一种集成芯片的制作方法

1.本技术涉及微机电系统谐振器装置技术领域，特别是涉及一种集成芯片。

背景技术：

2.微机电系统(mems，micro-electro-mechanical system)，也叫做微电子机械系统、微系统、微机械等，包括尺寸范围从微米到毫米级的器件，主要由传感器、作动器(执行器)和微能源三大部分组成。微机电系统涉及物理学、半导体、光学、电子工程、化学、材料工程、机械工程、医学、信息工程及生物工程等多种学科和工程技术，为智能系统、消费电子、可穿戴设备、智能家居、系统生物技术的合成生物学与微流控技术等领域开拓了广阔的用途。常见的产品包括mems加速度计、mems麦克风、微马达、微泵、微振子、mems压力传感器、mems陀螺仪、mems湿度传感器等以及它们的集成产品。
3.其中，微机电系统是微电路和微机械按功能要求在芯片上的集成，尺寸通常在毫米或微米级。一般而言，电路部分往往设计于控制芯片上，微机械结构于器件芯片上设计，器件芯片与控制芯片耦合。
4.微机械和微电路耦合于芯片，二者构成了芯片的工作区域。但是，除了工作区域外，芯片上还存在一些非工作区域，这些非工作区域并没有得到合理的利用。

技术实现要素：

5.本技术提供一种集成芯片，以解决未充分利用器件芯片的非工作区的问题，该集成芯片包括器件芯片和控制芯片，器件芯片包括工作区域和非工作区域，工作区域设置有微机械器件以及控制微机械器件进行动作的电极，非工作区域设置有电子元器件，电极与控制芯片电连接，电子元器件与控制芯片电连接。
6.可选地，微机械器件被配置为由维持电路维持微机械器件的动作，维持电路至少部分设置于非工作区域，电子元器件被配置为构成维持电路的电子元器件。
7.可选地，微机械器件被配置为谐振器。
8.可选地，非工作区域为器件芯片的外表面。
9.可选地，电子元器件被配置为电容。
10.可选地，器件芯片与控制芯片堆叠设置，器件芯片与控制芯片通过引线键合。
11.可选地，器件芯片与控制芯片堆叠设置，器件芯片与控制芯片倒装焊接。
12.可选地，器件芯片与控制芯片并列或交错设置，器件芯片与控制芯片通过引线键合。
13.可选地，集成芯片还包括设置于至少部分非工作区域的接地层，以及设置于接地层上的氮化硅层，电子元器件设置于氮化硅层上。
14.可选地，集成芯片包括多个器件芯片和多个控制芯片，多个器件芯片和多个控制芯片平铺设置；和/或，多个器件芯片和多个控制芯片堆叠设置。
15.本技术的有益效果是：区别于现有技术，本技术通过在器件芯片的非工作区域设
置电子元器件，从而将器件芯片的非工作区域加以合理利用，提升了空间利用率，避免了材料区域的浪费。
16.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，而非限制本技术。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1是本技术集成芯片的第一实施例的结构示意图；
19.图2是本技术集成芯片的第二实施例的结构示意图；
20.图3是本技术集成芯片的第三实施例的结构示意图；
21.图4是本技术集成芯片的第四实施例的结构示意图。
具体实施方式
22.为使本领域的技术人员更好地理解本技术的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本技术所提供的集成芯片做进一步详细描述。可以理解的是，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
23.本技术中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
24.本技术提供一种集成芯片，以解决未充分利用器件芯片的非工作区导致材料区域浪费的问题。
25.请参阅图1，图1是本技术集成芯片的第一实施例的结构示意图。
26.如图1所示，集成芯片1包括器件芯片10和控制芯片11，其中器件芯片10包括工作区域和非工作区域，工作区域设置有微机械器件100(device)以及控制微机械器件100进行动作的电极(electrode)，非工作区域设置有电子元器件101，电极与控制芯片11电连接，电子元器件101与控制芯片11电连接。
27.上述集成芯片1，其于器件芯片10的非工作区域设置电子元器件101，从而将器件芯片10的非工作区域加以合理利用，提升了空间利用率，避免了材料区域的浪费。
28.可选地，微机械器件100被配置为由维持电路维持该微机械器件100的动作，其中，维持电路至少部分设置于非工作区域，电子元器件101被配置为构成所述维持电路的电子元器件。
29.一些实施例中，微机械器件100被配置为谐振器，谐振器由维持电路维持其振动。维持电路至少部分设置于非工作区域，电子元器件101被配置为构成维持电路的电子元器
件。
30.谐振器又称谐振子，是一个微机电系统。其中，在交流驱动信号vdrive的驱动下，谐振器(resonator)来回振动，导致resonator和sensor(传感器)之间的电容发生变化，从而使得sensor电极上产生交流电流。
31.使用tia放大器(跨阻放大器，trans-impedance amplifier)对isense(传感电流)进行放大并转化为电压输出，利用转化后的电压作用于driver电极，从而形成一个“电能
→
机械动能
→
