CN102680735A - 边缘安装的传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及边缘安装的传感器。传感器组件和制造用于侧面安装在电路板上的传感器装置组件的方法。在硅机械层(25)中的一个或多个传感器装置被夹在第一和第二玻璃层(24、26)之间以建立晶片。一个或多个第一通路(30)建立在第一或第二层中以暴露硅机械层的预定于区域。一个或多个第二通路(102)建立在第一或第二层中。最少一个第二通路的深度尺寸小于第一通路的深度尺寸。金属径迹(70、72)被施加在机械层上的暴露区域和第二通路的一部分之间。晶片被切分从而第二通路被分成两段，由此建立传感器裸芯。传感器裸芯此后在被切分的第二通路处被电地且机械地结合到电路板。

Description

边缘安装的传感器
技术领域
本发明涉及一种边缘安装的传感器。
背景技术
为了形成对多个加速度计或陀螺仪的完全屏遮，其中所有的机构都是一样的，则其中至少一个机构必须被安装在复杂的定制组件中或者裸芯必须被边缘安装。
各种微机械装置，例如微机械陀螺仪，要求气密密封以确保长期、准确的运行。传统的气密密封是通过将该装置安装在气密密封的壳体或封装中实现的。进出该被封装的装置的输入和输出电连接由嵌入成通过该封装的多个部分的导体提供，从而允许导电径迹或金属线被连接到该装置。
不过，这种类型的气密密封封装往往是相当昂贵的。而且，与在该封装中安装该装置相关联的公差可能影响装置的准确度，该装置是对空间方位敏感的。例如，一些惯性系统利用彼此正交布置的三个惯性速度传感器。当每个上述传感器被安装在相应的气密密封封装中，与在相应的封装中安装每个传感器相关联的公差，以及与以相对于彼此正交的关系安装封装的组件相关联的公差，会负面地影响系统的准确度。
发明内容
本发明提供了制造用于侧面安装在电路板上的传感器装置组件的方法。在示例性方法中，一个或多个传感器装置被制造在硅机械层中，该硅机械层被结合到第一玻璃层。第二玻璃层被附接到硅机械层以建立晶片。一个或多个第一通路(via)建立在第一和/或第二玻璃层中以暴露硅机械层表面上的预定义区域。一个或多个第二通路建立在第一和/或第二玻璃层中。最少一个第二通路的深度尺寸小于第一通路的深度尺寸。金属径迹被施加在硅机械层上的暴露区域和该第二通路的一部分之间。晶片被切割从而该第二通路被分成两段，由此建立传感器裸芯。传感器裸芯然后在被切割的第二通路处被电地且机械地结合到电路板。
在本发明的一个方面中，传感器装置被气密密封在第一或第二玻璃层之间。
在本发明的另一个方面中，传感器装置是加速度计。
在本发明的又一个方面中，两个另外的传感器裸芯被附接到电路板，使得该另外的传感器裸芯的感测轴线都垂直于第一传感器裸芯的感测轴线。
附图说明
在下文中参照下面附图详细地描述本发明的优选的和替换性的实施例：
图1示出了根据本发明实施例的安装到电路板的裸芯的侧视剖面视图；
图2-1到图2-3是用于制造如图1中所示的装置的步骤的侧视剖面视图；和
图3示出了根据本发明实施例形成的裸芯的透视图。
具体实施方式
图1示出了垂直地安装到电路板22的裸芯20的示例。裸芯20包括机械层25，该层具有至少一个微电子机械系统(MEMS)装置(即，传感器)。在这个示例中，机械层25包括构造成感测在垂直平面(即，垂直于电路板22)内运动(箭头28)的加速度计。
与组装在裸芯20的机械层25内的加速度计一样的两个加速度计可被组装在其它的裸芯中并且被以传统的方式与裸芯20正交地安装。另外，这两个另外的加速度计裸芯组件的感测轴线彼此正交，由此提供了一种装置，该装置包括三个一样的平面内加速度计，这些加速度计将感测三个正交轴线中的加速度。
裸芯20通过导电焊珠34机械地且电地附接到电路板22，焊珠附接到把持层24、26(例如玻璃)的顶面或底面的倾斜部分上的径迹32，这些径迹位于机械层25(即，硅)的相对侧上。通路30形成在相应玻璃把持层26或24中用于暴露机械层25的多个部分。被暴露的机械层25的部分包括连接到位于机械层25内的工作部件的导电径迹。径迹32将导电焊珠34(例如，金)与位于机械层25的暴露表面处的电引线连接。
图2-1示出了晶片50，其包括事先机加工的硅层52，硅层52包括一个或多个有源装置，例如加速度计或陀螺仪。机加工的硅层52在建立有源装置之前被附接到玻璃基层56。玻璃盖层54在建立有源装置之后被附接到机加工的硅层52。玻璃盖层54提供有源装置的气密密封。
图2-2示出了两个单独执行的过程的结果，借此通路60和62被分别形成在玻璃层54、56中。通路60、62被用标准玻璃蚀刻技术形成。通路60、62暴露硅层52的多段以暴露电引线(未示出)，这些电引线连接到位于硅层52的有源部件，用于提供与有源部件相关联的信号的通道。通路60、62不会有损气密密封。
图2-3示出了已经被蚀刻在玻璃层54、56中的第二通路66和68。通路66、68不完全穿透到达机加工的硅层52并且沿着预定义的轴线80对齐，使得通路66、68的基部位于轴线80附近。轴线80代表用于将晶片50分成多个单独传感器单元的预定义的切割线。通路66、68通过两个单独的过程被执行。接着，也是通过两个单独的过程被执行的是将电径迹70、72至少施加在通路66、68的底部和机加工的硅层52的表面之间。在一个实施例中，单根的径迹将小通路连接到大通路内的硅层。
在图2-3中示出的步骤之后，沿着轴线80切分晶片以建立多个传感器单元。然后其中一个传感器单元被结合到电路板22(图1)或者相当的装置。在一个实施例中，被分成的单个的传感器单元都被使用金焊珠附接到电路板，例如焊珠34(图1)，按照标准机械处理技术。金焊珠附接到在通路66、68的倾斜壁上的沿着轴线80分开的部位处的径迹70、72。
图3示出了示例性加速度计裸芯90，其包括位于硅层92内的加速度计，该硅层被夹在第一玻璃层94和第二玻璃层96之间。多个通路100已被蚀刻在第一玻璃层94的暴露表面中。通路100被完全蚀刻到硅层92的表面从而暴露位于硅层92上的电径迹(未示出)。较小的通路102位于第一和第二玻璃层94、96的基部边缘处。较小的通路102不暴露硅层92的表面。金属化图形(例如，电径迹104)被施加到玻璃层94、96并进入通路100、102以及施加到位于硅层92表面上的任何电引线。为了将组件90附接到电路板或相当的装置，金属焊珠(未示出)被插在较小通路102中并且此后升高温度和/或在组件90和电路板(未示出)之间施加压力以建立金属焊珠、电路板和组件90之间的结合。

