專利名稱：具有展露集成電路芯片窗口的集成電路器件及其相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，尤其涉及集成電路器件及其所用的封裝。
一些應(yīng)用可能要求將集成電路芯片的最外層表面暴露在周圍環(huán)境中，如可以直接與人體或人體的局部相接觸。例如，某些醫(yī)學(xué)應(yīng)用將裸露的集成電路放在血流中，這樣來(lái)測(cè)量血液的化學(xué)性質(zhì)。幸運(yùn)的是，在這種應(yīng)用中，電路的工作壽命是有限的，只使用一次后就被丟棄掉。因此，長(zhǎng)期可靠性一般不是一個(gè)重要議題。
相反，基于集成電路傳感單元矩陣的指紋傳感器可能要求手指與集成電路芯片直接接觸。用于人身鑒定或檢驗(yàn)的指紋傳感和匹配是可靠的并廣泛使用的技術(shù)。
一般的電子指紋傳感器基于用可見(jiàn)光，紅外光，或超聲輻射來(lái)照射手指表面。例如用某種形式的照相機(jī)來(lái)捕獲反射回的能量，所產(chǎn)生的象被攝取，數(shù)字化，并被存貯成靜態(tài)數(shù)字圖象。例如，美國(guó)專利No.4210899的說(shuō)明書(shū)公開(kāi)了用于進(jìn)場(chǎng)安檢應(yīng)用的光學(xué)掃描指紋讀入器及協(xié)同工作的中央處理工作站，例如允許某個(gè)人到某一個(gè)位置，或允許使用計(jì)算機(jī)終端。美國(guó)專利No4,525,859的說(shuō)明書(shū)公開(kāi)了一種視頻照相機(jī)，用來(lái)攝取指紋的圖象，并用指紋的細(xì)節(jié)(即分叉和紋峰的終點(diǎn))來(lái)確定與參考指紋數(shù)據(jù)庫(kù)的匹配。
美國(guó)專利No.4,353,056的說(shuō)明書(shū)公開(kāi)了傳感活體指紋的另一種方法。
美國(guó)專利No.5325,442的說(shuō)明書(shū)公開(kāi)了包含多個(gè)傳感電極的指紋傳感器。
用于鑒定和檢驗(yàn)的指紋傳感和匹配需要取得較大的進(jìn)步以允許計(jì)算機(jī)工作站、設(shè)備、車輛及保密數(shù)據(jù)的非授權(quán)使用。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種允許通過(guò)例如用戶的手指之類的傳感媒介與集成電路芯片直接接觸的集成電路器件及其相關(guān)方法，以及為芯片提供一種可靠的環(huán)境密封。
另一個(gè)目的是提供有利于大規(guī)模及相對(duì)低成本生產(chǎn)的這樣一種集成電路器件及相關(guān)方法。
本發(fā)明包括的集成電路器件由以下組成集成電路芯片；包圍著所述集成電路芯片及其中具有展露所述集成電路芯片的一部分的窗口的一塊密封材料；以及安裝在所述密封材料塊上，與其中的窗口相鄰的框架。
本發(fā)明還包括由以下步驟組成的制造集成電路器件的方法提供集成電路芯片；在集成電路芯片上放置一塊可去掉的材料；在集成電路芯片及可去掉的材料塊周圍形成密封材料塊；以及去除可去掉材料塊以界定通過(guò)密封材料塊以展露部分集成電路芯片的窗口。
有利的是，可以把導(dǎo)電部件粘接到集成電路芯片上。因此，導(dǎo)電部件以及粘膠可以用來(lái)密封密封材料塊和芯片間的界面。電導(dǎo)部件也可以在制造的中間步驟界定圍繞可去掉材料塊的框架。更具體地說(shuō)，在塑料被注入模塑以密封該組件時(shí)，可以將可去掉材料塊及其框架放在集成電路芯片上。然后可以除掉可去除材料塊，因而在密封材料塊中形成窗口并留下固定在密封材料塊周圍的導(dǎo)電框架。在這種實(shí)施方式中，在制造過(guò)程中，導(dǎo)電部件界定框架，并有利于形成展露集成電路芯片相鄰部分的窗口。導(dǎo)電部件也可以是集成電路器件電路的一部分。
該集成電路器件最好還包含用于將導(dǎo)電部件和集成電路芯片電連接到一起的互連裝置。例如，互連裝置可以包含導(dǎo)電部件與集成電路芯片間的導(dǎo)電膠，以及集成電路芯片里至少一個(gè)填滿導(dǎo)體的通孔。