电能”的闭环系统。因此，谐振子在其中进行固定频率的物理振动，并产生交流电，即时钟信号。
32.在现有技术中，通常是将维持电路的电子元器件设置在控制芯片上，伴随着mems微型化、智能化、多功能、高集成度的趋势，集成至控制芯片上的电子元器件管路越来越多，越来越密集，从而导致控制芯片的负载越来越重，功耗愈来愈大。
33.特别地，维持电路的电子元器件中还包括面积较大以及占用空间较大的无源器件，进一步导致控制芯片的面积变大，进而导致控制芯片出现成品率低以及成本高的问题。
34.其中，在本实施例中，本实施例将维持电路至少部分设置于非工作区域，有助于减轻控制芯片11的负载，降低控制芯片11的功耗。另外，本实施例维持电路及其电子元器件101设置于器件芯片10的非工作区域，更靠近器件芯片10所包含的微机械器件100及控制微机械器件100的动作的电极，有助于降低控制信号的干扰，提升集成芯片1工作的可靠性。
35.一些实施例中，器件芯片10的非工作区域限定在器件芯片10的外表面，电子元器件101设置在器件芯片10的外表面。
36.在本实施例中，电子元器件101被配置为电容，具体可限定为与器件芯片10某一侧面面积相当的超大电容，其中，超大电容是指容量大的电容。超大电容与控制芯片11电性连接，以用于存储控制芯片11中的垃圾信息和/或能量，例如，控制芯片11中滤除的噪声信息等等。
37.另外，电子元器件101可以是电阻、电感等，通过多个电子元器件101的组合设置，形成对应功能的功能电路，例如lc振荡电路等等。
38.一些实施例中，器件芯片10与控制芯片11堆叠设置。器件芯片10与控制芯片11通过引线键合(wire bond)。
39.一些实施例中，器件芯片10与控制芯片11并列或交错设置，二者通过引线键合(wire bond)。
40.可选地，引线可以是金线、铜线或其他可实现电连接的金属引线。
41.一些实施例中，器件芯片10与控制芯片11堆叠设置，二者倒装焊接(flip chip)。
42.一些实施例中，至少部分非工作区域设置有接地层102(gnd)，氮化硅层(sin)103设于接地层102上，电子元器件101设于氮化硅层103上。
43.具体地，如图1所示，器件芯片10的一侧与控制芯片11的一侧粘接或焊接，从而使得器件芯片10堆叠于控制芯片11上。
44.其中，器件芯片10包括工作区域和非工作区域，工作区域设有受控动作的微机械器件100及控制微机械器件的动作的电极。
45.非工作区域为器件芯片10背向控制芯片11的顶面，电子元器件101被配置为电容，该电容为与器件芯片10之顶面面积相当的超大电容。超大电容与控制芯片11电性连接，以
用于存储控制芯片11中的垃圾信息和/或能量，例如，控制芯片11中滤除的噪声信息。
46.如图1所示，控制芯片11靠近器件芯片10的一侧设置有第一触点a，电子元器件101上设置有第二触点b，第一触点a与第二触点b通过金属引线键合。器件芯片10背离控制芯片11的一侧设置有第三触点c，第三触点c与第一触点a通过金属引线键合。
47.器件芯片10可设置于控制芯片11的中心位置，控制芯片11可包括多个第一触点a，且多个第一触点a可分散环绕器件芯片10设置。第二触点b的数量可为多个，多个第二触点b可分散环绕电子元器件101设置，且多个第二触点b与多个第一触点a对应键合；第三触点c的数量可为一个或多个，与一个或多个第一触点a对应键合，第三触点c设置于电子元器件101背离器件芯片10一侧的外表面。
48.本技术还提供集成芯片1的另一实施例，请结合图1，进一步参阅图2，图2是本技术集成芯片的第二实施例的结构示意图。
49.如图2所示，本实施例集成芯片1还包括设置于至少部分非工作区域的接地层102，以及设置于接地层102上的氮化硅层103，电子元器件101设置于氮化硅层103上。
50.其中，非工作区域为器件芯片10的外表面，接地层102沉积于器件芯片10的外表面，氮化硅层103进一步沉积于接地层102。可选地，如图2所示，非工作区域可限定为器件芯片10背离控制芯片11的一侧的外表面。
51.控制芯片11靠近器件芯片10的一侧设置有第一触点a，电子元器件101上设置有第二触点b，第一触点a与第二触点b通过金属引线键合。器件芯片10背离控制芯片11的一侧设置有第三触点c，第三触点c与第一触点a通过金属引线键合。其中，第三触点c穿过接地层102和氮化硅层103曝露在外。
52.可选地，器件芯片10可设置于控制芯片11的中心位置，控制芯片11可包括多个第一触点a，且多个第一触点a可分散环绕器件芯片10设置；第二触点b的数量可为多个，与多个第一触点a对应键合；第三触点c的数量可为一个或多个，与一个或多个第一触点a对应键合，可设置于电子元器件101背离器件芯片10一侧的外表面。
53.本技术还提供集成芯片1的另一种实施例，图3是本技术集成芯片的第三实施例的结构示意图。
54.如图3所示，器件芯片10与控制芯片11堆叠设置，且器件芯片10与控制芯片11倒装焊接(flip chipbonding，fcb)。其中，器件芯片10的非工作区域限定在器件芯片10的外表面，具体限定为器件芯片10朝向控制芯片11的表面，电子元器件101设置在器件芯片10朝向控制芯片11的表面，以使电子元器件101便于与控制芯片11上的触点焊接。
