專利名稱：暴露焊盤背面壓力傳感器封裝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地針對壓力傳感器器件領(lǐng)域。在一方面中，本發(fā)明涉及具有用于生產(chǎn)用于汽車行業(yè)的低成本輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)的改進(jìn)封裝方案的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMQ壓力傳感
ο
背景技術(shù)：
微機(jī)電系統(tǒng)(MEMQ技術(shù)越來越多用來通過精密加工技術(shù)來在公共硅襯底上集成機(jī)械元件、傳感器、致動器以及電子裝置。例如，MEMS壓力傳感器可以用來在車輛正在移動的同時(shí)自動地測量汽車輪胎壓力，使得能夠向操作員通知輪胎是否未被適當(dāng)?shù)爻錃狻２贿m當(dāng)?shù)妮喬コ錃饪赡芤疠喬p壞，增加燃料消耗，降低車輛穩(wěn)定性和/或，如果輪胎爆破的話，則引起車輛事故。通過提供實(shí)時(shí)氣壓信息，車輛操作員能夠適當(dāng)?shù)鼐S持輪胎的氣壓并安全地操作車輛。然而，要在輪胎中放置壓力傳感器以監(jiān)視氣壓存在相當(dāng)大的技術(shù)挑戰(zhàn)，因?yàn)榉胖脗鞲衅鞯妮喬ブ械沫h(huán)境相當(dāng)苛刻且具有腐蝕性。為了針對腐蝕性環(huán)境進(jìn)行保護(hù)，為內(nèi)部輪胎壓力傳感器提供了各種涂層、密封劑或由各種彈性凝膠、聚合物或其它材料制成的隔膜，但是這些保護(hù)方案增加了制造此類傳感器的復(fù)雜性，導(dǎo)致增加成本、降低可靠性、損害離心機(jī)性能和/或降低測量氣壓的能力(例如，由于感測隔膜上的厚涂層的存在)。因此，需要克服諸如上述的本領(lǐng)域中的問題的改進(jìn)的壓力傳感器器件和制造方法。在參考附圖和下面的詳細(xì)說明來回顧本申請的其余部分之后，常規(guī)處理和技術(shù)的進(jìn)一步限制和缺點(diǎn)對本領(lǐng)域的技術(shù)人員將變得顯而易見。


當(dāng)結(jié)合以下附圖來考慮以下詳細(xì)說明時(shí)，可以理解本發(fā)明及其許多目的、特征和獲得的優(yōu)點(diǎn)，在附圖中圖1圖示了具有在傳感器封裝上沉積的保護(hù)性凝膠的傳感器封裝的側(cè)視圖；圖2圖示了圖1所示的傳感器封裝的頂視圖；圖3圖示了依照本發(fā)明的所選實(shí)施例的具有暴露焊盤背面壓力傳感器和頂面凝膠涂層的傳感器封裝的側(cè)視圖；圖4圖示了依照本發(fā)明的所選實(shí)施例的具有暴露焊盤背面壓力傳感器的傳感器封裝的側(cè)視圖；圖5圖示了圖3或4所示的傳感器封裝的頂視圖；圖6是適合于結(jié)合本發(fā)明的所選實(shí)施例使用的具有在管芯標(biāo)志中形成的通氣孔的示例引線框架的等比例頂視圖；圖7是具有與管芯標(biāo)志中的排氣孔對準(zhǔn)地安裝的背面壓阻式變換器 (transducer) (PRT)的引線框架配件的等比例頂視圖；圖8是在背面PRT管芯與引線框架之間實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線接合(wirebond)連接之后的引線框架配件的等比例頂視圖9是密封器件的等比例頂視圖，其中，用模制化合物來密封背面PRT管芯和引線框架，使背面PRT管芯上的壓力傳感器通過管芯標(biāo)志中的通氣孔暴露于環(huán)境。圖10是密封器件的等比例底視圖，示出管芯標(biāo)志中的通氣孔，通過該通氣孔，背面PRT管芯上的壓力傳感器向環(huán)境通氣；以及圖11圖示了描繪依照本發(fā)明的所選實(shí)施例的制備暴露焊盤背面壓力傳感器封裝的過程的示例流程圖。
具體實(shí)施例方式描述了用于制備和封裝具有通過在暴露管芯焊盤中形成的通氣孔直接暴露于環(huán)境的背面壓阻式變換器(PRT)的集成硅壓力傳感器的方法和裝置。在所選實(shí)施例中，背面 PRT管芯被附著于引線框架上的暴露標(biāo)志，使得PRT管芯的背面上的壓力傳感器隔膜通過暴露標(biāo)志中的通氣孔直接向環(huán)境通氣。借助于在PRT管芯的單晶硅背面上形成壓力傳感器隔膜，不需要在壓力傳感器隔膜上形成保護(hù)膜或凝膠，因?yàn)楸趁嫔系膯尉Ч枋窍鄬Ψ€(wěn)健的材料。另外，相對敏感的電路(例如，金屬線路等)在PRT管芯的頂部上，并且因此免受環(huán)境影響。暴露標(biāo)志和通氣孔的使用還消除了在模制期間使用中心銷來使傳感器暴露的需要， 從而降低了在制備期間使PRT傳感器破裂的可能性。雖然PRT管芯的底部在沒有保護(hù)性凝膠或涂層的情況下被暴露于環(huán)境，但可以用模制化合物或凝膠來覆蓋PRT管芯的頂部以便使用任何期望的封裝方案來針對環(huán)境進(jìn)行保護(hù)，包括但不限于QFN(方形扁平無引線)、 SOIC(小外形集成電路)、QFP(方形扁平封裝)或LGA(觸點(diǎn)柵格陣列)封裝。如將認(rèn)識到的，在PRT管芯的頂部上涂覆凝膠涂層提供了從模制化合物的應(yīng)力消除，但是如果PRT管芯能夠耐受模制化合物應(yīng)力，則不要求?，F(xiàn)在將參考附圖來詳細(xì)地描述本發(fā)明的各種說明性實(shí)施例。