麦克风模块及其制造方法

麦克风模块及其制造方法
【专利摘要】本申请涉及一个麦克风模块，其包括，包括半导体芯片且上表面具有凹槽的封装体，和电连接至所述封装体的微机电麦克风。另外，所述微机电麦克风被置于所述封装体的上表面。所述凹槽构成所述微机电麦克风的声学后腔。
【专利说明】麦克风模块及其制造方法

【技术领域】
[0001] 本申请涉及电子模块和组件，并且更具体的涉及包括微机电麦克风的模块和组 件。

【背景技术】
[0002] 半导体器件制造商正在不断努力提高其产品的通用性和性能，同时降低其制造成 本。半导体器件制造工艺中的一个重要组成部分是对器件的封装。半导体器件的封装可包 括对微机电麦克风的封装。通常情况下，微机电麦克风被安装在通常包括半导体芯片的外 壳中。经过这样封装的微机电麦克风在需要较小尺寸组件的应用中，用于将声音转化成电 信号。因此，所需要的是以低成本提供高性能且小尺寸设备的封装方法。


【发明内容】

[0003] 根据一个实施例，提供了一个麦克风模块。所述麦克风模块包括上表面具有凹槽 的封装体，嵌入所述封装体的半导体芯片，和微机电麦克风芯片包括一个被置于所述凹槽 的机电元件并且所述微机电麦克风芯片电连接到所述半导体芯片。
[0004] 根据另一个实施例，提供了一个麦克风模组。所述麦克风模组包括密封件，其包括 位于上表面的凹槽阵列，和嵌入所述密封件的半导体芯片阵列，其中每个半导体芯片与一 个凹槽相关联。所述麦克风模组还包括微机电麦克风结构阵列，其中每个微机电麦克风结 构包括置于一个所述凹槽以上的机电元件并且每个微机电麦克风结构电连接到与相应的 所述凹槽相关联的所述半导体芯片。
[0005] 根据另一个实施例，提供了一种麦克风模块制造方法。所述方法包括提供上表面 具有凹槽且包括半导体芯片的封装体，并提供包括机电元件微机电麦克风芯片。所述方法 还包括放置所述微机电麦克风芯片于所述封装体的所述上表面并且电连接所述微机电麦 克风芯片至所述封装体，使得所述凹槽形成微机电麦克风的声学后腔。
[0006] 根据另一个实施例，提供了一种麦克风模块制造方法。所述方法包括形成一个密 封件，其上表面具有凹槽阵列，以及嵌入其中的半导体芯片阵列，以及放置微机电麦克风结 构阵列于所述密封件上方，其中每个微机电麦克风结构包括置于凹槽上的机电元件。所述 方法还包括电连接每个微机电麦克风结构至与相应的所述凹槽相关联的半导体芯片，并将 所述密封件分离为单一的封装体，每个封装体包括一个所述凹槽和一个所述半导体芯片。

【专利附图】

【附图说明】
[0007] 附图提供了对实施例的进一步理解，并且构成本说明书的一部分。附图对实施例 进行示意，并与【具体实施方式】中的描述一起对实施例中的原理进行解释。参照以下详细描 述更易于理解其它实施例以及许多实施例的预期优点。附图中的单元不一定是彼此成比例 的。相似的附图标记用于指定类似部件。
[0008] 图1所示为一个示例的麦克风模块的横截面示意图；
[0009] 图2所示为一个示例的麦克风模块的横截面示意图；
[0010] 图3所示为一个示例的麦克风模块的横截面示意图；
[0011] 图4所示为一个示例的麦克风模块的横截面示意图；
[0012] 图5所不为一个不例的麦克风模块的横截面不意图；
[0013] 图6所不为一个不例的麦克风模块的横截面不意图；
[0014] 图7所示为一个示例的麦克风模块的横截面示意图；
[0015] 图8,9,10,和11所示为一种麦克风模块制造方法的过程的流程图。

【具体实施方式】
[0016] 以下的详细描述是参照作为本申请一部分的附图来进行的，在其中对实施本申请 的具体的实施例加以示意申请。在这方面，方向术语，如"顶"，"底"，"左"，"右"，"上"，"下" 等，是参照附图的方向来描述的。因为实施例的各组件可以位于不同的方向，方向术语仅是 用于说明而不作限制。可以理解的是，在不脱离本申请的范围的前提下，可以采用其它实施 例以及结构或逻辑的变化申请。因此，下面的详细描述并不是限制性的，且本申请的范围是 由所附的权利要求定义的。
[0017] 可以理解的是，除非特别注明或除非在技术上存在限制，本申请所描述的多种示 例实施例的特征可以相互结合。
[0018] 本说明书中术语"键合（bonded) "，"附着（attached) "，"连接（connect) "，"f禹合 (coupled) "和/或"电f禹合（electrically coupled) "并不意味着所述元素必须彼此直接 接触，在"键合"，"附着"，"连接"，"耦合"和/或"电耦合"的元素之间可以提供中间元件或 层。
