[发明专利]制造微机电元件的方法以及该微机电元件

说明书

技术领域

本发明涉及微机电元件，诸如用于测量例如加速度、角加速度、角速 度或其它物理量的微机电测量仪，用于稳定振荡频率或过滤电信号的微机电 谐振器和滤波器，以及需要将封装的微机电部件与微电路合成的其它微机电 装置等。本发明的目的是提供一种改进的制造微机电元件的方法，以及具体 适用于小型微机电传感器的解决方案、稳定振荡频率的解决方案或者过滤电 信号的解决方案的微机电元件。

背景技术

微机电元件(MEMS，Microelectromechanical systems)在例如测量如 加速度、角速度或压力等各种物理量的传感器技术中的应用已经证实是一种 原理简单的可靠方法。在微机电传感器中，测量是基于例如电容原理实现的， 其中传感器的运动状态的改变引起由弹簧悬挂的震动质量块的位移。质量块 的位置可以通过一对电极之间的电容检测，表面之间的电容取决于它们的表 面积以及表面之间的距离。即使在各个物理量的非常小的测量范围内，也可 以基于微机电传感器进行测量。

在用于数据通信和数据处理的装置中，大部分功能已经被集成于一个 或最多几个硅芯片中来实现。然而，由于它们在技术上的不兼容性，从而将 实现数据处理同步、射频稳定、电信号过滤、电抗匹配和电信号切换的功能 集成往往是不太可能的。在基于硅技术的MEMS谐振器和MEMS滤波器中， 硅元件例如通过静电作用力被设定为机械振荡运动，并且硅元件的形状和尺 寸被用于控制由连接件间的电声耦合或者连接件间的信号传播所引起的阻 抗。在MEMS开关中，信号通道由采用MEMS技术制造的可移动元件打开或 关闭，所述元件例如受静电作用力控制。对于阻抗匹配装置，诸如线圈或电 容器等细小的无源元件采用MEMS技术制造。电容器可以是可调且、隔离空 气的MEMS结构。

传统上，集成电路例如采用安装在金属引线框架上的技术密封。在电 路的连接点上结合连接导线，连接导线的其它端连接至引线框架的结合区。 然后，引线框架和电路用塑料浇铸，最后，外部连接区或连接导线通过切割、 弯曲或其它诸如此类的方法形成，其中，所述微机电元件通过这些外部连接 区或连接导线连接至电路板上。

在电子元件的制造中，晶片级封装(WLP)是一种用于硅芯片和类似 电子元件的新型封装方法，其中，所有的封装步骤在切片之前在硅片的表面 上完成。因此，极大地节省了尺寸和成本。现有技术的方法的例子是Amkor 公司的超CSP(Chip Scale Packing，芯片级封装)技术，其中，将较厚的聚合 物层散布在硅片的表面上，布置铜引线，并且安装或布置焊接突起，通过所 述焊接突起芯片可以直接连接至电路板上。

微机电元件和诸如集成电路的电子元件的区别在于，取代借助于固体 材料的钝化，例如氮化物钝化，所述微机电元件需要机械保护，即需要在下 方留有开放空间的盖子，所述机电结构可以在所述空间中运动。对微机电元 件实施晶片级封装特别有利，原因是它们具有大尺寸的特征，尤其是厚度大， 从而采用传统方法封装，它们可能大于，尤其是厚于以相应方法封装的微电 路。另一方面，由于必需盖子，微机电元件的封装存在问题。

微机电元件必须气密性密封，从而运动的部件处于与外界环境隔绝的 腔中。这种密封可以通过将微机电晶片结合至另一个称为“覆盖晶片”的晶 片上实现。覆盖晶片在微机电元件中的应用是众所周知的。

微机电传感器元件中的另一个主要问题是电气功能与微机电元件的集 成。这个问题可以借助于已知的封壳级集成方式解决，所述封壳级集成具有 包括介电和导电部件的外部封壳。在封壳级集成中，部件之间的导线连接将 各部件集成为一个单元。

下面示例性地参照附图对现有技术进行描述，其中：

图1示出了根据现有技术通过单片集成制造微机电元件的方法。

图2示出了根据现有技术在塑铸封壳中实施集成制造微机电元件的方 法。

图3示出了根据现有技术通过在塑铸封壳中堆叠实施集成制造微机电 元件的方法。

图1示出了根据现有技术通过单片集成制造微机电元件的方法。在根据 现有技术通过单片集成制造微机电元件的方法中，在相同的硅片3上制造微 机电芯片部件1和电子电路部件2，并且它们之间的电连接通过金属薄膜建 立。微机电芯片部件1和电子电路部件2受到共用覆盖部件4保护，它们由导 线连接5连接，并且还被铸造在塑铸封壳6中。现有技术的微机电元件还包括 金属引线框架7。