雖然在以下描述中闡述了各種細(xì)節(jié)，但應(yīng)認(rèn)識到，可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施本發(fā)明，并且可以對本文中所述的發(fā)明進(jìn)行許多實(shí)現(xiàn)特定的判定以實(shí)現(xiàn)器件設(shè)計(jì)師的具體目標(biāo)，諸如與工藝技術(shù)或設(shè)計(jì)相關(guān)約束(其對于不同的實(shí)現(xiàn)將不同)的符合性。雖然此類開發(fā)努力可能是復(fù)雜且耗費(fèi)時(shí)間的，但其將是針對受益于本公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員采取的慣例。例如，在沒有包括每個(gè)器件特征或幾何結(jié)構(gòu)的情況下，參考集成硅壓力傳感器和關(guān)聯(lián)封裝的簡化橫截面圖來描述所選方面，以便避免限制本發(fā)明或使本發(fā)明含糊難懂。另外，圖中的某些元件是出于簡單和明了的目的而圖示的，并且不一定按比例繪制。還應(yīng)注意的是，遍及本詳細(xì)說明，將沉積、移除或以其他方式處理某些材料層，以形成所描繪的集成硅壓力傳感器管芯和關(guān)聯(lián)封裝結(jié)構(gòu)。在下文未詳述用于形成此類層的特定過程的情況下，將針對用于以適當(dāng)?shù)暮穸瘸练e、移除或以其他方式形成此類層的對本領(lǐng)域的技術(shù)人員常規(guī)的技術(shù)。此類細(xì)節(jié)是眾所周知的，并且不被認(rèn)為是教導(dǎo)本領(lǐng)域的技術(shù)人員如何制造或使用本發(fā)明所必需的。現(xiàn)在參考圖1，示出了具有在犧牲(sacrificial)凝膠圓蓋22周圍的傳感器封裝上沉積的保護(hù)性凝膠M的傳感器封裝10的側(cè)視圖。壓力傳感器封裝10包括耐用殼體2， 其在測量用于汽車、化學(xué)、生物學(xué)或醫(yī)學(xué)應(yīng)用的壓力時(shí)保護(hù)壓力傳感器4免受在殼體2外面可能存在的腐蝕性環(huán)境的影響。例如，由于輪胎安裝膏、輪胎安裝和通用潤滑劑、輪胎拆卸流體、制動流體、脫脂劑、車輪清潔劑、礦物油、濕氣和/或輪胎內(nèi)部的其它污染物的存在， 輪胎內(nèi)部的環(huán)境對于壓力傳感器4的金屬和半導(dǎo)體組件而言可能是腐蝕性的。這些污染物可能損壞壓力傳感器4的操作，壓力傳感器4包括當(dāng)放置在腐蝕性環(huán)境中時(shí)可能被損壞的金屬和半導(dǎo)體組件。將壓力傳感器4放置在耐用殼體2的內(nèi)部室內(nèi)幫助保護(hù)壓力傳感器4 免受腐蝕性環(huán)境影響。如所描繪的，用粘性材料10將壓力傳感器4安裝到耐用殼體2的底部凹陷8。耐用殼體2還包括與壓力傳感器4相鄰的支架對12，其支撐從內(nèi)部室延伸通過耐用殼體2并進(jìn)入外部環(huán)境以便與外部電路通信的多個(gè)電引線14。另外，耐用殼體包括機(jī)械地支撐配合在內(nèi)部室內(nèi)的帽結(jié)構(gòu)(未示出)的帽表面20。電引線14通過導(dǎo)線16被電耦合到壓力傳感器，諸如通過將導(dǎo)線16熱超聲地接合到傳感器4的管芯上的電引線14和接合焊盤18。雖然能夠用對外部腐蝕環(huán)境具有抵抗力的材料來制造耐用殼體2，然而，導(dǎo)線16、接合焊盤18 和電引線14易受來自存在于外部環(huán)境中的腐蝕性顆粒的腐蝕。在已經(jīng)將壓力傳感器4、電引線14、導(dǎo)線16和接合焊盤18固定到耐用殼體2之后，將犧牲凝膠圓蓋22放置在壓力傳感器4上以直接覆蓋傳感器隔膜觀(圖2所示)。在形成犧牲凝膠圓蓋22之后，在耐用殼體2的內(nèi)部室內(nèi)分配保護(hù)性凝膠M至使得其覆蓋電引線14、接合焊盤18、以及導(dǎo)線16的深度。保護(hù)性凝膠M的功能是針對可能穿透耐用殼體2和通氣帽結(jié)構(gòu)而到達(dá)內(nèi)部室內(nèi)的腐蝕性顆粒而形成用于電引線14、接合焊盤18、以及導(dǎo)線16的保護(hù)屏障。在腐蝕性顆粒穿透至內(nèi)部室的情況下，保護(hù)性凝膠M禁止腐蝕性顆粒與電引線14、接合焊盤18、以及導(dǎo)線 16進(jìn)行接觸，從而阻止腐蝕發(fā)生。圖2圖示了圖1所示的傳感器封裝10的頂視圖，其中，保護(hù)性凝膠M被沉積在位于傳感器膜觀上的犧牲凝膠圓蓋22周圍。如所形成的，保護(hù)性凝膠M被分配在電引線 14、接合焊盤18、以及導(dǎo)線16上而不覆蓋犧牲凝膠圓蓋22的頂部部分。犧牲凝膠圓蓋22 可以用允許由傳感器隔膜觀來檢測外部壓力變化的柔性材料形成，或者可以用隨后被移除或用流體溶解以形成到傳感器隔膜觀的出口的可溶材料形成。在上述兩種情況中的任一情況下，通氣帽結(jié)構(gòu)(未示出)被附接到內(nèi)部室上的帽表面20，使得傳感器隔膜觀能夠通過產(chǎn)生由電引線14傳遞通過耐用殼體2至外部電路的電信號來檢測壓力變化并進(jìn)行響應(yīng)。如將認(rèn)識到的，適當(dāng)?shù)囟ㄎ徊⑿纬梢粋€(gè)或多個(gè)凝膠涂層以保護(hù)電引線14、接合焊盤18、 以及導(dǎo)線16不受腐蝕性環(huán)境影響是存在制造挑戰(zhàn)的，并且如果凝膠圓蓋22被保持在傳感器隔膜觀上方，則可以降低壓力傳感器的靈敏度。