[0019] 下文所述的麦克风模块和组件包括一个微机电麦克风的实施例，所述微机电麦克 风动态地转化声音，例如，协同一个包括半导体芯片的封装结合，将听觉频率范围的声音信 号转化为电信号。
[0020] 所述麦克风模块包括一个在上表面包括凹槽的封装体。所述凹槽可以在由可塑体 构成的封装体中的一部分中形成，可以采用不同的技术加以制造，其中包括成型技术如压 缩成型或注塑成型，或加工技术如研磨。这些技术既可以提供高的设计通用性和也可以提 供低廉的生产成本。所述凹槽可以形成所述微机电麦克风的声学后腔体积。
[0021] 作为所述封装的电子组件的接触元件或建立传导路径的金属结构可以形成于所 述封装体的表面。不同的技术可以用于在所述封装体上形成这种金属结构，如：水电镀 (galvanic plating)或无电镀（electroless plating)过程，物理气相沉积（PVD)，化学气 相沉积（CVD)，溅射，旋涂过程、雾化沉积、或印刷过程，例如，喷墨印刷可被用来形成这种导 电的或金属结构。
[0022] 图1不意了麦克风模块100的一个实施例。麦克风模块100包括一个封装体 101，嵌入有一个半导体芯片102,且封装体101上表面106具有一个凹槽105。此外，麦 克风模块100包括一个微机电麦克风芯片103。所述封装体101可以包括、或是由聚合物 材料构成，并通过成型技术或分层技术制造而成。所述聚合物材料可以是例如，树脂，环 氧树脂，丙烯酸树脂或聚酰亚胺材料。可用作所述聚合物材料的材料具体例子是聚醚醚 酮（polyetheretherketone，简称 PEEK)，聚苯硫醚（polyphenylsulphone，简称 PPS)，聚讽 (polysulfone)，聚醚酰亚胺（polyetherimide,简称 PEI )，聚酰胺亚胺（polyamidimide，简 称 PAI)和液晶聚合物（liquid crystalline polymers,简称 LCP)。
[0023] 所述微机电麦克风芯片103可以由例如硅的半导体材料制造，并且能够将声音转 化成电信号。所述微机电麦克风芯片103也可以由绝缘材料制造，例如玻璃，塑料等。所述 微机电麦克风芯片103可以被置于所述封装体101的上表面106上，并且可用适当的手段 如，键合，胶合（gluing),夹紧（clamping)等机械连接至所述表面。所述麦克风芯片103可 以以相对于所述封装体101来说以正面朝下的方式安装，这也被称为"倒装芯片安装"。
[0024] 所述微机电麦克风芯片103包括一个机电元件104。所述机电元件104可包括一 个机械元件（图1未示出）用于根据如声波的力进行操作，并且所述机电元件104还可以包 括一个电子元件（图1未示出），如电容器，用以根据机械元件的驱动产生调制的电信号。所 述机电元件104可以通过所述微机电麦克风芯片103的开口 107暴露于声波。所述凹槽 105可以位于所述机电元件104以下，并形成所述微机电麦克风的声学后腔体积。
[0025] 在图2 - 11中，所述相同的附图标记代表与图1所述的相像或类似的部件。另外， 为了避免重复，说明书对相应描述采用了引用的方式。图2所示为比图1所示模块100更 详细的麦克风模块200。所述封装体101可以例如，包括穿通接触204,位于图2所示的所 述实施例中的所述封装体101的左侧。所述穿通接触204可贯穿整个封装体101，即可提供 所述封装体101的所述上表面和所述封装体101的所述下表面之间的电连接。第二个穿通 接触(未示出)可以被置于所述凹槽105的右侧。在所述封装体101的所述上表面和所述下 表面之间可能延伸有更多的电接触，例如采用以穿通接触204为例的穿通接触，或以其他 方式形成这些电接触。例如，可以提供2, 3,4, 5个或更多的穿通接触204。
[0026] 所述微机电麦克风芯片103和所述封装体101之间的电连接可由沉积例如印刷， 各向异性导电膏（ACP)到所述封装体101上来实现。所述ACP可沉积在电结构例如穿通接 触204上。在后续模组中，所述微电机械麦克风芯片103可以被置于所述封装体101上，例 如倒装芯片电极面对所述电结构。所述ACP也为所述微机电麦克风芯片103提供到所述封 装体101的机械固定以及声学密封。
