专利名称：制造具有应力消除层的传感器装置的方法
制造具有应力消除层的传感器装置的方法
狀领域
本发明涉及一种用于制造具有緩冲层的传感器装置的方法。 背景絲
WO2006/114005描述了 一种》1^^*有 ^半"|^芯片上的敏感结构的传 感器装置的方法。该装置通过^it模塑法(transfer molding)进行封装。， 塑,过程中，模子的向内延伸部^#^于传感器的通道开口，緩沖层iM 在向内延伸部^^t感结构之间的芯片上。緩冲^M^敏感结构械向内延伸 部分破坏并踪铸塑壳体时充当密化
发明内容
本发明的一个目的在于提^"种以下类型的方法，所^法进一步简化制 itit程舰得能够制造出精确的装置。
该目的通ii^，JJNU的方法实现。相应地，緩冲层MM于芯片上的 电路的半导沐电子元件的至少4分，特别是非幾性和/或有源电子元件的至少
"半*电子元件"是利用材料的^#^性的电子元件。特别地，这种元 件包括晶体管和《=^1管，以及^^T其它具有pn结或MIS或MOS结构的元件。
"非线性，，电子元件是在fmx作^Hf下显示出非线性电压-电$; 性的元 件，例如J^l管或帯隙电路，例如，辆电阻器或导线: ^作是"非线性"电
子元件，狄因为在实际应用中^|门"常工作*下具有线性特性。
"有源"电子元件是对于输入信号显示出增益(尤其是功率增益)的元件， 例械大器或晶体管。
这种非幾Ii^有源;Wt常主妙到芯片中的才;i^力的影响，即，例如
在应变的情况下它们的电子挣I^tlt.通it^緩冲层至少部^tA它们，例
如由壳#芯片的不同热膨胀系4^斤引起的这种应变可城小。因此，緩沖层具有两个功能。
一方面，在铸塑壳体时，它作为对上ii^子 的突出部分的密封，并作为，使得不受模子的突出部分的影响。另一方面， 它作为集成电路的半"IM^元件的至少^分(尤其是非线性和/或有源元件的至 少"^分)与壳^t间的应力消除层。
代#/捐单独的应力#^^1#^^^力#^^，本发明利用緩冲层 作为应力#^并且也作为模塑过程中的#^和密封，这简化了制造ii^呈，同 时使得能够制造出精确的装置。
有利地，緩冲层可,狄于絲晶体管、^l管以A^i胃的带隙电路。"帯隙 电路"是取决于芯片中所用的半"f^t料的带隙而产生电压的电路。这种电路的
典型例子;ii^电压源柄显度传感器。
^^4权利要求和下面的说明中描述了^W益的实施例，其中说明书涉 及附图。其中
图1示出了在传感器制itit程中的第一步(> ^口缓冲层之前)；
图2示出了第二步(^^口緩冲^Jgr);
图3示出了第三步(^冲层构造^ )，
图4示出了第四步(在晶片切割并将芯片;^a到引^^Ji^)，
图5示出了第五步(在铸塑之前)，
图6示出了第六步(MJ^i子之后)，
图7示出了絲电压;^器桐^^1传感器，以及
图8为RC振荡器。
下面，参照图1到6描述才M^本发明的制iiit程的实施例。 在第一步中，多^#感芯片被同时制^晶片l上。图1详细示出了# 芯片5。 ^N芯片可以是例如US6690569中描述的^1传感器。或其可以是具
有敏感结构2和絲于其上的电子电路3的^r^y^型的传感器。敏感结构
2可以是例如^下层电极的湿度传感器的聚^7膜，如US6690569所述。电 路3可以例如包^^^Uc器，^^Ult字转换器和数字处理电子电路。进一步，提供结合区4以将电路3连接到结合线。
在下一步中，緩沖层6^i口到晶片l上。有利地，緩冲层6为^ft繊 剂，例如美国MicroChem公司的SU-8。 ^^itiy^剂絲为緩冲层6具有 容易对其进##7造的优势。
为了至少部分^MM^感结构2的位置和结合区4的位置移,冲层6，如 图3所示，通itt^对緩冲层6进4沐l在切割晶片l前，可以^^亍^匕为 止的所有步骤。
