多芯片压力传感器封装体的制作方法

文档序号:11214272阅读:500来源:国知局
多芯片压力传感器封装体的制造方法与工艺

本发明涉及压力传感器封装体,更具体地涉及压力传感器封装体内的部件的布置。



背景技术:

压力传感器在许多应用——例如轮胎压力监测——中是关键部件。压力传感器典型地模制在封装体中,以确保压力传感器在宽的温度、湿度和负载条件的范围内可靠地工作。典型的压力传感器封装体包括具有压力入口的压力传感器芯片和诸如asic(application-specificintegratedcircuit:专用集成电路)的逻辑芯片。逻辑芯片电连接到压力传感器并且处理由压力传感器提供的信号。

传统的压力传感器封装体包括压力传感器和逻辑芯片,所述压力传感器和逻辑芯片彼此横向相邻地布置在衬底的不同区域上,例如引线框架的不同芯片焊盘上,并且与芯片的电连接通过焊线实现。压力传感器安装在芯片座的孔中,压力信号通过该孔作用到压力传感器芯片的激活表面——例如压电激活悬置膜——上。该组件用模制化合物包封,使得压力入口通过注射模制工具保持打开。从模制封装体突出的电连接从引线框架切断并且弯曲,从而可以实现板安装。

压力传感器芯片应该布置在封装体内,以免受组装工艺和壳体(封装体)的机械冲击。这种缓冲是期望的,因为压力传感器芯片上的机械应力导致传感器膜移动并因此产生不期望的信号。此外,来自环境的各种物质的影响可能导致腐蚀效应,这特别是可以影响典型地具有与焊线接触的al,alcu或cu表面的接触焊盘。逻辑芯片的接触焊盘特别容易受到腐蚀效应的影响,因为部分恒定的电压被施加到这些焊盘,因此很容易发生电化学加速退化。需要一种改进的压力传感器封装体,其足以解决这些问题,同时还具有小尺寸。



技术实现要素:

根据压力传感器封装体的一个实施例,压力传感器封装体包括具有开口的衬底和压力传感器,所述压力传感器具有附连到衬底的第一侧和与第一侧相反的第二侧。第一侧具有与衬底中的开口对准的压力入口,第二侧具有一个或多个电触点。压力传感器封装体还包括附连到衬底的与压力传感器相反的一侧并且可用于处理来自压力传感器的信号的逻辑芯片、连接到压力传感器的所述一个或多个电触点的第一电导体和连接到逻辑芯片的一个或多个电触点的第二电导体。模制化合物完全包封第二电导体并且至少部分地包封逻辑芯片和第一电导体。模制化合物中的开口通道与衬底中的开口对准,以便限定压力传感器封装体的压力端口。

根据制造压力传感器封装体的方法的一个实施例,所述方法包括:将压力传感器的第一侧附连到具有开口的衬底,压力传感器具有与第一侧相反的第二侧,第一侧具有与衬底中的开口对准的压力入口,第二侧具有一个或多个电触点;将逻辑芯片附连到衬底的与压力传感器相反的一侧,逻辑芯片可用于处理来自压力传感器的信号;将第一电导体连接到压力传感器的一个或多个电触点;将第二电导体连接到逻辑芯片的一个或多个电触点;在模制化合物中完全包封第二电导体并且至少部分地包封逻辑芯片和第一电导体;并且在模制化合物中形成与衬底中的开口对准的开口通道,以便限定压力传感器封装体的压力端口。

本领域技术人员在阅读下面的详细描述并且在查看附图时将认识到附加的特征和优点。

附图说明

附图的元件不一定相对于彼此成比例。相同的附图标记表示相应的类似部件。各种所示实施例的特征可以组合,除非它们彼此排斥。实施例在附图中示出并且在下面的说明中详细描述。

