微机电模块以及其制造方法

微机电模块以及其制造方法

【技术领域】

[0001 ] 本发明涉及一种微机电模块，此微机电模块包含微机电元件与微电子电路，其中微机电元件堆叠于微电子电路之上，而微电子电路通过硅通孔以和微机电元件以及模块外部进行讯号沟通。

【背景技术】

[0002]微机电元件常用于运动或压力感测，例如加速传感器，陀螺仪、高度计等。微机电元件的侦测结果须通过微电子电路予以读出。在其中一类技术方案中，是将微机电元件和微电子电路分开制作为不同的芯片(die)，再封装在一起，构成封装后的微机电模块。

[0003]图1 一现有技术的微机电模块10，其中的微机电元件11堆叠于微电子电路12。虽此设计可缩小封装所占面积，但具有至少一缺点:微机电元件11与微电子电路12通过堆叠部分进行讯号沟通，故微机电元件11与微电子电路12间的堆叠对准精度要求极高。

[0004]参照图2，其显示根据美国专利US 8610272的微机电元件封装20，其包含微机电元件21、引线23、下封装层(Bottom Package Layer) 24、以及焊球25。微机电元件21通过引线23连接至焊球25，以外接至微电子电路(未显示)。此现有技术的结构设计中，并未考虑如何整合微电子电路于封装之中，需要另行封装微电子电路，再将微机电元件封装20与封装后的微电子电路予以电性连接，因此尺寸难以小型化。

[0005]图3显示现有技术的一电路封装30，其设计为电路元件32为避免顶部拉引线造成整体厚度增加，故于下方连接一底板300，而底板300中具有多个硅通孔36以分配电路元件32的对外线路，并通过其中多个硅通孔36顶部拉引线33以耦接于另一电路元件37。此现有技术的结构设计中，是将电路元件37设置在底板300的侧方，此安排方式将使整体封装的面积增加，不利于尺寸小型化。

[0006]图4显示现有技术的另一电路封装40，其设计为上下分置的电路元件42、47，分别由其顶部拉引线至底板400、410，而底板400中包含多个硅通孔46。两电路元件42、47之间以焊球45来连接进行讯号沟通，又，对外部则利用焊球450来进行讯号沟通。相较于图3的电路封装30，电路封装40还增加顶部拉引线所增加的厚度，此设计造成整体厚度大幅增加。

[0007]图3、图4的现有技术中，并未明确提到将电路芯片与微机电元件芯片封装成一个丰旲块。

[0008]前述现有技术或是未能提供封装在一起的小尺寸微机电模块、或是虽能提供封装在一起的小尺寸微机电模块但要求极高的堆叠对准精度。有鉴于此，本发明提供一种小尺寸的微机电模块，且不需要高的堆叠对准精度，以解决现有技术的问题。

【发明内容】

[0009]本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种小尺寸的微机电模块，且不需要高的堆叠对准精度，此微机电模块包含微机电元件与微电子电路，其中微机电元件堆叠于微电子电路之上，而微电子电路通过硅通孔以和微机电元件以及模块外部进行讯号沟通。

[0010]为达上述目的，就其中一个观点，本发明提供一种微机电模块，包含:一微机电元件芯片与一微电子电路芯片，该微机电元件芯片堆叠并结合于该微电子电路芯片的上方，其中，该微电子电路芯片包含一基板，该基板内具有连接基板上下表面的至少一个硅通孔(Through-Silicon Via)、以及至少一个微电子电路，该微电子电路包含一电路区与一讯号层，彼此电性连接，且该讯号层与硅通孔直接连接；以及至少一个引线，其一端连接该微机电元件芯片，另一端连接该至少一个硅通孔，其中，于微机电元件芯片和微电子电路芯片的堆叠处，微机电元件芯片与微电子电路芯片并不在此处进行讯号沟通。

[0011]—实施例中，微机电模块还包含一下封装层，包覆微电子电路芯片的下方，该下封装层具有至少一个对外接点，以连接至对应的焊球，以供对外进行讯号沟通。

[0012]一实施例中，微机电模块又包含一上封装层，该上封装层包覆该微机电元件芯片、该引线、以及该基板的上表面。

[0013]一实施例中，该微机电元件芯片包含一遮盖，该遮盖于该微机电元件内部形成一腔体。

[0014]一实施例中，该微机电元件芯片包含一遮盖，该遮盖于该微机电元件内部形成一腔体，且其中该上封装层与该遮盖具有相连的开口，而该腔体为连接该开口的一开放腔体。