圖3圖示了依照本發(fā)明的所選實(shí)施例的具有暴露焊盤背面壓力傳感器33和頂面凝膠涂層38的傳感器封裝30的側(cè)視圖?？梢酝ㄟ^將襯底結(jié)構(gòu)31附接到帽結(jié)構(gòu)34來將背面壓力傳感器33實(shí)現(xiàn)為MEMS壓阻式變換器(PRT)元件。雖然被示為簡化橫截面，但將認(rèn)識到可以使用晶片制備技術(shù)來由具有第一表面和第二表面的單晶硅襯底材料形成襯底結(jié)構(gòu)31。在襯底結(jié)構(gòu)31的第一表面上(在圖3中被示為“頂面”或底表面)，諸如通過將半導(dǎo)體特征(例如，電路元件)和金屬連接線形成為惠斯通(Wheatstone)橋配置(未示出) 形成了電阻型傳感器電路，該惠斯通橋配置通常被理解為指的是由與相同電源并聯(lián)地連接的兩個(gè)分壓器支路組成的電橋。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識到，可以使用任何期望的處理技術(shù)在襯底結(jié)構(gòu)31的第一表面上形成電阻型傳感器電路，包括但不限于沉積、生長、掩膜、圖案化、注入和/或蝕刻各種半導(dǎo)電、絕緣和/或?qū)щ姴牧稀Ｔ谝r底結(jié)構(gòu)31的第二表面上(在圖3中被示為“背面”或頂表面)，使用任何期望的選擇性蝕刻技術(shù)在單晶硅襯底中形成開口 32，諸如向在第二表面上形成的圖案化蝕刻掩膜施加電阻離子蝕刻處理?？刂七xCN 102365540 A
說明書
4/8頁
擇性蝕刻處理，使得開口 32限定膜33，在其上面形成傳感器電路以檢測壓力引致的應(yīng)力變化。以類似方式，可以使用晶片制備技術(shù)來由單晶硅襯底材料形成帽結(jié)構(gòu)34，使得使用任何期望的選擇性蝕刻技術(shù)來形成開口 35。在分割(singulate)襯底結(jié)構(gòu)和帽結(jié)構(gòu)晶片之后， 可以將單獨(dú)管芯31、34定位并相互附接，使得可以將襯底結(jié)構(gòu)31的第一表面上的接合焊盤接合到電導(dǎo)線37。雖然可以使用任何期望的接合或粘合技術(shù)來附接襯底結(jié)構(gòu)管芯31和帽結(jié)構(gòu)管芯34，但在示例實(shí)施例中，使用玻璃粉晶片接合處理。這樣形成的電阻型傳感器電路檢測與密閉開口 35中的基準(zhǔn)壓力相比由開口 32中的壓力變化引起的膜33中的偏斜。一旦襯底結(jié)構(gòu)管芯31和帽結(jié)構(gòu)管芯34被附接在一起成為傳感器配件，則將配件安裝或附接到電引線36的暴露管芯標(biāo)志部分，使得襯底結(jié)構(gòu)31的背面中的開口 32與暴露管芯標(biāo)志中的開口或通氣孔42對準(zhǔn)。再次地，可以使用任何期望技術(shù)來將傳感器配件31、 32附接到暴露管芯標(biāo)志，諸如，例如使用管芯接合粘合材料或?qū)?未示出)。然后，諸如通過將電導(dǎo)線37熱超聲地接合在電引線36與襯底結(jié)構(gòu)31上的接合焊盤之間來將傳感器配件31、34電連接到相鄰的電引線36。在制備處理中的此點(diǎn)處，可以將保護(hù)性凝膠38分配至下述厚度，該厚度使得其覆蓋傳感器配件31、34的頂部、襯底結(jié)構(gòu)31的接合焊盤、以及至少一部分電導(dǎo)線37。保護(hù)性凝膠38的一個(gè)功能是針對任何腐蝕性顆?；蛄黧w來形成用于電引線36和接合焊盤及導(dǎo)線37的至少一部分的保護(hù)屏障，從而阻止腐蝕發(fā)生。保護(hù)性凝膠 38的另一功能是提供從隨后形成的模制化合物的應(yīng)力解除。在所選實(shí)施例中，保護(hù)性凝膠 38是基于硅的凝膠，但是可以使用其它類型的保護(hù)性凝膠。如圖3所示，用可以通過傳遞模制、壓縮模制、注入模制、或以其他方式形成密封劑來形成的絕緣封裝體或模制品39來密封被凝膠覆蓋的傳感器配件31、34和連接的電引線36，以密閉并保護(hù)在襯底結(jié)構(gòu)31的“頂面”上的傳感器電路免受濕氣、污染、腐蝕、以及機(jī)械沖擊的影響，但是沒有覆蓋或密閉在電引線36的暴露管芯標(biāo)志部分中的通氣孔開口 42。 例如，在將傳感器配件31、34附接到并電連接到電引線36且分配保護(hù)性凝膠涂層38之后， 執(zhí)行密封處理以用模制化合物或模具密封劑來覆蓋傳感器配件31、34。模具密封劑可以是硅石填充樹脂、陶瓷、無鹵化物材料或某其它保護(hù)性密封劑層。通常通過在其中在轉(zhuǎn)移室中用熱量和壓力使塑料軟化，然后在高壓下通過適當(dāng)?shù)淖⑷肟?、滑?runner)、以及門迫入封閉模具中以進(jìn)行最終固化的處理中對熱固性材料進(jìn)行模制來形成模具密封劑。還可以通過使用然后被加熱以通過UV或環(huán)境大氣中的固化來形成固體的液體，或通過使用被加熱而形成液體且然后被冷卻而形成固體模的固體來形成模具密封劑。如將認(rèn)識到的，可以使用任何期望密封劑處理來保護(hù)傳感器配件31、34的頂部免受環(huán)境影響，只要通氣孔開口 42保持開放。這可以通過將模制化合物39形成為與電引線36的暴露管芯標(biāo)志部分齊平、使得凝膠38或模制化合物39中沒有一個(gè)填充通氣孔42或開口 32來實(shí)現(xiàn)。保護(hù)性凝膠涂層38的存在改善了 PRT壓力傳感器在不同溫度和壓力條件下的性能。然而，可能存在其中在沒有使用保護(hù)性凝膠涂層的情況下形成PRT傳感器、尤其是在傳感器配件31、34能夠耐受模制化合物應(yīng)力的應(yīng)用。在圖4中示出示例實(shí)施例，圖4圖示了依照本發(fā)明的所選實(shí)施例的具有暴露焊盤背面壓力傳感器33的傳感器封裝40的側(cè)視圖。 如上文參考圖3所述，可以通過將襯底結(jié)構(gòu)31附接到帽結(jié)構(gòu)34、將結(jié)果得到的傳感器配件 31、34的背面安裝到電引線36的暴露管芯標(biāo)志部分以對準(zhǔn)開口 32和通氣孔42、以及然后將電導(dǎo)線37熱超聲地接合在電引線36與襯底結(jié)構(gòu)31上的接合焊盤之間來將背面壓力傳