图1示出具有附连到同一衬底的相反侧的压力传感器和逻辑芯片的压力传感器封装体的一个实施例的剖视图。

图2a至图2f示出制造图1中所示的压力传感器封装体的方法的一个实施例的不同阶段。

图3示出具有附连到同一衬底的相反侧的压力传感器和逻辑芯片的压力传感器封装体的另一实施例的剖视图。

图4示出具有附连到同一衬底的相反侧的压力传感器和逻辑芯片的压力传感器封装体的另一实施例的剖视图。

图5a至5f示出制造图4中所示的压力传感器封装体的方法的一个实施例的不同阶段。

图6示出具有附连到同一衬底的相反侧的压力传感器和逻辑芯片的压力传感器封装体的另一实施例的剖视图。

图7示出具有附连到同一衬底的相反侧的压力传感器和逻辑芯片的压力传感器封装体的另一实施例的剖视图。

图8a至图8f示出制造图7中所示的压力传感器封装体的方法的一个实施例的不同阶段。

图9示出具有附连到同一衬底的相反侧的压力传感器和逻辑芯片的压力传感器封装体的另一实施例的剖视图。

具体实施方式

根据本文所述的实施例,提供了一种压力传感器封装体,其包括压力传感器和用于处理来自压力传感器的信号的逻辑芯片。压力传感器具有包括压力入口的第一侧、与第一侧相反的第二侧以及在第二侧处的与压力入口相对的电触点。逻辑芯片与压力传感器附连到相同衬底,但是在衬底的与压力传感器相反的一侧。模制化合物完全包封连接到逻辑芯片的电触点的电导体,以便消除腐蚀效应,因为部分恒定的电压通过这些导体中的至少一些被施加到逻辑芯片。模制化合物还至少部分地包封逻辑芯片和连接到压力传感器的电触点的电导体。模制化合物中的开口通道与衬底中的开口和压力传感器的压力入口对准,以便限定压力传感器封装体的压力端口。

图1示出了压力传感器封装体100的一个实施例,其中,逻辑芯片102附连到衬底104的与压力传感器106相反的一侧104a,以便减小压力传感器封装体100的尺寸。衬底104可以是例如pcb(印刷电路板)的电路板、陶瓷衬底、引线框架的一部分等。在每种情况下,压力传感器106均具有包括压力入口108的第一侧106a、与第一侧106a相反的第二侧106b以及在第二侧106b处的与压力入口108相对的电触点110。通常,可以使用任何标准的压力传感器芯片。压力传感器106可以包括有源装置区域,所述有源装置区域包括例如用于感测加速度的晶体管。逻辑芯片102具有例如由粘合剂、焊料或其他标准的芯片附连材料112附连到衬底104的与压力传感器106相反的一侧104a的第一侧102a。

衬底104具有开口114,并且在压力传感器106的第一侧106a处的压力入口108与衬底104中的开口114对准。逻辑芯片102和压力传感器106可以至少部分地在垂直于压力传感器106的第一侧106a的竖直方向上重叠一个量d。逻辑芯片102可以是可用来处理来自压力传感器106的信号的asic、处理器或其他类型的电子电路。这可以包括信号调理、放大、数字化、发射、接收等。逻辑芯片102的与第一侧102a相反的第二侧102b具有用于逻辑芯片102的电触点116。第一电导体118将压力传感器106的电触点110连接到压力传感器封装体100的一个或多个外部电触点120。第二电导体122将逻辑芯片102的电触点116连接到压力传感器封装体100的一个或多个外部电触点120。外部电触点120提供到布置在封装体100内的压力传感器106和逻辑芯片102的电连接点,并且允许压力传感器106与逻辑芯片102之间的内部连接。在图1中,电导体118、122示为焊线。然而,也可以使用其他类型的电导体,例如带、金属夹等。

模制化合物124完全包封第二电导体122并且至少部分地包封逻辑芯片102和第一电导体118。模制化合物124中的开口通道126与衬底104中的开口114和压力传感器106的压力入口108对准,以便限定出压力传感器封装体100的压力端口。压力传感器106和连接到压力传感器106的电触点110的电导体118的一部分可以由硅胶128覆盖。硅胶128布置在模制化合物124与压力传感器106之间,以便使压力传感器106与由模制化合物124产生的机械应力解耦。可以使用任何标准的硅胶。

