，每個(gè)臂在ASIC804—側(cè)的拐角的鄰近處結(jié)合，并且沿著ASIC804的該側(cè)延伸。在一示例中，該臂沿著ASIC804的該側(cè)且平行于ASIC804延伸。在一示例中，臂810沿著其長(zhǎng)度具有均一的矩形橫截面，但本主題并不是被如此限制的。在一示例中，密封環(huán)806包圍MEMS802和ASIC804。在一示例中，密封環(huán)布置在ASIC804和另一器件(例如，MEMS、PCB或通孔)之間。圖9A示出了根據(jù)一示例的包括與可選的密封件結(jié)合的環(huán)繞式應(yīng)力減小元件的部件。圖9B示出了根據(jù)一示例的包括環(huán)繞式應(yīng)力減小元件和可選的密封件的部件。在該示例中，凸點(diǎn)908放置在彎折臂910上，以進(jìn)一步提高柔韌性并減小從襯底傳遞到MEMS902的應(yīng)力。在該配置中，彎曲臂910將焊結(jié)點(diǎn)908布置成遠(yuǎn)離臂與MEMS封閉圖902的連接處。在一示例中，每個(gè)臂在ASIC904 —側(cè)的拐角的鄰近處結(jié)合，并且沿著ASIC904的該側(cè)和相鄰側(cè)進(jìn)行延伸。在一示例中，該臂沿著ASIC904的該側(cè)且平行于該側(cè)以及沿著ASIC904的該相鄰側(cè)并平行于該相鄰側(cè)延伸。在一示例中，臂910沿著其長(zhǎng)度具有均一的矩形橫截面，但本主題并不是被如此限制的。在一示例中，密封環(huán)906包圍MEMS902和ASIC904。在一示例中，密封環(huán)布置在ASIC904和另一器件(例如，MEMS、PCB或通孔)之間。圖1OA示出了根據(jù)一示例的包括與可選的密封件結(jié)合的環(huán)繞式應(yīng)力減小元件的部件。圖1OB示出了根據(jù)一示例的包括環(huán)繞式應(yīng)力減小元件和可選的密封件的部件。在一示例中，在孔晶圓或ASIC1004內(nèi)蝕刻出凹槽，以將焊結(jié)點(diǎn)1008與有源MEMS元件702分隔開(kāi)。在一示例中，這允許焊結(jié)點(diǎn)1008能夠明顯地移動(dòng)而不會(huì)對(duì)關(guān)鍵元件(例如，MEMS1002)產(chǎn)生應(yīng)力，從而減小了封裝應(yīng)力對(duì)器件性能的影響。在一示例中，密封環(huán)1006包圍整個(gè)器件，并且與應(yīng)力消除凹槽限定構(gòu)件(stressrelief groove-defining member) 1010連接。在一示例中，密封環(huán)1006幾乎全部地或完全地不與焊料應(yīng)力消除臂1010連接。在一示例中，這使得密封環(huán)1006和焊料應(yīng)力消除臂1010更具有柔韌性。圖1lA示出了根據(jù)一示例的包括設(shè)置在拐角中的應(yīng)力減小元件的部件。在一示例中，器件1106在四個(gè)拐角的每個(gè)拐角中都包括一組1102互連點(diǎn)，但是可以使用更少的拐角，或者該組1102可以布置在器件1106上的其他地方。在一示例中，在器件1106中在撓性支承部分和主體之間限定出間隙。在一示例中，該間隙圍繞組1102延伸，即從第一側(cè)的鄰近處出發(fā)，并且圍繞組1102蜿蜒到相鄰側(cè)。在一示例中，該間隙還沿著相鄰側(cè)延伸一小段。圖1lB示出了根據(jù)一示例的包括設(shè)置在拐角中的應(yīng)力減小元件的部件。在一示例中，器件‘1106在四個(gè)拐角的每個(gè)拐角中都包括一組‘1102互連點(diǎn)，但是可以使用更少的拐角，或者該組‘1102可以布置在器件‘1106上的其他地方。在一示例中，在器件‘1106中在撓性支承部分和主體之間限定出間隙。在一示例中，該間隙圍繞組‘1102延伸，即從第一側(cè)的鄰近處出發(fā)，并且圍繞組‘1102蜿蜒到相鄰側(cè)。在一示例中，間隙還沿著大部分的相鄰側(cè)延伸。圖1lC示出了根據(jù)一示例的包括設(shè)置在拐角中的應(yīng)力減小元件的部件。在一示例中，器件“1106在四個(gè)拐角的每個(gè)拐角中都包括一組“1102互連點(diǎn)，但是可以使用更少的拐角，或者該組“1102可以布置在器件“1106上的其他地方。在一示例中，在“1106中在撓性支承部分和主體之間限定出間隙。在一示例中，該間隙圍繞組“1102延伸，即從第一側(cè)的鄰近處出發(fā)，并且圍繞組“1102蜿蜒到相鄰側(cè)。圖1lD示出了根據(jù)一示例的包括設(shè)置在拐角中的應(yīng)力減小元件的部件。在一示例中，器件“‘1106在四個(gè)拐角的每個(gè)拐角中都包括一排“‘1102互連點(diǎn)，但是可以使用更少的拐角，或者該排“ ‘ 1102可以布置在器件“ ‘ 1106上的其他地方。在一示例中，在器件“ ‘ 1106中在撓性支承部分和主體之間限定出間隙。在一示例中，間隙垂直于一側(cè)延伸，接著圍繞該排互連點(diǎn)“ ‘ 1102延伸，然后垂直并鄰近于相鄰側(cè)延伸。上述是用于將凸點(diǎn)放置在ASIC的四個(gè)拐角處，從而減小封裝應(yīng)力消除結(jié)構(gòu)對(duì)整體晶片尺寸的影響的四種不同選擇。圖12示出了根據(jù)一示例的包括圍繞周邊布置的多個(gè)環(huán)繞式應(yīng)力減小元件的部件。