CN102749159B - 具有密封结构的传感器器件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有密封结构的传感器器件。传感器器件包括传感器结构(102)，该传感器结构(102)包括具有在其上形成的感测装置的第一部分(108)，以及第二结构(106)。密封结构(104)被插入在传感器结构(102)和第二结构(106)之间，其中密封结构(104)包围传感器结构(102)的第一部分(108)。密封结构(104)建立在第一部分(108)的第一侧上的固定基准压力，并且第一部分(108)的相对侧暴露于环境压力。

Description

具有密封结构的传感器器件
技术领域
在此描述的主题的实施例通常涉及传感器，并且更具体地，主题的实施例涉及用于压力传感器的改进的封装。
背景技术
在各种感测应用中广泛地使用微机电系统(MEMS)。例如，可以在半导体管芯上实现MEMS压阻压力传感器，以生成指示在半导体管芯(或者其部分)上施加的压力量的电信号。通常，以提供对腐蚀元素的保护并且在器件的使用期期间确保相对高的可靠性的方式来封装这些器件，使得可以在例如汽车应用的恶劣的操作环境中使用这些器件。
附图说明
在结合下面的附图考虑时通过参考详细描述和权利要求可以得到主题的更全面的理解，其中在附图中相同的附图标记指代类似的元件。
图1是根据本发明的一个实施例的感测系统的横截面视图；
图2是图示根据本发明的一个实施例的图1的感测系统的传感器结构的顶侧表面的键合(bonding)区域的俯视图；
图3是根据本发明的一个实施例的在键合区域上形成密封结构和互连之后的图2的传感器结构的俯视图。
图4是根据本发明的另一实施例的适用于与图1的感测系统一起使用的传感器器件封装的横截面视图；
图5是根据本发明的另一实施例的适用于与图1的感测系统一起使用的另一传感器器件封装的横截面视图；以及
图6是根据本发明的另一实施例的另一传感器器件封装的横截面视图。
具体实施方式
下面的详细描述在本质上仅是说明性的，并且不是意在限制主题的实施例或者这样的实施例的应用和用途。如在此使用的，单词“示例性”指“用作示例、实例或者图示”。在此被描述为示例性的任何实现没有必要被解释为在其它实现中是优选的或者有利的。此外，没有通过在前述的技术领域、背景或者下面的详细描述中提出的任何表达的或者暗示的理论来限制的意图。
在此论述的技术和原理涉及利用在半导体基板(或者管芯)的隔膜区域上形成的感测装置的感测器件。如在下面更详细地描述，密封结构环绕、包围或者以其它方式围绕隔膜区域，并且在传感器结构的半导体基板或者诸如另一半导体基板的另一结构之间提供气密密封。在示例性实施例中，密封结构被实现为键合或者以其它方式附到传感器结构和其它结构的材料的环或者其他连续主体，导致建立在隔膜区域的一侧上的固定压力的气密密封。
图1描述了感测系统100的示例性实施例，该感测系统100包括传感器结构102以及插入在传感器结构102与另一结构106之间的密封结构104。如在下面更详细地描述，在示例性实施例中，传感器结构102被实现为微机电系统(MEMS)压力传感器，该微机电系统(MEMS)压力传感器包括在半导体基板110(或者管芯)的隔膜区域108上形成的压力感测装置。在这方面，隔膜区域108指能够被位移、偏离或者以其它方式相对于周围的半导体基板110移动的半导体基板110的一部分。如在下面更加详细地描述，密封结构104环绕或以其它的方式围绕隔膜区域108的外围，并且在结构102、106之间提供气密密封，以在隔膜区域108的一侧上在结构102、106之间的腔室112内建立固定基准压力，同时隔膜区域108的相对侧暴露于环境压力。
在示例性实施例中，半导体基板110被实现为单晶硅材料，该单晶硅材料经受一个或者多个半导体制造工艺步骤以限定隔膜区域108。在这方面，半导体基板110的表面111可以以传统的方式进行蚀刻，以在半导体基板110中形成空腔114(或者开口)，同时使得内部隔膜区域108在没有被蚀刻的半导体基板110的周围部分之间是完整的。为了方便，被蚀刻以形成空腔114的半导体基板110的表面111可以在此替代地被称为压力传感器结构102的后侧表面(或者后侧)，同时半导体基板110的相对表面113可以在此替代地被称为压力传感器结构102的顶侧表面(或者顶侧)。
