用于制造气体传感器封装的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于制造气体传感器封装的方法。
【背景技术】
[0002]倾向于将数量越来越多的气体传感器集成到半导体芯片中。鉴于这样的气体传感器的规范，需要解决这些规范的气体传感器封装的方法。
【发明内容】
[0003]提供一种用于制造气体传感器封装的方法，该方法包括以下步骤:将半导体芯片安装在载体上，以及施加模塑化合物(molding compound)以至少部分地封闭半导体芯片，从而在所述模塑化合物中生成开口。该开口提供到所述半导体芯片的没有被该模塑化合物覆盖的部分的通路(access)。通过该开口将敏感材料施加在该半导体芯片的没有被覆盖部分上以用于构建对气体敏感的层。
[0004]优选地，在相同处理步骤中制造多个气体传感器封装，由此利用可将多个半导体芯片置于其上的载体。在该半导体芯片被安装到公共载体上以后，模塑化合物被施加到该载体并由此被施加到该载体上的每个半导体芯片。在模塑之后，通过每个开口将敏感材料施加在相应半导体芯片的没有被覆盖部分上以用于构建对气体敏感的层。该敏感材料可通过非接触式分发(诸如例如喷墨打印)来施加。不要求模塑化合物未覆盖的整个部分都被该敏感材料填充。敏感材料可被施加到此部分的一区段。总之，该敏感层是在通过模塑处理该封装之后构建的。
[0005]各处理步骤的次序一一即，在已处理了封装之后通过封装的开口制造敏感层一一相对于相反次序是优选的，因为已构建好的敏感层在制造该封装期间(即，在模塑期间)将需要保护。在敏感层是在封装之前制造且没有安装保护手段的情况下，之间的模塑过程和/或其他处理步骤将影响敏感层，例如，导致敏感层的机械损坏，或影响传感性质(在由模塑过程造成的颗粒贴附于或迀移至该敏感层的情况下)。当敏感层是多孔层(诸如包括金属氧化物材料的层)时尤其如此。与需要对环境的直接通路的其他传感器不同，气体传感器优选地要求这种模塑化合物中的开口的形式的通路(access)。因此，在施加敏感材料之前模塑的情况下，以根据本实施例的任意方式形成的模塑化合物中的开口现在是双用途开口，不仅气体在测量操作期间通过该开口抵达敏感元件，而且敏感材料通过该开口被施加到半导体芯片以构建该敏感层。
[0006]制造步骤的这一次序还提供了在搬运该设备时的益处。在敏感材料的分发可与在该载体上安装该半导体芯片由不同工具和/或在不同地点执行的情况下，该设备优选地被拾取器(picker)从一个位置转移到另一个位置。在模塑化合物已经被施加的情况下，拾取器可在模塑化合物处拾取该设备而不是在未受保护的半导体芯片处拾取该设备。在各个体半导体芯片仍旧在共同载体的情况下，或者甚至是后来在将各个体气体传感器封装彼此分开之后，该设备的任何进一步搬运可能如此。
[0007]因此，模塑化合物的早期采用有助于搬运并且在进一步的制造步骤等期间增强了保护。在一特定实施例中，所述开口可被临时关闭，例如通过膜或带，以用于保护开口内的敏感层。
[0008]在以上制造步骤次序中，该半导体芯片的主要部分也在分发敏感材料期间受模塑化合物保护。
[0009]该敏感层可以由对一种或多种分析物(analytes)敏感的材料制成。该敏感层可包括挨着彼此布置并且彼此分隔开的多个个体层区段以用于构造传感器阵列，该传感器阵列包括传感器单元的集合，其中传感器单元可被理解为可被单独读取的气态传感器的整体。优选地，在传感器阵列的实施例中，所述层区段中的每一个或者至少一些适于感测分析物，尤其是不同的分析物。例如而非限制，分析物可包括以下中的一个或多个:H20、CO2,Ν0Χ、乙醇、CO、臭氧、氨、甲醛或二甲苯。具体而言，敏感层可包含金属氧化物材料，特别是半导体金属氧化物材料，并且具体地可包含每层区段不同成分的的金属氧化物材料。金属氧化物材料一般可包括以下的一者或多者:氧化锡、氧化锌、氧化钛、氧化钨、氧化铟以及氧化嫁。此类金属氧化物可被用于检测分析物，诸如V0C、一氧化碳、二氧化氮、甲烷、氨或硫化氢。金属氧化物传感器基于以下概念:气态分析物与敏感层的在超过100°C的范围中(特别是在250°C和350°C之间)的升高温度处与该金属氧化物层交互。作为催化反应的结果，敏感层的导电性可能改变，这种改变可被测量。因此，这些化学传感器也被表示为高温化学电阻器，原因在于:该分析物的化学属性在该敏感层的高温处被转换为电阻抗。优选地，利用这种气体传感器，可至少就该气体传感器对其敏感的受试分析物的存在还是不存在来调查气体。因此，利用敏感层，可就该敏感层对其敏感的化学物质或化合物是否存在于所提供的气体中以及其中哪些存在于所提供的气体中来分析被提供给该气体传感器的气体。可针对特定气味或特定气体来建议在所提供的气体中检测到的分析物的组合。关于该气体传感器对多少不同分析物和/或分析物的多少不同属性敏感总是服从于气体传感器的设计。