在該示例中，每個(gè)焊接凸點(diǎn)1208分別是由柔性彈簧或撓性支承支撐的。該配置有助于減小在其他配置中所看到的來(lái)自多個(gè)凸點(diǎn)的組合應(yīng)力。在該配置中，凸點(diǎn)1208放置在彎折臂1210上，以進(jìn)一步提高柔韌性并減小從襯底傳遞到MEMS1202的應(yīng)力。在該配置中，彎折臂1210將焊結(jié)點(diǎn)1208布置成遠(yuǎn)離臂與MEMS封閉圖1202的連接處。在一示例中，每個(gè)臂結(jié)合到ASIC1204的一側(cè)，并且沿著ASIC1204的該側(cè)延伸。在一示例中，該臂沿著ASIC1204的該側(cè)并平行于該側(cè)沿著該側(cè)延伸。在一示例中，臂1210沿著其長(zhǎng)度具有均一的矩形橫截面，但本主題并不是被如此限制的。圖13A示出了根據(jù)一示例的在孔晶圓中具有密封件和凹槽的器件。圖13B是圖13A中的器件的仰視圖，示出了根據(jù)一示例的布置在應(yīng)力減小構(gòu)件和孔晶圓之間的空隙。該示例減小了晶片尺寸，并且改變了密封環(huán)1312和有源MEMS1308之間的順從性機(jī)制(compliance mechanism)。在該示例中，焊接互連點(diǎn)1310是為了將通孔1308互連到襯底(例如，PCB)。在一示例中，間隙1322沿著拐角中相鄰的兩側(cè)被布置在通孔中，以允許PCB到通孔130的CTE不匹配。在一示例中，另一間隙1324沿著每一側(cè)延伸。在一示例中，額外的間隙被布置在通孔1308中，例如，圍繞與用于MEMS器件層1306的支點(diǎn)1320相連的連接點(diǎn)。在一示例中，粘合劑或焊料1304將蓋帽1302結(jié)合到器件層1306。在一示例中，MEMS器件層1306包括有一個(gè)或多個(gè)間隙1318，例如，以例如在MEMS器件層的一部分發(fā)生振蕩的情況下實(shí)現(xiàn)MEMS器件層1306的功能，和/或以進(jìn)一步隔離熱膨脹導(dǎo)致的不匹配。圖14A示出了根據(jù)一示例的具有密封件的器件。圖14B是圖14A中的器件的橫截面圖，示出了根據(jù)一示例的布置在應(yīng)力減小構(gòu)件和MEMS與孔晶圓之間的空隙。在該配置中，焊接互連點(diǎn)1406和有源MEMS器件1402之間的順從性機(jī)構(gòu)1412利用了孔晶圓1408和器件層1402，而不是僅利用孔晶圓1408。在一示例中，孔晶圓1408包括連接部分1410，該連接部分1410比孔晶圓1408的剩余部分更薄。這允許實(shí)現(xiàn)平面外的順從性機(jī)制(out of plane compliance mechanism)，從而改善了應(yīng)力抑制(stress rejection)。在一示例中，封裝應(yīng)力消除結(jié)構(gòu)的其他配置僅被構(gòu)建在孔晶圓1408中。在一示例中，由于自由度增加，因此該修改方案能夠提高柔韌性。在該配置中，密封環(huán)1404和有源部件1402之間的順從性機(jī)構(gòu)1412利用了孔晶圓1408和器件層1402，而不是僅利用孔晶圓1408。在一示例中，這允許實(shí)現(xiàn)平面外的順從性機(jī)制，從而改善了應(yīng)力抑制。在一示例中，在多個(gè)封裝配置中能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)力減小的氣密密封或無(wú)應(yīng)力的氣密密封。它是MEMS芯片的一部分，而不是整個(gè)封裝配置或幾何結(jié)構(gòu)的功能。本文中示出了能夠支持無(wú)應(yīng)力的氣密密封技術(shù)的封裝配置。圖15-24示出了幾種密封件的示例。圖15A示出了根據(jù)一示例的具有密封件的器件。圖15B是圖15A中的器件的仰視示意圖，示出了連接點(diǎn)陣列。該圖示示出了用于具有許多將ASIC連接到PCB的凸點(diǎn)的堆疊封裝的凸點(diǎn)配置，示例了使用多個(gè)不同ASIC實(shí)現(xiàn)封裝應(yīng)力消除結(jié)構(gòu)的可能性。在該示例中，MEMS器件1502(例如，六自由度慣性傳感器)位于ASIC1514的頂上，焊接互連點(diǎn)1504將它們連接起來(lái)，并且密封環(huán)1506提供密封，例如以保護(hù)密封的內(nèi)部免受環(huán)境的影響。ASIC通過(guò)多個(gè)焊接互連點(diǎn)1508結(jié)合到PCB1510(諸如，F(xiàn)R-4)。在該示例中，底部填料1512布置在 ASIC1514 和 PCB1510 之間。圖16A示出了根據(jù)一示例的包括高壓部件的器件，該高壓部件在MEMS器件(該MEMS器件包括有結(jié)合到PCB的互連點(diǎn))的側(cè)面并布置在ASIC上。圖16B是圖16A中的器件的仰視圖，示出了連接點(diǎn)陣列。在一示例中，該封裝配置通過(guò)將MEMS1602直接觸碰到PCB1610并且使用在MEMS1602和PCB1610之間的腔中的觸碰MEMS的較小的ASIC1612，來(lái)改善堆疊高度。