ITMI20070008A1 - Dispositivo elettronico comprendente dispositivi mems e substrati bucati in particolare di tipo lga o bga - Google Patents

Description

"Dispositivo elettronico comprendente dispositivi MEMS e substrati bucati, in particolare di tipo LGA o BGA"

DESCRIZIONE

Campo di applicazione

La presente invenzione fa riferimento ad un dispositivo elettronico comprendente dispositivi MEMS e substrati bucati, in particolare di tipo LGA o BGA.

L'invenzione riguarda in particolare, ma non esclusivamente, un disptìsitivo elettronico comprendente sensori MEMS montati su un substrati LGA, in cui il sensore MEMS necessita di un’interfaccia fisica di comunicazione con l’ambiente esterno dispositivo elettronico e la descrizione che segue è fatta con riferimento a questo campo di applicazione con il solo scopo di semplificarne l'esposizione.

Arte nota

Come è ben noto, un dispositivo MEMS (sistema micro-elettromeccanico) è un micro dispositivo che integra le funzioni meccaniche ed elettriche in una piastrina (chip o die) di silicio realizzato usando le tecniche litografiche di micro fabbricazione. Il dispositivo assemblato finale si compone tipicamente della piastrina di silicio in cui è integrato il dispositivo MEMS e facoltativamente di circuiti integrati per applicazioni specifiche montati su un substrato, ad esempio di tipo LGA o BGA (Land Grid Array o Ball Grid Array), affiancati o impilati al dispositivo MEMS, usando i processi assemblaggio convenzionali.

Un coperchio o cappuccio fissato al substrato, incapsula il dispositivo MEMS e gli altri dispositivi montati sul substrato, formando l’involucro per proteggerlo da sollecitazioni fisiche esterne.

Qualora il dispositivo MEMS sia un sensore di pressione, di gas, di liquidi o un microfono, il coperchio è provvisto di buco per consentire l’iterazione tra il dispositivo e l’esterno del dispositivo assemblato.

E’ inoltre noto che il substrato di tipo LGA/BGA è formato da strati conduttivi tra loro isolati mediante strati di materiale isolante o dielettrico. Gli strati conduttivi sono conformati in piste conduttive tra loro isolate da strati di materiale isolante o dielettrico. Fori conduttivi, chiamati "vias", tipicamente sono realizzati attraverso gli strati isolanti secondo un orientamento verticale riguardo agli strati, per formare percorsi conduttivi fra piste conduttive appartenenti a strati conduttivi diversi.

I dispositivi MEMS sono quindi elettricamente collegati con l’esterno del dispositivo finale, mediante fili che connettono piazzole di contatilo provviste sui dispositivi MEMS con le piste conduttive presenti sul substrato all’interno del coperchio.

Pur vantaggiosa sotto vari aspetti, questa forma di realizzazione di dispositivi elettronici assemblati comprendenti sensori MEMS presenta l’inconveniente di essere ingombrante in quanto è necessario prevedere tra il cappuccio / coperchio e il substrato un anello saldarle.

Inoltre la formazione di questo coperchio /cappuccio che completa il dispositivo elettronico assemblato prevede una serie di passi di processo che non sono previsti nella realizzazione dei circuiti integrati con un considerevole aumento dei costi.

II problema tecnico che sta alla base della presente invenzione è quello di escogitare un dispositivo elettronico comprendente dispositivi MEMS, avente caratteristiche strutturali tali da consentire di realizzare tale dispositivo elettronico con processi di fabbricazione dei circuiti integrati convenzionali superando le limitazioni e/o gli inconvenienti che tuttora limitano i dispositivi elettronici realizzati secondo l'arte nota.

Sommario deU'invenzione

L'idea di soluzione che sta alla base della presente invenzione è quella di realizzare un dispositivo elettronico comprendente un dispositijvo MEMS in cui l’involucro protettivo è realizzato mediante stampaggio.

Sulla base di tale idea di soluzione il problema tecnico è risolto da un dispositivo elettronico che comprende:

- un substrato provvisto di un’apertura passante,

- un dispositivo MEMS comprendente una superficie attiva in cui è integrata una porzione di detto dispositivo MEMS sensibile a variazioni chimico/ fisiche di un fluido;

il dispositivo elettronico essendo caratterizzato dal fatto che detta superficie attiva di detto dispositivo MEMS è affacciata a detto substrato ed è con esso in relazione distanziata, detta porzione sensibile essendd allineata a detta apertura, e dal fatto di comprendere inoltre: - un involucro protettivo, che ingloba almeno parzialmente detto dispositivo MEMS e detto substrato, lasciando esposta almeno detta porzione sensibile di detto dispositivo MEMS, e detta apertura del substrati; e

- un elemento barriera posizionato in un’area che circonda detta porzione sensibile per realizzare una struttura di protezione per detto dispositivo MENS, in modo che detta porzione sensibile sia libera.

Le caratteristiche ed i vantaggi del dispositivo elettronico secondo l'invenzione risulteranno dalla descrizione, fatta qui di seguito, di un suo esempio di realizzazione dato a titolo indicativo e non limitativo con riferimento ai disegni allegati.

Breve descrizione dei disegni

In tali disegni:

- la figura 1 è una vista in sezione di una prima forma di realizzazione di un dispositivo elettronico comprendente dispositivi MEMS secondo l’invenzione,

- la figura 2 è una vista in sezione di una variante della prima forma di realizzazione di un dispositivo elettronico comprendente dispositivi MEMS secondo l’invenzione,

- le figura 3 e 3a sono una viste in sezione di una seconda forma di realizzazione di un dispositivo elettronico comprendente dispositivi MEMS secondo l’invenzione,

- la figura 3b è una vista in pianta che mostra una superficie attiva dpi dispositivi MEMS di figura 3a.