8感器33實(shí)現(xiàn)為MEMS壓阻式變換器(PRT)元件。然而，作為形成保護(hù)性凝膠涂層的替換，通過傳遞模制、壓縮模制、注入模制等直接在傳感器配件31、34和電導(dǎo)線37上形成絕緣封裝體或模制化合物39。此處理仍形成密封劑以密閉并保護(hù)襯底結(jié)構(gòu)31的“頂面”上的傳感器電路免受濕氣、污染、腐蝕、以及機(jī)械沖擊的影響，但是不覆蓋或密閉在電引線36的暴露管芯標(biāo)志部分中的通氣孔開口 42。圖5圖示了分別與圖3或4所示的傳感器封裝30、40中的任一個(gè)相對應(yīng)的傳感器封裝50的頂視圖。如所描繪的，傳感器封裝50包括電引線36的暴露管芯標(biāo)志部分，在其中形成了以暴露管芯標(biāo)志部分為中心的開口或通氣孔42。暴露管芯標(biāo)志部分與絕緣封裝體或模制品39齊平并針對絕緣封裝體或模制品39被密閉，從而保護(hù)底層電引線、接合焊盤和導(dǎo)線免受腐蝕性顆?；蛄黧w影響。應(yīng)當(dāng)注意的是，通氣孔42允許壓力通過開口 32且直接到傳感器膜或隔膜33的連通。然而，由于在襯底結(jié)構(gòu)31的相對表面上形成了電阻型傳感器電路，所以通氣孔42不使電阻型傳感器電路的半導(dǎo)體或金屬組件暴露于腐蝕。出口 34 和保護(hù)性凝膠32 —起在允許隔膜觀進(jìn)行的自由壓力感測的同時(shí)將腐蝕性元素屏蔽于壓力傳感器4的敏感組件之外。為了圖示用于封裝具有背面PRT傳感器的集成硅壓力傳感器的示例制備次序，現(xiàn)在對圖6進(jìn)行參考，圖6提供了適合于與本發(fā)明的所選實(shí)施例相結(jié)合地使用的具有在管芯標(biāo)志104中形成的通氣孔102的示例引線框架100的等比例頂視圖。如將認(rèn)識到的，可以通過用引線框架特征(例如，管芯附著標(biāo)志、內(nèi)部電接點(diǎn)、外部電接點(diǎn)等)的預(yù)定圖案來壓印或蝕刻金屬(例如銅或銅合金)條的一部分來產(chǎn)生引線框架100和通氣孔102。在所選實(shí)施例中，可以在至少外部表面上對銅引線框架的暴露管芯標(biāo)志104進(jìn)行鍍覆(例如，用 NiPdAu)。所描繪的引線框架100包括被連接到在引線框架100的周界周圍提供的阻擋條狀件(dam bar) 108的多個(gè)內(nèi)部電接點(diǎn)106和多個(gè)外部電接點(diǎn)110。如將認(rèn)識到的，稍后在器件處理期間將阻擋條狀件108從引線框架100移除(S卩，修剪)以使接點(diǎn)102和110中的相鄰的接點(diǎn)在物理上分離并電隔離。所描述的引線框架100還包括被連接到阻擋條狀件 108的管芯附著標(biāo)志104。如圖所示，管芯附著標(biāo)志104在引線框架的其余部分下面凹進(jìn)， 使得甚至在引線框架100的其余部分被密封之后，管芯標(biāo)志仍是暴露的。管芯附著標(biāo)志104被配置成支撐集成電路(IC)管芯或器件，諸如專用集成電路 (ASIC)。特別地且如具有引線框架配件112的等比例頂視圖的圖7所示，與管芯標(biāo)志104 中的通氣孔102對準(zhǔn)地安裝背面壓阻式變換器(PRT)管芯114。雖然圖7中未明確地示出， 但背面PRT管芯114包括在其上面形成傳感器電路和接合焊盤的頂面表面，并且還包括在其中形成開口以限定壓力傳感器膜的背面。可以使用常規(guī)管芯接合用適當(dāng)?shù)慕雍喜牧?例如，環(huán)氧樹脂、玻璃、金預(yù)成型坯、焊膏等)將背面PRT管芯114附著于管芯附著標(biāo)志104。 在被固定到標(biāo)志104之后，用例如如圖8所示的各段金導(dǎo)線將背面PRT管芯114導(dǎo)線接合到所選的一組內(nèi)部電接點(diǎn)106，圖8圖示了在背面PRT管芯114與內(nèi)部電接點(diǎn)106之間實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線接合連接118之后引線框架配件116的等比例頂視圖。通過與管芯標(biāo)志104中的通氣孔102對準(zhǔn)地對背面PRT管芯144進(jìn)行定位和附接，壓力傳感器膜直接向環(huán)境通氣。現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖9，用密封器件120的等比例頂視示了在圖8之后的集成硅壓力傳感器的處理，其中，用模制化合物122來密封背面PRT管芯114(未示出)和引線框架100。 