[0027] 在一些实施例中，非导电膏（NCP)可以沉积到所述封装体101上。在这种情况下， 所述微机电麦克风芯片103可具有导电沉积物202,例如焊料沉积物或柱形凸起。这些导电 沉积物202可用于以电的方式以及，可选地以机械的方式使所述微机电麦克风芯片103与 所述封装体101互连。例如，如果所述导电沉积物202形成为柱形凸起，所述微机电麦克风 芯片103的所述柱形凸起可以被压入位于所述封装体101上表面的NCP。这可能会产生在 所述柱形凸起和所述封装体101上的金属盘之间电互连，从而提供了所述封装体101和所 述微机电麦克风芯片103之间的电连接。此外，这可能会提供所述微机电麦克风芯片103 至所述封装体101的额外机械固定。
[0028] 声学密封203可以被置于所述封装体101和所述微机电麦克风芯片103之间。所 述声学密封203可与所述微机电麦克风芯片103 -起为所述凹槽105提供气密性闭合。这 样可以形成对环境的完整保护，例如可以防止灰尘，污垢，水分等。
[0029] 所述麦克风模块200可以包括一个导电屏蔽层201，其置于所述封装体101的上 表面。所述屏蔽层201可以是金属层。此外，所述屏蔽层201可以是除接触如上述穿通接 触204所处的特定区域以外覆盖所述封装体101的整个上表面的整体电镀层。例如，所述 屏蔽层201至少可以完全覆盖所述凹槽105所定义的所述封装体101的上表面所述。
[0030] 所述屏蔽层201可以通过添加法或减去法电镀工艺实现。此外，所述屏蔽层201 可以是金属薄片，厚度可以为几十到几百微米。所述屏蔽层201可以是通过粘合剂附着到 所述封装体101的金属薄片。另外，所述屏蔽层201本身可以是导电的粘合剂。此外，所述 屏蔽层201通过电镀工艺而实现，如水电镀或无电镀。如果应用了水电镀工艺，可以在所述 封装体101的上表面沉积种子层(未示出)所述。所述种子层可以由锌构成。所述种子层可 以作为电极，铜或其他金属或金属合金可以在所述种子层上镀至所需的高度。可替代的，无 电镀也可用于生成所述屏蔽层201。无电镀也被业内称为化学镀。此外，也可使用其他沉积 方法如印刷，溅射，旋涂等。最后，所述屏蔽层201可以通过金属薄片层压实现。
[0031] 所述封装体101包括与所述上表面相反的下表面。所述封装体101的所述下 表面可以与所述半导体芯片102的下表面持平。所述封装体101的所述下表面，以及如 果在同一平面上的所述半导体芯片102的所述下表面，可被电再分配结构（electrical redistribution structure) 205 覆盖。
[0032] 所述电再分配结构205可包括导电的再布线层（rewiring layer)用于为其他组 件提供电连接。所述电再分配结构205或更具体的说所述被包含在其中的一个或多个再布 线层，可以提供所述半导体芯片102的焊盘与所述穿通接触204之间的电连接。所述电再 分配结构205或更具体的说所述重新布线层，可以提供所述半导体芯片102的焊盘和所述 麦克风模块200的外部端子之间的电连接，所述外部端子可以是如伸出所述封装体101的 端线或暴露在所述封装体101的外围的外部端焊盘。所述电再分配结构205或更具体的所 述重新布线层，可以提供所述微机电麦克风芯片103 (例如，通过穿通接触204)和所述麦克 风模块200的外部端子之间的电连接，所述外部端子可以是如伸出所述封装体101端线或 暴露在所述封装体101的外围的外部端焊盘。
[0033] 所述微机电麦克风芯片103可以包括覆盖凹槽105的第一和第二薄层206和207。 所述第一和第二薄层206, 207可以形成所述机电元件104。声音可以通过所述微机电麦克 风芯片103的所述开口 107即声孔，到达所述第一薄层206。所述第一薄层206可以是所述 微机电麦克风芯片103的膜206。所述膜206可以非常薄。在各种实施例中，所述膜可以是 薄于lOOOnm，500nm，300nm，或更薄的薄膜。所述膜206可由娃或者涂有金属的玻璃制成。 所述微机电麦克风芯片103还可以包括一个由第二薄层207形成的反电极207所述。所述 反电极207的驱动电压可以和所述膜206的驱动电压不同。所述反电极207也可以由硅或 者涂有金属的玻璃制成。所述反电极207也可以有多个穿孔(未示出）从而让声音通过。
[0034] 嵌入所述封装体101中的所述半导体芯片102可以是集成电路（1C)例如，逻辑 芯片或专用应用集成电路（ASIC)。所述半导体芯片102可包含电子组件如，滤波器，比较 器，放大器，时间延迟器，均衡器，逻辑单元，存储器件或模数转换器（ADC)。所述半导体芯片 102可以是只处理模拟信号的模拟装置。所述半导体芯片102可以是将所述微机电麦克风 103的模拟信号转化为数字信号的转换装置所述，或者也可以被设计成混合信号电路。在所 述集成电路是完全的数字电路或混合信号电路的情况下，所述微机电麦克风103的所述频 率响应可以由所述集成电路中实现的数字滤波器进行调整。在使用模拟装置的情况下，可 以提供额外的独立无源组件(未示出）用于信号整形。