[0010]在另一实施例中，敏感材料可包括聚合物，在一个实施例中，该聚合物可对H2O敏感以使得该传感器可以是湿度传感器。此类聚合物层的电容或电阻可被测量以推导关于可能与该敏感层交互的气体的信息。
[0011]在被施加到该半导体芯片之后，该敏感材料例如可能需要通过向其施加热来退火。不是将每个气体传感器封装与本组件分开并向每个敏感层单独地施加热，构想了在极优选实施例中，在仍旧驻留于公共载体上时(即，在将各气体传感器封装彼此分开之前)对各气体传感器芯片的敏感层退火。然而，鉴于模塑化合物有可能在暴露于外部产生的热时有可能融化，传统退火步骤(诸如将带有气体传感器封装的载体暴露于这种热，诸如在炉中)可能不适用。因此，优选地，热被局部施加到敏感层而不影响模塑化合物或其他有机材料。这可以通过向加热器提供电流来实现，在一个实施例中，所述加热器是在需要此类加热器以操作气体传感器芯片时(即，当敏感层需要被加热到特定温度以允许测量时)在每个半导体芯片中以任何方式提供的。在此情况下，可向每个半导体芯片的加热器提供电流以对相关联敏感层/敏感材料进行退火。
[0012]在一个实施例中，用于各半导体芯片的载体至少包括导电引脚框，该导电引脚框被理解为由金属制成的引脚的导电结构，例如通过从金属板冲压或蚀刻。当要在单个载体上制造多个气体传感器封装时，该引脚框优选地包括用于将半导体芯片加载到其上的每半导体芯片的管芯垫，该管芯垫被理解为该引脚框的平坦部分。在要在同一气体传感器封装中布置其他芯片(诸如ASIC等)的情况下，可每个气体传感器封装提供多个管芯垫。在另一实施例中，所述其他芯片与表示气体传感器芯片的半导体芯片被布置在同一管芯垫上。此外，该引脚框包括针对要制造的每个气体传感器封装的接触垫以用于在后来电接触气体传感器封装。为了提供单片载体，在引脚框中提供支撑引脚以连接至引脚垫和其他接触垫。在每个半导体芯片包括加热器的情况下，优选地，每个气体传感器封装的接触垫之一被配置成加热器引脚，以用于将电流提供给加热器，同时另一接触垫担当用于将电源提供给除加热器之外的气体传感器封装的引脚。
[0013]当现在利用相关联的加热器将敏感层退火时，期望单独向代表加热器引脚的接触垫选择性地施加加热电流。然而，在本制造阶段，引线框仍旧提供抵达所有接触垫和管芯垫的导电结构。根据退火目的的要求的幅度和时间来向每个接触垫施加电流不是期望的，因为可能影响和/或损坏其大小没有被设计成在如此高的加热电流下操作的半导体芯片。
[0014]因此，期望将所有接触垫彼此电绝缘。为了实现这一点，优选地在必要时切断(sever)支撑引线以将各接触垫与彼此以及与引线框的其他部分电解耦。
[0015]接触垫的电解耦优选地通过切断连接各接触垫的支撑引线来实现，其包括将这些支撑引线机械打断。该分开步骤优选地在施加模塑化合物之后以及在施加敏感材料之后施加。该切断步骤优选地被从本设备的背侧施加到连接各接触垫的支撑引线或接触垫本身，通常引线框的各部分从所述背侧可触及。本设备的前侧优选地在切割期间贴敷于切割胶带，由此覆盖并保护模塑化合物中的开口。
[0016]优选地，每个管芯垫具有矩形形状，每个矩形形状具有四条边，其中各接触垫被排列在相应管芯垫的相对边沿处。连接每一管芯垫的所述支撑引线转而至少从另两条边之一离开该管芯垫。这允许通过单一切断步骤(诸如单一锯切步骤)切断排列在相应管芯垫的一条边处的接触垫或相应支撑引线。在此阶段，优选地，连接各管芯垫的支撑引线尚未被切断，而是仅在已将敏感层退火之后用于将各气体传感器封装切断的最终切割步骤中分开。
[0017]在优选实施例中，可例如通过蚀刻来例如标记要切断的位置。
[0018]在准备好了载体之后，特别是以如此方式准备了载体的引线框之后，加热电流可被施加到担当加热器引脚的接触垫中的一个或多个，由此加热半导体芯片的加热器，例如，用于退火目的。
[0019]在退火之后，在仍旧经由公共载体机械耦合的同时，气体传感器芯片可被测试和/或校准(例如，通过向接触垫施加探针)。最终，载体(具体而言是引线框，以及有可能的模塑化合物)可被切割以将各气体传感器封装分开。在一个实施例中，切割胶带贴敷于本设备的前侧，由此盖住模塑化合物中的开口。该设备随后被从背侧切割成个体气体传感器芯片。以此方式，在切割期间保护通过开口可接近的敏感层，以使得水或经切割材料可以不影响敏感层。<