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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Bauteil mit mindestens einem MEMS-Bauelement und mindestens einem weiteren Halbleiterbauelement, die in einem gemeinsamen Gehäuse mit mindestens einer Zugangsöffnung angeordnet sind. In der Vorderseite des MEMS-Bauelements ist mindestens eine Membranstruktur ausgebildet, die eine Kavität in der Rückseite des MEMS-Bauelements überspannt. Das Gehäuse umfasst einen Träger, auf dem das MEMS-Bauelement montiert ist.
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In der Praxis werden derartige träger- oder substratbasierten Gehäuse beispielsweise für die Verpackung von MEMS-Mikrofonbauelementen verwendet. Der Mikrofon-Chip wird in diesem Fall mittels Chip-on-Board(COB)-Technologie auf einem Träger montiert, elektrisch kontaktiert und mit einem Deckel gehaust. Meist wird der Mikrofon-Chip mit seiner Rückseite auf dem Träger montiert, so dass die Kavität unterhalb der Membranstruktur durch den Träger abgeschlossen ist. Wenn sich die Schallöffnung im Gehäusedeckel befindet, dann fungiert die Kavität unterhalb der Membranstruktur als Rückseitenvolumen, während der Gehäusehohlraum das Frontvolumen bildet.
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Diese Art der Verpackung wird nicht nur für integrierte CMOS-MEMS verwendet sondern auch für die Verpackung von mehreren Chips, wenn beispielsweise die mikromechanische Mikrofonstruktur auf einem MEMS und die Signalauswertung ganz oder teilweise auf einem separaten ASIC implementiert sind. In diesem Fall werden die Chips nebeneinander auf dem Träger angeordnet, so dass der Flächenbedarf des Bauteils insgesamt im Verhältnis zur Fläche des MEMS-Chips relativ groß ist.
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Aus der Schrift
DE 10 2005 053 765 A1 ist eine Flip-Chip-Anordnung bekannt, bei dem ein Deckel für einen MEMS-Chip verwendet wird, der seinerseits auf einem Trägersubstrat aufgebracht ist. Der Deckel bildet dabei mit dem MEMS-Chip eine Ausnehmung. Ein Chipbauelement, welches beispielsweise als Verstärkerelement für die im MEMS-Chip erzeugten Messsignale dient, kann zwischen dem MEMS-Chip und dem Trägersubstrat angeordnet werden, z. B. oberhalb einer Öffnung im Trägersubstrat, durch die der MEMS-Chip mit der Umgebungsatmosphäre in Verbindung stehen kann.
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Aus der Schrift
DE 10 2007 008 518 A1 ist ein MEMS-Package bekannt, bei dem ein Modul beschrieben wird, bestehend aus einem ersten Halbleiterchip mit einem mikromechanischen Mikrofon, einem zweiten Halbleiterchip und einem Träger. Der erste Halbleiterchip ist dabei mit seiner aktiven Hauptoberfläche auf dem Träger montiert. Der zweite Halbleiterchip ist derart auf dem ersten Halbleiterchip gestapelt, dass sich eine Ausnehmung des ersten Halbleiterchips, in welchem sich das Mikrofon befindet, durch den Halbleiterchip abgedeckt wird. Dadurch wird zwischen den beiden Halbleiterchips ein Hohlraum geschaffen.
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Aus der Schrift
DE 10 2010 006 132 A1 ist ein Bauelement bekannt, bei dem ein MEMS-Chip und ein ASIC-Chip übereinander angeordnet sind, wobei die interne Verschaltung über Durchkontaktierungen durch den MEMS-Chip oder durch den ASIC-Chip mit externen elektrischen Bauelementen erreicht wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Mit der vorliegenden Erfindung werden Maßnahmen vorgeschlagen, die eine kostengünstige und platzsparende Realisierung eines Bauteils der eingangs genannten Art ermöglichen.
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Dabei wird ein Bauteil beschrieben, bei dem das MEMS-Bauelement mit seiner Vorderseite auf dem Träger montiert wird, so dass ein Abstand zwischen der Membranstruktur und der Trägeroberfläche besteht, und dass das mindestens eine weitere Halbleiterbauelement mit der Rückseite des MEMS-Bauelements verbunden wird, so dass das MEMS-Bauelement und das Halbleiterbauelement einen Chipstapel bilden.
