用于恶劣媒介应用的半导体传感器组装件的制作方法

本发明涉及半导体传感器设备的领域，更具体地涉及适于用在腐蚀性环境(例如，机动车引擎的废气环境)中的半导体传感器组装件及其制造方法。

发明背景

半导体传感器(例如，用在适度温度和/或压力下的水中或空气中的压力传感器)在本领域中是已知的。

例如从1979年公布的gb1547592a中知晓了第一类型的这样的压力传感器。通常，此类传感器包括具有打薄部分(被称为“薄膜”或“隔膜”)的基板，在该薄膜上布置压敏电路，例如包括四个压阻元件的惠斯通电桥。这一基板通常还包括与压敏电路的节点(例如，用于用电压或电流来偏置电路的两个供电节点以及用于感测指示流体施加在薄膜上的机械压力的电压的两个输出节点)电接触的四个接合焊盘。压力传感器有两个变型：绝对压力传感器和相对压力传感器。这两者在本领域中是已知的，并且因此在这里不需要作进更详细描述。

尽管半导体压力传感器的基本原理自从1979年以来大部分保持不变，但存在若干方向上的持续且正在进行的发展，例如在同一管芯上添加诸如用于补偿偏移的机制和/或数字读出电路系统之类的附加功能，或者使得压力传感器适用于恶劣媒介。

第二类型的这样的传感器是可被用于例如基于测得的红外频谱提取与流体或气体的化学组成有关的信息的红外传感器。

使传感器组装件适于恶劣环境是一个挑战。现有解决方案可例如在us7992441(b2)和us2009218643(a1)中找到。

在us2007052047(a1)中，提出了基于钽或钽合金的解决方案。

美国专利us8299549描述了具有经由互连线与欧姆触点相接触的至少一个贵金属层的层结构。

总是存在改进或替代的余地。

技术实现要素：

本发明的各实施例的目标是提供一种适于测量气体(例如，来自机动车的废气)的特性(例如压力或红外频谱)的传感器组装件以及提供制造这样的传感器组装件的方法，该气体包含腐蚀性组分，其中该组装件是如下类型的：它包括单独的传感器设备(以第一技术制成)和电连接到所述传感器设备的单独的处理设备(以不同于第一技术的第二技术制成)，并能够承受恶劣环境。

本发明的各实施例的优点是这样的传感器组装件甚至在具有裂隙或裂缝的情况下也具有降低的腐蚀风险并由此具有改善的寿命。

本发明的特定实施例的优点是这样的传感器组装件比现有解决方案更紧凑。

以上目标是通过根据本发明的各实施例的半导体传感器组装件和制造这样的半导体传感器组装件的方法来实现的。

在第一方面，本发明提供了一种用于腐蚀性环境(例如，机动车引擎的废气环境)中的半导体传感器组装件。该传感器组装件包括：

包括某一材料的至少一个第一接合焊盘的处理设备，该材料可被腐蚀性环境(例如，废气环境)中的腐蚀性组分(例如废气)所腐蚀，

包括至少一个第二接合焊盘的传感器设备，所述第二接合焊盘包括第一抗腐蚀材料和/或被所述第一抗腐蚀材料覆盖；以及

用于作出所述处理设备的所述至少一个第一接合焊盘与所述传感器设备的所述至少一个第二接合焊盘之间的信号连接的至少一个接合线。

所述处理设备由第二抗腐蚀材料(例如抗腐蚀塑料材料)部分地二次注塑，并且部分地暴露到抗腐蚀材料的腔。传感器设备存在于所述腔中。此外，重分布层被提供以使所述处理设备与所述传感器设备之间的信号连接能被物理地在所述腔中完成，同时所述第二抗腐蚀材料覆盖所述至少一个第一接合焊盘。

所述传感器设备可以是只包括诸如压阻之类的无源组件的分立式压力传感器。压力传感器可包括可弯曲薄膜以及连接到多个所述第二接合焊盘的压敏电路。

所述处理设备可以是cmos芯片，例如具有至少一个铝焊盘和/或至少一个铜焊盘。

使用封装处理设备的一部分的封装(例如，塑料封装)的优点是它防止处理设备的该部分暴露到腐蚀性流体。具体而言，例如，处理设备的易受腐蚀性环境(例如，废气环境)中的气体和/或元素的腐蚀的各部分(诸如接合焊盘和通孔)可被第二抗腐蚀材料覆盖。该抗腐蚀材料例如可以是基于环氧树脂的无卤素“传递模塑复合物”，但也可使用其它合适的塑料材料。换言之，模塑复合物(例如，模塑料复合物)提供附加保护以使传感器组装件对恶劣环境更加稳健。

在本发明的各实施例中，重分布层可包括焊盘金属化(opm)或由焊盘金属化组成。焊盘金属化可包括第三抗腐蚀材料。它可具有包括近端部和远端部的形状，远端部位于距近端部的预定距离处且经由中间部连接到近端部。近端部可具有便于覆盖所述至少一个第一接合焊盘的形状。