該配置可以使用位于MEMS1062下方的一個(gè)或多個(gè)晶片來(lái)實(shí)現(xiàn)，該一個(gè)或多個(gè)晶片包括ASIC1612、高壓ASIC1606、壓力傳感器、和/或能安裝在MEMS1602和PCB1610之間的腔中的任何其他傳感器或芯片?；蛘?，如果ASIC1612比MEMS1602大，則MEMS1602和ASIC1612可以容易地轉(zhuǎn)換位置，其中，ASIC1612碰到PCB1610，并且一個(gè)或多個(gè)晶片(包括MEMS1602)在ASIC1612下方的腔中觸碰到ASIC1612。在一示例中，該配置減少了對(duì)TSV技術(shù)的需要。圖17A示出了根據(jù)一示例的包括高壓部件的器件，該高壓部件在MEMS器件(該MEMS器件包括有結(jié)合到ASIC的互連點(diǎn))的側(cè)面并布置在ASIC上。圖17B是圖16A中的器件的仰視圖，示出了連接點(diǎn)陣列。在該示例性配置中，MEMS晶片1702連同第二高壓能力ASIC1716—起觸碰到主ASIC1712的頂上。后通孔(via last) 1714已經(jīng)被添加到主ASIC1712上，以將電信號(hào)從主ASIC1712的一側(cè)傳遞到另一側(cè)。主ASIC1712觸碰到PCB1710上。這是與添加觸碰到主ASIC17112上的高壓ASIC1706并且替換焊接凸點(diǎn)的配置相類(lèi)似的。當(dāng)主ASIC1712上的區(qū)域允許時(shí)，其他傳感器或芯片可以被添加到該配置中。在一示例中，密封環(huán)1708為MEMS和ASIC之間的腔提供了防潮層。圖18A示出了根據(jù)一示例的具有密封件的器件，其中，MEMS使ASIC懸置著。圖18B是圖18A中的器件的仰視示意圖，示出了連接點(diǎn)陣列。該示例通過(guò)將MEMS1802直接觸碰到PCB1808并且使用在MEMS1802和PCB1808之間的腔中的觸碰到MEMS1802的較小的ASIC1812，來(lái)改善堆疊高度。該配置可以使用位于MEMS1802下方的一個(gè)或多個(gè)晶片來(lái)實(shí)現(xiàn)，該一個(gè)或多個(gè)晶片包括ASIC1812、單獨(dú)的高壓ASIC1812、壓力傳感器、和/或?qū)惭b在MEMS1802和PCB1808之間的腔中的任何其他傳感器或芯片。在一示例中，如果ASIC1812比MEMS1802大，則MEMS1802和ASIC1812可以容易地轉(zhuǎn)換位置，其中，ASIC1812觸碰到PCB1808，并且多個(gè)晶片(包括MEMS1802)在ASIC1812下方的腔中觸碰到ASIC1812。在一示例中，聚合物芯1806銅導(dǎo)體1804將MEMS1802互連到PCB1808。在一示例中，銅互連點(diǎn)1814、1818將MEMS1802互連到ASIC1812。該示例性配置減少或消除了對(duì)TSV技術(shù)的需要。在一示例中，該封裝可以使用不同的凸點(diǎn)配置來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果氣密密封是期望的，則這可以使用封閉某些部分的焊料環(huán)1816或使用提供氣密密封的抗?jié)裥缘撞刻盍蟻?lái)實(shí)現(xiàn)。圖19示出了根據(jù)一示例的結(jié)合到襯底通孔互連點(diǎn)1904的MEMS1902，其中，ASIC1912布置在襯底中。在該示例性配置中，ASIC1912和高壓ASIC1908被嵌入在襯底1906 (例如聚合物襯底)中，該襯底1906將電信號(hào)從MEMS1902路由到ASIC1912和1914處的PCB。該示例能夠減少或消除對(duì)ASIC上的硅通孔(TSV)的需要。圖20A示出了根據(jù)一示例的具有密封件的器件，其中，位于PCB中的空隙內(nèi)的MEMS使ASIC懸置著。圖20B是圖18A中的器件的仰視示意圖，示出了連接點(diǎn)陣列。在該配置中，PCB2006被沖印有用于使MEMS安裝在其中的洞，并且具有附著的MEMS的ASIC2004被輕壓(flip)并觸碰到PCB2006上。該配置在ASIC中不需要TSV，并且它放松了對(duì)MEMS晶片高度的限制，因?yàn)镸EMS被放置于在較厚的PCB2006中形成的洞內(nèi)。在該示例中，MEMS包括蓋帽2008、器件層2010和通孔層2012。在一示例中，集中位于MEMS上的一組互連點(diǎn)2014將MEMS 互連到 ASIC2004。圖21示出了根據(jù)一示例的已封裝的MEMS系統(tǒng)的透視圖，其中，該MEMS系統(tǒng)是敞開(kāi)的。可以在MEMS芯片上容易地實(shí)現(xiàn)封裝應(yīng)力消除結(jié)構(gòu)，該MEMS芯片然后被放置在敞開(kāi)的標(biāo)準(zhǔn)方形扁平無(wú)引腳(“QFN”)封裝中。在一示例中，ASIC2110被引線接合到封裝的焊墊2108。塑料包裝2102使焊墊2108和MEMS組件定位。MEMS組件包括ASIC2110。晶片附著劑2112用來(lái)將ASIC2110結(jié)合到芯片的其余部分。某些示例包括銅引線框架(Ieadframe)2114。圖22不出了根據(jù)一不例的已封裝的MEMS系統(tǒng)的橫截面圖，該MEMS系統(tǒng)是封合的?？梢栽贛EMS芯片上容易地實(shí)現(xiàn)封裝應(yīng)力消除結(jié)構(gòu)，該MEMS芯片然后被放置在封合的方形扁平無(wú)引腳(“QFN”)封裝中。