- la figura 4 è una vista in sezione di una variante della seconda forma di realizzazione di un dispositivo elettronico comprendente dispositivi MEMS secondo l’invenzione,

- la figura 5 è una vista in sezione di una terza forma di realizzazione di dispositivo elettronico comprendente dispositivi MEMS secondo l’invenzione,

- la figura 6 è una vista in sezione di una variante della terza forma di realizzazione di un dispositivo elettronico comprendente dispositivi MEMS secondo l’invenzione,

- la figura 7 è una vista in sezione di una quarta forma di realizzazione di un dispositivo elettronico comprendente dispositivi MEMS sfecondo l’invenzione,

- la figura 7a è una vista in sezione di una variante della quarta forma di realizzazione di un dispositivo elettronico comprendente dispositivi MEMS secondo l’invenzione,

- la figura 8 è una vista in sezione di una variante della quarta forma di realizzazione di un dispositivo elettronico comprendente dispositivi MEMS secondo l’invenzione,

- le figure da 9 a 20 mostrano una vista in sezione di applicazioni dei dispositivi elettronici comprendente dispositivi MEMS realizzati secondo l’invenzione.

Descrizione dettagliata

Con riferimento alla figura 1 , viene mostrata una prima forma di realizzazione di un dispositivo elettronico 1 per dispositivi MEMS secondo dell’invenzione che comprende:

- un substrato 2, ad esempio di tipo LGA/BGA, avente una superficie superiore 3 ed una superficie inferiore 4 opposta alla superficie superiore 3, provvisto di un’apertura 5 passante tra queste superfici 3, 4 e comprendente piste conduttive, tra loro almeno parzialmente interconnesse, formate su queste superfici 3, 4; inoltre piazzole 4a connesse a piste conduttive presenti sulla superficie inferiore 4 sono presenti su questa superficie inferiore 4;

- un dispositivo MEMS 6 comprendente una piastrina, ad esempio di silicio, avente una superficie non attiva 7 ed una superficie attiva 8 opposta alla superficie non attiva 7. Vantaggiosamente, nella piastrini di silicio, in corrispondenza della superficie attiva 8, è integrata una porzione sensibile 9 di dispositivo MEMS 6. In particolare, il dispositivo MEMS 6 è un sensore in cui la porzione 9 è sensibile a variazioni chimiche e/o fisiche di un fluido presente all’esterno del dispositivo elettronico 1, ed il fluido interagisce con la porzione sensibile 9 del dispositivo MEMS 6, attraverso l’apertura 5.

Secondo l’invenzione la superficie attiva 8 del dispositivo MEMS 6 è affacciata alla superficie superiore 3 del substrato 2 e con essa in relazione distanziata e la porzione sensibile 9 è allineata alla apertura 5.

Inoltre la porzione perimetrale della superficie attiva 8 del dispositivo MEMS 6 è provvista di piazzole di connessione per la connessione elettrica a piste conduttrici presenti sulla superficie superiore 3 del substrato 2, mediante connessioni elettriche 10, ad esempio bump.

Vantaggiosamente, il dispositivo MEMS 6 è montato elettricamente sul substrato 2 mediante il noto metodo di assemblaggio “flip-chip*.

In particolare, tra la superficie attiva 8 del dispositivo MEMS 6 e superficie superiore 3 del substrato 2 rimangono definite diverse aree funzionali: un’area centrale libera 3c allineata alla porzione sensibile 9, un’area laterale 3a che circonda l’area centrale libera 3c in cui sono presenti connessioni elettriche 10 che accoppiano elettricamente il dispositivo MEMS 6 al substrato 2, ed un’area mediana 3b compresa tra l’area laterale 3a l’area centrale libera 3c. In particolare anche l’area mediana 3b che circonda la porzione sensibile 9 del dispositivo MEMS 6.

Ancora secondo l’invenzione, il dispositivo elettronico 1 comprende un involucro protettivo (package) 11 , realizzato per stampaggio, che ingloba dispositivo MEMS 6, le connessioni elettriche 10 e il substrato 2, lasciando esposta la porzione sensibile 9 del dispositivo MEMS 6 e la superficie inferiore 4 e l’apertura 5 del substrato 2.

In altre parole, il dispositivo MEMS 6 è racchiuso nel dispositivo elettronico 11.

Secondo l’invenzione, un elemento barriera 12 è posizionato in un’area 3b che circonda detta porzione sensibile 9 cioè è realizzato in corrispondenza dell’ area mediana 3b.

Vantaggiosamente secondo l’invenzione, la presenza di questo elemento barriera 12 protegge la porzione sensibile 9 durante la fase di fabbricazione deH’involucro protettivo 11, mediante stampaggio, in modo che questa porzione sensibile 9 rimanga libera.

In particolare, in modo noto la formazione dell’involucro protettivi)) 11 prevede l’introduzione, all’interno di una cavità di uno stampo, del substrato 2 sul quale è montato il dispositivo MEMS 6.

Nella cavità di stampo quindi e' prevista l'iniezione in pressionè e ad alta temperatura di un materiale elettricamente isolante allo stato fuso, che costituirà il corpo plastico dell’involucro protettivo 11. Questo materiale e' tipicamente una resina sintetica, ad esempio resina epossidica.

La fase di stampaggio propriamente detta comporta l'iniezione della resina nella cavità dello stampo. A tale fase viene quindi fatta seguire una fase di raffreddamento per completare l’involucro protettivo 11.

Per evitare che la resina danneggi la porzione sensibile 9 del dispositivo MEMS 6 durante la fase di iniezione della resina, secondo l’invenzione viene previsto, tra la superficie superiore 3 del substrato 2 e la superficie attiva 8, l’elemento barriera 12 che circonda completamente almeno la porzione sensibile 9 del dispositivo MEMS 6.

Vantaggiosamente, l’elemento barriera 12 è un anello che circonda completamente la porzione sensibile 9 del dispositivo MEMS 6, quando il dispositivo MEMS 6 è montato sul substrato 2, e contatta la superficie superiore 3 del substrato 2 e la superficie attiva 8.

