專利名稱：具有不受約束的敏感裸芯的傳感器封裝組件的制作方法
具有不受約束的敏感裸芯的傳感器封裝組件本申請(qǐng)要求于2009年7月10日申請(qǐng)，名稱為“SENSOR PACKAGE ASSEMBLY HAVING AN UNCONSTRAINED SENSE DIE”的 U. S.臨時(shí)專利申請(qǐng) No. 61/224，837 的優(yōu)先權(quán)。因此 2009 年7月10日申請(qǐng)的U. S.臨時(shí)專利申請(qǐng)No. 61/224，837通過引用并入本文。
背景技術(shù)：
本申請(qǐng)涉及傳感器，并且更具體地涉及傳感器封裝。

發(fā)明內(nèi)容
本申請(qǐng)涉及傳感器，并且更具體地涉及傳感器封裝。在一些情況中，所提供的傳感 器封裝具有封裝襯底，壓力敏感裸芯有時(shí)利用適應(yīng)順從粘合劑被直接裝配至封裝襯底的表 面以實(shí)現(xiàn)有效地不受約束的敏感裸芯。在一些情況中，封裝襯底可以包括被電連接至一個(gè) 或多個(gè)封裝弓I線的一個(gè)或多個(gè)跡線和/或結(jié)合襯墊。該封裝弓I線可以適用于表面裝配傳感 器封裝至比如印刷電路板等的裝配表面。該封裝引線可被布置成幫助提供襯底和裝配表面 之間順從性的水平。


圖Ia-If是示出了用于描述性的傳感器封裝的各種端口和通風(fēng)孔構(gòu)造的示意圖；圖2是示出了具有直接被裝配至封裝襯底的表面的壓力敏感裸芯的描述性傳感 器的側(cè)面剖視圖的示意圖；圖3是示出了描述性的傳感器封裝襯底，壓力敏感裸芯，專用集成電路，接合線， 跡線導(dǎo)體(trace conductor)和引線的立體圖的示意圖；圖4是示出了具有壓力敏感裸芯，專用集成電路和裝配于相同側(cè)上的具有壓力端 口的蓋子的描述性傳感器襯底的側(cè)面剖視圖的示意圖；圖5是類似圖4的示意圖，除了示出在襯底的與具有端口的蓋子相對(duì)的側(cè)面上的 敏感裸芯，專用集成電路和具有通風(fēng)孔的蓋子。
具體實(shí)施例方式存在對(duì)低成本高精度壓力傳感器的長期存在的市場(chǎng)需要。在歷史上，高精度傳感 器已經(jīng)是復(fù)雜，制造昂貴的裝置。具體地，對(duì)于基于壓阻式硅壓力敏感裸芯的傳感器，制造商已經(jīng)利用許多不同的 方法來使敏感元件與機(jī)械和熱應(yīng)力隔絕。已經(jīng)使用了大的封裝，恒溫腔室以及最特別地使 用了敏感裸芯元件和基底襯底或者更大傳感器的封裝之間的隔絕層。這些隔絕層通常是牢 固地結(jié)合至硅敏感裸芯元件自身的下側(cè)的一層或多層硅或玻璃。與敏感裸芯元件的結(jié)合通 常是玻璃熔合或陽極結(jié)合。特殊玻璃常常用于緊密匹配硅敏感裸芯的熱膨脹。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在一些情況中，敏感裸芯可被直接固定至封裝襯底，沒有任何中間隔絕 層，同時(shí)在正常應(yīng)力條件下性能仍可接受。這可以提供用于所需部件的更小的封裝設(shè)計(jì)以減小成本。傳統(tǒng)的觀點(diǎn)指出這種結(jié)構(gòu)將提供“低精度”傳感器。實(shí)際上，通過對(duì)整個(gè)封裝 的細(xì)節(jié)的認(rèn)真關(guān)注，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)直接固定敏感裸芯至封裝襯底可以產(chǎn)生以更低成本制造的穩(wěn) 定，高精度傳感器。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在一些情況中，可以使用更厚的氧化鋁基陶瓷封裝襯底，并且利用RTV， 硅酮，環(huán)氧樹脂或其他合適的粘合劑將壓力敏感裸芯可被直接附連或膠合至襯底。在一些 情況中，在敏感裸芯和封裝襯底之間不提供中間隔絕層或襯底。