堆疊式MEMS傳感器封裝體及芯片制造技術(shù)

一種堆疊式MEMS傳感器封裝體及芯片，包括蓋板，用于封裝；一片或多片采集晶圓，其上形成有采集電路和MEMS結(jié)構(gòu)；一片或多片處理晶圓，其上形成有處理電路；所述一片或多片處理晶圓、一片或多片采集晶圓以及蓋板是采用晶圓級鍵合工藝自下而上鍵合而成，所有晶圓片之間通過導(dǎo)電橋墩實現(xiàn)電性互聯(lián)。本實用新型專利技術(shù)將采集電路和處理電路分層設(shè)計，采用晶圓級鍵合工藝進行鍵合并封裝，形成垂直的多層堆疊式結(jié)構(gòu)，能夠顯著降低芯片面積，實現(xiàn)采集電路和處理電路的完全隔離，降低模擬電路和數(shù)字電路之間的干擾和電路噪聲，提高傳感器性能指標(biāo)，采集電路和處理電路可以分別選擇適宜的工藝制程，降低工藝成本，適用于高性能、小體積、低成本的終端設(shè)備。

Stacked MEMS sensor package and chip

A stacked MEMS sensor package and chip, including the cover for packaging; one or more sheets of a collection wafer, acquisition circuit and MEMS structure formed thereon; one or more sheets of wafer processing, a processing circuit formed thereon; wherein one or more sheets of wafer processing, one or more acquisition is the use of cover wafer and wafer level bonding process of bottom-up bonding, between all wafers can be electrically interconnected through the electric pier. The utility model combines the acquisition circuit and the processing circuit adopts hierarchical design, wafer level bonding and packaging process of bond, forming a multilayer stacked vertical structure, can significantly reduce the chip area, realize the complete isolation acquisition circuit and processing circuit, and circuit noise reducing interference between analog and digital circuits, improve the performance of the sensor the acquisition circuit and processing circuit, can choose suitable process, reduce production cost, the terminal equipment is suitable for high performance, small volume and low cost.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
堆疊式MEMS傳感器封裝體及芯片
本技術(shù)涉及傳感器
，特別涉及一種堆疊式MEMS傳感器封裝體、芯片及其制作方法。
技術(shù)介紹
傳感器（sensor）是一種能感受到被測量的信息，并按一定規(guī)律變換為電信號或其他所需形式輸出的器件或裝置。在種類繁多的傳感器中，基于微電子和微機械加工技術(shù)制造出來的MEMS傳感器成為世界矚目的重大科技領(lǐng)域之一。與傳統(tǒng)傳感器相比，它具有體積小、成本低、功耗低、易于集成和實現(xiàn)智能化的特點。同時微米量級的特征尺寸使得它可以完成某些傳統(tǒng)機械傳感器所不能實現(xiàn)的功能。MEMS傳感器內(nèi)部主要包括用于采集信號的MEMS結(jié)構(gòu)、采集電路（模擬電路）以及用于處理采集信號的處理電路（數(shù)字電路）。在現(xiàn)有技術(shù)中，MEMS傳感器的制造工藝通常是將采集電路和處理電路都集成在電子元件晶圓300上，并直接在電子元件晶圓300上生長MEMS結(jié)構(gòu)200，最后通過蓋板100進行鍵合封裝，如圖1所示。