Mems压力传感器组件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明总体涉及半导体装置并且尤其涉及微机电系统(MEMS)压力传感器。
【背景技术】
[0002]由于由MEMS装置表现出的灵敏度、空间分辨率和时间分辨率以及低的功率要求，微机电系统(MEMS)已经被证明为各个应用中的有效的解决方案。因此，基于MEMS的传感器一一例如加速计、陀螺仪、声学传感器、光学传感器和压力传感器已经被研发用于广泛的各种应用中。
[0003]MEMS压力传感器通常封装在陶瓷或者预成型的封装中。陶瓷和预成型封装运行良好以容纳MEMS压力传感器。然而，对于一些传感器应用，这些类型的封装只不过太大。例如，封装可能限定超过可用于安装压力传感器的区域的衬底接触区域。而且，尤其是当引线键合用于将该封装电连接到电路/传感器时，封装可能超过传感器应用的高度限制。附加地，与一些其他的封装方法相比，陶瓷封装和预成型封装通常制造昂贵。
[0004]因此，为了使得MEMS压力传感器在更多的传感器应用中可用，值得期望的是，减小封装的尺寸和封装MEMS压力传感器的成本。
【发明内容】
[0005]根据本发明的一个实施例，传感器组件包括第一管芯(die)组件、第二管芯组件和导电构件。第一管芯组件包括MEMS传感器。第二管芯组件包括ASIC，所述ASIC构造用于产生对应于由MEMS传感器感测的压力的电输出。导电构件定位在第一管芯组件与第二管芯组件之间并且构造用于将MEMS传感器电连接到ASIC。
[0006]根据本发明的另一实施例，传感器组件包括第一管芯组件和第二管芯组件。第一管芯组件包括MEMS传感器。第二管芯组件包括ASIC，所述ASIC构造用于产生对应于由MEMS传感器感测的压力的电输出。ASIC电连接到MEMS传感器。第一管芯组件以堆叠的构造附接到第二管芯组件。
【附图说明】
[0007]通过参考下面的详细描述和附图，上述特征和优点以及其他特征和优点将对于本领域技术人员变得更加明显，在附图中:
[0008]图1是所述MEMS传感器组件的透视图；
[0009]图2是沿着图1的线I1-1I所取的横截面图。
【具体实施方式】
[0010]为了促进理解本发明的原理的目的，现在将参考附图所示的和在以下书面说明中描述的实施例。应理解，并非旨在限制本发明的范围。还应理解，本发明包括对所示实施例的改动和修改并且还包括如本发明所属领域技术人员通常会想到的本发明的原理的应用。
[0011]如图1所示，压力传感器组件100包括上管芯组件108、导电构件116、导电构件120、键合构件122和下管芯组件124。压力传感器组件100定位在衬底132——例如印刷电路板或者任何适合于安装电部件的其他衬底一一上地示出。
[0012]参考图2，上管芯组件108由硅形成并且包括MEMS压力传感器140。压力传感器140是电容式压力传感器，其限定腔172并且包括上电极180和膜片188，所述膜片188能够相对于上电极运动。膜片188优选由外延硅制成。
[0013]上电极180限定在上管芯组件108中并且通过对上管芯组件的一部分进行掺杂而形成。替代地，上电极180通过在上管芯组件108的衬底上方的绝缘薄膜上使用所掺杂的硅层而形成。上电极180的面积是大约0.01-1平方毫米(0.0l-1mm2)。电引线156将上电极180连接到导电构件116。
[0014]膜片188定位在由上管芯组件108限定的腔172之下。膜片188包括限定在其中的电极。膜片188的面积是大约0.01-1平方毫米(0.0l-1mm2)。膜片188与上电极180间隔开大约I微米(I μπι)。电引线164将膜片188连接到导电构件120。外延硅膜片188与电容式换能原理(principle)组合地使得与其他类型的压力传感器相比压力传感器140机械稳健。188的厚度是大约1-20 μπι。
[0015]压力传感器140的腔172通常处于或者接近真空；因此，该压力传感器是绝对压力传感器。在其他实施例中，取决于压力传感器组件100的操作环境以及其他因素，腔172处于不同于处于或者接近真空的压力水平。
[0016]导电构件116、120定位在上管芯组件108与下管芯组件124之间。导电构件116与导电构件120电绝缘。导电构件116、120将上管芯组件108电连接到下管芯组件124。为此，导电构件116被定位以与电引线156电接触，并且导电构件120被定位以与电引线164电接触。附加地，导电构件116、120与下管芯组件124电接触。导电构件116、120由焊料或者任何金属或导电材料形成。
[0017]键合构件122利用共晶键合方法使得上管芯组件108以堆叠构造在结构上连接到下管芯组件。键合构件122将上管芯组件108与下管芯组件124间隔开，使得腔196限定在上管芯组件与下管芯组件之间。在导电构件116、120与键合构件122之间的间隙204(见图1)使得腔196暴露到大气(或者暴露到包围压力组件100的流体)。应注意的是，在另一实施例中，上管芯组件108到下管芯组件124的、结构上的连接通过热压键合方法而实现。在又一实施例中，上管芯组件108到下管芯组件的、结构上的连接通过固-液互扩散键合或者通过金属焊接、胶合和/或利用焊球来实现。在又一实施例中，当形成压力传感器组件100时，键合构件122和导电构件116、120在相同的装配步骤期间施加到下管芯组件124(或者上管芯组件108)。
[0018]下管芯组件124由硅形成。下管芯组件124包括ASIC 212并且限定多个硅过孔220。ASIC 212通过导电构件116、120电连接到压力传感器140。ASIC 212产生对应于由压力传感器140感测的压力的电输出。如图1和图2所示，上管芯组件108的“覆盖区(footprint) ”大致等于管芯组件124的覆盖区。在另一实施例中，相比于下管芯组件124的覆盖区，上管芯组件108的覆盖区尺寸不同(小于或者大于)。
[0019]硅过孔220传送压力传感器组件100的电输出。附加地，硅过孔220可以从外部电路(未示出)接收电信号，诸如用于构造ASIC 212的信号。压力传感器组件100示出为包括这些硅过孔220中的三个，然而应理解的是，下管芯组件124包括与由ASIC 212使用的硅过孔相同多的硅过孔。
[0020]压力传感器组件100能够直接连接到衬底132而不安装在单独的封装中。这个安装方案通常称为裸-管芯安装/连接方案。由于压力传感器组件100不安装在陶瓷封装或者预成型封装中，所以压力传感器组件的制造成本通常小于与常规封装的压力传感器组件相关的制造成本。
[0021]如图2所示，焊球228用于将压力传感器组件在结构上和电方面连接到衬底132。焊球228在本领域技术人员已知的过程中定位以与硅过孔220电接触。
[0022]参考图1，压力传感器组件100限定长度L、宽度W和高度H。由于压力传感器组件100不安装在封装中，所以与其他封装安装的压力传感器组件相比压力传感器组件100表现出相对小的尺寸。特别地，压力传感器组件100的抵靠衬底132定位的接触面积小于大约2平方毫米(2_2)。接触面积(还称为“覆盖区”)等于压力传感器组件100的长度L乘以宽度W。附加地，压力传感器组件的高度H小于大约I毫米(Imm)。应注意，由于线键合不用于电连接压力传