面积高效的压力感测装置的制造方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]在过去的几年中，由于压力感测装置已应用到若干种产品中，因而变为普遍存在的。在汽车制造业、工业、消费品和医用品中对压力感测装置的需求猛涨，并且未显示出减少的迹象。
[0002]压力感测装置可以包括压力传感器以及其它部件。压力传感器可以典型地包括隔膜(diaphragm)或膜(membrane)。当压力感测装置中的压力传感器经受到压力时，膜通过改变形状而做出响应。这种形状的改变导致膜上的电子元件的一个或多个特征发生改变。这些变化的特征能够被测量，并且由此能够测量压力。
[0003]经常，电子元件为被配置成位于压力传感器的膜上的惠斯通电桥(Wheatstonebridge)的电阻器。随着膜由于压力而变形时，电阻器的阻抗改变。这种改变产生惠斯通电桥的输出。这种改变能够通过连接至电阻器的电线或导线来测量。
[0004]这些压力传感器可以和其它的电路通信，以形成压力感测装置。这些其它的电路可以被形成在远离压力传感器封装的单独芯片上。其它的压力感测装置可以包括压力传感器和作为单个集成电路而被形成的其它电路。这比独立封装中的独立装置提供了显著的面积尚效优势。
[0005]但是经常利用比用于在集成电路上形成电路更简单、更低成本的工艺来制造压力传感器。当在相对更昂贵的集成电路上形成应当是相对低成本的压力传感器时，压力传感器的成本并且因此压力感测装置的成本增加了。此外，如果在组合式压力感测装置集成电路上的压力传感器未通过测试，则整个集成电路作废(fail)，从而降低了产率并且再次增加了成本。
[0006]因此，需要提供压力感测装置的电路、方法和设备，所述压力感测装置是面积高效的，并且利用了低成本的压力传感器制造技术。
【发明内容】
[0007]因此，本发明的实施例可以提供电路、方法和设备，该电路、方法和设备提供面积高效并且可以利用低成本的压力传感器制造技术的压力感测装置。
[0008]本发明的一个说明性实施例通过提供一种装置(在该装置中压力传感器被堆叠到专用集成电路上)来提供面积高效的压力传感装置，其中所述专用集成电路包括用于压力感测装置的其它电路。压力传感器可以被形成为第一管芯。包括其它电路的专用集成电路可以被形成为第二管芯。所述第一管芯可以被连接到所述第二管芯的顶部。这可以形成面积高效的压力感测装置，所述压力感测装置可以被封装在单个集成电路或者其它适当的封装或模块内。所述第一和第二管芯可以具有电连接在一起的焊盘(pad)，并且位于第一和第二管芯中的任一个或两个上的焊盘可以被电连接到集成电路封装上的触点。在本发明的各种实施例中，所述压力感测装置可以是测量(gauge)压力传感器，其中穿过专用集成电路的通道可允许流体到达在压力传感器的隔膜下方所形成的腔体。随后通过隔膜下方的流体和隔膜顶表面处的参考压力之间的压力差引起的隔膜偏转来测量流体的压力。
[0009]本发明的一个说明性实施例可以提供包含压力传感器和专用集成电路的压力感测装置，其中所述压力传感器可以被堆叠到所述专用集成电路上。压力传感器可以采用较低成本的制造工艺形成，而专用集成电路可以采用较高成本的制造工艺形成。这样，压力传感器和专用集成电路均可以采用适当的工艺形成，从而降低总成本。特别地，相对大的压力传感器隔膜不被放置到专用集成电路上，而放置到专用集成电路上将降低晶体管密度并且增加每个专用集成电路的成本。此外，每当压力感测装置具有产率问题时，较昂贵的专用集成电路不被丢失。同样，这种堆叠布置可以提供比在一个或多个集成电路封装中拥有多个装置具有更小的占地面积，从而允许使用更小并且可能更便宜的封装或模块。
[0010]本发明的一个说明性实施例可以提供包含压力传感器和专用集成电路的压力感测装置，其中所述压力传感器可以被堆叠到所述专用集成电路上。所述压力传感器可以被形成为具有环绕在压力传感器的顶部形成的隔膜的框架。所述压力传感器可以具有在隔膜下方形成的腔体。一个或多个电路或元件可以被形成在隔膜内或隔膜上。例如，惠斯通电桥可以被形成在隔膜内或隔膜上。一个或多个焊盘、焊料凸起或其它结构可以被形成在框架上或邻近框架。
[0011]所述专用集成电路可以被形成以包括许多电路。可以在专用集成电路上形成一个或多个焊盘、焊料凸起或者其它结构。可以从专用集成电路的底面到顶面形成通道。可以采用深度反应离子蚀刻、微机械加工或者采用另外的适当技术形成所述通道。在本发明的各种实施例中，可以使专用集成电路变薄，以减小蚀刻时间并降低成本。
[0012]所述压力传感器可以被对准所述专用集成电路，从而使得穿过所述专用集成电路的通道终止在所述压力传感器的隔膜下方的腔体内。这可以允许从专用集成电路的下侧经过所述专用集成电路中的通道并且进入所述压力传感器的隔膜下侧中的腔体内的连续流动路径。可以采用硅酮(silicone)将压力传感器连接到专用集成电路的顶部，以减小专用集成电路和隔膜之间的应力耦合。硅酮可以是RTV硅酮或者其它类型的硅酮。在本发明的其它实施例中，可以使用其它的粘合剂，诸如环氧树脂。接合线、焊料凸起或者其它技术可用于形成压力传感器上的焊盘或其它结构和专用集成电路之间的电连接，压力传感器上的焊盘或其它结构和集成电路或其它封装的触点、引线或其它结构之间的电连接，以及专用集成电路上的焊盘或其它结构和集成电路或其它封装的触点、引线或其它结构之间的电连接。在本发明又一实施例中，压力传感器的下侧上的焊盘可以连接到专用集成电路的顶表面上的焊盘。在由Gaynor于2012年11月12日提交的同时待审的美国专利申请号为13/674，883、标题为“具有与薄膜相对的触点的压力感测装置(Pressure sensing devicehaving contacts opposite a membrane) ”中可以找到这种压力传感器的实例，通过引用将其并入本文。
[0013]在本发明的各种实施例中，所述专用集成电路可以包括各种电路和元件，诸如放大器、模数转化器、数模转化器、多路复用器、用于储存压力传感器的补偿系数的存储器、用于基于这些系数表达(formulate)方程式的逻辑元件、用于唯一零件或者厂商身份识别的存储器、电源调节器以及其它类型的电路和元件。
[0014]在本发明的各种实施例中，用于专用集成电路的部件可以被放置在专用集成电路上的各种位置中。例如，所述电路可以被形成在专用集成电路内或上的未被压力传感器覆盖的区域中。在这些和其它的实施例中，所述电路可以被形成在压力传感器的腔体下方。在这些和其它的实施例中，所述电路可以被形成在压力传感器的框架下方。在这些和其它的实施例中，所述电路可以被形成为至少部分地位于框架之下或者至少部分地位于隔膜之下。在本发明的各种实施例中，电路元件可以被形成在专用集成电路内。各种部件可以被连接到专用集成电路和压力传感器的顶部、侧面或底部。
[0015]本发明的一个说明性实施例可以提供一种制造压力感测装置的方法。该方法可以包括形成包括压力传感器的第一晶片部分或管芯。可以形成包括专用集成电路的第二晶片部分或管芯。所述专用集成电路可以具有从专用集成电路的底面到顶面的通道。所述第一晶片部分的底部可以被连接到所述第二晶片部分的顶部，从而使得所述第二晶片部分的顶面中的所述