方便的是，對(duì)于本發(fā)明的一種指紋傳感實(shí)施方式，集成電路芯片可以由電場(chǎng)指紋傳感器組成。更具體地說(shuō)，電場(chǎng)指紋傳感器最好由以下組成電場(chǎng)傳感電極矩陣，和電場(chǎng)傳感電極相鄰的介電層，給電場(chǎng)傳感電極施加電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)裝置，以及相鄰的手指部分，以便電場(chǎng)傳感電極產(chǎn)生指紋的圖象信號(hào)。因此，導(dǎo)電部件可以作為指紋傳感部分的電極。
本發(fā)明的另一方面是基于用戶接觸集成電路器件，例如用于傳感指紋。由于用戶的手指與導(dǎo)電部件接觸，因此最好將電壓箝位裝置有效地連接到導(dǎo)電部件上，以箝位電壓，由此消除靜電聚積，因而保護(hù)集成電路器件不被靜電放電損傷，及/或當(dāng)與集成電路器件接觸時(shí)保護(hù)用戶免受電擊。
具體來(lái)說(shuō)，集成電路芯片最好進(jìn)一步由多個(gè)壓焊塊組成。因此，密封材料塊最好覆蓋著這些壓焊塊。此外，壓焊塊密封裝置也保護(hù)這些壓焊塊使其免受腐蝕。每一個(gè)壓焊塊都可以由第一金屬層組成，例如由鋁組成。因此，壓焊塊密封裝置可能包含在第一金屬層上的阻擋金屬層。壓焊塊密封裝置還可能進(jìn)一步包含在金屬層上的一層金。壓焊塊密封裝置可以和導(dǎo)電部件一起使用，形成框架及密封其與芯片間的界面。另外，在某些實(shí)施方式中，也可以使用壓焊塊密封裝置，而不使用導(dǎo)電部件或框架。
合適的是，密封材料塊最好由注入模塑塑料組成。在導(dǎo)電部件或框架與密封材料塊間的界面處最好界定鎖定裝置，以在其間形成機(jī)械鎖定。腐蝕傳感裝置也可以和集成電路芯片結(jié)合，如通過(guò)指示集成電路使用壽命的終結(jié)來(lái)提供進(jìn)一步的支持以確?？煽啃?。集成電路器件也可以包含和集成電路芯片相連的導(dǎo)線框架。此外，導(dǎo)電部件可以由金屬，例如金組成。集成電路芯片的最外層最好至少包括一層堅(jiān)硬的鈍化層，例如氮化物，碳化物，或金剛石。
本發(fā)明的另一方面是集成電路芯片可以由相當(dāng)硬的襯底(例如硅襯底)以及襯底上的多層金屬組成。由于芯片一般要被用戶觸摸，因此金屬層最好相對(duì)薄及相對(duì)硬，以使集成電路芯片強(qiáng)度增加。多層金屬的每一層最好都由高熔點(diǎn)金屬組成，例如鎢、鉬或鈦。從另一種角度考慮，根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)方面，多層金屬的每一層最好都不用相對(duì)軟的鋁。
最好使用下述一種制造集成電路器件的方法，該方法由以下步驟組成提供集成電路芯片；在集成電路芯片上放置一塊可去掉的材料；在集成電路芯片和可去掉材料塊的周圍形成密封材料塊；除去可去掉材料塊，以界定通過(guò)密封材料塊展露部分集成電路芯片的窗口。該集成電路芯片可以是傳感器(例如指紋傳感器)或其它集成電路器件。
該方法還可以包括將框架固定到可去掉材料塊上的步驟?？蚣芸梢杂蓪?dǎo)電材料組成。此外，除去可去掉材料塊的步驟最好包括除去可去掉材料塊的同時(shí)將框架保留在密封材料塊中。放置可去掉材料塊的步驟最好包括將框架粘接到集成電路芯片上的步驟。形成密封材料塊的步驟可以包括在可去掉材料塊和集成電路芯片周圍注入模塑塑料。此外，可去掉材料塊最好是可以溶解于液體中的材料塊，其中除掉的步驟最好包括將可去掉材料塊浸泡在液體溶劑中。
用于制造集成電路器件的本發(fā)明的方法的另一方面由以下步驟組成提供集成電路芯片；把具有本體及由本體向外伸出的突出部分的模具放在集成電路芯片上，使突出部分和集成電路芯片的一部分接觸；在模具中圍繞著集成電路芯片填入密封材料。該方法最好還包括除掉模具的步驟，該模具包括突出部位，用以在密封材料塊中界定窗口，因而展露出一部分集成電路芯片。
現(xiàn)在通過(guò)例子，并參考附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，其中