[0035] 所述麦克风模块100 (或本申请中任何其他模块200-700)的尺寸申请可以在很宽 的范围内变化。在以下的描述中，X和Y表示在水平平面中的横向方向，Z表示垂直于X和 Y的(坚直)方向。根据一个实施例，所述凹槽105在Z方向可以具有在所述所述凹槽105的 所述底面和封装体101所述上表面106之间的深度，所述深度可以等于或大于例如，50 μ m， 80 μ m，100 μ m，200 μ m，300 μ m。另一方面，所述深度可以等于或小于例如，300 μ m，200 μ m， 100 μ m，80 μ m，50 μ m。
[0036] 所述封装体101的所述下表面和所述凹槽的所述底面之间沿z方向的距离可以等 于或大于例如，50 μ m，75 μ m，100 μ m，150 μ m，200 μ m。可替代的，所述沿Z方向的距离可以 等于或小于例如，200 μ m，150 μ m，100 μ m，75 μ m，50 μ m。所述麦克风模块100 (或本申请中 任何其他模块200-700)包括所述封装体101和附着于其上的所述微机电麦克风芯片103 的总高度可以等于或大于例如1〇〇 μ m，200 μ m，300 μ m，400 μ m，500 μ m。可替代的，所述麦 克风模块100的总高度可以等于或小于例如，500 μ m，400 μ m，300 μ m，200 μ m，100 μ m。
[0037] 所述封装体101的横向尺寸或宽度可以等于或大于例如，1mm，2mm，5mm, 10mm。此 夕卜，所述宽度可以等于或小于例如，1〇_，5mm, 2mm, 1mm。所述宽度可以是在X方向或Y方向 测量得到的。
[0038] 所述微机电麦克风芯片103的横向尺寸或宽度可以等于或小于所述封装体101的 横向尺寸。特别是，所述微机电麦克风芯片103可以具有至少一个横向尺寸等于所述封装 体101的相应的横向尺寸。特别是，如果例如所述麦克风模块100是由嵌入式晶圆级封装 (embedded Wafter Level Packaging,简称eWLP)工艺制造的，就可以获得所述封装体101 和所述微机电麦克风芯片103的所述相等的横向尺寸所述，下文中会对上述工艺有更详细 的说明。
[0039] 所述麦克风模块100的宽度可以通过所述封装体101的最大横向尺寸或所述微机 电麦克风芯片103的最大横向尺寸定义。特别是，所述麦克风模块100的宽度可能例如，对 应于所述封装体101的最大横向尺寸。
[0040] 如图1中所述实施例所述，所述封装体101的所述横向尺寸和所述微机电麦克风 芯片103在一个(例如X)或两个(例如，X，Y)的横向方向上也可以相等。正如将在下面更 详细的解释的，在所述微机电麦克风模块100是由多器件阵列中切割出来(见图8-11)的情 况下，就可以获得所述微机电麦克风103和所述封装体101在一个或两个的横向方向相等 的横向尺寸所述。
[0041] 正如下面将更详细解释的，所述麦克风模块100和/或所述麦克风模块200可以 被设计成包括变化和/或额外的细节。所有在下文中通过例子所解释的细节可以与所述麦 克风模块100或所述麦克风模块200结合，除非有相反的明确表达或者由于技术限制不可 能实现这样的组合。
[0042] 图3示意了一种麦克风模块300。除了所述麦克风模块200,所述麦克风模块300 包含附加的盖301，其可以覆盖所述开口 107。所述盖301可包含或由聚合物组成，所述聚 合物可以由以下材料制造而成，成型的聚合物，预制配件如聚合物薄片或热固性塑料。为了 对所述微机电麦克风芯片103进行电屏蔽，所述盖301可以例如，涂有金属层（未示出），或 被金属颗粒填充，或所述盖可由金属或金属合金制造而成。所述盖301包括声孔302用于 让声音通过。所述盖301的厚度可以例如，在约0. 1至0.3_的范围内。
[0043] 图4示意了一种麦克风模块400。在所述示例性麦克风模块400中，所述微机电 麦克风芯片103的所述横向尺寸小于所述封装体101的所述横向尺寸。所述封装体101包 括级联的凹槽402,403,其包括低层凹槽403和高层凹槽402。所述微机电麦克风芯片103 位于高层凹槽402的下部或高层凹槽402中。低层凹槽403可定义所述麦克风的所述声学 后腔。所述微机电麦克风芯片103可伸出所述封装体101的所述上表面106。可选的，与 图3类似，所述微机电麦克风芯片103可由盖加以关闭（未显示)。可以看出，所述半导体芯 片102可以被置于在所述封装体101中稍微偏离所述凹槽402,403中心的位置。另外，所 述封装体中的所述凹槽402,403也可位于封装体中心位置。
