专利名称：具有不受约束的敏感裸芯的传感器封装组件的制作方法
具有不受约束的敏感裸芯的传感器封装组件本申请要求于2009年7月10日申请，名称为“SENSOR PACKAGE ASSEMBLY HAVING AN UNCONSTRAINED SENSE DIE”的 U. S.临时专利申请 No. 61/224，837 的优先权。因此 2009 年7月10日申请的U. S.临时专利申请No. 61/224，837通过引用并入本文。
背景技术：
本申请涉及传感器，并且更具体地涉及传感器封装。
发明内容
本申请涉及传感器，并且更具体地涉及传感器封装。在一些情况中，所提供的传感 器封装具有封装衬底，压力敏感裸芯有时利用适应顺从粘合剂被直接装配至封装衬底的表 面以实现有效地不受约束的敏感裸芯。在一些情况中，封装衬底可以包括被电连接至一个 或多个封装弓I线的一个或多个迹线和/或结合衬垫。该封装弓I线可以适用于表面装配传感 器封装至比如印刷电路板等的装配表面。该封装引线可被布置成帮助提供衬底和装配表面 之间顺从性的水平。
图Ia-If是示出了用于描述性的传感器封装的各种端口和通风孔构造的示意图；图2是示出了具有直接被装配至封装衬底的表面的压力敏感裸芯的描述性传感 器的侧面剖视图的示意图；图3是示出了描述性的传感器封装衬底，压力敏感裸芯，专用集成电路，接合线， 迹线导体(trace conductor)和引线的立体图的示意图；图4是示出了具有压力敏感裸芯，专用集成电路和装配于相同侧上的具有压力端 口的盖子的描述性传感器衬底的侧面剖视图的示意图；图5是类似图4的示意图，除了示出在衬底的与具有端口的盖子相对的侧面上的 敏感裸芯，专用集成电路和具有通风孔的盖子。
具体实施例方式存在对低成本高精度压力传感器的长期存在的市场需要。在历史上，高精度传感 器已经是复杂，制造昂贵的装置。具体地，对于基于压阻式硅压力敏感裸芯的传感器，制造商已经利用许多不同的 方法来使敏感元件与机械和热应力隔绝。已经使用了大的封装，恒温腔室以及最特别地使 用了敏感裸芯元件和基底衬底或者更大传感器的封装之间的隔绝层。这些隔绝层通常是牢 固地结合至硅敏感裸芯元件自身的下侧的一层或多层硅或玻璃。与敏感裸芯元件的结合通 常是玻璃熔合或阳极结合。特殊玻璃常常用于紧密匹配硅敏感裸芯的热膨胀。已经发现在一些情况中，敏感裸芯可被直接固定至封装衬底，没有任何中间隔绝 层，同时在正常应力条件下性能仍可接受。这可以提供用于所需部件的更小的封装设计以减小成本。传统的观点指出这种结构将提供“低精度”传感器。实际上，通过对整个封装 的细节的认真关注，已经发现直接固定敏感裸芯至封装衬底可以产生以更低成本制造的稳 定，高精度传感器。已经发现在一些情况中，可以使用更厚的氧化铝基陶瓷封装衬底，并且利用RTV， 硅酮，环氧树脂或其他合适的粘合剂将压力敏感裸芯可被直接附连或胶合至衬底。在一些 情况中，在敏感裸芯和封装衬底之间不提供中间隔绝层或衬底。通过整个封装的认真设计 可以最小化热和机械应力。在一些情况中，用于补偿的ASIC电路可在压力敏感裸芯旁边被 直接固定至封装衬底，并且可以使用直接的裸芯至裸芯的线接合以最小化封装尺寸和在更 大封装中出现的相关机械应力。陶瓷衬底自身可以相对于它的表面面积是厚的以便提高稳 定性。由塑料，聚酰胺，陶瓷或另一合适的材料制成的盖子可被附连至衬底的两侧上。不考 虑端口和通风孔，这些盖子实际上可以是相同或类似的尺寸和形状，并且利用每一侧上相 同的“覆盖区域”连接至衬底。可利用顺从(compliant)金属引线实现到封装的电连接，以 便最小化封装和装配表面，比如印刷电路板之间的装配应力。在一些情况中，传感器可以具有压阻式硅压力敏感裸芯，利用机载专用集成电路 (ASIC)针对传感器偏差，灵敏度，温度效应和非线性对该裸芯进行校准和温度补偿。该传 感器根据需要可被构造成测量绝对压力，压差和/或表压力。绝对版本可以具有内部真空 (或其他压力)参考，并且提供与绝对压力成比例的输出值。压差版本可以准许对敏感裸芯 的敏感隔膜的两侧应用压力。表压力版本和复合版本可以以大气压作参考，并且提供成与 相对于大气压的压力变化成比例的输出。在一些情况中，传感器封装的宽度和长度尺寸可分别为大约10mm，以及IOmm或 12. 5mm。