CN101253399A - 具有基片和壳体的传感器装置及制造传感器装置的方法 - Google Patents
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Abstract
提出一种具有基片和壳体的传感器装置以及一种用于制造传感器装置的方法，其中，壳体在第一基片区域中基本上完全包围基片，壳体设置得在第二基片区域中至少部分地借助一孔被打开，并且，第二基片区域设置得在孔的区域中从壳体伸出。
Description
现有技术
本发明涉及按照独立权利要求所述类型的具有基片和壳体的传感器装置。从德国公开文献DE 199 29 026 A1中公知一种用于制造压力传感器的方法，在该方法中，将一个半导体压力敏感元件安装到导线栅的安装区段上，将半导体压力敏感元件与导线栅的接触区段电连接，将导线栅与半导体压力敏感元件一起放入一个注塑模具中，接着将半导体压力敏感元件在注塑模具中用一个由注塑材料制成的壳体包围，其中在注塑模具中有一些器件，通过这些器件在包罩和注塑材料中为半导体压力敏感元件留出压力导入口，其中压模在注塑模具中安置得通过一个间隙与安装区段的背向半导体压力敏感元件的侧面隔开距离。与此替换地已知，一些需要倒外部介质的通道的传感器例如压力传感器包装在预成型封装(Premold)壳体中。为此，先注塑壳体形状，然后将芯片安装到已预制的壳体中并相应地触点接通。因为所谓的预成型封装壳体形状与标准模封装壳体相比较昂贵，已经借助于所提及的公开文献尝试：压力传感器也用标准封装壳体包装。为此例如通过一个压模或类似件使构件表面的一个部分区域保持自由。在所有已经存在的壳体形式中不利的是，传感器元件至少部分地安置到塑料中。通过热膨胀可以很强地影响传感器元件的特性曲线。这例如可能由于不同热膨胀系数导致传感器元件中的应力引起，这致使误测量或功能失灵。
发明内容
与此相比，具有并列权利要求所述特征的按照本发明的具有基片和壳体的传感器装置以及按照本发明的用于制造传感器装置的方法的优点是，传感器装置的有效传感器区域可以明显更好地与通过壳体感应的应力引入去耦合。为此，基片具有一个第一基片区域和一个第二基片区域，其中，有效传感器区域、如压力传感器膜片或类似物位于第二基片区域并且该第二基片区域设置得从壳体伸出。在第一与第二基片区域之间的过渡区域中，壳体在第二基片区域中具有一个孔。由于第二基片区域设置得出壳体伸出，壳体这样构造，使得传感器或基片与有效传感器区域只在一侧、即在其第一基片区域的区域中嵌入模塑料中或者说壳体材料中。按照本发明，这可以例如这样实现：传感器是横条式结构的。因此，有利地，带有位于第二基片区域中的传感器元件或有效区域的基片设置得只在第一基片区域中嵌入壳体内。此外优选，第一基片区域与第二基片区域整体连接地设置或者被它包围。这意味着，第一和第二基片区域优选涉及连续的基片材料，其中，第一基片区域与第二基片区域之间的划分仅由此实现：基片的一些部分安置在壳体中(第一基片区域)、基片的一些部分伸出壳体外(第二基片区域)。当然，基片也可以涉及组合的基片材料，例如是带有帽形晶片的半导体基片或者是组合的或键合的或生长上的基片，如SOI基片等。此外优选，设置压注塑料作为壳体。为此，可以动用已经过考验的用于制备用于半导体元件或一般性地用于电子元件的壳体的制造方法，尤其是所谓传递模塑(压注法)，该方法也称作为传递成型。在此，壳体用注塑材料(Moldcompound)这样制成：将元件或半导体装置嵌入壳体中。
