(57)【要約】  マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（ＭＥＭＳ）デバイス（１００）が、キャリア面（１１１）上に中央に開口するキャビティを画定する窪み（１１７）を有する。前記キャリア面の周囲に導電性リード（１１２）が組み込まれる。集積回路チップ（１０１）を含むインセット（１２０）が、前記窪みの上部（１１４、１１６）内に適合され、前記キャビティの覆いとなる。電気的接続（１３０）が、前記導電性リードを前記チップ上の端子と接続する。前記集積回路チップ及び電気的接続を囲む前記キャリア面にカバー（１４０）が取り付けられる。周囲環境から前記キャビティを介してチップ内の可動フォイル（１０５）まで、前記カバー内の孔（１４１）、前記インセット内の第１及び第２の開口（１２１、１２２）、及び集積回路チップ内の開口（１０４）を含む経路を通して、エアチャネルが提供される。【選択図】  図１
2013516329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（ＭＥＭＳ）デバイスであって、
或る高さ及び面を有するキャリア、
前記キャリアの前記高さ内に形成され、前記キャリアの前記面上に開口する窪み、
前記窪み内に適合されて、前記窪みによって画定されるキャビティを覆い、前記キャビティへの第１及び第２の開口を有するインセット、
前記インセットに取り付けられ、前記インセットの前記第１の開口を通して前記キャビティと通信する開口を有する集積回路チップ、及び、
前記集積回路チップを囲む前記キャリアの前記面に取り付けられ、前記インセットの前記第２の開口を通して前記キャビティと通信する孔を有するカバー、
を含む、デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載のデバイスであって、前記集積回路チップの開口が前記集積回路チップを通して延び、フォイルによって覆われる開口である、デバイス。
【請求項３】
請求項２に記載のデバイスであって、連続するエアチャネルが、前記カバーの外側から、前記キャビティへの前記孔を通して、及び前記キャビティから前記集積回路チップの開口を通して前記フォイルまで形成される、デバイス。
【請求項４】
請求項３に記載のデバイスであって、前記フォイルが、前記キャリア面に垂直に、及び前記集積回路チップの開口のスペース内で移動可能である、デバイス。
【請求項５】
請求項４に記載のデバイスであって、前記窪みが、前記面から延びる第１の層、前記キャビティを画定する第２の層、及び前記第１の層から前記第２の層への段状の遷移を有する、デバイス。
【請求項６】
請求項５に記載のデバイスであって、前記窪みが前記キャリアの前記面上の中央に開口し、前記面の周囲で前記キャリアに組み込まれる導電性リードを更に含む、デバイス。
【請求項７】
請求項６に記載のデバイスであって、前記集積回路チップ上の接続端子、及び前記接続端子と前記導電性リードとの間に延びる電気的接続を更に含み、前記電気的接続が前記カバーにより囲まれている、デバイス。
【請求項８】
請求項４に記載のデバイスであって、前記フォイルが前記集積回路チップの上側に固定される可動懸架ビームの構成を有し、前記ビームが前記固定地点から離れたプレートへ延び、前記プレートを前記上側に対して垂直に動かすように動作し得る、デバイス。
【請求項９】
マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（ＭＥＭＳ）デバイスを製造するための方法であって、
中央のオープンスペースを囲む複数のリードを有するリードフレームを提供する工程であって、前記リードが或る厚みを有する金属シートで作られる工程、
前記オープンスペースを重合体化合物で充填する工程であって、それにより前記リードを組み込み、前記厚み及び或る面を有するキャリアを形成する、工程、
前記充填されたオープンスペースに窪みを形成する工程、
第１の穴（perforation）及び第２の穴を有するインセットを取り付ける工程、
集積回路チップを通して延びる開口を有する前記集積回路チップを、前記開口が前記第１の穴と通信するように前記インセット上に取り付ける工程であって、前記開口が前記回路側でフォイルによって覆われ、反対側ではふさがれていない、工程、及び、
前記集積回路チップを囲む前記キャリアの前記面上にカバーを取り付ける工程、
を含む、方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、前記窪みを形成する工程が、前記オープンスペースに二層状の窪みと、第１の層から少なくとも前記窪みの周囲の一部を囲む第２の層へ突き出る段と、を形成することを含む。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、前記集積回路チップの端子から前記リードへの電気的接続を提供することを更に含み、前記カバーを取り付ける工程が前記電気的接続を封止することを含む、方法。