通過整個(gè)封裝的認(rèn)真設(shè)計(jì) 可以最小化熱和機(jī)械應(yīng)力。在一些情況中，用于補(bǔ)償?shù)腁SIC電路可在壓力敏感裸芯旁邊被 直接固定至封裝襯底，并且可以使用直接的裸芯至裸芯的線接合以最小化封裝尺寸和在更 大封裝中出現(xiàn)的相關(guān)機(jī)械應(yīng)力。陶瓷襯底自身可以相對(duì)于它的表面面積是厚的以便提高穩(wěn) 定性。由塑料，聚酰胺，陶瓷或另一合適的材料制成的蓋子可被附連至襯底的兩側(cè)上。不考 慮端口和通風(fēng)孔，這些蓋子實(shí)際上可以是相同或類似的尺寸和形狀，并且利用每一側(cè)上相 同的“覆蓋區(qū)域”連接至襯底?？衫庙槒?compliant)金屬引線實(shí)現(xiàn)到封裝的電連接，以 便最小化封裝和裝配表面，比如印刷電路板之間的裝配應(yīng)力。在一些情況中，傳感器可以具有壓阻式硅壓力敏感裸芯，利用機(jī)載專用集成電路 (ASIC)針對(duì)傳感器偏差，靈敏度，溫度效應(yīng)和非線性對(duì)該裸芯進(jìn)行校準(zhǔn)和溫度補(bǔ)償。該傳 感器根據(jù)需要可被構(gòu)造成測(cè)量絕對(duì)壓力，壓差和/或表壓力。絕對(duì)版本可以具有內(nèi)部真空 (或其他壓力)參考，并且提供與絕對(duì)壓力成比例的輸出值。壓差版本可以準(zhǔn)許對(duì)敏感裸芯 的敏感隔膜的兩側(cè)應(yīng)用壓力。表壓力版本和復(fù)合版本可以以大氣壓作參考，并且提供成與 相對(duì)于大氣壓的壓力變化成比例的輸出。在一些情況中，傳感器封裝的寬度和長度尺寸可分別為大約10mm，以及IOmm或 12. 5mm。材料可以包括高溫硬塑料，陶瓷，聚酰胺或用于封裝的蓋子的其他合適的材料，氧 化鋁陶瓷或用于封裝襯底的其他合適的材料，以及硅酮，軟或硬環(huán)氧樹脂，硅酮環(huán)氧樹脂， RTV或用于粘合劑的其他合適的材料。在一些情況中，封裝襯底可以是96%的氧化鋁，99% 的氧化鋁，或其他合適百分比的氧化鋁?？梢灶A(yù)期，封裝襯底可以根據(jù)需要是或包括其他合 適材料。電子部件根據(jù)需要可以由陶瓷，硅，玻璃，金，焊料以及其他合適材料組成。在一些情況中，傳感器組件可以具有各種端口構(gòu)造。圖Ia示出了傳感器10，該所 示傳感器10具有蓋子11和12，沒有壓力端口，但可以具有蓋子11上的壓力通風(fēng)孔13。該 傳感器可以具有也可以不具有蓋子12上的壓力通風(fēng)孔13。圖Ib示出了具有蓋子11上的 軸向壓力端口 14的傳感器10。圖Ic示出了具有蓋子11上的徑向壓力端口 15的傳感器 10。圖Id示出了具有蓋子11上的軸向壓力端口 14和蓋子12上的軸向壓力端口 14的傳 感器。圖Ie示出了具有蓋子11上的徑向壓力端口 15和蓋子12上的徑向壓力端口 15的 傳感器10。這些徑向端口 15在相同側(cè)上。圖If示出了具有蓋子11上的徑向壓力端口 15 和蓋子12上的徑向壓力端口 15的傳感器10，但是這些徑向端口可以在相對(duì)側(cè)上。各個(gè)端 口的組合可包含在傳感器10中。圖la，lb和Ie中的傳感器10可以位于雙列直插式封裝 (DIP)中。圖lc，Id和If中的傳感器10可以位于單列直插式封裝(SIP)中。DIP或SIP 可以用于圖Ia到If中的端口構(gòu)造，或者任何其它端口構(gòu)造。傳感器10可以位于另一類型 的封裝中。圖2示出了顯現(xiàn)出壓力敏感裸芯21，封裝襯底22和ASIC23的描述性傳感器10的 側(cè)面剖視圖。圖3是示出了描述性的傳感器封裝襯底，壓力敏感裸芯，專用集成電路，接合線，跡線導(dǎo)體和引線的立體圖的示意圖?？衫镁哂凶罴押穸鹊恼澈蟿?5，比如硅酮，RTV，硅 酮-環(huán)氧樹脂，軟環(huán)氧樹脂或正常的或硬環(huán)氧樹脂，將壓力敏感裸芯21附連至封裝襯底22的 側(cè)面或表面24，其中最佳厚度產(chǎn)生裸芯21相對(duì)于襯底22的有效無應(yīng)力約束。