DE102022200340A1 - Micromechanical sensor device - Google Patents

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micromechanical sensor
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Abstract

Mikromechanische Sensoreinrichtung (100), aufweisend:
- wenigstens zwei MEMS-Bauelemente (10, 20), wobei die MEMS-Bauelemente (10, 20) jeweils als gestapelte Anordnung eines MEMS-Elements (10b, 20b) mit einem ASIC-Element (10a, 20a) ausgebildet sind; wobei
- ein zweites MEMS-Bauelement (20) mittels einer ersten Klebeschicht (41) auf einer Oberseite eines ersten MEMS-Bauelements (10) angeordnet ist; wobei
- die wenigstens zwei MEMS-Bauelemente (10, 20) von einem Gehäuse (50) wenigstens teilweise umschlossen sind; wobei
- wenigstens das zweite MEMS-Bauelement (20) mittels eines 3D-Umverdrahtungselements (23a...23c), das sich wenigstens teilweise über einen vertikalen Abschnitt des zweiten MEMS-Bauelements (20) erstreckt, elektrisch an ein Substrat (1) der mikromechanischen Sensoreinrichtung (100) und/oder an das erste MEMS-Bauelement (10) angebunden ist.

Figure DE102022200340A1_0000
Micromechanical sensor device (100), comprising:
- At least two MEMS components (10, 20), wherein the MEMS components (10, 20) are each formed as a stacked arrangement of a MEMS element (10b, 20b) with an ASIC element (10a, 20a); whereby
- A second MEMS component (20) is arranged by means of a first adhesive layer (41) on a top side of a first MEMS component (10); whereby
- the at least two MEMS components (10, 20) are at least partially enclosed by a housing (50); whereby
- At least the second MEMS component (20) by means of a 3D rewiring element (23a ... 23c), which extends at least partially over a vertical section of the second MEMS component (20), electrically to a substrate (1) of the micromechanical Sensor device (100) and / or to the first MEMS component (10) is connected.
Figure DE102022200340A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine mikromechanische Sensoreinrichtung. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer mikromechanischen Sensoreinrichtung.The present invention relates to a micromechanical sensor device. The present invention also relates to a method for producing a micromechanical sensor device.

Stand der TechnikState of the art

Mikromechanische Sensoren zur Messung von Beschleunigung, Drehrate, Druck und anderen physikalischen Größen werden im Automobil- und Consumer-Bereich für verschiedene Applikationen in Massenfertigung hergestellt.Micromechanical sensors for measuring acceleration, yaw rate, pressure and other physical variables are mass-produced for various applications in the automotive and consumer sectors.

US 2016 0 362 293 A1 offenbart Möglichkeiten zur Erhöhung einer Integrationsdichte von mikromechanischen Sensoren, bei denen ein Multistack von drei bis sechs „Substraten“ (dies können Wafer oder einzelne Chips sein) in verschiedenen Arten aufeinander angeordnet werden und ein hochintegriertes mikromechanisches Bauelement mit mindestens zwei CMOS-Substraten und mindestens einem MEMS-Substrat bilden. U.S. 2016 0 362 293 A1 discloses ways to increase the integration density of micromechanical sensors, in which a multistack of three to six "substrates" (these can be wafers or individual chips) are arranged on top of each other in different ways and a highly integrated micromechanical component with at least two CMOS substrates and at least one Form MEMS substrate.

US 2018 254 258 A1 offenbart Anordnungen, bei denen eine elektrische Kontaktierung von Halbleiterchips weder über Bonddrähte noch über TSVs erfolgt, sondern mittels einer sogenannten 3D-RDL (siehe auch https://www.3dis-tech.com). Dabei wird ein Redistribution Layer gebildet, der sich teilweise über senkrechte Chipkanten hinweg erstreckt und damit die Oberseite eines Halbleiterchips mit einem Gehäusesubstrat oder einem weiteren Halbleiterchip elektrisch verbindet. U.S. 2018 254 258 A1 discloses arrangements in which semiconductor chips are electrically contacted neither via bonding wires nor via TSVs, but by means of a so-called 3D-RDL (see also https://www.3dis-tech.com). In this case, a redistribution layer is formed, which partially extends beyond vertical chip edges and thus electrically connects the top side of a semiconductor chip to a housing substrate or to another semiconductor chip.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine hochintegrierte und kompakte mikromechanische Sensoreinrichtung bereitzustellen.One object of the invention is to provide a highly integrated and compact micromechanical sensor device.

Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt gelöst mit einer mikromechanischen Sensoreinrichtung, aufweisend:

  • - wenigstens zwei MEMS-Bauelemente, wobei die MEMS-Bauelemente jeweils als gestapelte Anordnung eines MEMS-Elements mit einem ASIC-Element ausgebildet sind; wobei
  • - ein zweites MEMS-Bauelement mittels einer ersten Klebeschicht auf einer Oberseite eines ersten MEMS-Bauelements angeordnet ist; wobei
  • - die wenigstens zwei MEMS-Bauelemente von einem Gehäuse wenigstens teilweise umschlossen sind; wobei
  • - wenigstens das zweite MEMS-Bauelement mittels eines 3D-Umverdrahtungselements, das sich wenigstens teilweise über einen vertikalen Abschnitt des zweiten MEMS-Bauelements erstreckt, elektrisch an ein Substrat der mikromechanischen Sensoreinrichtung und/oder an das erste MEMS-Bauelement angebunden ist.
According to a first aspect, the object is achieved with a micromechanical sensor device, having:
  • - At least two MEMS components, wherein the MEMS components are each formed as a stacked arrangement of a MEMS element with an ASIC element; whereby
  • - a second MEMS component is arranged by means of a first adhesive layer on a top side of a first MEMS component; whereby
  • - the at least two MEMS components are at least partially enclosed by a housing; whereby
  • - At least the second MEMS component is electrically connected to a substrate of the micromechanical sensor device and/or to the first MEMS component by means of a 3D rewiring element that extends at least partially over a vertical section of the second MEMS component.

Auf diese Weise wird eine Kombination aus wenigstens zwei sogenannten ASICap-Bauelementen, die mittels eines 3D-Umverdrahtungselements funktional an ein Substrat der mikromechanischen Sensorrichtung angebunden sind, geschaffen. Vorteilhaft kann auf diese Weise eine flächenmäßige Größe (engl. footprint) und eine Bauhöhe einer mikromechanischen System-in-Package (SiP) Sensoreinrichtung minimiert werden.In this way, a combination of at least two so-called ASICap components, which are functionally connected to a substrate of the micromechanical sensor device by means of a 3D rewiring element, is created. In this way, an areal size (footprint) and an overall height of a micromechanical system-in-package (SiP) sensor device can advantageously be minimized.

Zudem können durch den System-in-Package-Ansatz Entwicklungskosten gering gehalten werden, da die dort integrierten Einzel-Bauelemente bis auf vergleichsweise geringfügige technische Modifikationen auch separat als Chip Scale Packages verwendet werden können. Vorteilhaft können auf diese Weise hochintegrierte und kompakte mikromechanische Bauelemente als System in Package realisiert werden. Ferner können vorteilhaft Nachteile, die mit Drahtbond-Prozessen verbunden sind, weitestgehend umgangen werden.In addition, the system-in-package approach allows development costs to be kept low, since the individual components integrated there can also be used separately as chip-scale packages, with the exception of comparatively minor technical modifications. In this way, highly integrated and compact micromechanical components can advantageously be implemented as a system in a package. Furthermore, disadvantages associated with wire bonding processes can advantageously be largely avoided.

Vorteilhaft können mit der vorgeschlagenen Sensoreinrichtung z.B. hochintegrierte MEMS-Sensoren oder -Aktoren mit sehr geringem Bauraum realisiert werden. Diese Anordnung hat gegenüber Bonddrähten den Vorteil, dass sie in den Lateralabmessungen kompakter, also mit kleinerem Rastermaß (englisch: pitch) von benachbarten Pads, ausgeführt werden kann und zudem in vertikaler Richtung keinen Zusatzplatz für einen Bonddraht-Loop benötigt. Ferner besteht anders als bei der Verwendung von Bonddrähten kein Risiko bzgl. der sogenannten Bonddraht-Verwehung (engl. wire bond sweep) aufgrund von Fertigungsprozessen, z. B. beim Einfließen von Moldmasse mit hohem Druck bei der Herstellung von Mold-Gehäusen.Advantageously, the proposed sensor device can be used to implement, for example, highly integrated MEMS sensors or actuators with very little installation space. Compared to bonding wires, this arrangement has the advantage that it can be made more compact in the lateral dimensions, i.e. with a smaller grid dimension (English: pitch) of adjacent pads, and also requires no additional space for a bonding wire loop in the vertical direction. Furthermore, unlike when using bond wires, there is no risk of what is known as bond wire sweep due to manufacturing processes, e.g. B. when molding compound flows in at high pressure during the manufacture of mold housings.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe gelöst mit einem Verfahren zum Herstellen einer mikromechanischen Sensoreinrichtung, aufweisend die Schritte:

  • - Bereitstellen von wenigstens zwei MEMS-Bauelementen, wobei die MEMS-Bauelemente jeweils als gestapelte Anordnung eines MEMS-Elements mit einem ASIC-Element ausgebildet sind;
  • - Anordnen eines zweiten MEMS-Bauelements mittels einer ersten Klebeschicht auf einer Oberseite eines ersten MEMS-Bauelements;
  • - Elektrisches Kontaktieren wenigstens eines der MEMS-Bauelemente mittels eines 3D-Umverdrahtungselements, das sich wenigstens teilweise über einen vertikalen Abschnitt wenigstens eines der MEMS-Bauelemente erstreckt, an ein Substrat der mikromechanischen Sensoreinrichtung; und
  • - wenigstens teilweises Umschließen der wenigstens zwei MEMS-Bauelemente von einem Gehäuse.
According to a second aspect, the object is achieved with a method for producing a micromechanical sensor device, having the steps:
  • - Providing at least two MEMS components, wherein the MEMS components are each formed as a stacked arrangement of a MEMS element with an ASIC element;
  • - arranging a second MEMS component by means of a first adhesive layer on a top side of a first MEMS component;
  • - Electrical contacting of at least one of the MEMS components by means of a 3D Rewiring element, which extends at least partially over a vertical section of at least one of the MEMS components, to a substrate of the micromechanical sensor device; and
  • - at least partially enclosing the at least two MEMS components in a housing.