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Abweichend von der aus dem Stand der Technik bekannten side-by-side-Chipanordnung beruht das vorliegende Verpackungskonzept auf einer gestapelten Anordnung von Halbleiterbauelement und MEMS-Bauelement, wodurch sich die lateralen Abmessungen des Bauteils deutlich reduzieren lassen. Des Weiteren sieht das erfindungsgemäße Verpackungskonzept eine Flip-Chip-Montage des MEMS-Bauelements auf dem Träger vor. Mit dieser Verbindungstechnik lässt sich das MEMS-Bauelement sehr einfach mit einem Abstand (Standoff) zur Trägeroberfläche mechanisch fixieren, so dass die Membranfunktion des MEMS-Bauelements gewährleistet ist. Außerdem ermöglicht die Flip-Chip-Montage eine äußerst platzsparende elektrische Kontaktierung des MEMS-Bauelements. Aufgrund der Face-Down-Orientierung des MEMS-Bauelements bildet der Träger einen mechanischen Schutz für die Bauelementvorderseite mit der mikromechanischen Membranstruktur. Die Rückseite des MEMS-Bauelements mit der Kavität wird zumindest teilweise von dem weiteren Halbleiterbauelement abgedeckt und so gegen negative Umwelteinflüsse geschützt. Insgesamt bietet das Verpackungskonzept eine sehr hohe Flexibilität, was die Art, Form und das Material des Gehäuses betrifft sowie die Anordnung der Zugangsöffnung, die Ausgestaltung des Medienzugangs und die Ausgestaltung von Vorder- und Rückvolumen.
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Erfindungsgemäß wird dabei bei dem beschriebenen Verpackungskonzept des Bauteils eine Durchgangsöffnung im Halbleiterbauelement oder eine Schallöffnung im Deckelteil bzw. im Träger beansprucht, wobei der Aufbau des Bauteils derart gestaltet ist, dass der Gehäusehohlraum zwischen Träger und Deckelteil als Front- oder Rückseitenvolumen fungieren kann.
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Bei dem weiteren Halbleiterbauelement kann es sich – je nach Funktion des erfindungsgemäßen Bauteils und Art des MEMS-Bauelements – um einen Chip mit oder ohne elektrische Funktionalität handeln. Da mikromechanische Strukturierungsprozesse nicht ohne Weiteres mit dem CMOS-Prozess kompatibel sind, erweist es sich häufig als vorteilhaft die mechanische und die elektrische Funktionalität auf Chipebene zu trennen. Deshalb handelt es sich in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauteils bei dem weiteren Halbleiterbauelement um einen ASIC. Dieser kann einfach Rückseite gegen Rückseite mit dem MEMS-Bauelement verbunden werden. In diesem Fall erfolgt die elektrische Kontaktierung des ASIC bevorzugt mit Hilfe von Drahtbonds. Der ASIC kann aber auch mit seiner aktiven Vorderseite, auf der die metallisierten Pads zur elektrischen Kontaktierung angeordnet sind, auf der Rückseite des MEMS-Bauelements montiert werden. Der elektrische Kontakt zum Träger wird in diesem Fall über Durchkontakte im MEMS-Bauelement in Kombination mit Flip-Chip-Technik hergestellt.
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Durch die Verbindung mit dem MEMS-Bauelement befindet sich das weitere Halbleiterbauelement in einer stabilen Einbaulage, die relativ weit vom Träger entfernt ist. Zudem sind das Halbleiterbauelement und der Träger aufgrund der Flip-Chip-Montage des MEMS-Bauelements relativ gut mechanisch entkoppelt. Dadurch wird eine thermomechanisch bedingte Verbiegung des Halbleiterbauelements weitgehend unterbunden. Dies ist insbesondere bei ASICs von Vorteil, da hier mechanisch bedingte Verspannungen im Bauteil zu einem unerwünschten Signaldrift führen können.
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Auch ohne dass das weitere Halbleiterbauelement mit einer eigenständigen mikromechanischen Funktion ausgestattet ist, kann ihm im Verbund mit dem MEMS-Bauelement eine mechanische Funktion zukommen. So kann beispielsweise die Rückseitenkavität des MEMS-Bauelements mit Hilfe des Halbleiterbauelements druckdicht verschlossen werden, um ein Referenzvolumen für Absolutdruckmessungen oder auch ein Rückseitenvolumen für eine Mikrofonfunktion zu realisieren.