特別地，在背面PRT管芯114已被管芯接合到標(biāo)志104并導(dǎo)線接合到內(nèi)部電接點(diǎn)106中的所選的內(nèi)部電接點(diǎn)之后，可以向PRT管芯114的頂面部分涂覆保護(hù)性凝膠，以便如上文所述保護(hù)管芯的頂部免受環(huán)境影響，但是在所選實(shí)施例中，不涂覆保護(hù)性凝膠。在所述兩種情況中的任一情況下，然后可以用復(fù)合材料(例如，塑料)對引線框架100的一部分進(jìn)行過模制或傳遞模制以產(chǎn)生模制體122。如所形成的，管芯114的頂部將被模制化合物122覆蓋并從而保護(hù)其免受環(huán)境影響。然而，模制化合物122的形成在通過管芯標(biāo)志104中的通氣孔102 暴露于環(huán)境的背面PRT管芯上留下壓力傳感器膜。在圖10中描繪了此布置，圖10用密封器件124的等比例底視示了在圖9之后的集成硅壓力傳感器的處理。如圖10所示，模制化合物122被形成為與暴露的管芯標(biāo)志104齊平，外部電接點(diǎn)110已彎曲，并且已修剪阻擋條狀件108。由于管芯標(biāo)志104中的通氣孔102未被模制化合物122覆蓋或阻擋，所以背面 PRT管芯上的壓力傳感器直接向環(huán)境通氣。雖然PRT管芯的底部在沒有保護(hù)性凝膠或涂層的情況下通過關(guān)閉標(biāo)志104中的通氣孔102暴露于環(huán)境，但可以用模制化合物或凝膠來覆蓋PRT管芯的頂部以便使用任何期望的引線框架封裝方案來進(jìn)行針對環(huán)境的保護(hù)，包括但不限于QFN (方形扁平無引線)、SOIC (小外形集成電路)、QFP (方形扁平封裝)或LGA (觸點(diǎn)柵格陣列)封裝。然而，將認(rèn)識到，還可以通過用在襯底的底部具有在其中具有孔的保護(hù)焊盤取代引線框架管芯標(biāo)志來使用襯底封裝方案(諸如LGA(觸點(diǎn)柵格陣列)封裝)。圖11圖示了描繪依照本發(fā)明的所選實(shí)施例的制備暴露焊盤背面壓力傳感器封裝的處理的示例性流程圖。該處理在步驟130處從使用任何期望的半導(dǎo)體制備次序來制備背面壓阻式變換器晶片開始。至少，將壓阻式變換器晶片形成為在頂面表面上包括傳感器電路和敏感金屬連接線(例如，接觸焊盤)，并在背面表面上包括單晶半導(dǎo)體層，其中，形成一個(gè)或多個(gè)開口以限定不要求保護(hù)膜的單晶傳感器隔膜。在此階段，還可以將蓋晶片形成為包括其中形成一個(gè)或多個(gè)開口以限定基準(zhǔn)壓力腔體的半導(dǎo)體層。在步驟132，將變換器晶片分割成一個(gè)或多個(gè)變換器管芯。例如，可以將變換器晶片分割成一個(gè)或多個(gè)襯底結(jié)構(gòu)管芯，并且可以將蓋晶片分割成一個(gè)或多個(gè)帽結(jié)構(gòu)管芯。在所選實(shí)施例中，控制分割處理，使得每個(gè)帽結(jié)構(gòu)的尺寸小于襯底結(jié)構(gòu)管芯，從而允許在不覆蓋襯底結(jié)構(gòu)管芯的頂面表面上的接觸焊盤的情況下將帽結(jié)構(gòu)管芯附接于襯底結(jié)構(gòu)管芯。在步驟134，將每個(gè)變換器管芯放置在包括具有在其中形成的通氣孔的管芯標(biāo)志的引線框架結(jié)構(gòu)上，從而形成傳感器配件。管芯標(biāo)志被有利地配置成相對于引線框架結(jié)構(gòu)的其余部分凹陷，使得當(dāng)最終被密封時(shí)，管芯標(biāo)志被暴露或與模具密封劑的外表面齊平。在此步驟，變換器管芯與通氣孔對準(zhǔn)，使得變換器管芯中的背面PRT傳感器能夠通過管芯標(biāo)志中的通氣孔通氣。在步驟316，諸如通過使用導(dǎo)線接合處理將變換器管芯電連接到內(nèi)部引線框架元件，以將傳感器配件的接合焊盤連接到引線框架中的內(nèi)部電引線。在所選實(shí)施例中，將電接合導(dǎo)線熱超聲接合到內(nèi)部電引線和變換器管芯上的接合焊盤。在步驟138，向變換器管芯的頂部涂覆模制化合物以圍繞并保護(hù)變換器管芯的頂部，留下通過暴露標(biāo)志中的通氣孔暴露的背面PRT傳感器。在形成模制化合物之前，可以在變換器管芯的頂面表面上形成(如附帶指示的)保護(hù)性凝膠層以保護(hù)傳感器電路、敏感金屬線和接合導(dǎo)線。然而，不需要在背面?zhèn)鞲衅鞲裟ど闲纬杀Ｗo(hù)性凝膠層，因?yàn)槠溆刹灰资芨g的單晶材料形成。事實(shí)上，在所選實(shí)施例中，諸如當(dāng)變換器管芯能夠耐受模制化合物應(yīng)力時(shí)，不需要在變換器管芯的頂面表面上形成保護(hù)性凝膠層。在所述兩種情況中的任一情況下，模制化合物覆蓋變換器管芯的頂面表面處的電引線、接合焊盤、以及接合導(dǎo)線，從而防止腐蝕性材料或流體到達(dá)變換器管芯的敏感部分。然而，通過保持背面?zhèn)鞲衅鞲裟ず屯饪讻]有保護(hù)性凝膠和模制化合物，可以通過背面?zhèn)鞲衅鞲裟磉M(jìn)行更準(zhǔn)確的壓力讀取。到目前為止，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到在本文中已經(jīng)提供了一種用于制備封裝壓力傳感器的方法。所公開的傳感器包括其中形成通氣孔的暴露管芯標(biāo)志。傳感器還包括壓力傳感器變換器管芯，諸如由其中形成開口以限定傳感器隔膜的單晶硅襯底層形成的壓阻式變換器。在壓力傳感器變換器管芯的背面上，形成傳感器隔膜，并且在壓力傳感器變換器管芯的頂面上，形成傳感器電路。