【請求項１２】
マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（ＭＥＭＳ）を製造するための方法であって、
中央のオープンスペースを囲む複数のリードを有するリードフレームを提供する工程であって、前記リードが或る高さを有する金属シートで作られる工程、
前記オープンスペースを重合体化合物で充填する工程であって、それにより前記リードを組み込み、前記高さ及び或る面を有するキャリアを形成する工程、
前記オープンスペースに窪みを形成する工程、及び、
第１の穴及び第２の穴を有するインセットを取り付ける工程、
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、全般的に半導体デバイス及び半導体デバイス製造に関し、更に具体的には、パッケージングされたマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（ＭＥＭＳ）デバイス及びその製造に関連する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（ＭＥＭＳ）デバイスは、マイクロメートル規模の小型で軽量なデバイスであり、トランスデューサ及びアクチュエータを含む、機械的に可動する部品を有し得、熱的、音響的、又は光学的エネルギーの影響を受けやすい部品を有し得る。これらの可動し、かつ影響を受けやすい部品のため、ＭＥＭＳデバイスは、物理的及び雰囲気的保護を必要とする。従って、ＭＥＭＳデバイスは、基板上に配置され、周囲環境及び電気的障害から、及び応力からＭＥＭＳデバイスを遮蔽する筐体又はパッケージによって囲まれるのが典型的である。
【０００３】
ＭＥＭＳデバイスは、機械的要素、センサ、アクチュエータ、及び電子部品を、共通の基板上で統合する。ＭＥＭＳデバイス製造は、他のマイクロエレクトロニクス・デバイスに用いられるものに類似するバッチ製造手法を用いることを意図している。そのため、ＭＥＭＳデバイスは、良好に制御された集積回路技術を活用することを試みる一方で、製造コストを低減するために大量生産及び最小限に抑えた材料消費による利点を得ることができる。
【０００４】
ＭＥＭＳデバイスは、マイクロフォン薄膜などの圧力センサのような機械的センサ、及び加速度計などの慣性センサといった形を採り得、これらはいずれもチップの集積電子回路と結合され得る。機械的センサは、圧力、力、トルク、流れ変位、速度、加速度、レベル、位置、傾き、及び音響波長及び振幅に反応し、これらを測定する。一般的な要件の中でも圧力センサ用のものは、長期間安定性、小さな温度感度、低い圧力及び温度ヒステリシス、耐腐食性環境、及び、多くの場合、気密性がある。バルク半導体結晶内に可動性要素とそれらが動くためのキャビティをつくるためにＭＥＭＳセンサ製造に用いられる２つの特定のバルク・マイクロマシン・プロセスは、異方性ウェット・エッチングと深堀り反応性イオン・エッチング（ＤＲＩＥ）である。
【０００５】
半導体ＭＥＭＳ圧力センサ及びマイクロフォンは、水平及び垂直接続のためパターニングされた多レベルのメタライゼーションを含む絶縁基板上に組み立てられる。一例として、基板は４個のメタライゼーション・レベルを有し得る。この組み立ては、接着性チップ取り付けと端子への金属ワイヤ・ボンディングを含むのが典型的である。多くの製品において、これらの端子は、コンパクトなＳＯＮ（Small  Outline  No-Lead）又はＱＦＮ（Quad  Flat  No-Lead）タイプの半導体デバイスに類似して配置される。これは、これらがチップ・サイズ・パッケージのコンパクトな外形を示すためである。基板は、ＭＥＭＳデバイスによって監視されるべき周囲圧力及び音響信号に薄膜を曝すために必要とされるエアチャネルも含む。保護及び頑強性の目的で、チップと、配線と、及び基板の一部とは、金属ＣＡＮにパッケージングされるか、プラスチック封止にモールドされる。一例として、携帯電話用の４個の端子を備えたＭＥＭＳ直方体アナログ出力マイクロフォンの寸法は、約４．８ｍｍ×３．８ｍｍ×１．２５ｍｍ、又は２ｍｍ×２ｍｍ×１．２５ｍｍ程度の小ささであり得る（その結果４ｍｍ２のフットプリントとなる）。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、内部キャビティを備えたＭＥＭＳデバイスの急速な普及とそれらの幅広い多様化が、現在よりも低い製造コストに強く依存していることを認識している。一例として、低い製造コスト及び小さな寸法は、圧力センサ、マイクロフォン、加速度計、及び外部アナログ入力を電気的出力に変換するために可動部材が必要とされるその他の応用例を、自動車、医療、及び航空宇宙産業における携帯型で民生用の電子デバイスの応用例に組み込むために重要な要件である。
【０００７】