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Mit Hilfe des weiteren Halbleiterbauelements kann aber auch ein definierter Zugang bzw. Druckanschluss zur Rückseite der Membranstruktur geschaffen werden, beispielsweise wenn das Halbleiterbauelement eine kleinere Chipfläche aufweist als das MEMS-Bauelement und/oder versetzt zu diesem angeordnet ist, so dass das Halbleiterbauelement die Rückseitenkavität des MEMS-Bauelements nur teilweise überspannt. Alternativ dazu kann das Halbleiterbauelement aber auch mit mindestens einer Durchgangsöffnung versehen werden, die so angeordnet ist, dass sie in die Rückseitenkavität des MEMS-Bauelements mündet. Hierfür stehen Verfahren, wie z. B. das Trenchen, zur Verfügung, mit denen die Abmessungen und auch die Position von Durchgangsöffnungen sehr genau vorgegeben werden können. Damit lassen sich auch sehr kleine Durchgangsöffnungen mit einem Durchmesser im μm-Bereich realisieren.
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Die Zugangsöffnung des Bauteilgehäuses kann entweder im Träger ausgebildet sein oder auch in einem anderen Gehäuseteil.
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Erfindungsgemäß umfasst das Gehäuse neben dem Träger ein Deckelteil, das über dem Chipstapel angeordnet ist und umlaufend druckdicht mit dem Träger verbunden ist. Ein derartiges Deckelteil kann sehr einfach in Material, Form und Größe an die anwendungsspezifischen Erfordernisse des Bauteils angepasst werden. Als Beispiel sei hier ein Bauteil mit einem MEMS-Mikrofonbauelement genannt. Die Mikrofonperformance lässt sich maßgeblich durch die Ausgestaltung des Deckelteils beeinflussen, da der Gehäusedeckel die Größenverhältnisse von Front und Rückseitenvolumen mitbestimmt. Bei dieser Anwendung erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Schallöffnung im Deckelteil druckdicht an eine Durchgangsöffnung im Halbleiterbauelement angekoppelt ist, so dass die Rückseite der Membranstruktur mit dem Schalldruck beaufschlagt wird und lediglich die Rückseitenkavität des MEMS-Bauelements als Frontvolumen fungiert, während der vergleichsweise große Gehäusehohlraum zwischen dem Träger und dem Deckelteil an die Vorderseite der Membranstruktur angeschlossen ist und als Rückseitenvolumen zur Verfügung steht.
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Nicht erfindungsgemäß kann das Gehäuse auch in Form eines Moldgehäuses realisiert sein. In diesem Fall sind das MEMS-Bauelement und das Halbleiterbauelement zumindest teilweise in eine Moldmasse eingebunden, so dass sich ein Hohlraum zwischen der Membranstruktur des MEMS-Bauelements und der Trägeroberfläche befindet. Diese Variante eignet sich insbesondere für Anwendungen, bei denen die Größe des Gehäusehohlraums keine wesentliche Rolle für die Performance des MEMS-Bauelements spielt. Um die Membranstruktur trägerseitig freizuhalten, kann der Moldmassenfluss einfach durch einen Sealring oder Underfiller im Bereich der Flip-Chip-Kontaktierung begrenzt werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform dieser Verpackungsvariante befindet sich die Zugangsöffnung im Träger unter der Membranstruktur des MEMS-Bauelements und die Rückseitenkavität ist durch das Halbleiterbauelement abgeschlossen. In diesem Fall ist kein spezielles Moldwerkzeug erforderlich, um das MEMS-Bauelement und das Halbleiterbauelement zusammen mit etwaigen Drahtbonds zu Kontaktierung in die Moldmasse einzubetten.
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Die Zugangsöffnung kann aber auch in der Moldmasse ausgebildet sein, um über eine Durchgangsöffnung im Halbleiterbauelement in die Rückseitenkavität des MEMS-Bauelements zu münden. Dazu muss die Zugangsöffnung während des Moldprozesses freigehalten werden. Das entsprechende Werkzeug kann direkt auf das Halbleiterbauelement aufgesetzt werden, wenn dieses keine fragilen Strukturen umfasst. Auch das Auftreten eines Moldflashs ist in diesem Fall unkritisch, solange eine Zugangsöffnung in der Moldmasse und die Durchgangsöffnung im Halbleiterbauelement frei bleiben. Die Empfindlichkeit der Membranstruktur des MEMS-Bauelements wird dadurch jedenfalls nicht beeinträchtigt. Bei dieser Ausführungsvariante dient der Standoff zwischen Membranstruktur und Träger als Rückvolumen.