圖1是和筆記本電腦連接在一起的集成電路指紋傳感器的原理圖；圖2是和計(jì)算機(jī)工作站及有關(guān)的信息處理計(jì)算機(jī)及局域網(wǎng)(LAN)連接在一起的集成電路指紋傳感器的原理圖；圖3是集成電路指紋傳感器的一個(gè)實(shí)施方式的原理透視圖；圖4是集成電路指紋傳感器及其上覆蓋的指紋圖樣的局部原理平面圖，其中局部被放大；圖5是集成電路指紋傳感器的局部高倍放大平面圖，其上面的介電層被除掉；圖6是集成電路指紋傳感器的一部分的原理透視圖；圖7是集成電路指紋傳感器的一部分的原理斷面圖；圖8是剖面的一部分的側(cè)面原理圖，用來(lái)說(shuō)明電場(chǎng)；圖9是一部分集成指紋傳感器的原理電路圖；圖10是剖面的一部分的放大的側(cè)面原理圖，進(jìn)一步說(shuō)明電場(chǎng)；圖11是沿著圖3的11-11線的稍加放大的原理剖面圖；圖12是一個(gè)集成電路器件的另一實(shí)施方式的局部高倍放大的原理剖面圖13是該集成電路器件的一個(gè)實(shí)施方式的接觸壓焊塊部分的高倍放大的原理剖面圖；圖14是一個(gè)集成電路器件的另一實(shí)施方式的局部的高倍放大的原理剖面圖；圖15是封裝在一個(gè)載卡上的集成電路指紋傳感器件的平面圖；圖16一圖18是制造過(guò)程中的集成電路器件的原理剖面圖；圖19和圖20是在另一個(gè)制造工藝中的集成電路器件的原理剖面圖。
圖1-圖3說(shuō)明根據(jù)最初描述的本發(fā)明的集成電路指紋傳感器30。圖示的指紋傳感器30包括一個(gè)外殼或管殼51，一個(gè)暴露在管殼的上表面上的提供放置手指的平面的介電層52，以及多個(gè)信號(hào)導(dǎo)線或引線53。在介電層52周圍的導(dǎo)電條或電極54也可以為手指提供一個(gè)接觸電極，這將在下面詳細(xì)描述。傳感器30也可以根據(jù)管殼內(nèi)電路的處理水平提供各種范圍的輸出信號(hào)，這將在下面詳細(xì)描述。
傳感器30可以用來(lái)允許訪問(wèn)計(jì)算機(jī)工作站，例如包括鍵盤(pán)36和相連的折疊式顯示屏37的筆記本電腦35(圖1)。換句話說(shuō)，只有首先感應(yīng)到所要求的或預(yù)先登錄過(guò)的指紋，用戶才被準(zhǔn)許訪問(wèn)筆記本電腦35中的信息和程序。
傳感器30可以用來(lái)準(zhǔn)許或拒絕進(jìn)入用于計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)40的固定的工作站41。該系統(tǒng)可以包含由局域網(wǎng)(LAN)42連接的多個(gè)這種工作站41，局域網(wǎng)還連接到指紋鑒定服務(wù)器43及總的中央計(jì)算機(jī)44。
圖4-圖10表示的是指紋傳感器30。指紋傳感器30包含排列成矩陣圖形的許多獨(dú)立的象素或傳感單元30a，這在圖4和圖5中充分地表示出。正如很容易會(huì)被熟練的技術(shù)人員所理解的，這些傳感單元相當(dāng)小，以至于能感應(yīng)到一般指紋的紋峰59和其間的紋谷60(圖4)。正如也將很容易被熟練的技術(shù)人員所理解的，根據(jù)本發(fā)明從電場(chǎng)傳感器30讀出的活體指紋比光學(xué)感應(yīng)更可靠，因?yàn)榫哂屑y峰和紋谷圖形的手指皮膚的導(dǎo)電性很難用例如襯底上的指紋圖象，甚至很難用指紋的三維模型來(lái)模擬。
指紋傳感器30包含襯底65，及一個(gè)或多個(gè)在襯底上的有源半導(dǎo)體工作層66。在圖示的實(shí)施方式中，在有源層66上有一個(gè)接地的平面電極層68，二層之間用絕緣層67分隔開(kāi)。驅(qū)動(dòng)電極層71位于另一個(gè)介電層70上，并連接到激勵(lì)驅(qū)動(dòng)放大器74。激勵(lì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的典型范圍約為1Khz至1Mhz，被以相干方式傳送給全部矩陣。因此，驅(qū)動(dòng)或激勵(lì)電子裝置相對(duì)并不復(fù)雜，傳感器30的總成本可以降低，而可靠性可提高。
在驅(qū)動(dòng)電極層71上有另一個(gè)絕緣層76，在絕緣層76上有一個(gè)圓形傳感電極78。傳感電極78可以連接到如原理圖所示的在有源層66形成的感應(yīng)電路73，這會(huì)很容易被熟練的技術(shù)人員理解。