如在上面所阐述，在示例性实施例中，在隔膜区域108而不是空腔114的顶侧表面113上形成压力感测装置。压力感测装置被构造为生成或者以其它方式产生电信号，该电信号受隔膜区域108的位移或者偏离量影响，并且因此，指示相对于通过密封的腔室112施加在隔膜区域108上的固定基准压力的通过空腔114施加到隔膜区域108上的压力的量。例如，根据一个实施例，压力感测装置可以被实现为以惠斯通电桥构造的四个压阻元件，其中隔膜区域108的位移或者偏离影响压阻元件的电阻，以在惠斯通电桥的一对输出结点之间产生电压差的对应改变。压阻元件可以以传统的方式形成，例如，通过将期望导电型的离子注入隔膜区域108的顶侧，以形成关于隔膜区域108的偏离而变化的掺杂区域电阻。在示例性实施例中，惠斯通电桥的输出结点被电连接到相应的输出端子，以提供指示通过空腔114中的环境压力施加到隔膜区域108的压力的输出电压信号。
如图2最好地示出，在示例性实施例中，压力感测装置的每个输出端子被实现为在电连接到在该感测装置的半导体基板110的顶侧表面113上形成的导电键合区域200(或者键合焊盘)。如在下面更加详细地描述，键合区域200通过导电互连130也被电连接到结构106上的相应的键合焊盘。另外，压力传感器管芯110的顶侧表面113还包括键合区域202(替代地称为键合环)，该键合区域202环绕或以其它方式围绕隔膜区域108的外围，并且促进将密封结构104键合到压力传感器管芯110，如在下面更加详细地描述。在这方面，图2图示了在将密封结构104和互连130键合或者以其它方式附到压力传感器管芯110的顶侧表面113之前的压力传感器结构102的俯视图。如所示，键合区域202的周界大于隔膜区域108的周界。在示例性实施例中，键合区域200、202被实现为诸如硅的相同的材料，并且可以在压力传感器管芯110上同时形成。例如，介电材料可以被形成为层叠压力传感器结构102的顶侧表面113，并且介电材料的部分可以(例如，通过蚀刻)被选择性地移除，以暴露半导体基板110的下面的硅材料的键合区域200、202。在一些实施例中，键合焊盘200和/或键合环202可以被实现为在压力传感器管芯110的顶侧表面上形成的金属迹线。
再次参考图1，在示例性实施例中，结构106被实现为具有在其上形成的专用集成电路(ASIC)或者其它控制电路的半导体基板(或者管芯)，其与压力传感器结构102对接以测量或者以其它方式确定对隔膜区域108施加的空腔114中的环境压力的大小，如下面更加详细地描述。在这方面，ASIC或者控制电路被构造成将来自于在隔膜区域108上形成的压力感测装置的输出电信号(例如，在惠斯通电桥的输出结点之间的电压差)转换为相应的压力度量并且执行与压力传感器结构102的操作相关联的附加任务和/或功能。根据实施例，半导体基板106可以包括在其上形成的一个或者多个处理器(或者微处理器)、一个或者多个控制器(或者微控制器)以及/或者其它硬件、处理逻辑、电路或者组件。为了方便，但在没有限制的情况下，半导体基板106可以在此被替代地称为集成电路管芯或者ASIC管芯，并且半导体基板110可以在此被替代地称为压力传感器管芯。在示例性实施例中，与压力传感器管芯110相邻的ASIC管芯106的表面(例如，图1中的下表面)包括导电键合焊盘(或者接触焊盘)，该导电键合焊盘用作用于向/从压力传感器管芯110上的压力感测装置和/或压力感测系统100外部的其他器件或组件提供和/或接收电信号的输入/输出端子。ASIC管芯106上的键合焊盘经由互连130被电连接到压力传感器管芯110的顶侧表面113上的相应的键合焊盘200，如在下面更加详细地描述。另外，ASIC管芯106包括与密封结构104相对应的键合区域(或者键合环)，如在下面更加详细地描述。在这方面，ASIC管芯106上的键合区域映衬(mirror)压力传感器管芯110的顶侧表面113上的键合区域。
现在参考图3，并且继续参考图1-2，在示例性实施例中，密封结构104被实现为限定与隔膜区域108基本上对准的空心内部的无孔材料120的环或者其他连续主体，并且密封结构104环绕或者以其它的方式包围隔膜区域108的外围以沿着隔膜区域108的顶侧在管芯106、110之间创建气密密封的腔室112。以该方式，腔室112具有固定压力，该固定压力可以被用作当测量施加到隔膜区域108的后侧的环境压力时的基准压力。在示例性实施例中，密封结构104被实现为被键合或者以其它的方式附到压力传感器管芯110的顶侧表面和ASIC管芯106的相邻表面用以提供密封的金属材料。在这方面，在示例性实施例中，ASIC管芯106和/或压力传感器管芯110上的键合区域被实现为能够被共熔地(eutectically)键合到密封结构的密封材料120的材料。例如，根据一个或多个实施例，密封结构104的金属材料120被实现为被沉积或者以其它方式电镀在键合环202上从而在金属材料120和键合环202之间形成化学键合的金、铝、或者其它金属材料。