，将晶片1切割成芯片5，并且将多个芯片5以已知的方i(^于引 ^f匡7上，如图4所示。芯片5可以例如丰i^到引^f匡7。结合线8安絲结 合区4和引對匡7的引线7a之间。
在下一步中，引錄f匡7^i^包含盖8和M9的才莫子中。模子P艮定出 将孚皮硬^##^真充的内部空间10。盖8具有延伸到内部空间lO的部分ll。定 位部分ll并确定其尺寸，4吏得当才莫子^^上时，它沿着^t感结构2的周围紧靠緩 冲层6，从而在敏感结构2上形成密封腔12。
如图5所示，可以^^I箔片辅助模塑i^呈。在该过程中，膜14^tE^^子 8， 9面向内部空间10的"HS3!l的至少-"tp分上。膜14可以是例如厚度在50到 100戶之间的ETFE膜。这种膜的^it的例子是Nowofol, Siegsdorf (德国) 的Nowoflon ET6235J或日本Asahi Glass Co.的Fluon。该箔片4Mt^^^差， 减少模子的磨损并X^4^t过程4^使模子移除简化。翻以地，基底9可以由 ^fl箔片形成。合适的辦箔片例如为日本扭techi Chemicals的RM4100。
在下一步中，将硬4W"料引A^模子中以痴满内部空间10。
^N"料至少部分硬化以形i^A和/或包围芯片5的封絲壳体16后，将 模子8， 9移除，从而形成图6所示的实质上完成了的^i:,可以看到， 形成了连^t感结构2与^j:周边的itii开口 15,
#^本发明，緩沖层6被形成为使得它M电路3的^^电子元件的至
少^p分，以保护它们不受才;i^应力(例如应变)的影响。
为了M塑及^的i^呈中提供狄的^^保护，并且为了i^i^莫塑过 程中损害敏感结构2， ^^层6具有下面的棒性是有利的
-它的高^该足以防0^14在模塑^中接触敏感结构2。有利地，緩沖 层6的高度为至少10戶。
7-它应该有足够弹性以^^莫塑雄中形成狄的密封并且能够适应外壳16 和电辭科芯片5之间的相对移动。特别地，它应该比絲的;^在半* 芯片上的^J^ (尤其是SiN和Si02)更有弹性。特别地，緩冲层6应该絲 小于10Gpa的杨氏模量，这明显小于SiN的杨氏模量(>150Gpa)和Si02的杨 ,量(>70Gpa)。
有利地，緩冲层6为(或包括)树脂体系(例如环氧)，尤其;Ut可构造树 脂体系，使得它可以被简单地构造。已经发现，树脂体系与经常用于注模的半 科装置封装的材W调。
可选糾，緩冲层6还可以是或^^'hH^(比如^^)， ^ti^胺。 如^冲层6不Aitit皿剂，可以例如在它的顶部iM单独的光致皿剂层， 然后可以对其进^^J造，以形成用于lt^^斤需位置^^緩冲层的掩膜。
可选糾，緩冲层6也可以利用印刷^MUM^0，所述印刷^L^例:K織
印刷或丝网印刷，尤其錄冲层6为^^m时，^A如此。
正如所彬ij的，緩冲层6不仅倾于 塑过程中对部分11提供密封，它 还旨电路3的半导体电子元件的至少一^P分不^变影响。有利地，它被构 柳吏得其实质Jia^电路3的沐
i^l&于以下的魏，即 ^力强烈影响半科电子元##性，然而同 时，緩冲层6不仅可用作模子的部分ll的接)l^面，而JLii作为应力消除层。
更有利地，緩冲层6"^X^下面的元件上
a)晶体管和/或^l管；
b雄拟电路，例: ^诚大器，相对于数字电路，模拟电路>^5^应变下 更容易紋絲性；
c) 振荡器—尤其是其频率由絲的元^Ht性决定的振荡器，这例如是环形 振荡器和RC振荡器的情况，RC振荡器的一个例子示于图8中；
d) 带隙电路，尤其^U^电压;^器和温度传感I！-iUt为M电^^
生器和JSJL传感器的带隙电路的实施例在图7中示出，械出VI处可获得恒 定的基准电压，并JIJ渝出VI和V2之间的电压差为温度的量度。
权利要求