壓力傳感器變換器的背面被附接到暴露管芯標(biāo)志，使得傳感器隔膜通過暴露管芯標(biāo)志中的通氣孔直接向環(huán)境通氣。在傳感器中還包括電連接器以便將在壓力傳感器變換器管芯的頂面上形成的傳感器電路電耦合到外面世界。電連接器可以包括在壓力傳感器變換器管芯的頂面上形成的一個(gè)或多個(gè)接合焊盤、被連接到一個(gè)或多個(gè)接合焊盤的導(dǎo)線連接器、以及被連接到每個(gè)導(dǎo)線連接器的引線框架元件，其中，引線框架元件延伸通過模制主體。傳感器還可以包括在不覆蓋背面上的傳感器隔膜的情況下覆蓋壓力傳感器變換器管芯的頂面的至少一部分的保護(hù)性凝膠。最終，傳感器包括在不覆蓋暴露管芯標(biāo)志的情況下至少部分地在電連接器周圍和壓力傳感器變換器周圍形成的模制主體。在所選實(shí)施例中，模制主體是QFN (方形扁平無弓丨線)、SOIC (小外形集成電路)、QFP (方形扁平封裝)或 LGA(觸點(diǎn)柵格陣列)封裝主體。如所形成的，模制主體保護(hù)在壓力傳感器變換器管芯的頂面上形成的傳感器電路免受腐蝕性外部環(huán)境條件影響。為此，可以使管芯標(biāo)志相對于形成電連接器的至少一部分的多個(gè)引線框架元件凹陷，使得所述多個(gè)引線框架延伸通過被形成為與暴露管芯標(biāo)志齊平的模制主體。在另一形式中，提供了封裝暴露壓力傳感器和用于封裝暴露壓力傳感器的關(guān)聯(lián)方法。在所公開的方法中，提供了可以形成有單晶硅襯底層的壓阻式變換器管芯，所述單晶硅襯底層具有在其中形成開口以限定傳感器隔膜的背面表面。PRT管芯被附接到管芯標(biāo)志，使得在PRT管芯的背面上形成的傳感器隔膜通過在管芯標(biāo)志中形成的通氣孔通氣。這可以通過將PRT管芯的背面管芯接合到引線框架來完成，所述引線框架包括相對于多個(gè)引線框架元件凹陷的凹陷管芯標(biāo)志，使得在PRT管芯的背面上形成的傳感器隔膜與在管芯標(biāo)志中形成的通氣孔對準(zhǔn)，并且使得模制主體的底表面與其中形成有通氣孔的凹陷管芯標(biāo)志齊平。 在將PRT管芯附接到管芯標(biāo)志之后，將在PRT管芯的頂面上形成的電路電連接到一個(gè)或多個(gè)電連接器。在所選實(shí)施例中，通過在PRT管芯的頂面上形成的一個(gè)或多個(gè)接合焊盤與一個(gè)或多個(gè)引線框架電連接器之間導(dǎo)線耦合(例如，熱超聲地接合)導(dǎo)線連接器來實(shí)現(xiàn)電連接。一旦實(shí)現(xiàn)電連接，則至少部分地在所述一個(gè)或多個(gè)電連接器周圍和PRT管芯周圍形成模制主體以至少覆蓋PRT管芯的頂面上的電路并留下暴露管芯標(biāo)志，其中，模制主體保護(hù)在PRT管芯的頂面上形成的電路免受外部環(huán)境條件影響。在所選實(shí)施例中，通過對復(fù)合材料進(jìn)行過模制或傳遞模制來形成模制主體，以在不覆蓋在管芯標(biāo)志中形成的通氣孔的情況下至少覆蓋PRT的頂面上的電路。模制主體的示例包括QFN(方形扁平無引線)、S0IC(小外形集成電路)、QFP(方形扁平封裝)或LGA(觸點(diǎn)柵格陣列)封裝主體。在形成模制主體之前，可以在不覆蓋PRT管芯的背面上的傳感器隔膜的情況下在PRT管芯的頂面上的電路上分配或形成保護(hù)性凝膠。在又一形式中，提供了一種封裝壓力傳感器及其制造方法。如所公開的，所述封
11裝壓力傳感器包括具有在殼體的底表面中形成的開口的殼體，其中，可以將殼體實(shí)現(xiàn)為 QFN (方形扁平無引線)、SOIC (小外形集成電路)、QFP (方形扁平封裝)或LGA (觸點(diǎn)柵格陣列)封裝主體。所述封裝壓力傳感器還包括被附著于殼體的底表面的暴露焊盤以關(guān)閉除在暴露焊盤中形成的通氣孔之外的開口。具有隔膜的背面壓阻式變換器管芯被放置在所關(guān)閉的開口中并附著于暴露焊盤，使得隔膜通過排氣孔通氣。至少第一電連接器突出通過被電耦合到背面壓阻式變換器管芯的所述殼體，并且可以包括在背面壓阻式變換器管芯上形成的一個(gè)或多個(gè)接合焊盤、被連接到一個(gè)或多個(gè)接合焊盤中的每一個(gè)的導(dǎo)線連接器、以及被連接到每個(gè)導(dǎo)線連接器的引線框架元件，其中，引線框架元件延伸通過殼體。另外，可以包括保護(hù)性凝膠以覆蓋在背面壓阻式變換器管芯的頂面上形成的一個(gè)或多個(gè)電路或?qū)w而不覆蓋背面壓阻式變換器管芯的背面上的隔膜。雖然本文公開的所述示例性實(shí)施例是針對各種半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)及其制造方法，但本發(fā)明不一定局限于圖示可適用于多種半導(dǎo)體工藝和/或器件的本發(fā)明的發(fā)明方面的示例性實(shí)施例。雖然可以將所公開的MEM器件實(shí)現(xiàn)為陀螺儀，但本文所述的制備工藝不限于陀螺儀或任何其它類型的傳感器，而是還可適用于許多MEM器件中的任何一個(gè)，其包括被一個(gè)或多個(gè)彈簧可移動地懸吊且通過將有源晶片接合到基準(zhǔn)晶片來形成的某種類型的結(jié)構(gòu)。此類器件的非限制性示例包括各種類型的加速度計(jì)和開關(guān)、光學(xué)MEM系統(tǒng)組件、以及使用驅(qū)動和感測電極的其它MEM系統(tǒng)器件。