CN101638211A - 整合型立体堆叠封装结构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于微电子与微机电组件的整合型立体堆叠封装结构，包含：一主动专用集成电路单元，包括一第一基板以及设在该第一基板一面上的电路布局，其中该第一基板未设有电路布局的一面开设有凹穴，该主动专用集成电路单元设有至少一贯孔；以及一微机电单元，包括一第二基板以及设于该第二基板一面上的微型感应体；其中，当该主动专用集成电路单元与该微机电单元进行贴合时，该微型感应体容置于凹穴中，且该贯孔中充填有导电材料，使得该主动专用集成电路单元与该微机电单元可达成电性连接。

Description

整合型立体堆叠封装结构及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种立体堆叠封装结构及其方法，特别是涉及一种用于微电子与微机电组件的整合型立体堆叠封装结构及其制造方法。

背景技术

由于行动通讯与个人化影音娱乐的电子装置的兴起，其功能也日益强大。例如过去需要携带照相机、随身听、PDA、GPS、行动电话等设备，才能同时拥有摄影、影音娱乐、个人信息管理、导航与通讯的功能，现在几乎都可以在智能型手机上同时实现，因此未来个人的随身电子设备必然是轻、薄、短、小且功能强大。而近几年来微机电(MEMS)组件也有长足的发展，如微型麦克风与加速度规也已应用在手机上，未来像是RF MEMS的组件与微型陀螺仪等各式各样的MEMS组件也将会整合进入手机之中，为手机提供更强大的功能。为了达成上述目的，如何将手机上的各种专用集成电路单元(ASIC)与微机电单元(MEMS)做更有效、更便宜、更薄、更小的组件封装技术扮演了非常重要的角色。

传统MEMS组件是不具“智能”的，意思是传统的MEMS组件上仅有感测的结构，但是没有放大、读取与逻辑运算的电路，因此若要实现MEMS组件的智能型感测功能，则必须与搭配的ASIC整合在一起。

另外，MEMS组件因为其上具有敏感脆弱的微动结构，例如感测薄膜(如气体传感器或生化传感器等)或是可动的立体结构(如微型麦克风、微型加速度规、压力传感器、微型陀螺仪等)，都需要适当的封装才能将这些敏感脆弱的微动结构保护起来。

过去将独立的MEMS组件与ASIC的整合方式，通常是混合(hybrid)方式，整合在一个封装之内，例如美国专利第US6809412号与美国专利第US6781231号。另外的封装方式为先制作一个具有凹陷的上盖结构然后覆盖在MEMS组件上，上盖的凹陷空间与MEMS组件可构成一个保护MEMS组件上的微动结构的腔室(例如美国专利第US6452238号)

请参见图1，其为现有专用集成电路单元(ASIC)与微机电单元(MEMS)的堆叠结构剖面图。该堆叠结构包含一专用集成电路单元10、一上盖11与一微机电单元12，该专用集成电路单元10堆叠于上盖11之上，该上盖11再堆叠于微机电单元12之上；该专用集成电路单元10包括一基板100及设在该基板100上的电路布局102；该上盖11开设有一腔室114；该微机电单元12则包括一基板120以及设于该基板120一面上的微型感应体122；当堆叠时，微型感应体122可容置于腔室114之中。为进行电性导通，该专用集成电路单元10设有若干贯孔106且这些贯孔106中充填有导电材料108，该上盖11亦开设有相对应的贯孔110且这些贯孔110中充填有导电材料112，因此该专用集成电路单元10可通过充填有导电材料108的贯孔106以及充填有导电材料112的贯孔110与微机电单元12达成电性连接的目的。

然而，上述封装方式的上盖仅提供保护功能，因此仍需要在MEMS组件上多留一些空间以作为MEMS组件与外部的ASIC组件或是其它电路连接之用，因此不可避免的是MEMS组件将无法缩的更小；此外此种MEMS封装方式也需以混合的形式与ASIC电路整合在一起，会产生增加耗能与信号噪声的问题，且因为此种形式大多为2D的封装方式，因此封装的体积不易缩小。

另外，英特尔(Intel)公司所提出的美国专利第US7061099号通过于上盖上制作出凹陷结构与穿越上盖的电性号通道，如此上盖可同时提供保护MEMS组件与作为互连的功能，如此具有缩小整体封装体积的功能，然而该专利中并无描述如何将MEMS组件与主动ASIC组件进行电性连接及封装堆叠的方法。

缘此，有必要研究出一种用于微电子与微机电组件的整合型立体堆叠封装结构及其制造方法，其可克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于微电子与微机电组件的整合型立体堆叠封装结构及其制造方法，其于主动专用集成电路单元的基板背面开设凹穴，以达成与微机电单元堆叠时可容置微机电单元上的微型感应体、防止其损坏的目的。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于微电子与微机电组件的整合型立体堆叠封装结构，包含：