根据图1中所示的实施例,压力传感器封装体100的外部电触点120是在第一端120a处嵌入模制化合物124中的引线,并且在第二端120b处从模制化合物124突出。引线的第二端120b为压力传感器封装体100提供外部接触点。第一电导体118将压力传感器106的一个或多个电触点110连接到引线120中的一个或多个。第二电导体122将逻辑芯片102的一个或多个电触点116连接到引线120中的一个或多个。在一个实施例中,引线120的第一端120a在与衬底104不同的层面处终止于模制化合物124中,从而引线120的第一端120a和衬底104在模制化合物124内竖直偏移开。在另一个实施例中,压力传感器封装体100是无引线式封装体。

此外,根据图1中所示的实施例,压力传感器106包括例如由粘合剂、焊料或其他标准的芯片附连材料131附连到衬底104的与逻辑芯片102相反的一侧104b的第一玻璃衬底130。第一玻璃衬底130具有形成压力入口108的开口132。压力传感器106还包括堆叠在第一玻璃衬底130上并且具有压电激活悬置膜136的半导体芯片134和堆叠在半导体芯片134上并且具有空腔140的第二玻璃衬底138。压力传感器封装体100的压力端口108还由第一玻璃衬底130中的开口132限定。

由半导体芯片134提供的信号对应于压电激活悬置膜136响应于通过压力端口作用到膜136上的空气流的量而产生的移动或移位量。为此,第一玻璃衬底130中的开口132与模制化合物124的开口通道126对准,并且在膜136的一侧与膜136对准,以允许空气流入开口通道126中来作用到膜136上。第二玻璃衬底138中的空腔140在膜136的与第一玻璃衬底130中的开口132相反的一侧与膜136对准,以允许膜136响应于空气流移动。

图2a至图2f示出了制造图1中所示的压力传感器封装体100的方法的一个实施例。

在图2a中,例如以引线框架的形式提供压力传感器封装体100的衬底104和引线120。使用任何标准的芯片附连工艺(诸如焊接、胶合等)将逻辑芯片102附连到衬底104。在压力传感器106安装到铜引线框架的金属芯片焊盘的情况下,芯片焊盘可以具有从芯片焊盘向外延伸并将芯片焊盘连接到铜引线框架的外围的多个支撑结构或所谓的条(图2a中未示出)。引线框架典型地由平金属片例如通过冲压或蚀刻形成。例如,金属片可以暴露于去除未被光致抗蚀剂覆盖的区域的化学蚀刻剂。可以执行其他处理,例如激光蚀刻以图案化金属片。在图案化工艺之后,将图案化的框架单片化(分离)成引线框架。具有芯片焊盘和引线的一个这样的引线框架的一部分在图2a中示出,其中,芯片焊盘对应于衬底104,并且引线对应于外部电触点120。

在图2b中,将焊线122在一端连接到逻辑芯片102的电触点116,并在相反端连接到引线120。焊线、带、金属夹等可用于形成这些连接。

在图2c中,翻转封装体组件,并且使用任何标准的芯片附连工艺(例如焊接、胶合等)将压力传感器106附连到衬底104的与逻辑芯片102相反的一侧104b。

在图2d中,将引线118在一端连接到压力传感器106的电触点116并且在相反端连接到引线120。焊线、带、金属夹等可用于形成这些连接。

在图2e中,压力传感器106和连接到压力传感器106的电触点110的焊线118的一部分由硅胶128覆盖。硅胶128经受固化过程。可以使用任何标准的硅胶。

在图2f中,封装体组件在模制工具中模制。所得模制化合物124完全包封逻辑芯片102和连接到逻辑芯片102的电触点116的焊线122。模制化合物124还部分地包封连接到压力传感器106的电触点110的焊线118。压力传感器106由硅胶128包封,硅胶128又由模制化合物124包封,以便提供压力传感器106与模制化合物124之间的机械应力释放缓冲。设计模制工具,使得开口通道126在模制化合物124中形成,开口通道与衬底104中的开口114、压力传感器106的压力入口108对准,以便限定压力传感器封装体100的压力端口。在基于引线框架的衬底104的情况下,修整引线框架被并且弯曲引线120。