Bevorzugte Weiterbildungen der vorgeschlagenen mikromechanischen Sensoreinrichtung sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.Preferred developments of the proposed micromechanical sensor device are the subject of dependent claims.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der mikromechanischen Sensoreinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das erste MEMS-Bauelement mittels wenigstens eines Bonddrahts elektrisch an ein Substrat angebunden ist.An advantageous development of the micromechanical sensor device is characterized in that the first MEMS component is electrically connected to a substrate by means of at least one bonding wire.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der mikromechanischen Sensoreinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass oberhalb des zweiten MEMS-Bauelements an einer Oberseite der mikromechanischen Sensoreinrichtung wenigstens abschnittsweise ein Passivierungselement angeordnet ist. Auf diese Weise kann eine Package-Höhe reduziert sein. Ferner können elektrische Kurzschlüsse durch den Passivierfilm weitgehend vermieden werden.A further advantageous development of the micromechanical sensor device is characterized in that a passivation element is arranged at least in sections above the second MEMS component on an upper side of the micromechanical sensor device. A package height can be reduced in this way. Furthermore, electrical short circuits can be largely avoided by the passivation film.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der mikromechanischen Sensoreinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb des zweiten MEMS-Bauelements an einer Oberseite der mikromechanischen Sensoreinrichtung das Gehäuse wenigstens abschnittsweise offen ist. Nützlich ist dies insbesondere für einen membranbasierten Sensortyp, z.B. ein Mikrophon oder einen Drucksensor.A further advantageous development of the micromechanical sensor device is characterized in that the housing is open at least in sections above the second MEMS component on an upper side of the micromechanical sensor device. This is particularly useful for a membrane-based type of sensor, e.g. a microphone or a pressure sensor.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der mikromechanischen Sensoreinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das erste MEMS-Bauelement mittels Flip-Chip-Montage oder mittels einer zweiten Klebeschicht und auf das Substrat angebunden ist. Vorteilhaft werden dadurch unterschiedliche Möglichkeiten zur funktionalen Anbindung des ersten MEMS-Bauelements an das Substrat bereitgestellt.A further advantageous development of the micromechanical sensor device is characterized in that the first MEMS component is connected to the substrate by means of flip-chip assembly or by means of a second adhesive layer. This advantageously provides different options for the functional connection of the first MEMS component to the substrate.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der mikromechanischen Sensoreinrichtung zeichnen sich dadurch aus, dass sämtliche elektrische Kontaktierungen mittels 3D-Umverdrahtungselementen realisiert sind. Vorteilhaft kann dadurch vollständig auf Drahtbonds verzichtet werden.Further advantageous developments of the micromechanical sensor device are distinguished by the fact that all electrical contacts are realized by means of 3D rewiring elements. Advantageously, this means that wire bonds can be completely dispensed with.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der mikromechanischen Sensoreinrichtung zeichnen sich dadurch aus, dass das Gehäuse ein Mold-Gehäuse oder ein Open Cavity-Gehäuse ist. Vorteilhaft werden auf diese Weise unterschiedliche Gehäusearten zur Verkapselung der mikromechanischen Sensoreinrichtung ermöglicht.Further advantageous developments of the micromechanical sensor device are characterized in that the housing is a molded housing or an open cavity housing. In this way, different types of housing for encapsulating the micromechanical sensor device are advantageously made possible.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der mikromechanischen Sensoreinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass an einer Oberseite der mikromechanischen Sensoreinrichtung Moldmasse entfernt ist, wobei wenigstens abschnittsweise ein Passivierungselement auf der Oberseite der mikromechanischen Sensoreinrichtung angeordnet ist. Auf diese Weise kann z.B. eine elektrische Kontaktierung effektiv und einfach geschützt werden.A further advantageous development of the micromechanical sensor device is characterized in that molding compound is removed on a top side of the micromechanical sensor device, with a passivation element being arranged at least in sections on the top side of the micromechanical sensor device. In this way, e.g. an electrical contact can be protected effectively and easily.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der mikromechanischen Sensoreinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das Mold-Gehäuse an einer Oberseite wenigstens teilweise freigelegt ist.A further advantageous development of the micromechanical sensor device is characterized in that the mold housing is at least partially exposed on an upper side.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der mikromechanischen Sensoreinrichtung zeichnen sich dadurch aus, dass im Open Cavity-Gehäuse oben eine Öffnung ausgebildet ist. Vorteilhaft kann auf diese Weise ein Medienzugang für die Sensorvorrichtung bereitgestellt werden.Further advantageous developments of the micromechanical sensor device are distinguished by the fact that an opening is formed at the top in the open cavity housing. Media access for the sensor device can advantageously be provided in this way.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der mikromechanischen Sensoreinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass in wenigstens einem der MEMS-Bauelemente eine Durchkontaktierung im ASIC-Chip und/oder im MEMS-Chip ausgebildet ist. Dadurch sind vielfältige Möglichkeiten von elektrischen Durchkontaktierungen unterstützt, wodurch eine große Funktionsvielfalt der Sensoreinrichtung unterstützt ist.A further advantageous development of the micromechanical sensor device is characterized in that in at least one of the MEMS components a via is formed in the ASIC chip and/or in the MEMS chip. This supports a variety of options for electrical through-connections, which supports a large variety of functions of the sensor device.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der mikromechanischen Sensoreinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das erste und/oder das zweite MEMS-Bauelement ein Rastermaß der Lötballs aufweisen, das kleiner als ein Standard-Rastermaß ist.A further advantageous development of the micromechanical sensor device is characterized in that the first and/or the second MEMS component has a grid size of the solder balls that is smaller than a standard grid size.

Die vorgeschlagene mikromechanische Sensoreinrichtung wird im Folgenden mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand von mehreren Figuren detailliert beschrieben. Gleiche oder funktionsgleiche Elemente haben dabei gleiche Bezugszeichen. Die Figuren sind insbesondere dazu gedacht, wesentliche Prinzipien zu verdeutlichen und sind nicht unbedingt maßstabsgetreu ausgeführt. Der besseren Übersichtlichkeit halber kann vorgesehen sein, dass nicht in sämtlichen Figuren sämtliche Bezugszeichen eingezeichnet sind.The proposed micromechanical sensor device is described in detail below with further features and advantages based on several figures. Elements that are the same or have the same function have the same reference numbers. The figures are particularly intended to illustrate important principles and are not necessarily drawn to scale. For the sake of better clarity, it can be provided that not all of the reference symbols are drawn in in all of the figures.

Offenbarte Verfahrensmerkmale ergeben sich analog aus entsprechenden offenbarten Vorrichtungsmerkmalen und umgekehrt. Dies bedeutet insbesondere, dass sich Merkmale, technische Vorteile und Ausführungen betreffend die mikromechanische Sensoreinrichtung in analoger Weise aus entsprechenden Ausführungen, Merkmalen und Vorteilen des Verfahrens zum Herstellen einer mikromechanischen Sensoreinrichtung ergeben und umgekehrt.Disclosed method features result analogously from corresponding disclosed device features and vice versa. This means in particular that features, technical advantages and designs relating to the micromechanical sensor device correspond in an analogous manner to FIG ending versions, features and advantages of the method for producing a micromechanical sensor device and vice versa.

In den Figuren zeigt:

  • 1 eine Querschnittsansicht eines konventionellen mikromechanischen ASICap-Bauelements;
  • 2-15 Querschnittsansichten von Ausführungsformen der vorgeschlagenen mikromechanischen Sensoreinrichtung; und
  • 16 einen prinzipiellen Ablauf eines Verfahrens zum Herstellen einer vorgeschlagenen mikromechanischen Sensoreinrichtung.
In the figures shows:
  • 1 a cross-sectional view of a conventional micromechanical ASICap component;
  • 2-15 Cross-sectional views of embodiments of the proposed micromechanical sensor device; and
  • 16 a basic sequence of a method for producing a proposed micromechanical sensor device.

Beschreibung von AusführungsformenDescription of Embodiments

Ein sogenanntes an sich bekanntes ASICap-Bauelement (vertikal integriertes MEMS-ASIC-Bauelement) umfasst einen ASIC-Chip und einen MEMS-Chip, die über eine metallische Bondverbindung mechanisch und elektrisch miteinander verbunden sind. Die metallische Bondverbindung dichtet das Bauelement am äußeren Bondrahmen hermetisch ab und stellt außerdem elektrische Kontakte bereit. Der MEMS-Chip kann beispielsweise mit an sich bekannten oberflächenmikromechanischen Methoden hergestellt werden und weist ein MEMS-Wafersubstrat, Oxidschichten, eine Silizium-Umverdrahtungsebene sowie eine mikromechanische Funktionsschicht auf. Der ASIC-Chip umfasst ein ASIC-Wafersubstrat, sowie diverse Funktionsschichten für Transistoren und für eine elektrische Umverdrahtung.A so-called ASICap component (vertically integrated MEMS-ASIC component), which is known per se, comprises an ASIC chip and a MEMS chip, which are mechanically and electrically connected to one another via a metallic bond connection. The metal bond hermetically seals the device to the outer bond frame and also provides electrical contacts. The MEMS chip can be produced, for example, using surface micromechanical methods that are known per se and has a MEMS wafer substrate, oxide layers, a silicon rewiring level and a micromechanical functional layer. The ASIC chip includes an ASIC wafer substrate and various functional layers for transistors and for electrical rewiring.