一主动专用集成电路单元，包括一第一基板以及设在该第一基板一面上的电路布局，其中该第一基板未设有电路布局的一面开设有凹穴，该主动专用集成电路单元设有至少一贯孔；以及

一微机电单元，包括一第二基板以及设于该第二基板一面上的微型感应体；

其中，当该主动专用集成电路单元与该微机电单元进行贴合时，该微型感应体容置于凹穴中，且该贯孔中充填有导电材料，使得该主动专用集成电路单元与该微机电单元可达成电性连接。

所述的用于微电子与微机电组件的整合型立体堆叠封装结构，其中，该凹穴中设有导电部，且该导电部分别与该贯孔及该微机电单元电性连接。

所述的用于微电子与微机电组件的整合型立体堆叠封装结构，其中，该贯孔与该第一基板一面上的电路布局电性连接。

所述的用于微电子与微机电组件的整合型立体堆叠封装结构，其中，该导电材料为金属材料。

所述的用于微电子与微机电组件的整合型立体堆叠封装结构，其中，该第一基板上的电路布局上还堆叠有一个或多个专用集成电路单元，且该电路布局与这些专用集成电路单元电性连接。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种用于微电子与微机电组件的整合型立体堆叠封装结构，其特征在于，包含：

一主动专用集成电路单元，包括一第一基板以及设在该第一基板一面上的电路布局，其中该第一基板未设有电路布局的一面开设有凹穴，该主动专用集成电路单元设有至少两个贯孔；以及

一微机电单元，包括一第二基板以及设于该第二基板一面上的微型感应体；

其中，当该主动专用集成电路单元与该微机电单元进行贴合时，该微型感应体容置于凹穴中，且这些贯孔中的至少一者充填有导电材料，使得该主动专用集成电路单元与该微机电单元可达成电性连接。

所述的用于微电子与微机电组件的整合型立体堆叠封装结构，其中，该凹穴中设有导电部，且该导电部分别与该贯孔及该微机电单元电性连接。

所述的用于微电子与微机电组件的整合型立体堆叠封装结构，其中，该贯孔与该第一基板一面上的电路布局电性连接。

所述的用于微电子与微机电组件的整合型立体堆叠封装结构，其中，该导电材料为金属材料。

所述的用于微电子与微机电组件的整合型立体堆叠封装结构，其中，该第一基板上的电路布局上还堆叠有一个或多个专用集成电路单元，且该电路布局与这些专用集成电路单元电性连接。

为达上述目的，本发明提供一种用于微电子与微机电组件的整合型立体堆叠封装结构的制造方法，包括步骤：

(a)提供一主动专用集成电路单元与一微机电单元；该主动专用集成电路单元包括一第一基板以及设在该第一基板一面上的电路布局，该微机电单元包括一第二基板以及设于该第二基板一面上的微型感应体；

(b)将该第一基板未设有电路布局的一面进行薄化；

(c)将该第一基板未设有电路布局的一面上开设可容置该微型感应体的凹穴；

(d)于该凹穴中设置一导电部，该导电部与微机电单元电性连接；

(e)将该主动专用集成电路单元与微机电单元进行堆叠，使得微型感应体容置于凹穴中；

(f)于该主动专用集成电路单元上开设至少一贯孔且使该贯孔分别连接电路布局与导电部；以及

(g)于贯孔中填入导电材料，使得电路布局与导电部电性连接。

所述的用于微电子与微机电组件的整合型立体堆叠封装结构的制造方法，其中，该导电材料为金属材料。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为现有专用集成电路单元与微机电单元的堆叠结构剖面图；