現(xiàn)有技術(shù)存在的問題在于：1）采集電路與處理電路混合同一晶圓上，數(shù)字、模擬電路間會產(chǎn)生相互干擾且噪聲較大，難以控制，造成傳感器性能低下；2）采集電路與處理電路混合同一晶圓上會使電子元件晶圓的尺寸過大，導(dǎo)致芯片面積過大，不利于應(yīng)用至手持、穿戴等小體積的場景中；3）采集電路（模擬電路）可采用微米級的集成電路生產(chǎn)工藝，而處理電路（數(shù)字電路）則需要采用成本更高的納米級的集成電路生產(chǎn)工藝，現(xiàn)有技術(shù)將采集電路和處理電路共同集成在電子元件晶圓200上，為了將就數(shù)字電路的工藝制程，整個電子元件晶圓都需要采用成本更高的納米級生產(chǎn)工藝，最終導(dǎo)致MEMS傳感器成本居高不下。總之，現(xiàn)有的技術(shù)方案嚴(yán)重制約了MEMS傳感器朝進一步的智能化、小體積、高指標(biāo)、高性能、低成本方向發(fā)展。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為了解決上述問題，本技術(shù)的目的在于提供一種堆疊式MEMS傳感器封裝體。本技術(shù)采用的技術(shù)方案為：一種堆疊式MEMS傳感器封裝體，包括：蓋板，用于封裝；一片或多片采集晶圓，其上形成有采集電路和MEMS結(jié)構(gòu)，所述采集電路配合MEMS結(jié)構(gòu)實現(xiàn)傳感器采集信號的功能；一片或多片處理晶圓，其上形成有處理電路，用于控制采集電路和MEMS結(jié)構(gòu)采集信號并將采集到的信號進行處理并輸出；所述一片或多片處理晶圓、一片或多片采集晶圓以及蓋板是采用晶圓級鍵合工藝自下而上鍵合而成，其中，蓋板與采集晶圓或者采集晶圓與采集晶圓之間形成MEMS結(jié)構(gòu)的封裝腔體，所有晶圓片之間通過導(dǎo)電橋墩實現(xiàn)電性互聯(lián)。優(yōu)選地，所述蓋板下表面具有用于實現(xiàn)封裝腔體內(nèi)真空環(huán)境的吸氣劑材料層。優(yōu)選地，所述采集電路是采用0.13μm~0.5μm集成電路工藝制成；所述處理電路是采用14nm~180nm的集成電路工藝制成。優(yōu)選地，所述導(dǎo)電橋墩是金屬橋墩。優(yōu)選地，所述采集電路是前端處理電路AFE；所述處理包括轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)運算和分析；所述處理電路包括具有控制、計算、分析功能的中央處理器CPU或微處理器MPU；配合CPU或MPU進行數(shù)字信號處理的數(shù)字信號處理電路DSP；接收CPU或MPU信號控制并向采集電路傳輸控制信號的數(shù)模混合電路AD以及接口電路。本技術(shù)的另一個目的在于提供一種堆疊式MEMS傳感器芯片，采用的技術(shù)方案為：所述堆疊式MEMS傳感器芯片由上述堆疊式MEMS傳感器封裝體進行切片形成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)存在以下技術(shù)效果：本技術(shù)將采集電路和處理電路分層設(shè)計，采用晶圓級鍵合工藝進行鍵合并封裝，形成垂直的多層堆疊式結(jié)構(gòu)，1）由于一層晶圓的厚度不到1mm，因此在厚度不明顯增加的情況下，能夠顯著降低晶圓面積，減小芯片尺寸，適合應(yīng)用于手機、穿戴和手持設(shè)備等小體積設(shè)備中；2）在保證晶圓之間電性互聯(lián)的同時，可實現(xiàn)采集電路和處理電路的完全隔離，降低模擬電路和數(shù)字電路之間的干擾和電路噪聲，提高傳感器性能指標(biāo)；3）將模擬電路和數(shù)字電路分層設(shè)計，采集電路和處理電路可以分別選擇適宜的工藝制程，降低傳感器工藝成本；4）處理電路與采集電路分層設(shè)置，不僅可以為數(shù)字電路提供更大的設(shè)計空間，有效提升數(shù)字電路設(shè)計水平和功能，設(shè)置多層采集晶圓還能夠?qū)崿F(xiàn)多種傳感器功能。附圖說明圖1是現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本技術(shù)實施例1中的堆疊式MEMS傳感器封裝體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本技術(shù)實施例1中堆疊式MEMS傳感器芯片結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本技術(shù)實施例1堆疊式MEMS傳感器芯片制作方法流程圖；圖5是本技術(shù)堆疊式MEMS傳感器芯片邏輯功能示意圖；圖6是本技術(shù)實施例2中的堆疊式MEMS傳感器封裝體結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本技術(shù)實施例2中堆疊式MEMS傳感器芯片結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是本技術(shù)實施例2中堆疊式MEMS傳感器芯片制作方法流程圖；圖9是本技術(shù)實施例3中的堆疊式MEMS傳感器封裝體結(jié)構(gòu)示意圖；圖10是本技術(shù)實施例3中堆疊式MEMS傳感器芯片結(jié)構(gòu)示意圖；圖11是本技術(shù)實施例3中堆疊式MEMS傳感器芯片制作方法流程圖。