在一示例中，ASIC2214被引線接合到封裝的焊墊2212。塑料包裝2202使焊墊2212和MEMS組件定位。MEMS組件包括ASIC2214。也可以使用硅膠2204在封閉的QFN封裝中實(shí)現(xiàn)封裝應(yīng)力消除結(jié)構(gòu)。硅膠2204被用作屏障，以阻止塑料與MEMS器件相接觸。底部填料2216可選地布置在ASIC和MEMS晶片2218之間，但是可以使用另一密封技術(shù)(例如，密封環(huán))。圖23A示出了根據(jù)一示例的具有密封件的器件，其中，ASIC使MEMS懸置著。圖23B是圖1gA中的器件的仰視示意圖，示出了連接點(diǎn)陣列。在該示例性配置中，MEMS2316觸碰到ASIC，ASIC然后觸碰到轉(zhuǎn)接板框架(interposer frame) 2308的頂部上。轉(zhuǎn)接板框架2308在有源MEMS元件和PCB之間提供額外的分隔層，以進(jìn)一步減小關(guān)鍵部件上的應(yīng)力。在該示例中，間隙2304布置在MEMS2316和轉(zhuǎn)接板框架2308之間。在一示例中，塑料包裝2306布置在轉(zhuǎn)接板框架2308、ASIC和MEMS上方。在一示例中，焊料2310將PCB的焊墊結(jié)合到某些示例中的轉(zhuǎn)接板框架2308。在一示例中，底部填料2302布置在MEMS2316和ASIC之間，但是可以使用密封環(huán)。在一示例中，一組互連點(diǎn)2318將ASIC和MEMS互連起來(lái)。圖24A示出了根據(jù)一示例的使ASIC懸置的MEMS。圖24B是圖18A中的器件的仰視示意圖，示出了連接點(diǎn)陣列。上方的圖示出了可以在負(fù)鼠封裝(possum package)中實(shí)施的凸點(diǎn)配置。在該配置中，底部填料2404集中在焊接凸點(diǎn)2402的周?chē)?，以提供氣密密封同時(shí)保護(hù)關(guān)鍵的MEMS部件。在該示例中，通過(guò)包括有用于限定密封的底部填料的凸點(diǎn)來(lái)將MEMS2410結(jié)合到封裝襯底2412。通過(guò)包括有用于限定密封的底部填料的凸點(diǎn)來(lái)將ASIC2408 結(jié)合到 MEMS2410。許多MEMS器件的一個(gè)重要特征是氣密密封，其能夠防止水流入器件中。這在通過(guò)焊料觸碰到ASIC上的MEMS器件中是特別重要的。MEMS和ASIC之間的間隙兩端的電容對(duì)系統(tǒng)性能來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。如果水或水蒸汽滲入MEMS和ASIC之間的腔內(nèi)，則這些電容將不受控制地發(fā)生變化并且負(fù)面地影響系統(tǒng)。免受封裝應(yīng)力的影響是同等重要的。封裝應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致關(guān)鍵的MEMS部件彎曲并且撓曲，從而改變電容間隙并且使彈簧撓曲，導(dǎo)致電容讀出錯(cuò)誤和自然頻移。MEMS器件上的封裝應(yīng)力的主要來(lái)源是器件材料之間的熱膨脹系數(shù)(CTE)的不匹配。最常見(jiàn)的是有機(jī)襯底材料(通常為FR-4)和硅器件之間的CTE不匹配。FR-4具有約14ppm/°C的CTE，而硅具有
2.9ppm/°C的CTE。如果這兩種材料被彼此粘附在一起，則當(dāng)溫度改變時(shí)，將會(huì)發(fā)生這樣的CTE不匹配。存在兩種主要方法來(lái)保護(hù)器件不受潮:將抗潮環(huán)氧樹(shù)脂注入到關(guān)鍵的腔內(nèi)，或者使用氣密的密封環(huán)將這些關(guān)鍵的 腔完全地封閉起來(lái)。這兩種方法在關(guān)鍵的MEMS部件上引起顯著的熱封裝應(yīng)力。如果使用環(huán)氧樹(shù)脂底部填料，則環(huán)氧樹(shù)脂通常與硅沒(méi)有良好的CTE匹配。這在MEMS器件上引入了熱應(yīng)力。該效應(yīng)可以通過(guò)使用氧化硅填充物來(lái)稍微減輕，以調(diào)節(jié)底部填料的整體CTE。但是，填充物使底部填料變硬，這惡化了第二個(gè)問(wèn)題，即，填充在MEMS和ASIC之間的腔中的硬質(zhì)底部填料造成了從MEMS到ASIC的硬連接。這將所有的ASIC應(yīng)力和變形傳遞到MEMS，這是會(huì)極大地?fù)p害器件性能的重大問(wèn)題。密封環(huán)消除了對(duì)底部填充材料的需要，但是以其他方式引入了同樣的問(wèn)題。氣密的密封環(huán)是放置在MEMS器件的外邊緣下方的厚金屬環(huán)。該大的金屬環(huán)具有與硅不同的CTE,從而在溫度變化的情況下在MEMS器件上引起應(yīng)力和變形。金屬環(huán)也提供了 MEMS和ASIC之間的硬連接。此外，這導(dǎo)致ASIC上的任何應(yīng)力或變形傳遞到MEMS，并且影響性能。對(duì)于高性能器件而言，高性能器件需要不會(huì)產(chǎn)生封裝應(yīng)力的氣密密封，這些解決方案都是不能勝任的。因此需要更低應(yīng)力機(jī)制。