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Das erfindungsgemäße Verpackungskonzept eignet sich sehr gut für die First-Level-Verpackung von MEMS-Mikrofonbauelementen ist aber nicht auf diese Anwendung beschränkt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Wie bereits voranstehend erörtert, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird einerseits auf die dem unabhängigen Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen und andererseits auf die nachfolgende Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren.
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1a zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Bauteils 101 mit Zugangsöffnung im Gehäusedeckel,
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1b zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Bauteils 102 mit Zugangsöffnung im Träger, und
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1c zeigt eine schematische Aufsicht auf die Montageseite des MEMS-Bauelements der Bauteile 101 und 102;
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2a, 2b veranschaulichen zwei nicht erfindungsgemäße Varianten für eine druckdichte Montage des MEMS-Bauelements auf dem Träger anhand von Schnittdarstellungen zweier Bauteile 201 und 202;
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3a, 3b zeigen jeweils eine schematische Schnittdarstellung eines nicht erfindungsgemäßen Bauteils 301 bzw. 302, bei dem die Rückseitenkavität des MEMS-Bauelements an den Gehäusehohlraum angeschlossen ist;
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4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Mikrofon-Bauteils 40; und
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5a bis 5d zeigen Schnittdarstellungen von vier Bauteilen 401 mit einem Moldgehäuse.
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In allen Figuren werden für gleiche Komponenten des Bauteilaufbaus einheitliche Bezugszeichen verwendet.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Alle nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Bauteil mit einem MEMS-Mikrofonbauelement 1 und einem ASIC 2 als weiterem Halbleiterbauelement. In der Vorderseite des Mikrofonbauelements 1 ist eine Membranstruktur 3 mit Mitteln zur Signalerfassung ausgebildet, die über vier Anschlusspads 5 auf der Vorderseite des Mikrofonbauelements 1 kontaktiert werden. Die Membranstruktur 3 überspannt eine Kavität 4 in der Bauelementrückseite.
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Das Mikrofonbauelement 1 ist in Flip-Chip-Technik, also mit seiner Vorderseite, auf einem Träger 11 montiert, so dass ein Abstand zwischen der Membranstruktur 3 und der Trägeroberfläche besteht (Standoff). Bei dem Träger 11 kann es sich beispielsweise um ein Leiterplattensubstrat in Form eines Multi-Panel-Substrats handeln. Als Montagetechnik eignet sich insbesondere die Löt-Flip-Chip-Technik. Es kann aber auch die Klebe-Flip-Chip-Technik angewendet werden.
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Der ASIC 2 ist auf der Rückseite des Mikrofonbauelements 1 angeordnet, so dass die beiden Bauelemente 1 und 2 einen Chipstapel bilden. In allen hier dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Bauelemente 1 und 2 über eine strukturierte Klebeschicht 7 miteinander verbunden.
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Bei den in den 1a und 1b dargestellten Bauteilen 101 bzw. 102 wird sowohl die mechanische als auch die elektrische Verbindung zwischen dem Mikrofonbauelement 1 und dem Träger 11 über vier Lötballs 6 an den Anschlusspads 5 hergestellt. Die Anordnung der Anschlusspads 5 bzw. Lötballs 6 an den vier Ecken des Membranbereichs 3 wird durch 1c veranschaulicht. Demnach ist das Mikrofonbauelement 1 hier nicht umlaufend sondern lediglich punktuell mit dem Träger 11 verbunden.
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Bei den Bauteilen 101 und 102 sind das Mikrofonbauelement 1 und der ASIC 2 Rückseite gegen Rückseite miteinander verbunden. Da der ASIC 2 im Wesentlichen dieselben lateralen Abmessungen hat wie das Mikrofonbauelement 1 und bündig mit diesem angeordnet ist, überspannt der ASIC 2 die Rückseitenkavität 4 und schließt diese akustisch dicht ab. Die elektrische Kontaktierung des ASIC 2 erfolgt über Bonddrähte 8, die von entsprechenden Bondpads 9 auf der aktiven Vorderseite des ASIC 2 auf den Träger 11 geführt sind.