后兩個(gè)粘合劑 可以更適用于高壓傳感器10 (例如超過200psi或14bar)。關(guān)于最佳厚度，粘合劑25的厚度 可以足夠厚以將裸芯21適當(dāng)?shù)卣持烈r底22，但是也不是厚到妨礙裸芯21的結(jié)合或隔膜。在所述的例子中，在壓力敏感裸芯21和封裝襯底22的表面24之間不存在諸如玻 璃襯底的隔絕層或襯底。與敏感裸芯21和襯底22相比，粘合劑25可以相對(duì)薄。敏感裸芯 21和襯底22的溫度膨脹系數(shù)可以是大約相同的，因?yàn)槊舾新阈?1的材料是硅，并且封裝襯 底22的材料是氧化鋁陶瓷。不需要付出特別的努力來選擇用于敏感裸芯21和襯底22的 彼此具有非常接近的溫度膨脹系數(shù)的材料。敏感裸芯21和襯底22可以采用其它未于此陳 述的那些材料。需要指出，封裝襯底22可以厚于典型和傳統(tǒng)的封裝襯底。封裝襯底22可以具有例 如Imm的厚度和IOmmX IOmm的表面積。這將導(dǎo)致以平方單位為單位的面積與以單位為單位 的厚度的比率為100，或者以單位為單位的厚度與以平方單位為單位的面積的比率0.010。 襯底的面積_厚度比率可被認(rèn)為等于或小于100平方單位每線性單位。敏感裸芯21可以具有形成在其外表面上的壓阻式部件以檢測(cè)敏感裸芯隔膜的撓 曲從而指示橫過裸芯21隔膜的壓力區(qū)別。壓阻式部件可以以惠斯通電橋形式與其他檢測(cè) 電路連接。敏感裸芯21的面向襯底22的表面可由封裝襯底的表面24密封，或者它可以面向 貫通封裝襯底22的孔26，如示出的。根據(jù)需要，該孔可穿過封裝襯底22將待測(cè)壓力傳遞至 敏感裸芯21的隔膜。 在一些情況中，ASIC23可以附連至封裝襯底22，有時(shí)利用粘合劑27連接。在一些 情況中，粘合劑27可以具有與粘合劑25相同的成分，但這不是要求的。ASIC23可以是敏感 裸芯21和用于封裝襯底22外部連接的連接器或端子32之間的電接口和補(bǔ)償電路。敏感 裸芯21可以通過接合線28連接至ASIC23。ASIC23可以通過接合線29連接至封裝襯底表 面上的跡線導(dǎo)體31。跡線導(dǎo)體31可以與連接器，引線或端子32連接。接合線28和29以 及跡線導(dǎo)體31可以減小敏感裸芯21，ASIC23和封裝襯底22之間熱和機(jī)械應(yīng)力的傳遞。封 裝襯底22的外部連接器，引線或端子32可以是可變的，從而吸收襯底22和例如可裝配傳 感器10的印刷電路板(未示出)之間的熱和機(jī)械應(yīng)力。圖4是示出了傳感器襯底22的側(cè)面剖視圖，該傳感器襯底22具有壓力敏感裸芯 21，專用集成電路23和蓋子11，蓋子11的壓力端口 14與敏感裸芯21和集成電路23位于 襯底的相同側(cè)。圖5是類似圖4的示意圖，除了示出敏感裸芯21，集成電路23和具有通風(fēng)孔13 的蓋子12在襯底22的與具有端口 14的蓋子11相對(duì)的側(cè)面上。在本說明書中，盡管以另一方式或時(shí)態(tài)陳述，一些物質(zhì)本質(zhì)上可以是推測(cè)的或預(yù) 言性的。盡管關(guān)于至少一個(gè)描述性的例子已經(jīng)描述了公開的機(jī)構(gòu)或方法?；陂喿x本說明 書，多個(gè)變型和修改將對(duì)本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員顯而易見。因此意圖在于附加權(quán)利要求盡可 能寬泛地被解釋，考慮到現(xiàn)有技術(shù)，以便包括全部這種變型和修改。
權(quán)利要求
一種壓力傳感器，包括封裝襯底(22)；利用應(yīng)力順從粘合劑(25，27)直接附連至所述封裝襯底的第一側(cè)面的壓力敏感裸芯(21)；電連接至所述敏感裸芯，并被附連至所述封裝襯底的第一側(cè)面的專用集成電路(23)；裝配于所述襯底的第一側(cè)面上的蓋子(11，12)；以及用于將所述壓力敏感裸芯(21)電連接至所述專用集成電路(23)的線接合(28，29)；以及其中所述封裝襯底(22)具有小于100平方單位每線性單位的面積 厚度比率。