Vorgeschlagen wird eine gestapelte Anordnung von mindestens einem ersten und einem zweiten MEMS-Bauelement, die jeweils aus einem vertikal integrierten MEMS- und ASIC-Chip bestehen, wobei das zweite MEMS-Bauelement auf der Oberseite des ersten MEMS-Bauelements angeordnet wird und wobei mindestens eines der MEMS-Bauelemente mittels eines 3D-Umverdrahtungselements elektrisch angeschlossen wird.Proposed is a stacked arrangement of at least a first and a second MEMS component, each consisting of a vertically integrated MEMS and ASIC chip, wherein the second MEMS component is arranged on top of the first MEMS component and at least one of the MEMS components is electrically connected using a 3D rewiring element.

Unter einem „MEMS-Bauelement“ wird nachfolgend vorzugsweise ein Bauelement aus einem vertikal integrierten Waferstack mit je einem ASIC- und MEMS-Wafer gebildet (also vertikale Integration über Waferbonden, nicht über Stacking von einzelnen ASIC- und MEMS-Chips). Im Ergebnis wird als MEMS-Bauelement dadurch eine gestapelte Anordnung aus einem ASIC-Element und einem MEMS-Element gebildet.In the following, a “MEMS component” is preferably a component made of a vertically integrated wafer stack, each with an ASIC and MEMS wafer (i.e. vertical integration via wafer bonding, not via stacking of individual ASIC and MEMS chips). As a result, a stacked arrangement of an ASIC element and a MEMS element is formed as a MEMS element.

Auf der Oberseite des ersten MEMS-Bauelements kann eine Umverdrahtungsebene angeordnet sein, welche Kontakte für die vertikale Umverdrahtung zum zweiten MEMS-Bauelement und Bondpads für Drahtbonds aufweist.A rewiring level can be arranged on the upper side of the first MEMS component, which has contacts for the vertical rewiring to the second MEMS component and bonding pads for wire bonds.

Besonders bevorzugt weisen die beiden Waferstacks Durchkontaktierungen (engl. through silicon vias, TSVs) durch den ASIC-Chip auf, um die ASIC-Signale von der Innenseite des Waferstacks auf die Außenseite des Stacks zu führen.The two wafer stacks particularly preferably have through-connections (through silicon vias, TSVs) through the ASIC chip in order to route the ASIC signals from the inside of the wafer stack to the outside of the stack.

Alternativ können die ASIC-Signale auch durch den MEMS-Chip über MEMS-Durchkontaktierungen an die Außenseite des Waferstapels geführt werden.Alternatively, the ASIC signals can also be routed through the MEMS chip via MEMS vias to the outside of the wafer stack.

In einer Variante kann das erste MEMS-Bauelement per Flip-Chip-Montage auf dem Gehäusesubstrat angeordnet sein, wobei in diesem Fall Durchkontaktierungen im unten liegenden Chip des ersten MEMS-Bauelements angeordnet sind.In one variant, the first MEMS component can be arranged on the package substrate by flip-chip assembly, in which case vias are arranged in the underlying chip of the first MEMS component.

In einer weiteren Variante ist es möglich, dass das erste MEMS-Bauelement mit einem Klebefilm (z. B. Die-Attach-Film oder einem weichen Silikonkleber) auf dem Gehäusesubstrat angeordnet ist, wobei Durchkontaktierungen dann im oben liegenden Chip des ersten MEMS-Bauelements angeordnet sind.In a further variant, it is possible for the first MEMS component to be arranged on the housing substrate with an adhesive film (e.g. die-attach film or a soft silicone adhesive), with vias then being in the chip on top of the first MEMS component are arranged.

Eine weitere Variante sieht vor, dass von der Oberseite des ersten MEMS-Bauelements Drahtbonds auf das Gehäusesubstrat geführt sind. Alternativ können elektrische Signale über eine vertikale Umverdrahtung von der Oberseite auf das Gehäusesubstrat geführt werden.A further variant provides that wire bonds are routed onto the housing substrate from the top side of the first MEMS component. Alternatively, electrical signals can be routed from the top to the package substrate via vertical rewiring.

Das Gehäuse der vorgeschlagenen Sensoreinrichtung kann bevorzugt als ein Mold-Gehäuse oder als ein Open Cavity-Gehäuse ausgebildet sein.The housing of the proposed sensor device can preferably be designed as a molded housing or as an open cavity housing.

In einer weiteren Variante kann das zweite MEMS-Bauelement mit einem Klebefilm (z.B. Die-Attach-Film, weicher Silikonkleber) auf dem ersten MEMS-Bauelement angebracht sein. Die Durchkontaktierungen sind in diesem Fall im obenliegenden Chip des zweiten MEMS-Bauelements angeordnet.In a further variant, the second MEMS component can be attached to the first MEMS component with an adhesive film (e.g. die-attach film, soft silicone adhesive). In this case, the vias are arranged in the top chip of the second MEMS component.

Vorteilhaft sind das erste und/oder das zweite MEMS-Bauelement auch einzeln als Chip Scale Packages verwendbar. Für das zweite MEMS-Bauelement müssen dazu entsprechende Lötballs angebracht werden.The first and/or the second MEMS component can advantageously also be used individually as chip scale packages. Appropriate solder balls must be attached for the second MEMS component.

Das erste und/oder das zweite MEMS-Bauelement können optional ein Rastermaß (engl. pitch) der Lötballs aufweisen, der kleiner als das Standard-Rastermaß von 0.4 mm ist.The first and/or the second MEMS device can optionally have a solder ball pitch that is smaller than the standard pitch of 0.4 mm.

Das zweite MEMS-Bauelement ist nicht notwendigerweise kleiner als das erste MEMS-Bauelement, sondern kann entlang einer oder mehrerer Kanten das erste MEMS-Bauelement überragen.The second MEMS device is not necessarily smaller than the first MEMS device ment, but can protrude beyond the first MEMS component along one or more edges.

Das zweite MEMS-Bauelement wird bei Verwendung eines Moldgehäuses typischerweise an der Oberseite übermoldet. Alternativ kann die Oberseite des zweiten MEMS-Bauelements ganz oder teilweise von der Moldüberdeckung ausgespart werden.When using a molded housing, the second MEMS component is typically overmolded on the upper side. Alternatively, the upper side of the second MEMS component can be completely or partially left out of the mold cover.

Die elektrische Anbindung des ersten und auch zweiten MEMS-Bauelements an das Substrat wird über eine vertikale Umverdrahtung oder eine Kombination aus vertikaler Umverdrahtung und Drahtbondung hergestellt.The electrical connection of the first and also the second MEMS component to the substrate is established via vertical rewiring or a combination of vertical rewiring and wire bonding.

Bei dem ersten und zweiten MEMS-Bauelement kann es sich um einen MEMS-Sensor oder -Aktor handeln. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem ersten und zweiten MEMS-Bauelement (in beliebigen Kombinationen) um einen Drehratensensor, einen Beschleunigungssensor, einen Drucksensor oder einen kombinierten Sensor aus den oben genannten Messgrößen.The first and second MEMS component can be a MEMS sensor or actuator. The first and second MEMS component (in any combination) is particularly preferably a yaw rate sensor, an acceleration sensor, a pressure sensor or a combined sensor from the above-mentioned measured variables.

Nachfolgend sind beispielhafte Konstellationen genannt:

  • - erstes MEMS-Bauelement als Drehratensensor, zweites MEMS-Bauelement als Beschleunigungssensor
  • - erstes MEMS-Bauelement als IMU (engl. Inertial Measurement Unit), also ein kombinierter dreiachsiger Drehraten- und dreiachsiger Beschleunigungssensor, zweites MEMS-Bauelement als Drucksensor
Exemplary constellations are listed below:
  • - First MEMS component as a rotation rate sensor, second MEMS component as an acceleration sensor
  • - First MEMS component as an IMU (Inertial Measurement Unit), i.e. a combined three-axis rotation rate and three-axis acceleration sensor, second MEMS component as a pressure sensor

Die Anordnung kann auf mehr als zwei gestapelte MEMS-Bauelemente erweitert werden, z. B. drei oder vier gestapelte MEMS-Bauelemente. Denkbar ist es auch dass beispielsweise zwei Paare von gestapelten MEMS-Bauelementen nebeneinander in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet werden.The arrangement can be extended to more than two stacked MEMS devices, e.g. B. three or four stacked MEMS devices. It is also conceivable that, for example, two pairs of stacked MEMS components are arranged next to one another in a common housing.

Vorteilhaft ist die Gesamtanordnung der mikromechanischen Sensoreinrichtung sehr kompakt, d. h. sowohl betreffend Footprint (Gehäusefläche) als auch betreffend die Bauhöhe des SiP, die im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen minimiert sind. Zudem erfordert die Gesamtanordnung erfordert nur geringe Entwicklungsaufwände, sofern das erste und zweite MEMS-Bauelement bereits als Einzel-Bauelemente, z. B. jeweils in Form von Chip Scale Packages, entwickelt wurden. Als eine zusätzliche Voraussetzung besteht somit nur die Verfügbarkeit der 3D-Umverdrahtungs-Technologie zur Realisierung des 3D-Umverdrahtungselements.The overall arrangement of the micromechanical sensor device is advantageously very compact, i. H. both in terms of footprint (housing area) and in terms of the overall height of the SiP, which are minimized compared to conventional solutions. In addition, the overall arrangement requires only little development effort if the first and second MEMS components are already available as individual components, e.g. B. each in the form of chip scale packages were developed. The only additional requirement is therefore the availability of the 3D rewiring technology for realizing the 3D rewiring element.