在这方面，图3图示了在形成键合到压力传感器管芯110的密封结构104之后的压力传感器结构102的俯视图。此后，密封结构104的金属材料120被共熔地键合到对应于或者以其它方式映衬键合环202的ASIC管芯106的相邻表面上的键合焊盘。以该方式，通过密封结构104的密封材料120使管芯106、110附到或者以其它方式键合在一起。如图1和图3中最好地示出，密封结构104的周界大于隔膜区域114的周界，使得提供密封结构104的金属材料120环绕或者以其它方式围绕隔膜区域108，并且在金属材料120和管芯106、110之间的键合导致腔室112被不透气地密封。在另一实施例中，密封结构104的金属材料120被沉积或者以其它方式电镀在ASIC管芯106上，以在将金属材料120共熔地键合到压力传感器管芯110上的键合环202之前，在金属材料120和ASIC管芯106之间形成化学键合。在其它的实施例中，密封结构104可以被形成并且然后同时被共熔地键合到压力传感器管芯110和ASIC管芯106的表面。换言之，管芯106、110可以被同时键合到密封结构104作为相同的工艺步骤的一部分。
仍然参考图1-3，在示例性实施例中，互连130被实现为与用于密封结构104相同的金属材料120，并且用于互连130的键合焊盘200被实现为与用于密封结构104的键合环202相同的材料，使得管芯106、110之间的互连130可以被形成为用于将密封结构104键合到管芯106、110的相同工艺步骤的一部分。例如，根据一个实施例，互连130可以被实现为被电镀或者以其它方式沉积在键合焊盘200上，以将互连130键合到压力传感器管芯110的金材料，并且在密封结构104被键合到ASIC管芯106的同时，互连130被基本上键合到ASIC管芯106上的相应的键合焊盘。替代地，互连130可以在ASIC管芯106上形成，并且随后被键合到压力传感器管芯110。应当注意，在其它实施例中，互连键合焊盘200可以被实现为与用于密封结构键合环202的材料不同的材料，并且/或者互连130可以使用与用于密封结构104的材料不同的导电材料来实现，但是在这样的实施例中，互连130还与密封结构104同时被键合到管芯106、110。在图1和图3的图示的实施例中，导电互连130被布置在密封结构104的周界的外部，然而，在其它实施例中，导电互连可以被布置在密封结构104的周界的内部但是在隔膜区域108的周界的外部。
在示例性实施例中，管芯106、110被共熔地一起键合在真空腔室中，使得通过密封结构140建立的密封的腔室112处于真空(例如，固定的基准压力与真空相对应)。如上所述，在一个或多个实施例中，金属材料120被键合到压力传感器管芯110的顶侧表面上(或者真空腔室的内部或者外部)的键合环202和焊盘200，并且随后，压力传感器管芯110可以被转移到真空腔室，并且然后密封结构104和对其键合的互连130可以被共熔地键合到ASIC管芯106，以提供密封的真空腔室112。在另一替代实施例中，金属材料120可以首先被键合到ASIC管芯106(真空腔室的内部或者外部)，以形成密封结构104，并且随后，ASIC管芯106可以被转移到真空腔室，并且然后可以将附加于此的密封结构104键合到压力传感器管芯110，以提供密封的真空腔室112。
应当理解，为了解释和描述的简单的目的，图1-3描述了感测系统100的简化表示，并且图1-3并不意在以任何方式限制在此描述的主题或者应用的范围。在这方面，虽然在此将压力传感器管芯110以管芯的形式键合到ASIC管芯106的上下文中描述了主题，但是在实际的实施例中，可以使用随后被切割以获得压力传感器管芯110和ASIC管芯106的晶圆来形成感测系统100。例如，如在图4的上下文中以下更加详细地描述，具有在其上形成的压力传感器结构102的多个实例的晶圆可以被附到包括ASIC的多个实例的晶圆或者其它控制电路，该其它控制电路被构造为支撑在其上形成的压力传感器结构102的操作，并且然后被切割以获得图1中图示的感测系统100的多个实例。