当竞争者集中于在可被诸如废气等腐蚀性组分所腐蚀的材料的接合焊盘(例如，铝或铜焊盘)的顶部上添加附加金属层(这需要非标准工艺和附加掩模以及多个层)或将处理芯片从腐蚀性环境移开时，本发明的发明人得出以下概念：将处理设备移动得更接近传感器设备；以及例如使用电镀在焊盘上添加重分布层，例如焊盘金属化层；以及通过抗腐蚀封装来封装处理设备(例如，cmos芯片)的一部分以及重分布层的一部分(例如，opm的近端部和中间部的一部分)。以此方式，腐蚀性粒子需要遵循以到达可受诸如废气等腐蚀性组分所腐蚀的材料的接合焊盘(例如，铝或铜焊盘)的扩散路径的长度被增加。

在本发明的各实施例中，接合线可具有连接到焊盘金属化的远端部的第一端以及连接到传感器设备的至少一个第二接合焊盘的第二端。接合线可包括第四抗腐蚀材料。

因为接合线和重分布层(例如opm)由抗腐蚀材料制成，所以其一个部分可被暴露到腐蚀性(例如废气)流体，而另一部分可由抗腐蚀材料(例如，塑料)封装。由此，“恶劣世界”与“非恶劣世界”(例如，“cmos世界”)之间的转变在中间部上发生，而不是如现有技术解决方案中的在cmos芯片的接触接口处发生。

优点是对封装(例如塑料封装)进行模塑是非常成熟的工艺并且是非常适合消费性和机动车工业两者中的大规模生产。

使用分立或单独的传感器以及分立或单独的处理芯片是有优势的，因为这允许对传感器和处理设备使用不同的技术，因此每一者都能取决于所预想的应用或环境来单独生产和优化。

重分布层(例如，焊盘金属化)可通过溅射或通过电镀来被施加。使用电镀层，从而可被诸如废气等腐蚀性组分所腐蚀的材料的接合焊盘(例如，铝或铜焊盘)的顶部上的相对厚层(而非仅仅薄涂层)，是有优势的，它在引脚孔或裂缝的情形中也提供适当的保护。优选地，重分布层(例如opm层)不包含ti。

通过将传感器设备布置在处理设备之上或直接相邻处理设备而没有任何中间对象，可以提供紧凑布置。紧凑性是高度合乎需要的，不仅针对成本原因，而且因为校准更小的传感器组装件是有利的。诸如压力传感器等传感器必须以不同的压力和温度单独校准，例如以供确定对于每一单独传感器通常是不同的偏移值和/或敏感性值。由于传感器的热质量被减小从而允许设备上的更快的温度设置，因此具有更紧凑的设计允许加速校准工艺，例如以最大每次测量1秒的数量级。或者换言之，对于给定时间，可取得更多的测量点，由此能提高准确性。

如果需要，不仅传感器组装件的顶侧被覆盖或封装有第二抗腐蚀材料(例如，塑料材料)，而且底侧也覆盖有。如果基板例如由铜制成，则这尤其相关。但在其中腐蚀性组分(例如，废气)没有到传感器组装件的底侧的接入的应用中，用抗腐蚀材料(例如，塑料材料)保护底侧可以省略。

在一实施例中，所述第一抗腐蚀材料和/或所述第三抗腐蚀材料和所述第四抗腐蚀材料是从以下备选之一单独地选择的：贵金属；只有金；只有铂；只包括au和pt的混合物；含au或pt的合金。

在一实施例中，第一抗腐蚀材料可以是第一贵金属，且第三抗腐蚀材料可以是第二贵金属，并且第四抗腐蚀材料可以是第三贵金属。第一贵金属和第二贵金属以及第三贵金属可以是一种相同的贵金属，但这不是绝对必须的，并且第二贵金属可以不同于第一贵金属且第三贵金属可以不同于第一和/或第二贵金属。

在一优选实施例中，第一和第二和第三贵金属是金。

在另一优选实施例中，第一和第二和第三贵金属是铂。

金和/或铂是高度抗腐蚀的材料，并且是优异的导电体。用金线接合是标准的且非常成熟的工艺。

在一实施例中，传感器设备被安装在基板顶部上且相邻于处理设备。

在一实施例中，传感器设备位于处理设备顶部上。

这一布置允许传感器设备位于形成在二次注塑封装(例如，塑料封装)的腔中，并且处理设备被布置成部分地位于该腔内部或之下。

在一实施例中，半导体传感器组装件进一步包括重分布层(例如，焊盘金属化)顶部上的钝化层，例如由sin制成。

附加钝化层(例如，由sin或聚酰亚胺或pbo制成)更大地改进了抗腐蚀性。

在一实施例中，半导体传感器组装件还包括施加在传感器设备顶部上的腔中的凝胶。

在传感器设备(例如，压力传感器)的顶部上提供凝胶是有优势的，因为这防止任何碎片、灰尘或湿气直接接触传感器。该凝胶还向第一接合线提供了机械保护，并且其将接合线与例如湿气电隔离和机械隔离。合适的凝胶例如是基于硅胶的凝胶或氟胶，但也可使用其它凝胶。