图2为本发明用于微电子与微机电组件的整合型立体堆叠封装结构的剖面图；

图3为本发明用于微电子与微机电组件的整合型立体堆叠封装结构的剖面图，其显示另一实施例；

图4为本发明用于微电子与微机电组件的整合型立体堆叠封装结构的剖面图，其显示又一实施例；以及

图5A至图5G为本发明用于微电子与微机电组件的整合型立体堆叠封装结构的制造方法的剖面图。

其中，附图标记：

10-专用集成电路单元

11-上盖

12-微机电单元

20-主动专用集成电路单元

22-微机电单元

24-专用集成电路单元

26-专用集成电路单元

40-主动专用集成电路单元

42-微机电单元

50-主动专用集成电路单元

52-微机电单元

100-基板

102-电路布局

106-贯孔

108-导电材料

110-贯孔

112-导电材料

114-腔室

120-基板

122-微型感应体

200-基板

202-电路布局

204-凹穴

206-贯孔

207-导电部

208-导电材料

220-基板

222-微型感应体

400-基板

402-电路布局

404-凹穴

406-贯孔

407-导电部

408-导电材料

409-贯孔

420-基板

422-微型感应体

500-基板

502-电路布局

504-凹穴

506-贯孔

507-导电部

508-导电材料

520-基板

522-微型感应体

200a-电性连接部

200b-电性连接部

220a-电性连接部

220b-电性连接部

400a-电性连接部

400b-电性连接部

420a-电性连接部

420b-电性连接部

520a-电性连接部

520b-电性连接部

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步更详细的描述。

请参见图2，该图为本发明用于微电子与微机电组件的整合型立体堆叠封装结构的剖面图。

于图2中，整合型立体堆叠结构包含一主动专用集成电路单元20与一微机电单元22，该主动专用集成电路单元20堆叠于微机电单元22之上；该主动专用集成电路单元20包括一基板200及设在该基板200一面上的电路布局202；为进行电性导通，该主动专用集成电路单元20设有若干贯孔206且这些贯孔206中充填有导电材料208，该导电材料208可使用金属材料，例如铜。微机电单元22则包括一基板220以及设于该基板220一面上的微型感应体222。

与现有技术不同的是，该基板200于未设有电路布局202的一面上开设一凹穴204，因此当主动专用集成电路单元20与微机电单元22进行堆叠贴合时微型感应体222可容置于凹穴204中：且利用充填于贯孔206中的导电材料208，可将基板200的电性连接部200a与基板220的电性连接部220a进行电性连接；同样地，利用充填于贯孔206中的导电材料208与布设于凹穴204中的导电部207，还可将基板200的电性连接部200b与基板220的电性连接部220b进行电性连接，因此主动专用集成电路单元20的电路布局202即与微机电单元22达成电性连接，故主动专用集成电路单元20便相应与微机电单元22达成电性连接。

再请参见图3，于该图中，于图2所示的立体堆叠结构(主动专用集成电路单元20与微机电单元22)之上再堆叠专用集成电路单元24与专用集成电路单元26，意即专用集成电路单元24堆叠于主动专用集成电路单元20之上且以充满导电材料的贯孔达成电性连接；而专用集成电路单元26则堆叠于专用集成电路单元24之上且亦以充满导电材料的贯孔达成电性连接；因此，本发明可达成多层堆叠且简化层数的目的。

图4为本发明整合型立体堆叠结构的剖面图，其显示另一实施例。该整合型立体堆叠结构包含一主动专用集成电路单元40与一微机电单元42，该主动专用集成电路单元40堆叠于微机电单元42之上；该主动专用集成电路单元40包括一基板400及设在该基板400一面上的电路布局402；为进行电性导通，该主动专用集成电路单元40设有若干贯孔406且这些贯孔406中充填有导电材料408，该导电材料408可使用金属材料，例如铜。微机电单元42则包括一基板420以及设于该基板420一面上的微型感应体422。

类似于图2，图4的基板400于未设有电路布局402的一面上开设有凹穴404，因此当主动专用集成电路单元40与微机电单元42进行堆叠贴合时微型感应体422可容置于凹穴404中；且利用充填于贯孔406中的导电材料408，可将基板400的电性连接部400a与基板420的电性连接部420a进行电性连接；又，利用充填于贯孔406中的导电材料408与布设于凹穴404中的导电部407，还可将基板400的电性连接部400b与基板420的电性连接部420b进行电性连接，因此主动专用集成电路单元40的电路布局402即与微机电单元42达成电性连接，故主动专用集成电路单元40便相应与微机电单元42达成电性连接。

与上述实施例不同的是，图4的微机电单元42有需要与外界进行感应(例如：利用微型感应体422感应声波)，因此便将主动专用集成电路单元40上的一贯孔409维持中空状态(不充填导电材)而与微机电单元42进行封装堆叠，如此该微机电单元42便可感应经由外界所传递的信号(例如声波)。

图5A至图5G为本发明用于微电子与微机电组件的整合型立体堆叠封装结构的制造方法，其以剖面图方式显示制造流程，包括：

步骤一：提供一主动专用集成电路单元50；该主动专用集成电路单元50包括一基板500以及设在该基板500上的电路布局502，如图5A所示。

步骤二：将该500基板未设有电路布局502的一面利用研磨具(未示出)进行薄化，如图5B所示。

步骤三：将该基板500未设有电路布局502的一面上开设一凹穴504(例如：利用湿蚀刻)，如图5C所示。

步骤四：于该凹穴504中设置(例如：利用金属进行溅镀)一导电部507、一电性连接部520a与一电性连接部520b，如图5D所示。

步骤五：将该主动专用集成电路单元50与微机电单元52进行堆叠(微机电单元52包含一基板520与设于该基板520上的一微型感应体522)，使得微型感应体522容置于凹穴504之中，如图5E所示。