此外优选，壳体至少在基片的主平面中隔开距离地至少部分地包围第二基片区域。由此，按照本发明有利地可实现：伸出壳体的第二基片区域虽然被保护防止可能由壳体引起的机械应力的影响，但同时也通过壳体本身受到保护，尤其是防护由外部作用的力，例如跌落或其它情况，但壳体在第二基片区域的区域中安置得与基片隔开距离。此外，按照本发明优选，第二基片区域具有一个有效区域用于感测一个或多个可探测的参量，其中，该参量或这些参量可只借助于传感器装置的至少一部分与介质的至少间接的接触来探测。因此，按照本发明有利地可实现：一方面，有效传感器区域对于处于压力下并且其压力要被测量的介质例如流体是可接近的，另一方面，按照本发明可以成本有利、简单和快速地制造整个传感器装置，即包括用于带有有效区域的基片的壳体。代替有效传感器区域与介质之间存在介质接触，当然也可以是，根据本发明的传感器装置使用于其中不存在或不要求介质接触的传感器原理，例如惯性传感器。即使对于不要求介质接触的传感器原理也特别有利的是，很大程度上避免从壳体开始到有效传感器区域的应力引入。此外，按照本发明优选的是，第一基片区域具有用于电接触的接触器件和/或电路器件，在第一基片区域与第二基片区域之间的过渡部上在基片中仅设置相对不敏感的结构。这些相对不敏感的结构例如是印制导线，这些印制导线引导或提供从第一基片区域中的电路部分到第二基片区域中的有效区域的接触导线。因此，按照本发明可以实现，没有效益损失等或者说没有附加成本地，仅基于不同功能区域在半导体装置或传感器装置的本发明基片上的合理布置，就可实现从第一基片区域到第二基片区域的功能正确的过渡，就是说，尤其可以实现在用浇注材料注塑包封第一基片区域时注塑模具与传感器装置基片之间的成功密封。此外优选，在第一基片区域与第二基片区域之间的过渡部上设置密封材料，尤其是凝胶或薄膜。由此有利地可实现，一方面在注塑模具与基片之间达到较高的密封性，另一方面对位于第一基片区域与第二基片区域之间过渡区域中的基片结构提供更好的保护。这还导致：较敏感的结构也可定位在过渡区域中，致使总体上可减少为制造传感器装置基片所必须的芯片面积。
本发明的另一主题是用于制造本发明传感器装置的方法，其中尤其是通过注塑基片制造壳体，并且，基片只在其第一基片区域中被壳体基本上完全包围。相反，其余的基片区域(第二基片区域)从壳体伸出。在此优选，或者在注塑包封时为了注塑模具在第一基片区域与第二基片区域之间的密封注塑模具的一部分与基片直接接触，或者在注塑包封时为了注塑模具在第一基片区域与第二基片区域之间的密封注塑模具的一部分压到一密封材料上。在此，或者可以将密封材料在制造壳体时装入传感器装置中，例如通过将密封材料涂敷到基片上(第一与第二基片区域之间)并接着压铸壳体材料，即接着将密封材料也至少部分地嵌入壳体中(在制造壳体时消耗密封材料)。对此替换地，密封材料也可以设置的是注塑模具的一部分或至少施加到注塑模具上用于密封(例如作为密封薄膜或作为软的密封料)。在这种情况下，密封材料不是以显著的尺度嵌入壳体中。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出并在下面的说明中详细阐述。附图示出：
图1一个本发明传感器装置的示意性俯视图，
图2一个本发明传感器装置根据图1的剖切线AA的剖视图的示意性描述，
图3带有传感器装置其它内部细节的一个本发明传感器装置的示意性俯视图，
图4一个本发明传感器装置第二实施方式的示意性俯视图，
图5本发明传感器装置第二实施方式的根据图4的剖切线AA的示意性剖视图和
图6本发明传感器装置第三实施方式的示意性剖视图。
具体实施方式
图1示出一个按照本发明的传感器装置10的示意性俯视图。该传感器装置10包括一个壳体30和一个基片20。基片材料尤其设置为半导体材料或者设置为例如由不同材料或相同材料的晶片组成的复合基片。下面将基片材料称为基片20。基片20具有一个第一区域21和一个第二区域22，其中在第二区域22中单独示出一个有效区域23，该有效区域用于感测或者说用于检测要借助本发明传感器装置测量的参量。在第二基片区域22中，在向第一基片区域21的过渡区域中在壳体30中有一孔33，致使第二基片区域22可以伸出来。可借助有效区域23探测的参量尤其涉及一种这样的参量：它仅借助第二基片区域22或者说尤其是有效区域23与在图中未示出的介质之间的至少间接的接触即可被探测。该介质例如可以是气体，其压力要借助压力测量膜片作为有效区域23来测量。在此，介质，例如空气或其它气体，必须通往区域23，也就是尤其通往压力测量膜片。按照本发明，通往有效区域23这样实现：第二基片区域22从壳体30伸出并且第一基片区域21嵌入壳体30中。在图1中绘出剖切线AA，其中图2是本发明传感器装置10按照图1的剖切线AA的示意性视图，带有一些变化。在图1中还可看出，尤其是接线元件31，如引脚或接触引线或类似装置，从壳体30伸出。然而，按照本发明同样可能的是，没有接线元件31从壳体30伸出，而是在壳体30的上面、下面和/或侧面具有接触面(未示出)，这些接触面用于元件或者说传感器装置的触点接通，例如借助倒装芯片(Flip-Chip)安装可能性等。