在本发明的特定实施例中，处理设备由第二抗腐蚀材料部分地二次注塑，并且进一步部分地暴露到第二抗腐蚀材料中的腔，传感器设备被提供在该腔中并且该腔充满凝胶。

如果处理设备的由可被诸如废气等腐蚀性组分所腐蚀的材料制成的所有接合焊盘(例如铝或铜焊盘)位于处理设备的由第二抗腐蚀材料二次注塑的那一部分中，以使得这些接合焊盘中没有一者是在腔(无论是否填充有凝胶)中可达的，则这是特别有利的。

在一实施例中，半导体传感器组装件包括基板，由此基板是引线框架。

基板可以是例如铜引线框架，或者可由另一材料制成。

在一实施例中，处理设备还包括经由第二接合线连接到基板的第三接合焊盘，第二接合线也通过第二抗腐蚀材料来被封装。

第二接合线可由与第一接合线相同的材料制成。优选地，这些接合线由金或铂制成。

在一实施例中，处理设备是cmos芯片，并且传感器设备以与cmos芯片不同的技术制成。

cmos是选择用于大量生产的技术，尤其是在消费电子和机动车行业中。本文描述的组装技术允许生产组合这两个世界中的最佳者的异构传感器。对于实现控制单元而言，cmos技术是理想的另一不同技术可以例如是iii-v技术，或基于gaas或基于inp，但也可包括分立组件。

在一实施例中，cmos芯片包括微处理器和非易失性存储器。

这一组装件的优点在于能制造可数字地处理来自传感器的信号的“智能”传感器组装件。优选地，该集成电路包括用于存储例如特别校准数据(诸如偏移数据)的非易失性存储器。这一组装件能提供高度准确的数据。

在一实施例中，半导体传感器组装件具有小于5mm×10mm×8mm的外径尺寸，例如小于2.4mm×5.0mm×4.0mm、例如小于2.0mm×3.0mm×3.0mm、例如小于1.5mm×2.0mm×2.0mm。

根据本发明的实施例的主要优点在于该组装件的外径尺寸可以是芯片级的，这是极其紧凑的。这一组装件可被安装在几乎任何地方，而不明显地或显著地影响将被测量的流体的流动。

在一实施例中，传感器设备是绝对压力传感器或差分压力传感器或红外传感器。

压力传感器可包括布置在桥接电路或差分感测电路中的多个压阻元件，且桥接电路的节点电连接到第一接合焊盘。

具有薄膜(压阻被布置在该薄膜上、用电桥(例如，惠斯通电桥)连接)的压力传感器理想地适用于将甚至小压力变化转换成电压信号。

根据第二方面，本发明涉及根据第一方面的半导体传感器组装件用于测量腐蚀性气体(例如，机动车引擎的废气)的压力和/或组成的用途。

根据第三方面，本发明涉及一种制造半导体传感器组装件的方法。该方法包括下列步骤：

提供包括某一材料的至少一个第一接合焊盘的处理设备，该材料可被腐蚀性环境(例如，废气环境)中的腐蚀性气体(例如废气)所腐蚀。

提供包括至少一个第二接合焊盘的传感器设备，所述第二接合焊盘包括第一抗腐蚀材料和/或被所述第一抗腐蚀材料覆盖；

通过至少一个接合线作出所述处理设备的所述至少一个第一接合焊盘与所述传感器设备的所述至少一个第二接合焊盘之间的信号连接，

通过第二抗腐蚀材料将所述处理设备部分地二次注塑，所述处理设备因而被部分地暴露到所述第二抗腐蚀材料中的腔，

将传感器设备安装在所述腔中，以及

在将所述处理设备部分地二次注塑之前，提供重分布层以使所述处理设备与所述传感器设备之间的信号连接能被物理地在所述腔中完成，同时所述第二抗腐蚀材料覆盖所述至少一个第一接合焊盘。

优选地，没有ti被用于沉积重分布层opm。

优选地，该方法可包括在传感器设备的顶部上(例如在腔中)添加凝胶涂层的进一步步骤。

本发明的特别和优选方面在所附独立和从属权利要求中阐述。从属权利要求中的技术特征可以与独立权利要求的技术特征以及其他从属权利要求的技术特征适当地结合，而不仅仅是其在权利要求中明确阐明的那样。

本发明的这些以及其他方面从下文所描述的(诸)实施例中将变得显而易见并且将参考这些实施例来进行阐明。

附图说明

图1和图2分别在侧视图和俯视图中示出了本领域已知的压力传感器组装件。该组装件包括压力传感器以及分立处理板。

图3更详细地示出了在现有技术压力传感器组装件中图1的压力传感器如何连接到分立处理板。

图4和图5是如可以在本发明的实施例中使用的示例性分立式绝对压力传感器的示意性表示(侧视图和俯视图)，但本发明不限于该特定示例(例如，具有正方形横截面且具有四个接合焊盘)，并且也可使用其它绝对压力传感器。

图6和图7是如可以在本发明的实施例中使用的示例性分立式相对或差分压力传感器的示意性表示(侧视图和俯视图)，但本发明不限于该特定示例(例如，具有正方形横截面且具有四个接合焊盘)，并且也可使用其它相对压力传感器。

图8和9是如可在本发明的实施例中使用的具有铝或铜焊盘(例如，cmos芯片)的示例性处理设备的示意表示(在侧视图和俯视图中)，但本发明不限于处理设备的这一特定示例(例如，在顶部具有十一个触点)并且也可使用其他处理设备。