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Beide Bauteile 101 und 102 umfassen ein Deckelteil 12, das über dem Chipstapel 1, 2 angeordnet ist und umlaufend druckdicht mit dem Träger 11 verbunden ist, so dass Träger 11 und Deckelteil 12 ein Gehäuse 10 für das Mikrofonbauelement 1 und den ASIC 2 bilden. Im Fall des Bauteils 101, 1a, ist die Schallöffnung 13 im Deckelteil 12 ausgebildet und im Fall des Bauteils 102, 1b, im Träger 11. Da die Vorderseite des Mikrofonbauelements 1 in beiden Fällen nur punktuell mit dem Träger 11 verbunden ist, besteht sowohl beim Bauteil 101 als auch beim Bauteil 102 eine Druckverbindung zwischen der Vorderseite der Membranstruktur 3 und dem Gehäusehohlraum. Dementsprechend wird auch in beiden Fällen die Vorderseite der Membranstruktur 3 mit dem Schalldruck beaufschlagt. Dabei fungiert der gesamte Gehäusehohlraum als Frontvolumen, während die akustisch dicht abgeschlossene Rückseitenkavität 4 des Mikrofonbauelements 1 als Rückseitenvolumen wirkt.
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Die in den 2a und 2b dargestellten Bauteile 201 und 202 unterscheiden sich von dem in 1b dargestellten Bauteil 102 lediglich in der Montage des Mikrofonbauelements 1 auf dem Träger 11. Um Wiederholungen zu vermeiden, beschränkt sich die nachfolgende Beschreibung auf diesen Aspekt.
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Wie im Fall der 1 ist das Mikrofonbauelement 1 der Bauteile 201 und 202 in Flip-Chip-Technik auf dem Träger 11 montiert, so dass die Membranstruktur 3 über der Schallöffnung 13 im Träger 11 angeordnet ist und ein Abstand zwischen der Membranstruktur 3 und der Trägeroberfläche besteht. Auch hier wird die mechanische und elektrische Verbindung zwischen dem Mikrofonbauelement 1 und dem Träger 11 über die vier Anschlusspads 5 auf der Vorderseite des Mikrofonbauelements 1 und die vier entsprechend angeordneten Lötballs 6 hergestellt. Allerdings wurde hier der Raum zwischen dem Mikrofonbauelement 1 und der Trägeroberfläche noch zusätzlich umlaufend abgedichtet, um das Frontvolumen einzugrenzen und die Mikrofonperformance so zu verbessern.
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Im Fall der 2a wurde die Abdichtung mit Hilfe eines elektrisch nicht leitenden Klebers (Underfiller) 14 realisiert, der umlaufend um den Membranbereich 3 zwischen die Vorderseite des Mikrofonbauelements 1 und die Trägeroberfläche eingebracht wurde, so dass die Lötkontakte 5, 6 der Flip-Chip-Kontaktierung in den Underfiller 14 eingebettet sind.
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Im Fall der 2b dient ein umlaufender Lotring 15 als Abdichtung, dessen Ausdehnung auf den Bereich eines entsprechenden Padrings auf der Oberfläche des Mikrofonbauelements 1 begrenzt ist. Dieser Sealring 15 umgibt im hier dargestellten Ausführungsbeispiel den Membranbereich 3 und die Lötkontakte 5, 6 der Flip-Chip-Kontaktierung, kann aber auch, je nach Auslegung des Padrings, zwischen dem Membranbereich 3 und den Lötkontakten 5, 6 angeordnet sein.
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Wie bereits erwähnt, dient bei den in den 2a und 2b dargestellten Bauteilen 201 und 202 der abgedichtete Raum zwischen der Vorderseite des Mikrofonbauelements 1 und der Trägeroberfläche als Frontvolumen, während die akustisch dicht abgeschlossene Rückseitenkavität 4 des Mikrofonbauelements 1 als Rückseitenvolumen wirkt. Im Unterschied dazu sind in den 3a und 3b zwei Bauteile 301 und 302 dargestellt, bei denen der ASIC 2 so strukturiert bzw. montiert ist, dass die Rückseitenkavität 4 an den Gehäusehohlraum angeschlossen ist und zusammen mit dem Gehäusehohlraum als Rückseitenvolumen fungiert. Die nachfolgende Figurenbeschreibung beschränkt sich auf diesen Aspekt, da der Aufbau der Bauteile 301 und 302 ansonsten dem des in 2a dargestellten Bauteils 201 entspricht.