所公開(kāi)的應(yīng)力減小的氣密密封或無(wú)應(yīng)力的氣密密封提供了防潮層，以阻止水滲入關(guān)鍵的電容間隙并損害電容間隙的性能。不像其他密封方法那樣，該新穎的設(shè)計(jì)在不引起大的封裝應(yīng)力的情況下實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)。使用中的當(dāng)前應(yīng)用是六自由度慣性傳感器。然而，也可以在需要防潮層的許多其他MEMS器件中容易地實(shí)施該無(wú)應(yīng)力的氣密密封。保護(hù)這種腔不受潮的一個(gè)普遍方式是在MEMS和ASIC之間圍繞關(guān)鍵的器件部件沉積焊料環(huán)。然而，如果在ASIC上存在任何封裝應(yīng)力，則這些應(yīng)力將轉(zhuǎn)移到關(guān)鍵的MEMS部件，除非無(wú)應(yīng)力的氣密密封應(yīng)力消除結(jié)構(gòu)被并入在密封環(huán)和關(guān)鍵的部件之間。通過(guò)數(shù)個(gè)示例，本主題提供了構(gòu)建在一個(gè)或多個(gè)MEMS器件硅層中的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)將關(guān)鍵的器件部件與在硅和密封環(huán)之間的界面處產(chǎn)生的任何應(yīng)力分隔開(kāi)。密封環(huán)遠(yuǎn)離關(guān)鍵部件設(shè)置，并且應(yīng)力消除結(jié)構(gòu)被蝕刻在硅內(nèi)，以產(chǎn)生減小不匹配的熱膨脹的影響的柔性區(qū)域。圖25至圖27和涉及密封件的其他圖中示出了密封件的示例。圖25示出了根據(jù)一示例的包括應(yīng)力減小構(gòu)件的蓋帽的橫截面。在該示例中,MEMS器件2526堆疊在ASIC2512上。應(yīng)力減小構(gòu)件用來(lái)將MEMS的VIA互連到ASIC。應(yīng)力減小構(gòu)件在這里被討論，并且限定出布置在焊接互連點(diǎn)和通孔的主中心部分之間的凹槽2520。在一示例中，ASIC2512安裝在PCB2530上。無(wú)應(yīng)力的氣密密封件由多層硅所制造的柔性彎折膜2542實(shí)現(xiàn)。MEMS2526附著到ASIC2512，使得無(wú)應(yīng)力的氣密密封件提供防潮層而不會(huì)在在有源MEMS器件上產(chǎn)生應(yīng)力。MEMS/ASIC互連點(diǎn)可以遠(yuǎn)離關(guān)鍵的MEMS器件元件2526被放置在柔性臂2544上。在一示例中，密封環(huán)2524包圍部件(包括這些柔性臂2544)。這些臂2544在應(yīng)力下自由地變形，并且不會(huì)將不希望的變形或應(yīng)力傳遞到關(guān)鍵的MEMS器件部件。密封環(huán)2524包圍期望的部件并且在MEMS下方的腔中提供氣密性，并且無(wú)應(yīng)力的氣密密封保護(hù)MEMS免受密封環(huán)中產(chǎn)生的或通過(guò)密封環(huán)傳遞的任何應(yīng)力的影響。由于ASIC上的機(jī)械變形和應(yīng)力不會(huì)損害ASIC性能，因此ASIC可以被用作硅MEMS器件和襯底2530 (例如，有機(jī)襯底)之間的額外的分隔層，以進(jìn)一步減小MEMS器件上的應(yīng)力。由于應(yīng)力是因熱膨脹和熱收縮的差異而發(fā)生的，所以限制硅和FR-4襯底進(jìn)行連接的距離是有益的。為此，ASIC/PCB互連點(diǎn)盡可能緊密地聚集在ASIC的中央處，正如本文中所教導(dǎo)的那樣。在一示例中，MEMS器件被封閉在孔晶圓2546和蓋帽2548之間，以為MEMS提供環(huán)境封閉和硬的機(jī)械支撐，從而確保封裝應(yīng)力不會(huì)對(duì)封閉內(nèi)部的關(guān)鍵MEMS部件2526產(chǎn)生影響。在一示例中，通孔和ASIC晶圓之間的焊結(jié)點(diǎn)位于封閉盒外部的在孔晶圓上蝕刻出的柔性臂2544上，以允許松弛應(yīng)力和變形而不影響被封閉的MEMS器件。在一示例中，密封環(huán)2524附著到包圍MEMS和柔性臂的柔性多層膜。在一不例中，無(wú)應(yīng)力的氣密密封使用蝕刻過(guò)的帽狀晶圓。在一不例中，這些蝕刻在豎直方向和水平方向上提供順從性，以確保密封環(huán)上的應(yīng)力可以在不對(duì)有源MEMS部件產(chǎn)生顯著影響的情況下得到松弛。于是，本文中所公開(kāi)的任何互連系統(tǒng)(例如，應(yīng)力減小互連系統(tǒng))可以與本文中所公開(kāi)的任何密封系統(tǒng)進(jìn)行組合。圖26A示出了根據(jù)一示例的包括應(yīng)力減小構(gòu)件的蓋帽的橫截面。圖26B示出了根據(jù)一示例的包括應(yīng)力減小構(gòu)件的蓋帽的橫截面。在一示例中，該密封環(huán)配置需要蝕刻帽狀晶圓。該配置通過(guò)延長(zhǎng)和增加膜的撓曲區(qū)段2528的數(shù)量來(lái)提高順從性水平。密封環(huán)2624結(jié)合到ASIC或另外的部件，從而在結(jié)合到密封環(huán)2624的蓋帽的部分和通孔2612之間限定出凹槽2614。