本発明は、パターニングされた多レベル・メタライゼーションを備えた基板上にＭＥＭＳデバイスを構築することは、高コストなアプローチであるだけでなく、ＭＥＭＳ構成要素に用いることのできる材料及び構成の選択肢も制限することを認識している。また、多金属レベル基板製造が複雑であるために、これらのＭＥＭＳデバイスの、急速に変化する顧客の要求事項や市場機会に対する柔軟性が損なわれている。
【０００８】
圧力及び音声感知マイクロフォン及びスピーカーに適した薄膜を備えた低コストＭＥＭＳデバイスの大量生産における課題は、薄膜を備えたチップをプレモールドされたリードフレームを含むキャリア上に組み立てることによって解決された。リードフレームのリードを組み込むモールディング・プロセスは、二層の段状の窪みも形成する。第１の層上に置かれた（プラスチック、銅、シリコン、又はその他の適切な材料で作られる）インセット（inset）が、二層間の段に取り付けられ、第２の層を内部エアチャネルの機能に限定する。薄膜を備えたチップを組み立てるための領域を提供するこのインセットは、エアチャネルを外部環境につなぐための穴と、エアチャネルを薄膜につなぐための別の穴とを有する。インセットの寸法及び外形、及び穴の数及び位置はカスタマイズすることができるため、このようなインセットは、ＭＥＭＳデバイス製造に低コストな設計多様性を付加する。また、インセットは、チップの単結晶シリコンと同じ熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する、廉価なアモルファス・シリコンで作ることができるため、パッケージ材料間のＣＴＥミスマッチを最小化する取り組みを支援する。このアッセンブリ・プロセスは、レーザーを用いないため、コスト削減の支援となる。
【０００９】
本発明は更に、ＱＦＮ／ＳＯＮタイプのリードフレームにより、パッケージ・オン・&shy;パッケージＭＥＭＳデバイスなどの他の構成要素との、より大きなシステムレベル統合が可能となり、それにより、電気的製品効率が高まることを認識している。
【００１０】
本発明の実装は、圧力センサ、マイクロフォン、加速度計、中継器、サーモパイルを構築するため、及び外部入力を電気的出力に変換するために可動部材が必要とされるその他の応用例に用いるために、薄膜又はビームを偏向させるための空気圧、静電気力、重力、ガス組成などの利用を含む。
【００１１】
可動薄膜により生じる容量性変化で動作する、圧力センサ・ファミリーの例示のＭＥＭＳデバイスは、蓋を備えたプレモールドされたリードフレーム上に薄膜を備えたチップが組み立てられる場合、多レベル基板を備えて従来の方式で製造される場合に比べ、２０％から３０％低い製造コストを提供し得る。
【００１２】
例示の一実施例に従って、或る高さ及び面を有するキャリアであって、周囲に複数の金属リードを組み込んでいるキャリアと、前記周囲から離れており、第１の層及び第２の層を有する、前記キャリア内の段状の窪みと、前記段に取り付けられ、第１の穴及び第２の穴を有するインセットと、前記インセットに取り付けられる集積回路チップであって、フォイルによって覆われる、前記集積回路チップを通して延びる開口を有し、前記開口が前記インセットの第１の穴と通信している、集積回路チップと、前記集積回路チップを囲む前記キャリアの前記面に取り付けられ、前記インセットの第２の穴と通信する孔（vent）を有するカバーとを含むＭＥＭＳデバイスが提供される。
【００１３】
別の例示の実施例に従って、或る高さ及び面を有するキャリアであって、周囲に複数の金属リードを組み込んでいるキャリアと、前記周囲から離れており、前記面から前記キャリアの高さより小さい深さまで延びる、前記キャリア内の段状の窪みと、前記段に取り付けられ、第１の穴及び第２の穴を有するインセットとを含むＭＥＭＳデバイスが提供される。
【００１４】
別の例示の実施例に従って、ＭＥＭＳデバイスを製造するための方法が提供され、この方法は、中央のオープンスペースを囲む複数のリードを有するリードフレームを提供する工程であって、前記リードが或る高さを有する金属シートで作られる工程と、前記オープンスペースを重合体化合物で充填する工程であって、それにより前記リードを組み込み、前記高さ及び或る面を有するキャリアを形成する工程と、前記充填されたオープンスペースの前記重合体化合物に窪みを形成する工程と、前記窪み内に第１の穴及び第２の穴を有するインセットを取り付ける工程と、集積回路チップを通して延びる開口を有する前記集積回路チップを、前記開口が前記第１の穴と通信するようにインセット上に取り付ける工程であって、前記開口が前記集積回路側でフォイルによって覆われ、反対側ではふさがれていない工程と、前記集積回路チップを囲む前記キャリアの前記面上にカバーを取り付ける工程とを含む。
【００１５】
別の例示の実施例に従って、ＭＥＭＳデバイスを製造するための方法が提供され、この方法は、中央のオープンスペースを囲む複数のリードを有するリードフレームを提供する工程であって、前記リードが或る高さを有する金属シートで作られる工程と、前記オープンスペースを重合体化合物で充填する工程であって、それにより前記リードを組み込み、前記高さ及び或る面を有するキャリアを形成する工程と、前記オープンスペースに窪みを形成する工程と、第１の穴及び第２の穴を有するインセットを取り付ける工程とを含む。
