專利名稱：傳感器器件、傳感器系統(tǒng)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳感器器件、一種傳感器系統(tǒng)及制造這種傳感器器件和系統(tǒng)的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今，已知一種整體上包括使用基于半導(dǎo)體工藝的微機(jī)械技術(shù)制造的微小尺寸的傳感器或激勵(lì)器和其驅(qū)動(dòng)電路(包括控制電路)的微系統(tǒng)，并且該系統(tǒng)被描述為“MEMS”(微機(jī)電系統(tǒng))。圖12是形成為MEMS的傳統(tǒng)傳感器系統(tǒng)的截面圖。該傳感器系統(tǒng)150包括陶瓷襯底70、傳感器器件74、集成電路75、安裝外部電極77以及密封材料78。陶瓷襯底70具有布線圖樣76。
傳感器器件74被設(shè)計(jì)成為角速度傳感器，包括由硅基材料制成的傳感器主體71；由玻璃制成的上密封構(gòu)件72；以及由玻璃制成的下密封構(gòu)件73。上和下密封構(gòu)件72、73被設(shè)置作為以密封方式容納傳感器主體71的裝置。集成電路75被設(shè)計(jì)成為用于驅(qū)動(dòng)(并控制)傳感器器件74的驅(qū)動(dòng)電路，并且形成為通過(guò)隆起焊盤(bump)與形成在陶瓷襯底70上的布線圖樣76相連的裸芯片。即，集成電路75是以倒裝片方式安裝在陶瓷襯底70上的。傳感器器件74也被以與倒裝片方式安裝相同的方式安裝在陶瓷襯底70上。用樹脂密封材料78密封傳感器器件74和集成電路75。傳感器系統(tǒng)150可以通過(guò)與布線圖樣76相連的安裝外部電極77，被安裝在外部電路板等上。按照這種方式，可以與單個(gè)集成電路類似地來(lái)處理傳感器系統(tǒng)150。
關(guān)于傳感器器件74，在該領(lǐng)域中通常使用例如如日本專利未審公開No.2001-153881中公開的技術(shù)，用于利用玻璃的上和下密封構(gòu)件72、73來(lái)密封硅基傳感器主體71。然而，該技術(shù)涉及由于硅和玻璃的熱膨脹系數(shù)之間的較大差別引起的溫度改變而造成傳感器主體71的變形或應(yīng)變的問(wèn)題。例如，該應(yīng)變導(dǎo)致傳感器主體71的諧振頻率的改變，造成傳感器特性的溫度漂移。此外，由于以傳感器器件74和集成電路75被以彼此水平對(duì)齊的方式來(lái)安裝，所以傳感器系統(tǒng)150在縮小尺寸方面也受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述問(wèn)題，因此本發(fā)明的目的是提供一種傳感器器件和系統(tǒng)，在傳感器特性方面具有減小的溫度漂移，并且提供一種用于所述制造傳感器器件和系統(tǒng)的方法。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種能夠便于縮小尺寸的傳感器系統(tǒng)，并且提供一種制造這種傳感器系統(tǒng)的方法。
為了實(shí)現(xiàn)以上目的，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種傳感器器件，包括傳感器主體；上密封構(gòu)件，由與傳感器主體的材料相同的材料制成；以及下密封構(gòu)件，由與傳感器主體的材料相同的材料制成，并且與上密封構(gòu)件接合以便與上密封構(gòu)件配合在其中容納傳感器主體。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，在本發(fā)明的第一方面中提出的傳感器器件中，傳感器主體、上密封構(gòu)件和下密封構(gòu)件的材料是半導(dǎo)體。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，在本發(fā)明第一或第二方面中提出的傳感器器件中，上密封構(gòu)件和下密封構(gòu)件以密封的方式容納傳感器主體。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，在本發(fā)明第一至第三方面中的任何一個(gè)中提出的傳感器器件還包括安裝電極，位于從上密封構(gòu)件和下密封構(gòu)件中選出的至少一個(gè)密封構(gòu)件的外表面上；以及導(dǎo)電通路，穿通所述至少一個(gè)密封構(gòu)件，電連接在安裝電極和傳感器主體之間。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，在本發(fā)明第四方面中提出的傳感器器件還包括絕緣膜，位于所述至少一個(gè)密封構(gòu)件和導(dǎo)電通路之間。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，在本發(fā)明第一至第三方面中的任何一個(gè)中提出的傳感器器件還包括安裝電極，位于從上密封構(gòu)件和下密封構(gòu)件中選出的至少一個(gè)密封構(gòu)件的外表面上；以及第一布線圖樣，沿所述至少一個(gè)密封構(gòu)件相對(duì)于相對(duì)密封構(gòu)件的接合表面延伸，電連接在安裝電極和傳感器主體之間。
根據(jù)本發(fā)明的第七方面，在本發(fā)明的第一至第六方面中的任何一個(gè)中提出的傳感器器件中，上密封構(gòu)件和下密封構(gòu)件中的一個(gè)或兩個(gè)是由用于驅(qū)動(dòng)傳感器主體的電路形成的集成電路板。