图10和图11示出与图8和图9中示出的处理设备相似的处理设备(在侧视图和俯视图中)，其中在所述处理设备的铝或铜焊盘中的至少一些上添加了焊盘金属化(在此缩写为“opm”)。在图10和图11中，所有焊盘在顶部都具有opm。这样的具有opm的处理设备可以用在本发明的实施例中。

图12示出根据本发明的一实施例的传感器组装件(在俯视图中)，包括与图4和图5中示出的传感器设备或图6和图7的传感器设备相似的传感器设备以及与图11中所示的处理设备相似的具有opm的处理设备。处理设备被安装在基板的顶部上，例如引线框架。传感器设备被安装在处理设备的顶部上。

图13在侧视图中示出与图12中所示的传感器组装件相似的传感器组装件(但出于说明的目的一些焊盘被移位)。

图14在俯视图中示出了图12中所示的传感器组装件的变型。处理设备被安装在引线框架的顶部上。传感器设备也被安装在引线框架的顶部上，与处理设备相邻。

图15在侧视图中示出与图14中所示的传感器组装件相似的传感器组装件(但出于说明的目的一些焊盘被移位)。

图16在侧视图中示出类似于图13中所示的传感器组装件的传感器组装件，其中在焊盘金属化的顶部上具有附加钝化层。

图17示出了根据本发明的一实施例的生产传感器组装件的方法。

图18更详细地示出了图17的各步骤之一。

这些附图只是示意性而非限制性的。在附图中，出于解说性目的，可将一些元素的尺寸放大且未按比例绘制。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。在不同的附图中，相同的附图标记指相同或相似的元件。

解说性实施例的详细描述

本发明将针对特定实施例且参考一些附图进行描述，但是本发明不限于此，而是只通过权利要求限定。所描述的附图只是示意性的而非限制性的。在附图中，出于解说性目的，可将一些元素的尺寸放大且未按比例绘制。尺寸和相对尺寸不对应于本发明实践的实际缩减。

此外，说明书中和权利要求中的术语第一、第二等等用于在类似的元素之间进行区分，而不一定要在时间上、空间上、以排名或任何其他方式描述某个顺序。应该理解，如此使用的这些术语在合适环境下可以互换，并且本文描述的本发明的实施例能够以除了本文描述或解说的之外的其他顺序来操作。

此外，说明书和权利要求中的术语顶部、下方及类似术语用于描述性的目的并且不一定用于描述相对位置。应该理解，如此使用的这些术语在合适环境下可以互换，并且本文描述的本发明的实施例能够以除了本文描述或解说的之外的其他取向来操作。

要注意，权利要求中使用的术语“包括”不应被解读为限定于其后列出的手段，它并不排除其他元素或步骤。由此其解读为指定所陈述的特征、整数、步骤或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤或组件，或其群组的存在或添加。因此，措词“一种包括装置a和b的设备”的范围不应当被限定于仅由组件a和b构成的设备。这意味着该设备的唯一与本发明有关的组件是a和b。

贯穿本说明书引述的“一个实施例”或“一实施例”意指结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。由此，短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”在贯穿本说明书的各个地方的出现并不一定全部引述同一实施例，但是可能引述同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，如本领域普通技术人员会从本公开中显而易见的，特定特征、结构或特性可以用任何合适的方式进行组合。

类似地，应当领会，在本发明的示例性实施例的描述中，出于精简本公开和辅助对各个发明性方面中的一者或多者的理解的目的，本发明的各个特征有时被一起编组在单个实施例、附图或其描述中。然而，这种公开方法不应被解读为反映所要求保护的本发明需要比每项权利要求中所明确记载的更多特征的意图。相反，如所附权利要求反映的，各发明性方面存在于比单个前述公开的实施例的全部特征更少的特征。由此，详细描述之后所附的权利要求由此被明确纳入该详细描述中，其中每一项权利要求本身代表本发明的单独实施例。

此外，尽管本文描述的一些实施例包括其他实施例中所包括的一些特征但没有其他实施例中包括的其他特征，但是不同实施例的特征的组合意图落在本发明的范围内，并且形成如本领域技术人员所理解的不同实施例。例如，在所附的权利要求书中，所要求保护的实施例中的任何实施例均可以任何组合来使用。

在本文所提供的描述中，阐述了众多具体细节。然而应理解，在没有这些具体细节的情况下也可实践本发明的实施例。在其他实例中，公知的方法、结构和技术未被详细示出以免混淆对本描述的理解。

在本文中，术语“处理芯片”和“处理设备”作为同义词来使用。

在本文中，术语“传感器芯片”和“传感器设备”作为同义词来使用。在本文中，参考了废气环境和废气。这绝不旨在是限制性的，而是本发明的各方面和实施例的应用领域的示例。

在本文中，术语塑料材料、二次注塑材料、模塑组分、第二抗腐蚀材料全部指同一事物。这些术语可被用作同义词。

本发明提供了一种用于腐蚀性气体环境(例如，机动车引擎的废气环境)中的传感器组装件，例如用于测量诸如机动车的废气等腐蚀性气体的绝对或相对压力的压力传感器组装件或者用于测量红外特性(例如，吸收或传输特性)的红外传感器组装件。这样的废气通常包含诸如亚硝酸盐离子之类的腐蚀性组分。在本文的其余部分中，本发明将只参考术语“废气”来解释，但本发明也对具有腐蚀性组分的其它流体有效。