【００１６】
例示の実施例を添付の図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の原理に従った、リードフレームベースのプレモールドされたパッケージ内に音響エアチャネルを備えたＭＥＭＳデバイスの破断概略図である。
【００１８】
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の原理に従った、複数のＭＥＭＳデバイスを製造するために用いられる例示のプレモールドされたリードフレーム片の一部の上面図である。
【００１９】
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａのリードフレーム片の線２Ｂ−２Ｂによる断面図である。
【００２０】
【図２Ｃ】図２Ｃは、図２Ａのリードフレーム片の線２Ｃ−２Ｃによる断面図である。
【００２１】
【図３Ａ】図３Ａは、プレモールドされたリードフレーム及び音響エアチャネルを備えた、本発明の原理に従って製造された個片化されたＭＥＭＳデバイスの上面図である。
【００２２】
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａのデバイスの線３Ｂ−３Ｂによる断面図であり、モールディングされた出っ張り上にあるインセットの断面を表す。
【００２３】
【図３Ｃ】図３Ｃは、図３Ａのデバイスの線３Ｃ−３Ｃによる断面図であり、モールディングされた出っ張り上にあるインセットの別の断面を表す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、圧力センサ、マイクロフォン、スピーカー、加速度計、中継器、サーモパイル、及び外部入力を電気的出力に変換するために可動部材が必要とされるその他の構造を構築するために、薄膜又はビームを偏向させるための空気圧、静電気力、重力、ガス組成などの利用に基づいたＭＥＭＳデバイスのファミリーからの例示の実施例１００を図示する。
【００２５】
図１が示すように、集積回路チップ１０１が接着性フィルム１０２によってキャリア１１０上に取り付けられる。このキャリアは、金属性リード１１２を組み込む重合体の又は他の化合物１１１、及びインセット１２０を含む。本例のＭＥＭＳデバイスは、辺長が約２×２ｍｍの正方形の外形を有する。他の実施例では、辺長がより大きく又はより小さくてもよく、又は矩形の外形を有していてもよい。図１が示すように、本体１１０の対向する２辺に３個のリードがあるが、他の実施例では、包含するリードはより多く又は少なくてもよく、これらのリードは、対称的に又は固まって配されてもよく、又はすべてのリードが本体外形に配置されていなくてもよい。
【００２６】
キャリア１１０の部分１１１の材料は、エポキシベースの重合され、二酸化シリコン又は炭化珪素などの無機充填材で充填された、モールディング化合物であり得、又は任意の他の適切な可塑性化合物であってもよい。リード１１２は、銅、銅合金、アルミニウム、又はリードフレームの主成分として半導体業界において用いられる任意の他の金属又は合金であり得る。リード１１２の表面は、ワイヤ・ボンディング（銀又は金の薄層）又ははんだ付け（錫層、ニッケル及びパラジウム又は金の薄層）に適した治金学的表面構成を有し得る。重合体化合物１１１でつくられたキャリア部は高さ１１１ａを有し、リード１１２は高さ１１２ａを有する。図１において、開始リードフレーム、及び本体１１０を製造するために用いられる後続のモールディング・プロセス（以下参照）のため、高さ１１１ａは高さ１１２ａと同じである。従って、キャリア１１０の表面は、図１において１１０ａで示す面である、リード及びプラスチック部と同じ平坦な面を有する。図１の例示の実施例において、リードの高さ１１２ａは約０．３５ｍｍから約０．４０ｍｍの間であり、重合体化合物の高さ１１１ａも約０．３５ｍｍから約０．４０ｍｍの間である。
【００２７】
図１は、キャリア１１０の中心に向かって面１１０ａから延びる段状の窪みが、重合体化合物１１１内に形成されることを更に示している。この窪みは、２つの層１１４及び１１５で構成される。図１の例示の実施例において、この２つの層は同じ深さを有するように示されているが、他の実施例ではこれらの深さは異なっていてもよい。図１の２つの層は、約０．１２ｍｍから約０．１３ｍｍの間の深さを有する。２つの層の和である総深さは、プラスチック・キャリア部の高さ１１１ａより小さい。層１１４と層１１５の間は、第１の層１１４から第２の層１１５への遷移を形成するよう突き出る段１１６である。図１の例示の実施例では、この段は前記窪みの周囲を囲むように延びるが、他の実施例では複数の個別の段があってもよい。図１は、前記窪みがあるため、第２の層１１５の底部領域が、キャリア１１０の主要部を通るチャネル１１７の形をとるキャビティを画定することを示しており、このチャネル１１７が、ＭＥＭＳデバイスのエアチャネルの一部である（詳細は下記参照）。
