EP2782867A1 - Chip mit mikro-elektromechanischer struktur und abdeckungselement sowie verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Chip mit mikro-elektromechanischer struktur und abdeckungselement sowie verfahren zu dessen herstellung

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EP2782867A1
EP2782867A1 EP12775464.6A EP12775464A EP2782867A1 EP 2782867 A1 EP2782867 A1 EP 2782867A1 EP 12775464 A EP12775464 A EP 12775464A EP 2782867 A1 EP2782867 A1 EP 2782867A1
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EP
European Patent Office
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chip
microelectromechanical
micro
mems
wafer
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12775464.6A
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Ando Feyh
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/0032—Packages or encapsulation
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    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/0032—Packages or encapsulation
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    • B81B7/0032—Packages or encapsulation
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    • B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2201/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones covered by H04R1/00 but not provided for in any of its subgroups
    • H04R2201/003—Mems transducers or their use

Definitions

  • the invention relates to a chip with micro-electro-mechanical structure and a
  • Method for producing a chip having a microelectromechanical structure in particular for microelectromechanical loudspeaker elements.
  • Micro-electro-mechanical loudspeakers are manufactured by forming micro-electro-mechanical structures (MEMS structures) in a chip material. Such chips require a conventionally complex and expensive packaging technology.
  • the document DE 10 2005 053 765 A1 discloses a MEMS package with a MEMS chip and a control chip, which are applied to a carrier substrate and encapsulated by a shielded cap.
  • the present invention in one aspect, provides a micro-electromechanical chip having a substrate, a micro-electro-mechanical structure formed in the substrate, and a cover member disposed on a surface of the substrate, and having the micro-electro-mechanical structure protects against contamination and / or mechanical effects from the outside.
  • the present invention provides a chip package having a microelectromechanical chip according to the invention, and a control chip coupled to the microelectromechanical chip and configured to drive the microelectromechanical chip.
  • the present invention provides a method of fabricating a microelectromechanical chip, comprising the steps of providing a variety of micro-electromechanical structures on a wafer, the
  • An idea of the present invention is to provide a micro-electromechanical structure (MEMS) chip having an acoustic window directly deposited on a chip surface.
  • MEMS micro-electromechanical structure
  • An advantage of the invention is that the manufacturing cost of such MEMS chips can be significantly reduced, since the acoustic windows in a single
  • a significant advantage is that the windows can protect the MEMS structures on the chips from contamination by the singulation process.
  • Chippackages with MEMS chips according to the invention can be designed as chip-scale packages (CSP) due to the fact that no separate capping is necessary.
  • Integration density This is particularly advantageous in the case of MEMS speaker chips, which due to the low height and high integration density in
  • miniaturized applications such as mobile phones, smartphones, tablet PCs,
  • the microelectromechanical structure may be a microelectromechanical loudspeaker structure or a microelectromechanical one
  • MEMS speakers and MEMS microphones are well suited for the construction according to the invention, since they can not be protected by simple Ummolden against external influences.
  • the cover element may be acoustically transparent.
  • the cover member may comprise a foil, a metal mesh, a plastic mesh or a filter layer. This offers the possibility of contrasting the MEMS structures, in particular MEMS speaker structures
  • the cover element may be laminated or glued on the substrate. This enables a cost-effective and rapid production of MEMS chips.
  • the cover element with the microelectromechanical structure can form a cavity within the substrate.
  • a resonator volume for the delivery or recording of sound signals can be formed.
  • an intermediate substrate may be provided, on the surface of which the microelectromechanical chip and the control chip are applied via solder joints.
  • the control chip may be embedded in an outer packaging chip, and the microelectromechanical chip via solder joints on the outer packaging chip
  • the outer packaging chip can preferably have at least one through contact, via which the microelectromechanical chip is in electrical contact with soldered connections arranged on the surface of the outer packaging chip facing away from the microelectromechanical chip.
  • the required chip area of the chip package is advantageously reduced to the dimensions of the MEMS chip, since electrical connections do not have to be conducted past the outer package chip outside of the chip area.
  • the dicing may include sawing the wafer, sawing and breaking the wafer, or laser cutting the wafer.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a chip package with a MEMS chip according to an embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a chip package with a MEMS chip according to a further embodiment of the invention
  • Fig. 3 is a schematic representation of a MEMS chip according to another
  • Embodiment of the invention is a schematic representation of a MEMS chip according to another
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a method for producing a MEMS chip according to a further embodiment of the invention.
  • the chip package 10 comprises a MEMS chip 1, which may have, for example, a microelectromechanical loudspeaker structure 1b.
  • the microelectromechanical loudspeaker structure 1b may be formed in a substrate 1a.
  • the substrate 1 a may, for example, comprise a silicon substrate.