图4描绘了用于封装图1的感测系统100的平坦无引线的传感器器件封装400的示例性实施例。在以图1-3的上下文中以上述方式键合管芯106、110以形成密封的真空腔室112之后，(例如，通过在切割之前执行锯开以展现(saw-to-reveal)工艺)锯开ASIC管芯106，以向/从压力传感器管芯110暴露用于形成导电布线键合410的压力传感器管芯110的顶侧表面113的外围部分，如在下面更加详细地描述。通过将压力传感器管芯110的后侧表面111附到、键合或者以其它方式安装到引线框架结构402，例如，通过使用环氧树脂或硅粘结剂将它们附到一起来继续压力传感器器件封装400的制造。在示例性实施例中，压力传感器管芯110被附到或者以其它方式键合到引线框架结构402的内部管芯标记部分404。在这方面，管芯标记404包括在其中形成的孔408，并且压力传感器管芯110被定位在管芯标记404上，使得孔408与隔膜区域108基本上对准并且/或者相对于隔膜区域108居中以提供允许在压力传感器器件封装400周围的环境压力进入空腔114的压力通口并且与隔膜区域108对接。
如所示，导电布线键合410被形成在压力传感器管芯110的顶侧表面113的暴露的外围部分上的位置与引线框架结构402的引线部分406上的位置之间，以在管芯106、110与引线406之间提供电连接。这样，可以向和/或从在压力传感器管芯110上的压力感测装置和/或在引线406处的ASIC管芯106上形成的ASIC提供和/或接收电信号。应当注意，虽然没有示出，但是压力传感器管芯110的顶侧表面113用于在互连130和布线键合410之间路由信号，以在管芯106、110和引线406之间提供适当的电互连。在这方面，在一些实施例中，一些互连130和键合焊盘200可以专门向/从ASIC管芯106路由信号。
在形成布线键合410之后，诸如热固化环氧树脂模制化合物的模制化合物412被形成为层叠管芯106、110(例如，通过传递模制)以封装管芯106、110和布线键合410。在这方面，模制化合物412填充密封的腔室112的外部的管芯106、110之间的任何空间，并且保护管芯106、110的表面上的电路和/或组件不受环境因素的影响。如所示，模制化合物被布置在压力传感器管芯110和ASIC管芯106之间，并且在密封结构104周围，其进而防止模制化合物412渗入或者以其它的方式干扰密封腔室112，并且由此在已经通过模制化合物412封装管芯106、110之后保持密封腔室112处于真空。
图4的压力传感器器件封装400可以被安装到电路板或者其它的电子基板，以与其它的电组件和/或系统对接，如在本领域中应当理解。在这方面，具有对其安装的压力传感器器件封装400的电路板(或者电子基板)优选地包括相应的孔或者压力通口，其与孔408基本上对准或者以其它方式被构造为允许在压力传感器器件封装400周围的环境压力经由孔408进入空腔114以偏离或者以其它方式影响隔膜区域108。
根据一个或多个实施例，通过在压力传感器晶圆(例如，要被切割以获得压力传感器管芯110的晶圆)的顶侧表面和ASIC晶圆(例如，要被切割以获得ASIC管芯106的晶圆)的下表面上形成键合区域(或者焊盘)并且然后将晶圆共熔地键合在一起来实现压力传感器器件封装400的制造。例如，硅键合焊盘可以在与各个的管芯106、110上的输入/输出端子的位置相对应的位置处被形成在晶圆上，并且硅键合环可以在各个隔膜区域108周围形成。在形成硅键合区域之后，通过在硅键合焊盘上电镀或者以其它方式沉积金(例如，金属材料120)来在压力传感器晶圆上形成互连130和密封结构104。在压力传感器晶圆上形成密封结构104和互连130之后，通过下述步骤来继续压力传感器器件封装400的制造：将压力传感器晶圆和ASIC晶圆置于真空腔室中，使ASIC晶圆的下表面上的键合区域与压力传感器晶圆上的金材料120对准，以及在加热真空腔室以将压力传感器晶圆上的金材料120共熔地键合到ASIC晶圆上的键合焊盘(例如，热压缩键合)的同时一起按压晶圆。以该方式，密封结构104产生气密密封，并且在将真空腔室112同时环绕在相应的隔膜区域108的顶侧上以形成互连130。在晶圆被键合之后，通过执行锯开以展现工艺以暴露将用于附接布线键合410的压力传感器晶圆的区域来移除部分ASIC晶圆，并且然后切割ASIC晶圆和压力传感器晶圆以获得共熔地键合到相应的ASIC管芯106的压力传感器管芯110。然后，可以通过下述步骤来完成压力传感器器件封装400的制造：将压力传感器管芯110的后侧表面111附加到或者以其它方式键合到引线框架结构402，在引线406和压力传感器管芯110之间形成布线键合410，以及在管芯106、110的顶部上涂敷或者以其它方式形成热固化环氧树脂模制化合物412。
图4的压力传感器器件封装400的一个优点在于，由于将ASIC管芯106附到压力传感器管芯110而使压力传感器器件封装400的覆盖范围被减少。同时，由于ASIC管芯106基本上是平坦的，所以压力传感器器件封装400的高度没有被显著地增加。此外，不需要除了互连130之外的在管芯106、110之间的布线键合或者其它路线。