【００２８】
図１が示すように、インセット１２０は、段１１６の上にあり、例えば、エポキシベースの及びポリイミドベースの配合物を含む、Ｂステージ・チップ取り付け化合物などの接着性フィルムによって段１１６に取り付けられ得る。インセットは、第１の層の窪み１１４を充填する寸法（面積及び外形）及び厚みを有し、そのため、第２の層１１５のカバー、及び半導体チップを取り付けるためのキャリアとして機能する。インセット１２０は、チップ１０１と同じ熱膨張係数（ＣＴＥ）を提供するために多結晶シリコンでつくられてもよく、代替として、インセット１２０は、プラスチック、又は銅合金、アルミニウム、又はニッケル、又は他の適切な化合物などの金属でつくられてもよい。図１は更に、インセット１２０が、インセットの一端に近接する開口を画定する第１の穴１２１と、インセットの反対側の端に近接する開口を画定する第２の穴１２２とを有することを示している。両方の開口は、チャネル１１７によって形成されるキャビティに対して開口する。
【００２９】
チップ１０１の集積回路は、図１においてチップ面１０１ａ上に配置される。面１０１ａは、キャリア１１０のコンタクト又はリードへの接続１３０のためのチップ端子１０３も有する。面１０１ａの反対側のチップ面は、少なくとも部分的に、接着性フィルム１０２によってインセット１２０に取り付けられる。このフィルムは、例えば、エポキシベース配合物などのＢステージ・チップ取り付け化合物であり得、代替として、接着性フィルム１０２はポリイミド層であってもよい。図１に図示するように、チップ１０１は、チップの高さを介して延びる開口１０４を有する。開口１０４は、シリンダ、切頭円錐、又は任意の他の適切な三次元幾何学形状に形づくられ得る。回路側で、開口１０４は可動部品１０５によって覆われる。図１の実施例では、可動部品１０５は、開口１０４にわたって拡がり、開口の周縁に沿ってｘ方向及びｙ方向にチップ内に固定される。他の実施例において、可動部品は開口１０４の一部のみにわたって延びる。
【００３０】
電気的接続１３０は、従来の半導体ボール・ボンディングにおいて用いられるような、約２５μｍのワイヤ直径を有する金配線であり得る。配線１３０は、チップ端子１０３をキャリア１１０内に組み込まれた金属リード１１２に接続する。
【００３１】
可動部品１０５は、パラジウム又は金で作られる表面を備えた幾つかの実施例において、銅、ニッケル、又はアルミニウムなどの金属で作られ得る。多くの実施例で、可動部品１０５は、約０．０４ｍｍ2から約０．２５ｍｍ2の間の面積及び約５μｍから約２５μｍの間の厚みを有する。この厚み範囲では、可動部品１０５は、ｚ方向に可撓性のあるフォイルであり、面１０１ａに垂直に、そのため、チップ開口１０４のスペース内で本体面１１０ａにも垂直に、可動する薄膜として機能し得る。薄膜であるため、部品１０５は、薄膜を開口１０４の内側へ及び外側へ湾曲させる、開口１０４を介してｚ方向から来る外部圧力変化の影響を受けやすい。
【００３２】
図１が示すように、カバー１４０がキャリアの面１１０ａとインセット１２０の一部とに取り付けられる。カバー１４０は、アルミニウムのような金属で作られてもよく、又はモールディングされた部品などのプラスチックであってもよい。カバー１４０は、チップ１０１及び電気的接続１３０を封止するためＣＡＮのように形づくられ、カバー１４０の高さを通して延びる孔１４１を有する。孔１４１は、インセット１２０の第２の穴１２２と整合される。この整合により、孔１４１からチャネル１１７を介してチップ開口１０４の端部の可動部品１０５への連続した空間的接続が得られる。
【００３３】
図２Ａ、図２Ｂ、及び図２Ｃは、図１のＭＥＭＳデバイスを製造するために用いられる、プレモールドされた化合物に組み込まれたリードフレーム片を含む、全体を２００で示すキャリアの一部の一例を図示する。図２Ａは、モールディング化合物で囲まれた、本例の元の金属性リードフレーム片の一部の上面図を示す。本例のリードフレームは、ＱＦＮタイプ（Quad  Flat  No-Lead）及びＳＯＮタイプ（Small  Outline  No-Lead）デバイスのための従来の半導体技術において用いられるリードフレームに類似する。図２Ａには、線２Ｂ−２Ｂ及び線２Ｃ−２Ｃが含まれる。図２Ｂは、線２Ｂ−２Ｂでの前記キャリアの切開図であり、図２Ｃは、線２Ｃ−２Ｃでの前記キャリアの切開図である。
【００３４】
図２Ａのリードフレーム片の部分のうち金属には陰影をつけている。多くのＭＥＭＳデバイス実施例では、リードフレーム片は銅又は銅合金のシート金属からつくられ、その他のＭＥＭＳデバイスでは、リードフレーム片はアルミニウム又はアルミニウム合金のリードフレーム片で作られ得る。ボンディング工程におけるワイヤ取り付けを容易にするため、一つのリードフレーム面は、銀又は金の薄い層のめっきされたスポットを有し得、アッセンブリ工程におけるはんだ取り付けを容易にするため、反対側のリードフレーム面（図２Ａでは図示せず）は、錫のめっきされた層、又はニッケルの、及びパラジウム又は金などの貴金属の、めっきされた薄い層を有し得る。リードは、金属シートの厚みを反映する高さ（図２Ｃ参照）を有する。