  • the microelectromechanical loudspeaker structure 1b may have, for example, an array of individual microelectromechanical loudspeaker elements.
  • a cover element 3 can be applied to a surface.
  • the cover element 3 may, for example, a foil, for example
  • the cover element 3 may, for example, be acoustically transparent, that is, have a high permeability to the propagation of sound waves. At the same time, the cover element 3 may be impermeable to contaminants such as dust, fluids or other particles.
  • the cover element 3 can be applied to the MEMS chip 1, for example by gluing, melting, laminating or a similar connection process with or without a temperature step.
  • the chip package 10 can furthermore have a control chip 2, for example an ASIC chip, an FPGA chip or CPLD chip.
  • the control chip 2 may be coupled to the MEMS chip 1 and configured to supply the drive signal for the MEMS chip 1 produce.
  • the control chip 2 can be designed to control the microelectromechanical loudspeaker structure 1b of the MEMS chip 1 for generating sound signals.
  • the control chip 2 can have a chip body 2a, to which an integrated circuit 2b is applied on a surface.
  • the control chip 2 and the MEMS chip 1 may each be applied to a carrier substrate 4 in a flip-chip arrangement.
  • the carrier substrate 4 may be, for example, an intermediate substrate layer, a so-called interposer.
  • the control chip 2 and the MEMS chip 1 can be applied to the carrier substrate 4 via solder bumps or solder joints 5a and 5b, respectively.
  • the number of solder joints 5a and 5b in Fig. 1 is only an example, any other number of solder joints is also possible.
  • the carrier substrate 4 may in turn have solder bumps or solder joints 5c on the side remote from the MEMS chip 1 and the control chip 2, which are designed to apply the carrier substrate 4, for example, to a printed circuit board (not shown).
  • the number of solder joints 5c in Fig. 1 is only an example, any other number of solder joints is also possible.
  • the carrier substrate 4 may have an opening, such as a throughbore 4a.
  • the throughbore 4 a may, for example, be formed below the chip area of the MEMS chip 1, so that the cavity 4 b below the MEMS chip 1 between the MEMS chip 1 and the carrier substrate 4 is connected to the outside world. If the
  • MEMS chip 1 has a micro-electro-mechanical loudspeaker structure 1 b, the through-hole 4a can serve as an acoustic port down.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of another chip package 20 with a MEMS chip 1.
  • the chip package 20 differs from the chip package 10 in that the MEMS chip 1 and the control chip 2 are stacked in a stacked arrangement.
  • the control chip 2 in a recess of a
  • Umverpackungschips 6 be configured.
  • the outer packaging chip 6 may, for example, comprise molding material or plastic material.
  • the outer packaging chip 6 can serve, for example, as a reconfigured wafer in which the control chip 2 is embedded (mWLP, "molded wafer level package").
  • the control chip 2 which for example has a smaller chip area than the MEMS chip 1, can be arranged completely below the chip area of the MEMS chip 1, so that the outer packaging chip 6 has the same chip area as the MEMS chip 1. In this way, the entire chip package 20 can not have more area than the MEMS chip 1 itself.
  • the outer packaging chip 6 can have through contacts 6 a, via which the MEMS chip 1 with solder connections 5 b is in electrical contact with the underside of the Outer packaging chips 6 is, for example, with solder joints 5c on the underside of Umverpackungschips 6.
  • the control chip 2 may be embedded in the Umverpackungschip 6 such that the surface with the integrated circuit 2a facing the MEMS chip 1 out.
  • the terminals of the control chip 2 can be arranged in a fan-out structure on the rewiring chip 6.
  • Umverpackungschip 6 and the MEMS chip 1 may be arranged a cavity 6 b, which, for example, for MEMS chips 1 with micro-electromechanical
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a MEMS chip 1 '.
  • the MEMS chip 1 ' can be, for example, a MEMS loudspeaker chip.
  • the MEMS chip 1 ' has a chip body 1 1, which forms a cavity 17' accessible from the underside of the MEMS chip 1 '.
  • MEMS structure elements 16 may be formed in the cavity 17 'in MEMS structure layers 13 and 14, respectively.
  • the MEMS structure elements 16 may be, for example, membrane elements of a microelectromechanical loudspeaker structure 1b, as shown in FIG.
  • an intermediate layer 12 of the chip body material may be formed between the MEMS structure elements 16.
  • the chip body 1 1 may for example comprise silicon.
  • the MEMS chip 1 'further comprises a cover element 3, which in
  • the cover element 3 can be applied to the surface of the MEMS chip 1 facing away from the cavity 17 '.