一個(gè)環(huán)形屏蔽電極80圍繞著傳感電極78，并和其保持一定的距離。正如很容易會(huì)被熟練的技術(shù)人員理解的，傳感電極78及其周圍的屏蔽電極80可以有其它形狀，例如六角形，以利于象素或傳感單元30a裝置或矩陣的密集封裝。屏蔽電極80是由放大電路73的一部分輸出驅(qū)動(dòng)的有源屏蔽，這有助于使電場(chǎng)能量集中，因而減小了驅(qū)動(dòng)相鄰電極的需求。因此，和現(xiàn)有技術(shù)的傳感器要求每一個(gè)傳感電極都要單獨(dú)驅(qū)動(dòng)形成鮮明對(duì)照，傳感器30允許用一個(gè)相干驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)所有的傳感單元。
借助附圖8-10可以認(rèn)識(shí)到，激勵(lì)電極71產(chǎn)生到傳感電極78的第一電場(chǎng)及傳感電極78和手指79表面間的第二電場(chǎng)，這兩個(gè)電場(chǎng)分別加在距離d1和d2上。換個(gè)說(shuō)法，如圖9所示，在激勵(lì)電極71和傳感電極78間定義第一電容83，及在手指的皮膚79和地之間定義第二電容85。第二電容85的電容量的變化取決于傳感電極78是接近紋峰還是接近紋谷。因此，傳感器30可以模擬成電容分壓器。被單位增益電壓跟隨器或放大器73感應(yīng)的電壓將隨距離d2的改變而變化。
總之，傳感單元30a工作在非常低的電流和非常高的阻抗下。例如，從每個(gè)傳感電極78輸出的信號(hào)可望達(dá)到約5-10毫伏，以減少噪聲的影響，并許可做進(jìn)一步的信號(hào)處理，由屏蔽電極80的外尺寸決定的每個(gè)傳感單元30a的直徑可以為約0.002-0.005英寸。激勵(lì)介電層76和表面介電層52的期望厚度范圍可以約為1μm。接地平面電極68屏蔽了由激勵(lì)電極71形成的有源電子器件。相對(duì)較厚的介電層67減少了這兩個(gè)結(jié)構(gòu)間的電容，并因此減少了用于驅(qū)動(dòng)激勵(lì)電極的電流?？梢院苋菀仔纬捎糜趯㈦姌O78，80連接到有源電路的各種信號(hào)連線，這很容易被熟練的技術(shù)人員理解。
傳感器30的總接觸或傳感表面的期望面積可以是約0.5×0.5英寸-可以很容易制造出這個(gè)尺寸并仍能提供用于精確地傳感指紋并鑒定的足夠大的表面。根據(jù)本發(fā)明的傳感器30對(duì)于失效的象素或傳感單元30a也有相當(dāng)?shù)娜菹?。典型的傳感?0包含一個(gè)約256×256個(gè)象素或傳感單元的矩陣，雖然本發(fā)明也包括其它的矩陣大小。也可以主要使用常規(guī)半導(dǎo)體制造工藝一次制造傳感器30，因此顯著地減少了制造成本。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖11，進(jìn)一步說(shuō)明指紋傳感器30的封裝。正如很容易被熟練的技術(shù)人員理解的，由于被掃描或傳感的手指必須接觸集成電路指紋傳感器，因此它帶來(lái)特殊的封裝上的困難。在常規(guī)的集成電路制造中，部分原因是由于怕引起潛在的污染，因此一般希望避免與集成電路接觸。有關(guān)的主要污染是鈉以及其它堿性金屬。這些離子沾污在一般用來(lái)鈍化集成電路的SiO2層中具有非常高的遷移率。造成的氧化層電荷會(huì)使器件性能降低，尤其是在MOS工藝中。
控制可動(dòng)離子沾污的常規(guī)方法是用摻磷的鈍化層密封集成電路。磷摻雜通過(guò)捕獲機(jī)制減少了污染物的遷移率，這很容易被熟練的技術(shù)人員理解。塑料封裝現(xiàn)在已變得更加廣泛應(yīng)用，氮化硅和碳化硅鈍化層可以和塑料封裝一起使用。氮化硅和碳化硅可以極大地減小沾污的滲透性，使得用戶的手指可以和集成電路直接接觸。因此根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的指紋傳感器30的最外層的鈍化層最好用氮化硅或碳化硅。
諸如指紋傳感器30這樣的集成電路器件對(duì)封裝提出的幾個(gè)獨(dú)特的要求還包括管殼必須開(kāi)有窗口以使手指能和傳感器芯片接觸；管殼必須具有物理強(qiáng)度，使其能經(jīng)受惡劣的使用環(huán)境；管殼和芯片能經(jīng)受洗滌劑和/或消毒溶液的重復(fù)清洗，包括擦洗；芯片要能經(jīng)受各種各樣的有機(jī)和無(wú)機(jī)污染物的接觸，并能經(jīng)受磨損；最后，管殼應(yīng)該相當(dāng)廉價(jià)。