1 zeigt eine stark vereinfachte Querschnittsansicht eines herkömmlichen, vertikal integrierten ASICap-Bauelements. Man erkennt einen MEMS-Chip 10b, der gemeinsam mit einem ASIC-Chip 10a mittels Lötballs 11 auf einem Substrat 1, der als ein elektrischer Träger, z.B. in Form einer Leiterplatte, Gehäusesubstrat und dergleichen fungiert. Eine Durchkontaktierung 12 durch den ASIC-Chip 10a stellt eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem MEMS-Chip 10b und dem ASIC Chip 10a her. Weiter nach unten führende Verdrahtungsebenen in der Leiterplatte sowie elektrische Kontaktbereiche an der Unterseite des Substrats 1 sind der besseren Übersichtlichkeit und Einfachheit halber nicht dargestellt. 1 Figure 12 shows a highly simplified cross-sectional view of a conventional vertically integrated ASICap device. One can see a MEMS chip 10b, which together with an ASIC chip 10a by means of solder balls 11 on a substrate 1, which acts as an electrical carrier, for example in the form of a printed circuit board, housing substrate and the like. A via 12 through the ASIC chip 10a produces an electrically conductive connection between the MEMS chip 10b and the ASIC chip 10a. Wiring levels in the printed circuit board that lead further downwards and electrical contact areas on the underside of the substrate 1 are not shown for the sake of better clarity and simplicity.

Ferner sind aus diesen Gründen auch weitere technische Details im ASIC-Chip 10a und im MEMS-Chip 10b nicht dargestellt und erläutert. Die Funktionsseiten von MEMS- und ASIC-Chip 10b, 10a sind typischerweise (allerdings nicht notwendigerweise) innenliegend, d. h. einander zugewandt, angeordnet. Alle nachfolgenden Betrachtungen zielen nicht auf ein einzelnes ASICap-Bauelement, sondern auf eine möglichst platzsparende Integration von wenigstens zwei vertikal integrierten ASICap-Bauelementen. Es ist allerdings auch denkbar, dass zwei und mehr ASICap-Bauelemente nebeneinander auf einem gemeinsamen Substrat 1 angeordnet sind (Doppelanordnung).Furthermore, for these reasons, further technical details in the ASIC chip 10a and in the MEMS chip 10b are not shown and explained. The functional sides of the MEMS and ASIC chip 10b, 10a are typically (but not necessarily) internal, i. H. facing each other, arranged. All of the following considerations are not aimed at a single ASICap component, but rather at an integration of at least two vertically integrated ASICap components that saves as much space as possible. However, it is also conceivable that two or more ASICap components are arranged side by side on a common substrate 1 (double arrangement).

2 zeigt eine erste Ausführungsform einer vorgeschlagenen Sensoreinrichtung 100, bei der zwei MEMS-Bauelemente 10, 20 in vertikal integrierter ASICap-Anordnung aufeinander gestapelt angeordnet sind. Das erste MEMS-Bauelement 10 ist per Flip-Chip-Montage elektrisch leitend auf das Substrat 1 montiert. Das zweite MEMS-Bauelement 20 ist mit einer ersten Klebeschicht 41, beispielsweise in Form eines Die-Attach-Films oder eines silikonartigen Klebers, auf dem ersten MEMS-Bauelement 10 angeordnet. Dabei sind die beiden MEMS-Bauelemente 10, 20 einander zugewandt, wodurch das zweite MEMS-Bauelement 20 gegenüber dem ersten MEMS-Bauelement 10 eine invertierte, d. h. um 180 Grad verdrehte Orientierung aufweist. Die elektrischen ASIC-Signale des zweiten MEMS-Bauelements 20 werden über Durchkontaktierungen 22 an die oben liegende ASIC-Rückseite geführt. 2 shows a first embodiment of a proposed sensor device 100, in which two MEMS components 10, 20 are arranged stacked on top of one another in a vertically integrated ASICap arrangement. The first MEMS component 10 is mounted in an electrically conductive manner on the substrate 1 by means of flip-chip mounting. The second MEMS component 20 is arranged on the first MEMS component 10 with a first adhesive layer 41, for example in the form of a die-attach film or a silicone-like adhesive. In this case, the two MEMS components 10, 20 face one another, as a result of which the second MEMS component 20 has an inverted orientation relative to the first MEMS component 10, ie rotated by 180 degrees. The electrical ASIC signals of the second MEMS component 20 are routed via plated-through holes 22 to the ASIC rear side located at the top.

Von dort werden die ASIC-Signale über ein 3D-Umverdrahtungselement 23a auf die Oberseite des ersten MEMS-Bauelements 10 geführt. Unter einem 3D-Umverdrahtungselement wird im Folgenden ein elektrisch leitendes Umverdrahtungselement verstanden, welches wenigstens einen vertikalen Anteil aufweist, wodurch ein Bauelement an einer vertikalen Flanke elektrisch kontaktiert ist. In einer Umverdrahtungsebene 24 des ersten MEMS-Bauelements 10 sind zusätzlich Bondpads (nicht dargestellt) angeordnet, mittels derer elektrische Signale des zweiten MEMS-Bauelements 20 über die Bonddrähte 25 auf das Substrat 1 geführt werden können.From there, the ASIC signals are routed to the top of the first MEMS component 10 via a 3D rewiring element 23a. A 3D rewiring element is understood below to mean an electrically conductive rewiring element which has at least one vertical portion, as a result of which a component is electrically contact-connected on a vertical flank. Bond pads (not shown) are additionally arranged in a rewiring level 24 of the first MEMS component 10 , by means of which electrical signals of the second MEMS component 20 can be routed to the substrate 1 via the bonding wires 25 .

Vorteilhafterweise wird bei dieser Anordnung der Bonddraht 25 von der Oberseite des ersten MEMS-Bauelements 10 geführt, wodurch die Loophöhe des Bonddrahts 25 nicht in die Betrachtung der minimalen Bauhöhe der Sensoreinrichtung 100 eingeht. Demzufolge muss die Moldüberdeckung bei der Ermittlung der minimalen Gehäusedicke lediglich von der Oberkante des zweiten MEMS-Bauelements 20 berücksichtigt werden. Als ein elektrisch leitendes Material für die Umverdrahtungsebene 24 kann beispielsweise Kupfer verwendet werden, das mit einer zusätzlichen Oberflächenveredelung (z.B. zur Verhinderung von Oxidation bzw. zur optimierten Drahtbondbarkeit) versehen wird, z. B. einer Nickel-Gold-Schicht. Jedoch sind jegliche Materialkombinationen möglich, die das Anbringen der Bonddrähte 25 erlauben.In this arrangement, the bonding wire 25 is advantageously routed from the top of the first MEMS component 10 , as a result of which the loop height of the bonding wire 25 is not included in the consideration of the minimum overall height of the sensor device 100 . As a result, the mold coverage only has to be taken into account from the upper edge of the second MEMS component 20 when determining the minimum housing thickness. Copper, for example, can be used as an electrically conductive material for the rewiring level 24, which is provided with an additional surface finish (for example to prevent oxidation or for optimized wire bondability), e.g. B. a nickel-gold layer. However, any material combination that allows the bonding wires 25 to be attached is possible.

Ein Prozessfluss zur Herstellung der kompletten mikromechanischen Sensoreinrichtung 100 kann grundsätzlich wie folgt aussehen:

  • i) Herstellen eines ersten und zweiten MEMS-ASIC-Waferstacks (ASICap),
  • ii) Vereinzeln des zweiten MEMS-ASIC Waferstacks, hierbei werden die einzelnen zweiten MEMS-Bauelemente 20 gebildet
  • iii) Mechanisches Verbinden der zweiten MEMS-Bauelemente 20 auf dem ersten MEMS-ASIC-Waferstack
  • iv) Aufbringen einer Isolationsschicht, z.B. Oxid, auf der MEMS-Rückseite des ersten MEMS-Wafers sowie auf der ASIC-Rückseite und Seitenwand des zweiten MEMS-Bauelements 20
  • v) Anordnen (Abscheiden und Strukturieren) der Umverdrahtungsebene auf der MEMS-Rückseite des ersten MEMS-Wafers sowie auf der ASIC-Rückseite und Seitenwand des zweiten MEMS-Bauelements 20. Gegebenenfalls wird eine zusätzliche Passivierschicht aufgebracht, welche an den Bondpads geöffnet wird
  • vi) Vereinzeln des in den Schritten i) - v) aufgebauten Waferstacks und Anbringen des vereinzelten Bauelements auf einem entsprechenden Substrat (z.B. auch ein Leadframe oder dergleichen) in einem Flip-Chip-Prozess
  • vii) Elektrisches Verbinden des zweiten MEMS-Bauelements 20 auf dem Substrat 1 über eine Drahtbondung
  • viii) Ummolden des erzeugten gestapelten Bauelements bei gleichzeitiger Mold-Unterfüllung des stand-off Bereichs des ersten MEMS-Bauelements 10
A process flow for producing the complete micromechanical sensor device 100 can basically look as follows:
  • i) producing a first and second MEMS ASIC wafer stack (ASICap),
  • ii) Separation of the second MEMS-ASIC wafer stack, in this case the individual second MEMS components 20 are formed
  • iii) Mechanically connecting the second MEMS devices 20 on the first MEMS ASIC wafer stack
  • iv) Application of an insulation layer, e.g. oxide, on the MEMS rear side of the first MEMS wafer and on the ASIC rear side and side wall of the second MEMS component 20
  • v) arranging (depositing and structuring) the rewiring level on the MEMS rear side of the first MEMS wafer and on the ASIC rear side and side wall of the second MEMS component 20. If necessary, an additional passivation layer is applied, which is opened on the bond pads
  • vi) Separation of the wafer stack constructed in steps i)-v) and attachment of the separated component to a corresponding substrate (eg also a leadframe or the like) in a flip-chip process
  • vii) Electrically connecting the second MEMS device 20 on the substrate 1 via wire bonding
  • viii) Molding of the stacked component produced with simultaneous mold underfilling of the stand-off area of the first MEMS component 10

Als beispielhafte Anwendung der Anordnung von 2 kann das erste MEMS-Bauelement 10 ein dreiachsiger Drehratensensor und das zweite MEMS-Bauelement 20 ein dreiachsiger Beschleunigungssensor sein. Auf diese Weise kann eine Inertial Measurement Unit (dreiachsiger Drehratensensor plus dreiachsiger Beschleunigungssensor) gebildet werden, ohne dass der Drehratensensor und der Beschleunigungssensor auf ein und demselben MEMS-Chip angeordnet werden müssten.As an exemplary application of the arrangement of 2 the first MEMS component 10 can be a three-axis rotation rate sensor and the second MEMS component 20 can be a three-axis acceleration sensor. In this way, an inertial measurement unit (three-axis rotation rate sensor plus three-axis acceleration sensor) can be formed without the rotation rate sensor and the acceleration sensor having to be arranged on one and the same MEMS chip.