  • the cover element 3 may, for example, form an acoustic window which prevents impurities from the MEMS chip 1 'and in particular the MEMS structural elements 16, but simultaneously simulates sound signals which are generated by means of the MEMS structural elements 16 in the MEMS chip 1' can transmit outside. It may also be possible that cover elements 3 are mounted on both chip surfaces of the MEMS chip 1 '.
  • through contacts 15 can be formed, which connects the active layers 13 and 14 respectively with solder joints 5 b on the underside of the MEMS chip 1 1, so that the MEMS chip 1 1 are applied to a carrier substrate and electrically contacted can.
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of a further exemplary embodiment of a MEMS chip 1 ".
  • the MEMS chip 1" in FIG. 4 differs from the MEMS chip 1 'in FIG. 3 in that the cover element 3 on the one MEMS This results in a cavity 17 "in the interior of the chip body 1 1, which is protected against contamination from the outside.
  • the MEMS chip 1 has the advantage that no vias are necessary, but the solder joints 5b can be connected directly to the active layers 14 and optionally 13.
  • the MEMS chip 1 can be applied as an MEMS chip 1, as shown in FIG. 3, using a mechanical spacer layer on an outer packaging chip 6.
  • a spacer layer for example, a required back volume between MEMS chip 1 for a MEMS loudspeaker chip " and
  • Repackaging chip 6 can be provided.
  • the spacer layer can be provided.
  • the back volume can, for example, via a recess and / or
  • Chip surfaces of the MEMS chip 1 "are attached.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a method 30 for producing a MEMS chip, in particular one of the MEMS chips 1, 1 'or 1 ", as shown in FIGS. 1 to 4.
  • a plurality is provided
  • a cover element layer is applied to the plurality of MEMS structures on the wafer, for example by laminating or gluing on an acoustically transparent cover element 3 as described in connection with FIG
  • the cover element layer may be a continuous layer of the material constituting the cover elements 3. Alternatively, it may also be possible to apply the cover elements 3 individually to the plurality of MEMS structures on the wafer.
  • the MEMS structures for producing MEMS chips with MEMS structures which are covered by a cover element on a surface of the MEMS chip are singulated.
  • the dicing may include, for example, sawing the wafer, sawing and breaking the wafer, or laser cutting the wafer. For example, for laser cutting
  • the method 30 has, on the one hand, the advantage that the cover elements of the MEMS chips can be applied to a wafer in a single production step, and need not be applied individually to MEMS chips.
  • the cover elements protect the MEMS structures from contaminants such as sawing sludge, wafer splinters, cooling fluids, or similar materials that may be generated in step 33, which could affect the functionality and integrity of the MEMS structures.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen mikro-elektromechanischen Chip (1), mit einem Substrat (1a), einer mikro-elektromechanischen Struktur (1b), welche in dem Substrat (1a) ausgebildet ist, und einem Abdeckungselement (3), welches auf einer Oberfläche des Substrats (1a) angeordnet ist, und welches die mikro-elektromechanische Struktur (1b) gegenüber Verunreinigungen und/oder mechanischen Einwirkungen von außen schützt.

Description

Beschreibung Titel
CHIP MIT MIKRO - ELEKTROMECHANISCHER STRUKTUR UND ABDECKUNGSELEMENT SOWIE
VERFAHREN ZU DESSEN HERSTELLUNG
Die Erfindung betrifft einen Chip mit mikro-elektromechanischer Struktur und ein
Verfahren zum Herstellen eines Chips mit mikro-elektromechanischer Struktur, insbesondere für mikro-elektromechanische Lautsprecherelemente.
Stand der Technik Mikro-elektromechanische Lautsprecher (MEMS-Lautsprecher) werden durch Ausbilden mikro-elektromechanischer Strukturen (MEMS-Strukturen) in einem Chipmaterial hergestellt. Derartige Chips bedürfen einer herkömmlicherweise aufwändigen und kostenintensiven Verpackungstechnologie. Die Druckschrift DE 10 2005 053 765 A1 beispielsweise offenbart ein MEMS-Package mit einem MEMS-Chip und einem Steuerchip, welche auf einem Trägersubstrat aufgebracht sind und über eine geschirmte Kappe verkapselt sind.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einem Aspekt einen mikro-elektromechanischen Chip, mit einem Substrat, einer mikro-elektromechanischen Struktur, welche in dem Substrat ausgebildet ist, und einem Abdeckungselement, welches auf einer Oberfläche des Substrats angeordnet ist, und welches die mikro-elektromechanische Struktur gegenüber Verunreinigungen und/oder mechanischen Einwirkungen von außen schützt.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Chippackage mit einem erfindungsgemäßen mikro-elektromechanischen Chip, und einem Steuerchip, welcher mit dem mikro-elektromechanischen Chip gekoppelt ist, und welcher dazu ausgelegt ist, den mikro-elektromechanischen Chip anzusteuern.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines mikro-elektromechanischen Chips, mit den Schritten des Bereitstellens einer Vielzahl von mikro-elektromechanischen Strukturen auf einem Wafer, des
Aufbringens einer Abdeckungselementenschicht auf der Vielzahl von mikro- elektromechanischen Strukturen auf dem Wafer, und des Vereinzeins der mikro- elektromechanischen Strukturen zum Herstellen von mikro-elektromechanischen Chips mit mikro-elektromechanischen Strukturen, welche über ein Abdeckungselement auf einer Oberfläche des mikro-elektromechanischen Chips abgedeckt sind.