Claims (10)

1.一种方法，包括：
在硅机械层(25)中建立至少一个传感器装置，该硅机械层结合到第一玻璃层(24)；
将第二玻璃层(26)附接到硅机械层以建立晶片；
在第一或第二玻璃层的至少一个中建立至少一个第一通路(30)以暴露硅机械层表面上的预定义区域；
在第一或第二玻璃层的至少一个中建立至少一个第二通路(30)，所述至少一个第二通路的深度尺寸小于所述至少一个第一通路的深度尺寸；
在硅机械层上的暴露区域和所述至少一个第二通路的至少一部分之间施加金属径迹(70、72)；
将所述晶片切分从而所述至少一个第二通路被分成两段，由此建立第一传感器裸芯；并且
将所切分的传感器裸芯中的第一个在被切分的第二通路的壁的其余部分的一部分处电地且机械地结合到电路板。
2.如权利要求1的方法，其中传感器装置被气密地密封在第一或第二玻璃层之间。
3.如权利要求2的方法，其中所述至少一个传感器装置包括加速度计。
4.如权利要求3的方法，还包括将一个或多个其它传感器裸芯附接到所述电路板，使得所述一个或多个其它传感器裸芯的感测轴线垂直于第一传感器裸芯的感测轴线。
5.一种传感器裸芯组件(20)，包括：
硅机械层(25)，其结合到第一玻璃层(24)，该机械层包括传感器装置；
第二玻璃层(26)，其附接到所述硅机械层；
在第一或第二玻璃层的至少一个中的至少一个第一通路(30)，其被构造成暴露所述硅机械层表面上的预定义区域；
在第一或第二玻璃层的至少一个中的至少一个第二通路(30)，所述至少一个第二通路的深度尺寸小于所述至少一个第一通路的深度尺寸；以及
金属径迹(70、72)，其位于所述硅机械层上的暴露区域和所述至少一个第二通路的至少一部分之间。
6.如权利要求5的组件，其中所述传感器装置被气密地密封在第一或第二玻璃层之间。
7.如权利要求6的组件，其中所述至少一个传感器装置包括加速度计。
8.一种加速度计组件，包括：
第一传感器裸芯(90)，包括：
硅机械层(92)，其结合到第一玻璃层(94)，所述机械层包括传感器装置；
第二玻璃层(96)，其附接到所述硅机械层；
在第一或第二玻璃层的至少一个中的至少一个第一通路(100)，
其被构造成暴露硅机械层表面上的预定义区域；
在第一或第二玻璃层的至少一个中的至少一个第二通路，所述至少一个第二通路(102)的深度尺寸小于所述至少一个第一通路的深度尺寸；
金属径迹(104)，其位于硅机械层上的暴露区域和所述至少一个第二通路的至少一部分之间；
电路板(22)；
第二和第三传感器裸芯，其由用于建立第一传感器裸芯的晶片形成，其中第二和第三传感器裸芯的每一个都包括传感器装置；和
多个金属焊珠，其构造成机械地且电地将第一、第二和第三裸芯结合到电路板，使得每一个传感器装置的感测轴线都垂直。
9.如权利要求8的组件，其中传感器装置被气密地密封在第一或第二玻璃层之间。
10.如权利要求9的组件，其中传感器装置包括加速度计。
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