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具有接触垫的微机械设备的制作方法

1.本发明基于一种微机械设备，所述微机械设备具有包围至少一个第一腔体的mems衬底和盖衬底，且所述微机械设备具有布置在所述第一腔体外部的至少一个接触垫，其中，mems结构布置在所述第一腔体中并且借助印制导线与所述接触垫连接，其中，所述印制导线至少部分地在所述mems衬底中延伸。

背景技术：

2.微机电系统(mems)，如mems传感器，必须受到保护免受环境影响，以便无故障地运行。这包括压力、湿度、颗粒等环境影响。
3.这是通过用盖密封mems组件来实现的。在制造过程期间，为此将mems晶片与盖晶片键合(bonden)，这例如可以是借助al/ge的共晶键合。为了保证mems组件的功能并且不进一步处理任何有缺陷的部件并且不将任何有缺陷的部件交付给客户，对mems组件进行电测量。这既需要合适的测量垫，也需要至这些测量垫的通道(zugang)。这是通过在mems组件的受保护的区域外部制造开口来实现的，该开口能够实现至mems衬底上的测量垫的通道。
4.然而，如果asic在晶片级与mems键合，则迄今的方案不再能够实现。在这种情况下，asic形成盖，并且mems信号被传导到盖上，由asic处理，并且asic信号被引导到盖背侧上。至mems信号的直接通道不再能够实现。mems信号的表征只能间接地通过相应的asic电路实现。这种布置的缺点是，只有在晶片键合方法之后才能辨识出不良的mems组件，也就是说，在能够做出关于这是否经济的决定之前，具有低生产率(ausbeute)的mems晶片通过昂贵的asic盖晶片、键合方法和所有其他过程步骤进行改善。此外，asic还必须有附加电路，以便基于mems信号来检查每个单独的mems元件是否功能齐全。这取决于在每个asic中必须维持的附加功能。此外，还必须通过asic的这些附加功能来检查mems信号。这不能像通过垫进行晶片级上的mems信号测试那样高效地实施。在这样的晶片级测试中，使用了非常昂贵和开销高的分析处理电子部件，所述分析处理电子部件仅专门为此目的而开发，并且每个mems芯片都是借助所述分析处理电子部件开发的。由于该电子部件的长期使用，分析处理电子部件的成本起次要作用。然而，在通过仅使用一次的、所配属的asic中的分析处理电路来测试mems芯片时，分析处理电路的成本起重要作用。尤其是复杂的检查任务，诸如例如汽车应用所需的测试任务，无法在简单的asic电路中实现。此外，asic电路还必须提前开发。如果在开发阶段或批量生产阶段期间需要对mems信号进行新的测试，则无法对此做出响应。因此，需要不仅对至测量垫的通道而且对测量垫的布置进行新式的实现，这在本发明申请的以下说明书中示出。