Vorteile der Erfindung Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, einen Chip mit mikro-elektromechanischer Struktur (MEMS-Chip) zu schaffen, welcher über ein akustisches Fenster verfügt, welches direkt auf einer Chipoberfläche aufgebracht ist.
Ein Vorteil der Erfindung ist es, dass die Herstellungskosten für derartige MEMS-Chips erheblich gesenkt werden können, da die die akustischen Fenster in einem einzigen
Fertigungsschritt bereits auf Waferebene auf einen Wafer mit MEMS-Chips aufgebracht werden und eine Vereinzelung der Chips nach dem Aufbringen der Fenster erfolgen kann. Dabei ist ein wesentlicher Vorteil darin zu sehen, dass die Fenster die MEMS-Strukturen auf den Chips vor Verunreinigungen durch den Vereinzelungsprozess schützen können.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, der MEMS-Chip in einem Chippackage eingesetzt werden kann, welches nicht extra verkappt werden muss. Dadurch werden zum Einen die Fertigungskosten gesenkt, zum Anderen verringert sich die Baugröße des Chippackages. Chippackages mit erfindungsgemäßen MEMS-Chips können aufgrund der Tatsache, dass keine gesonderte Verkappung notwendig ist, als mit der Chipgröße skalierende Packages (CSP, "chip scale package") ausgelegt werden. Durch die
Verringerung der Baugröße erhöht sich zudem in vorteilhafter Weise die
Integrationsdichte. Dies ist besonders vorteilhaft im Falle von MEMS-Lautsprecherchips, welche aufgrund der geringen Bauhöhe und der hohen Integrationsdichte in
miniaturisierten Anwendungen wie Mobiltelefonen, Smartphones, Tablet-PCs,
Flachbildschirmen, in Wandbeschichtungen integrierten Lautsprechern oder ähnliche Anwendungen erhebliche Vorteile bietet.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die relative Anordnung von Steuerchip und MEMS- Chip auf einem Substrat oder einer Leiterplatte sehr flexibel gestaltet werden kann, da die Notwendigkeit der zusätzlichen Verkappung entfällt. Gemäß einer Ausführungsform kann die mikro-elektromechanische Struktur eine mikro- elektromechanische Lautsprecherstruktur oder eine mikro-elektromechanische
Mikrofonstruktur umfassen. Besonders MEMS-Lautsprecher und MEMS-Mikrofone sind gut geeignet für den erfindungsgemäßen Aufbau, da sie nicht durch einfaches Ummolden gegenüber äußeren Einflüssen geschützt werden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Abdeckungselement akustisch transparent sein. Vorzugsweise kann das Abdeckungselement eine Folie, ein Metallgitter, ein Kunststoffgitter oder eine Filterschicht umfassen. Dies bietet die Möglichkeit, die MEMS-Strukturen, insbesondere MEMS-Lautsprecherstrukturen gegenüber
mechanischen Einwirkungen zu schützen, ohne die Schallabgabe der MEMS- Lautsprecherstrukturen maßgeblich zu beeinträchtigen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Abdeckungselement auf dem Substrat auflaminiert oder aufgeklebt sein. Dies ermöglicht eine kostengünstige und rasche Fertigung der MEMS-Chips.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Abdeckungselement mit der mikro- elektromechanischen Struktur einen Hohlraum innerhalb des Substrats ausbilden.
Dadurch kann beispielsweise ein Resonatorvolumen für die Abgabe oder Aufnahme von Schallsignalen gebildet werden.