Letzteres kann eine erhebliche technische Herausforderung darstellen, da die beiden genannten Sensoren bei unterschiedlichen Gasdrücken in den jeweiligen zwischen MEMS-Chip und ASIC-Chip gebildeten hermetischen Kavernen betrieben werden müssen. Trennt man die beiden Sensoren hingegen auf zwei Chips auf, lässt sich auf einfachere Weise ein für den jeweiligen Sensor optimaler Gasdruck einstellen.The latter can pose a considerable technical challenge, since the two sensors mentioned have to be operated at different gas pressures in the respective hermetic caverns formed between the MEMS chip and the ASIC chip. If, on the other hand, the two sensors are separated into two chips, it is easier to set the optimum gas pressure for the respective sensor.

Das erste und das zweite MEMS-Bauelement 10, 20 in 2 können grundsätzlich auch einzeln als Chip Scale Package auf eine Leiterplatte gelötet werden. In diesem Fall müsste das zweite MEMS-Bauelement 20 noch mit einer entsprechenden Umverdrahtung und Lötballs versehen werden. Oder anders ausgedrückt: Wenn das erste MEMS-Bauelement 10 und das zweite MEMS-Bauelement 20 bereits separat als Chip Scale Packages entwickelt wurden, muss zur Realisierung der Anordnung von 2 lediglich das 3D-Umverdrahtungselement 23 auf der Oberseite des zweiten MEMS-Bauelements 20 angepasst und auf Lötballs am zweiten MEMS-Bauelement 20 verzichtet werden. Die Anordnung der 2 kann dadurch vorteilhaft mit sehr geringem zusätzlichem Entwicklungsaufwand realisiert werden.The first and second MEMS devices 10, 20 in 2 can also be soldered individually as a chip scale package onto a printed circuit board. In this case, the second MEMS component 20 would still have to be provided with appropriate rewiring and solder balls. In other words, if the first MEMS component 10 and the second MEMS component 20 have already been developed separately as chip scale packages, the arrangement of must be realized 2 only the 3D rewiring element 23 on the upper side of the second MEMS component 20 is adapted and solder balls on the second MEMS component 20 are dispensed with. The arrangement of 2 can thus be advantageously implemented with very little additional development effort.

Die Anordnung der mikromechanischen Sensoreinrichtung 100 von 3 stellt eine Weiterentwicklung der Anordnung von 2 dar, in der zur weiteren Reduktion der Gehäusedicke auf jegliche Mold-Überdeckung verzichtet wird. Die Oberseite des zweiten MEMS-Bauelements 20 ist mit einem Passivierungselement 26 versehen und ist in diesem Fall gar nicht übermoldet, sondern ist Teil der Gehäuseoberfläche und nur seitlich von Moldmasse umfasst. Das Passivierungselement 26 kann nach Bedarf auch im Bereich des 3D-Umverdrahtungselements 23a und auch auf der Oberseite (auf der die Umverdrahtung zu den Bondpads realisiert ist) des ersten MEMS-Bauelements 10 angebracht werden.The arrangement of the micromechanical sensor device 100 of 3 represents a further development of the arrangement of 2 in which no mold cover is used to further reduce the thickness of the housing. The upper side of the second MEMS component 20 is provided with a passivation element 26 and in this case is not molded over at all, but is part of the housing surface and is only surrounded by molding compound on the side. If required, the passivation element 26 can also be attached in the area of the 3D rewiring element 23a and also on the upper side (on which the rewiring to the bond pads is implemented) of the first MEMS component 10 .

Das gilt gleichermaßen für die in 2 gezeigte Realisierung der mikromechanischen Sensoreinrichtung 100. Im Vergleich zu 2 ergibt sich durch diese Anordnung eine deutlich reduzierte mögliche Bauhöhe der mikromechanischen Sensoreinrichtung 100, ohne an der Dicke der Waferstacks von erstem und zweitem MEMS-Bauelement 10, 20 Änderungen vornehmen zu müssen.This applies equally to the in 2 shown realization of the micromechanical sensor device 100. Compared to 2 this arrangement results in a significantly reduced possible overall height of the micromechanical sensor device 100, without having to make changes to the thickness of the wafer stacks of the first and second MEMS component 10, 20.

Die in 4 dargestellte Ausführungsform der mikromechanischen Sensoreinrichtung 100 repräsentiert ebenfalls eine gegenüber der Anordnung von 2 weiterentwickelte Ausführungsform, bei der ein Teil der Oberfläche des zweiten MEMS-Bauelements 20 übermoldet wird und ein Teil der Oberfläche des zweiten MEMS-Bauelements 20 von Moldmasse frei bleibt. Derartige Anordnungen lassen sich technisch beispielsweise durch sogenanntes „film assisted molding“ realisieren. Alternativ könnte die Oberfläche der mikromechanischen Sensoreinrichtung 100 zunächst komplett übermoldet werden, wobei erst nachträglich Moldmasse an definierten Stellen an der Oberseite der Sensoreinrichtung 100 entfernt wird.In the 4 illustrated embodiment of the micromechanical sensor device 100 also represents a compared to the arrangement of 2 further developed embodiment in which part of the surface of the second MEMS component 20 is molded over and part of the surface of the second MEMS component 20 remains free of molding compound. Such arrangements can be technically realized, for example, by so-called "film-assisted molding". Alternatively, the surface of the micromechanical sensor device 100 could first be completely overmoulded, with molding compound only being removed at defined points on the upper side of the sensor device 100 afterwards.

Ausgehend von der Konfiguration in 2 kann das zweite MEMS-Bauelement 20 invertiert aufgebaut werden, so dass die Funktionsseite des MEMS-Chips 20b außen liegt und nach oben ausgerichtet ist. An der Oberseite des zweiten MEMS-Bauelements 20 kann beispielsweise eine Membran 27 für einen Drucksensor oder für ein Mikrophon, oder allgemeiner einen Medienzugang für einen Sensor, angeordnet werden. In diesem Fall werden die MEMS-Signale über MEMS-Durchkontaktierungen 22 zum ASIC-Chip 20a des zweiten MEMS-Bauelements 20 geführt.
Ebenso werden elektrische ASIC-Signale des zweiten MEMS-Bauelements 20 über MEMS-Durchkontaktierungen 22 auf die Umverdrahtungsebene an der Oberfläche des zweiten MEMS-Bauelements 20 geführt und von dort mittels eines vertikalen 3D-Umverdrahtungselements 23a auf die Oberseite des ersten MEMS-Bauelements 10 geleitet. Es sei darauf hingewiesen, dass die Darstellung mit der außen liegenden Membran 27 nur beispielhaft zu verstehen ist. Es ist ebenso möglich, dass der Membran-Bereich auf der innenliegenden Seite des MEMS-Chips 20b, d.h. dem ASIC-Chip 20a zugewandt, angeordnet ist. In diesem Fall muss der Medienzugang durch das MEMS-Substrat, z.B. über tiefe Trenchgräben, realisiert werden.
Based on the configuration in 2 the second MEMS component 20 can be constructed inverted, so that the functional side of the MEMS chip 20b is on the outside and is oriented upwards. For example, a membrane 27 for a pressure sensor or for a microphone, or more generally a media access for a sensor, can be arranged on the upper side of the second MEMS component 20 . In this case, the MEMS signals are routed to the ASIC chip 20a of the second MEMS component 20 via MEMS vias 22 .
Likewise, electrical ASIC signals of the second MEMS component 20 are routed via MEMS vias 22 to the rewiring level on the surface of the second MEMS component 20 and from there by means of a vertical 3D rewiring element 23a to the top of the first MEMS component 10 . It should be pointed out that the representation with the membrane 27 lying on the outside is only to be understood as an example. It is also possible for the membrane area to be arranged on the inner side of the MEMS chip 20b, ie facing the ASIC chip 20a. In this case, media access must be implemented through the MEMS substrate, eg via deep trenches.

In der Konfiguration von 4 ließe sich durch Kombination eines Drucksensors mit einer IMU und gegebenenfalls noch einem dreiachsigen Magnetsensor auf sehr kompakte Weise ein 7D-Sensor (IMU plus Drucksensor) oder sogar ein 10D-Sensor (IMU+Magnetsensor plus Drucksensor) realisieren. Derartige Sensorkombinationen lassen sich gut für Navigationszwecke bzw. zur Navigationsunterstützung verwenden, wenn z.B. temporär kein GNSS-Signal zur Ortung über Satellit zur Verfügung steht, wie es beispielsweise in Gebäuden, Tunneln, Häuserschluchten und dergleichen der Fall sein kann.In the configuration of 4 a 7D sensor (IMU plus pressure sensor) or even a 10D sensor (IMU+magnetic sensor plus pressure sensor) could be implemented in a very compact manner by combining a pressure sensor with an IMU and, if necessary, a three-axis magnetic sensor. Such sensor combinations can be used well for navigation purposes or for navigation support if, for example, there is temporarily no GNSS signal for locating via satellite, as may be the case in buildings, tunnels, urban canyons and the like.

Die 5 bis 10 zeigen im Vergleich zu den bisher erläuterten Anordnungen der 2-4 eine grundlegend geänderte Topologie der vorgeschlagenen mikromechanischen Sensoreinrichtung 100.The 5 until 10 show in comparison to the previously explained arrangements of 2-4 a fundamentally changed topology of the proposed micromechanical sensor device 100.