圖示的管殼51解決了這些封裝的課題。管殼51包括在注入模塑形成管殼的密封材料塊94時(shí)安裝在導(dǎo)線框架93上的集成電路芯片91。用鍵合(bond)線97和導(dǎo)線框架93形成與向外伸展出的引出線53的連接。管殼51的上表面包括一個(gè)整體模塑的窗口98，允許通過(guò)它和芯片91直接接觸。更具體地說(shuō)，在圖示的實(shí)施方式中，用一個(gè)作為電極54的框架或?qū)щ姴考?lái)界定窗口98。圖中電極54通過(guò)導(dǎo)電膠95連接到下面的芯片91的一部分，該導(dǎo)電膠在制造傳感器30中具有優(yōu)點(diǎn)，這將在下面詳細(xì)描述。
電極54向內(nèi)露出的表面可以稍微傾斜?？蚣芑螂姌O54同周圍的密封材料塊94通過(guò)塑料材料的榫和電極內(nèi)相應(yīng)的槽互鎖配合機(jī)械固定在一起。當(dāng)然，熟練的技術(shù)人員會(huì)找到密封塊94和電極54的界面的其它互鎖結(jié)構(gòu)。
電極54可以很方便地互連到集成電路芯片91上的電路中。特別是參考圖12，可以用充滿導(dǎo)體的通孔104來(lái)連接到電極54’。圖12中還表示出在密封材料塊94’和電極54’間的界面上的另一種機(jī)械鎖定結(jié)構(gòu)。圖示的電極54’有L型剖面，熟練的技術(shù)人員很容易認(rèn)識(shí)到，還可能有其它的剖面形狀，這都屬于本發(fā)明的范圍。
此外，圖12示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，電極94’遠(yuǎn)離窗口98’。更詳細(xì)地說(shuō)，在下面將會(huì)詳細(xì)描述的模塑過(guò)程中，可以用撐桿105固定可去掉材料塊以形成窗口。換句話說(shuō)，一個(gè)或多個(gè)撐桿105可在模塑過(guò)程中，在框架或電極54’與可去掉材料塊之間界定一個(gè)空間。由此在噴射模塑過(guò)程中，在電極54’的內(nèi)部形成塑料的內(nèi)部部分94a。
圖12涉及電極54’上的箝位電壓。更詳細(xì)地說(shuō)，用戶手指上的靜電電壓如沒(méi)有正確地被放電，可能會(huì)損害集成電路芯片91’上的元件，這容易被熟練的技術(shù)人員理解。此外，由驅(qū)動(dòng)電路109輸入到電極54’上的電壓希望不超過(guò)一個(gè)預(yù)定值，以避免對(duì)用戶意外的電擊。因此，本發(fā)明還包括由圖示的一對(duì)齊納(Zener)二極管111和電阻112組成的電壓箝位電路108。在指紋傳感器的某些實(shí)施方式中，或在其它集成電路器件中，可能不需要接地的電極，因?yàn)槿梭w本身可以用作指紋傳感器的一個(gè)大電容。然而，圖示的電極54’和箝位電路109一起還是給接觸的手指提供了一個(gè)便于靜電放電的導(dǎo)體。然而正如本文中別處所述的本發(fā)明的其它實(shí)施方式中，在最后形成的集成電路器件中，可能不需要電極54。
現(xiàn)在參考附圖13說(shuō)明本發(fā)明的另一方面。在本發(fā)明的某些實(shí)施方式中，可能要對(duì)壓焊塊另加保護(hù)。在圖示的結(jié)構(gòu)中，例如鋁壓焊塊120作在芯片的最外層表面上。第一鈍化層122作在芯片上表面上，覆蓋著壓焊塊120的邊緣部分。第二層鈍化層123(最好較厚)覆蓋著第一層鈍化層122。阻擋金屬層124作在第二鈍化層123中的窗口上，與下面的鋁壓焊塊120接觸。阻擋金屬層也可以是鈦/鎢、鈦/鎢氮化物、及鈦/鎢組成的合金，以保護(hù)下面相對(duì)容易受到腐蝕的鋁。也可以在阻擋金屬層124上形成一層金126，鍵合線97”被連到金上，這很容易被熟練的技術(shù)人員接受。熟練的技術(shù)人員還很容易認(rèn)識(shí)到當(dāng)被暴露于水或其它污染中時(shí)用來(lái)保護(hù)易受腐蝕的壓焊塊120免遭腐蝕或退化的其它類似結(jié)構(gòu)。
由于以上強(qiáng)調(diào)的原因，外層鈍化層123也可以由氮化硅組成。另外，也可以用其它有機(jī)材料組成另一保護(hù)涂層，例如聚酰亞胺(polyimide)或PTFF(聚四氟乙烯(TeflonTM))，有助于增加耐磨性并提供物理保護(hù)。也可以用無(wú)機(jī)涂層作為外層123，例如碳化硅或無(wú)定形金剛石，也可以大大增強(qiáng)耐磨性，尤其對(duì)于研磨顆粒。此外，為了能刻蝕出例如壓焊塊，外層鈍化層123的材料最好與標(biāo)準(zhǔn)的集成電路圖形制作方法相容。