Gemäß einer Ausführungsform des Chippackages kann ein Zwischensubstrat vorgesehen sein, auf dessen Oberfläche der mikro-elektromechanische Chip und der Steuerchip über Lötverbindungen aufgebracht sind. In einer alternativen Ausführungsform kann der Steuerchip in einem Umverpackungschip eingebettet sein, und der mikro- elektromechanische Chip über Lötverbindungen auf dem Umverpackungschip
aufgebracht sein. Vorzugsweise kann der Umverpackungschip mindestens einen Durchkontakt aufweisen, über den der mikro-elektromechanische Chip mit Lötverbindungen auf der dem mikro- elektromechanischen Chip abgewandten Oberfläche des Umverpackungschips angeordneten Lötverbindungen in elektrischem Kontakt steht. Dadurch wird die benötigte Chipfläche des Chippackages, der sogenannte Footprint, vorteilhafterweise auf die Abmaßungen des MEMS-Chips reduziert, da elektrische Verbindungen nicht außerhalb der Chipfläche an dem Umverpackungschip vorbeigeführt werden müssen. Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens kann das Vereinzeln ein Sägen des Wafers, ein Ansägen und ein Brechen des Wafers oder ein Laserschneiden des Wafers umfassen. Der Vorteil des Verfahrens besteht dabei darin, dass Verunreinigungen, die durch das Vereinzeln entstehen, wie beispielsweise Sägeschlamm oder Wafersplitter, durch die Abdeckungselemente an einem Eindringen in die MEMS-Strukturen abgehalten werden, so dass deren Funktionsfähigkeit und Integrität auch im Laufe des
Vereinzelungsprozesses erhalten bleibt.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens kann das Aufbringen einer
Abdeckungselementenschicht ein Aufkleben oder Auflaminieren der
Abdeckungselementenschicht auf dem Wafer umfassen. Dies ermöglicht eine
kostengünstige und rasche Verarbeitung des Wafers mit den MEMS-Chips.
Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Chippackages mit einem MEMS-Chip gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Chippackages mit einem MEMS-Chip gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines MEMS-Chips gemäß einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung; Fig. 4 eine schematische Darstellung eines MEMS-Chips gemäß einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Herstellen eines MEMS- Chips gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.
Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im
Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht
notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen dabei gleiche oder ähnlich wirkende Komponenten. In der Beschreibung verwendete Richtungsterminologie wie "oben", "unten", "links", "rechts", "vorne", "hinten" und dergleichen dient lediglich Verständniszwecken und der einfacheren Erläuterung von Elementen der Zeichungen. Diese Richtungsterminologie ist nicht in beschränkender Weise auszulegen.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Chippackages 10 mit einem Chip 1 , welcher einer mikro-elektromechanische Struktur aufweist, im Folgenden kurz MEMS- Chip. Das Chippackage 10 umfasst einen MEMS-Chip 1 , welcher beispielsweise eine mikro-elektromechanische Lautsprecherstruktur 1 b aufweisen kann. Die mikro- elektromechanische Lautsprecherstruktur 1 b kann dabei in einem Substrat 1 a ausgebildet sein. Das Substrat 1 a kann beispielsweise ein Siliziumsubstrat aufweisen. Die mikro- elektromechanische Lautsprecherstruktur 1 b kann beispielsweise ein Array an einzelnen mikro-elektromechanischen Lautsprecherelementen aufweisen. Auf dem MEMS-Chip 1 kann auf einer Oberfläche ein Abdeckungselement 3 aufgebracht sein.
Das Abdeckungselement 3 kann beispielsweise eine Folie, zum Beispiel aus
Polyethylenterephthalat (Mylar®, Hostaphan®), ein Metallgitter, ein Kunststoffgitter oder eine Filterschicht aufweisen. Das Abdeckungselement 3 kann beispielsweise akustisch transparent sein, das heißt, gegenüber der Ausbreitung von Schallwellen eine hohe Durchlässigkeit aufweisen. Gleichzeitig kann das Abdeckungselement 3 gegenüber Verunreinigungen wie Staub, Fluiden oder sonstigen Partikeln undurchlässig sein. Das Abdeckungselement 3 kann beispielsweise durch Kleben, Aufschmelzen, Laminieren oder einen ähnlichen Verbindungsprozess mit oder ohne Temperaturschritt auf dem MEMS- Chip 1 aufgebracht werden.
Das Chippackage 10 kann weiterhin einen Steuerchip 2, beispielsweise einen ASIC-Chip, einen FPGA-Chip oder CPLD-Chip aufweisen. Der Steuerchip 2 kann mit dem MEMS- Chip 1 gekoppelt sein und dazu ausgelegt sein, Ansteuersignal für den MEMS-Chip 1 zu erzeugen. Beispielsweise kann der Steuerchip 2 dazu ausgelegt sein, die mikro- elektromechanische Lautsprecherstruktur 1 b des MEMS-Chips 1 zum Erzeugen von Schallsignalen anzusteuern. Der Steuerchip 2 kann dabei einen Chipkörper 2a aufweisen, auf den auf einer Oberfläche eine integrierte Schaltung 2b aufgebracht ist. Der Steuerchip 2 und der MEMS-Chip 1 können beispielsweise jeweils in Flip-Chip-Anordnung auf einem Trägersubstrat 4 aufgebracht sein. Das Trägersubstrat 4 kann beispielsweise eine Zwischensubstratschicht, ein sogenannter Interposer sein. Der Steuerchip 2 und der MEMS-Chip 1 können über Löthügel oder Lötverbindungen 5a bzw. 5b jeweils auf dem Trägersubstrat 4 aufgebracht sein. Die Anzahl der Lötverbindungen 5a und 5b in Fig. 1 ist nur beispielhaft, jede andere Anzahl von Lötverbindungen ist dabei ebenso möglich.