根據(jù)本發(fā)明的第八方面，提供了一種傳感器系統(tǒng)，包括在本發(fā)明第一至第六方面中的任何一個(gè)中提出的傳感器器件；以及用于驅(qū)動(dòng)傳感器器件的集成電路。
根據(jù)本發(fā)明的第九方面，在本發(fā)明第八方面中提出的傳感器系統(tǒng)還包括MID襯底，置于傳感器器件和集成電路之間，用于以堆疊方式支撐傳感器器件和集成電路中的每一個(gè)，并且適用于在傳感器器件和集成電路之間傳遞電連接；以及安裝外部電極，設(shè)置在MID襯底中，并且通過(guò)MID襯底與傳感器器件和集成電極中的至少一個(gè)電連接。
根據(jù)本發(fā)明的第十方面，在本發(fā)明第八方面中提出的傳感器系統(tǒng)中，集成電路和傳感器器件接合在一起以形成堆疊的主體。該傳感器系統(tǒng)還包括MID襯底，用于支撐堆疊的主體，而不置于傳感器器件和集成電路之間；以及安裝外部電極，設(shè)置在MID襯底中，并且通過(guò)MID襯底與傳感器器件和集成電極中的至少一個(gè)電連接。
根據(jù)本發(fā)明的第十一方面，在本發(fā)明第九或第十方面中提出的傳感器系統(tǒng)中，安裝外部電極是階梯式彎曲的管腳。
根據(jù)本發(fā)明的第十二方面，在本發(fā)明第八方面中提出的傳感器系統(tǒng)中，集成電路和傳感器器件接合在一起以形成堆疊的主體。該傳感器系統(tǒng)還包括設(shè)置在堆疊的主體中的安裝外部電極。
根據(jù)本發(fā)明的第十三方面，在本發(fā)明第十二方面中提出的傳感器系統(tǒng)中，安裝外部電極位于集成電路的一個(gè)表面上，在面對(duì)傳感器器件的集成電路另一個(gè)表面的相反一側(cè)，并且集成電路包括由用于驅(qū)動(dòng)傳感器器件的電路形成的集成電路板；以及第二布線圖樣，沿集成電路板的側(cè)面延伸，電連接在安裝外部電極和傳感器器件之間。
根據(jù)本發(fā)明的第十四方面，在本發(fā)明第十二方面中提出的傳感器系統(tǒng)中，安裝外部電極位于傳感器器件的一個(gè)表面上，在面對(duì)集成電路的傳感器器件另一個(gè)表面的相反一側(cè)，并且傳感器器件包括第二布線圖樣，沿上和下密封構(gòu)件的各自側(cè)面延伸，電連接在安裝外部電極和集成電路之間。
根據(jù)本發(fā)明的第十五方面，提供了一種制造在本發(fā)明第四或第五方面中提出的傳感器器件的方法，包括第一步驟，在至少一個(gè)密封構(gòu)件中形成通孔；以及第二步驟，在通孔中嵌入導(dǎo)電材料，以形成導(dǎo)電通孔。
根據(jù)本發(fā)明的第十六方面，在本發(fā)明第十五方面中提出的方法中，第二步驟包括第三步驟，在通孔的表面上沉積導(dǎo)電材料；以及第四步驟，在第三步驟之后，沉積導(dǎo)電材料以使通孔完全被導(dǎo)電材料填滿。
根據(jù)本發(fā)明的第十七方面，提供了一種制造在本發(fā)明第六方面中提出的傳感器器件的方法，包括第一步驟，在至少一個(gè)密封構(gòu)件的表面上形成電鍍基底層；第二步驟，選擇性地去除電鍍基底層，以使電鍍基底層形成圖樣；第三步驟，在形成圖樣的電鍍基底層上電鍍導(dǎo)電材料，以形成第一布線圖樣；第四步驟，在第一布線圖樣上形成安裝電極；以及第五步驟，在第三步驟之后，盡早使上和下密封構(gòu)件接合在一起以在其中容納傳感器主體。
根據(jù)本發(fā)明的第十八方面，提供了一種制造在本發(fā)明第九至第十一方面中的任意一個(gè)中提出的傳感器系統(tǒng)的方法，包括在常溫下，形成電連接在MID襯底與傳感器器件和集成電路之一之間的部分。
在本發(fā)明的傳感器器件和傳感器系統(tǒng)中，容納傳感器主體的上和下密封構(gòu)件由與傳感器主體的材料相同的材料制成。因此，在這些組件之間沒(méi)有熱膨脹系數(shù)的差別。這使得可以抑制由于傳感器器件的組件之間的熱膨脹系數(shù)的差別而引起的溫度漂移。在傳感器系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，以堆疊方式布置傳感器器件和集成電路，以便能夠便于縮小傳感器系統(tǒng)的尺寸。此外，本發(fā)明的傳感器器件制造方法使得能夠容易地制造具有被抑制的溫度漂移的傳感器器件。此外，本發(fā)明的傳感器系統(tǒng)的制造方法可以減小在制造傳感器系統(tǒng)之后在傳感器器件中仍可能存在的熱應(yīng)變，以抑制偏離傳感器特性的設(shè)計(jì)值。


當(dāng)結(jié)合附圖來(lái)考慮以下對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明時(shí)，可以獲得對(duì)本發(fā)明更好的理解。在附圖中，用相同的參考數(shù)字或代碼來(lái)定義公共的組件或單元。
圖1A是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的縱截面圖。
圖1B是沿圖1A中線A-A的截面圖。
圖2A至2D是示出了用于在圖1中的上密封構(gòu)件中形成導(dǎo)電通路的工藝的制造工藝圖。
圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的縱截面圖。
圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的縱截面圖。
圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的縱截面圖。
圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的縱截面圖。
圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的縱截面圖。
圖8A至8H是示出了在圖7中的芯片主體上形成布線圖樣的工藝的制造工藝圖。
圖9是示出了根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的縱截面圖。
圖10是示出了根據(jù)本發(fā)明第八實(shí)施例的傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的縱截面圖。
圖11是示出了根據(jù)本發(fā)明第九實(shí)施例的傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的縱截面圖。
圖12是示出了傳統(tǒng)傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的縱截面圖。
具體實(shí)施例方式
本申請(qǐng)是基于在日本遞交的日本專利申請(qǐng)No.2004-127134，并要求其優(yōu)先權(quán)；將其全部?jī)?nèi)容一并在此作為參考。現(xiàn)在來(lái)具體描述本發(fā)明的一些實(shí)施例。
(第一實(shí)施例)
圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的截面圖，其中，圖1A是傳感器系統(tǒng)的縱截面圖，圖1B是沿圖1A中的線A-A的截面圖。該傳感器系統(tǒng)101被形成為MEMS，包括傳感器器件10、集成電路20、MID(模塑互連器件)襯底30、安裝外部電極31以及密封材料32。例如，傳感器器件10被設(shè)計(jì)成為角速度傳感器。傳感器器件10包括由硅基材料制成的傳感器主體1；由硅基材料制成的上密封構(gòu)件2；以及由硅基材料制成的下密封構(gòu)件3。術(shù)語(yǔ)“硅基材料”在此表示該材料不僅可以包括純凈的硅，而且可以包括摻雜的硅。
上密封構(gòu)件2和下密封構(gòu)件3接合在一起在其中形成空腔腔，并且以密封方式在空腔中容納傳感器主體1。可以通過(guò)硅襯底的傳統(tǒng)焊接工藝來(lái)將上密封構(gòu)件2和下密封構(gòu)件3接合在一起。上密封構(gòu)件2的外表面設(shè)置有用于安裝傳感器器件10的安裝電極5。例如，安裝電極5是隆起電極，并且通過(guò)導(dǎo)電通路4與傳感器主體1電連接，導(dǎo)電通路4由導(dǎo)電材料制成，并且形成為穿過(guò)上密封構(gòu)件2。
下密封構(gòu)件3包括盤形子構(gòu)件35以及與盤形子構(gòu)件35接合的框形子構(gòu)件36?？梢匀缦芦@得傳感器設(shè)備10。從一個(gè)晶片中形成盤形子構(gòu)件35，和從另一個(gè)晶片中形成傳感器主體1和框形子構(gòu)件36。此外，從又一個(gè)晶片中形成上密封構(gòu)件2。每個(gè)晶片經(jīng)過(guò)例如用于在其中形成導(dǎo)電通路的工藝，然后例如通過(guò)焊接工藝，將三個(gè)晶片接合在一起。然后，將接合體分割成獨(dú)立的芯片。盡管在圖1A和1B以及其它附圖中，框形子構(gòu)件36被包含在下密封構(gòu)件3中，它也可以被包含在上密封構(gòu)件2中。
集成電路2被設(shè)計(jì)成為用于驅(qū)動(dòng)(并控制)傳感器器件10的驅(qū)動(dòng)電路，并且形成為通過(guò)安裝電極5與傳感器器件10相連的裸芯片，以形成2層堆疊的主體。集成電路20包括作為集成電路板的芯片主體11；以及布線圖樣12，形成在集成電路20的相對(duì)的主面之一上。安裝電極5與布線圖樣12相連。包括傳感器器件10和集成電路20的堆疊體被插入在MID襯底30中形成的凹陷部分中，并且由MID襯底30支撐。此外，利用諸如樹脂之類的密封材料32來(lái)密封堆疊體。
MID襯底(3維電路形成襯底)30包括通過(guò)模塑諸如絕緣樹脂之類的絕緣材料而形成的襯底主體21以及形成在襯底主體21的表面上的布線圖樣22。布線圖樣22與用于將傳感器系統(tǒng)101安裝到外部電路板上的安裝外部電極31相連。集成電路20的布線圖樣12通過(guò)用于安裝集成線路20的安裝電極23與布線圖樣22相連。這使得堆疊體能夠與安裝外部電極31電連接。例如，安裝電極23是隆起電極。按照這種方式，可以與單個(gè)集成電路類似地來(lái)處理傳感器系統(tǒng)101。
如上所述，在傳感器系統(tǒng)101中，由與傳感器主體1的材料相同的材料制成的上和下密封構(gòu)件2、3容納并固定傳感器主體1。因此，在這種組件之間沒(méi)有熱膨脹系數(shù)的差別。這樣能夠消除由于傳感器器件10的組件之間的熱膨脹系數(shù)中的差別而引起的傳感器特性的溫度漂移。置于傳感器主體1和MID襯底30之間的集成電路20和上密封構(gòu)件2使得由于MID襯底30和傳感器器件10之間的熱膨脹系數(shù)的差別而引起的溫度漂移保持在較低水平。這提供了高精確度的傳感器特性。