[0015]一实施例中，该讯号层位于该微电子电路的上方，较靠近于该微机电元件芯片，且该讯号层直接连接于该硅通孔的上方；或该讯号层位于该微电子电路的下方，较靠近于该微电子电路芯片的下方，且该讯号层直接连接于该硅通孔的下方。

[0016]—实施例中，该微电子电路芯片的基板包含至少两个微电子电路，且所述的微机电模块包含至少两个微机电元件芯片以及至少两个引线，该至少两个微机电元件芯片分别通过该至少两个引线以及硅通孔来与对应的微电子电路进行讯号沟通。

[0017]一实施例中，该微机电模块又包含一磁性材料，该磁性材料置于该讯号层上方或下方、该微机电元件的该遮盖上、该微机电模块所包含的一被动元件上方、或与该下封装层同一层。

[0018]一实施例中，该至少一个引线，其一端连接该微机电元件芯片中间位置而非上方顶端。

[0019]一实施例中，该微机电模块对外接点的封装方式包含:球形阵列封装(Ball GridArray)、针栅矩阵封装(Pin Grid Array)、平面阵列封装(Land Grid Array)、塑料针栅阵列(Plastic Land Grid Array)、或四面扁平无引线(Quad Flat No Lead)。

[0020]为达上述目的，就另一个观点，本发明提供一种微机电模块的制造方法，包含:提供一基板，其中具有一微电子电路，基板并包含连接基板上下表面的至少一个硅通孔；提供至少一个微机电元件芯片，堆叠并黏固于该基板上，且露出该至少一个硅通孔；以及提供至少一个引线，其一端连接该微机电元件芯片，另一端连接该至少一个硅通孔，其中，微机电元件芯片与微电子电路并不在堆叠处进行讯号沟通。

[0021]一实施例中，所述的制造方法又包含提供一上封装层，该上封装层包覆该微机电元件、该引线、以及该基板的上表面。

[0022]一实施例中，所述的制造方法又包含提供一下封装层，包覆该基板的下方，该下封装层具有至少一个对外接点，以连接至对应的焊球，以供对外进行讯号沟通。

[0023]一实施例中，该基板包含至少两个微电子电路，且所述提供至少一个微机电元件芯片的步骤提供至少两个微机电元件芯片、所述提供至少一个引线的步骤提供至少两个引线，该至少两个微机电元件芯片分别通过该至少两个引线以及硅通孔来与对应的微电子电路进行讯号沟通。