55.如图3所示，控制芯片11靠近器件芯片10的一侧设置有第一触点(图未示)，电子元器件101上设置有第二触点b，第一触点与第二触点b通过焊点d焊接。其中倒装焊接适用于高频、高速、高i/o端的大规模集成电路，控制芯片11上的第一触点体积非常小，远小于第二触点b，因此在图中未示出。器件芯片10靠近控制芯片11的一侧设置有第三触点c，第三触点c与第一触点通过焊点焊接。
56.可选地，器件芯片10可设置于控制芯片11的中心位置，控制芯片11可包括多个第一触点，且多个第一触点可分散设置；第二触点b的数量可为多个，与多个第一触点通过焊点对应焊接；第三触点c的数量可为一个或多个，与一个或多个第一触点对应键合。
57.本技术还提供集成芯片1的另一种实施例，图4是本技术集成芯片的第四实施例的
结构示意图。如图4所示，器件芯片10与控制芯片11并列或交错设置，且器件芯片10与控制芯片11通过引线键合。
58.如图4所示，控制芯片11设置有第一触点a，电子元器件101上设置有第二触点b，第一触点a与第二触点b通过金属引线键合；器件芯片10设置有第三触点c，第三触点c与第一触点a通过金属引线键合。
59.可选地，控制芯片11可包括多个第一触点a，且多个第一触点a可规则或非规则排布设置于控制芯片11的一侧的外表面上；第二触点b的数量可为多个，且分散环绕电子元器件101设置，多个第二触点b与多个第一触点a对应键合；第三触点c的数量可为一个或多个，与一个或多个第一触点a对应键合。非工作区域被配置为器件芯片10的顶面，电子元器件101设置于器件芯片10的顶面，第三触点c也设置在器件芯片10的顶面。
60.如前述，微机械器件100可被配置为谐振器，谐振器由维持电路维持其振动。维持电路至少部分设置于非工作区域，电子元器件101被配置为构成维持电路的电子元器件。
61.谐振器又称谐振子，是一个微机电系统。其中，在交流驱动信号vdrive的驱动下，谐振器(resonator)来回振动，导致resonator和sensor(传感器)之间的电容发生变化，从而使得sensor电极上产生交流电流。
62.使用tia放大器(跨阻放大器，trans-impedance amplifier)对isense(传感电流)进行放大并转化为电压输出，利用转化后的电压作用于driver电极，从而形成一个“电能
→
机械动能
→
电能”的闭环系统。因此，谐振子在其中进行固定频率的物理振动，并产生交流电，即时钟信号。
63.在现有技术中，通常是将维持电路的电子元器件设置在控制芯片上，伴随着mems微型化、智能化、多功能、高集成度的趋势，集成至控制芯片上的电子元器件管路越来越多，越来越密集，从而导致控制芯片的负载越来越重，功耗愈来愈大。
64.特别地，维持电路的电子元器件中还包括面积较大以及占用空间较大的无源器件，进一步导致控制芯片的面积变大，进而导致控制芯片出现成品率低以及成本高的问题。如此，将维持电路至少部分设置于非工作区域，有助于减轻控制芯片11的负载，降低控制芯片11的功耗。另外，本实施例维持电路及其电子元器件101设置于器件芯片10的非工作区域，更靠近器件芯片10所包含的微机械器件100及控制微机械器件100的动作的电极，有助于降低控制信号的干扰，提升集成芯片1工作的可靠性。
65.上述集成芯片1焊接于pcb板上，以通过pcb板上的电路实现集成芯片1与外接设备的电连接，即集成芯片1中的器件芯片10与控制芯片11均需要焊接于pcb板上。
66.其中，pcb板包括垂直设置的第一方向和第二方向，器件芯片10与控制芯片11沿第一方向或第二方向并列设置，且沿第二方向或第一方向至少部分重叠设置；其中第一方向和第二方向可为pcb板的长度方向和宽度方向。
67.具体地，当器件芯片10与控制芯片11沿第一方向并列设置，且沿第二方向部分重叠设置时，器件芯片10与控制芯片11在pcb板上交错设置；当器件芯片10与控制芯片11沿第一方向并列设置，且沿第二方向完全重叠设置时，器件芯片10与控制芯片11在pcb板上并列设置。
68.集成芯片1还可包括多个器件芯片10和多个控制芯片11，多个器件芯片10和多个控制芯片11平铺设置；和/或，多个器件芯片10和多个控制芯片11堆叠设置。
69.具体地，当集成芯片1焊接于pcb板时，多个器件芯片10和多个控制芯片11焊接于pcb板。可选地，多个器件芯片10和多个控制芯片11可平铺设置于pcb板上，且器件芯片10和控制芯片11可按第四实施例所述设置。或者，多个器件芯片10和多个控制芯片11可堆叠设置于pcb板上，且器件芯片10和控制芯片11可按第一实施例至第三实施例所述设置。或者，多个器件芯片10和多个控制芯片11还可混合设置，即部分器件芯片10和控制芯片11平铺设置于pcb板上，另一部分器件芯片10和控制芯片11堆叠设置于pcb板上。
70.本技术通过在器件芯片10的非工作区域设置电子元器件101，以提升了空间利用率，避免了材料区域的浪费。
71.另外，本技术设置于器件芯片10的非工作区域的电子元器件101，可以被配置为用于维持电路的电子元器件101，通过将电子元器件101设置于器件芯片10的非工作区域，并且通过引线键合或触点焊接的方式实现控制芯片11与电子元器件101的电连接，在保证原维持电路正常工作的情况下，减小电子元器件101占用控制芯片11的面积和空间，减轻控制芯片11的负载和功耗。
72.以上仅为本技术的实施例，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。