具體實施方式下面結(jié)合圖2至圖11，對本技術(shù)做進一步詳細(xì)敘述：實施例1：參見圖2，一種堆疊式MEMS傳感器封裝體，包括：蓋板10，用于封裝；一片采集晶圓20，其上形成有采集電路和MEMS結(jié)構(gòu)21，所述采集電路配合MEMS結(jié)構(gòu)21實現(xiàn)傳感器采集信號的功能；一片處理晶圓30，其上形成有處理電路，用于控制采集電路和MEMS結(jié)構(gòu)21采集信號并將采集到的信號進行處理并輸出；所述處理晶圓30、采集晶圓20以及蓋板10是采用晶圓級鍵合工藝自下而上鍵合而成，其中，蓋板10與采集晶圓20之間形成MEMS結(jié)構(gòu)的封裝腔體，采集晶圓20和處理晶圓30之間通過導(dǎo)電橋墩31實現(xiàn)電性互聯(lián)。進一步地，所述蓋板10下表面還具有吸氣劑材料層11，用于實現(xiàn)封裝腔體內(nèi)真空環(huán)境，適用于紅外熱成像傳感器或其他需要真空封裝的MEMS傳感器。進一步地，所述導(dǎo)電橋墩可以是金屬橋墩，也可以由其他能夠?qū)崿F(xiàn)電互聯(lián)的材料制成。進一步地，所述采集電路采用的是0.13μm~0.5μm集成電路工藝；所述處理電路采用的是14nm~180nm的集成電路工藝。本技術(shù)將采集電路和處理電路分層設(shè)計，采用晶圓級鍵合工藝進行鍵合并封裝，形成垂直的多層堆疊式結(jié)構(gòu)。由于一層晶圓的厚度不到1mm，因此在厚度不明顯增加的情況下，本技術(shù)能夠顯著降低晶圓面積，減小芯片尺寸，適用于手機、穿戴和手持設(shè)備等小體積設(shè)備；另外，在保證晶圓之間電性互聯(lián)的同時，實現(xiàn)采集電路和處理電路的完全隔離，降低模擬電路和數(shù)字電路之間的干擾和電路噪聲，提高傳感器性能指標(biāo)；再者，將模擬電路和數(shù)字電路分層設(shè)計，采集電路和處理電路可以分別選擇適宜的工藝制程，降低傳感器工藝成本；更重要的是，處理電路與采集電路分別加工，可以為數(shù)字電路提供更大的設(shè)計空間，有效提升數(shù)字電路設(shè)計水平和功能，在相同的面積下，數(shù)字電路的密度與功能將會更加強大。進一步地，所述采集電路是前端處理電路AFE，能夠接收處理電路輸入的信號并向MEMS結(jié)構(gòu)發(fā)送動作指令；所述處理電路包括具有控制、計算、分析功能的中央處理器CPU或微處理器MPU；配合CPU或MPU進行數(shù)字信號處理的數(shù)字信號處理電路DSP；接收CPU或MPU信號控制并向采集電路傳輸控制信號的數(shù)模混合電路AD以及接口電路，能夠?qū)崿F(xiàn)處理電路控制、轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)運算、分析和輸出功能。在這個結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上只需本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種堆疊式MEMS傳感器封裝體，其特征在于：包括蓋板，用于封裝；一片或多片采集晶圓，其上形成有采集電路和MEMS結(jié)構(gòu)，所述采集電路配合MEMS結(jié)構(gòu)實現(xiàn)傳感器采集信號的功能；一片或多片處理晶圓，其上形成有處理電路，用于控制采集電路和MEMS結(jié)構(gòu)采集信號并將采集到的信號進行處理并輸出；所述一片或多片處理晶圓、一片或多片采集晶圓以及蓋板是采用晶圓級鍵合工藝自下而上鍵合而成，其中，蓋板與采集晶圓或者采集晶圓與采集晶圓之間形成MEMS結(jié)構(gòu)的封裝腔體，所有晶圓片之間通過導(dǎo)電橋墩實現(xiàn)電性互聯(lián)。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種堆疊式MEMS傳感器封裝體，其特征在于：包括蓋板，用于封裝；一片或多片采集晶圓，其上形成有采集電路和MEMS結(jié)構(gòu)，所述采集電路配合MEMS結(jié)構(gòu)實現(xiàn)傳感器采集信號的功能；一片或多片處理晶圓，其上形成有處理電路，用于控制采集電路和MEMS結(jié)構(gòu)采集信號并將采集到的信號進行處理并輸出；所述一片或多片處理晶圓、一片或多片采集晶圓以及蓋板是采用晶圓級鍵合工藝自下而上鍵合而成，其中，蓋板與采集晶圓或者采集晶圓與采集晶圓之間形成MEMS結(jié)構(gòu)的封裝腔體，所有晶圓片之間通過導(dǎo)電橋墩實現(xiàn)電性互聯(lián)。2.如權(quán)利要求1所述的一種堆疊式MEMS傳感器封裝體，其特征在于：所述蓋板下表面具有用于實現(xiàn)封裝腔體內(nèi)真空環(huán)境的吸氣劑材料層。3.如權(quán)利要求1中所述的一種堆疊式MEMS傳感器封裝體，其特征在于：所述...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：趙照，
申請(專利權(quán))人：合肥芯福傳感器技術(shù)有限公司，
類型：新型
國別省市：安徽,34