Das Trägersubstrat 4 kann seinerseits über Löthügel oder Lötverbindungen 5c auf der dem MEMS-Chip 1 und dem Steuerchip 2 abgewandten Seite aufweisen, welche dazu ausgelegt sin, das Trägersubstrat 4 beispielsweise auf einer (nicht gezeigten) Leiterplatte aufzubringen. Die Anzahl der Lötverbindungen 5c in Fig. 1 ist nur beispielhaft, jede andere Anzahl von Lötverbindungen ist dabei ebenso möglich. Das Trägersubstrat 4 kann beispielsweise eine Öffnung, wie zum Beispiel eine Durchbohrung 4a aufweisen. Die Durchbohrung 4a kann beispielsweise unterhalb der Chipfläche des MEMS-Chips 1 ausgebildet sein, so dass der Hohlraum 4b unterhalb des MEMS-Chips 1 zwischen MEMS-Chip 1 und Trägersubstrat 4 mit der Außenwelt in Verbindung steht. Falls der
MEMS-Chip 1 eine mikro-elektromechanische Lautsprecherstruktur 1 b aufweist, kann die Durchbohrung 4a als akustischer Port nach unten dienen.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Chippackages 20 mit einem MEMS-Chip 1 . Das Chippackage 20 unterscheidet sich von dem Chippackage 10 darin, dass der MEMS-Chip 1 und der Steuerchip 2 in gestapelter Anordnung übereinander angeordnet sind. Dazu kann der Steuerchip 2 in einer Ausnehmung eines
Umverpackungschips 6 ausgestaltet sein. Der Umverpackungschip 6 kann beispielsweise Moldmaterial oder Kunststoffmaterial aufweisen. Der Umverpackungschip 6 kann beispielsweise als rekonfigurierter Wafer dienen, in welchen der Steuerchip 2 eingebettet ist (mWLP, "molded wafer level package"). Der Steuerchip 2, welcher beispielsweise eine geringere Chipfläche als der MEMS-Chip 1 aufweist, kann dabei vollständig unterhalb der Chipfläche des MEMS-Chips 1 angeordnet sein, so dass der Umverpackungschip 6 die gleiche Chipfläche wie der MEMS-Chip 1 aufweist. Auf diese Weise kann das gesamte Chippackage 20 nicht mehr Fläche aufweisen wie der MEMS-Chip 1 selbst.
Der Umverpackungschip 6 kann beispielsweise Durchkontakte 6a aufweisen, über welche der MEMS-Chip 1 mit Lötverbindungen 5b im elektrischen Kontakt mit der Unterseite des Umverpackungschips 6 steht, beispielsweise mit Lötverbindungen 5c auf der Unterseite des Umverpackungschips 6. Der Steuerchip 2 kann derart in dem Umverpackungschip 6 eingebettet sein, dass die Oberfläche mit der integrierten Schaltung 2a zu dem MEMS- Chip 1 hin weist. Insbesondere können die Anschlüsse des Steuerchips 2 in einer Fan- Out-Struktur auf dem Umverdrahtungschip 6 angeordnet sein. Zwischen dem
Umverpackungschip 6 und dem MEMS-Chip 1 kann ein Hohlraum 6b angeordnet sein, welcher beispielsweise für MEMS-Chips 1 mit mikro-elektromechanischen
Lautsprecherstrukturen 1 b als Resonatorhohlruam dienen kann. Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung für ein Ausführungsbeispiel eines MEMS- Chips 1 '. Der MEMS-Chip 1 ' kann beispielsweise ein MEMS-Lautsprecherchip sein. Der MEMS-Chip 1 ' weist einen Chipkörper 1 1 auf, welcher einen von der Unterseite des MEMS-Chips 1 ' zugänglichen Hohlraum 17' ausbildet. In dem Hohlraum 17' können in MEMS-Strukturschichten 13 und 14 jeweils MEMS-Strukturelemente 16 ausgebildet sein. Die MEMS-Strukturelemente 16 können dabei beispielsweise Membranelemente einer mikro-elektromechanischen Lautsprecherstruktur 1 b sein, wie in Fig. 1 gezeigt. Zwischen den MEMS-Strukturelemente 16 kann beispielsweise eine Zwischenschicht 12 des Chipkörpermaterials ausgebildet sein. Der Chipkörper 1 1 kann beispielsweise Silizium aufweisen.