图3示出了压力传感器封装体200的另一实施例。图3中所示的实施例类似于图1中所示的实施例。然而,不同的是,省去了压力传感器106的两个玻璃衬底130、138。因此,压力传感器106的半导体芯片134附连到衬底104的与逻辑芯片102相反一侧104b而不是附连到玻璃衬底。压力传感器半导体芯片134具有压电激活悬置膜136和凹陷区域137。根据所述实施例,压力传感器封装体200的压力端口还由压力传感器半导体芯片134的凹陷区域137限定。此外,压力传感器半导体芯片134的凹陷区域137还与膜136对准,以便允许空气流入压力端口中以作用到膜136上。

图4示出了压力传感器封装体300的另一实施例。图4中所示的实施例类似于图1中所示的实施例。然而,不同的是,逻辑芯片102具有与模制化合物124中的开口通道126和衬底104中的开口114对准的开口302。因此,压力传感器封装体300的压力端口还由逻辑芯片102中的开口302限定。而且,限定模具化合物124中的开口通道126的每个侧壁304终止于逻辑芯片102的背离衬底104的表面102b处。因此,限定逻辑芯片102中的开口302的每一侧壁306未被模制化合物124覆盖。与图1中所示的实施例不同的还有,在附连压力传感器106之前,预模制衬底104。也就是说,将逻辑芯片102附连到衬底104的一侧104a,然后模制封装体组件。预模制的封装体组件在衬底104的与逻辑芯片102相反的一侧104b处具有位于模具化合物124中的空腔308。压力传感器106布置在空腔108中并附连到衬底104的该侧104b。

图5a至5f示出了制造图4中所示的压力传感器封装体300的方法的一个实施例。

在图5a中,例如以引线框架的形式提供压力传感器封装体300的衬底104和引线120。使用任何标准的芯片附连工艺(诸如焊接、胶合等)将逻辑芯片102附连到衬底104。逻辑芯片102附连到衬底104,使得逻辑芯片102中的开口302与衬底104中的开口114对准。

在图5b中,焊线122在一端连接到逻辑芯片102的电触点116,并在相反端连接到引线120。可以使用焊线、带、金属夹等形成这些连接。

在图5c中,封装体组件在模制工具中模制。设计模制工具,使得在模制化合物124中形成开口通道126,该开口通道与衬底104中的开口114和逻辑芯片102中的开口302对准。压力传感器封装体的压力端口还由逻辑芯片102中的开口302限定。限定模制化合物124中的开口通道126的每个侧壁304延伸到并且终止于逻辑芯片102的背离衬底104的表面102b处。限定逻辑芯片102中的开口302的每个侧壁306未被模制化合物124覆盖。进一步设计模制工具,使得所得预模制的封装体组件在衬底104的与逻辑芯片102相反的一侧104b处具有位于模制化合物124中的空腔308。所使用的模制工艺能够在逻辑芯片102的背离衬底104的表面102b上形成密封。在一个实施例中,采用膜辅助模制工艺,其中,一个或多个塑料膜在模具中使用。在将引线框架/衬底104和逻辑芯片102装载到模具中之前,膜被吸入模具(残料废品(cull)、流道和空腔)的内表面中。然后进行标准的传递模制工艺。

在图5d中,翻转封装体组件,并且将压力传感器106布置于先前在模制化合物124中形成的空腔308中,并且使用任何标准的芯片附连工艺(例如焊接、胶合等)附连到衬底104的与逻辑芯片102相反的一侧104b。

在图5e中,将焊线118在一端连接到压力传感器106的电触点110,并且在相反端连接到引线120。可以使用焊线、带、金属夹等形成这些连接。

在图5f中,压力传感器106和连接到压力传感器106的电触点110的焊线118由经历固化过程的硅胶128覆盖。在基于引线框架的衬底104的情况下,然后修整引线框架并且如果需要可以弯曲引线120。或者,可以在逻辑芯片102和压力传感器106都附连到衬底104的相反侧104a、104b之后并且在提供和固化硅胶128之后模制封装体组件,例如如上面结合图2f所描述的那样。

图6示出了压力传感器封装体400的另一实施例。图6中所示的实施例类似于图4中所示的实施例。然而,不同的是,省去了压力传感器106的两个玻璃衬底130、138。因此,压力传感器106的半导体芯片134附连到衬底104的与逻辑芯片102相反的一侧104b,而不是附连到玻璃衬底。压力传感器半导体芯片134具有压电激活悬置膜136和凹陷区域137,并且压力传感器封装体400的压力端口还由如前结合图3所描述的压力传感器半导体芯片134的凹陷区域137限定。不同于图3,逻辑芯片102具有与模制化合物124中的开口通道126和衬底104中的开口114对准的开口302,以便允许空气流入到压力端口中以作用到压力传感器半导体芯片134的膜136上。