[0044] 所述封装体101可以包括若干穿通接触401a，401b。在图4所示的所述麦克风模 块400中，穿通接触401a延伸到高层凹槽402,或穿通接触401b延伸到低层凹槽403,或两 种类型的穿通接触401a，401b都可用于连接所述微电机械麦克风芯片103至所述封装体 101的周边如,至所述电再分配结构205。
[0045] 图5示意了一个示例的麦克风模块500。麦克风模块500与麦克风模块400类似， 引用以上描述作为参考以避免重复。所述麦克风模块500包括盖501。所述盖501可以由 以下材料制成例如，成型的聚合物，预制配件如聚合物薄片，或热固性塑料。为了对所述微 机电麦克风芯片103进行电屏蔽，所述盖501可以涂有金属层（未示出），或被金属颗粒填 充，或由金属或金属合金制造。所述盖501包括声孔502用于让声音通过。所述盖501可 以被置于所述封装体101的侧壁上，而不是在如图3所示的所述微机电麦克风芯片103上。 类似于盖301，所述盖501的厚度可以是例如，在约0. 1到0. 3mm之间的范围内。和图4所 示的布置相反，所述微机电麦克风芯片103可以例如，没有突出所述封装体101的所述上表 面106。所述盖501可以延伸并位于所述微机电麦克风芯片103上方。
[0046] 图6不意了一个不例的麦克风模块600。所述麦克风模块600与所述麦克风模块 200类似，引用以上描述作为参考以避免重复。除了所述麦克风模块200,所述麦克风模块 600还包括重叠模603 (overmold)。这种重叠模603可以覆盖或密封所述封装体101的所 述侧壁和所述微机电麦克风芯片103的所述侧壁。
[0047] 所述麦克风模块600可以包括盖601，其可类似于图3中的所述盖301和图5中 的所述盖501。所述盖601可具有类似声孔302, 502的声孔602。所述盖601可以是单独 的元件，其可被置于所述微机电麦克风芯片103的顶部，且可靠近所述重叠模603。所述盖 601也可形成所述重叠模603的组成部分。使用重叠模603覆盖所述封装体101的所述侧 壁和所述微机电麦克风芯片103的所述侧壁的概念可应用于本申请所公开的所有实施例。
[0048] 本申请公开的所述麦克风模块可包含各种封装类型，如eWLP封装，带有例如半蚀 刻引线框的四方扁平无引脚（quad flat no lead，简称QFN)型封装或基于另一种引线框 的封装，或基于层压的封装，例如球栅阵列（ball grid array，简称BGA)型封装。在每一种 情况下，所使用的所述封装体101可包括上述的所述半导体芯片102和所述凹槽105,其中 所述半导体芯片102可被嵌入所述封装体101。所述半导体芯片102可以例如，置于所述 凹槽105以下。也就是说，如果从垂直投影来看，所述半导体芯片102的轮廓可以与所述凹 槽105的轮廓相交或被框在所述凹槽105的轮廓内。换句话说，所述半导体芯片102的覆 盖区可以是完全或至少部分在所述凹槽105的轮廓内的。
[0049] 如图7所示的所述示例麦克风模块700包括具有半蚀刻引线框701的QFN型封装。 可使用与上述相同的技术将所述微机电麦克风芯片103置于所述QFN型封装体101顶部所 述。
[0050] 在所述示例的麦克风模块700中，所述半导体芯片102可被置于所述引线框701 的多个部分之间。所述引线框701的多个部分可以暴露在所述封装体101外围。更具体地， 所述引线框701的多个部分可以，例如，被暴露在所述封装体101的下表面，或所述封装体 101的侧面，或同时被暴露在两处。如图7所示，所述微电机械麦克风芯片102可以直接连 接到所述引线框701的一些部分。因此，这个实施例中不需要穿通接触204穿透所述封装 体 101。
[0051] 此外，如图7所示，所述引线框701的部分的上表面可以例如，具有弯曲用于形成 槽状凹陷702。
[0052] 所述带有被置于所述多个部分间的所述半导体芯片102的所述引线框可填充有 绝缘材料704例如，聚合物成型材料或聚合物片材。所述凹槽105可由所述绝缘材料704 形成。根据一个实施例，所述凹槽105可以与由所述引线框701的部分形成的槽状凹陷对 齐。