图2中示出本发明传感器装置10，具有第一基片区域21、第二基片区域22、有效区域23、壳体30和孔33。此外，在图2中还示出一个特定的示例性实施方式，在该实施方式中除基片20还有另一基片26，该基片例如包括用于分析处理有效区域23的信号的其它电路器件。为此，基片20和该另一基片26借助一尤其呈键合线27形式的连接导线27相互连接。不仅基片20而且另一基片26在图2的布置示例中安置在一个所谓的导线栅25上，该导线栅也被称为引线框25，或者粘接或以其它方式固定在引线框25上。
图3中示出本发明传感器装置的另一示意性俯视图，其中在图3中可看到传感器装置10内部的其它细节，例如除基片20、第一基片区域21、第二基片区域22、有效区域23、另一基片26和键合线27外还可看到，用于另一基片26与接线元件31的触点接通的另外的键合线32。此外在图3中还示出引线框或导线栅25。
在图4中以示意性俯视图示出本发明传感器装置10的第二实施方式。该基片20又具有第一基片区域21和第二基片区域22，其中第二基片区域22一方面包括有效区域23，另一方面在孔33处从壳体30伸出。然而与第一个实施例相反，壳体30具有一个延长区域35，该延长区域基本上在基片20的主平面上围绕第二基片区域22延伸，因此保护第二基片区域22尤其避免机械作用。然而，在此就壳体的附加区域35或延长区域35尽管保护第二基片区域22但没有例如由于不同的温度系数或类似原因而对第二基片区域22、尤其是对有效区域23施加机械力而言，实现了本发明传感器装置的优点。这是因为，延长区域35与第二基片区域22保持距离，其中该距离在图4中用标号24表示。此外图4具有剖切线AA，其中图5基本上示出沿着图4的剖切线AA的剖视图(有一定偏差)。
在图5中示出所提到的沿着图4的剖切线AA的示意性剖视图(有偏差)，其中本发明传感器装置10又包括基片20、第一基片区域21、第二基片区域22、有效区域23、另一基片26、延长区域35和导线栅25或者说引线框25。
在图6中示意性地示出本发明传感器装置的第三实施方式，其中基片20又包括第一基片区域21、第二基片区域22和有效区域23，然而其中在第一基片区域21与第二基片区域22之间的过渡区域中，即在孔33的区域中，设置有密封材料29，该密封材料在制造装置10的壳体30时在这种程度上被使用：用于用壳体材料注塑包封第一基片区域21的装置的未示出的注塑模具或压注模具必须不直接接触或者说不直接将压力在第一基片区域21与第二基片区域22之间的过渡区域中施加到基片20上，而是压到密封材料29上并因此保护存在于该基片区域中的结构不承受这些所要使用的压力。因此，壳体30的材料可以在该要注塑包封的区域(第一基片区域21)中以必要的压力和必要的温度注入，这此外不导致对本发明传感器装置10的制造过程速度的影响。即，在注塑包封基片20的仅一个部分区域21时主要问题之一是，模具针对注塑材料或针对壳体30的浇注材料的密封带来潜在的问题。由于公差原因，在密封时必须过压，因为否则多余的塑料材料(溢料)流进传感器或基片20的有效区域23中并在那里造成注塑材料的干扰层。然而，为了解决该问题。按照本发明规定，在第一与第二基片区域的过渡区域中或者说在必须由于注塑模具而必须密封的区域中，或者没有有效结构而只有印制导线，或者通过将模具直接压到硅上而避免密封装置并且密封借助如凝胶或薄膜那样的软材料来实现。此外，作为本发明的进一步的可能性规定，不仅在必须密封的区域中不设置有效的或敏感的结构，附加地借助软材料(密封材料29)设置密封装置。按照本发明，密封材料29可以或者如图6中所示嵌入壳体30中(即保留在制成的传感器装置10上)，或者按照尤其是本发明方法的一个未示出的变型实施方式只设置在注塑模具上，致使注塑模具为了密封不是用“硬”材料压到基片20上，而是用如薄膜或凝胶那样的软材料。在最后提到的情况下，密封材料29不(或者至少不是主要部分)嵌入壳体30中。