因此，上文公開的特定實(shí)施例僅僅是說明性的，并且不應(yīng)當(dāng)將其視為對本發(fā)明的限制，因?yàn)榭梢砸詫τ谑芤嬗诒疚慕虒?dǎo)內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的不同但等效的方式來修改并實(shí)施本發(fā)明。例如，可以使用除本文明確闡述的之外的材料來應(yīng)用本發(fā)明的方法。另外，可以按照除提出的之外的替代順序來執(zhí)行處理步驟。例如，可以使晶片接合步驟的次序相反。因此，前述說明并不意圖使本發(fā)明局限于所闡述的特定形式，相反，意圖覆蓋可以包括在由所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的此類替代、修改和等同物，使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解在其最廣泛的形式中在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下他們能夠進(jìn)行各種變更、替換和更改。上文已相對于具體實(shí)施例描述了益處、其它優(yōu)點(diǎn)和問題的解決方案。然而，不應(yīng)當(dāng)將益處、優(yōu)點(diǎn)或問題的解決方案、以及可能引起任何益處、優(yōu)點(diǎn)、問題的解決方案發(fā)生或變得更加明顯的任何元素(多個(gè))解釋為任何或所有權(quán)利要求的關(guān)鍵、要求或必要特征或元素。本文所使用的術(shù)語“包括”、“包含”或其任何其它變體意圖覆蓋非排他性包括，使得包括這些元素的列表的處理、方法、制品或裝置不僅包括那些元素，而且可以包括除明確地列出和為此類處理、方法、制品或裝置所固有的其它元素。
權(quán)利要求
1.一種封裝壓力傳感器，包括暴露管芯標(biāo)志，在所述暴露管芯標(biāo)志中形成有通氣孔；壓力傳感器變換器管芯，所述壓力傳感器變換器管芯包括在所述壓力傳感器變換器管芯的背面上形成的傳感器隔膜和在所述壓力傳感器變換器管芯的頂面上形成的傳感器電路，其中，所述壓力傳感器變換器的所述背面被附接到所述暴露管芯標(biāo)志，使得所述傳感器隔膜通過所述暴露管芯標(biāo)志中的所述通氣孔直接向環(huán)境通氣；一個(gè)或多個(gè)電連接器，所述一個(gè)或多個(gè)電連接器被電耦合到在所述壓力傳感器變換器管芯的所述頂面上形成的所述傳感器電路；以及模制主體，所述模制主體至少部分地形成在所述電連接器周圍和所述壓力傳感器變換器管芯周圍而不覆蓋所述暴露管芯標(biāo)志，其中，所述模制主體保護(hù)在所述壓力傳感器變換器管芯的所述頂面上形成的所述傳感器電路免受腐蝕性外部環(huán)境條件影響。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝壓力傳感器，進(jìn)一步包括保護(hù)性凝膠，保護(hù)性凝膠覆蓋所述壓力傳感器變換器管芯的所述頂面的至少一部分，而不覆蓋所述背面上的所述傳感器隔膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝壓力傳感器，其中，所述暴露管芯標(biāo)志相對于形成至少一部分所述電連接器的多個(gè)引線框架元件凹陷，使得所述多個(gè)引線框架元件延伸通過所述模制主體的側(cè)表面，而所述模制主體的底表面被形成為與所述暴露管芯標(biāo)志齊平。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝壓力傳感器，其中，所述壓力傳感器變換器管芯包括壓阻式變換器管芯。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝壓力傳感器，其中，所述壓力傳感器變換器管芯包括壓阻式變換器管芯，所述壓阻式變換器管芯由單晶硅襯底層形成，在所述單晶硅襯底層中形成有開口以限定所述傳感器隔膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝壓力傳感器，其中，所述一個(gè)或多個(gè)電連接器包括一個(gè)或多個(gè)接合焊盤，所述一個(gè)或多個(gè)接合焊盤形成在所述壓力傳感器變換器管芯的所述頂面上；導(dǎo)線連接器，所述導(dǎo)線連接器被連接到所述一個(gè)或多個(gè)接合焊盤中的每一個(gè)；以及引線框架元件，所述引線框架元件被連接到每個(gè)導(dǎo)線連接器，其中，所述引線框架元件延伸通過所述模制主體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝壓力傳感器，其中，所述模制主體包括QFN(方形扁平無引線)、S0IC(小外形集成電路)、QFP(方形扁平封裝)或LGA(觸點(diǎn)柵格陣列)封裝主體。