Vantaggiosamente, l’elemento barriera 12 è formato da pasta saldante, per cui, in questa forma di realizzazione, la fase di collegafnento elettrico e la fase di incollaggio del dispositivo MEMS 6 al substrato 2 vengono eseguite nello stesso istante, dando luogo ad una struttura particolarmente compatta e di semplice realizzazione, non necessitando di allineamenti critici tra strutture differenti.

In questa prima forma di realizzazione il bordo esterno di questo elemento barriera 12 è completamente rivestito dall’involucro protettivo 11.

Una variante di realizzazione del dispositivo di figura 1 è mostrata con riferimento alla figura 2.

Ad elementi strutturalmente e funzionalmente uguali rispetto al dispositivo descritto con riferimento alla figura 1 verranno attribuiti gli stessi riferimenti numerali.

In particolare, in questo dispositivo elettronico la, un involucro protettivo (package) I la, realizzato per stampaggio, ingloba il dispositivo MEMS 6, le connessioni elettriche 10 e il substrato 2, lasciando esposta la porzione sensibile 9 e la superficie non attiva 7 del dispositivo MEMS 6, nonché la superficie inferiore 4 e l’apertura 5 del substrato 2.

Con riferimento alle figure 3, 3a e 3b, viene mostrata una secondai forma di realizzazione di un dispositivo elettronico lb secondo dell’invqnzione.

Ad elementi strutturalmente e funzionalmente uguali rispetto al dispdsitivo descritto con riferimento alla figura 1 verranno attribuiti gli stessi riferimenti numerali.

In particolare, dispositivo elettronico lb comprende:

- un substrato 2, ad esempio di tipo LGA/BGA, avente una superficie superiore 3 ed una superficie inferiore 4 opposta alla superficie superiore 3, provvisto di un’apertura 5;

- un dispositivo MEMS 6 comprendente una piastrina, ad esempio di silicio, avente una superficie non attiva 7 ed una superficie attiva 8 opposta alla superfìcie non attiva 7, in cui è integrata una porzione sensibile 9 di un sensore MEMS.

Secondo l’invenzione la superficie attiva 8 del dispositivo MEMS 3⁄4 è affacciata alla superficie superiore 3 del substrato 2 e con essa in relazione distanziata e la porzione sensibile 9 è allineata alla apertura! 5.

Inoltre la porzione perimetrale della superficie attiva 8 del dispositivo MEMS 6 è provvista di piazzole di connessione per la connessione elettrica a piste conduttrici presenti sulla superficie superiore 3 del substrato 2, mediante connessioni elettriche 10, ad esempio) bump.

Vantaggiosamente, il dispositivo MEMS 6 è montato elettricajmente sul substrato 2 mediante il noto metodo di assemblaggio “flip-chip”.

Per cui tra la superficie attiva 8 del dispositivo MEMS 6 e superficie superiore 3 del substrato 2 si identificano tre aree: un’area centrale; libera 3c allineata alla porzione sensibile 9, un’area laterale 3a che circonda l’area centrale libera 3c in cui sono presenti connessioni elettriche 10 che accoppiano elettricamente il dispositivo MEMS 6 al substrato 2, ed un’area mediana 3b compresa tra l’area laterale 3a l’area centrale libera 3c.

Ancora secondo l’invenzione, il dispositivo elettronico 1 comprende un involucro protettivo (package) I la, realizzato per stampaggio, che ingloba il dispositivo MEMS 6, le connessioni elettriche 10 e il substrato 2, lasciando esposta la porzione sensibile 9 del dispositivo MEMS 6 e la superficie inferiore 4 e l’apertura 5 del substrato 2.

In altre parole, il dispositivo MEMS 6 è racchiuso nell’involucro protettivo I la.

Secondo l’invenzione, un elemento barriera 12a, 12b è posizionato almeno in un’area 3b che circonda la porzione sensibile 9, cioè è realizzato almeno in corrispondenza dell’area mediana 3b.

In questa seconda forma di realizzazione, l’elemento barriera 12a è area irregolare 12a formata sulla superficie superiore 3 del substrato 2 oppure l’elemento barriera 12b è area irregolare 12b formata sulla superficie attiva 8 del dispositivo MEMS 6.

Vantaggiosamente, tale area irregolare 12a, 12b presenta una superficie corrugata.

Vantaggiosamente, questa area irregolare 12a si estende sulla superficie superiore 3 del substrato 2 in corrispondenza di tutta area libera céntrale 3c.

Vantaggiosamente, secondo l’invenzione questa area irregolare 12a si ottiene modificando le proprietà chimiche della superficie superiore 3 del substrato 2, come mostrato in figura 3.

Vantaggiosamente, l’area irregolare 12a è formata da materiale non bagnabile.

Nulla vieta che questo strato 12a di materiale bagnabile sia formato sulla superficie superiore 3 del substrato 2.

Come mostrato in 3a e 3b, vantaggiosamente secondo rinvenziòne l’elemento barriera 12b è formato da un’area irregolare 12b che si ottiene modificando le proprietà chimiche della superficie attiva 8 del dispositivo MEMS 6.

Vantaggiosamente, questa area irregolare 12b si estende sulla superficie attiva 8 del dispositivo MEMS 6 in corrispondenza di tutta la porzione 9 sensibile del dispositivo MEMS 6.

E’ noto infatti che la superficie attiva 8 del dispositivo MEMS 6 è ricoperta da uno strato 6a di protezione comprendente materiale bagnabile ad esempio un strato plastico, ad esempio comprendente materiale organico come il Polyimmide.

Secondo l’invenzione dalla porzione sensibile 9 del dispositivo MEMS è rimosso l’elemento strato di materiale bagnabile 6a lasciando esposto uno strato dielettrico 12b di tipo non bagnabile, ad esempio ossido di silicio, che ricopre la porzione sensibile 9 del dispositivo MEMS 6f.