在此，硅一侧更难密封，因为有时角度扭转促进缝隙形成。在此有利的是，传感器的有效面布置在横条的或者说在第二基片区域22中伸出的基片20的上侧面，由此微小的侧面溢料形成(即在基片20的侧面窄边上)对于传感器功能是没有危险性的。本发明传感器装置10的第三实施方式当然可以与第一和/或第二实施方式组合。
按照本发明，不仅可以将传感器与分析处理电子装置分开，即如图2，3和5中所示在传感器装置10内部设置一个所谓的两芯片模块，也可以是，传感器或基片20已经包括分析处理电子装置并因此不需要另一基片26，以致传感器装置10可以作为单芯片模块来实现。
如果希望传感器装置的尺寸尽可能小或者例如用于生物传感器或类似传感器的传感器元件要伸入液体中或一般性地伸入流体中，该液体应不与壳体30的注塑材料或浇注材料接触，则本发明传感器装置10的第一实施方式(图1，2和3)尤其有利。在第二实施方式(图4和5)中，壳体30的延长区域35围绕第二基片区域22并且保护有效区域23，按照该实施方式的传感器装置10的壳体形式针对对传感器装置10的传感器元件23或有效区域23的机械影响提供最大保护。按照本发明，第二基片区域22只在其一个侧面上接触壳体30(或者说根本不接触延长区域35)。按照本发明，壳体30可以涉及带有引脚或带有连接引线的壳体形式或涉及现代的“无引线”形式。
Claims (10)
1. 传感器装置(10)，具有基片(20)和壳体(30)，其中，壳体(30)在第一基片区域(21)中基本上完全包围基片(20)，其中，壳体(30)设置得在第二基片区域(22)中至少部分地借助一孔(33)被打开，其特征在于，第二基片区域(22)设置得在孔(33)的区域中从壳体(30)伸出。
2. 如权利要求1的传感器装置(10)，其特征在于，基片(20)设置得只在第一基片区域(21)中嵌入壳体(30)中。
3. 如上述权利要求之一的传感器装置(10)，其特征在于，第一基片区域(21)和第二基片区域(22)设置得整体连接。
4. 如上述权利要求之一的传感器装置(10)，其特征在于，设置一浇注材料作为壳体(30)。
5. 如上述权利要求之一的传感器装置(10)，其特征在于，壳体(30)至少在基片(20)的主平面中隔开距离地至少部分地包围第二基片区域(22)。
6. 如上述权利要求之一的传感器装置(10)，其特征在于，第二基片区域(22)具有一个有效区域，用于感测一个或多个只借助于该传感器装置的至少一部分与介质的至少间接的接触即可探测的参量。
7. 如上述权利要求之一的传感器装置(10)，其特征在于，第一基片区域(21)具有用于电触点接通的接触器件和/或电路器件，在第一基片区域(21)与第二基片区域(22)之间的过渡部上在基片(20)中仅设置了相对不敏感的结构。
8. 如上述权利要求之一的传感器装置(10)，其特征在于，在第一基片区域(21)与第二基片区域(22)之间的过渡部上设置了一密封材料(29)，尤其是凝胶或薄膜。
9. 用于制造如上述权利要求之一的传感器装置(10)的方法，其特征在于，通过对基片(20)的注塑包封制造壳体(30)，其中，基片(20)只在其第一基片区域(21)中被壳体(30)基本上完全包围。
10. 如权利要求9的方法，其特征在于，或者在注塑包封时为了注塑模具在第一基片区域(21)与第二基片区域(22)之间的密封注塑模具的一部分与基片(20)直接接触，或者在注塑包封时为了注塑模具在第一基片区域(21)与第二基片区域(22)之间的密封注塑模具的一部分压到一密封材料(29)上。
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