[0053] 在使用所述绝缘材料的同时或之前，可以通过例如图7所示的键合线703或其他 类型的电连接将所述半导体芯片102电连接到所述引线框701的部分，所述其他类型的电 连接可以是例如沉积在位于所述引线框701的多个部分上的绝缘层上所述或沉积在所述 绝缘材料704上的金属痕迹。
[0054] 结合图3 - 6所示的实施例可以与图7所示的所述实施例结合。特别是，可以添 加盖子和/或可以应用重叠成型（overmolding)技术等。
[0055] -般情况下，本申请所述所述麦克风模块的所述实施例可以提供小而紧凑的模 块。特别是，所述模块的紧凑性的提高是通过在所述封装体101中嵌入所述半导体芯片102 且在所述半导体芯片102上提供所述麦克风的声学后腔（即所述凹槽105,403)来实现的。
[0056] 在所述模块中可以设置若干个半导体芯片102。此外，根据一个实施例，所有的所 述若干个半导体芯片102都嵌入在所述封装体101中。
[0057] 图8 - 11示意了制造麦克风模块100的所述示例方法的工艺阶段。图8 - 11所 示的生产阶段可以被理解为一个简化流程，因为还可以使用图中未示出的后续步骤。此外， 图8 - 11中一些步骤说明可以被省略或由其它工艺步骤取代。特别是，虽然图8 - 11所 述步骤是在晶圆级执行(或人工晶圆级)的，所述制造也可以在芯片级进行。因此，晶圆到晶 圆的组装，特别是半导体晶圆到人工晶圆的组装，将在下面加以描述。然而，芯片到晶圆的 组装，特别是微机电麦克风芯片103到人工晶圆的组装，或芯片到芯片的组装，特别是微机 电麦克风芯片103到封装体101的组装也是可能的。
[0058] 如图8 - 11中示例，本申请的部分或全部工艺可以在晶圆级执行。在此，晶圆级 意味着所述经组装麦克风模块仍然是整体的，即没有被分离成单独的麦克风模块。以下将 对晶圆级的示例性工艺过程进行更详细地描述。
[0059] 如图8所见，可以使用两个晶圆801和803。晶圆801可以是微机电系统（MEMS) 晶圆，其包括微机电麦克风结构802的阵列，每个微机电麦克风结构802具有机电元件104 例如图2中一个或多个膜206, 207。所述晶圆801可以是例如硅晶圆。所述机电元件104 可由微机械加工技术制造，如采用掩膜技术，光刻，刻蚀，研磨等。
[0060] 此外，微机电系统（MEMS)晶圆801上可以已经形成了电互连。所述电互连可包 括，例如，导电的沉积物202如焊料沉积物或柱形突起，并且可以包括，例如，通过内部布线 将用于据所述机电元件104的驱动产生经调制的电信号的所述电子元件互连所述所述至 所述导电的沉积物202。因此，所述MEMS晶圆801在所述工艺阶段可以是已经被完全处理 过的。
[0061] 所述晶圆803,也被称为"人工晶圆"或"重配置晶圆"可以包括完整的封装体101 的阵列。晶圆803可以是采用eWLP技术制造而成。每个封装体101包括至少一个半导体 芯片102和一个凹槽105。所述凹槽105可以例如，在形成所述晶圆803或对所述已形成的 晶片803的所述上表面106进行加工的过程中形成。
[0062] 形成所述晶片803的过程可以包括将半导体晶圆（未显示)分离为多个半导体芯片 102。多个半导体芯片102可以以彼此间隔开的方式的被置于临时载体(未不出）上。临时 载体可以具有例如，平坦的表面，和粘性胶带例如双面胶带且可粘在所述临时载体的所述 表面上。所述半导体芯片102和例如附加组件如，所要制造的所述麦克风模块的无源组件 (如电容，电感，电阻，天线)，可以被置于所述粘性胶带上。所述半导体芯片102可以通过其 包含的芯片触盘焊盘的表面面向所述临时载体的方式被置于所述临时载体上。在这种情况 下，所述芯片的下表面以及所述芯片接触焊盘可与所述粘性胶带直接接触。可替换的，胶料 或其他粘性材料或机械紧固装置(如夹紧装置或真空发生器）可以与临时载体结合用于固 定所述半导体芯片102以及例如所述临时载体的附加组件。
[0063] 如图8所示，为封装所述半导体芯片102,所述半导体芯片102被密封 (encapsulate)材料所密封形成密封件（encapsulant) 804。所述密封材料可以覆盖所述半 导体芯片102的所述上部主要表面和所述半导体芯片102的侧面。所述半导体芯片102之 间的间隙（以及例如其他组件）也被填充了密封材料。例如，所述密封材料可以是硬质塑料 或热固性成型材料。所述密封材料可以是基于环氧基树脂材料的材料，且可能含有由玻璃 (Si02)小颗粒或其它电绝缘矿物填充材料如三氧化二铝或有机填充材料组成的填充材料。 所述密封材料可以是基于聚合物材料的材料。经过固化后，所述密封材料保证了嵌入所述 密封剂的半导体芯片102阵列，即人工晶圆803的稳定性。