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Im Fall des Bauteils 301 ist die Chipfläche des ASIC 2 deutlich größer als die des Mikrofonbauelements 1. Der ASIC 2 ist so angeordnet, dass er die gesamte Rückseite mit der Rückseitenkavität 4 des Mikrofonbauelements 1 überspannt. Jedoch ist im Mittelbereich des ASIC 2 eine Durchgangsöffnung 16 ausgebildet, über die die Rückseitenkavität 4 mit dem Gehäusehohlraum zwischen Deckelteil 12 und Träger 11 verbunden ist.
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Im Fall des Bauteils 302 ist die Chipfläche des ASIC 2 deutlich kleiner als die des Mikrofonbauelements 1. Der ASIC 2 ist hier so auf der Rückseite des Mikrofonbauelements 1 angeordnet, dass er lediglich einen Teil der Rückseitenkavität überdeckt, diese aber nicht abschließt, so dass die Rückseitenkavität 4 an den Gehäusehohlraum zwischen Deckelteil 12 und Träger 11 angeschlossen ist.
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Die in 4 dargestellte Bauform 40 eines Mikrofon-Bauteils 40 ist sowohl im Hinblick auf die Mikrofonperformance als auch im Hinblick auf die 2nd-Level-Montage des Bauteils besonders vorteilhaft.
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Das Mikrofonbauelement 1 ist hier lediglich punktuell über vier Lötballs 6 auf dem Träger 11 fixiert, über die auch die elektrische Kontaktierung des Mikrofonbauelements 1 erfolgt.
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Der ASIC 2 ist Rückseite gegen Rückseite mit dem Mikrofonbauelement 1 verbunden, so dass er die Rückseitenkavität 4 des Mikrofonbauelements 1 überspannt. Im ASIC 2 eine Durchgangsöffnung 16 ausgebildet, die in die Rückseitenkavität 4 des Mikrofonbauelements 1 mündet. Die elektrische Kontaktierung des ASIC 2 erfolgt über Bonddrähte 8, die von entsprechenden Bondpads 9 auf der aktiven Vorderseite des ASIC 2 auf den Träger 11 geführt sind.
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Über dem aus Mikrofonbauelement 1 und ASIC 2 bestehenden Chipstapel und den Drahtbonds 8, 9 ist ein Deckelteil 12 angeordnet, in dem ein Anschlussstutzen 17 mit einer Schallöffnung 13 (direct Port) ausgebildet ist. Während der äußere Rand des Deckelteils umlaufend druckdicht mit dem Träger 11 verbunden ist, ist der Randbereich der Schallöffnung 13 akustisch dicht an den Randbereich der Durchgangsöffnung im ASIC 2 angeschlossen. Diese hier nicht näher dargestellte Verbindung kann mit Hilfe eines Klebers, Dichtrings, Silikonrings oder einem gummiartigen Material realisiert werden.
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Die Schallbeaufschlagung der Membranstruktur 3 erfolgt hier also über den Anschlussstutzen 17 mit der Schallöffnung 13 und die Durchgangsöffnung 16 im ASIC 2, die einen akustischen Zugangskanal zur Rückseitenkavität 4 bilden. Diese wirkt als Frontvolumen wirkt, während der gesamte Gehäusehohlraum zwischen Träger 11 und Deckelteil 12 als Rückseitenvolumen fungiert, da die Vorderseite des Mikrofonbauelements 1 nur punktuell mit dem Träger 11 verbunden ist und folglich eine Druckverbindung zwischen der Vorderseite der Membranstruktur 3 und dem Gehäusehohlraum besteht.
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Die in Verbindung mit den 1 bis 4 erläuterten Bauteilvarianten umfassen jeweils ein Gehäuse 10 für das Mikrofonbauelement 1 und den ASIC 2, das aus dem Träger 11 und einem druckdicht mit diesem verbundenen Deckelteil 12 besteht. Alternativ dazu kann das erfindungsgemäße Bauteil auch mit einem Moldgehäuse 20 versehen werden, was in den 5a bis 5d dargestellt ist. Um die Funktionalität der Membranstruktur 3 zu gewährleisten, muss der Raum zwischen der Membranstruktur 3 und der Trägeroberfläche beim Moldprozess freigehalten werden. Die dazu erforderliche Abdichtung der Verbindung zwischen Mikrofonbauelement 1 und Träger 11 kann einfach mit Hilfe eines Underfillers 14 oder auch eines Sealrings 15 realisiert werden, wie in Verbindung mit den 2a und 2b beschrieben.