技术特征：

1.一种集成芯片，其特征在于，所述集成芯片包括器件芯片和控制芯片，所述器件芯片包括工作区域和非工作区域，所述工作区域设置有微机械器件以及控制所述微机械器件进行动作的电极，所述非工作区域设置有电子元器件，所述电极与所述控制芯片电连接，所述电子元器件与所述控制芯片电连接。2.根据权利要求1所述的集成芯片，其特征在于，所述微机械器件被配置为由维持电路维持该微机械器件的动作，所述维持电路至少部分设置于所述非工作区域，所述电子元器件被配置为构成所述维持电路的电子元器件。3.根据权利要求2所述的集成芯片，其特征在于，所述微机械器件被配置为谐振器。4.根据权利要求1所述的集成芯片，其特征在于，所述非工作区域被限定为所述器件芯片的外表面。5.根据权利要求1所述的集成芯片，其特征在于，所述电子元器件被配置为电容。6.根据权利要求1所述的集成芯片，其特征在于，所述器件芯片与所述控制芯片堆叠设置，所述器件芯片与所述控制芯片通过引线键合。7.根据权利要求1所述的集成芯片，其特征在于，所述器件芯片与所述控制芯片堆叠设置，所述器件芯片与所述控制芯片倒装焊接。8.根据权利要求1所述的集成芯片，其特征在于，所述器件芯片与所述控制芯片并列或交错设置，所述器件芯片与所述控制芯片通过引线键合。9.根据权利要求1所述的集成芯片，其特征在于，所述集成芯片还包括设置于至少部分所述非工作区域的接地层，以及设置于所述接地层上的氮化硅层，所述电子元器件设置于所述氮化硅层上。10.根据权利要求1-9任一项所述的集成芯片，其特征在于，所述集成芯片包括多个所述器件芯片和多个所述控制芯片，多个所述器件芯片和多个所述控制芯片平铺设置；和/或，多个所述器件芯片和多个所述控制芯片堆叠设置。

技术总结

本申请公开了一种集成芯片，该集成芯片包括器件芯片和控制芯片，器件芯片包括工作区域和非工作区域，工作区域设置有微机械器件以及控制微机械器件进行动作的电极，非工作区域设置有电子元器件，电极与控制芯片电连接，电子元器件与控制芯片电连接。本申请通过在器件芯片的非工作区域设置电子元器件，从而将器件芯片的非工作区域加以合理利用，提升了空间利用率，避免了材料区域的浪费。避免了材料区域的浪费。避免了材料区域的浪费。