參考圖13，集成電路芯片91”可能還包含在相對(duì)較堅(jiān)硬的硅襯底132上的多層金屬層131及其間的介電層130。常規(guī)的退火鋁一般較軟，且淀積厚度較厚。金屬層131可以由耐腐蝕金屬或其合金形成，這些層可以相當(dāng)薄且相當(dāng)堅(jiān)硬。例如，耐腐蝕材料可能包括鎢、鉬、鈦或其合金。其它耐腐蝕金屬以及其它非耐腐蝕金屬都可以使用，只要它們較硬，且可以形成較薄的層。例如，對(duì)于CVD(化學(xué)汽相淀積)的鎢，厚度最好約大于0.1μm，小于1.0μm。從另一方面考慮，金屬最好不包含鋁。如此，使集成電路芯片91”更加堅(jiān)硬，以阻止例如用戶手指的直接物理接觸造成的損傷。
熟練的技術(shù)人員很容易認(rèn)識(shí)到，如圖13所示的這里所公開(kāi)的壓焊塊密封裝置和由粘接固定的電極54形成的界面密封結(jié)合起來(lái)使用是有利的。在例如圖14所述的某些實(shí)施方式中，也可以僅使用壓焊塊的密封裝置本身，其中不論是對(duì)于整個(gè)界面或其一部分在鄰近窗口98”處都沒(méi)有留下電極。圖14中還表示出，腐蝕傳感裝置135可以在壓焊塊或密封起來(lái)的器件的其它部分失效前啟動(dòng)集成電路芯片91上的或遠(yuǎn)離該芯片的控制邏輯電路使之監(jiān)測(cè)腐蝕情況。腐蝕傳感裝置135由電阻網(wǎng)絡(luò)組成，電阻網(wǎng)絡(luò)定期監(jiān)測(cè)數(shù)值的變化，熟練的人員很容易理解這一點(diǎn)。
圖15表示指紋傳感器30的另一種變型，其中集成電路芯片密封在為了讓用戶攜帶而形成的卡139的塑料材料內(nèi)。圖示的傳感器30””只包含一個(gè)單個(gè)的電極54””，它只沿著通常是矩形的窗口的一部分展開(kāi)。在如上討論的另一種實(shí)施方式中，電極或框架也可以形成一個(gè)閉合的幾何形狀，例如矩形?？?39也可以包含圖示的磁條138，例如用來(lái)保存數(shù)據(jù)，并和手指?jìng)鞲衅?0””一起工作，這也很容易被熟練的技術(shù)人員理解?？?39也可以還帶有一個(gè)或更多其它集成電路芯片，使得能進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和存貯。
現(xiàn)在參考圖16-圖18解釋本發(fā)明的方法。如圖16所示，組合件150包括電極54、一塊可去掉材料151以及在電極底面的粘膠層95，該組件150與固定并連接到引線框架93上的集成電路芯片91對(duì)準(zhǔn)，并放在它上面。把這樣形成的結(jié)構(gòu)放在常規(guī)的集成電路管殼的注入模具160中(圖17)，形成密封塑料材料塊94。如圖18所示，在取掉注入模塑模具160后，把該結(jié)構(gòu)放在裝有液體溶劑166(例如水)的池子165中，因此溶解掉可去掉材料塊，給下面的集成電路芯片91部分留下窗口98。此外，也可以通過(guò)噴灑溶劑來(lái)使可去掉材料溶解掉。
現(xiàn)在參考圖19和圖20所描述的根據(jù)本發(fā)明制造集成電路器件30(圖14)的另一種方法。在這種實(shí)施方式中，模具171的上半部分包括本體部分173和由本體向下伸出的突出部分172。把模具的上半部分171和模具的下半部分174組合在一起，在由此形成的模具空腔中注入塑料密封材料94，如圖20所示。突出部分172可以是空心的而不是實(shí)心的。其它部件都用帶撇的數(shù)字表示。
必須采取措施以確保在注入模塑時(shí)突起部分172對(duì)準(zhǔn)集成電路芯片91，這很容易被熟練的技術(shù)人員理解。上半部分和下半部分模具可以被分開(kāi)，以取出集成電路器件30。
本發(fā)明尤其可用于要直接被用戶的手指觸摸的指紋傳感器30。本發(fā)明也可以用于其它傳感器，例如氣體或液體傳感器，其中希望把集成電路芯片直接暴露于傳感媒介中，而芯片的其它部分被保護(hù)起來(lái)不被暴露。
指紋傳感器30及它的輔助處理電路的各種實(shí)施方式可以完成大量常規(guī)指紋匹配算法中的任何一種算法。