柔性臂用來(lái)將焊接互連點(diǎn)2622結(jié)合到通孔1612。在一示例中，該配置通過(guò)將又一撓曲區(qū)段添加到膜來(lái)提高先前配置的順從性水平。在一示例中，撓曲構(gòu)件遠(yuǎn)離蓋帽水平地、豎直向上地、再次遠(yuǎn)離蓋帽、并且向下延伸至密封環(huán)。圖27示出了根據(jù)一示例的結(jié)合到一個(gè)或多個(gè)應(yīng)力減小構(gòu)件的蓋帽的橫截面。該配置使用現(xiàn)有的工藝步驟來(lái)消除對(duì)帽狀晶圓的額外蝕刻的需要，同時(shí)仍保持豎直和扭轉(zhuǎn)順從性。該配置通過(guò)延長(zhǎng)和增加膜的撓曲區(qū)段2528的數(shù)量來(lái)提高順從性水平。密封環(huán)‘2624結(jié)合到ASIC或另外的部件，從而在結(jié)合到密封環(huán)‘2624的蓋帽的部分和通孔‘2612之間限定出凹槽‘2614。柔性臂用來(lái)將焊接互連點(diǎn)‘2622結(jié)合到通孔1612。在一示例中，該配置通過(guò)將又一撓曲區(qū)段添加到膜來(lái)提高先前配置的順從性水平。在一示例中，撓曲構(gòu)件遠(yuǎn)離蓋帽水平地、豎直向下地、再次遠(yuǎn)離蓋帽、豎直向上地、再次遠(yuǎn)離蓋帽水平地并且向下延伸至密封環(huán)。補(bǔ)充注釋本主題可以通過(guò)示例的方式來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。示例I包括一種裝置，該裝置包括:集成電路，該集成電路包括至少一個(gè)電氣互連點(diǎn)，所述至少一個(gè)電氣互連點(diǎn)布置在遠(yuǎn)離集成電路的主體部分延伸的細(xì)長(zhǎng)臂上；以及包括振蕩部分的微機(jī)電層，該微機(jī)電層結(jié)合到集成電路的主體部分。示例2包括示例I的裝置，其中，微機(jī)電層觸碰到集成電路上。示例3包括示例I至2中任一個(gè)示例所述的裝置,其中,微機(jī)電層包括至少一個(gè)電氣互連點(diǎn)，該至少一個(gè)電氣互連點(diǎn)布置在遠(yuǎn)離微機(jī)電層的主體部分延伸的微機(jī)電層細(xì)長(zhǎng)臂上。示例4包括示例I至3中任一個(gè)示例的裝置，其中，微機(jī)電層包括通孔層，該通孔層包括微機(jī)電層細(xì)長(zhǎng)臂，可滑動(dòng)的微機(jī)電檢測(cè)質(zhì)量塊結(jié)合到通孔。示例5包括示例I至4中任一個(gè)示例的裝置,包括一組電氣互連點(diǎn)，該組電氣互連點(diǎn)布置在所述集成電路上，以將集成電路結(jié)合到襯底。示例6包括示例5的裝置,其中，所述組集中地布置在集成電路上。示例7包括示例5的裝置，其中，所述組布置在集成電路的拐角處。示例8包括示例I的裝置,包括一組電氣互連點(diǎn)，該組電氣互連點(diǎn)集中地布置在微機(jī)電層上，以將微機(jī)電層結(jié)合到集成電路。示例9包括示例I的裝置，其中，細(xì)長(zhǎng)臂被蝕刻，并且至少一個(gè)電氣互連點(diǎn)包括聚合物-芯銅。示例10包括示例I的裝置，其中，細(xì)長(zhǎng)臂是多個(gè)細(xì)長(zhǎng)臂的一部分，其中，針對(duì)集成電路的一側(cè)上的每個(gè)相應(yīng)的細(xì)長(zhǎng)臂，在集成電路的相對(duì)側(cè)上存在相對(duì)的細(xì)長(zhǎng)臂。示例11包括一種方法，該方法包括:在集成電路中形成硅通孔；將該集成電路堆疊在襯底上，并且使用多個(gè)電氣互連點(diǎn)將集成電路電氣地且物理地結(jié)合到襯底；將微機(jī)電層堆疊在集成電路上，并且將微機(jī)電層電氣地且物理地結(jié)合到集成電路，使得微機(jī)電層經(jīng)由硅通孔電氣地結(jié)合到襯底。示例12包括示例11的方法，其包括在襯底中切出空隙，并且將微機(jī)電層至少部分地布置在空隙中。示例13包括示例11至12中任一個(gè)示例的方法，其包括在微機(jī)電層和集成電路之間布置密封件，以在微機(jī)電層和集成電路之間限定出氣密密封的空隙。示例14包括示例13的方法，其中，布置密封件包括焊接焊料環(huán)。示例15包括示例13的方法，其中，布置密封件包括布置底部填料。示例16包括:集成電路,該集成電路包括至少一個(gè)電氣互連店,所述至少一個(gè)電氣互連點(diǎn)布置在遠(yuǎn)離集成電路的主體部分延伸的細(xì)長(zhǎng)臂上；以及包括振蕩部分的微機(jī)電層，該微機(jī)電層結(jié)合到集成電路的主體部分，其中，微機(jī)電層包括蓋帽，該蓋帽包括延伸到集成電路的膜。示例17包括示例16的裝置，其中，微機(jī)電層包括至少一個(gè)電氣互連點(diǎn)，該至少一個(gè)電氣互連點(diǎn)布置在遠(yuǎn)離微機(jī)電層的主體部分延伸的微機(jī)電層細(xì)長(zhǎng)臂上。示例18包括示例18的裝置，其中，微機(jī)電層包括通孔層，該通孔層包括微機(jī)電層細(xì)長(zhǎng)臂，可滑動(dòng)的微機(jī)電檢測(cè)質(zhì)量塊結(jié)合到通孔。示例19包括示例16至18中任一個(gè)示例的裝置,其包括一組電氣互連點(diǎn)，該組電氣互連點(diǎn)布置在集成電路上，以將集成電路結(jié)合到襯底。