材料可以包括高温硬塑料，陶瓷，聚酰胺或用于封装的盖子的其他合适的材料，氧 化铝陶瓷或用于封装衬底的其他合适的材料，以及硅酮，软或硬环氧树脂，硅酮环氧树脂， RTV或用于粘合剂的其他合适的材料。在一些情况中，封装衬底可以是96%的氧化铝，99% 的氧化铝，或其他合适百分比的氧化铝。可以预期，封装衬底可以根据需要是或包括其他合 适材料。电子部件根据需要可以由陶瓷，硅，玻璃，金，焊料以及其他合适材料组成。在一些情况中，传感器组件可以具有各种端口构造。图Ia示出了传感器10，该所 示传感器10具有盖子11和12，没有压力端口，但可以具有盖子11上的压力通风孔13。该 传感器可以具有也可以不具有盖子12上的压力通风孔13。图Ib示出了具有盖子11上的 轴向压力端口 14的传感器10。图Ic示出了具有盖子11上的径向压力端口 15的传感器 10。图Id示出了具有盖子11上的轴向压力端口 14和盖子12上的轴向压力端口 14的传 感器。图Ie示出了具有盖子11上的径向压力端口 15和盖子12上的径向压力端口 15的 传感器10。这些径向端口 15在相同侧上。图If示出了具有盖子11上的径向压力端口 15 和盖子12上的径向压力端口 15的传感器10，但是这些径向端口可以在相对侧上。各个端 口的组合可包含在传感器10中。图la，lb和Ie中的传感器10可以位于双列直插式封装 (DIP)中。图lc，Id和If中的传感器10可以位于单列直插式封装(SIP)中。DIP或SIP 可以用于图Ia到If中的端口构造，或者任何其它端口构造。传感器10可以位于另一类型 的封装中。图2示出了显现出压力敏感裸芯21，封装衬底22和ASIC23的描述性传感器10的 侧面剖视图。图3是示出了描述性的传感器封装衬底，压力敏感裸芯，专用集成电路，接合线，迹线导体和引线的立体图的示意图。可利用具有最佳厚度的粘合剂25，比如硅酮，RTV，硅 酮-环氧树脂，软环氧树脂或正常的或硬环氧树脂，将压力敏感裸芯21附连至封装衬底22的 侧面或表面24，其中最佳厚度产生裸芯21相对于衬底22的有效无应力约束。后两个粘合剂 可以更适用于高压传感器10 (例如超过200psi或14bar)。关于最佳厚度，粘合剂25的厚度 可以足够厚以将裸芯21适当地粘着至衬底22，但是也不是厚到妨碍裸芯21的结合或隔膜。在所述的例子中，在压力敏感裸芯21和封装衬底22的表面24之间不存在诸如玻 璃衬底的隔绝层或衬底。与敏感裸芯21和衬底22相比，粘合剂25可以相对薄。敏感裸芯 21和衬底22的温度膨胀系数可以是大约相同的，因为敏感裸芯21的材料是硅，并且封装衬 底22的材料是氧化铝陶瓷。不需要付出特别的努力来选择用于敏感裸芯21和衬底22的 彼此具有非常接近的温度膨胀系数的材料。敏感裸芯21和衬底22可以采用其它未于此陈 述的那些材料。需要指出，封装衬底22可以厚于典型和传统的封装衬底。封装衬底22可以具有例 如Imm的厚度和IOmmX IOmm的表面积。这将导致以平方单位为单位的面积与以单位为单位 的厚度的比率为100，或者以单位为单位的厚度与以平方单位为单位的面积的比率0.010。 衬底的面积_厚度比率可被认为等于或小于100平方单位每线性单位。敏感裸芯21可以具有形成在其外表面上的压阻式部件以检测敏感裸芯隔膜的挠 曲从而指示横过裸芯21隔膜的压力区别。压阻式部件可以以惠斯通电桥形式与其他检测 电路连接。敏感裸芯21的面向衬底22的表面可由封装衬底的表面24密封，或者它可以面向 贯通封装衬底22的孔26，如示出的。根据需要，该孔可穿过封装衬底22将待测压力传递至 敏感裸芯21的隔膜。 在一些情况中，ASIC23可以附连至封装衬底22，有时利用粘合剂27连接。在一些 情况中，粘合剂27可以具有与粘合剂25相同的成分，但这不是要求的。ASIC23可以是敏感 裸芯21和用于封装衬底22外部连接的连接器或端子32之间的电接口和补偿电路。敏感 裸芯21可以通过接合线28连接至ASIC23。ASIC23可以通过接合线29连接至封装衬底表 面上的迹线导体31。迹线导体31可以与连接器，引线或端子32连接。接合线28和29以 及迹线导体31可以减小敏感裸芯21，ASIC23和封装衬底22之间热和机械应力的传递。