Vantaggiosamente dopo la fase di rimozione dalla porzione sensibile 9 del dispositivo MEMS 6 dello strato 6a di materiale bagnarle, il dispositivo MEMS 6 viene saldato sul substrato 2 e viene sottoposto ad una operazione di pulizia ad esempio in Plasma, utilizzando una miscela di gas argon e ossigeno.

Vantaggiosamente, l’ossigeno della miscela di pulizia reagisce chimicamente con lo strato 6a di materiale bagnabile aumentandone la bagnabilità , mentre lo strato 12b dielettrico che ricopre la porzione sensibile 9 risulta inerte al trattamento.

Pertanto come risultato dopo il trattamento si ottiene una un’accresciuta bagnabilità dello strato 6a di materiale bagnabile, comparabile a quella della superficie superiore 3 del substrato 2 ed una ridotta bagnabilità della superficie dello strato 12b dielettrico che ricopre là porzione sensibile 9.

Questa differenza di bagnabilità comporta un brusco rallentamento del flusso di resina durante la fase di stampaggio dell’involtucro protettivo 11 b per cui la tensione superficiale della resina porta alla formazione di un menisco attorno alla superficie perimetrale dello strqto 12b dielettrico che ricopre la porzione sensibile 9.

Vantaggiosamente, come mostrato in figura 3b la superficie perimetrale dello strato 12b dielettrico è di forma circolare.

Nulla vieta che uno strato 12b di barriera di materiale non bagnabile venga formato solo sulla superficie attiva 8 del dispositivo MEMS superiore 3 del substrato 2 alla porzione sensibile 9.

In una variante di questa seconda forma di realizzazione dell’invenzione l’area irregolare 12a, 12b presenta dei corrugamenti.

Vantaggiosamente, nell’area irregolare 12a, 12b sono formati dei trench, scavati nel substrato o nel dispositivo MEMS 6, in modo da realizzare un cammino preferenziale definito nel substrato o sul dispositivo MEMS 6 per la resina durante la fase di stampaggio.

Vantaggiosamente, questi trench circondano completamente la porzióne sensibile 9 del dispositivo 6 MEMS.

Vantaggiosamente, in quest’ultima forma di realizzazione uno strato di materiale non bagnabile può essere presente in corrispondenza della porjzione sensibile 9 del dispositivo 6 MEMS nell’area racchiusa dai trench.

Secondo l’invenzione, la presenza di questa area irregolare 12a, 12[b protegge la porzione sensibile 9 durante la fase di fabbricazione dell’involucro protettivo I la, mediante stampaggio, facendo si che la resina liquida si distribuisca uniformemente attorno alle concessioni elettriche senza raggiungere la porzione sensibile 9.

Una variante di realizzazione del dispositivo di figura 3 è mostrata con riferimento alla figura 4.

Ad elementi strutturalmente e funzionalmente uguali rispetto al dispositivo descritto con riferimento alla figura 3 verranno attribuiti gli stessi riferimenti numerali.

In particolare, in questo dispositivo elettronico le, un involucro protettivo (package) I le, realizzato per stampaggio, ingloba il dispositivo MEMS 6, le connessioni elettriche 10 e il substrato 2, lasciando esposta la porzione sensibile 9 e la superficie non attiva 7 del dispositivo MEMS 6, nonché la superficie inferiore 4 e l’apertura 5 del substrato 2.

Con riferimento alla figura 5, viene mostrata una terza forma di realizzazione di un dispositivo elettronico ld secondo dell’invenzione.

Ad elementi strutturalmente e funzionalmente uguali rispetto al dispòsitivo descritto con riferimento alla figura 1 verranno attribuiti gli stessi riferimenti numerali.

In particolare in tale forma di realizzazione uno strato di riempimento 13 (underfiller) è presente nell’area laterale 3a in modo da inglobare le connessioni elettriche 10 per irrobustire meccanicamente il dispositivo elettronico 1 nella zona di connessione tra il dispositivo MEMS 6 e il substrato 2.

Vantaggiosamente, lo strato di riempimento 13 è di resina epossidica.

Vantaggiosamente, lo strato di riempimento 13 presenta un profilo rastremato verso l’esterno dell’area laterale 3a dalla parte opposta rispetto all’area mediana 3b, mentre presenta un profilo sostanzialmente verticale in corrispondenza dell’area mediana 3b.

In altre parole la sezione trasversale dello strato di riempiménto 13 aumenta avvicinandosi alla superficie superiore 3 del substrato 2.

Il dispositivo elettronico ld comprende inoltre un involucro protettivo (package) l ld, realizzato per stampaggio, che ingloba il dispositivo MEMS 6, lo strato di riempimento 13 e il substrato 2, lasciando esposta la porzione sensibile 9 del dispositivo MEMS 6 e la superfìdie inferiore 4 e l’apertura 5 del substrato 2.

La presenza dell’elemento barriera 12 consente di mantenere libera dallo strato di riempimento 13 la porzione sensibile 9 del dispositivo MEMS 6, cioè l’area libera centrale 3c.

Inoltre lo strato di riempimento 13 proteggere la superficie attiva $ del dispositivo MEMS 6 durante la fase di fabbricazione dell’involucro plastico 11D.

Una variante di realizzazione del dispositivo di figura 5 è mostrata con riferimento alla figura 6.

Ad elementi strutturalmente e funzionalmente uguali rispetto al dispositivo descritto con riferimento alla figura 5 verranno attribuiti gli stessi riferimenti numerali.

In particolare, in questo dispositivo elettronico le, un involucro protettivo (package) I le, realizzato per stampaggio, ingloba il dispositivo MEMS 6, lo strato di riempimento 13 e il substrato 2, lasciando esposta la porzione sensibile 9 e la superficie non attiva 7 del dispositivo MEMS 6, nonché la superficie inferiore 4 e l’apertura 5 del substrato 2.