【００３５】
図２Ａの例において、リードフレーム部は、レール又はタイバー２０１によって形づくられかつ接続された、約２ｍｍの辺長の２個の矩形のユニットを含む。レールに取り付けられた各ユニットは複数のリード１１２を含み、図２Ａの例では、向かい合ったレールに対称的に配置された３個のリードのセット２つにグルーピングされた、６個のリードがある。しかし、これらのユニットは、典型的なリードフレームにおいてレール（又は周囲）から離れて配置される、半導体チップを取り付けるための従来のパッドを含んでいない。その代わり、ユニットの中央部はオープンスペースのままである。本例では、リード１１２は、レールへの取り付け時に約０．２５ｍｍの幅２０２、約０．５ｍｍの長さ２０３、及び約０．５ｍｍの中心間ピッチ２０４を有する。
【００３６】
図２Ａのキャリア２００の上面図は、キャリア２００のモールディングされた部分内の窪みの第１の層と第２の層とを分ける段１１６の領域を示す。図２Ａは、第１の層１１４の縁線と第２の層１１５の縁線を示す。第２の層の底部領域は、完成デバイスのチャネル１１７を形成する。
【００３７】
線２Ｂ−２Ｂに沿った、図２Ｂのキャリア１１０の断面は、キャリアのプラスチック部１１１の高さ１１１ａと、プラスチック部内の前記二層の窪みの外形を図示する。リードフレームは、モールディング・プロセスにより封止化合物内に組み込まれ得るため、プラスチック・キャリア部の高さ１１１ａは、リードフレーム高さと同じである（図２Ｃも参照）。キャリアの面１１０ａから第２の層によって形成されたチャネル１１７の底部まで延びる窪みの深さ２１６は、高さ１１１ａより小さい。深さ２１６の第１の部分は前記第１の層１１４であり、第２の部分は前記第２の層１１５である。図２Ｂの実施例は、これらの層が全体の深さ２１６に対し均等量寄与することを示すが、他の実施例ではこれらは不均等な量寄与する。第１の層によって作られる窪み量は、インセット１２２（図３Ｂ及び図３Ｃ参照）によって充填される。第１の層１１４は、第２の層１１５より大きな幅（図２Ｂの実施例で約１５％）を有するため、それらの間に段１１６が形成される。段１１６は、図１に示したようにインセット１２２の支持を提供する。
【００３８】
図２Ｂの実施例に用いられるリードフレームにおいて、タイバー２０１は、上述のように、元のリードフレームの厚みに等しいキャリアの高さ１１１ａよりも小さな高さを有するように示されている。この特徴により、リードフレーム片のトリミングや、アッセンブリ及びパッケージング・プロセスを完了した後リードフレーム片から個別のユニットを個片化するオペレーションが容易になる。この特徴は、タイバーに沿ってリードフレーム片の金属をハーフエッチングすることによってつくられる。
【００３９】
線２Ｃ−２Ｃに沿った、図２Ｃのキャリア１１０の断面は、キャリアの金属性リード部１１２の高さ１１２ａをプラスチック部１１１の高さ１１１ａと共に図示する。上述したように、高さ１１２ａは高さ１１１ａと同じである。半導体チップ用の異なるアッセンブリ要求を有する他の実施例では、これらの高さが異なる場合もある。図２Ｃの断面に示した窪みは、図２Ｂの断面に示した窪みより広い段１１６の領域に特徴があり、段１１６の幅が不均一であることを示す。他の実施例では段１１６の幅は均一であってもよい。また、図２Ｃの断面は、第１及び第２の層及びチャネル１１７のジオメトリが、窪み、層、及びチャネルの延びた形状を示す図２Ｂの断面に示した２つの層及びチャネルのジオメトリに比べて短いことを示す。
【００４０】
図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃは、図１に斜視図で示した例示の実施例の上面図、及び線３Ｂ−３Ｂ及び線３Ｃ−３Ｃに沿った２つの切開図を図示する。図３Ａは、リードフレーム片を個別のユニットに個片化し、チップをその薄膜及びボンド・ワイヤ接続と共に保護するためのカバーを取付けた後の本実施例の上面図であり、全体を１００で示す。実施例１００において、カバー１４０の外形は、約２×２ｍｍの、完成ＭＥＭＳデバイスの外形を決める。カバーの上面まで達しているのは孔１４１であり、孔１４１は本例のＭＥＭＳデバイスでは円形の外形を有するが、他の実施例では孔は異なる外形を有していてもよい。
【００４１】
破線でこの上面図に更に示すのは、本例のＭＥＭＳデバイスにおいて、約１ｍｍの辺を備えた矩形として形づくられた半導体チップ１０１と、そのチップを通る開口を覆うフォイル１０５と、窪みの第１の層を充填し、第１の開口１２１及び反対の端部の第２の開口１２２を有するインセット１２０と、第１の穴及びフォイルと第２の穴及び孔との間のチャネル１１７を提供する窪みの第２の層１１５と、キャリア化合物内に組み込まれるリード１１２である。