示例20包括示例16的裝置,其包括一組電氣互連點(diǎn)，該組電氣互連點(diǎn)集中地布置在微機(jī)電層上，以將微機(jī)電層結(jié)合到集成電路。示例21包括示例16的裝置，其中，細(xì)長(zhǎng)臂是多個(gè)細(xì)長(zhǎng)臂的一部分，其中，針對(duì)集成電路的一側(cè)上的每個(gè)相應(yīng)的細(xì)長(zhǎng)臂，在集成電路的相對(duì)側(cè)上存在相對(duì)的細(xì)長(zhǎng)臂。示例22包括示例16的裝置，其包括焊料環(huán)，所述焊料環(huán)布置在蓋帽和集成電路之間，以在集成電路和微機(jī)電層之間限定出氣密密封。示例23包括一方法，該方法包括:在集成電路中形成硅通孔，將集成電路堆疊在襯底上，使用多個(gè)電氣互連點(diǎn)將集成電路電氣地且物理地結(jié)合到襯底，將微機(jī)電層堆疊在集成電路上，并且將微機(jī)電層電氣地且物理地結(jié)合到集成電路，以使得微機(jī)電層經(jīng)由硅通孔電氣地結(jié)合到襯底，以及在微機(jī)電層和集成電路之間布置密封件，以在微機(jī)電層和集成電路之間限定出氣密密封的空隙。示例24包括示例23的方法，其包括:蝕刻微機(jī)電層的蓋帽，使得蓋帽的膜延伸到微機(jī)電層的底部主表面并且與該底部主表面齊平。示例25包括示例23的方法，其包括在膜和集成電路之間布置密封件。示例26包括示例23至25中任一個(gè)示例的方法,其包括:蝕刻集成電路，以限定出多個(gè)細(xì)長(zhǎng)臂，所述多個(gè)細(xì)長(zhǎng)臂遠(yuǎn)離與微機(jī)電層結(jié)合的集成電路的主體部分延伸，其中，使用多個(gè)電氣互連點(diǎn)將集成電路電氣地且物理地結(jié)合到襯底包括使用多個(gè)細(xì)長(zhǎng)臂將集成電路電氣地且物理地結(jié)合到襯底。示例27包括示例23的方法，其包括:在襯底中切出空隙，并且將微機(jī)電層至少部分地布置在空隙中。示例28包括示例23的方法，其包括:在微機(jī)電層和集成電路之間布置密封件，以在微機(jī)電層和集成電路之間限定出氣密密封的空隙。示例29包括示例28的方法，其中，布置密封件包括焊接焊料環(huán)。示例30包括示例28的方法，其中，布置密封件包括布置底部填料。在上述示例中，應(yīng)力減小特征、密封特征或尺寸減小特征中的一個(gè)或多個(gè)可以以組合的方式被使用。上述詳細(xì)描述參照了附圖，附圖也是所述詳細(xì)描述的一部分。附圖以圖解的方式顯示了可應(yīng)用本發(fā)明的具體實(shí)施例。這些實(shí)施例在本發(fā)明中被稱(chēng)作“示例”。本發(fā)明所涉及的所有出版物、專(zhuān)利及專(zhuān)利文件全部作為本發(fā)明的參考內(nèi)容，盡管它們是分別加以參考的。如果本發(fā)明與參考文件之間存在用途差異，則將參考文件的用途視作對(duì)本發(fā)明的用途的補(bǔ)充；若兩者之間存在不可調(diào)和的差異，則以本發(fā)明的用途為準(zhǔn)。在本文中，與專(zhuān)利文件通常使用的一樣，術(shù)語(yǔ)“一”或“某一”表示包括一個(gè)或多個(gè)，但其他情況或在使用“至少一個(gè)”或“一個(gè)或多個(gè)”時(shí)應(yīng)除外。在本文中，除非另外指明，否則使用術(shù)語(yǔ)“或”指無(wú)排他性的或者，使得“A或B”包括:“A但不是B”、“B但不是A”以及“A和B”。在所附權(quán)利要求中，術(shù)語(yǔ)“包含”和“在其中”等同于各個(gè)術(shù)語(yǔ)“包括”和“其中”的通俗英語(yǔ)。同樣，在權(quán)利要求中，術(shù)語(yǔ)“包含”和“包括”是開(kāi)放性的，即，系統(tǒng)、器件、物品或步驟包括除了權(quán)利要求中這種術(shù)語(yǔ)之后所列出的那些部件以外的部件的，依然視為落在該條權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。而且，在下面的權(quán)利要求中，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”和“第三”等僅僅用作標(biāo)簽，并非對(duì)對(duì)象有數(shù)量要求。上述說(shuō)明的作用在于解說(shuō)而非限制。在其他示例中，上述示例(或示例的一個(gè)或多個(gè)方面)可結(jié)合使用。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在理解上述說(shuō)明書(shū)的基礎(chǔ)上，來(lái)使用其他實(shí)施例。遵照37C.F.R.§ 1.72 (b)的規(guī)定提供摘要，允許讀者快速確定本技術(shù)公開(kāi)的性質(zhì)。提交本摘要時(shí)要理解的是該摘要不用于解釋或限制權(quán)利要求的范圍或意義。同樣，在上面的具體實(shí)施方式
中，各種特征可歸類(lèi)成將本公開(kāi)合理化。這不應(yīng)理解成未要求的公開(kāi)特征對(duì)任何權(quán)利要求必不可少。相反，本發(fā)明的主題可在于的特征少于特定公開(kāi)的實(shí)施例的所有特征。因此,下面的權(quán)利要求據(jù)此并入具體實(shí)施方式