在本领域内公知的是车辆的废气对于诸如例如铝或铜等金属是具有腐蚀性的，但这些金属通常被用于构建引线框架以及用于金属化半导体器件(尤其是cmos器件)。因此，在现有技术中提出了用于防止或减少腐蚀的技术。

图1和图2分别用侧视图和俯视图示出了从us2009/0218643(a1)知晓的压力传感器组装件100。该压力传感器组装件具有通过所谓的“端子”111(参见图3)连接到分立处理板133的两个压力传感器101a、101b。压力传感器101位于经由通道190与废气进行流体通信的腔中，而处理板133不暴露给或仅仅部分暴露给所述气体，且相对远离压力传感器。

图3示出现有技术压力传感器101包括传感器芯片102，该传感器芯片102被安装在玻璃基板107上且经由粘合剂109粘接到外壳108。传感器芯片在上面具有sin保护层104，在其中制造用于与压敏电路(未示出)电接触的开口。开口包含铝103，铝用tiw覆盖，进而用金涂层106覆盖。金涂层必须足够厚(“不小于0.5微米”)，这是非常厚的并由此非常昂贵。金涂层106然后经由金接合线114连接到所谓的端子110以用于与处理板133(参见图2)的电接触。端子110是多层堆叠，包括用ni层112镀覆的“基础材料”(大概是铝或铜)且该ni层用金层113镀覆。

本发明的发明人面临提供具有传感器设备和处理设备但具有降低的腐蚀风险(尤其是对处理设备而言)的传感器组装件的任务。

简言之，提供了传感器芯片(例如，压力芯片，或mem器件)和处理芯片(例如，具有铝焊盘、标准钝化层等的coms器件)。

为降低腐蚀风险，有以下概念：

i)通过将传感器芯片和处理芯片安装在单个基板(例如，引线框架)上来将处理芯片移动得更接近排气通道。将处理芯片移动得更接近腐蚀性环境是反直观的，因为越接近排气通道，腐蚀性组分或粒子的浓度越高。

ii)使用抗腐蚀材料的相对厚的电镀或溅射金属化(opm)，例如纯金层，使用至少0.6μm的厚度，例如至少0.8μm，例如至少1.0μm，例如至少2.0μm，例如至少2.5μm，例如至少3.0μm，例如至少4.0μm，例如至少5.0μm来覆盖处理芯片的铝接触焊盘中的一些或全部。这通常降低了粒子扩散穿过金层的风险。

为了能够使用电镀，需要按本领域已知的方式(例如，通过溅射)来提供所谓的“晶种层”。晶种层可包括若干层的堆叠，这在本领域中也是已知的。为了允许处理芯片与传感器芯片之间的通信，提供了接合线。因为这些接合线被暴露到废气媒介，所以选择抗腐蚀材料的接合线，例如由金或铂制成。

但发明人更进一步。在仔细考虑之后，发明人认识到铝焊盘的腐蚀能不仅通过粒子扩散穿过相对厚的金层(或引脚孔或其中的裂缝)来发生，还经由位于铝焊盘与厚金层之间的晶种层发生，并且得到以下进一步概念：

iii)使用合适的二次注塑(例如，塑料)材料将处理设备和opm的一部分二次注塑，同时留下传感器设备(或其至少一部分)暴露到废气。已发现，以此方式，为从塑料封装外部的环境到达铝焊盘的扩散路径的长度可被有效地增加。

尽管处理设备的封装(例如，使用塑料材料的cmos器件)在本领域中是已知的，但用于解决或改进腐蚀问题的上述特征的特定布置和组合不是微不足道的并且甚至是反直观的。

本提议违背了以下普遍概念：cmos芯片必须不位于与废气呈流体连接的腔之中或之下。

在一个实施例中，发明人得出以下进一步概念：将压力传感器堆叠在cmos芯片顶部，从而达到最终紧凑性。

这描述了本发明的底层概念中的一些概念。

注意，这一组装技术允许以cmos技术制造的处理设备连接到并非以cmos技术制造的传感器设备，换言之，以产生组合“这两个世界”的最佳者的混合或异构设备：以高度抗腐蚀的第一技术制成的传感器设备(例如，使用纯pt金属化)以及以cmos制成的处理设备，这是用于大量产品(诸如消费电子和汽车产品)的首选技术。

在描述根据本发明的传感器组装件的实际实施例之前，接下来将简要描述各单独组件：分立传感器设备(例如，压力传感器)和处理设备(例如，cmos芯片)。

图4和图5是如在本发明的实施例中使用的示例性分立绝对压力传感器20的示意性表示(侧视图和俯视图)。事实上，只示出了绝对压力传感器20的非常少的细节：基板22，该基板具有形成薄膜23(也被称为隔膜)的打薄部分以及与位于薄膜23上的压敏电路(未示出)连接的接触焊盘21。压敏电路可包括布置在惠斯通电桥中的四个压阻，但也可使用另一压敏电路。上述类型的压力传感器(具有薄膜和压阻结构)在本领域内是公知的，并因此无需在此进一步描述。