图5描绘了用于封装图1的感测系统100的传感器器件封装500的另一实施例。在图5的图示的实施例中，在提供对互连130中的一个或者多个的电连接的ASIC管芯106中形成一个或者多个导电互连502(或者通孔)。在以图1-3的上下文中上述的方式键合管芯106、110以形成密封的真空腔室112之后，以如在图4的上下文中上述的类似方式在管芯106、110周围形成诸如热固化环氧树脂模制化合物的模制化合物512。防止模制化合物512被形成在空腔114中或者以其它的方式形成在压力传感器管芯110的后侧表面111或ASIC管芯106的相对表面上。在形成模制化合物512之后，在压力传感器管芯110的后侧表面111上形成保护材料的层。在模制化合物512被形成之后，保护材料的层被形成在压力传感器管芯110的后侧表面111上。保护材料504优选地是诸如聚对二甲苯的耐化学性材料，其通过真空沉积或者其它适当的沉积工艺被沉积在压力传感器管芯110的后侧表面111上以及模制化合物512的周围。以该方式，保护材料504和模制化合物512封装压力传感器结构102以保护压力传感器结构102不受环境因素的影响。在示例性实施例中，保护材料504的层的厚度小于大约10微米，使得在隔膜区域108上形成的保护材料504不会略微偏离或者以其它方式影响隔膜区域108的偏离。
在图示的实施例中，在接触通孔502或者以其它方式与通孔502对准的ASIC管芯106的暴露表面上形成焊球506。焊球506可以用于随后将压力传感器器件封装500安装到电路板或者其它电子基板，以与其它电子组件和/或系统对接，如在本领域中所理解的。以该方式，压力传感器结构102的后侧表面并且由此空腔114暴露于在压力传感器器件封装500周围的环境压力，同时通过电路板来保护ASIC管芯106的相对表面(例如，图2中的下表面)。应当注意，来自需要通过压力传感器器件封装500外部的电组件接入的压力传感器管芯110的电信号可以通过互连130、502、ASIC管芯106和/或电路板被路由到这样的外部组件。
根据一个或多个实施例，通过以如在压力传感器器件封装400的制造的上下文中上述的晶圆形式来初始地将管芯106、110键合在一起来实现压力传感器器件封装500的制造。根据一个实施例，在晶圆被键合之后，切割晶圆以获得共熔地键合到ASIC管芯106的压力传感器管芯110，并且在管芯106、110之间形成热固化环氧树脂模制化合物512。在形成热固化环氧树脂模制化合物512之后，通过真空沉积(例如，物理蒸镀沉积)使保护材料504一致地沉积在压力传感器管芯110的后侧表面111上以及模制化合物512的周围来继续封装500的制造。应当理解，模制化合物512可能附到从晶圆获得的相邻的键合的管芯对106、110，使得在沉积保护材料504之后再次切割或者以其它的方式个体化管芯106、110，以从晶圆获得的相邻的键合的管芯106、110对中分离键合的管芯对106、110。根据另一实施例，在晶圆被键合之后，保护材料504在切割晶圆之前被一致地沉积在压力传感器晶圆的后侧表面111上。在切割晶圆之后，热固化环氧树脂模制化合物512被形成在管芯106、110之间，并且再次被切割或者以其它的方式个体化管芯106、110，以从晶圆获得的相邻的键合的管芯对106、110中分离键合的管芯对106、110。根据实施例，在切割ASIC晶圆之前或者之后，可以在ASIC管芯106上形成焊球506。
图5的压力传感器器件封装500的一个优点在于，由于ASIC管芯106被附到压力传感器管芯110，所以压力传感器器件封装500的覆盖范围被减少。同时，由于ASIC管芯106基本上是平坦的，所以压力传感器器件封装500的高度没有显著地增加。此外，除了互连130之外不需要在管芯106、110之间的布线键合或者其它路线。另外，压力传感器器件封装500不需要引线框架、布线键合或者用于与电路板(或者其他电子基板)对接是其它组件和/或电路，但是应当理解，在实际中，焊球506可以用于将压力传感器器件封装500安装到电路板之前将其安装到另一电子基板或者半导体基板(例如，中间层)。保护材料504还提供对化学性或者其它环境因素的抵抗力，从而允许压力传感器器件封装500在恶劣环境中利用。