此外，傳感器主體1和安裝電極5通過(guò)穿通上密封構(gòu)件2的導(dǎo)電通路4彼此相連，因此可以按照與集成電路的倒裝方式相同的方式來(lái)安裝傳感器器件10，從而可以縮小尺寸，而不需要伸展其橫向或水平長(zhǎng)度。由硅基材料制成的上密封構(gòu)件2以及傳感器主體1可以經(jīng)過(guò)微制造工藝。這樣便于導(dǎo)電通路4的形成。此外，形成為堆疊體的傳感器器件10和集成電路20使傳感器系統(tǒng)101的尺寸縮小。以倒裝法安裝方式被安裝在MID襯底30上的集成電路20也有助于縮小傳感器系統(tǒng)101的尺寸。
此外，MID襯底30的使用可以便于安裝外部電極31的形成。如圖1A和1B所示，安裝外部電極31被形成為階梯式彎曲的管腳。該結(jié)構(gòu)可以減小由于傳感器系統(tǒng)101和傳感器系統(tǒng)101安裝在的電路板(例如母板)之間的熱膨脹系數(shù)的差別而可能在傳感器系統(tǒng)101內(nèi)發(fā)生的熱應(yīng)力。因此，可以進(jìn)一步抑制熱應(yīng)力對(duì)傳感器特性的不利影響。
圖2A至2D是示出了用于形成上密封構(gòu)件2中的導(dǎo)電通路4的過(guò)程的制造工藝圖。在上密封構(gòu)件2中形成導(dǎo)電通路4的工藝中，首先利用例如感應(yīng)耦合等離子體(ICP)，在上密封構(gòu)件2中形成通孔42，然后例如通過(guò)熱氧化過(guò)程，在上密封構(gòu)件2的表面上形成氧化硅絕緣膜41(參見(jiàn)圖2A)。然后，例如通過(guò)CVD(化學(xué)氣相沉積或化學(xué)氣相外延)工藝，在上密封構(gòu)件2的表面上沉積諸如銅之類的導(dǎo)電材料43(參見(jiàn)圖2B)。導(dǎo)電材料43可以是除了銅之外的任何適當(dāng)?shù)慕饘?，例如摻雜的多晶硅。然后，例如通過(guò)鍍銅工藝，進(jìn)一步沉積導(dǎo)電材料44，以使通孔42被導(dǎo)電材料44完全填滿(參見(jiàn)圖2C)。代替鍍銅工藝，可以使用CVD工藝。然后，例如使用掩膜圖樣，通過(guò)金屬RIE(反應(yīng)離子刻蝕)工藝，選擇性地去除導(dǎo)電材料44，從而形成布線圖樣(每個(gè)都包括焊點(diǎn))46、47(參見(jiàn)圖2D)。
按照這種方式，可以通過(guò)傳統(tǒng)半導(dǎo)體工藝的組合，在上密封構(gòu)件2中容易地形成導(dǎo)電通路4。此外，通過(guò)圖2C中的工藝，可以容易地將導(dǎo)電材料44嵌入通孔42中。因此，可以使由上和下密封構(gòu)件2、3限定的用于容納傳感器主體1的內(nèi)部空間保持密封狀態(tài)，特別是高真空狀態(tài)。這樣能夠獲得具有加強(qiáng)質(zhì)量的傳感器器件10。此外，在上密封構(gòu)件2的表面上形成的絕緣膜41可以在導(dǎo)電通路4和由硅基材料制成的上密封構(gòu)件2之間提供充分的電絕緣。這樣能夠在傳感器器件10中實(shí)現(xiàn)提高的精確度。
如圖2D所示，可以使上密封構(gòu)件2形成為具有平坦底面，以便于相對(duì)下密封構(gòu)件3進(jìn)行焊接。代替上密封構(gòu)件2或者除了上密封構(gòu)件2之外，可以使下密封構(gòu)件形成具有導(dǎo)電通路4。
傳感器主體1、上密封構(gòu)件2和下密封構(gòu)件3中的每一個(gè)都可以由除了硅基材料之外的任何適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體制成。然而，特別希望使用硅基材料，這是因?yàn)椋诖罅堪雽?dǎo)體中，已經(jīng)廣泛地建立起硅的微制造技術(shù)，并且硅材料的成本相對(duì)較低。此外，即使傳感器主體1、上密封構(gòu)件2和下密封構(gòu)件3中的每一個(gè)不是由半導(dǎo)體制成的，只要它們是由共同或類似的材料制成的，就可以消除由于熱膨脹系數(shù)的差別而引起的溫度漂移的問(wèn)題。然而，半導(dǎo)體的使用使得便于通過(guò)傳統(tǒng)的半導(dǎo)體工藝來(lái)進(jìn)行微制造，以便容易地實(shí)現(xiàn)提高的精確度，并且縮小傳感器器件10和傳感器系統(tǒng)101的尺寸。
(第二實(shí)施例)圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的傳感器系統(tǒng)的縱截面圖。在圖3和其它附圖中，由相同的參考數(shù)字或代碼定義結(jié)構(gòu)或功能與圖1A和1B中的組件或單元相似的組件或單元，并且省略其詳細(xì)描述。圖3中所示的傳感器系統(tǒng)102與圖1A和1B中的傳感器系統(tǒng)101的主要區(qū)別在于MID襯底30被形成在以堆疊方式布置的傳感器器件10和集成電路20之間。傳感器器件10通過(guò)安裝電極5與布線圖樣22相連，集成電路20通過(guò)安裝電極23與布線圖樣22相連。MID襯底30被形成具有開口25，還在開口25中形成了布線圖樣22。因此，MID襯底30還在傳感器器件10和集成電路20之間傳遞電連接。此外，傳感器器件10和集成電路20中的至少一個(gè)通過(guò)布線圖樣22與安裝外部電極31相連。在圖3所示的實(shí)施例中，傳感器器件10和集成電路20兩者都與安裝外部電極31相連。