事实上，可使用任何压力传感器，只要对其暴露给流体(例如，废气)有足够的保护。这一保护例如可包括(本发明不限于此)(a)薄膜被保护层(诸如氮化硅)覆盖以及(b)例如由铝制成的电触点21用金覆盖且防扩散层(诸如tiw)在其间。其他传感器设备可包含例如仅pt金属化，或者可包括钽作为抗腐蚀金属。

图5所示的绝对压力传感器20具有四个接触焊盘21，但本发明不限于只具有四个接触焊盘的压力传感器，并且也可使用具有不止四个或少于四个接触焊盘21的压力传感器。在图5所示的示例中，接触焊盘21是线性对齐的，但对于本发明而言这不是必需的，且也可使用其它位置。

图6和图7是如可以在本发明的实施例中使用的示例性分立相对或差分压力传感器20’的示意性表示(侧视图或俯视图)，但本发明的实施例不限于该特定示例。以上提及的关于绝对温度压力20的每件事也适用于相对压力传感器20'，不同之处在于相对压力传感器20'的薄膜23'下的腔24'可以从后侧进入，而绝对压力传感器20的腔24不可从后侧进入。根据本发明的组装件的各实施例可以与如图4和图5所示的那样的绝对压力传感器20或如图6和图7所示的那样的相对压力传感器20'起作用，但也可对其它压力传感器起作用。

如上所述，本发明将对其他种类的传感器设备起作用，例如红外传感器设备，它通常具有对红外光透明的至少一个窗，但对于本发明而言，可以说该传感器被适当地保护(例如，通过一个或多个保护层)以防腐蚀性气体并且具有至少一个接触焊盘，该接触焊盘要以将进一步描述的方式来连接到处理设备。

图8和图9是示例性处理设备10(例如，cmos芯片)的示意性表示(侧视图和俯视图)。在下文中，术语“cmos芯片”有时将被使用来代替“处理设备”，但本发明不限于此，并且以另一技术制造的处理设备也可被使用，例如以iii-v技术制造的处理设备。

处理设备10可以是任何集成半导体器件，例如纯模拟或混合模拟和数字，并且可包括具有非易失性存储器等的可编程处理器。但处理设备的功能性或制造处理设备的技术不是本发明的主要焦点，除了处理设备10在其表面上包含铝或铜接合焊盘的事实之外。因此，图8和图10中只示出了处理设备的次要细节，即：半导体基板13和接合焊盘11、12。接合焊盘通常由铝制成，因此如果在没有保护的情况下被暴露给车辆废气，则它将腐蚀。

在图8和图9的示例中，处理设备具有十一个焊盘，但本发明不限于这一数目的焊盘以及图9中示出的特定布置，并且也可使用具有高于或低于十一的数目的焊盘的处理设备10。在图8和图9的示例中，焊盘被布置成三列，但这不是必需的，并且其它合适的布置也将起作用。

图10和图11示出与图8和图9中示出的处理设备相似的处理设备10'(在侧视图和俯视图中)，但其中在所述处理设备的铝焊盘11、12中的至少一些(但优选地全部)上添加了“焊盘金属化”(在此简称为“opm”)形式的重分布层。

根据本发明，焊盘金属化包括相对厚的抗腐蚀材料层，例如贵金属层，例如纯金。

优选地，这一层是经由电镀来施加的，这是公知技术，并且因此不必在此详细解释。可以说，通常首先晶种层15被施加在铝的顶部上，例如通过溅射。晶种层15充当粘合层，以及充当扩散势垒层，并且可包括tiw/au。贵金属是通过在晶种层的顶部上电镀来添加的。厚度为t的电镀层可例如是约1.0或约2.0或约3.0或约4.0或约5.0μm或甚至5μm以上。

但抗腐蚀材料也可按其他方式沉积，例如通过溅射。

如在图9到图11的示例中可看到的，具有附图标记12的铝焊盘具有完全覆盖铝焊盘的“正方形”焊盘金属化11，而具有附图标记11的铝焊盘具有带如下形状的opm：该形状不仅包括局部“正方形”形状(本文称为“近端部”18a)而且还具有位于距opm的近端部18a至少预定义距离“l1”的“远端部”18c。近端部18a和远端部18c经由“中间部”18b互连，在图11所示的示例中具有z形线，但这不是绝对必需的，并且opm的中间部18b也可以是直线。在所示示例中，远端部18c也可具有正方形形状以充当重分布焊盘16，如将进一步描述的，但这不是绝对必需的，并且也可使用其他合适的形状。

图12在俯视图中示出根据本发明的一实施例的传感器组装件30。图13在侧视图中示出与图12中所示的传感器组装件非常相似的传感器组装件，除了出于说明的目的将一些焊盘向内移位。除了这一微小差异之外，图12和图13可被认为是根据本发明的一实施例的传感器组装件30的俯视图和侧视图。

传感器组装件30包括基板33(例如，引线框架)和具有opm的处理设备10'(例如像图10和图11中所示的那样的cmos处理设备)和传感器设备20(例如，像图4和图5中所示的那样的绝对压力传感器)。具有opm的处理设备10'被安装在引线框架33的顶部上。在该示例中，传感器设备20被安装在处理设备10'的顶部上。