技术实现要素：

5.本发明基于一种微机械设备，所述微机械设备具有mems衬底和盖衬底，所述mems衬底和盖衬底至少包围第一腔体，所述微机械设备具有布置在所述第一腔体外部的至少一个接触垫，其中，mems结构布置在所述第一腔体中并且借助印制导线与所述接触垫连接，其
中，所述印制导线至少部分地在所述mems衬底中延伸。本发明的核心在于，所述接触垫布置在所述盖衬底的表面处。
6.本发明的一种有利构型设置，接触垫布置在由mems衬底和盖衬底形成的第二腔体中。特别有利的是，第二腔体具有如下的垫通道：所述垫通道经由mems衬底通向外部。
7.本发明的一种有利构型设置，印制导线具有在mems衬底和盖衬底之间的导电连接。
8.也有利的是，盖衬底具有集成电子电路、尤其是asic。
9.本发明允许一般性地表征mems结构，尤其也在电学上表征传感器结构，其中，在mems衬底上不存在测量垫。该解决方案在于接触第二衬底上的测量垫，该第二衬底借助键合方法与第一衬底连接。
10.本发明的一种有利构型涉及一种微机械设备，尤其是晶片堆叠或晶片堆叠的一部分，所述微机械设备具有包围多个第一腔体的mems衬底和盖衬底，所述微机械设备具有布置在第二腔体中的至少一个接触垫，其中，mems结构分别布置在第一腔体中，其中，选自所述多个第一腔体的一个第一腔体中的mems结构借助印制导线与第二腔体中的接触垫连接。
11.本发明的一种有利构型涉及一种微机械设备，尤其是晶片堆叠或晶片堆叠的一部分，所述微机械设备具有包围多个第一腔体的mems衬底和盖衬底，所述微机械设备具有布置在第二腔体中的多个接触垫，其中，mems结构布置在第一腔体中并且借助印制导线与第二腔体中的接触垫连接。
附图说明
12.图1示意性示出现有技术中具有接触垫的微机械设备；
13.图2示意性示出现有技术中具有暴露的接触垫的微机械设备；
14.图3a和3b以剖视图示意性示出由硅制成的盖和asic盖的层结构；
15.图4示意性示出在一个实施例中的、根据本发明的具有接触垫的微机械设备；
16.图5示意性示出根据一个实施例的、根据本发明的具有暴露的接触垫的微机械设备；
17.图6示意性示出现有技术中具有带有接触垫的微机械设备的布置的晶片堆叠；
18.图7示意性示出根据本发明的微机械设备，其呈晶片堆叠的形式，该晶片堆叠具有多个带有mems结构的芯片和一个带有接触垫的芯片；
19.图8示意性示出根据本发明的微机械设备，其呈晶片堆叠的形式，该晶片堆叠具有多个带有mems结构的芯片和多个带有接触垫的芯片；
20.图9示意性示出根据本发明的微机械设备，其呈晶片堆叠的形式，该晶片堆叠具有多个带有mems结构的芯片并且具有在锯切道中的接触垫。
具体实施方式
21.图1示意性示出现有技术中具有接触垫的微机械设备。剖视图示出mems衬底10和盖衬底20，所述mems衬底和所述盖衬底在键合框架80上借助键合连接90彼此连接。两个衬底包围第一腔体60和第二腔体70。在第一腔体中，mems结构30布置在mems衬底的内表面上。在第二腔体中，接触垫40、即所谓的测量垫布置在mems衬底的内表面上。接触垫借助电印制
导线50与mems结构的部分连接，所述电印制导线在mems衬底中或在mems衬底上延伸。微机械设备的制造通常在晶片级上通过将盖晶片键合到mems晶片上进行。
22.图2示意性示出在现有技术中具有暴露的接触垫的微机械设备。在晶片键合之后，例如通过沟槽蚀刻在盖衬底中打开垫通道75。由此使得接触垫40是可接近的并且可以用作测量垫。测量垫可以与测量针100电接触，用以检查mems结构30。
23.此外，接触垫在随后的封装过程中用作键合垫，以便借助引线键合将mems结构与分析处理电路、例如asic电连接。
24.然而，如果盖衬底具有集成电路(ic、asic)，则在现有技术中微机械设备的上述结构是不可能实现的或实现起来开销过高。在这种情况下，将不能在mems衬底上制造由金属(例如铝)制成的接触垫，或者所述接触垫将需要过高的附加开销。
25.此外，在使用asic作为盖衬底时，不能够或需要非常高的开销来实现通过asic的至测量腔体的通道。这是由于复杂的层堆叠，所述层堆叠必须被打开并由多个不同的层组成(si衬底，不同的电介质，例如sio2、sin、sion
…
，金属层)。各个层本身还可以具有结构。相反，在现有技术中，通常使用硅衬底作为盖衬底，该盖衬底可以通过沟槽简单地打开，因为其仅由一种材料(si)制成。
26.图3a和3b为此以剖视图示意性示出由硅制成的盖和asic盖的层结构。图3a示出由硅制成的盖。可以通过在均质的盖材料中的各向异性的蚀刻来容易地施加通道75。图3b示出由asic组成的盖，所述盖具有由不同材料制成的多个层。通道75将垂直于这些不同的层穿过所述层地延伸，并且将因此无法容易地用单独的蚀刻方法制造。
27.图4示意性示出在一个实施例中的、根据本发明的具有接触垫的微机械设备。与如在图1下所描述的现有技术相比，接触垫40布置在盖衬底20的内表面上的第二腔体70中。这需要盖衬底和mems衬底之间的电连接。为此，印制导线50具有导电连接55。一种实现可能性在于，通过共晶的al/ge连接在合适的位置处将衬底彼此电连接。该连接可以要么布置在第一腔体内，要么布置在第二腔体内。