2.一種壓力檢測(cè)機(jī)構(gòu)，包括 封裝襯底(22)；利用應(yīng)力順從粘合劑(25，27)直接附連至所述封裝襯底的第一側(cè)面的壓力敏感裸芯 (21)；電連接至所述敏感裸芯，并被附連至所述封裝襯底的第一側(cè)面的專用集成電路(23)； 裝配于所述襯底的第一側(cè)面上的第一蓋子(11，12)；以及 裝配于所述襯底的第二側(cè)面上的第二蓋子(11，12)。
3.權(quán)利要求2的機(jī)構(gòu)，進(jìn)一步包括附連至所述封裝襯底(22)的應(yīng)力順從金屬引線(32)；在所述封裝襯底的第一側(cè)上的跡線導(dǎo)體(31)電連接至所述金屬引線(32)；用于將所述壓力敏感裸芯(21)電連接至專用集成電路(23)的第一線接合(28，29)；以及用于將專用集成電路電連接至跡線導(dǎo)體(31)的第二線接合(28，29)。
4.權(quán)利要求2的機(jī)構(gòu)，其中所述應(yīng)力順從粘合劑(25，27)包括硅酮材料，硅酮-環(huán)氧樹脂材料以及環(huán)氧樹脂材料 中的一個(gè)或多個(gè)；以及所述封裝襯底(22)包括氧化鋁陶瓷材料。
5.權(quán)利要求2的機(jī)構(gòu)，其中所述第一和第二蓋子(11，12)具有沿著所述封裝襯底的相同覆蓋區(qū)域；以及 所述第一和第二蓋子(11，12)在形狀和尺寸上對(duì)稱，除了至少一個(gè)蓋子(11，12)上的 壓力端口或通風(fēng)孔(13，14，15)。
6.權(quán)利要求2的機(jī)構(gòu)，其中利用應(yīng)力順從粘合劑(25，27)分別將所述第一和第二蓋子 (11，12)裝配在所述襯底的第一和第二側(cè)面上。
7.權(quán)利要求2的機(jī)構(gòu)，其中所述封裝襯底(22)具有小于100平方單位每線性單位的面 積-厚度比率。
8.權(quán)利要求2的機(jī)構(gòu)，其中所述壓力敏感裸芯(21)包括一個(gè)或多個(gè)惠斯通電橋壓阻式 應(yīng)力敏感元件。
9.權(quán)利要求2的機(jī)構(gòu)，其中應(yīng)力順從粘合劑(25，27)是所述壓力敏感裸芯(21)和所述 封裝襯底(22)之間的唯一物質(zhì)。
10.一種壓力檢測(cè)機(jī)構(gòu)，包括封裝襯底(22)；附連至所述封裝襯底(22)的第一側(cè)面的壓力敏感裸芯(21)；以及其中利用應(yīng)力順從粘合劑(25，27)將所述壓力敏感裸芯直接附連至所述封裝襯底的第一側(cè)面。
全文摘要
一種壓力檢測(cè)機(jī)構(gòu)，具有壓力敏感裸芯，可利用具有最佳厚度的粘合劑將裸芯被直接附連至氧化鋁基襯底的表面。該粘合劑可以是應(yīng)力順從的，并且可以是硅酮，硅酮環(huán)-氧樹脂，環(huán)氧樹脂或任何其它合適的粘合劑材料的一個(gè)或多個(gè)。補(bǔ)償和接口專用集成電路可被附連至封裝襯底的表面。可利用接合線將壓力敏感裸芯電連接至集成電路?？衫媒雍暇€將該集成電路電連接至封裝襯底上的跡線導(dǎo)體，并且跡線導(dǎo)體可被連接至用于外部連接裝配表面(例如印刷電路板)的應(yīng)力順從金屬導(dǎo)體或引線。具有一個(gè)或多個(gè)壓力端口或通風(fēng)孔的硬塑料或類似材料的對(duì)稱蓋子可被附連至襯底的兩側(cè)。
文檔編號(hào)G01L1/20GK101957245SQ20101027026
公開日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月10日
發(fā)明者A·D·布拉德利, I·本特利, J·庫克 申請(qǐng)人:霍尼韋爾國際公司