經(jīng)常用指紋的細(xì)節(jié)，即紋峰的分支或分叉以及終點(diǎn)來(lái)確定紋樣與參考指紋數(shù)據(jù)庫(kù)的匹配?？梢院苋菀椎赜商幚黼娐穼?shí)現(xiàn)這種細(xì)節(jié)的匹配。美國(guó)專利No.3,859,633及3,893,080的說(shuō)明書(shū)就說(shuō)明了基于指紋細(xì)節(jié)匹配的指紋鑒定。美國(guó)專利No.4,151,512的說(shuō)明書(shū)描述了利用提取出來(lái)的紋峰形狀的數(shù)據(jù)的指紋分類方法。美國(guó)專利No.4,185,270說(shuō)明書(shū)公開(kāi)了也是基于細(xì)節(jié)的編碼和檢驗(yàn)的方法。美國(guó)專利No.5,040,224說(shuō)明書(shū)公開(kāi)了用于后續(xù)細(xì)節(jié)圖樣匹配以確定每個(gè)指紋圖象的核心位置的指紋預(yù)處理方法。
一種包括指紋傳感器件的集成電路器件，它具有集成電路芯片，一塊包圍著集成電路芯片、其中具有暴露部分集成電路芯片的窗口的密封材料塊，以及具有安裝在窗口附近的密封材料塊上的導(dǎo)電部件或框架。導(dǎo)電部件粘接固定到集成電路芯片上。因此，粘膠和導(dǎo)電部件可以作為密封材料塊和芯片之間的界面的密封。在制造的中間過(guò)程，它也可界定一個(gè)圍繞著可去掉材料塊的框架?？扇サ舨牧蠅K及其框架可在塑料被注入模塑而密封該組件時(shí)放在集成電路芯片上。
權(quán)利要求
1.一種集成電路器件，包括集成電路芯片；包圍著所述集成電路芯片的一塊密封材料，其上面具有展露部分所述集成電路芯片的窗口；以及安裝到窗口附近的所述密封材料塊的框架。
2.如權(quán)利要求1的集成電路器件，其中，通過(guò)所述密封材料塊中的窗口展露出的部分所述集成電路芯片包括由指紋傳感器構(gòu)成的傳感器部分。
3.如權(quán)利要求1或2的集成電路器件，其中所述的框架被放置成界定所述密封材料塊內(nèi)的至少一部分窗口，所述的框架的幾何形狀最好是封閉的，并且是導(dǎo)電的；該集成電路器件具有用于電連接所述框架與所述集成電路芯片的互連裝置，并且包括有效連接到所述框架并用于箝位電壓的電壓箝位裝置。
4.如權(quán)利要求1至3中任何一個(gè)的集成電路器件，其中，所述的集成電路芯片還包括多個(gè)壓焊塊、及用于保護(hù)所述的多個(gè)鍵合壓焊塊使其免受腐蝕的鍵合壓焊塊密封裝置，該集成電路器件中的集成電路芯片包括較硬的襯底；以及在所述襯底上、較薄并較硬以給所述集成電路芯片提供強(qiáng)度的多個(gè)金屬層，在所述集成電路芯片和所述框架間具有一層粘膠，在所述框架與所述密封材料塊的界面形成的互鎖裝置用于在它們之間形成機(jī)械鎖定。
5.如權(quán)利要求1至4中任何一個(gè)的集成電路器件，其中所述的鍵合壓焊塊中的每一個(gè)都由易受腐蝕的第一層金屬組成一塊密封材料，包圍著所述集成電路芯片，其上具有展露所述集成電路芯片的一部分的窗口，并覆蓋著多個(gè)壓焊塊；用于保護(hù)所述多個(gè)鍵合壓焊塊免受腐蝕的鍵合壓焊塊密封裝置，通過(guò)所述密封材料塊中的窗口展露出的所述集成電路芯片的那部分包括由指紋傳感器組成的傳感器部分。
6.如權(quán)利要求5的集成電路器件，其中，所述的鍵合壓焊塊密封裝置包括在所述第一金屬層上的阻擋金屬層，所述的阻擋金屬層最好由耐腐蝕金屬組成，在所述鍵合壓焊塊密封裝置中包括覆蓋著所述第一金屬層的邊緣部分的鈍化層，鈍化層最好是氮化硅層。
7.如權(quán)利要求1至6中任何一個(gè)的集成電路器件，其中，所述鍵合壓焊塊密封裝置還包括在所述阻擋金屬層上的一層金，所述的電壓箝位裝置在用戶接觸所述導(dǎo)電部件時(shí)有效地減少用戶的靜電電荷。
8.如權(quán)利要求7的集成電路器件，其中，集成電路芯片由較硬的襯底和在所述襯底上的多層金屬組成，所述的每一金屬層都較薄且較硬，以給所述的集成電路芯片提供強(qiáng)度；該集成電路器件具有展露所述集成電路芯片一部分的窗口；在該集成電路器件中，通過(guò)所述密封材料塊中的窗口展露出的所述集成電路的部分由傳感器部分組成；所述的多層金屬中的每一層都由選自鎢、鉬、鈦中的至少一種耐腐蝕金屬組成，所述的多層金屬中的每一層都不采用鋁。