图6描绘了适用于封装感测系统的传感器器件封装600的另一实施例，该感测系统包括压力传感器结构102、密封结构104以及ASIC管芯106的适合于封装感测系统的传感器器件封装600的另一实施例。在该实施例中，ASIC管芯106没有被键合或者以其它方式附到密封结构104或者压力传感器管芯110。相反，图6的传感器器件封装600包括具有对其键合、附到或者以其它方式安装的管芯106、110的中间层结构602，其中密封结构104被定位在压力传感器管芯110的顶侧表面113和中间层结构602之间，并且从而键合或者以其它方式附到压力传感器管芯110和中间层结构602。如上所述，密封结构104被实现为金属材料120，其还可以用于在管芯106、110与中间层结构602之间形成互连604、606。在这方面，金属材料120将管芯106和110键合到中间层结构602，其中通过互连604将ASIC管芯106附到中间层结构602，并且通过密封结构104和互连606将压力传感器管芯110附到中间层结构602。
在示例性实施例中，中间层结构602被实现为电子基板，该电子基板被构造为在管芯106、110之间路由电信号，以向/从在压力传感器器件封装600外部的组件或者电系统提供在ASIC管芯106上形成的控制电路与在压力传感器管芯110上形成的感测装置之间的电连接。例如，根据实施例，中间层结构602可以被实现为诸如硅基板的半导体基板或者诸如玻璃基板或者陶瓷基板的其他适当的电子基板。如所示，中间层结构602包括在其中形成的导电互连608(或者通孔)，并且焊球610被形成在或者以其它方式对准通孔608，以向/从管芯106、110提供电连接。如在图5的上下文中上述的，焊球610可以用于将压力传感器器件封装600安装到电路板或者其他电子基板，以与其它电子组件和/或系统对接，如在本领域中理解的。在示例性实施例中，中间层结构602包括在其中形成的孔612，其中相对于中间层结构602定位压力传感器管芯110，使得孔612与隔膜区域108的顶侧基本上对准和/或关于与隔膜区域108的顶侧居中，以提供压力通口，该压力通口允许在压力传感器器件封装600周围的环境压力与隔膜区域108的顶侧对接。如在图4的上下文中上述的，具有对其安装压力传感器器件封装600的电路板(或者电子基板)优选地包括相应的孔或者压力通口，其基本上与对准孔612对准或者以其它方式被构造为允许在压力传感器器件封装600周围的环境压力偏离或者以其它方式影响隔膜区域108。
在示例性实施例中，在将管芯106、110键合或者以其它方式附到中间层结构602之后，层叠并且覆盖管芯106、110的顶盖元件620被键合、附到或者以其它方式安装到中间层结构602的表面以限定密封腔室614。例如，顶盖元件620可以被实现为玻璃或陶瓷盖结构，该玻璃或陶瓷盖结构使用焊料或者玻璃料被不透气地密封到中间层结构602，以形成对中间层结构602的气密密封。如上所述，密封结构104还在压力传感器管芯110的顶侧表面与中间层结构602之间提供气密密封，使得通过密封结构104和顶盖元件620来密封腔室614，以建立在可以用作基准压力的压力传感器管芯110的后侧表面111上的固定压力。在示例性实施例中，顶盖元件620被键合到真空腔室中的中间层结构602，使得由密封结构104和顶盖元件620限定的腔室614处于真空。以该方式，隔膜区域108的后侧暴露于真空基准压力，而隔膜区域108的顶侧暴露于在压力传感器器件封装600周围的环境压力。
根据一个或者多个实施例，通过在中间层晶圆(例如，包含中间层结构602的多个实例的晶圆)、压力传感器管芯110的顶侧表面以及ASIC管芯106的下表面上形成键合区域来开始压力传感器器件封装600的制造。在中间层晶圆上形成键合区域之后，例如，通过将金属材料120电镀或者以其它方式沉积在键合区域上以形成被化学地键合到中间层晶圆的密封结构104和互连604、606，互连604、606和密封结构104可以在中间层晶圆上形成。通过下述步骤来继续传感器器件封装600的制造：使压力传感器管芯110的顶侧表面113上的键合区域和/或ASIC管芯106的下表面上的键合区域与中间层晶圆上的金属材料120对准，以及在施加热(例如，热压缩键合)的同时将相应的管芯106、110压缩到中间层晶圆，以将中间层晶圆上的金属材料120共熔地键合到ASIC管芯106和/或压力传感器管芯110上的键合区域。在这方面，应当注意，根据具体实施例的需要，可以将管芯106、110同时地或者在不同时间独立地键合到中间层晶圆。在将管芯106、110键合到中间层晶圆之后，在示例性实施例中，能够提供不透气密封的焊料、玻璃料或者其它材料被形成或者以其它方式施加在中间层晶圆上的相应的中间层结构602的周界周围。然后，中间层晶圆被置于真空腔室中，并且包括覆盖元件620的多个实例的结构(例如，顶盖元件的晶圆)与中间层结构的周界周围的不透气密封材料对准，并且压缩中间层晶圆和顶盖元件，以将顶盖元件620键合或者以其它方式附到中间层结构602，并且在压力传感器管芯110的后侧上提供气密真空腔室614。在将顶盖元件620附到中间层结构602之后，焊球610在中间层晶圆上形成，并且切割中间层晶圆和顶盖元件以获得压力传感器器件封装600的实例。