[0024]下面通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

【附图说明】

[0025]图1显示现有技术的微机电模块；

[0026]图2显示现有技术的微机电元件封装；

[0027]图3显示现有技术的电路封装；

[0028]图4显示根据现有技术的另一种电路封装；

[0029]图5显不根据本发明一实施例的微机电模块；

[0030]图6显示根据本发明另一实施例的微机电模块；

[0031]图7?12显示根据本发明的微机电模块的制造方法中各步骤；

[0032]图13?18显示根据本发明的多个实施例的微机电模块。

[0033]图中符号说明

[0034]10微机电模块

[0035]11微机电元件

[0036]12微电子电路

[0037]20微机电元件封装

[0038]21微机电元件

[0039]23 引线

[0040]24下封装层

[0041]25 焊球

[0042]30 电路封装

[0043]300 底板

[0044]32 电路元件

[0045]33 引线

[0046]35 焊球

[0047]36 硅通孔

[0048]37 电路元件

[0049]40 电路封装

[0050]400、410 底板

[0051]42 电路元件

[0052]43 引线

[0053]45、450 焊球

[0054]46 硅通孔

[0055]47电路元件

[0056]50微机电模块

[0057]500基板

[0058]51微机电元件芯片

[0059]511遮盖

[0060]512腔体

[0061]52微电子电路芯片

[0062]520微电子电路

[0063]521电路区

[0064]522讯号层

[0065]53引线

[0066]54下封装层

[0067]55焊球

[0068]56娃通孔

[0069]57黏着层

[0070]58上封装层

[0071]59接点

[0072]60、70微机电模块

[0073]61微机电元件芯片

[0074]611遮盖

[0075]6111开口

[0076]612:开放腔体

[0077]681:开口

[0078]80微机电模块

[0079]822讯号层

[0080]84下封装层

[0081]89磁性材料

[0082]90微机电模块

[0083]92微电子电路

[0084]921电路区

[0085]922讯号层

[0086]96硅通孔

[0087]99磁性材料

[0088]100微机电模块

[0089]1000基板

[0090]109磁性材料

[0091]101微机电元件芯片

[0092]1011遮盖

[0093]110微机电模块

[0094]119 磁性材料

[0095]120 微机电模块

[0096]121、1210微机电元件芯片

[0097]122、1220微电子电路

[0098]130 微机电模块

[0099]131、1310微机电元件

[0100]132、1320微电子电路

【具体实施方式】

[0101]有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。本发明中的图式均属示意，主要意在表示各模块以及各元件之间的功能作用关系，至于形状、厚度与宽度则并未依照比例绘制。

[0102]参照图5，其显示根据本发明的一观点所提供的一种微机电模块50，微机电模块50包含:一微机电兀件芯片51与一微电子电路芯片52，该微机电兀件芯片51堆叠于该微电子电路芯片52的上方，例如但不限于以黏着层57来结合，其中该微电子电路芯片52包含一基板500，该基板500内具有连接基板500上下表面的至少一个(宜为多个)娃通孔(Through-Silicon Via) 56、以及一微电子电路520 (例如一特殊应用集成电路，Applicat1n-Specific Integrated Circuit，可利用互补金氧半导体CMOS制程或双极互补金氧半导体BiCMOS制程或其它制程制作)，该微电子电路520包含一电路区521与一讯号层522，彼此电性连接，且该讯号层522与硅通孔56直接连接(亦可视为该讯号层522横向穿越该硅通孔56);该微机电元件芯片51通过至少一个(宜为多个)引线53(图式中以一个引线示意多个引线)自基板500上表面连接至硅通孔56，而硅通孔56在基板500下表面处例如但不限于可通过焊球55以对外进行讯号沟通。值得注意的是:于微机电元件芯片51和微电子电路芯片52的堆叠处(例如黏着层57的位置)，微机电元件芯片51与微电子电路芯片52并不在此处进行讯号沟通，而是利用引线53，经由硅通孔56来进行讯号沟通，因此没有精密对准的需求。此外，引线53并非拉自微机电元件芯片51的上方顶端，而是拉自其(高度方向的)中间位置，因此，引线53并不会额外增加模块的高度。(所述“中间位置”并非指精确的1/2高度位置，而是指非最顶端也非最底端的位置)

[0103]此外，本发明的微机电模块对外接点的封装方式并不限于图5的焊球55设计的球形阵列封装(Ball Grid Array)，亦可采用针栅阵列封装(Pin Grid Array)(未显示)、平面阵列封装(Land Grid Array)(未显示)、塑料针栅阵列封装(Plastic Land Grid Array)(未显示)、或四面扁平无引线封装(Quad Flat No Lead)(未显示)等。因前述的封装方式为业界所熟知，故于此不详述。

[0104]—实施例中，微机电模块50除了堆叠在一起的微机电兀件芯片51和微电子电路芯片52之外，在其底部(微电子电路芯片52的下方)可具有一下封装层(Bottom PackageLayer) 54，并在下封装层54的合适位置处设置接点59，以连接至焊球55。

[0105]请参阅图12，一实施例中，微机电模块70可又包含一上封装层(Top PackageLayer) 58，上封装层58包覆微机电元件芯片51、引线53、以及基板500的上表面。

[0106]回到图5，又一实施例中，微机电元件芯片51可包含一遮盖511，以形成微机电元件芯片51的一包覆部分，并形成微机电元件芯片51内部的一腔体，例如图5所示的封闭或半封闭腔体(Cavity) 512，以作感测压力或声压等的用途。又参阅图6，显示另一实施例的微机电元件芯片61，其中上封装层58与遮盖611各具有相连的各一开口 681、6111，此实施例中腔体612为开放腔体，可通过此两开口 681、6111而与外部压力沟通，以提供不同的微机电元件设计用途。