图7示出了压力传感器封装体500的另一实施例。图7中所示的实施例类似于图4中所示的实施例。然而,不同的是,限定模制化合物124中的开口通道126的每个侧壁304终止于衬底104的表面104a处,逻辑芯片102附连到该表面。此外,限定逻辑芯片102中的开口302的每个侧壁306由模制化合物124覆盖。

图8a至8f示出了制造图7中所示的压力传感器封装体500的方法的一个实施例。

在图8a中,例如以引线框架的形式提供压力传感器封装体500的衬底104和引线120。使用任何标准的芯片附连工艺(诸如焊接、粘合等)将逻辑芯片102附连到衬底104。将逻辑芯片102附连到衬底104,使得逻辑芯片102中的开口302与衬底104中的开口114对准。

在图8b中,将焊线122在一端连接到逻辑芯片102的电触点116,并在相反端连接到引线120。焊线、带、金属夹等可以用于形成这些连接。

在图8c中,封装体组件在模制工具中模制。设计模制工具,使得开口通道126在模制化合物124中形成,该开口通道与逻辑芯片102中的开口302和衬底104中的开口114对准。压力传感器封装体的压力端口还由逻辑芯片102中的开口302限定。限定模制化合物124中的开口通道126的每个侧壁304延伸到并且终止于衬底104的附连有逻辑芯片102的表面104a处。因此,限定逻辑芯片102中的开口302的每个侧壁306由模制化合物124覆盖。还设计模制工具,使得所得到的预模制封装体组件在衬底104的与逻辑芯片102相反的一侧104b处具有位于模制化合物124中的空腔308。可以使用任何标准的模制工艺。

在图8d中,翻转封装体组件,并且将压力传感器106布置于先前在模制化合物124中形成的空腔308中,并且使用任何标准的附连工艺(例如焊接、胶合等)附连到衬底104的与逻辑芯片102相反的一侧104b。

在图8e中,将焊线118在一端连接到压力传感器106的电触点110,并且在相反端连接到引线120。可以使用焊线、带、金属夹等形成这些连接。

在图8f中,压力传感器106和连接到压力传感器106的电触点110的焊线118由硅胶128覆盖。硅胶128经受固化过程。在基于引线框架的衬底104的情况下,然后修整引线框架,并且如果需要可以弯曲引线120。或者,可以在逻辑芯片102和压力传感器106附连到衬底104的相反侧104a、104b并且在硅胶128被提供和固化之后模制封装体组件,例如如上面结合图2f所描述的那样。

图9示出了压力传感器封装体600的另一实施例。图9中所示的实施例类似于图7中所示的实施例。然而,不同的是,省去了压力传感器106的两个玻璃衬底130、138。因此,压力传感器106的半导体芯片134附连到衬底104的与逻辑芯片102相反的一侧104b,而不是附连到玻璃衬底。压力传感器半导体芯片134具有压电激活悬置膜136和凹陷区域137。压力传感器封装体600的压力端口还由压力传感器半导体芯片134的凹陷区域137限定,如上面结合图3所描述的那样。

为了便于描述,使用诸如“下方”,“之下”,“下部”,“之上”,“上部”等之类的空间相对术语来解释一个元件相对于第二元件的定位。这些术语旨在涵盖除了与图中所示的不同的取向之外的器件的不同取向。此外,诸如“第一”,“第二”等术语也用于描述各种元件、区域、部分等,并且也不旨在进行限制。类似术语在整个描述中指代相同的元件。

如本文所使用的,术语“具有”、“含有”、“包括”、“包含”等是开放式术语,其指示所述元件或特征的存在,但不排除额外的元件或特征。冠词“一”,“一”和“该”旨在包括复数以及单数,除非上下文另有明确指示。

考虑到上述变化和应用的范围,应当理解,本发明不受前述描述的限制,也不受附图的限制。相反,本发明仅由所附权利要求及其法律等同替换限制。

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