图6的压力传感器器件封装600的一个优点在于，以与顶盖元件620结合地建立基准压力的方式通过密封结构104来将压力传感器结构102键合到中间层结构602，使得压力传感器结构102不需要在管芯110的后侧上的限制晶圆。顶盖元件还提供不受环境因素的影响的保护，从而允许在恶劣的环境中利用压力传感器器件封装600。另外，管芯106、110没有被键合在一起，允许其彼此独立地被制造、切割或者键合到中间层结构602。
为了简洁，在此可能没有详细描述与MEMS器件、压力感测、压阻压力传感器和/或相关的校准方法、电压感测、半导体和/或集成电路制造、器件封装的传统技术以及主题的其它功能方面。另外，特定技术在此也可以仅用于参考的目的，并且因此不意在进行限制。例如，指示结构的术语“第一”、“第二”以及其它的这样的数字术语并不暗示序列或者顺序，除非通过上下文明确指出。
最后，根据本发明的示例性实施例构造的系统、器件以及方法涉及：
提供一种用于传感器器件的示例性设备。传感器器件包括：传感器结构，该传感器结构包括具有在其上形成的感测装置的第一部分；第二结构；以及密封结构，该密封结构被插入在传感器结构和第二结构之间。密封结构包围传感器结构的第一部分，以建立在第一部分的第一侧面上的固定的基准压力，其中与第一侧相对的第一部分的第二侧暴露于环境压力。在一个实施例中，密封结构包括金属材料，该金属材料被键合到传感器结构和第二结构，以在传感器结构和第二结构之间提供密封。在另一实施例中，第二结构具有平坦表面，其中金属材料被键合到该平坦表面。在另一实施例中，密封结构限定第一部分的第一侧上的真空腔室。根据另一实施例，固定基准压力是在真空下。在又一实施例中，传感器器件包括在传感器结构和第二结构之间布置的导电互连，其中密封结构和导电互连每一个包括键合到传感器结构和第二结构的金属材料。导电互连被电连接到感测装置。在另一实施例中，第二结构包括集成电路管芯，该集成电路管芯具有在其上形成的控制电路，其中控制电路被构造为基于来自于感测装置的电信号来确定指示环境压力的压力度量。在又一实施例中，导电互连被布置在传感器结构和集成电路管芯之间，以在控制电路和感测装置之间提供电连接。根据另一实施例，第一部分响应于在环境压力和固定的基准压力之间的差异而偏离。在又一实施例中，传感器结构包括集成电路管芯，第一部分包括集成电路管芯的隔膜区域，感测装置形成在隔膜区域的第一侧上，并且密封结构限定第一部分的第一侧上的真空腔室。
在另一示例性实施例中，用于压力传感器器件的设备包括：压力传感器结构，该压力传感器结构包括具有在压力传感器结构的第一侧上形成的感测装置的隔膜区域；金属材料，该金属材料被键合到压力传感器结构的第一侧并且环绕隔膜区域；以及基板，该基板具有平坦表面，其中金属材料被键合到该基板的平坦表面以建立具有固定基准压力的腔室。在一个实施例中，腔室被布置在隔膜区域的第一侧上，并且隔膜区域的第二侧暴露于环境压力。在又一实施例中，基板包括具有在其上形成的专用集成电路的半导体基板，其中专用集成电路被耦合到感测装置，以基于来自感测装置的电信号来确定指示环境压力的压力度量。在又一实施例中，感测装置包括在隔膜区域上形成的多个压阻元件，隔膜区域的偏离影响压阻元件的电阻，并且多个压阻元件的电阻影响电信号。在又一实施例中，保护材料在隔膜区域的第二侧上形成。在又一实施例中，模制化合物被布置在压力传感器结构和基板之间，使得模制化合物包围金属材料。根据又一实施例，固定基准压力是在真空下。
传感器器件的另一示例性实施例包括：传感器结构，该传感器结构包括具有在其上形成的感测装置的隔膜区域；基板；密封结构，该密封结构被键合到基板和传感器结构的第一侧；以及键合到基板的顶盖元件。密封结构围绕传感器结构的第一侧上的隔膜区域，顶盖元件覆盖传感器结构，以建立在传感器结构的第二侧上的固定基准压力，并且基板包括在其中形成的孔，其中隔膜区域与孔对准，以使隔膜区域的第一侧暴露于环境压力。在一个实施例中，集成电路管芯被键合到基板，其中集成电路管芯包括控制电路，该控制电路基于来自感测装置的电信号来确定指示环境压力的压力度量，并且该基板在感测装置和控制电路之间提供电连接。