封 装衬底22的外部连接器，引线或端子32可以是可变的，从而吸收衬底22和例如可装配传 感器10的印刷电路板(未示出)之间的热和机械应力。图4是示出了传感器衬底22的侧面剖视图，该传感器衬底22具有压力敏感裸芯 21，专用集成电路23和盖子11，盖子11的压力端口 14与敏感裸芯21和集成电路23位于 衬底的相同侧。图5是类似图4的示意图，除了示出敏感裸芯21，集成电路23和具有通风孔13 的盖子12在衬底22的与具有端口 14的盖子11相对的侧面上。在本说明书中，尽管以另一方式或时态陈述，一些物质本质上可以是推测的或预 言性的。尽管关于至少一个描述性的例子已经描述了公开的机构或方法。基于阅读本说明 书，多个变型和修改将对本领域熟练技术人员显而易见。因此意图在于附加权利要求尽可 能宽泛地被解释，考虑到现有技术，以便包括全部这种变型和修改。
权利要求
一种压力传感器，包括封装衬底(22)；利用应力顺从粘合剂(25，27)直接附连至所述封装衬底的第一侧面的压力敏感裸芯(21)；电连接至所述敏感裸芯，并被附连至所述封装衬底的第一侧面的专用集成电路(23)；装配于所述衬底的第一侧面上的盖子(11，12)；以及用于将所述压力敏感裸芯(21)电连接至所述专用集成电路(23)的线接合(28，29)；以及其中所述封装衬底(22)具有小于100平方单位每线性单位的面积 厚度比率。
2.一种压力检测机构，包括 封装衬底(22)；利用应力顺从粘合剂(25，27)直接附连至所述封装衬底的第一侧面的压力敏感裸芯 (21)；电连接至所述敏感裸芯，并被附连至所述封装衬底的第一侧面的专用集成电路(23)； 装配于所述衬底的第一侧面上的第一盖子(11，12)；以及 装配于所述衬底的第二侧面上的第二盖子(11，12)。
3.权利要求2的机构，进一步包括附连至所述封装衬底(22)的应力顺从金属引线(32)；在所述封装衬底的第一侧上的迹线导体(31)电连接至所述金属引线(32)；用于将所述压力敏感裸芯(21)电连接至专用集成电路(23)的第一线接合(28，29)；以及用于将专用集成电路电连接至迹线导体(31)的第二线接合(28，29)。
4.权利要求2的机构，其中所述应力顺从粘合剂(25，27)包括硅酮材料，硅酮-环氧树脂材料以及环氧树脂材料 中的一个或多个；以及所述封装衬底(22)包括氧化铝陶瓷材料。
5.权利要求2的机构，其中所述第一和第二盖子(11，12)具有沿着所述封装衬底的相同覆盖区域；以及 所述第一和第二盖子(11，12)在形状和尺寸上对称，除了至少一个盖子(11，12)上的 压力端口或通风孔(13，14，15)。
6.权利要求2的机构，其中利用应力顺从粘合剂(25，27)分别将所述第一和第二盖子 (11，12)装配在所述衬底的第一和第二侧面上。
7.权利要求2的机构，其中所述封装衬底(22)具有小于100平方单位每线性单位的面 积-厚度比率。
8.权利要求2的机构，其中所述压力敏感裸芯(21)包括一个或多个惠斯通电桥压阻式 应力敏感元件。
9.权利要求2的机构，其中应力顺从粘合剂(25，27)是所述压力敏感裸芯(21)和所述 封装衬底(22)之间的唯一物质。
10.一种压力检测机构，包括封装衬底(22)；附连至所述封装衬底(22)的第一侧面的压力敏感裸芯(21)；以及其中利用应力顺从粘合剂(25，27)将所述压力敏感裸芯直接附连至所述封装衬底的第一侧面。
全文摘要
一种压力检测机构，具有压力敏感裸芯，可利用具有最佳厚度的粘合剂将裸芯被直接附连至氧化铝基衬底的表面。该粘合剂可以是应力顺从的，并且可以是硅酮，硅酮环-氧树脂，环氧树脂或任何其它合适的粘合剂材料的一个或多个。补偿和接口专用集成电路可被附连至封装衬底的表面。可利用接合线将压力敏感裸芯电连接至集成电路。可利用接合线将该集成电路电连接至封装衬底上的迹线导体，并且迹线导体可被连接至用于外部连接装配表面(例如印刷电路板)的应力顺从金属导体或引线。具有一个或多个压力端口或通风孔的硬塑料或类似材料的对称盖子可被附连至衬底的两侧。
文档编号G01L1/20GK101957245SQ20101027026
公开日2011年1月26日 申请日期2010年7月9日 优先权日2009年7月10日
发明者A·D·布拉德利, I·本特利, J·库克 申请人:霍尼韦尔国际公司