具有用于使MEMS结构应力脱耦合的内插器的垂直混合集成部件及其制造方法

摘要

提出一种用于具有至少一个MEMS构件的垂直混合集成部件的结构设计，所述至少一个MEMS构件的MEMS结构至少部分地构造在构件前侧中，并且所述至少一个MEMS构件可以通过所述构件前侧上的至少一个连接盘电接触。所述结构设计能够简单且低成本地实现并且能够实现MEMS结构在芯片堆叠内部的尽可能没有应力的布置以及MEMS构件与部件的其他构件元件的可靠电连接。为此，根据本发明的结构设计设置，所述MEMS构件通过内插器头朝下地在安装在芯片堆叠的另一构件上并且通过所述内插器中的至少一个贯通接触部与所述另一构件电连接。根据本发明，所述贯通接触部以金属填充的贯通接触开口的方式实现，其中所述贯通接触部的金属填充生长到所述MEMS构件的连接盘上并且延伸穿过整个内插器。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于以芯片堆叠形式的具有MEMS构件的垂直混合集 成部件的结构设计，所述MEMS构件的MEMS结构至少部分地构造在构 件前侧中并且可以通过构件前侧上的至少一个连接盘电接触所述MEMS构 件。所述结构设计应当能够实现MEMS结构在芯片堆叠内的尽可能没有应 力的布置。

背景技术

用于在此所描述的结构设计的一种优选的应用是例如用于检测加速 度、转速、磁场或者压力的传感器部件的实现。构件检测这些测量参量借 助MEMS并且将其转换成电信号。传感器部件大多还包括至少一个用于处 理并且分析处理测量信号的ASIC构件。所述部件可以用于不同的应用， 例如在车辆领域和消费领域中。在此，特别重要的是在高的功能集成时的 部件小型化。因为在此放弃芯片的重新封装，所以垂直混合集成部件在所 述小型化方面证实为特别有利。替代地，在第二层安装(2nd-Level-Montage) 的范畴中芯片堆叠作为所谓的芯片尺寸封装直接安装在应用印制电路板 上。

MEMS构件应当尽可能如此安装在垂直混合集成部件的芯片堆叠中， 使得保护MEMS结构免受干扰感器功能的所述周围环境影响。这尤其适合 于敏感的MEMS结构，例如压力传感器构件的膜片。此外，在构造芯片堆 叠时要注意，尽可能不将由安装决定的使测量信号错误的机械应力引入到 MEMS结构中。此外，必须保证各个构件元件的电接触。

发明内容

借助本发明提出一种结构设计，所述结构设计能够简单且低成本地实 现并且能够实现MEMS结构在垂直混合集成部件的芯片堆叠内的尽可能没 有应力的布置以及确保MEMS构件与所述部件的其他构件元件的可靠电连 接。

为此，根据本发明的结构设计设置，MEMS构件通过内插器头朝下地 安装在芯片堆叠的另一构件上并且通过内插器中的至少一个贯通接触部 (Durchkontakt)与所述另一构件电连接。根据本发明，以金属填充的贯通 接触开口的形式实现所述贯通接触部，其中贯通接 触部的金属填充生长(aufwachsen)到MEMS构件的连接盘上并且延伸穿 过整个内插器。

根据所要求保护的制造方法来结构化内插器，其中产生至少一个从所 述内插器的前侧延伸至背侧的贯通接触开口。在填充贯通接触开口之前， 将内插器与MEMS构件的构件前侧机械连接，使得在MEMS结构和内插 器之间保留一间距。在此，将内插器中的贯通接触开口与MEMS构件的构 件前侧上的连接盘对齐地布置。仅仅在此之后才至少部分地以金属材料电 镀地填充所述贯通接触开口，以便所述金属材料也在MEMS构件的连接盘 上出现。然后，将所述结构(具有内插器的MEMS构件)通过内插器安装 在另一构件上。

由于MEMS构件的头朝下安装，保护构件前侧上的敏感的MEMS结 构免受不利的周围环境影响、例如损害和污染。为了尽可能低地保持对 MEMS结构产生影响的由安装决定的应力，MEMS构件不直接以倒装芯片 技术而是通过应力脱耦合的内插器安装在另一构件上，所述内插器仅仅在 MEMS结构的区域之外与构件前侧连接。MEMS构件的电接触通过内插器 中的贯通接触部实现，所述贯通接触部同样布置在MEMS结构的区域之外。 所述贯通接触部以金属填充的贯通接触开口的形式实现。根据本发明，在 MEMS构件和内插器连接之后才进行所述金属化。在所述过程步骤中，也 建立MEMS构件和内插器中的贯通接触部之间的电连接，其方式是，使贯 通接触部金属化直接生长到MEMS构件的前侧上的连接盘上。