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Der Aufbau des in 5a dargestellten Bauteils 501 entspricht – bis auf das Deckelteil – der in 2a dargestellten Situation. Zur Realisierung eines Gehäuses 20 wurde der Chipstapel 1, 2 hier zusammen mit den Drahtbonds 8, 9 mit einer Moldmasse 21 umspritzt. Da die Verbindung zwischen Mikrofonbauelement 1 und Träger 11 zuvor mit Hilfe von Underfiller 14 abgedichtet worden ist, konnte die Moldmasse nicht in den Raum 24 zwischen der Membranstruktur 3 und der Trägeroberfläche vordringen. Dieser Raum 24, in den die Schallöffnung 13 im Träger 11 mündet, bildet nun das Frontvolumen des Mikrofonbauelements 1, während die durch den ASIC 2 abgeschlossene Rückseitenkavität 4 als Rückseitenvolumen wirkt.
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Der Aufbau des in 5b dargestellten Bauteils 502 entspricht – bis auf das Deckelteil – der in 2b dargestellten Situation. Der Raum 24 zwischen der Membranstruktur 3 und dem Träger 11 wurde hier mit Hilfe eines Sealrings 15 abgedichtet, um ihn und die Schallöffnung 13 im Träger 11 von Moldmasse 21 freizuhalten. Wie im Fall der 5a fungiert dieser Raum 24 als Frontvolumen, während die durch den ASIC 2 abgeschlossene Rückseitenkavität 4 das Rückseitenvolumen des Mikrofonbauelements 1 bildet.
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In 5c ist eine Aufbauvariante dargestellt, bei der sich die Schallöffnung 13 nicht im Träger 11 sondern in der Moldmasse 21 befindet, in die der Chipstapel 1, 2 und die Drahtbonds 8, 9 eingebettet sind. Die Schallöffnung 13 mündet hier in eine Durchgangsöffnung 16 im ASIC 2, so dass die Rückseite der Membranstruktur 3 mit dem Schalldruck beaufschlagt wird. Dementsprechend bildet die Rückseitenkavität 4 das Frontvolumen, während der mit Hilfe eines Sealrings 15 abgedichtete Raum 24 zwischen der Membranstruktur 3 und dem geschlossenen Träger 11 als Rückseitenvolumen dient.
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Zum Erzeugen der Schallöffnung 13 in der Moldmasse 21 und um die Durchgangsöffnung 16 im ASIC 2 frei von Moldmasse 21 zu halten, wurde hier ein stempelartiges Moldwerkzeug dichtend auf die Oberseite des ASIC 2 über die Durchgangsöffnung 16 aufgesetzt. Zum Toleranzausgleich zwischen dem Werkzeug und der ASIC-Oberfläche können eine spezielle Folie oder auch eine flexible Werkzeugbeschichtung eingesetzt werden. Auf diese Weise entsteht eine Schallöffnung 13 im Moldgehäuse 20, die in die Durchgangsöffnung 16 des ASIC 2 mündet. Als Moldmasse 21 wird eine geeignete Kunststoffmasse verwendet, wie z. B. eine mit Siliziumoxid-Partikeln gefüllte Epoxidmasse.
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Bei der in 5d dargestellten Aufbauvariante wurde der ASIC 2 mit seiner aktiven Vorderseite auf der Rückseite des Mikrofonbauelements 1 montiert und über Durchkontakte 18 im Mikrofonbauelement 1 kombiniert mit Flip-Chip-Technik elektrisch kontaktiert. Da die Rückseite des ASIC 2 unempfindlich ist gegen äußere Einflüsse, schließt das Moldgehäuse 20 hier bündig mit der Rückseite des ASIC 2 ab. In diesem Fall wird beim Moldprozess die gesamte Bauelementrückseite des ASIC 2 weitestgehend von Moldmasse 21 freigehalten. Dabei wird auch die Schallöffnung 13 offengehalten, die hier in Form einer Durchgangsöffnung 16 im ASIC 2 realisiert ist. Die Schallbeaufschlagung der Membranstruktur 3 erfolgt demnach über die Rückseitenkavität 4. Das Rückseitenvolumen 24 zwischen der Membranstruktur 3 und dem Träger 11 ist auch hier mit Hilfe eines Sealrings 15 abgedichtet.