如上所述，在傳感器系統(tǒng)102中，由與傳感器主體1的材料相同的材料制成的上密封構(gòu)件2和下密封構(gòu)件3容納并固定傳感器主體1，與傳感器系統(tǒng)101一樣。這樣能夠消除由于傳感器器件10的組件之間的熱膨脹系數(shù)的差別而引起的傳感器特性的溫度漂移。此外，以堆疊方式通過(guò)MID襯底30來(lái)布置傳感器器件10和集成電路20。因此，可以縮小傳感器系統(tǒng)102的尺寸。每個(gè)以倒裝法安裝方式被安裝在MID襯底30上的傳感器器件10和集成電路20也有助于縮小傳感器系統(tǒng)102的尺寸。此外，與傳感器系統(tǒng)101不同，安裝外部電極31被形成為隆起電極。這使得可以進(jìn)一步減小傳感器系統(tǒng)在諸如母板之類的電路板上的安裝面積。
在傳感器系統(tǒng)102的制造工藝中，優(yōu)選，在常溫下形成傳感器器件10和MID襯底30之間通過(guò)安裝電極5的接合，以及集成電路20和MID襯底30之間通過(guò)安裝電極23的接合。例如，可以通過(guò)使用等離子體激活電極表面并且將表面印刷到相關(guān)組件上，來(lái)在常溫下形成這些接合。在此，術(shù)語(yǔ)“常溫”表示落入傳感器系統(tǒng)102的額定工作溫度范圍(例如0(零)℃至+80℃ )內(nèi)的任何溫度。該操作使得可以減小或消除在完成的傳感器系統(tǒng)102中仍可能存在的熱應(yīng)力，以便抑制傳感器器件10的傳感器質(zhì)量的劣化。
(第三實(shí)施例)圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的縱截面圖。該傳感器系統(tǒng)103與圖1A和1B所示的傳感器系統(tǒng)101的主要區(qū)別在于在MID襯底30的襯底主體21中嵌入了安裝外部電極31的固定端。與傳感器系統(tǒng)101相同，傳感器系統(tǒng)103中的安裝外部電極31被形成為階梯式彎曲管腳。該結(jié)構(gòu)可以減小由于傳感器系統(tǒng)103和傳感器系統(tǒng)103安裝到其上的電路板之間的熱膨脹系數(shù)中的差別而在傳感器系統(tǒng)103內(nèi)可能發(fā)生的熱應(yīng)力。因此，可以抑制由于熱應(yīng)力而引起的傳感器特性的劣化。
可以通過(guò)制備具有彼此相連的多個(gè)安裝外部電極31的引線框(lead frame)(未示出)，并且利用樹脂等與引線框一體地形成(模塑)襯底主體21，來(lái)在襯底主體21內(nèi)嵌入安裝外部電極31。在完成襯底主體21的形成之后，安裝外部電極31被從引線框中切割出，并且形成為階梯式形狀。按照這種方式，可以容易地獲得具有圖4所示形狀的安裝外部電極31。
(第四實(shí)施例)圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的縱截面圖。在該傳感器系統(tǒng)104中，傳感器器件10和集成電路20接合在一起，之間沒(méi)有插入MID襯底30，形成了堆疊體，與圖1A和1B所示的傳感器系統(tǒng)101相同。然而，傳感器系統(tǒng)104與圖1A和1B所示的傳感器系統(tǒng)101的主要區(qū)別在于給傳感器器件10設(shè)置了安裝外部電極31。即，傳感器系統(tǒng)104不需要MID襯底30。在圖5所示的實(shí)施例中，安裝外部電極31通過(guò)安裝電極5以及穿通上密封構(gòu)件2和下密封構(gòu)件3的各個(gè)導(dǎo)電通路51，與集成電路20的布線圖樣12相連。在傳感器系統(tǒng)104的制造工藝中，通過(guò)在上和下密封構(gòu)件2、3之間焊接期間施加壓力，可以容易地與導(dǎo)電通路51連接在一起。如上所述，可以進(jìn)一步縮小不需要MID襯底30的傳感器系統(tǒng)104的尺寸，并且可以進(jìn)一步縮小相對(duì)于電路板的安裝面積。此外，不需要MID襯底30的傳感器系統(tǒng)104可以避免由于MID襯底30和傳感器器件10之間的熱碰撞系數(shù)中的差別而引起的有關(guān)熱應(yīng)力的問(wèn)題。這使得可以進(jìn)一步抑制偏離傳感器特性的設(shè)計(jì)值，以及在使用期間的傳感器特性的溫度漂移，從而進(jìn)一步提高傳感器特性的質(zhì)量。
(第五實(shí)施例)與圖6所示的傳感器系統(tǒng)105相同，可以向集成電路20A提供傳感器系統(tǒng)104中的安裝外部電極31。在圖6所示的第五實(shí)施例中，外部電極31通過(guò)穿通集成電路20A的導(dǎo)電通路52與布線圖樣12相連。在該實(shí)施例中，可以獲得與結(jié)合傳感器系統(tǒng)104所述的優(yōu)點(diǎn)相同的優(yōu)點(diǎn)。
(第六實(shí)施例)圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的縱截面圖。該傳感器器件10A與圖1至6中所示的傳感器器件10的主要區(qū)別在于上密封構(gòu)件2被形成為集成電路板或芯片主體81，并且代替導(dǎo)電通路4，傳感器主體1和安裝電極5通過(guò)沿芯片主體81的接合表面延伸形成的布線圖樣60彼此相連。芯片主體81被形成為具有用于驅(qū)動(dòng)傳感器主體1的電路(未示出)。芯片主體81和布線圖樣60的組合用作集成電路。
布線圖樣60包括在芯片主體81的內(nèi)主面上形成的布線圖樣61、在芯片主體81的側(cè)表面上形成的布線圖樣62，以及在芯片主體81的外主面上形成的布線圖樣63。布線圖樣61、62、63彼此相連。傳感器主體1與布線圖樣61電連接。安裝電極5被形成在布線圖樣63上。布線圖樣61相對(duì)于相對(duì)的下密封構(gòu)件3也被形成在芯片主體81的接合表面上，以實(shí)現(xiàn)傳感器主體1和安裝電極5之間的電連接，而不使用導(dǎo)電通路4。