[0064] 可以采用各种技术可用于利用所述密封材料来覆盖所述半导体芯片102。例如，所 述密封材料(如成型材料）可以通过压缩成型，注塑成型，颗粒成型，粉末成型或液体成型的 方式来加以利用。
[0065] 在压缩成型过程中，所述液体密封材料可以被分配到开放的下模，其中所述临时 载体(未显示)形成所述下半模的底部。随后，在分配所述液体密封材料后，将上半模下移并 分散所述液体密封料直到在构成所述下半模底部的所述临时载体和所述上半模之间的空 腔被完全填充。这个过程的完成可以伴随着热量和压力的施加。经过固化后，所述密封材 料是刚性的并形成所述密封件或人工晶圆803。所述人工晶圆803的横向尺寸越大，嵌入的 半导体芯片102的数量越多，所述工艺过程通常成本效益就越高。
[0066] 所述凹槽105的阵列可以通过具有突起阵列的上半模的模工具形成。所述突起阵 列被设计用于形成所述凹槽阵列，且被放在所述临时载体上的所述半导体芯片102的位置 与所述突起阵列对准。
[0067] 进一步可替代的，可以使用聚合物复合材料密封所述半导体芯片102并形成所述 密封件804。所述聚合物复合材料可以具有电绝缘薄片或片材的形状，其覆盖在所述半导体 芯片102以及所述临时载体的上面。可以在合适时间内施加热量和压力，将所述聚合物薄 片或片材附着到下面的结构上。所述半导体芯片102之间的间隙也可以填充聚合物复合材 料。所述聚合物复合材料可以例如是预浸材料（pregmeg,预浸纤维的简称)，即纤维垫的组 合，例如玻璃纤维或碳纤维，和树脂，例如硬质塑料材料。预浸材料通常用于制造印刷电路 板（PCB)。预浸材料是双状态材料，当应用于所述半导体芯片102时是弹性的，在热处理时 硬化。所述预浸材料的层压过程与PCB制造中可以使用的步骤相同或相似。
[0068] 也可以在晶圆级产生所述封装体101的电互连，即在将所述人工晶圆803分离成 单个的封装体101以前。所述电互连可以包括，例如，所述电再分配结构205,所述穿通接触 204和所述屏蔽层201。
[0069] 所述穿通接触204可以通过形成通孔并且采用导电材料例如金属填充而产生。所 述通孔可以通过模具在成型过程中制成，或可以使用的加工技术如钻孔在成型后产生。可 以通过采用例如电镀或其它镀层技术来涂覆所述导电材料。可以采用层压、镀层或沉积技 术将所述屏蔽层201作为可选的顶层金属加以涂覆。
[0070] 密封在所述封装件804中的所述半导体芯片102脱离所述临时载体。所述粘性胶 带具有热释放特征，可以在热处理中去除所述粘性胶带。
[0071] 所述密封件804脱离所述临时载体后，所述电再分配结构205可用于所述晶圆803 的平坦的下表面。所述电再分配结构205可以包括一层或多层由聚合物层所分离且通过通 孔互联的结构化的导电层。所述结构化的导电层可以使用结构化方法采用薄膜技术，如光 亥IJ，蚀刻等技术产生。
[0072] 如图9所示的下一步，连接装置901可以被沉积在所述晶圆803上。所述连接装 置可以是例如各向异性的导电胶，其可以通过印刷，分配，或其他技术沉积而成。所述连接 装置901与上述形成所述声学密封203的材料可以是相同的。
[0073] 下一步，两片晶圆801和803可以键合用于产生单一的晶圆复合装置1000。所述 键合可包括为每个封装体101和微机电麦克风芯片103形成电互连和声学密封203。所述 键合过程可通过应用能量(例如，热，辐射)和压力到两片晶圆上而执行。所述声学密封203 和所述电互连可以顺序的方式产生或同时在相同的工艺步骤中产生。所述声学密封203和 所述电互连可以通过不同的方式提供(例如，非导电膏（NCP)和柱状突起）或通过同样的方 式-例如，各向异性导电骨（ACP)可同时用于所述声学密封203和所述电互连。
[0074] 如图10所示，可以在晶圆级上进行所述键合。然而，所述键合步骤也可以作为键 合单一的微机电麦克风芯片103到人工晶圆803的步骤，或键合所述MEMS晶圆801到位于 阵列模式中的单一的封装体101的步骤，或键合单一的微机电麦克风芯片103到单一的封 装体101的步骤。
[0075] 在所述键合步骤后，所述麦克风模块1101，1102,1103可以被分离的。所述分离可 采用切割技术执行，如，例如刀片切割(锯切)，激光切割，蚀刻，等离子体刻蚀等。也可以使 用不同的切割技术进行多步切割。根据本申请的一个实施例，所述MEMS晶圆801可以，例 如，采用蚀刻技术被分离，而所述封装体晶圆803可以，例如，采用锯切进行分离。