28.在一种特别节省空间的布置中，接触部可以布置在第二腔体中。在将接触部布置在第一腔体中时，可以产生特别良好地受保护的接触区域。
29.图5示意性示出根据一种实施例的、根据本发明的具有暴露的接触垫的微机械设备。示出的是在打开穿过mems衬底10的垫通道75之后图4中的微机械设备。可以在垫通道的区域中适当地制备mems衬底，其方式为，在制造过程中已经提前在这些位置处去除并非由硅制成的层。这不需要任何附加开销，因为这些层的在传感器元件区域中的结构化无论如何都必须进行。通过垫通道可以输送测量针100并且接触测量垫40。
30.至此的实施方案基于，不仅传感器元件而且测量垫的区域都在一个芯片上实现。在现有技术中就是这种情况，因为测量垫随后在封装过程中用作引线键合的键合垫。
31.当在晶片级上制造微机械设备时，因此针对包含mems结构的每个第一腔体都设置有邻接的第二腔体，该第二腔体具有所配属的电连接的接触垫。图6示意性示出具有在现有技术中具有接触垫的微机械设备的布置的晶片堆叠。该图示局部地呈透视视图并且示出多个微机械设备，所述多个微机械设备分别具有包含mems结构30的第一腔体60、包含接触垫40的第二腔体70和印制导线50，所述印制导线将接触垫与mems结构导电连接。在每个腔体周围布置有键合框架80。在各个微机械设备、芯片之间设置锯切道200。
32.然而，与具有单独的asic和简单的盖的mems组件相比，具有asic作为盖的微机械设备的结构可以完全省去引线键合。在mems衬底和具有asic的盖衬底之间的必要的电连接可以替代地直接在键合缝处制造。因此不再需要传感器元件和所配属的测量垫位于同一芯片上。主要优点是，由此可以显著减小芯片尺寸并且因此可以降低生产成本，因为可以省去带有传感器元件的芯片上的测量垫。在测量垫和传感器元件之间的连接是通过电印制导线进行的，这可以越过芯片边界地实现。
33.图7示意性示出根据本发明的微机械设备，其呈晶片堆叠的形式，所述晶片堆叠具有多个带有mems结构的芯片并且具有一个带有接触垫的芯片。局部地以透视视图示出晶片堆叠的一部分，所述晶片堆叠具有包围多个第一腔体60的mems衬底和盖衬底，所述晶片堆叠具有布置在第二腔体70中的接触垫40，其中，mems结构30分别布置在第一腔体中。所选择的第一腔体的mems结构借助印制导线50与第二腔体中的接触垫连接。所有腔体都由自己的键合框架80包围。锯切道200也在所有的腔体之间延伸，从而在通过锯切分离芯片之后制造出没有接触垫的mems芯片。可以分拣出具有接触垫的芯片。
34.尤其地，如果测量垫仅对于抽样检查是必需的并且因此并非对于每个传感器芯片都需要带有测量垫的芯片，则由此可以增加晶片上有用芯片的数量。在消费者应用程序的情况下经常就是这种情况。主要特征在于，在测量垫和传感器元件之间的电连接越过芯片边界地连接，即也尤其是在锯切道的上方/下方。这不同于现有技术。
35.对于汽车应用或需要特别高的测量深度的应用，检查每个mems芯片是有意义的。在新的布置的情况下，可以对于每个芯片进行测量mems信号，并且在此仍然节省空间。如此，可以将来自多个芯片的信号引导到一个单独的芯片中，并且在那里通过接触部同时检查多个芯片。由于这些接触部仅可用于检查并且随后不必设有键合线，因此可以将非常多的芯片的接触部组合在一个单独的芯片中。
36.图8示意性示出根据本发明的微机械设备，其呈晶片堆叠形式，所述晶片堆叠具有多个带有mems结构的芯片和多个带有接触垫的芯片。局部地以透视视图示出晶片堆叠的三个连续的部分，在所述三个连续的部分中，各两个mems芯片配属于一个带有接触垫的芯片。这三个部分通过虚线标记。晶片堆叠的每个部分具有多个第一腔体60(这里是两个)，所述多个第一腔体分别包含mems结构30。其配属有具有多个接触垫40的第二腔体70，所述接触垫布置在第二腔体中。所有第一腔体中的mems结构都借助印制导线50与第二腔体中的接触垫连接。所有腔体都由自己的键合框架80包围。锯切道200也在所有的腔体之间延伸，从而在测试之后并且在此后通过锯切分离芯片之后可以制造出没有接触垫的mems芯片，所述芯片是全体地测试的。具有接触垫的芯片又可以分拣出来。这适用于晶片堆叠的每个这样的部分。
37.在一种特别有利的布置中，测量垫也可以布置在锯切道中，从而将用于测量垫的附加空间需求减少到最低的水平上。图9示意性示出这样的根据本发明的微机械设备，其呈晶片堆叠的形式，所述晶片堆叠具有多个具有mems结构的芯片并且在锯切道中具有接触垫。与图8中的图示不同，局部地以透视视图示出晶片堆叠的六个连续的部分，在所述部分中各两个mems芯片60、30配属于具有接触垫40的区域。该区域窄地构型，位于锯切道200中在两个mems芯片之间，并且没有配备自己的键合框架。
38.附图标记列表
39.10mems衬底
40.20盖衬底
41.30mems结构
42.40接触垫
43.50印制导线
44.55在mems衬底和盖衬底之间的电连接
45.60第一腔体
46.70第二腔体
47.80键合框架
48.90键合连接
49.75垫通道
50.100测量针
51.200锯切道。