In 5 ist im Vergleich zu 2 das erste MEMS-Bauelement 10 invertiert angeordnet, d.h. mit dem MEMS-Chip 10b nach unten ausgerichtet. Anstelle einer Flip-Chip-Montage mit Lötballs wird der MEMS-Chip 10b mit einer zweiten Klebeschicht 60, bevorzugt mittels eines Die-Attach-Films auf das Substrat 1 geklebt. Die elektrischen Sensorsignale werden über ASIC-Durchkontaktierungen 12 im nun oben liegenden ASIC-Chip 10a zu einer Umverdrahtungsebene 28 geführt. Die Umverdrahtungsebene 28 dient ferner (analog zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen) dazu, Bondpads für die Bonddrähte 25 von der Oberfläche des ersten MEMS-Bauelements 10 zum Substrat 1 bereitzustellen. Eine Passivierungsschicht 29 dient dem Schutz der Umverdrahtung und der elektrischen Isolierung vor dem Aufbringen des zweiten MEMS-Bauelements 20. Je nach Art der Aufbringung des zweiten MEMS-Bauelements 20 kann beispielsweise die eingesetzte erste Klebeschicht 40 (z.B. Die-Attach-Film, weicher Silikonkleber) diese Funktion erfüllen. Man erkennt in 5, dass Bonddrähte 25 zur elektrischen Kontaktierung des Substrats 1 sowohl mit dem 3D-Umverdrahtungselement 23 als auch mit der Umverdrahtungsebene 28 kontaktiert sind.In 5 is compared to 2 the first MEMS component 10 is arranged inverted, ie aligned with the MEMS chip 10b downwards. Instead of flip-chip assembly with solder balls, the MEMS chip 10b is bonded to the substrate 1 with a second adhesive layer 60, preferably by means of a die-attach film. The electrical sensor signals are routed to a rewiring level 28 via ASIC vias 12 in the ASIC chip 10a that is now on top. The rewiring level 28 also serves (analogously to the previous exemplary embodiments) to provide bonding pads for the bonding wires 25 from the surface of the first MEMS component 10 to the substrate 1 . A passivation layer 29 serves to protect the rewiring and electrical insulation before the second MEMS component 20 is applied. Depending on the type of application of the second MEMS component 20, the first adhesive layer 40 used (e.g. die-attach film, soft silicone adhesive ) fulfill this function. One recognizes in 5 that bonding wires 25 for electrical contacting of the substrate 1 are contacted both with the 3D rewiring element 23 and with the rewiring level 28 .

Da eine Dicke der zweiten Klebeschicht 60 in der Regel deutlich geringer ist als typische Standoffs nach Flip-Chip-Montage (Kleberschicht bei Die-Attach-Filmen typisch ca. 10 µm... ca. 20 µm, Standoff nach Flip-Chip dagegen eher größer als 50 µm), kann über diese Anordnung im Vergleich zur Anordnung von 2 eine weitere deutliche Bauhöhenreduktion der mikromechanischen Sensoreinrichtung 100 erzielt werden. Als weiteren Vorteil benötigt diese Anordnung nicht auf beiden Seiten des ersten MEMS-Bauelements 10 eine Umverdrahtungsebene, sondern nur auf der ASIC-Rückseite, wodurch die Prozesskomplexität und die Herstellkosten reduziert sein können.Since the thickness of the second adhesive layer 60 is generally significantly less than typical standoffs after flip-chip assembly (adhesive layer in die-attach films typically approx. 10 µm... approx. 20 µm, standoff after flip-chip, on the other hand, tends to larger than 50 µm), this arrangement can be compared to the arrangement of 2 a further significant reduction in overall height of the micromechanical sensor device 100 can be achieved. As a further advantage, this arrangement does not require a rewiring level on both sides of the first MEMS component 10, but only on the ASIC rear side, as a result of which the process complexity and the manufacturing costs can be reduced.

Eine weitere Reduktion der erzielbaren Bauhöhe ergibt sich in der Anordnung von 6, bei der, ausgehend von der Anordnung von 5 (und analog zur Anordnung von 3) auf ein Übermolden des zweiten MEMS-Bauelements 20 verzichtet wird. Erkennbar ist, dass der komplette Bereich oberhalb des zweiten MEMS-Bauelements 20 eingespart wird, d.h. die Summe der Höhe des Drahtbond-Loops zuzüglich der Höhe der Moldüberdeckung, was einer Einsparung von typischerweise ca. 150 µm entsprechen kann.A further reduction in the achievable height results from the arrangement of 6 , at which, starting from the arrangement of 5 (and analogous to the arrangement of 3 ) overmolding of the second MEMS component 20 is dispensed with. It can be seen that the entire area above the second MEMS component 20 is saved, ie the sum of the height of the wire bond loop plus the height of the mold cover, which can typically correspond to a saving of approximately 150 μm.

7 zeigt mit Bezugnahme auf die Anordnung von 4 die Möglichkeit der teilweisen Moldbedeckung. Vorteilhaft ist diese Anwendung bei Sensoren, die einen Medienzugang benötigen bzw. eine entsprechende Membran 27 aufweisen, wie z.B. Drucksensoren, Mikrophone und dergleichen. Gegenüber der Anordnung mit Flip-Chip-Montage des ersten MEMS-Bauelements 10 von 4 ergibt sich für die gezeigte Anordnung eine Reduktion der Bauteilhöhe. Diese liegt im Bereich des typischen Standoffs nach Flip-Chip-Montage von größer 50 µm abzüglich der Dicke der zweiten Klebeschicht 60 von ca. 10 µm bis ca. 20 µm. 7 10 with reference to the arrangement of FIG 4 the possibility of partial mold coverage. This application is advantageous for Sen sensors that require media access or have a corresponding membrane 27, such as pressure sensors, microphones and the like. Compared to the flip-chip mounting arrangement of the first MEMS device 10 of FIG 4 results in a reduction in component height for the arrangement shown. This is in the range of the typical standoff after flip-chip assembly of more than 50 μm minus the thickness of the second adhesive layer 60 of approximately 10 μm to approximately 20 μm.

Die Anordnungen der 8-10 zeigen eine Möglichkeit auf, den Footprint, also die benötigte Grundfläche des Bauteils bei der Montage am Substrat 1 weiter zu verringern. Dazu sind elektrische Verbindungen von der Oberfläche des ersten MEMS-Bauelements 10 zum Substrat 1 ebenfalls über ein 3D-Umverdrahtungselement 23b ausgeführt. Die elektrische Verbindung des zweiten MEMS-Bauelements 20 ist ebenfalls über die Umverdrahtung auf dem ersten MEMS-Bauelement 10 an die weiterführende vertikale Umverdrahtung vom ersten MEMs-Bauelement 10 auf das Substrat 1 geführt.The arrangements of 8-10 show a possibility of further reducing the footprint, ie the required base area of the component during assembly on the substrate 1. For this purpose, electrical connections from the surface of the first MEMS component 10 to the substrate 1 are also implemented via a 3D rewiring element 23b. The electrical connection of the second MEMS component 20 is also routed via the rewiring on the first MEMS component 10 to the further vertical rewiring from the first MEMs component 10 to the substrate 1 .

Die Anordnungen der 9 und 10 zeigen Querschnittsansichten von Varianten, bei der die mikromechanischen Sensoreinrichtungen 100 oben offen gänzlich ohne Drahtbonds auskommen und eine elektrische Kontaktierung des Substrats 1 ausschließlich mit 3D-Umverdrahtungselementen 23a, 23b realisiert ist. Die Anordnung von 9 hat gegenüber der Anordnung von 8 auf der Oberseite keine Moldmasse, sodass eine Gesamthöhe der Sensoreinrichtung 100 weiter verringert ist.The arrangements of 9 and 10 12 show cross-sectional views of variants in which the micromechanical sensor devices 100, open at the top, manage entirely without wire bonds and electrical contact is made with the substrate 1 exclusively with 3D rewiring elements 23a, 23b. The arrangement of 9 has opposite the arrangement of 8th no molding compound on the upper side, so that the overall height of the sensor device 100 is further reduced.

Im Vergleich zu den Anordnungen der 5-7 werden die dort gezeigten Drahtbondverbindungen und der entsprechende Vorhalt dafür auf dem Substrat 1 nicht mehr benötigt, wodurch sich eine Reduktion des lateralen Footprints ergibt. Die Reduktion wirkt sich je nach Ausführung der Drahtbondung auf mindestens einer Seite aus.Compared to the arrangements of 5-7 the wire bond connections shown there and the corresponding provision for them on the substrate 1 are no longer required, resulting in a reduction in the lateral footprint. Depending on the design of the wire bonding, the reduction affects at least one side.

Die vorgeschlagenen Anordnungen sind keineswegs auf Moldgehäuse beschränkt. Vielmehr kann statt eines Moldgehäuses auch ein sogenanntes Open Cavity-Gehäuse mit einem Metalldeckel oder einer Moldkappe auf dem Substrat 1 verwendet werden, wie es z. B. in 11 dargestellt ist. Wie die Gehäusebezeichnung bereits andeutet, weist ein derartiges Gehäuse 50 eine offene Kaverne bzw. ein freies Volumen 51 auf.The proposed arrangements are in no way limited to mold housings. Rather, instead of a mold housing, a so-called open cavity housing with a metal cover or a mold cap can be used on the substrate 1, as is the case, for. Am 11 is shown. As the housing designation already indicates, such a housing 50 has an open cavern or a free volume 51 .