[0107]本发明的讯号层的位置可依需求而设置，而不受限必须位于微电子电路中电路区的下方。请参阅图14，一实施例中，微电子电路920内的讯号层922也可位于电路区921的上方，与硅通孔96直接连接(亦可视为该讯号层922横向穿越该硅通孔96的上方)。

[0108]请参照图7、8、9、10、11、以及12，其显示就另一个观点，本发明提供一种微机电模块的制造方法，包含:提供一基板500，其中具有一微电子电路520 (包含:电路区521、讯号层522)，并包含连接基板上下表面的至少一个硅通孔56(图7);提供一微机电元件芯片51 (图8);通过一黏着层57，堆叠并黏固微机电元件芯片51于基板500上，且露出该至少一个硅通孔56(图9);以及提供多个引线53，自该微机电元件芯片51的非上方顶端，连接至该硅通孔56上方(图10)。其中，微机电元件芯片51与微电子电路芯片52并不在堆叠结合处进行讯号沟通，而是利用引线53，经由硅通孔56来进行讯号沟通，因此没有精密对准的需求。本实施例中，基板500于图9和图7中的位置为上下反置，但本发明未受限于此，例如图14、16中基板并未上下倒置，其视需要而定。

[0109]此外，一实施例中，前述的制造方法，可又包含:提供一上封装层58，上封装层58包覆微机电元件芯片51、引线53、以及基板500的上表面(图11)。进一步，一实施例中，还可包含:提供下封装层54，下封装层54中设置多个接点59以连接多个焊球55，以形成一芯片级封装(Chip Scale Package)(图 12)。

[0110]参阅图13、14、15、16的实施例，当微机电模块80、90、100、110为一磁力计，微机电模块又包含一磁性材料89、99、109、119，磁性材料89可与下封装层84同一层(或讯号层822下方，图13)，或置于讯号层922上方(图14)、或微机电元件芯片101的遮盖1011上(图15)、或微机电模块所包含的一被动元件(Passive component或Integrated PassiveDevice) P 上方(图 16)。

[0111]此外，本发明的结构并不限于图5、12、13、14、15等所示的单一微机电元件的结构；参阅图17、18，显示两实施例的微机电模块120、180，分别包含两微机电元件芯片121、1210以及131、1310(本发明也可包含多于两微机电元件芯片)，堆叠于基板1000上方，并通过多个引线以及硅通孔来与对应的微电子电路122、1220以及132、1320进行讯号沟通(图标连接到同一硅通孔仅是举例，实施时不限于此)。微电子电路122、1220可以设置在同一基板1000中，亦即单一微电子电路芯片中包含两组微电子电路122、1220。同理，微电子电路132、1320可以设置在同一基板1000中，亦即单一微电子电路芯片中包含两组微电子电路132,1320ο

[0112]以上已针对较佳实施例来说明本发明，只是以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围。对于本领域技术人员，当可在本发明精神内，立即思及各种等效变化。故凡依本发明的概念与精神所为之均等变化或修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所公开的全部目的或优点或特点。摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明的权利范围。