在傳感器器件10A中，芯片主體81或上密封構(gòu)件2的至少一部分與下密封構(gòu)件3相連，并在之間插入布線圖樣61。在本說(shuō)明書中，這種狀態(tài)也被描述為下密封構(gòu)件3和上密封構(gòu)件(芯片主體81)接合在一起。
圖8A至8H是示出了用于在芯片主體81上形成布線圖樣60的工藝的制造工藝圖。圖8A、8C、8E和8G是各個(gè)操作中芯片主體81的縱截面圖，圖8B、8D、8F和8H是各個(gè)操作中芯片主體81的側(cè)視圖，其中，圖8A、8C、8D和8G中的每一個(gè)都是在圖8B、8D、8F和8H的相應(yīng)一個(gè)中沿線B-B的縱截面圖。
在用于形成布線圖樣60的工藝中，首先制備具有通過(guò)傳統(tǒng)半導(dǎo)體工藝形成的電路的芯片主體81(參見(jiàn)圖8A和8B)。盡管考慮到使制造工藝簡(jiǎn)便，而優(yōu)選芯片主體81是切開之前的晶片，然而也可以是切開之后的晶片。然后，在芯片主體81的整個(gè)表面上形成電鍍基底層65(參見(jiàn)圖8C和8D)。例如，通過(guò)鋁濺射工藝，形成電鍍基底層65。例如，電鍍基底層65被形成為具有大約1μm的厚度。
然后，選擇性地去除電鍍基底層65，以使電鍍基底層65形成圖樣(參見(jiàn)圖8E和8F)。例如，可以通過(guò)利用激光束選擇性地照射電鍍基底層65，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電鍍基底層65的選擇性去除?？蛇x地，可以利用光刻來(lái)選擇性地去除電鍍基底層65。然后，通過(guò)電鍍工藝在形成圖樣的電鍍基底層66上形成布線圖樣60。例如，所述電鍍工藝包括在電鍍槽中浸入通過(guò)圖8E和8F的操作所獲得的產(chǎn)品，并且向其提供特定的電流(參見(jiàn)圖8G和8H)。例如，使用鎳來(lái)形成厚度大約為10μm的布線圖樣60。
在圖8H中，如果布線圖樣60的三個(gè)劃分區(qū)域中的中間一個(gè)是不必要的，則可以執(zhí)行形成圖樣操作，使得該中間區(qū)域與其它區(qū)域隔離。因此，在電鍍工藝期間，沒(méi)有電流流過(guò)中間區(qū)域，因此可以避免在中間區(qū)域中形成布線圖樣60?？蛇x地，可以使電鍍基底層65形成圖樣，使得在中間區(qū)域中沒(méi)有電鍍基底層65，以防止在中間區(qū)域中形成布線圖樣60。然而，當(dāng)使用激光束來(lái)執(zhí)行形成圖樣操作時(shí)，希望使要用激光束照射的面積最小化，以便獲得更高的通過(guò)量。此外，只要在中間區(qū)域中形成的布線圖樣60不會(huì)妨礙電路的操作，即使它是不必要的，也可以如圖8H所示在中間區(qū)域中形成布線圖樣60。
回到圖7，然后在布線圖樣63上形成安裝電極5，作為布線圖樣60的一部分。然后，例如通過(guò)焊接工藝，使下密封構(gòu)件3和芯片主體81或上密封構(gòu)件2接合在一起，以獲得如圖7所示的傳感器器件10A。
如上所述，使用芯片主體81作為上密封構(gòu)件2的傳感器器件10A可以實(shí)現(xiàn)與圖5中的傳感器系統(tǒng)104或其它傳感器系統(tǒng)相同的功能，而不需要額外提供集成電路20或20A。因此，傳感器器件10A可以縮小傳感器系統(tǒng)的尺寸。此外，不使用導(dǎo)電通路4，傳感器主體1和安裝電極5可以通過(guò)形成以沿接合表面延伸的布線圖樣60彼此相連。因此，不需要用于形成導(dǎo)電通路4的空間。這有助于進(jìn)一步縮小傳感器系統(tǒng)的尺寸。此外，與導(dǎo)電通路4相比，能夠以更簡(jiǎn)化方式形成的布線圖樣60，從而能夠降低制造成本。
可以在芯片主體81中形成導(dǎo)電通路4來(lái)代替布線圖樣60。在這種情況下，可以獲得通過(guò)使用芯片主體81作為上密封構(gòu)件2而獲得的優(yōu)點(diǎn)。此外，還可以按照與芯片主體81相同的方式在下密封構(gòu)件3以及上密封構(gòu)件2中形成電路。
(第七實(shí)施例)圖9是示出了根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的縱截面圖。該傳感器系統(tǒng)106與圖6所示的傳感器系統(tǒng)105的區(qū)別在于傳感器主體1和安裝電極5通過(guò)布線圖樣60彼此相連，該布線圖樣60形成為沿上密封構(gòu)件2相對(duì)于相對(duì)的下密封構(gòu)件3的接合表面延伸。與圖7所示的芯片主體81不同，該上密封構(gòu)件2沒(méi)有電路。即，傳感器系統(tǒng)106中的傳感器器件10B與圖7所示的傳感器器件10A的區(qū)別在于上密封構(gòu)件2不是芯片主體81?？梢酝ㄟ^(guò)與圖8A至8H所示工藝相同的工藝，在上密封構(gòu)件2上形成布線圖樣60。
根據(jù)傳感器系統(tǒng)106，不使用導(dǎo)電通路4，傳感器主體1和安裝電極5可以通過(guò)形成為沿接合表面延伸的布線圖樣60彼此電連接。因此，不需要用于形成導(dǎo)電通路4的空間。這樣能夠縮小傳感器系統(tǒng)106的尺寸。此外，與導(dǎo)電通路4相比，能夠以更簡(jiǎn)化方式形成的布線圖樣60能夠?qū)崿F(xiàn)降低制造成本。