8.一種用于封裝暴露壓力傳感器的方法，包括將壓阻式變換器管芯附接到管芯標(biāo)志，使得在所述壓阻式變換器管芯的背面上形成的傳感器隔膜通過在所述管芯標(biāo)志中形成的通氣孔通氣；將在所述壓阻式變換器管芯的頂面上形成的電路電連接到一個(gè)或多個(gè)電連接器；以及至少部分地在所述一個(gè)或多個(gè)電連接器周圍和所述壓阻式變換器管芯周圍形成模制主體，以至少覆蓋所述壓阻式變換器管芯的所述頂面上的所述電路并且使所述管芯標(biāo)志暴露，其中，所述模制主體保護(hù)在所述壓阻式變換器管芯的所述頂面上形成的所述電路免受外部環(huán)境條件影響。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，將所述壓阻式變換器管芯附接到所述管芯標(biāo)志的步驟包括管芯將所述壓阻式變換器管芯的所述背面接合到引線框架，使得在所述壓阻式變換器管芯的所述背面上形成的所述傳感器隔膜與在所述管芯標(biāo)志中形成的所述通氣孔對準(zhǔn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，將所述壓阻式變換器管芯附接到所述管芯標(biāo)志的步驟包括將所述壓阻式變換器管芯的所述背面附著于引線框架，所述引線框架包括凹陷管芯標(biāo)志，所述凹陷管芯標(biāo)志相對于多個(gè)引線框架元件凹陷，使得所述模制主體的底表面與形成有所述通氣艙的所述凹陷管芯標(biāo)志齊平。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述壓阻式變換器管芯包括單晶硅襯底層，所述單晶硅襯底層具有背面表面，在所述背面表面中形成了開口以限定所述傳感器隔膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，將電路電連接的步驟包括將在所述壓阻式變換器管芯所述頂面上形成的一個(gè)或多個(gè)接合焊盤導(dǎo)線耦合到一個(gè)或多個(gè)引線框架電連接
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，將電路電連接的步驟包括熱超聲地接合導(dǎo)線連接器，以將在所述壓阻式變換器管芯的所述頂面上形成的一個(gè)或多個(gè)接合焊盤電連接到一個(gè)或多個(gè)引線框架電連接器。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括在形成所述模制主體之前，在形成于所述壓阻式變換器管芯所述頂面上的所述電路上方分配保護(hù)性凝膠，并且不覆蓋所述壓阻式變換器管芯所述背面上的所述傳感器隔膜。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，形成所述模制主體的步驟包括對復(fù)合材料進(jìn)行過模制或傳遞模制，以至少覆蓋所述壓阻式變換器管芯的所述頂面上的所述電路而不覆蓋在所述管芯標(biāo)志中形成的所述通氣孔。
16.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，形成所述模制主體的步驟包括形成QFN(方形扁平無引線)、S0IC(小外形集成電路)、QFP (方形扁平封裝)或LGA(觸點(diǎn)柵格陣列)封裝主體。
17.一種封裝壓力傳感器，包括殼體，所述殼體具有在所述殼體的底表面中形成的開口 ；暴露焊盤，所述暴露焊盤被附著于所述殼體的所述底表面，以關(guān)閉除在所述暴露焊盤中形成的通氣孔之外的所述開口 ；背面壓阻式變換器管芯，所述背面壓阻式變換器管芯具有隔膜，所述隔膜被放置在所關(guān)閉的開口中且附著于所述暴露焊盤，使得所述隔膜通過所述通氣孔通氣；以及至少第一電連接器，所述至少第一電連接器突出通過被電耦合到所述背面壓阻式變換器管芯的所述殼體。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的封裝壓力傳感器，其中，所述第一電連接器包括一個(gè)或多個(gè)接合焊盤，所述一個(gè)或多個(gè)接合焊盤在所述背面壓阻式變換器管芯上形成；導(dǎo)線連接器，所述導(dǎo)線連接器被連接到所述一個(gè)或多個(gè)接合焊盤中的每一個(gè)；以及引線框架元件，所述引線框架元件被連接到每個(gè)導(dǎo)線連接器，其中，所述引線框架元件延伸通過所述殼體。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的封裝壓力傳感器，其中，所述殼體包括QFN(方形扁平無引線)、S0IC (小外形集成電路)、QFP (方形扁平封裝)或LGA(觸點(diǎn)柵格陣列)封裝主體。
20.權(quán)利要求17所述的封裝壓力傳感器，包括保護(hù)性凝膠，所述保護(hù)性凝膠覆蓋在所述背面壓阻式變換器管芯的頂面上形成的一個(gè)或多個(gè)電路或?qū)w，而不覆蓋所述背面壓阻式變換器管芯的所述背面上的所述隔膜。
全文摘要
描述了用于制備暴露背面壓力傳感器(30)的方法和裝置，所述暴露背面壓力傳感器(30)使用保護(hù)性凝膠層(38)和模制化合物(39)來保護(hù)在壓力傳感器變換器管芯(31)的頂面表面上形成的內(nèi)部電氣組件(37)不受腐蝕性顆粒的影響，但是其使在壓力傳感器變換器管芯(31)的背面上形成的壓阻式變換器傳感器隔膜(33)通過在暴露管芯標(biāo)志(36)中形成的通氣孔(42)通氣，使得傳感器隔膜(33)能夠在沒有保護(hù)性凝膠的影響的情況下直接感測壓力變化。
文檔編號G01L19/14GK102365540SQ201080013875
公開日2012年2月29日 申請日期2010年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月10日
發(fā)明者史蒂芬·R·胡珀, 威廉姆·G·麥克唐納, 詹姆斯·D·麥克唐納 申請人:飛思卡爾半導(dǎo)體公司