如可看到的，opm的远端部18c(称为重分布焊盘16)通过第一接合线34连接到传感器芯片20的焊盘21。这些接合线由抗腐蚀材料制成，例如贵金属或只包含贵金属的合金。

焊盘11中的至少一者经由第二接合线35与引线框架33的封装引脚31互连。这些接合线通常也由金制成，尽管它们没有被直接暴露，如进一步描述的。

如在深灰中指示的，抗腐蚀塑料复合物的二次注塑32按如下方式被施加：封闭至少焊盘11和其顶部上的对应opm17(例如，焊盘11上的正方形部分)，并且还用opm18的近端部18a以及还有opm18的中间部18b(例如，至少预定义距离“l2”)覆盖焊盘12。长度l2优选地大于100μm，例如大于200μm，例如大于300μm，例如大于400μm。充当重分布焊盘16的远端部18c没有被塑料复合物封装，即它们被暴露。这可通过合适形状的模塑复合物来容易地实现，例如通过在塑料中形成腔36以使得传感器设备20位于所述腔36中(在图13中更加可见)。模塑复合物32的重要优点在于腐蚀性粒子不能直接到达opm的近端部18a，而是在到达近端部18a并随后到达铝焊盘12之前首先必需扩散穿过模塑复合物32或穿过晶种层15。即使晶种层15(图10中示出)位于腔36(参见图13)中opm18各端之下，追随路径“p1”的腐蚀性粒子在到达铝焊盘12之前也将必需扩散至少通过预定义距离“l2”。通过增加这一距离“l2”，腐蚀速率可被极大地降低，并且因而产品的寿命可被极大地提高。

注意，即使在具有相对厚opm层(例如，至少2μm，例如约5μm)的处理设备10'的顶部上施加塑料复合物32的技术是简单的技术，这并不意味着各特征(即(i)将处理设备定位在传感器芯片附近以及在处理芯片的顶部上施加opm并将该芯片封装在塑料封装中)的组合是微不足道的。看起来大多数竞争者正在完全不同的方向上探索，即通过尝试找出直接在处理设备顶部上的更好保护层。

如上所述，图13可被认为是图12的传感器组装件30的侧视图，除了出于说明的目的一些焊盘12被移位。图13示出了以上描述的各元素在(与处理设备10'的平面正交的)高度方向上的相对位置。传感器组装件30具有基板33，例如包括管芯焊盘(在中间示出)的引线框架和图13的左侧和右侧上的多个封装引脚31。类似于图10和图11中描述的处理设备的具有opm17、18的处理设备10'被安装在基板33的顶部上，例如通过粘合剂或胶水。

如上所述，处理设备10'可以是具有铝焊盘11、12的cmos器件。在铝焊盘顶部上施加晶种层15(参见图10)。在晶种层15顶部上施加相对厚的贵金属层(例如，5μm金)来作为焊盘金属化(opm)17、18。这一焊盘金属化17的宽度“wo”通常比铝焊盘11的宽度“wp”大了约50％(每一侧25％)以完全覆盖铝焊盘。

回头参考图13，焊盘中的一些(即具有附图标记11的焊盘)只具有局部opm17，例如正方形的形式。焊盘11可经由第二接合线35连接到封装引脚31。这些接合线35被封装在模塑复合物32中，因此没有暴露到腐蚀性流体。

一些焊盘12具有带延长形状的opm18(还参见图10、图11以及图12)。opm18包括远端部18c(例如，正方形的形式)以及中间部18b(例如，直线或z形线的形式)和近端部18a。远端部18c可以用作重分布焊盘16。

回头参考图13，还示出了传感器设备20，例如绝对压力传感器或红外传感器，在上述示例中它们被安装在处理设备10'的顶部上并按任何合适的方式附连于其，例如通过焊接或胶合。传感器芯片20的焊盘21可经由第一接合线34电连接到重分布焊盘16，并且因而间接地连接到处理设备10'的铝焊盘12。

模塑料32被施加在铝焊盘11上的至少opm17上(参见图13的左侧和右侧)，并且施加在opm18的近端部18a和中间部18b的一部分上(至少在长度“l2”上)。距离“l2”越长，腐蚀性粒子在到达铝焊盘12之前需要沿扩散路径“p1”行进的距离就越长。当然，塑料复合物32的厚度“h”也应当足够大，因为腐蚀性粒子也可例如沿第二扩散路径“p2”行进穿过塑料复合物(在距离h上)到达opm18的底部，并随后在位于处理设备10'和opm18a之间的距离wo-wp(参见图12)上扩散穿过晶种层15以到达铝焊盘12。本领域技术人员借助于本公开可容易地找出值“l2”和值“h”的合适范围，例如通过试错。

如可在图13中看到的，可任选地，凝胶38也可被添加在腔36中，优选地是含氟凝胶。以此方式，来自废气的腐蚀性粒子与接合线34之间的直接接触可被避免，但这样的凝胶仍然允许感测压力。