Der MEMS-Chip 1 ' weist weiterhin ein Abdeckungselement 3 auf, welches im
Zusammenhang mit Fig. 1 ausführlich beschrieben ist. Das Abdeckungselement 3 kann dabei auf der dem Hohlraum 17' abgewandten Oberfläche des MEMS-Chips 1 ' aufgebracht sein. Das Abdeckungselement 3 kann beispielsweise ein akustisches Fenster ausbilden, welches Verunreinigungen von den MEMS-Chip 1 ' und insbesondere den MEMS-Strukturelementen 16 abhält, aber gleichzeitig Schallsignale, welche mithilfe der MEMS-Strukturelemente 16 in dem MEMS-Chip 1 ' erzeugt werden, nach außen übertragen kann. Es kann dabei auch möglich sein, dass Abdeckungselemente 3 auf beiden Chipoberflächen des MEMS-Chips 1 ' angebracht werden.
Durch den Chipkörper 1 1 können beispielsweise Durchkontakte 15 ausgebildet werden, welche die aktiven Schichten 13 und 14 jeweils mit Lötverbindungen 5b auf der Unterseite des MEMS-Chips 1 1 verbindet, so dass der MEMS-Chip 1 1 auf einem Trägersubstrat aufgebracht und elektrisch kontaktiert werden kann.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung für ein weiteres Ausführungsbeispiel eines MEMS-Chips 1 ". Der MEMS-Chip 1 " in Fig. 4 unterscheidet sich von dem MEMS-Chip 1 ' in Fig. 3 dahingehend, dass das Abdeckungselement 3 auf der den MEMS- Strukturelementen 16 abgewandten Oberfläche des MEMS-Chips 1 " aufgebracht ist. Dadurch entsteht ein Hohlraum 17" im Inneren des Chipkörpers 1 1 , welcher gegenüber Verunreinigungen von außen geschützt ist. Der MEMS-Chip 1 " bietet den Vorteil, dass keine Durchkontakte notwendig sind, sondern die Lötverbindungen 5b direkt an die aktiven Schichten 14 und gegebenenfalls 13 angebunden werden können.
Der MEMS-Chip 1 " kann als MEMS-Chip 1 , wie in Fig. 3 dargestellt, unter Verwendung einer mechanischen Abstandhalterschicht auf einem Umverpackungschip 6 aufgebracht werden. Durch die Abstandhalterschicht kann beispielsweise für einen MEMS- Lautsprecherchip ein erforderliches Rückvolumen zwischen MEMS-Chip 1 " und
Umverpackungschip 6 bereitgestellt werden. Die Abstandshalterschicht kann
beispielsweise Silizium umfassen oder eine PCB-Schicht ("printed circuit board") sein. Das Rückvolumen kann beispielsweise über eine Ausnehmung und/oder
Durchgangslöcher in der Abstandhalterschicht realisiert werden.
Es kann dabei auch möglich sein, dass Abdeckungselemente 3 auf beiden
Chipoberflächen des MEMS-Chips 1 " angebracht werden.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens 30 zum Herstellen eines MEMS-Chips, insbesondere eines der MEMS-Chips 1 , 1 ' oder 1 " wie in den Fig. 1 bis 4 gezeigt. In einem ersten Schritt 31 erfolgt ein Bereitstellen einer Vielzahl von MEMS- Strukturen auf einem Wafer. In einem zweiten Schritt 32 erfolgt ein Aufbringen einer Abdeckungselementenschicht auf der Vielzahl von MEMS-Strukturen auf dem Wafer. Dies kann beispielsweise über ein Auflaminieren oder Aufkleben eines akustisch transparenten Abdeckungselements 3 wie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben erfolgen. Die Abdeckungselementenschicht kann eine durchgängige Schicht aus dem die Abdeckungselemente 3 konstituierenden Material sein. Es kann alternativ auch möglich sein, die Abdeckungselemente 3 einzeln auf die Vielzahl von MEMS-Strukturen auf dem Wafer aufzubringen.