Im Vergleich zur Anordnung von 8 ist in der Anordnung von 11 auch die zweite Klebeschicht 60 definiert dicker ausgebildet. Bevorzugt kann es sich bei der zweiten Kleberschicht 60 um einen besonders weichen und dicken Kleber, z. B. einen silikonartigen Kleber handeln. Da die zweite Klebeschicht 60 dann kaum mechanischen Stress vom Substrat 1 überträgt und die beiden MEMS-Bauelemente 10, 20 auch seitlich und von oben keinem Stressübertrag ausgesetzt sind, eignet sich diese Anordnung besonders bei sehr hohen Anforderungen an die Stressrobustheit des Gesamtbauelements, z. B. bei sehr hohen Anforderungen an die Stabilität von Offset und Empfindlichkeit von Sensoren, wobei diese Messgrößen typischerweise durch mechanischen Stress besonders beeinträchtigt sind.Compared to the arrangement of 8th is in the arrangement of 11 the second adhesive layer 60 is also made thicker in a defined manner. The second adhesive layer 60 can preferably be a particularly soft and thick adhesive, e.g. B. act a silicone-like adhesive. Since the second adhesive layer 60 then transfers hardly any mechanical stress from the substrate 1 and the two MEMS components 10, 20 are not exposed to any stress transfer laterally or from above, this arrangement is particularly suitable for very high demands on the stress robustness of the overall component, e.g. B. with very high demands on the stability of offset and sensitivity of sensors, whereby these measured variables are typically particularly affected by mechanical stress.

Ein Open Cavity-Gehäuse ermöglicht neben reduziertem Stressübertrag auch eine einfache Realisierung eines Medienzugangs. Die Anordnung der 12 zeigt beispielhaft als zweites MEMS-Bauelement 20 den gleichen Membran-Sensor wie 4 mit einer Membran 27 an der Oberseite und MEMS-Durchkontaktierungen 22 durch den MEMS-Chip 20b. Das Open Cavity-Gehäuse enthält in diesem Fall an der Oberseite der Gehäuseverkappung eine Öffnung 52 als Medienzugang, z. B. für einen Drucksensor. Ansonsten entspricht die Anordnung von 12 jener von 10.In addition to reduced stress transmission, an open cavity housing also enables simple implementation of media access. The arrangement of 12 shows the same membrane sensor as the second MEMS component 20 as an example 4 with a membrane 27 on top and MEMS vias 22 through the MEMS chip 20b. In this case, the open cavity housing contains an opening 52 at the top of the housing cap for media access, e.g. B. for a pressure sensor. Otherwise, the arrangement of 12 that of 10 .

Eine Erweiterung der Anordnung der 2 und folgende zeigt 13, nämlich einen Dreifach-Stapel mit einem ersten MEMS-Bauelement 10, einem zweiten MEMS-Bauelement 20 und einem dritten MEMS-Bauelement 30. Das dritte MEMS-Bauelement 30 ist mit dem zweiten MEMS-Bauelement 20 mittels einer dritten Klebeschicht 70 (z. B. Die-Attach-Film) mechanisch verbunden und über ein vertikal verlaufendes 3D-Umverdrahtungselement 23c elektrisch an die Umverdrahtungsebene des zweiten MEMS-Bauelements 20 angeschlossen. Von der Oberseite des zweiten MEMS-Bauelements 20 führt ein vertikal verlaufendes 3D-Umverdrahtungselement 23a auf die Umverdrahtungsebene des ersten MEMS-Bauelements 10 und von dort über ein vertikales Umverdrahtungselement 23b auf das Substrat 1.An extension of the arrangement of 2 and following shows 13 , namely a triple stack with a first MEMS component 10, a second MEMS component 20 and a third MEMS component 30. The third MEMS component 30 is connected to the second MEMS component 20 by means of a third adhesive layer 70 (e.g. B. die-attach film) mechanically connected and electrically connected to the redistribution level of the second MEMS component 20 via a vertically running 3D redistribution element 23c. A vertically running 3D rewiring element 23a leads from the top of the second MEMS component 20 to the rewiring level of the first MEMS component 10 and from there via a vertical rewiring element 23b to the substrate 1.

Es versteht sich, dass ein Grundgedanke der Anordnung von 13 auch auf ein viertes, fünftes, usw. gestapeltes MEMS-Bauelement (nicht dargestellt) übertragen werden kann.It is understood that a basic idea of the arrangement of 13 can also be transferred to a fourth, fifth, etc. stacked MEMS device (not shown).

14 zeigt eine Kombination von insgesamt vier MEMS-Bauelementen 10, 20, 30, 40, jeweils in ASICap-Anordnung ausgebildet, wobei jeweils zwei MEMS-Bauelemente entsprechend der Grundanordnung der 8 aufeinander gestapelt sind und die beiden gestapelten MEMS-Bauelement-Paare dann nebeneinander in einem gemeinsamen Gehäuse 50, in diesem Beispiel in einem Moldgehäuse, angeordnet werden. Diese Gesamtkonfiguration ist vorteilhafterweise bzgl. der Leiterplattenmontage platzsparender als die Montage von zwei getrennten Modulen, welche jeweils der Anordnung von 8 entsprechen. 14 shows a combination of a total of four MEMS components 10, 20, 30, 40, each formed in an ASICap arrangement, with two MEMS components corresponding to the basic arrangement of 8th are stacked on top of each other and the two stacked pairs of MEMS components are then arranged side by side in a common housing 50, in this example in a molded housing. This overall configuration is advantageously with respect to the circuit board assembly space-saving than the assembly of two separate modules, each of which the arrangement of 8th are equivalent to.

15 zeigt eine weitere Anordnung von zwei gestapelten integrierten MEMS-ASIC-Bauelementen 10, 20, die wiederum die Anordnung der 2 als Ausgangspunkt hat. In diesem Fall sind ebenfalls jeweils ein ASIC- und ein MEMS-Chip per metallischem Waferbondverfahren aufeinander angeordnet, jedoch werden die ASIC-Signale in diesem Fall über Durchkontaktierungen 22 durch die MEMS-Chips 10b, 20b nach außen geführt. Die Figur soll insbesondere andeuten, dass die vorgeschlagene Anordnung gleichermaßen für MEMS-Bauelemente sowohl mit ASIC-Durchkontaktierungen 12 als auch mit MEMS-Durchkontaktierungen 22 anwendbar ist, und daher auch für eine Mischung der beiden Möglichkeiten, z. B. erstes MEMS-Bauelement 10 mit ASIC-Durchkontaktierungen 12 und zweites MEMS-Bauelement 20 mit MEMS-Durchkontaktierungen 22. 15 shows a further arrangement of two stacked integrated MEMS ASIC components 10, 20, which in turn the arrangement of 2 has as a starting point. In this case, an ASIC and a MEMS chip are also arranged one on top of the other using a metallic wafer bonding method, but in this case the ASIC signals are routed to the outside via vias 22 through the MEMS chips 10b, 20b. The figure is intended to indicate in particular that the proposed arrangement is equally applicable to MEMS components both with ASIC vias 12 and with MEMS vias 22, and therefore also for a mixture of the two possibilities, e.g. B. First MEMS device 10 with ASIC vias 12 and second MEMS device 20 with MEMS vias 22.

Besonders vorteilhaft kann die vorgeschlagene Sensoreinrichtung 100 z. B. im Bereich von Consumer Electronics eingesetzt werden.The proposed sensor device 100 can be particularly advantageous, e.g. B. be used in the field of consumer electronics.

16 zeigt einen prinzipiellen Ablauf eines vorgeschlagenen Verfahrens zum Herstellen einer vorgeschlagenen mikromechanischen Sensoreinrichtung 100. 16 shows a basic sequence of a proposed method for producing a proposed micromechanical sensor device 100.

In einem Schritt 200 erfolgt ein Bereitstellen von wenigstens zwei MEMS-Bauelementen 10, 20, wobei die MEMS-Bauelemente 10, 20 jeweils als gestapelte Anordnung eines MEMS-Elements 10b, 20b mit einem ASIC-Element 10a, 20a ausgebildet sind.In a step 200, at least two MEMS components 10, 20 are provided, the MEMS components 10, 20 each being in the form of a stacked arrangement of a MEMS element 10b, 20b with an ASIC element 10a, 20a.

In einem Schritt 210 erfolgt ein Anordnen eines zweiten MEMS-Bauelements 20 mittels einer ersten Klebeschicht 40 auf einer Oberseite eines ersten MEMS-Bauelements 10.In a step 210, a second MEMS component 20 is arranged by means of a first adhesive layer 40 on a top side of a first MEMS component 10.

In einem Schritt 220 erfolgt ein elektrisches Kontaktieren wenigstens eines der MEMS-Bauelemente 10, 20 mittels eines 3D-Umverdrahtungselements 23a...23c, das sich wenigstens teilweise über einen vertikalen Abschnitt wenigstens eines der MEMS-Bauelemente 10, 20 erstreckt, elektrisch an ein Substrat 1 der mikromechanischen Sensoreinrichtung 100.In a step 220, at least one of the MEMS components 10, 20 is electrically contacted by means of a 3D rewiring element 23a...23c, which extends at least partially over a vertical section of at least one of the MEMS components 10, 20, electrically to a Substrate 1 of the micromechanical sensor device 100.

Schließlich erfolgt in einem Schritt 230 ein wenigstens teilweises Umschließen der wenigstens zwei MEMS-Bauelemente 10, 20 von einem Gehäuse 50.Finally, in a step 230, the at least two MEMS components 10, 20 are at least partially enclosed by a housing 50.

Zusammenfassend werden eine mikromechanische Sensoreinrichtung und ein Verfahren zu deren Herstellung vorgeschlagen, die als wenigstens zwei übereinander gestapelte ASICap-Bauelemente als ein System-in-Package ausgebildet ist.In summary, a micromechanical sensor device and a method for its production are proposed, which is designed as a system-in-package as at least two ASICap components stacked on top of one another.

Obwohl die Erfindung vorgehend anhand von konkreten Ausführungsbeispielen beschrieben worden ist, kann der Fachmann vorgehend auch nicht oder nur teilweise offenbarte Ausführungsformen realisieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.Although the invention has been described above on the basis of specific exemplary embodiments, the person skilled in the art can also implement embodiments that are not disclosed or only partially disclosed without departing from the core of the invention.