虽然在前述的详细描述中已经提出了至少一个示例性实施例，但是应当理解，存在大量的变化。还应当理解，在此描述的示例性实施例或者实施例并不旨在以任何方式限制要求保护的主题的范围、适用性或者构造。相反，前述详细的描述将对本领域的技术人员提供用于实现所描述的实施例或者多个实施例的方便说明。应当理解，在不背离权利要求所限定的范围的情况下可以在元件的功能和布置中进行各种变化，包括在提交本专利申请时已知的等同物或者可预知的等同物。

Claims (17)

1.一种传感器器件，包括：
传感器结构，所述传感器结构包括具有在其上形成的感测装置的第一部分；
第二结构，其中，所述第二结构包括具有在其上形成的控制电路的集成电路管芯，所述控制电路用于基于来自所述感测装置的电信号来确定指示环境压力的压力度量；以及
密封结构，所述密封结构被插入在所述传感器结构和所述第二结构之间，所述密封结构包围所述传感器结构的所述第一部分以建立在所述第一部分的第一侧上的固定基准压力，其中所述第一部分的第二侧暴露于环境压力。
2.根据权利要求1所述的传感器器件，其中，所述密封结构包括金属材料，所述金属材料被键合到所述传感器结构和所述第二结构，以在所述传感器结构和所述第二结构之间提供气密密封。
3.根据权利要求2所述的传感器器件，所述第二结构具有平坦表面，其中所述金属材料被键合到所述平坦表面。
4.根据权利要求1所述的传感器器件，其中，所述密封结构限定所述第一部分的所述第一侧上的真空腔室。
5.根据权利要求1所述的传感器器件，其中，所述固定基准压力是在真空下。
6.根据权利要求1所述的传感器器件，进一步包括：导电互连，所述导电互连被布置在所述传感器结构和所述第二结构之间，其中所述密封结构和所述导电互连每一个包括键合到所述传感器结构和所述第二结构的金属材料。
7.根据权利要求6所述的传感器器件，其中，所述导电互连被电连接到所述感测装置。
8.根据权利要求1所述的传感器器件，进一步包括：导电互连，所述导电互连被布置在所述传感器结构和所述集成电路管芯之间，以在所述控制电路和所述感测装置之间提供电连接。
9.根据权利要求1所述的传感器器件，其中，所述第一部分响应于在所述环境压力和所述固定基准压力之间的差异而偏离。
10.根据权利要求1所述的传感器器件，其中：
所述传感器结构包括集成电路管芯；
所述第一部分包括所述集成电路管芯的隔膜区域；
所述感测装置被形成在所述隔膜区域的所述第一侧上；并且
所述密封结构限定所述第一部分的第一侧上的真空腔室。
11.一种压力传感器器件，包括：
压力传感器结构，所述压力传感器结构包括具有在所述压力传感器结构的第一侧上形成的感测装置的隔膜区域；
金属材料，所述金属材料环绕所述隔膜区域，所述金属材料被键合到所述压力传感器结构的所述第一侧；以及
基板，所述基板具有平坦表面，其中，所述金属材料被键合到所述基板的所述平坦表面，以建立具有固定基准压力的腔室；
其中：
所述腔室被布置在所述隔膜区域的所述第一侧上；
所述隔膜区域的第二侧暴露于环境压力；
所述基板包括具有在其上形成的专用集成电路的半导体基板，所述专用集成电路被耦合到所述感测装置，以基于来自所述感测装置的电信号来确定指示所述环境压力的压力度量。
12.根据权利要求11所述的压力传感器器件，其中：
所述感测装置包括多个压阻元件，所述多个压阻元件形成在所述隔膜区域上，所述隔膜区域的偏离影响所述压阻元件的电阻；并且
所述多个压阻元件的电阻影响所述电信号。
13.根据权利要求11所述的压力传感器器件，进一步包括：保护材料，所述保护材料形成在所述隔膜区域的第二侧上。
14.根据权利要求11所述的压力传感器器件，进一步包括：模制化合物，所述模制化合物被布置在所述压力传感器结构和所述基板之间，所述模制化合物包围所述金属材料。
15.根据权利要求11所述的压力传感器器件，其中，所述固定基准压力是在真空下。
16.一种传感器器件，包括：
传感器结构，所述传感器结构包括具有在其上形成的感测装置的隔膜区域；
基板；
密封结构，所述密封结构被键合到所述基板和所述传感器结构的第一侧，所述密封结构环绕所述传感器结构的所述第一侧上的所述隔膜区域；以及
顶盖元件，所述顶盖元件被键合到所述基板，所述顶盖元件覆盖所述传感器结构以建立在所述传感器结构的第二侧上的固定基准压力，其中，所述基板包括在其中形成的孔，所述隔膜区域与所述孔对准，以使所述隔膜区域的所述第一侧暴露于环境压力。
17.根据权利要求16所述的传感器器件，进一步包括：集成电路管芯，所述集成电路管芯具有在其上形成的控制电路，以基于来自所述感测装置的电信号来确定指示所述环境压力的压力度量，所述集成电路管芯被键合到所述基板，并且所述基板在所述感测装置和所述控制电路之间提供电连接。
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