Con riferimento alla figura 7, viene mostrata una quarta realizzazione di un dispositivo elettronico lf secondo dell’invenzione.

Ad elementi strutturalmente e funzionalmente uguali rispetto al dispositivo descritto con riferimento alla figura 3 verranno attribuiti gli stessi) riferimenti numerali.

In particolare in tale forma di realizzazione uno strato di riempimjento 13 è presente nell’area laterale 3a in modo da inglobare le connessioni elettriche 10 per irrobustire meccanicamente il dispositivo elettronico 1 nella zona di connessione tra il dispositivo MEMS 6 e il substratjo 2.

Vantaggiosamente, lo strato di riempimento 13 presenta un profilo rastremato all’estemo dell’area laterale 3a dalla parte opposta rispetto all’area mediana 3b, mentre presenta un profilo sostanzijalmente verticale in corrispondenza dell’area mediana 3b.

In altre parole la sezione trasversale dello strato di riempimento 13 aumenta avvicinandosi alla superficie superiore 3 del substrato 2.

Il dispositivo elettronico lf comprende inoltre un involucro protettivo (package) 1 lf, realizzato per stampaggio, che ingloba il dispositivo MEMS 6, lo strato di riempimento 13 e il substrato 2, lasciando esposta la porzione sensibile 9 del dispositivo MEMS 6 e la superficie inferiore 4 e l’apertura 5 del substrato 2.

La presenza dell’elemento barriera 12a consente di mantenere libera dallo strato di riempimento 13 la porzione sensibile 9 del dispositivo MEMS 6.

Una variante di realizzazione del dispositivo di figura 7 è mostrata con riferimento alla figura 7a.

Ad elementi strutturalmente e funzionalmente uguali rispetto al dispo†itivo descritto con riferimento alla figura 7 verranno attribuiti gli stessi riferimenti numerali.

In tale forma di realizzazione l’elemento barriera 12b è formato sulla superficie attiva 8 del dispositivo MEMS 6 intorno alla porzione sensibile 9, prima della formazione del strato di riempimento 13, con le stesse modalità con cui viene realizzato l’elemento barriera 12b di figura 3a.

In particolare la differenza di bagnabilità tra lo l’elemento barriera 12b e la porzione esterna allo strato barriera, comporta un brusco (-allentamento del flusso dello strato di riempimento 13 durante la sua fase dispensazione dopo che il dispositivo MEMS 6 è stato fissato al substrato, per cui la cui tensione superficiale dello strato di riempimento 13 porta alla formazione di un menisco attorno alla superficiq perimetrale dello l’elemento barriera 12b che almeno circonda la porziorie sensibile 9.

Una variante di realizzazione del dispositivo di figura 7 è mostrata con riferimento alla figura 8.

Ad elementi strutturalmente e funzionalmente uguali rispetto al dispositivo descritto con riferimento alla figura 7 verranno attribuiti gli stessi riferimenti numerali.

In particolare, in questo dispositivo elettronico lg, un involucró protettivo (package) l lg, realizzato per stampaggio, ingloba il dispositivo MEMS 6, lo strato di riempimento 13 e il substrato 2, lasciando esposta la porzione sensibile 9 e la superficie non attiva 7 del dispositivo MEMS 6, nonché la superficie inferiore 4 e l’apertura 5 del substrati 2.

In particolare in tale forma di realizzazione uno strato di riempiménto 13 è presente nell’area laterale 3a in modo da inglobare le connessioni elettriche 10 per irrobustire meccanicamente il dispositivo elettronico 1 nella zona di connessione tra il dispositivo MEMS 6 e il substrato 2.

Con riferimento alle figure 9 e 10, vengono mostrate due varianti della prima forma di realizzazione di un dispositivo elettronico Ih secondo dell’invenzione.

Ad elementi strutturalmente e funzionalmente uguali rispetto al dispositivo descritto con riferimento alla figura 1 verranno attribuiti gli stessi riferimenti numerali.

In particolare, il dispositivo elettronico Ih comprende un circuito integrato 14 avente una prima superficie 14a ed una seconda superficié 14b opposta alla prima superficie, circuito integrato 14 essendo montato con la prima superficie 14a sulla superficie non attiva 7 del dispositivo MEMS 6.

Il circuito integrato 14 è quindi collegato elettricamente alle piste conduttive presenti sulla superfìcie superiore 3 del substrato 2 mediante ulteriori connessioni elettriche 15.

Ad esempio, la dimensione della sezione trasversale di questo circuito integrato 14 è maggiore della dimensione della sezione trasversale del dispositivo MEMS 6.

Vantaggiosamente, come mostrato in figura 9, sulla prima superficié 14a è integrata una circuiteria passivata ed inoltre la prima superficie 14a è provvista di piazzole di connessione per la connessione elettrica al dispositivo MEMS 6, mediante bumps.

Vantaggiosamente, come mostrato in figura 10, sulla seconda superficie 14b è integrata una circuiteria passivata ed inoltre sono previste piazzole di connessione per la connessione elettrica al dispositivo MEMS 6 mediante wirebonding.

Un involucro protettivo (package) l lh, realizzato per stampaggio, ingloba il dispositivo MEMS 6, il circuito integrato 14, le connessioni 15 e il substrato 2, lasciando esposta la porzione sensibile 9 e la superficie non attiva 7 del dispositivo MEMS 6, nonché la superficie inferiore 4 e l’apertura 5 del substrato 2.

Con riferimento alle figure 11 e 12, vengono mostrate due varianti della terza forma di realizzazione di un dispositivo elettronico lg secondo dell’invenzione.

Ad elementi strutturalmente e funzionalmente uguali rispetto al dispositivo descritto con riferimento alla figura 5 verranno attribuiti gli stessi riferimenti numerali.