【主权项】

1.一种微机电模块，其特征在于，包含: 一微机电元件芯片与一微电子电路芯片，该微机电元件芯片堆叠并结合于该微电子电路芯片的上方，其中，该微电子电路芯片包含一基板，该基板内具有连接基板上下表面的至少一个硅通孔、以及至少一个微电子电路，该微电子电路包含一电路区与一讯号层，彼此电性连接，且该讯号层与硅通孔直接连接；以及 至少一个引线，其一端连接该微机电元件芯片，另一端连接该至少一个硅通孔， 其中，于微机电元件芯片和微电子电路芯片的堆叠处，微机电元件芯片与微电子电路芯片并不在此处进行讯号沟通。2.如权利要求1所述的微机电模块，其中，还包含一下封装层，包覆微电子电路芯片的下方，该下封装层具有至少一个对外接点，以连接至对应的焊球，以供对外进行讯号沟通。3.如权利要求1所述的微机电模块，其中，又包含一上封装层，该上封装层包覆该微机电元件芯片、该引线、以及该基板的上表面。4.如权利要求1所述的微机电模块，其中，该微机电元件芯片包含一遮盖，该遮盖于该微机电元件内部形成一腔体。5.如权利要求3所述的微机电模块，其中，该微机电元件芯片包含一遮盖，该遮盖于该微机电元件内部形成一腔体，且其中该上封装层与该遮盖具有相连的开口，而该腔体为连接该开口的一开放腔体。6.如权利要求1所述的微机电模块，其中，该讯号层位于该微电子电路的上方，较靠近于该微机电元件芯片，且该讯号层直接连接于该硅通孔的上方；或该讯号层位于该微电子电路的下方，较靠近于该微电子电路芯片的下方，且该讯号层直接连接于该硅通孔的下方。7.如权利要求1所述的微机电模块，其中，该微电子电路芯片的基板包含至少两个微电子电路，且所述的微机电模块包含至少两个微机电元件芯片以及至少两个引线，该至少两个微机电元件芯片分别通过该至少两个引线以及硅通孔来与对应的微电子电路进行讯号沟通。8.如权利要求1所述的微机电模块，其中，该微机电模块又包含一磁性材料，该磁性材料置于该讯号层上方或下方、该微机电元件的该遮盖上、该微机电模块所包含的一被动元件上方、或与该下封装层同一层。9.如权利要求1所述的微机电模块，其中，该至少一个引线，其一端连接该微机电元件芯片中间位置而非上方顶端。10.如权利要求1所述的微机电模块，其中，该微机电模块对外接点的封装方式包含:球形阵列封装、针栅阵列封装、平面阵列封装、塑料针栅阵列、或四面扁平无引线。11.一种微机电模块的制造方法，其特征在于，包含: 提供一基板，其中具有一微电子电路，基板并包含连接基板上下表面的至少一个硅通孔； 提供至少一个微机电元件芯片，堆叠并黏固于该基板上，且露出该至少一个硅通孔；以及 提供至少一个引线，其一端连接该微机电元件芯片，另一端连接该至少一个硅通孔， 其中，微机电元件芯片与微电子电路并不在堆叠处进行讯号沟通。12.如权利要求11所述的制造方法，其中，又包含提供一上封装层，该上封装层包覆该微机电元件、该引线、以及该基板的上表面。13.如权利要求11所述的制造方法，其中，又包含提供一下封装层，包覆该基板的下方，该下封装层具有至少一个对外接点，以连接至对应的焊球，以供对外进行讯号沟通。14.如权利要求11所述的制造方法，其中，该至少一个引线，其一端连接该微机电元件芯片中间位置而非上方顶端。15.如权利要求11所述的制造方法，其中，该基板包含至少两个微电子电路，且所述提供至少一个微机电元件芯片的步骤提供至少两个微机电元件芯片、所述提供至少一个引线的步骤提供至少两个引线，该至少两个微机电元件芯片分别通过该至少两个引线以及硅通孔来与对应的微电子电路进行讯号沟通。

【专利摘要】本发明提供一种微机电模块，包含：一微机电元件芯片与一微电子电路芯片，该微机电元件芯片堆叠并结合于该微电子电路芯片的上方，其中，该微电子电路芯片包含一基板，该基板内具有连接基板上下表面的至少一个硅通孔、以及至少一个微电子电路，该微电子电路包含一电路区与一讯号层，彼此电性连接，且该讯号层与硅通孔直接连接；以及至少一个引线，其一端连接该微机电元件芯片中间位置而非上方顶端，另一端连接该至少一个硅通孔，其中，于微机电元件芯片和微电子电路芯片的堆叠处，微机电元件芯片与微电子电路芯片并不在此处进行讯号沟通。本发明还提供一种微机电模块的制造方法。

【IPC分类】B81B7/02, B81C3/00

【公开号】CN104909330

【申请号】CN10099835

【发明人】罗烱成, 康育辅, 王宁远, 林炯彣

【申请人】立锜科技股份有限公司

【公开日】9月16日

【申请日】3月6日

【公告号】US0259195