[发明专利]具有微机电结构和保护元件的芯片及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有微机电结构的芯片和一种用于制造具有微机电结构、特别是用于微机电扬声器元件的芯片的方法。

背景技术

微机电扬声器(MEMS扬声器)通过在芯片材料中构造微机电结构(MEMS结构)来加以制造。这种芯片需要通常很复杂和成本密集的封装技术。

文献DE 10 2005 053 765 A1例如公开了一种具有MEMS芯片和控制器芯片的MEMS封装，所述MEMS芯片和控制器芯片被施加在载体衬底上并通过屏蔽罩被封装起来。

发明内容

本发明根据一个方面实现一种微机电芯片，具有衬底、被构造在衬底中的微机电结构，和被布置在衬底的表面上的保护元件，所述保护元件保护微机电结构免受杂质和/或外界的机械作用。

根据另一个方面本发明实现一种具有根据本发明的微机电芯片和控制器芯片的芯片封装，该控制器芯片与微机电芯片耦合并且被设计用于控制微机电芯片。

根据另一个方面本发明实现一种用于制造微机电芯片的方法，包括以下步骤：在晶片上提供许多微机电结构，将保护元件层施加在晶片上的许多微机电结构上，以及分离微机电结构以制造具有微机电结构的微机电芯片，这些微机电结构被位于微机电芯片的表面上的保护元件覆盖。

发明优点

本发明的一个想法是，实现一种具有微机电机构的芯片(MEMS芯片)，该芯片具有被直接施加在芯片表面上的声学窗口。

本发明的一个优点是，可以显著减小用于这种MEMS芯片的制造成本，因为声学窗口在唯一一个制造步骤中已经被施加在具有MEMS芯片的晶片的晶片层面上，并可以在施加窗口之后实现芯片的分离。在此可以得到一个主要的优点，即窗口可以保护芯片上的MEMS结构免遭通过分离过程产生的杂质。

本发明的另一个优点在于，MEMS芯片可以被使用在不需要被额外封装的芯片封装中。由此一方面减少了制造成本，另一方面减小了芯片封装的结构尺寸。具有根据本发明的MEMS芯片的芯片封装由于不需要单独的封装这一事实而可以被设计为随着芯片尺寸缩放的封装(CSP，“chip scale package”，芯片级封装)。此外，通过减小结构尺寸以有利的方式提高了集成密度。这在MEMS扬声器芯片的情况下特别有利，MEMS扬声器芯片由于很小的结构高度和很高的集成密度在例如移动电话、智能电话、平板电脑、纯平显示屏、集成进墙壁层的扬声器或类似应用的小型化应用中提供显著的优点。

另一个优点在于，控制器芯片和MEMS芯片在衬底或者印刷电路板上的相对布置可以非常灵活地进行，因为不需要附加的封装。

根据一种实施方式，微机电结构可以包括微机电扬声器结构或者微机电麦克风结构。特别是MEMS扬声器和MEMS麦克风很适合根据本发明的结构，因为它们不能通过简单的改建就被保护免受外部的影响。

根据另一种实施方式，保护元件可以是声学透明的。优选保护元件可以包括薄膜、金属栅格、塑料栅格或者过滤层。这提供了以下可能性，即保护MEMS结构，尤其是MEMS扬声器结构免受机械的作用，而不对MEMS扬声器结构的声音发射产生巨大的损害。

根据另一种实施方式，保护元件可以被层压或者粘接在衬底上。这可以实现MEMS芯片的低成本和快速的制造。

根据另一种实施方式，保护元件可以与微机电结构一起在衬底内部构造出空腔。由此可以例如形成用于发出或者接收声信号的谐振器空间。

根据芯片封装的一种实施方式，可以设置中间衬底，在该中间衬底的表面上通过钎焊连接施加微机电芯片和控制器芯片。在一种替换的实施方式中控制器芯片可以被嵌入外包装芯片中，并且微机电芯片通过钎焊连接被施加在所述外包装芯片上。

优选外包装芯片可以具有至少一个贯通接触部，通过贯通接触部微机电芯片与钎焊连接，即被布置在外包装芯片的背离微机电芯片的表面上的钎焊连接电接触。由此芯片封装，即所谓的元件封装(Footprint)所需的芯片面有利地减小到MEMS芯片的尺寸，因为电连接不需要在所述芯片面之外从外包装芯片旁经过。

根据本方法的一种实施方式，所述分离可以包括锯断晶片、锯开和折断晶片或者激光切割晶片。该方法的优点在此在于，通过分离产生的杂质，例如锯末或者晶片碎片通过保护元件被阻止进入MEMS结构，从而其功能作用和完整性也在分离过程中得到保持。

根据本方法的一种实施方式，施加保护元件层可以包括使保护元件层粘接或者层压在晶片上。这可以实现对具有MEMS芯片的晶片的低成本和快速的加工。