中，每個(gè)權(quán)利要求均作為一個(gè)單獨(dú)的實(shí)施例。應(yīng)參看所附的權(quán)利要求，以及這些權(quán)利要求所享有的等同物的所有范圍，來(lái)確定本申請(qǐng)的范圍。·
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括: 集成電路，其包括至少一個(gè)電氣互連點(diǎn)，所述至少一個(gè)電氣互連點(diǎn)布置在遠(yuǎn)離所述集成電路的主體部分延伸的細(xì)長(zhǎng)臂上；以及 包括振蕩部分的微機(jī)電層，所述微機(jī)電層結(jié)合到所述集成電路的所述主體部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述微機(jī)電層觸碰到所述集成電路上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1至2中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述微機(jī)電層包括至少一個(gè)電氣互連點(diǎn)，該至少一個(gè)電氣互連點(diǎn)布置在遠(yuǎn)離所述微機(jī)電層的主體部分延伸的微機(jī)電層細(xì)長(zhǎng)臂上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述微機(jī)電層包括通孔層，所述通孔層包括所述微機(jī)電層細(xì)長(zhǎng)臂，可滑動(dòng)的微機(jī)電檢測(cè)質(zhì)量塊結(jié)合到所述通孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的裝置，包括一組電氣互連點(diǎn)，該組電氣互連點(diǎn)布置在所述集成電路上，以將所述集成電路結(jié)合到襯底。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述組集中地布置在所述集成電路上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述組布置在所述集成電路的拐角處。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，包括一組電氣互連點(diǎn)，該組電氣互連點(diǎn)集中地布置在所述微機(jī)電層上，以將所述微機(jī)電層結(jié)合到所述集成電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述細(xì)長(zhǎng)臂被蝕刻，并且所述至少一個(gè)電氣互連點(diǎn)包括聚合物-芯銅。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述細(xì)長(zhǎng)臂是多個(gè)細(xì)長(zhǎng)臂的一部分，其中，針對(duì)所述集成電路的一側(cè)上的每個(gè)相應(yīng)的細(xì)長(zhǎng)臂，在所述集成電路的相對(duì)側(cè)上存在相對(duì)的細(xì)長(zhǎng)臂。
11.一種方法，包括: 在集成電路中形成娃通孔； 將所述集成電路堆疊在襯底上，并且使用多個(gè)電氣互連點(diǎn)將所述集成電路電氣地且物理地結(jié)合到所述襯底； 將微機(jī)電層堆疊在所述集成電路上，并且將所述微機(jī)電層電氣地且物理地結(jié)合到所述集成電路，以使得所述微機(jī)電層經(jīng)由所述硅通孔電氣地結(jié)合到所述襯底。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，包括在所述襯底中切出空隙，并且將所述微機(jī)電層至少部分地布置在所述空隙中。
13.根據(jù)權(quán)利要求11至12中任一項(xiàng)所述的方法，包括在所述微機(jī)電層和所述集成電路之間布置密封件，以在所述微機(jī)電層和所述集成電路之間限定出氣密密封的空隙。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，布置密封件包括焊接焊料環(huán)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，布置密封件包括布置底部填料。
全文摘要
一個(gè)示例包括集成電路，其包括至少一個(gè)電氣互連點(diǎn)，所述至少一個(gè)電氣互連點(diǎn)布置在遠(yuǎn)離所述集成電路的主體部分延伸的細(xì)長(zhǎng)臂上；以及包括振蕩部分的微機(jī)電層，所述微機(jī)電層結(jié)合到所述集成電路的所述主體部分。
文檔編號(hào)B81B7/04GK103221332SQ201180055794
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2011年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月18日
發(fā)明者J·布雷澤克, 約翰·加德納·布盧姆斯伯, C·阿卡 申請(qǐng)人:快捷半導(dǎo)體公司