[0076] 如图11所示，所述麦克风模块1101，1102,1103是沿所述麦克风模块之间的切割 道1104,1105而分离的。这样每个麦克风模块1101，1102,1103包括所有必要的元件。虽 然图中只显示了三个组件的行，切割道1104,1105可以排列成行和列。切割后，所述麦克风 模块1101，1102,1103可以准备好被使用。
[〇〇77] 虽然本申请示意和描述了具体的实施例，本领域技术人员会明白，各种替代和/ 或同等的实现可以取代本申请示意和描述的具体实施例，而不背离本申请范围。此申请的 目的是覆盖此处讨论的具体实施例中的任何修改或变化。因此，本申请仅由权利要求及其 等同所限制。
【权利要求】
1. 一种麦克风模块，包括： 上表面具有凹槽的封装体； 嵌入所述封装体的半导体芯片；以及 微机电麦克风芯片，其包括置于所述凹槽上的机电兀件，并且所述微机电麦克风芯片 电连接到所述半导体芯片。
2. 根据权利要求1所述的麦克风模块，其中所述凹槽形成所述微机电麦克风芯片的声 学后腔。
3. 根据权利要求1所述的麦克风模块，其中所述半导体芯片是专用集成电路。
4. 根据权利要求1所述的麦克风模块，其中所述封装体包括用于电连接所述微机电麦 克风芯片至所述半导体芯片的穿通接触。
5. 根据权利要求1所述的麦克风模块，其中所述半导体芯片位于所述凹槽下方。
6. 根据权利要求1所述的麦克风模块，还包括：位于所述封装体底面上的电再分配结 构。
7. 根据权利要求1所述的麦克风模块，还包括：位于所述微机电麦克风芯片和所述封 装体之间的声学密封。
8. 根据权利要求1所述的麦克风模块，还包括：位于所述封装体的上表面上的屏蔽层。
9. 根据权利要求1所述的麦克风模块，其中所述封装体和所述微机电麦克风芯片在至 少一个横向方向具有相等的横向尺寸。
10. 根据权利要求1所述的麦克风模块，其中所述微机电麦克风芯片至少部分地位于 所述封装体的所述凹槽内。
11. 根据权利要求1所述的麦克风模块，其中所述微机电麦克风芯片被倒装在所述封 装体上。
12. 根据权利要求1所述的麦克风模块，还包括：位于所述微机电麦克风芯片顶部的 盖。
13. -个麦克风模组，包括： 上表面具有凹槽阵列的密封件； 嵌入所述密封件的半导体芯片阵列，其中每个半导体芯片与一个所述凹槽相关联；以 及 微机电麦克风结构阵列，其中每个微机电麦克风结构包括置于一个所述凹槽上的机电 元件，并且每个所述微机电麦克风结构电连接到与相应的所述凹槽相关联的所述半导体芯 片。
14. 根据权利要求13所述的麦克风模组，其中所述微机电麦克风结构阵列形成于半导 体晶圆上。
15. 根据权利要求13所述的麦克风模组，其中所述微机电麦克风结构阵列被设计为单 个微机电麦克风芯片所组成的阵列，且其中每个微机电麦克风芯片包括一个微机电麦克风 结构。
16. -种麦克风模块制造方法，包括： 提供上表面具有凹槽并且包括半导体芯片的封装体； 提供包括机电兀件的微机电麦克风芯片； 放置所述微机电麦克风芯片于所述封装体的上表面；以及 电连接所述微机电麦克风芯片至所述封装体，使得所述凹槽成为微机电麦克风的声学 后腔。
17. 根据权利要求16所述的方法，还包括提供在所述封装体和所述微机电麦克风芯片 之间的声学密封。
18. -种麦克风模块的制造方法，包括： 形成上表面具有凹槽阵列且在其中嵌入有半导体芯片阵列的密封件； 放置微机电麦克风结构阵列于所述密封件上方，其中每个所述微机电麦克风结构包括 置于一个所述凹槽上的机电元件； 电连接每个所述微机电麦克风结构至与相应的所述凹槽相关联的所述半导体芯片；以 及 将所述密封件分离为单个的封装体，每个所述封装体包括一个所述凹槽和一个所述半 导体芯片。
19. 根据权利要求18所述的方法，还包括： 放置所述微机电麦克风结构阵列前，在半导体晶圆上形成所述微机电麦克风结构阵 列；以及 放置所述微机电麦克风结构阵列后，将所述半导体晶圆分离为单个的微机电麦克风芯 片。
20. 根据权利要求18所述的方法，还包括： 放置所述微机电麦克风结构阵列前，在半导体晶圆上形成所述微机电麦克风结构阵 列；以及 放置所述微机电麦克风结构阵列前，将所述半导体晶圆分离为单个的芯片。
【文档编号】H04R31/00GK104113808SQ201410158051
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年4月18日 优先权日:2013年4月19日
【发明者】J·赫格尔, H·托伊斯 申请人:英飞凌科技股份有限公司