【００４２】
図３Ｂの本例の個別のＭＥＭＳデバイスの（図３Ａのオフセット線３Ｂ−３Ｂに沿った）断面は、キャリアの金属性リード１１２間で共通の高さ１１２ａと、キャリアのプラスチック部１１１の高さ１１１ａを図示する。この共通の高さは、リードを組み込み、キャリアをつくるリードフレームのプレモールド・プロセスを行った結果である。図３Ｂの断面に示す窪みは、例えば、３０１で示すＢステージ重合体接着性配合物を用いることによって、プレモールドされたキャリアの段１１６にインセット１２０が取り付けられた後の、第２の層窪み１１５からのエアチャネル１１７の形成に特徴がある。上述したように、本例のＭＥＭＳデバイスの第１の層の深さは約０．１２ｍｍから約０．１３ｍｍの間であり、インセットが第１の層の高さ及び領域を充填する。従って、接着剤３０１の厚みと一緒にしたインセット１２０の厚みは、同じ範囲内にある。
【００４３】
図３Ｂにおいて、半導体チップ１０１は、例えば、３０２で示すＢステージ重合体接着性配合物を用いることにより、部分的にインセット１２０上に及び部分的にプラスチック化合物１１１上に取り付けられる。チップ１０１の高さ１０１ｂは約０．３ｍｍから約０．４ｍｍの間である。従って、約０．７ｍｍから約０．８ｍｍの間であるカバー１４０の高さ１４２は、フォイル１０５のｚ軸動きだけでなくワイヤ・ボール・ボンドのアーチ高さを収容するのに充分である。そのため、パッケージングされたＭＥＭＳデバイスの総高３０３は、おおよそ、１．０ｍｍから１．３ｍｍまでの範囲に入る。図３Ｂにおいて、チップ１０１の開口１０４は、シリコン貫通電極（ＴＳＶ）など、一つ又はそれ以上の狭窄部１０４ａによってフォイル１０５まで続くよう概略で示されているが、この特徴は、ＭＥＭＳデバイス（圧力センサ、マイクロフォン、スピーカーなど）の機能に依存する。従って、幾つかのデバイスにおいて、開口１０４は構造体無しにフォイル１０５まで継続してもよく、他のデバイスでは複数の構造体又はＴＳＶがあってもよい。
【００４４】
図３Ｃの切開図は、本例のＭＥＭＳデバイス実施例の全体的なエアチャネルのレイアウトを示す。キャリア１１０の重合体化合物１１１によって形成された部分は、チャネル１１７を含み、このチャネルがカバー１４０の孔１４１を介して雰囲気インレット（ambient inlet）をチップ１０１の開口１０４の端部の可動部品（フォイル、薄膜）１０５に接続する。このエアチャネルは、チャネル１１７をインセットの第１の穴によりチップ開口１０４及びフォイル１０５へ、及びインセットの第２の穴１２２により周囲雰囲気及び孔１４１へつなげるインセット１２０によって補完される。
【００４５】
本発明の別の実施例はＭＥＭＳを製造するための方法である。プロセス・フローの第１の工程において、リードフレーム片が供給され、このリードフレーム片は複数のユニットを有し、各ユニットは中央のオープンスペースを囲むリードを有する。上述したように、これらのユニットはチップを取り付けるためのパッドは呈していない。これらのユニットはタイバー又はレールによって共に保持される。これらのレール及びリードは、或る高さを有する金属シートからスタンピングされるか又はエッチングされる。薄くするため、これらのレールは、その後ハーフエッチングされて元の金属厚みを約５０％低減させる。多くの実施例の場合、シート材料は銅であり、銅表面にはモールディング化合物への接着を強化するため酸化又は粗化などの処理が成され得る。一つの面上で、リードは、ワイヤ・ボンディングを容易にするためスポットめっきされた銀を有し得、反対の面上で、リードは、はんだ取り付けを容易にするためめっきされた金属（ニッケル、及びパラジウム又は金など）を有し得る。
【００４６】
次の処理工程において、これらのユニットのオープンスペースは、重合体化合物で充填され、それにより、リードを組み込み、リードの高さと複数のリードに共通の面とを有するプレート状のキャリアを形成する。多くの実施例では、オープンスペースを充填する低コストの手法はトランスファ成形技術である。この技術において、リードフレーム片は、リードフレーム片の長さのキャビティとリードフレーム厚みの或る高さを備えたスチール・モールドにロードされる。高比率の無機充填材を含有するエポキシベース封止化合物がキャビティ内に圧入されてリードフレーム片を組み込む。その結果、リード片は、多くのＱＦＮ及びＳＯＮ半導体デバイスのキャリアに類似する、頑強なプレート状のキャリアに形成される。
【００４７】
各ユニット内のオープンスペースを充填する工程と同時に、二層の段状の窪みが、その窪みがキャリアの前記面から前記キャリアの高さより小さい或る深さまで延びるように、各ユニットのオープンスペースの中央領域に作られる。また、この窪みは、或る階段状の段が前記窪みの周囲を囲んで延びるように形成される。この段は第１の層から第２の層までの遷移を記す。
【００４８】