(第八實(shí)施例)圖10是示出了根據(jù)本發(fā)明第八實(shí)施例的傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的縱截面圖。該傳感器系統(tǒng)107與圖5所示的傳感器系統(tǒng)104的區(qū)別在于，取代了穿通傳感器系統(tǒng)104中的上和下密封構(gòu)件2、3的導(dǎo)電通路51，而向傳感器系統(tǒng)107提供了沿上密封構(gòu)件2和下密封構(gòu)件3的各個(gè)側(cè)面延伸的布線圖樣65，以在安裝外部電極31和集成電路20之間進(jìn)行電連接。在假設(shè)用通過(guò)使上和下密封構(gòu)件2、3接合在一起而形成的堆疊體來(lái)代替芯片主體81的情況下，可以通過(guò)執(zhí)行如圖8A至8H所示的工藝，容易地執(zhí)行布線圖樣65。
根據(jù)傳感器系統(tǒng)107，不使用導(dǎo)電通路51，安裝外部電極31和集成電路20可以通過(guò)布線圖樣65彼此電連接，該布線圖樣65形成為沿上和下密封構(gòu)件2、3的各個(gè)側(cè)面延伸。因此，不需要用于形成導(dǎo)電通路51的空間。這樣可以縮小傳感器系統(tǒng)107的尺寸。此外，與導(dǎo)電通路51相比，能夠以更簡(jiǎn)化方式形成的布線圖樣65可以實(shí)現(xiàn)降低制造成本。
(第九實(shí)施例)圖11是示出了根據(jù)本發(fā)明第九實(shí)施例的傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的縱截面圖。該傳感器系統(tǒng)109與圖9所示的傳感器系統(tǒng)106的區(qū)別在于向集成電路20B提供了沿芯片主體11的側(cè)面延伸的布線圖樣67，以便在安裝外部電極31和傳感器器件10B之間電連接，并且去除了穿通傳感器系統(tǒng)106中的芯片主體11的導(dǎo)電通路52。在與傳感器器件10B相對(duì)的芯片主體11的主面上形成的布線圖樣67的一部分與圖9中的布線圖樣12相同。在假設(shè)用芯片主體11代替芯片主體81的情況下，可以通過(guò)執(zhí)行與圖8A至8H所示工藝相同的工藝，容易地形成布線圖樣67。
根據(jù)傳感器系統(tǒng)108，不使用導(dǎo)電通路52，安裝外部電極31和傳感器器件10B可以通過(guò)形成為沿芯片主體11的側(cè)面延伸的布線圖樣67彼此電連接。因此，不需要用于形成導(dǎo)電通路52的空間。這樣可以減小傳感器系統(tǒng)108的尺寸。此外，與導(dǎo)電通路52相比，能夠以更簡(jiǎn)化方式形成的布線圖樣67可以實(shí)現(xiàn)降低制造成本。
盡管結(jié)合本發(fā)明的特定實(shí)施例描述了本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，各種修改和變化是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明并不局限于此處所述的實(shí)施例，而僅由所附權(quán)利要求及其等同物限定。
工業(yè)實(shí)用性如上所述，根據(jù)本發(fā)明的傳感器器件和傳感器系統(tǒng)是有用的，尤其用于檢測(cè)角速度和加速度，并且適用于車輛等的角速度傳感器和加速度傳感器。
權(quán)利要求
1.一種傳感器器件，包括傳感器主體；上密封構(gòu)件，由與所述傳感器主體的材料相同的材料制成；以及下密封構(gòu)件，由與所述傳感器主體的材料相同的材料制成，所述下密封構(gòu)件與所述上密封構(gòu)件接合，從而與所述上密封構(gòu)件配合，在其中容納所述傳感器主體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器器件，其中，所述傳感器主體、所述上密封構(gòu)件和所述下密封構(gòu)件的材料是半導(dǎo)體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的傳感器器件，其中，所述上密封構(gòu)件和所述下密封構(gòu)件以密封的方式容納所述傳感器主體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任意一項(xiàng)所述的傳感器器件，還包括安裝電極，位于從所述上密封構(gòu)件和所述下密封構(gòu)件中選出的至少一個(gè)密封構(gòu)件的外表面上；以及導(dǎo)電通路，穿通所述至少一個(gè)密封構(gòu)件，電連接在所述安裝電極和所述傳感器主體之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的傳感器器件，還包括位于所述至少一個(gè)密封構(gòu)件和所述導(dǎo)電通路之間的絕緣膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任意一項(xiàng)所述的傳感器器件，還包括安裝電極，位于從所述上密封構(gòu)件和所述下密封構(gòu)件中選出的至少一個(gè)密封構(gòu)件的外表面上；以及第一布線圖樣，沿所述至少一個(gè)密封構(gòu)件相對(duì)于相對(duì)的密封構(gòu)件的接合表面延伸，電連接在所述安裝電極和所述傳感器主體之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任意一項(xiàng)所述的傳感器器件，其中，所述上密封構(gòu)件和所述下密封構(gòu)件中的一個(gè)或兩個(gè)是由用于驅(qū)動(dòng)所述傳感器主體的電路形成的集成電路板。