1.一种传感器装置的制造方法，所述传感器装置具有带集成敏感结构(2)和集成电路(3)的芯片(5)，并且其中所述电路(3)包括半导体电子元件，尤其是非线性和/或有源电子元件，所述方法包括以下步骤将围绕所述敏感结构(2)的缓冲层(6)集成到所述芯片(5)的表面上，提供模子(8，9)，所述模子(8，9)限定出内部空间(10)并且具有延伸到所述内部空间(10)内的部分(11)，将所述芯片(5)放入所述模子(8，9)中，使得所述部分(11)紧靠所述缓冲层(6)，将硬化材料引入所述模子(8，9)中以在所述芯片(5)上铸造壳体(10)，在所述材料至少部分地硬化后，移除所述部分(11)，由此形成延伸到所述敏感结构(2)内的通道开口(15)，其特征在于所述缓冲层(6)覆盖所述半导体电子元件的至少一部分，尤其是所述非线性和/或有源电子元件的至少一部分。
2. d^'澳求1所述的方法，其中所,沖层(6) M所述絲电路(3)的至少一个晶体管和/或^l管。
3. 如前ii^U，J^求中的^^项所述的方法，其中所述ll^电路(3) ^fe模拟电路(3)，并且其中所ii^冲层(6) ;tA所，以电路(3)的至少,
4. :^'漆求3所述的方法，其中所ii^沖层(6)至少^A所i^莫拟电路(3)的放大器。
5. 如前ii^U，J^求中的^项所述的方法，其中所^沖层(6)^振荡器的至少-~^,
6. 如前5^，洪求中的^-"项所述的方法，其中所微沖层(6)絲至少一个带隙电路。
7. 如前i^5U'j^求中的任一项所述的方法，其中所it^冲层(6);t^准电压发生器的至少4分。
8. 如前i&^矛J^求中的^—项所述的方法，其中所微冲层(6)絲温>1传感器的至少-~^分。
9. 如前^y^'J^求中的^r-项所述的方法，其中所微冲层(6)具有至少10;/w的高度，
10. 如前i^M'J^求中的^^项所述的方法，其中所舰冲层(6)包树脂体系。
11. :H5U'漆求10所述的方法，其中所述树脂为^tt的，并J^it过孩统
12. 如前i^M'虔求中的任一项所述的方法，其中所ii^冲层(6)包括光致皿剂并^过 ^#造，和/或其中所m冲层(6)通过印刷才ibm ，尤其是通it^ll印刷或丝网印刷iM^口。
13. 如前i^'JJ^求中的^"项所述的方法，其中所ii^沖层(6)比SiN和说02更有弹性，并且特别地，其中所微冲层(6)的杨^i量小于10GPa'
14. 如前i^M'J^求中的^^项所述的方法，其中所述芯片(5)从晶片上士/7t'j，并JL^中多个所述芯片(5)被^^制it^朴晶片(l)上，船所述晶片(1)被切割i^斤述芯片(5),并狄中在^t'!所述晶片之前所ii^冲层(6)^^到所述晶片上。
15. M^'决求14所述的方法，其中在^t'〗所述晶片之前，通it^所述敏感结构(2)的位1^少部^#多除所^冲层(6)，在所述晶片Ji^it^斤述緩冲层(6)。
16.如前i^'J^求中的任"项所述的方法，其中所述芯片(5)被"&J^引^f匡(7)上，并iUi所述引^^ (7)上被安^i^斤i^莫子(8, 9)中。
全文摘要
提供一种封装具有集成到半导体芯片(5)上的敏感结构(2)的传感器装置的方法。当模塑该装置制装时，模子的向内延伸部分(11)保持对于传感器的通道开口。缓冲层(6)设置在向内延伸部分(11)和敏感结构之间的芯片上。缓冲层(6)保护敏感结构(2)不受向内延伸部分(11)的损害并且用作模塑壳体时的密封。缓冲层(6)还覆盖集成到芯片(5)上的电路(3)的半导体电子元件的至少一部分。通过覆盖这些元件，例如由封装与芯片的不同热膨胀系数引起的机械应力可被减小。
文档编号H01L21/56GK101667548SQ20091017337
公开日2010年3月10日 申请日期2009年8月11日 优先权日2008年8月11日
发明者F·布雷姆, R·胡梅尔, W·亨齐克 申请人:森斯瑞股份公司