图14示出了图12中所示的传感器组装件的变型。以上针对图12和图13的实施例描述的任何事物也适用于此，除了以下差异之外：(a)处理芯片10'的尺寸更小；(b)传感器芯片20'未被安装在处理设备10'的顶部上，而是安装在处理芯片10'附近，例如直接安装在基板33上；以及(c)基板33可任选地具有用于提供对传感器设备20'的流体接入的开口39(参见图15)。

图15可以认为是图14的传感器组装件30'的侧视图，除了出于说明的目的一些焊盘12被移位(以清楚地示出只具有近端部的opm17与具有近端部和远端部以及中间部的opm18之间的差异)。如可看到的，传感器芯片20'被安装在基板33上相邻于处理芯片10'。这一实施例理想地适用于构建具有相对压力传感器20'的传感器组装件。

在图14和图15的变型中，基板33不具有开口39，并且传感器设备20'可以是绝对压力传感器或红外传感器。可任选地存在凝胶38。

图16示出传感器组装件30"，它可被认为是图13中所示的传感器组装件的另一变型。主要差异在于在图16的传感器组装件30"中，附加钝化层40被置于焊盘金属化17、18的顶部上，例如包括聚酰亚胺或pbo(聚苯并唑)。接触开口41被提供以允许连接接合线34。这一附加钝化层40的重要效果在于它防止暴露晶种层15的端部以及它封闭了引脚孔。

虽然未示出，但这样的附加钝化层也可被添加到图15的实施例。换言之，附加钝化层40的存在与传感器的种类(例如，绝对或相对压力传感器或红外传感器)或传感器的布置(例如，在处理芯片的顶部或附近)无关。

上述传感器组装件，尤其是传感器设备被堆叠在处理设备顶部上的那些传感器组装件，提供了非常紧凑的传感器组装件。具体而言，设想了具有小于5mm×10mm×8mm的外径尺寸的封装，例如小于2.4mm×5.0mm×4.0mm、例如小于2.0mm×3.0mm×3.0mm、例如小于1.5mm×2.0mm×2.0mm。

图17示出了根据本发明的各实施例的生产传感器组装件的方法。该方法包括：

提供基板(例如，引线框架)的步骤171；

提供具有铝焊盘和在铝焊盘顶部上的opm17、18的处理设备10'的步骤172，所述opm包括第一抗腐蚀材料(例如，带有具有例如5μm厚度的金层的cmos芯片，所述金层是通过在铝焊盘11、12上溅射或电镀来沉积的)；

将处理设备10'安装在基板上的步骤173，例如通过焊接或通过胶合；

通过提供由第三抗腐蚀材料(例如，金)制成的线接合35来将处理设备10'线接合到基板的步骤174；

以上述方式(即，通过覆盖至少opm17以及通过覆盖opm18的至少第一部分18a和第二部分18b的一部分，同时留下用于安装传感器设备的空间(例如，开口或腔))将处理设备10'部分地二次注塑的步骤175；

提供以适于暴露到废气环境的技术制成的传感器设备的步骤176，例如具有合适的钝化层且具有由第二抗腐蚀材料(例如金或铂或钽)制成的焊盘；

将传感器设备安装在所述空间中或所述腔中的步骤177，例如安装在处理设备10'的顶部上(参见例如图13或图16)或相邻于处理设备10'(参见例如图15)，例如通过焊接或通过胶合；

通过提供由第三抗腐蚀材料(例如，金)制成的线接合34来将处理设备10'线接合到基板和传感器芯片的步骤178；

该方法可任选地包括在传感器设备20、20'的顶部上添加凝胶涂层的进一步步骤179。

如图18中解说的，提供处理设备10'的步骤172可包括以下子步骤：

提供181处理设备10，例如具有铝焊盘11、12的cmos器件；

可任选地在铝焊盘11、12的顶部上提供182晶种层15，晶种层可包括例如tiw/au；

通过溅射或通过使用第一抗腐蚀材料(优选地贵金属或由贵金属组成的合金)进行电镀来施加183焊盘金属化层opm17、18；

可任选地在opm18的顶部上添加184附加钝化层40(例如，聚酰亚胺)并制作开口41以用于允许接入到opm18。

opm层也可通过任何其他合适的技术来沉积，诸如例如通过溅射。

附图标记：

10：具有铝焊盘的处理设备(例如，cmos芯片)，

11：处理设备的接合焊盘(要由只具有局部部分的opm覆盖)，

12：处理设备的接合焊盘(要由具有局部+中间+远端部分的opm覆盖)，

13：处理设备的基板，15：晶种层，16：重分布焊盘，

17：焊盘金属化(只具有局部部分的opm)，

18：焊盘金属化(具有局部+中间+远端部的opm)，

10'：在铝焊盘顶部上具有opm的处理设备，

20：传感器设备(例如，mem)，21：(第二)焊盘，22：传感器设备的基板，

23：薄膜，24：传感器设备的腔，30：传感器组装件，31：封装引脚，

32：模塑料复合物，33：基板(例如，引线框架的管芯焊盘)，

34：接合线(在处理设备和传感器设备之间)，

35：接合线(在处理设备和基板之间)，36：模塑腔，

37：管芯附连(例如，胶水)，38：凝胶涂层，40：附加钝化层，

41：钝化开口(用于线接合)。