In einem dritten Schritt 33 erfolgt ein Vereinzeln der MEMS-Strukturen zum Herstellen von MEMS-Chips mit MEMS-Strukturen, welche über ein Abdeckungselement auf einer Oberfläche des MEMS-Chips abgedeckt sind. Das Vereinzeln kann beispielsweise ein Sägen des Wafers, ein Ansägen und ein Brechen des Wafers oder ein Laserschneiden des Wafers umfassen. Für das Laserschneiden kann beispielsweise über
Lasereinwirkung eine oder mehrere Sollbruchstellen in dem Wafer erzeugt werden, an denen der Wafer dann gebrochen werden kann. Das Verfahren 30 weist zum einen den Vorteil auf, dass die Abdeckungselemente der MEMS-Chips in einem einzelnen Fertigungsschritt auf einem Wafer aufgebracht werden können, und nicht einzeln auf MEMS-Chips aufgebracht werden müssen. Zum anderen schützen die Abdeckungselemente die MEMS-Strukturen vor in Schritt 33 anfallenden Verunreinigungen wie Sägeschlamm, Wafersplittern, Kühlflüssigkeiten oder ähnlichen Materialien, welche die Funktionsfähigkeit und Integrität der MEMS-Strukturen beeinträchtigen könnten.

Claims

Ansprüche 1 . Mikro-elektromechanischer Chip (1 ), mit:
einem Substrat (1 a);
einer mikro-elektromechanischen Struktur (1 b), welche in dem Substrat (1 a) ausgebildet ist; und
einem Abdeckungselement (3), welches auf einer Oberfläche des Substrats (1 a) angeordnet ist, und welches die mikro-elektromechanische Struktur (1 b) gegenüber Verunreinigungen und/oder mechanischen Einwirkungen von außen schützt.
2. Mikro-elektromechanischer Chip (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die mikro- elektromechanische Struktur (1 b) eine mikro-elektromechanische Lautsprecherstruktur oder eine mikro-elektromechanische Mikrofonstruktur umfasst.
3. Mikro-elektromechanischer Chip (1 ) nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei das Abdeckungselement (3) akustisch transparent ist.
4. Mikro-elektromechanischer Chip (1 ) nach Anspruch 3, wobei das Abdeckungselement (3) eine Folie, ein Metallgitter, ein Kunststoffgitter oder eine Filterschicht umfasst.
5. Mikro-elektromechanischer Chip (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Abdeckungselement (3) auf dem Substrat (1 a) auflaminiert oder aufgeklebt ist.
6. Mikro-elektromechanischer Chip (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Abdeckungselement (3) mit der mikro-elektromechanischen Struktur (1 b) einen Hohlraum (17") innerhalb des Substrats (1 a) ausbildet.
7. Chippackage (10; 20), mit:
einem mikro-elektromechanischen Chip (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6; und einem Steuerchip (2), welcher mit dem mikro-elektromechanischen Chip (1 ) gekoppelt ist, und welcher dazu ausgelegt ist, den mikro-elektromechanischen Chip (1 ) anzusteuern.
8. Chippackage (10; 20) nach Anspruch 7, weiterhin mit:
einem Zwischensubstrat (4), auf dessen Oberfläche der mikro-elektromechanische Chip (1 ) und der Steuerchip (2) über Lötverbindungen (5a; 5b) aufgebracht sind.
9. Chippackage (10; 20) nach Anspruch 7, wobei der Steuerchip (2) in einem
Umverpackungschip (6) eingebettet ist, und wobei der mikro-elektromechanische Chip (1 ) über Lötverbindungen (5b) auf dem Umverpackungschip (6) aufgebracht ist.
10. Chippackage (10; 20) nach Anspruch 9, wobei der Umverpackungschip (6)
mindestens einen Durchkontakt (6a) aufweist, über den der mikro-elektromechanische Chip (1 ) mit Lötverbindungen (5c) auf der dem mikro-elektromechanischen Chip (1 ) abgewandten Oberfläche des Umverpackungschips (6) angeordneten Lötverbindungen (5c) in elektrischem Kontakt steht.
1 1 . Verfahren (30) zum Herstellen eines mikro-elektromechanischen Chips (1 ), mit den Schritten:
Bereitstellen (31 ) einer Vielzahl von mikro-elektromechanischen Strukturen auf einem Wafer;
Aufbringen (32) einer Abdeckungselementenschicht auf der Vielzahl von mikro- elektromechanischen Strukturen auf dem Wafer; und
Vereinzeln (33) der mikro-elektromechanischen Strukturen zum Herstellen von mikro- elektromechanischen Chips (1 ) mit mikro-elektromechanischen Strukturen, welche über ein Abdeckungselement (3) auf einer Oberfläche des mikro-elektromechanischen Chips (1 ) abgedeckt sind.
12. Verfahren (30) nach Anspruch 1 1 , wobei das Vereinzeln (33) ein Sägen des Wafers, ein Ansägen und ein Brechen des Wafers oder ein Laserschneiden des Wafers umfasst.
13. Verfahren (30) nach einem der Ansprüche 1 1 und 12, wobei das Aufbringen (32) einer Abdeckungselementenschicht ein Aufkleben oder Auflaminieren der
Abdeckungselementenschicht auf dem Wafer umfasst.
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