In particolare, il dispositivo elettronico lg comprende un circuito integrato 14 avente una prima superfìcie 14a ed una seconda superficie 14b opposta alla prima superficie, che è montato con la prima superficie 14a sulla superficie non attiva 7 del dispositivo MEMS 6.

Il circuito integrato 14 è quindi collegato elettricamente alle piste cohduttive formate sulla superficie superiore 3 del substrato 2 mediante ulteriori connessioni elettriche 15.

Vantaggiosamente, la dimensione della sezione trasversale di questo dircuito integrato 14 è maggiore della dimensione della sezione trasversale del dispositivo MEMS 6.

Vantaggiosamente, lo strato di riempimento 13 è anche presente in un area 14c compresa tra una porzione della prima superficie 14a sporgente rispetto al dispositivo MEMS e la superficie superiore 3 del substrato 2.

Vantaggiosamente, lo strato di riempimento 13 presenta un profilo ràstremato all’esterno dell’area 14c.

In altre parole la sezione trasversale dello strato di riempimento 13 aumenta avvicinandosi alla superficie superiore 3 del substrato 2.

Vantaggiosamente, come mostrato in figura 11, la prima superficie 14a è provvista di piazzole di connessione per la connessione elettrica dispositivo MEMS 6, mediante bump (flip-chip).

Vantaggiosamente, come mostrato in figura 12, la seconda superficie 14b è provvista di piazzole di connessione per la connessione elettrica al dispositivo MEMS 6, mediante fili di connessione (wirebonding ) .

Un involucro protettivo (package) l lg, realizzato per stampaggio, ingloba il dispositivo MEMS 6, il circuito integrato 14, le connessioni 15, lo strato di riempimento 13 e il substrato 2, lasciando esposta la porzione sensibile 9 e la superficie non attiva 7 del dispositivo MEMS 6, nonché la superficie inferiore 4 e l’apertura 5 del substrati 2.

La presenza dello strato di riempimento 13 consente di proteggete sia il circuito integrato 14 che il dispositivo MEMS 6 durante la fase di stampaggio dell’involucro protettivo 1 lg.

Con riferimento alla figura 13 viene mostrato il dispositivo elettronico li che è una variante del dispositivo elettronico di figura 9, in cui l’ involucro protettivo I li lascia esposta la seconda superficie 14b del circuito integrato 14.

Con riferimento alla figura 14 viene mostrato il dispositivo elettronico 11 che è una variante del dispositivo elettronico di figura 11, in cui l’involucro protettivo 111 lascia esposta la seconda superficie 14b del circuito integrato 14.

Con riferimento alla figura 15, viene mostrato il dispositivo 1 di figura 1 in cui un circuito integrato 16 è montato sul substrato 2 affiancato al dispositivo MEMS 6, e fissato al substrato 2 ad esempio mediante uno strato saldante 16b.

(Il circuito integrato 16 è connesso elettricamente al substrato 2 mediante ulteriori connessioni elettriche 16a.

L’involucro protettivo (package) 11, realizzato per stampaggio, ingloba il dispositivo MEMS 6 con le connessioni elettriche 10, il circuito integrato 16 con le ulteriori connessioni elettriche 16a e il substrato 2, lasciando esposta la porzione sensibile 9 del dispositivo MEMS 6„ nonché la superficie inferiore 4 e l’apertura 5 del substrato 2.

Con riferimento alla figura 16, viene mostrato il dispositivo ld di figura 5 in cui un circuito integrato 16 è montato sul substrato 2 affiancati al dispositivo MEMS 6, e fissato al substrato 2 ad esempio mediante uno strato saldante 16b.

Il circuito integrato 16 è connesso elettricamente al substrato 2 mediarli te ulteriori connessioni elettriche 16a.

L’involucro protettivo (package) l ld, realizzato per stampaggio, ingloba il dispositivo MEMS 6, lo strato di riempimento 13 , il circuito integrato 16 con le ulteriori connessioni elettriche 16a e il substrato 2, lasciando esposta la porzione sensibile 9 del dispositivo MEMS 6, nonché la superfìcie inferiore 4 e l’apertura 5 del substrato 2.

Con riferimento alla figura 17, viene mostrato il dispositivo la di figurg 2 in cui un circuito integrato 16 è montato sul substrato 2 affiancato al dispositivo MEMS 6, e fissato al substrato 2 ad esempio mediante tino strato saldante 16b.

Il circuito integrato 16 è connesso elettricamente al substrato 2 mediante ulteriori connessioni elettriche 16a.

L’involucro protettivo (package) I la, realizzato per stampaggio, ingloba il dispositivo MEMS 6 con le connessioni elettriche 10, il circuito integrato 16 con le ulteriori connessioni elettriche 16a e il substratd 2, lasciando esposta la porzione sensibile 9 e la superficie non attiva 7 del dispositivo MEMS 6, nonché la superficie inferiore 4 e l’apertura 5 del substrato 2.

Con riferimento alla figura 18, viene mostrato il dispositivo le di figura 6 in cui un circuito integrato 16 è montato sul substrato 2 affiancato al dispositivo MEMS 6, e fissato al substrato 2 ad esempio mediante uno strato saldante 16b.

Il circuito integrato 16 è connesso elettricamente al substrato 2 mediante ulteriori connessioni elettriche 16a.

L’involucro protettivo (package) I le, realizzato per stampaggio, ingloba (1 dispositivo MEMS 6, lo strato di riempimento 13, il circuito integrato 16 con le ulteriori connessioni elettriche 16a e il substrato 2, lasciando esposta la porzione sensibile 9 e la superficie non attiva 7 del dispositivo MEMS 6, nonché la superficie inferiore 4 e l’apertura 5 del substrato 2.

Con riferimento alla figura 19, viene mostrato il dispositivo Ih di figura 9 in cui un secondo circuito integrato 16 è montato sul substrato 2 affiancato al dispositivo MEMS 6, e fissato al substrato 2 ad esempio mediante uno strato saldante 16b.