为此，在根据本发明的制造方法的一种特别有利的变形方案中利用金 属化过程，借助所述金属化过程通常产生用于在内插器的背侧上的另一构 件上安装的凸部。在此，通常涉及电镀过程。在这种变形方案中，所述凸 部不构造在内插器的背侧上的连接盘上而是构造为金属柱，所述金属柱生 长到MEMS构件的连接盘上，生长经过内插器中的贯通接触开口并且终止 于内插器的背侧上的凸部中。在此在一个过程步骤中，与安装凸部一起产 生内插器中的贯通接触部，这是非常合理且低成本的。

内插器应当尽可能地由在其热膨胀系数方面与MEMS构件的材料匹配 的且能够容易结构化的材料组成。在MEMS构件在硅基上的情形中，由玻 璃、硅或者陶瓷的内插器证实为特别适合。

尤其可以低成本地在粘合步骤中建立MEMS构件和内插器之间的机械 连接。为此，但也考虑键合方法、例如共晶键合。

附图说明

如以上已经阐述的那样，存在实现根据本发明的结构设计的不同可能 性。对此，一方面参考独立权利要求随后的权利要求，而另一方面参考本 发明的实施例根据附图的随后描述。

图1示出实现了根据本发明的结构设计的垂直混合集成部件100的示 意性剖面图；

图2示出在贯通接触部23的区域中所述部件100的MEMS构件10和 内插器20之间的连接区域的细节图。

具体实施方式

在图1中所示出的部件100以芯片堆叠的形式构造并且包括MEMS构 件10，所述MEMS构件通过内插器20安装在另一构件30、在此ASIC构 件上。因为两个构件10和30涉及硅芯片，所以在此使用玻璃载体、硅载 体或者陶瓷载体作为内插器20。

在本实施例中，MEMS构件10用作压力传感器构件。在此，在构件前 侧上通过跨越空腔12的传感器膜片11构造MEMS结构。传感器膜片11 的偏移例如借助膜片区域中的压阻来检测并且将其转换成电信号。MEMS 构件10的电接触通过构件前侧上的设置在所述传感器膜片11的侧边的连 接盘13实现。

通过内插器20中的通孔21以测量压力施加传感器膜片11。所述压力 连接开口21构造在传感器膜片11下方的内插器20的中间区域中。所述内 插器20仅仅在膜片区域之外与MEMS构件10连接，即通过环绕的粘合连 接22并且通过MEMS连接盘13的区域中的贯通接触部23。所述贯通接触 部23以金属填充贯通接触开口的形式实现并且延伸穿过内插器20的整个 厚度。金属填充材料例如可以涉及铜。所述填充材料生长到MEMS连接盘 13上并且在内插器20的背侧上构成凸部24。所述填充已经在通常用于制 造倒装芯片凸部的电镀过程中电镀地产生。

与此相应，凸部24也用于在ASIC构件30上安装内插器MEMS结构。 在此，建立了不仅机械连接而且电接触。MEMS构件10的测量信号通过所 述电连接、即通过内插器20中的穿透接触23传输到装配有用于处理以及 分析处理测量信号的电路模块的ASIC构件30。

在此处所示出的实施例中，至少逐区域地附加地密封内插器20和ASIC 构件30之间的机械连接。为此，例如可以使用环氧树脂25，所述环氧树脂 与内插器20的和ASIC构件30的材料特性以及尤其热膨胀系数匹配。

在此通过ASIC构件30的背侧借助焊球32实现部件100在应用印制 电路板上的第二层安装。为此，将传感器信号通过ASIC构件30中的贯通 接触部31引导到背侧。

图2再次示出内插器20中的贯通接触部23与MEMS构件10的连接 盘13的根据本发明的连接。贯通接触部23的金属填充材料直接生长到连 接盘13上。此外图2示出，使MEMS构件10的应力敏感的膜片区域尽可 能地应力脱耦合。这首先归因于在膜片区域中MEMS构件10和内插器20 之间的间距14，此外归因于不仅MEMS构件10和内插器20之间的粘合连 接22而且归因于贯通接触部23显著地布置在应力敏感的膜片区域之外。

最后应当指出，根据本发明的用于垂直混合集成部件的结构设计不局 限于压力传感器部件的实现上，而是基本上可以用于芯片堆叠中的任何应 力敏感的MEMS结构的机械脱耦合。