步骤六：于该主动专用集成电路单元50上开设若干贯孔506且使这些贯孔506分别通达电性连接部520a与导电部507，如图5F所示。

步骤七：于这些贯孔506中填入导电材料508(例如铜)，使得主动专用集成电路单元50与微机电单元52达成电性连接，如图5G所示。

当然，于上述的制作过程中，亦可如图4般只于部分贯孔中填入导电金属材料，而留下部分贯孔作为微机电单元的微型感应体与外界连通感应之用，这些变化为熟习此领域者可简单应用变化，于此将不再赘述。

综上所述，本发明的用于微电子与微机电组件的整合型立体堆叠封装方法直接以ASIC晶片制作具有电性连接功能的保护盖，不仅可以作为MEMS组件的保护盖，其上的ASIC电路更可与MEMS组件做更紧密的整合，故能达成提升组件的积集度与降低成本的目的，可有效克服现有技术的缺点，合应获得专利以使相关产业的从业人员能据以利用来促进产业发展。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (12)

1、一种用于微电子与微机电组件的整合型立体堆叠封装结构，包含：

一主动专用集成电路单元，包括一第一基板以及设在该第一基板一面上的电路布局，其中该第一基板未设有电路布局的一面开设有凹穴，该主动专用集成电路单元设有至少一贯孔；以及

一微机电单元，包括一第二基板以及设于该第二基板一面上的微型感应体；

其中，当该主动专用集成电路单元与该微机电单元进行贴合时，该微型感应体容置于凹穴中，且该贯孔中充填有导电材料，使得该主动专用集成电路单元与该微机电单元可达成电性连接。

2、根据权利要求1所述的用于微电子与微机电组件的整合型立体堆叠封装结构，其特征在于，该凹穴中设有导电部，且该导电部分别与该贯孔及该微机电单元电性连接。

3、根据权利要求1所述的用于微电子与微机电组件的整合型立体堆叠封装结构，其特征在于，该贯孔与该第一基板一面上的电路布局电性连接。

4、根据权利要求1所述的用于微电子与微机电组件的整合型立体堆叠封装结构，其特征在于，该导电材料为金属材料。

5、根据权利要求1所述的用于微电子与微机电组件的整合型立体堆叠封装结构，其特征在于，该第一基板上的电路布局上还堆叠有一个或多个专用集成电路单元，且该电路布局与这些专用集成电路单元电性连接。

6、一种用于微电子与微机电组件的整合型立体堆叠封装结构，其特征在于，包含：

一主动专用集成电路单元，包括一第一基板以及设在该第一基板一面上的电路布局，其中该第一基板未设有电路布局的一面开设有凹穴，该主动专用集成电路单元设有至少两个贯孔；以及

一微机电单元，包括一第二基板以及设于该第二基板一面上的微型感应体；

其中，当该主动专用集成电路单元与该微机电单元进行贴合时，该微型感应体容置于凹穴中，且这些贯孔中的至少一者充填有导电材料，使得该主动专用集成电路单元与该微机电单元可达成电性连接。

7、根据权利要求6所述的用于微电子与微机电组件的整合型立体堆叠封装结构，其特征在于，该凹穴中设有导电部，且该导电部分别与该贯孔及该微机电单元电性连接。

8、根据权利要求6所述的用于微电子与微机电组件的整合型立体堆叠封装结构，其特征在于，该贯孔与该第一基板一面上的电路布局电性连接。

9、根据权利要求6所述的用于微电子与微机电组件的整合型立体堆叠封装结构，其特征在于，该导电材料为金属材料。

10、根据权利要求6所述的用于微电子与微机电组件的整合型立体堆叠封装结构，其特征在于，该第一基板上的电路布局上还堆叠有一个或多个专用集成电路单元，且该电路布局与这些专用集成电路单元电性连接。

11、一种用于微电子与微机电组件的整合型立体堆叠封装结构的制造方法，其特征在于，包含步骤：

提供一主动专用集成电路单元与一微机电单元；该主动专用集成电路单元包括一第一基板以及设在该第一基板一面上的电路布局，该微机电单元包括一第二基板以及设于该第二基板一面上的微型感应体；

将该第一基板未设有电路布局的一面进行薄化；

将该第一基板未设有电路布局的一面上开设可容置该微型感应体的凹穴；

于该凹穴中设置一导电部，该导电部与微机电单元电性连接；

将该主动专用集成电路单元与微机电单元进行堆叠，使得微型感应体容置于凹穴中；

于该主动专用集成电路单元上开设至少一贯孔且使该贯孔分别连接电路布局与导电部；以及

于贯孔中填入导电材料，使得电路布局与导电部电性连接。

12、根据权利要求11所述的用于微电子与微机电组件的整合型立体堆叠封装结构的制造方法，其特征在于，该导电材料为金属材料。

Images