J1 secondo circuito integrato 16 è connesso elettricamente al substrato 2 mediante ulteriori connessioni elettriche 16a.

un terzo circuito integrato 17 è montato sulla seconda superficie 14b del circuito integrato 14, e connesso elettricamente al substrato) 2 mediante ulteriori connessioni elettriche 17a.

Un quarto circuito integrato 18 è montato sul secondo circuito integrato 16 e connesso elettricamente al substrato 2 mediante ulteriori connessioni elettriche 18a.

L’involucro protettivo (package) Uh, realizzato per stampaggio, ingloba il dispositivo MEMS 6, le connessioni elettriche 10, i circuiti integrati 14, 16, 17 e 18 con le relative connessioni elettriche 15, 16a, 17a e 18a e il substrato 2, lasciando esposta la porzione sensibile 9 del dispositivo MEMS 6, nonché la superficie inferiore 4 e l’apertura 5 del substrato 2.

Con riferimento alla figura 20, viene mostrato il dispositivo lg di figura 11 in cui un secondo circuito integrato 16 è montato sul substrati 2 affiancato al dispositivo MEMS 6, e fissato al substrato 2 ad esempio mediante uno strato saldante 16b.

Il secondo circuito integrato 16 è connesso elettricamente al substrato 2 mediante ulteriori connessioni elettriche 16a.

Un terzo circuito integrato 17 è montato sulla seconda superficie 14b del circuito integrato 14, e connesso elettricamente al substrato 2 mediante ulteriori connessioni elettriche 17a.

Un quarto circuito integrato 18 è montato sul secondo circuito integrato 16 e connesso elettricamente al substrato 2 mediante ulteriori connessioni elettriche 18a.

l’involucro protettivo (package) l lg, realizzato per stampaggio, ingloba il dispositivo MEMS 6, lo strato di riempimento 13, i circuiti integrati JL4, 16, 17 e 18 con le relative connessioni elettriche 15, 16a, 17a e 18q e il substrato 2, lasciando esposta la porzione sensibile 9 del dispositivo MEMS 6, nonché la superficie inferiore 4 e l’apertura 5 del substratd 2.

Vantaggiosamente, i circuiti integrati 14, 16, 17 e 18 possono essere dispositivi sensori ad, esempio accelerometri 14, giroscopi 18, magnetometri 17 per formare un IMU (inertial measurement unit).

Tali circuiti integrati possono essere posti in differente configurazione all’interno dell’involucro protettivo in base alle loro dimensioni e caratteristiche geometriche.

Con il dispositivo secondo l'invenzione è possibile realizzare microfoni, sensori di pressione, di gas, chimici, che sono incapsulati in un involucro protettivo realizzato mediante

E’ possibile quindi di integrare più sensori (accelerometri e sensori di pressione) nello stesso involucro protettivo 1 1 , per esempio per realizzare HMU, oppure per stazioni barometriche integrando ad esempio un sensore di pressione ed un sensore di umidità.

Vantaggiosamente, in una forma di realizzazione preferita dei dispositivi elettronici secondo l’invenzione precedentemente descritti, il dispositivo elettronico complessivo ha un ingombro compreso tra 3x3x1 mmA3, )nentre il dispositivo MEMS 6 ha una larghezza di 1500 gm una lunghezza di 1500 gm ed uno spessore 700 gm.

ha porzione sensibile 9 dispositivo MEMS 6 ha un diametro compreso tra 100 pm e 1000 μιη.

La distanza tra la superficie attiva 8 del dispositivo MEMS 6 e la superficie superiore 3 del substrato è compresa tra 50 e 500 pm, mentre lo spessore del substrato è compreso tra circa 150 e 300 pm e l’ampiezza dell’apertura 5 è compresa tra 100 a 700um.

Se l’elemento barriera 12 è realizzato da un anello di pasta saldante ha uno spessore di una sezione trasversale compreso tra 60 e 300 pm.

Se l’elemento barriera 12a, 12b è realizzato da un’area irregolari ha una ampiezza di una sezione trasversale di circa 10-50 pm ed ad esèmpio una profondità compresa tra 20-80 pm.

In conclusione, il dispositivo elettronico secondo l’invenzione risulta particolarmente compatto e utilizza soluzioni tecniche che non prevedono allineamenti critici. Vantaggiosamente secondo l’invenzione, la presenza dell’elemento barriera 12, 12a consente di proteggere la porzione) sensibile 9 del dispositivo MEMS 6 durante le fasi di fabbricazione dell’involucro protettivo 11 o durante la fase di dipensazione dello strato di riempimento 13 nel dispositivo elettronico 1 secondo l’invenzione.

In particolare, secondo l’invenzione, tale elemento barriera 12, 12a, 12lb può essere di natura fisica o chimica o una combinazione delle due.

Tali elementi barriera 12, 12a, 12b possono essere realizzati sia sul substrato 2 sia sul dispositivo MEMS 6.