Die Erfindung kann im Zusammenhang mit Smartphones und Tablets, Wearables, Hearables, AR (engl. augmented reality) und VR (engl. virtual reality), Drohnen, Gaming und Spielzeug, Robotern, Smart Home und im industriellen Kontext u. a. für folgende Anwendungen eingesetzt werden:

  • Weckfunktionen für ausgewählte Gerätemodule, Erkennung von Geräteorientierung, Bildschirmorientierung und Anzeigeorientierung, Erkennung einer signifikanten Bewegung, Schock- und Freifallerkennung;
  • HMI (Mensch-Maschine-Schnittstelle)-Funktionalität, z. B. Multi-Tap-Erkennung, Aktivitäts-, Gesten- und Kontexterkennung, Benutzererkennung; Bewegungssteuerung, Kardansystem, Höhen- und Lagestabilisierung, Flugsteuerung, Bildstabilisierung, Innen- und Außennavigation, Stockwerkserkennung, Positionsverfolgung und Streckenaufzeichnung , PDR (Fußgänger-Koppelnavigation), dynamische Streckenplanung, Erkennung von Begrenzungen und Hindernissen, Indoor-SLAM (Simultanlokalisierung und Kartenerstellung);
  • Einbruchsüberwachung, Echtzeit-Bewegungserkennung und -verfolgung, Aktivitätsverfolgung, Schrittezähler, Kalorienzähler, Schlafüberwachung;
  • Erfassung des Tragezustands von Hearables (in-ear detection), Bestimmung von Kopforientierung und Kopfbewegung;
  • Logistik, Teilenachverfolgung, Energiemanagement und energiesparendes Messen, vorausschauende Wartung;
  • Überwachung von Luftqualität und Klima, Schimmelerkennung, Wasserstandserkennung;
  • Sensordatenfusion.
The invention can be used in connection with smartphones and tablets, wearables, hearables, AR (augmented reality) and VR (virtual reality), drones, gaming and toys, robots, smart homes and in an industrial context for the following applications, among others :
  • Wake-up functions for selected device modules, detection of device orientation, screen orientation and display orientation, detection of significant movement, shock and free-fall detection;
  • HMI (Human Machine Interface) functionality, e.g. B. Multi-tap detection, activity, gesture and context detection, user detection; Motion control, gimbals, altitude and attitude stabilization, flight control, image stabilization, indoor and outdoor navigation, floor detection, position tracking and route recording, PDR (pedestrian dead reckoning), dynamic route planning, boundary and obstacle detection, indoor SLAM (simultaneous localization and mapping);
  • Intrusion monitoring, real-time motion detection and tracking, activity tracking, pedometer, calorie counter, sleep monitoring;
  • Detection of the wearing status of hearables (in-ear detection), determination of head orientation and head movement;
  • logistics, part tracking, energy management and energy saving metering, predictive maintenance;
  • Air quality and climate monitoring, mold detection, water level detection;
  • sensor data fusion.

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Claims (13)

Mikromechanische Sensoreinrichtung (100), aufweisend: - wenigstens zwei MEMS-Bauelemente (10, 20), wobei die MEMS-Bauelemente (10, 20) jeweils als gestapelte Anordnung eines MEMS-Elements (10b, 20b) mit einem ASIC-Element (10a, 20a) ausgebildet sind; wobei - ein zweites MEMS-Bauelement (20) mittels einer ersten Klebeschicht (41) auf einer Oberseite eines ersten MEMS-Bauelements (10) angeordnet ist; wobei - die wenigstens zwei MEMS-Bauelemente (10, 20) von einem Gehäuse (50) wenigstens teilweise umschlossen sind; wobei - wenigstens das zweite MEMS-Bauelement (20) mittels eines 3D-Umverdrahtungselements (23a...23c), das sich wenigstens teilweise über einen vertikalen Abschnitt des zweiten MEMS-Bauelements (20) erstreckt, elektrisch an ein Substrat (1) der mikromechanischen Sensoreinrichtung (100) und/oder an das erste MEMS-Bauelement (10) angebunden ist.Micromechanical sensor device (100), comprising: - At least two MEMS components (10, 20), wherein the MEMS components (10, 20) are each formed as a stacked arrangement of a MEMS element (10b, 20b) with an ASIC element (10a, 20a); whereby - A second MEMS component (20) is arranged by means of a first adhesive layer (41) on a top side of a first MEMS component (10); whereby - the at least two MEMS components (10, 20) are at least partially enclosed by a housing (50); whereby - At least the second MEMS component (20) by means of a 3D rewiring element (23a ... 23c), which extends at least partially over a vertical section of the second MEMS component (20), electrically to a substrate (1) of the micromechanical Sensor device (100) and / or to the first MEMS component (10) is connected. Mikromechanische Sensoreinrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste MEMS-Bauelement (10) mittels wenigstens eines Bonddrahts (25) elektrisch an das Substrat (1) angebunden ist.Micromechanical sensor device (100) after claim 1 , characterized in that the first MEMS component (10) is electrically connected to the substrate (1) by means of at least one bonding wire (25). Mikromechanische Sensoreinrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb des zweiten MEMS-Bauelements (20) an einer Oberseite der mikromechanische Sensoreinrichtung (100) wenigstens abschnittsweise ein Passivierungselement (26) angeordnet ist.Micromechanical sensor device (100) after claim 1 or 2 , characterized in that a passivation element (26) is arranged at least in sections above the second MEMS component (20) on an upper side of the micromechanical sensor device (100). Mikromechanische Sensoreinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb des zweiten MEMS-Bauelements (20) an einer Oberseite der mikromechanischen Sensoreinrichtung (100) das Gehäuse (50) wenigstens abschnittsweise offen ist.Micromechanical sensor device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that above the second MEMS component (20) on an upper side of the micromechanical sensor device (100) the housing (50) is open at least in sections. Mikromechanische Sensoreinrichtung (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste MEMS-Bauelement (10) mittels Flip-Chip-Montage oder mittels einer zweiten Klebeschicht (60) an das Substrat (1) angebunden ist.Micromechanical sensor device (100) according to one of claims 2 until 4 , characterized in that the first MEMS component (10) is connected to the substrate (1) by means of flip-chip assembly or by means of a second adhesive layer (60). Mikromechanische Sensoreinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche elektrische Kontaktierungen mittels 3D-Umverdrahtungselementen (23a...23c) realisiert sind.Micromechanical sensor device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that all electrical contacts are realized by means of 3D rewiring elements (23a...23c). Mikromechanische Sensoreinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (50) ein Mold-Gehäuse oder ein Open Cavity-Gehäuse ist.Micromechanical sensor device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the housing (50) is a molded housing or an open cavity housing. Mikromechanische Sensoreinrichtung (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Oberseite der mikromechanischen Sensoreinrichtung (100) Moldmasse entfernt ist, wobei wenigstens abschnittsweise ein Passivierungselement (26) auf der Oberseite der mikromechanischen Sensoreinrichtung (100) angeordnet ist.Micromechanical sensor device (100) after claim 7 , characterized in that on an upper side of the micromechanical sensor device (100) molding compound is removed, with a passivation element (26) being arranged at least in sections on the upper side of the micromechanical sensor device (100). Mikromechanische Sensoreinrichtung (100) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Mold-Gehäuse an einer Oberseite wenigstens teilweise freigelegt ist.Micromechanical sensor device (100) after claim 11 , characterized in that the mold housing is at least partially exposed on an upper side. Mikromechanische Sensoreinrichtung (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Open Cavity-Gehäuse oben eine Öffnung (52) ausgebildet ist.Micromechanical sensor device (100) according to one of Claims 7 until 10 , characterized in that an opening (52) is formed in the open cavity housing at the top. Mikromechanische Sensoreinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem der MEMS-Bauelemente (10, 20) eine Durchkontaktierung im ASIC-Chip (10a, 20a) und/oder im MEMS-Chip (10b, 20b) ausgebildet ist.Micromechanical sensor device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that in at least one of the MEMS components (10, 20) there is a via in the ASIC chip (10a, 20a) and/or in the MEMS chip (10b, 20b) is trained. Mikromechanische Sensoreinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite MEMS-Bauelement (10, 20) ein Rastermaß der Lötballs (11) aufweisen, das kleiner ist als ein Standard-Rastermaß.Micromechanical sensor device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the first and/or the second MEMS component (10, 20) have a pitch of the solder balls (11) which is smaller than a standard pitch. Verfahren zum Herstellen einer mikromechanischen Sensoreinrichtung (100), aufweisend die Schritte: - Bereitstellen von wenigstens zwei MEMS-Bauelementen (10, 20), wobei die MEMS-Bauelemente (10, 20) jeweils als gestapelte Anordnung eines MEMS-Elements (10b, 20b) mit einem ASIC-Element (10a, 20a) ausgebildet sind; - Anordnen eines zweiten MEMS-Bauelements (20) mittels einer ersten Klebeschicht (40) auf einer Oberseite eines ersten MEMS-Bauelements (10); - Elektrisches Kontaktieren wenigstens eines der MEMS-Bauelemente (10, 20) mittels eines 3D-Umverdrahtungselements (23), das sich wenigstens teilweise über einen vertikalen Abschnitt wenigstens eines der MEMS-Bauelemente (10, 20) erstreckt, an ein Substrat (1) der mikromechanischen Sensoreinrichtung (100); und - wenigstens teilweises Umschließen der wenigstens zwei MEMS-Bauelemente (10, 20) von einem Gehäuse (50).Method for producing a micromechanical sensor device (100), having the steps: - Providing at least two MEMS components (10, 20), wherein the MEMS components (10, 20) are each formed as a stacked arrangement of a MEMS element (10b, 20b) with an ASIC element (10a, 20a); - arranging a second MEMS component (20) by means of a first adhesive layer (40) on a top side of a first MEMS component (10); - Electrical contacting of at least one of the MEMS components (10, 20) by means of a 3D rewiring element (23), which extends at least partially over a vertical section of at least one of the MEMS components (10, 20), to a substrate (1) the micromechanical sensor device (100); and - At least partially enclosing the at least two MEMS components (10, 20) by a housing (50).
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