8.一種傳感器系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任意一項(xiàng)所述的傳感器器件；以及用于驅(qū)動(dòng)所述傳感器器件的集成電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的傳感器系統(tǒng)，還包括MID襯底，置于所述傳感器器件和所述集成電路之間，用于以堆疊方式支撐所述傳感器器件和所述集成電路中的每一個(gè)，并且適用于在所述傳感器器件和所述集成電路之間傳遞電連接；以及安裝外部電極，設(shè)置在所述MID襯底中，并且通過(guò)所述MID襯底與所述傳感器器件和所述集成電極中的至少一個(gè)電連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的傳感器系統(tǒng)，其中，所述集成電路和所述傳感器器件接合在一起形成堆疊體，其中所述傳感器系統(tǒng)還包括MID襯底，用于支撐堆疊體，而不置于所述傳感器器件和所述集成電路之間；以及安裝外部電極，設(shè)置在所述MID襯底中，并且通過(guò)所述MID襯底與所述傳感器器件和所述集成電極中的至少一個(gè)電連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的傳感器系統(tǒng)，其中所述安裝外部電極為階梯式彎曲的管腳。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的傳感器系統(tǒng)，其中，所述集成電路和所述傳感器器件接合在一起形成堆疊體，其中所述傳感器系統(tǒng)還包括設(shè)置在所述堆疊體內(nèi)的安裝外部電極。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的傳感器系統(tǒng)，其中所述安裝外部電極位于所述集成電路的一個(gè)表面上，在面對(duì)所述傳感器器件的所述集成電路另一個(gè)表面的相反一側(cè)；以及所述集成電路包括由用于驅(qū)動(dòng)所述傳感器器件的電路形成的集成電路板；以及沿所述集成電路板的側(cè)面延伸的第二布線圖樣，電連接在所述安裝外部電極和所述傳感器器件之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的傳感器系統(tǒng)，其中所述安裝外部電極位于所述傳感器器件的一個(gè)表面上，在面對(duì)所述集成電路的傳感器器件另一個(gè)表面的相反一側(cè)；以及所述傳感器器件包括沿所述上密封構(gòu)件和所述下密封構(gòu)件的各自側(cè)面延伸的第二布線圖樣，電連接在所述安裝外部電極和所述集成電路之間。
15.一種制造根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的傳感器器件的方法，包括第一步驟，在所述至少一個(gè)密封構(gòu)件中形成通孔；以及第二步驟，在所述通孔中嵌入導(dǎo)電材料，以形成所述導(dǎo)電通孔。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述第二步驟包括第三步驟，在所述通孔的表面上沉積所述導(dǎo)電材料；以及第四步驟，在第三步驟之后，沉積所述導(dǎo)電材料以使所述通孔完全被所述導(dǎo)電材料填滿。
17.一種制造根據(jù)權(quán)利要求6所述的傳感器器件的方法，包括第一步驟，在所述至少一個(gè)密封構(gòu)件的表面上形成電鍍基底層；第二步驟，有選擇地去除所述電鍍基底層，以使所述電鍍基底層形成圖樣；第三步驟，在所述形成圖樣的電鍍基底層上電鍍導(dǎo)電材料，以形成所述第一布線圖樣；第四步驟，在所述第一布線圖樣上形成所述安裝電極；以及第五步驟，在所述第三步驟之后，盡早使所述上密封構(gòu)件和所述下密封構(gòu)件接合在一起以在其中容納所述傳感器主體。
18.一種制造根據(jù)權(quán)利要求9至11中任意一項(xiàng)所述的傳感器系統(tǒng)的方法，包括在常溫下，形成電連接在所述MID襯底與所述傳感器器件和所述集成電路之一之間的部分。
全文摘要
一種傳感器系統(tǒng)，包括傳感器器件(10)和用于驅(qū)動(dòng)器件(10)的集成電路(20)。該器件(10)包括硅基材料的傳感器主體(1)、硅基材料的上密封構(gòu)件(2)和硅基材料的下密封構(gòu)件(3)。上密封構(gòu)件(2)和下密封構(gòu)件(3)以密封方式接合在一起以共同在其中容納主體(1)。器件(10)和電路(20)被形成為堆疊體。主體(1)通過(guò)穿通上密封構(gòu)件(2)的導(dǎo)電通路(4)以及設(shè)置在上密封構(gòu)件(2)的外表面上的安裝電極(5)，與電路(20)的布線圖樣(12)相連。器件(10)通過(guò)電路(20)與MID襯底(30)相連。
文檔編號(hào)H01L29/84GK1938846SQ20058001030
公開日2007年3月28日 申請(qǐng)日期2005年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月22日
發(fā)明者辻幸司, 佐名川佳治, 桐原昌男, 江田和夫, 西島洋一 申請(qǐng)人:松下電工株式會(huì)社