その後、インセットが個別部品として供給される。インセットは、好ましくは、Ｂステージのエポキシベースの接着性フィルムを用いて、各ユニットの段に取り付けられる。インセットは、第１の層の窪みの輪郭、領域、及び厚みを呈するように構成され、そのため、第１の層を充填することができる。インセットは更に、インセットの一端の第１の穴の開口とインセットの反対の端部の第２の穴の開口とを有する。インセットは、段に取り付けられた後、第２の層の窪みで画定されるキャビティへの蓋として機能し、エアチャネルとして機能する第２の層の空間を画定する。多くの実施例において、低コストのポリシリコンで作られるインセットを有することは利点である。これは、この選択肢により、インセットのＣＴＥがチップのＣＴＥに等しくなり、熱機械的応力が低減されるためである。代替として、インセットはプラスチック又は銅などの金属でつくられてもよい。
【００４９】
次の処理工程において、集積回路チップが供給され、ここで、各集積回路チップは、チップ厚みを介して延びる少なくとも１つの開口を有する。集積回路チップの回路側で、各開口は、ＭＥＭＳデバイスの可動部品として機能するのに充分薄いフォイルによって覆われる。集積回路チップの回路とは反対側では、この開口はふさがれていない。各ユニットのインセット上に、チップの開口がインセットの第１の穴と整合されるようにチップが取り付けられる。取り付けプロセスは、Ｂステージのエポキシベースの接着性フィルムを用いることが好ましい。その後、各チップの端子が、各ユニットのキャリアに組み込まれたリードに接続され、ボール・ワイヤ・ボンディング技術が低コストの方法を提供する。
【００５０】
次に、ユニットの領域（area）にわたって適合し、チップ及びワイヤ・ボンドを保護するのに充分な高さを有するＣＡＮのように形づくられ得るカバーが提供される。カバーは、カバーの高さを通る孔を更に有する。この孔がインセットの第２の穴と整合され、カバーがユニットのチップを封止するように、各キャリア・ユニットの面にカバーが取り付けられる。
【００５１】
最後に、パッケージングされたユニットがリードフレーム片から個片化される。低コストの手法は、ハーフエッチングされたレール及び薄いモールディング化合物を貫いて切る、リードフレーム・レールに沿ったソーイング工程である。代替として、インセットの付加前又はチップの付加前にパッケージ基板を個別化し、パッケージ基板の製造を完成デバイスの製造とは別に行うこともできる。
【００５２】
本発明は、プラスチック及びセラミックスを含む、ＭＥＭＳデバイス・パッケージのための任意の材料に、及びシリコン、シリコン・ゲルマニウム、ガリウム砒素、又は製造に用いられる任意の他の半導体又は化合物を含む任意の集積材料に適用される。インセットを備えたプレモールドされたリードフレームの、ＭＥＭＳデバイスのパッケージのためのエアチャネルを備えたキャリアとしての利用は、圧力の電子的に検出可能な信号への変換が、その圧力に曝される薄膜の又は全般的には構造体の弾性撓みに依存する圧電抵抗圧力センサに適用することができる。インセットを備えたプレモールドされたリードフレームの、ＭＥＭＳデバイスのパッケージのためのエアチャネルを備えたキャリアとしての利用は、共振周波数が、振動する微細構造の機械的応力に依存する共振圧力センサに適用することができる。
【００５３】
窪みは、インセットによって覆われる単一層を有して形成され得る。例えば、インセットは、この単一層内部に適合してもよく、単一層の底部から間隔を空けて配置されてエアチャネルを形成してもよい。この間隔は、前記窪み内に上下逆にされる、前記窪み内にモールディングされる、又はインセットの一部として形成される、スタンドオフによって制御され得る。同様の方式で、インセットは、パッケージ基板の上面上に配置されてもよく、インセットの整合を確実にするため窪み内に延びる、インセット内に形成される一つ又はそれ以上の構造体を任意で含んでいてもよい。更に別の例において、前記第２の穴は、インセットの端部と前記窪みの端部との間のギャップによって具現化されてもよい。前記第２の穴を覆うことによって粒子による前記第２の穴及びエアチャネルへのアクセスが制限されるが、前記第２の穴は、パッケージカバーによって囲まれている必要はない。カバーの利用により、前記第２の穴から外部環境への経路の長さ及び形状の両方を特定の応用例用に調節することも可能となる。
【００５４】
例示の実施例の文脈で説明したような特徴又は工程のすべて又はその幾つかを有する例示の実施例の文脈で説明した１つ又はそれ以上の特徴又は工程の異なる組み合わせを有する実施例も、本明細書に包含されることも意図している。当業者であれば、他の多くの実施例及び変形も特許請求の範囲に包含されることが理解されるであろう。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｂ】
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【国際調査報告】
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