9.用于制造一種集成電路器件的方法，由以下步驟組成提供集成電路芯片；把一塊可去掉材料放在集成電路芯片上；在集成電路芯片和可去掉材料塊周圍形成密封材料塊；以及除掉可去掉材料塊，以在密封材料塊中界定窗口，以展露出集成電路芯片的一部分。
10.如權(quán)利要求9的方法，其中，提供集成電路芯片的步驟包括提供具有通過(guò)密封材料塊中的窗口展露出來(lái)的傳感器部分的集成電路芯片，傳感器部分是通過(guò)密封材料塊中的窗口展露出來(lái)的指紋傳感器部分。
11.如權(quán)利要求9或10的方法，包括把框架固定到可去掉材料塊的步驟；除掉可去掉材料塊的步驟，包括除掉可去掉材料塊的同時(shí)框架仍保留在密封材料塊中，定位可去掉材料塊的步驟包括把框架粘接固定到集成電路芯片上的步驟，固定框架的步驟包括完全包圍可去掉材料塊的外圍，固定框架的步驟，它包括在可去除材料塊及集成電路芯片周圍注入模塑塑料形成密封材料塊的步驟，和提供可溶解于液體中的材料塊的步驟；以及去除步驟包括將可溶于液體中的材料塊暴露于液體的步驟。
12.如權(quán)利要求9，10或11的方法，包括以下步驟把導(dǎo)電部件固定到可去掉材料塊上；在集成電路芯片上定位可去掉材料塊及導(dǎo)電部件；在集成電路芯片、可去掉材料塊及導(dǎo)電部件周圍形成密封材料塊；除掉可去除材料塊以界定通過(guò)密封材料塊的窗口，以展露出集成電路芯片的一部分，同時(shí)導(dǎo)電部件仍保留在密封材料塊中，提供包括由通過(guò)密封材料塊中的窗口展露出的指紋傳感器組成的傳感器部分的集成電路芯片。
13.一種指紋傳感器，包括集成電路芯片，包括用來(lái)被用戶手指觸摸的指紋傳感部分；一塊包圍著所述集成電路芯片的密封材料，其上具有展露所述集成電路芯片的指紋傳感部分的窗口；及安裝在所述密封材料塊上與窗口相鄰的導(dǎo)電部件，在密封材料塊中的所述導(dǎo)電部件放置成界定在所述密封材料塊中用作窗口的至少一部分框架，所述的導(dǎo)電部件的幾何形狀是封閉的，最好是矩形，并包含用來(lái)將所述的導(dǎo)電部件與所述的集成電路芯片進(jìn)行電連接的互連裝置。
14.如權(quán)利要求13的指紋傳感器，其中所述的互連裝置包括位于所述導(dǎo)電部件和所述集成電路芯片間的導(dǎo)電膠；位于所述集成電路芯片中的至少一個(gè)通孔；及位于所述的至少一個(gè)通孔中的導(dǎo)電材料。
15.如權(quán)利要求13或14的指紋傳感器，其中，所述的指紋傳感部分由電場(chǎng)指紋傳感器組成，其中的電場(chǎng)指紋傳感器又包括電場(chǎng)傳感電極的陣列；和所述電場(chǎng)傳感電極相鄰的介電層，所述的介電層用于接受與其相鄰的手指；用來(lái)將電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加到所述電場(chǎng)傳感電極及相鄰的手指部分，以使所述的電場(chǎng)傳感電極產(chǎn)生指紋圖象信號(hào)的驅(qū)動(dòng)裝置，包括有效地連接到所述導(dǎo)電部件、用于箝位其電壓的電壓箝位裝置，以及包括用于當(dāng)用戶的手指接觸所述導(dǎo)電部件時(shí)減少用戶的靜電荷的靜電放電裝置。
16.如權(quán)利要求15的指紋傳感器，包括連接到所述集成電路芯片上的引線框架，所述的最外層鈍化層包括氮化物、碳化物及金剛石中至少一種。
全文摘要
包括指紋傳感器的集成電路器件，具有集成電路芯片，包圍著該集成電路芯片并且其上具有展露集成電路芯片的一部分窗口的密封材料，以及安裝在與窗口相鄰的密封材料塊上的導(dǎo)電部件或框架。該導(dǎo)電部件被固定到集成電路芯片上。因此該膠和導(dǎo)電部件可以用作密封材料塊與芯片間界面的密封。也可以在制造的中間階段界定圍繞著可去掉材料塊的框架。當(dāng)注入塑料來(lái)模塑密封組件時(shí)，可去掉材料塊及其框架可以放在集成電路芯片上。
文檔編號(hào)G06F21/00GK1163477SQ97102149
公開(kāi)日1997年10月29日 申請(qǐng)日期1997年1月24日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月26日
發(fā)明者馬修·M·薩拉迪諾, S·詹姆斯·思圖德貝克 申請(qǐng)人:哈里公司