技术特征：

1.一种微机械设备，所述微机械设备具有mems衬底(10)和盖衬底(20)，所述mems衬底(10)和所述盖衬底(20)包围至少一个第一腔体(60)，所述微机械设备具有至少一个接触垫(40)，所述至少一个接触垫(40)布置在所述第一腔体外，其中，mems结构(30)布置在所述第一腔体中并且借助印制导线(50)与所述接触垫连接，其中，所述印制导线至少部分地在所述mems衬底中延伸，其特征在于，所述接触垫布置在所述盖衬底的表面处。2.根据权利要求1所述的微机械设备，其特征在于，所述接触垫(40)布置在第二腔体(70)中，所述第二腔体(70)由所述mems衬底(10)和所述盖衬底(20)形成。3.根据权利要求2所述的微机械设备，其特征在于，所述第二腔体(70)具有如下的垫通道(75)：所述垫通道(75)经由所述mems衬底(10)通向外部。4.根据权利要求3所述的微机械设备，其特征在于，所述印制导线(50)具有在所述mems衬底(10)和所述盖衬底(20)之间的导电连接(55)。5.根据权利要求1至4中任一项所述的微机械设备，其特征在于，所述盖衬底(20)具有集成电子电路，尤其是asic。6.根据权利要求2至5中任一项所述的微机械设备，所述微机械设备尤其是晶片堆叠或晶片堆叠的一部分，所述微机械设备具有mems衬底(10)和盖衬底(20)，所述mems衬底(10)和所述盖衬底(20)包围多个第一腔体(60)，所述微机械设备具有至少一个接触垫(40)，所述至少一个接触垫(40)布置在所述第二腔体(70)中，其中，mems结构(30)分别布置在所述第一腔体中，其中，选自所述多个第一腔体的一个第一腔体中的mems结构借助印制导线(50)与所述第二腔体中的接触垫连接。7.根据前述权利要求2至5中任一项所述的微机械设备，所述微机械设备尤其是晶片堆叠或晶片堆叠的一部分，所述微机械设备具有mems衬底(10)和盖衬底(20)，所述mems衬底(10)和所述盖衬底(20)包围多个第一腔体(60)，所述微机械设备具有多个接触垫(40)，所述接触垫(40)布置在所述第二腔体(70)中，其中，mems结构(30)布置在所述第一腔体中并且借助印制导线(50)与所述第二腔体中的接触垫连接。

技术总结

本发明基于一种微机械设备，所述微机械设备具有包围至少一个第一腔体(60)的MEMS衬底(10)和盖衬底(20)，所述微机械设备具有布置在所述第一腔体外部的至少一个接触垫(40)，其中，MEMS结构(30)布置在所述第一腔体中并且借助印制导线(50)与所述接触垫连接，其中，所述印制导线至少部分地在所述MEMS衬底中延伸。本发明的核心在于，所述接触垫布置在所述盖衬底的表面上。的表面上。的表面上。