Claims (32)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo elettronico (1) che comprende: r un substrato (2) provvisto di un’apertura (5) passante, J- un dispositivo MEMS (6) comprendente una superficie attiva (8) in cuì è integrata una porzione (9) di detto dispositivo MEMS (6) sensibile a variazioni chimico / fisiche di un fluido il dispositivo elettronico (1) essendo caratterizzato dal fatto che detta superficie attiva (8) di detto dispositivo MEMS (6) è affacciata a detto substrato (2) ed è con esso in relazione distanziata, detta porzione sensibile (9) essendo allineata a detta apertura (5), e dal fatto di comprendere inoltre: un involucro protettivo (11), che ingloba almeno parzialmente detto dispositivo MEMS (6) e detto substrato (2), lasciando esposta almeno detta porzione sensibile (9) di detto dispositivo MEMS (6), e detta apertura (5) del substrato (2); e - un elemento barriera (12, 12a, 12b) posizionato in un’area (3b) che circonda detta porzione sensibile (9) per realizzare una struttura di protezione per detto dispositivo MENS (6), in modo che detta porzione sensibile (9) sia libera. .
2. 2. Dispositivo elettronico (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto elemento barriera (12) è anello che è in contatto con superficie (3) di detto substrato (2) e la superficie attiva (8) di dett(t) dispositivo MENS (6), ed il cui il suo bordo esterno è completamente rivestito da detto involucro protettivo (11).
3. 3. Dispositivo elettronico (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto elemento barriera (12) è di pasta saldante.
4. 4. Dispositivo elettronico (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto elemento barriera (12a) è area irregolare (12a) formata sulla superficie (3) del substrato (2).
5. 5. Dispositivo elettronico (1) secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che questa area irregolare (12a), si estende sulla superficie (3) di detto substrato (2) in corrispondenza di detta porzione sensibile (9).
6. 6. Dispositivo elettronico (1) secondo la rivendicazione 4 o 5, caratterizzato dal fatto che questa area irregolare (12a) si ottiene modificando le proprietà chimiche della superficie (3) del substrato (2).
7. 7. Dispositivo elettronico (1) secondo la rivendicazione 4 o 5, caratterizzato dal fatto che detta area irregolare (12a) è formata da materiale non bagnabile.
8. 8. Dispositivo elettronico (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che connessioni elettriche (10) che accoppiano elettricamente detto dispositivo MEMS (6) a detto substrato (2) sono presenti all’esterno di detto elemento barriera (12, 12a) rispetto a detta ροrzioni sensibile (9).
9. 9. Dispositivo elettronico (1) secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che uno strato di riempimento (13) ingloba dette connessioni elettriche (10).
10. 10. Dispositivo elettronico (1) secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che dette connessioni elettriche (10) comprendono bumps.
11. 11. Dispositivo elettronico (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo MEMS (6) è montato su detto substrato (2) mediante il noto metodo di assemblaggio “flip-chip”.
12. 12. Dispositivo elettronico (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo MEMS (6) è completamente racchiuse}) di detto involucro protettivo (11).
13. 13. Dispositivo elettronico (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto involucro protettivo (11) lascia esposta anche la superficie non attiva (7) di detto dispositivo MEMS (6).
14. 14. Dispositivo elettronico (1) secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detto strato di riempimento (13) presenta un profilo Rastremato all’esterno di detta area perimetrale (3a), mentre presenta un profilo sostanzialmente verticale in corrispondenza di detta area (3b i che circonda detta porzione sensibile (9).
15. 15. Dispositivo elettronico (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere circuiti integrati (14, 16, 17, 18) montati affiancati o impilati al dispositivo MEMS (6).
16. 16. Dispositivo elettronico (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti circuiti integrati (14, 16, 17, 18) sono elettricamente connessi a piste conduttive presenti su detto substrato (2), mediante ulteriori connessioni elettriche (14a, 16a, 17a, 18a).
17. 17. Dispositivo elettronico (1) secondo la rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che detto involucro protettivo (11) ingloba detti circuiti integrati (14, 16, 17, 18) e dette ulteriori connessioni elettriche (14a, 16a, 17a, 18a).
18. 18. Dispositivo elettronico (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto substrato è di tipo LGA.
19. 19. Dispositivo elettronico (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizfzato dal fatto che detto substrato è di tipo BGA.
20. 20. Dispositivo elettronico (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo MEMS (6) è un sensore di pressione.
21. 21. Dispositivo elettronico (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo MEMS è un sensore di gas.
22. 22. Dispositivo elettronico (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo MEMS è un sensore chimico.
23. 23. Dispositivo elettronico (1) secondo la rivendicazione 1, caratterijzzato dal fatto che involucro protettivo (11) è realizzato mediante stampaggio.
24. 24. Dispositivo elettronico (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto elemento barriera (12b) è area irregolare (12b) formata sulla superficie attiva (8) del dispositivo MEMS (6).
25. 25. Dispositivo elettronico (1) secondo la rivendicazione 24, caratterizzato dal fatto che questa area irregolare (12b), si estende sulla porzioni sensibile (9). del dispositivo MEMS (6).
26. 26. Dispositivo elettronico (1) secondo la rivendicazione 24 o 25, caratterizzato dal fatto che questa area irregolare (12b) si ottiene modificanti o le proprietà chimiche attorno alla/ della superficie attiva (8) del dispositivo MEMS (6).
27. 27. Dispositivo elettronico (1) secondo la rivendicazione 24 o 25, caratterizzato dal fatto che detta area irregolare (12b) è formata da materiale non bagnabile.
28. 28. Dispositivo elettronico (1) secondo la rivendicazione 27, in cui il dispositivo MEMS (6) comprende uno strato (6a) di protezione sulla superficie attiva (8) caratterizzato dal fatto che detta area irregolare (12b) è formata mediante rimozione di detto strato di protezione (6a) dalla porzione sensibile (9) del dispositivo MEMS (6) esponendo detto strato (12b) di materiale non bagnabile.
29. 29. Dispositivo elettronico (1) secondo la rivendicazione 28, caratterizzato dal fatto che detto strato (6a) di protezione è Polyimmide e detto strato (12b) di materiale non bagnabile è ossido.
30. 30. Dispositivo elettronico (1) secondo la rivendicazione 4 o 24, caratterizzato dal fatto che detta area irregolare (12a, 12b) comprerj.de trench che formano dei cammini preferenziale durante le fasi di fprmazione dell’involucro protettivo.
31. 31. Dispositivo elettronico (1) secondo la rivendicazione 4 o 24, caratterizzato dal fatto che uno strato di materiale non bagnabile è formato in corrispondenza di detta porzione sensibile (9) di detto dispositivo MEMS (6).
32. 32. Dispositivo elettronico (1) secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che un elemento barriera (12, 12a, 12b) protegge la porzione sensibile (9) durante la formazione di detto strato di riempimento (13)