CN104409428A - 一种集成传感器及其封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及集成传感设备领域,公开了一种集成传感器,包括传感芯片和通过导线与传感芯片连接的控制电路芯片,所述传感芯片包括晶圆衬底和键合在晶圆衬底上的晶圆,晶圆衬底上安装至少一个密封传感元件和至少一个空气传感元件;所述对应密封传感元件的部分传感芯片与控制电路芯片、封装基板和封装隔板灌塑封装在一起,所述晶圆的顶部为封装隔板。还公开了一种集成传感器封装方法,以预先做好腔体进行密封封装的晶圆顶部为封装隔板,利用夹具将控制电路芯片、导线和部分传感芯片灌塑封装。使得所有金属导线均被灌塑封装材料包裹,工艺简单,操作方便,同时降低了生产成本;结构简单,具有较高的安全性、稳定性及可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及集成传感设备领域,尤其涉及需要部分芯片(传感单元)暴露于封装材料之外的集成传感设备,公开了一种集成传感器封装及其封装方法。
背景技术
集成传感器是采用半导体集成工艺而制成的,它是将多个传感器集成在一个芯片上、可完成多个物理量测量及模拟信号输出功能的专用芯片。单片集成传感器的主要特点是功能多样、测量误差小、价格低、响应速度快、体积小、微功耗等,外围电路简单。
因为检测方式的需要,部分传感芯片需要暴露于封装材料之外,部分传感芯片仍然需要密封的包装,以应用于胎压检测的集成加速度和压力传感器的芯片封装来说,其包括很多传感单元,例如加速度计、压力传感器、陀螺仪、磁力传感器等。其中一部分传感器都需要工作在真空或者密封环境中,例如加速度计、陀螺仪;另外一部分需要暴露在空气中,例如压力传感器。
现有的技术如,专利公开号为101704326A、CN101927669B、CN 101944514B/US 8178961 B2、US 2014/0001582 A1中公开了现有技术的需要部分芯片(传感单元)暴露于封装材料之外的集成传感设备,但其传感器上的部分金属连线没有被封装材料包裹,而只是以硅胶保护,可靠性较差。
进一步的,专利公开号为CN 102331325 A/US 2014/0103463 A1中公开了采用单独外加晶圆隔板进行灌塑封装的方法,使得金属连线全部被封装材料包裹;但是其需要在传感器制作过程中单独外加一部晶圆上制作隔板的工艺,增加了工艺的复杂度,也增加了生产成本。
发明内容
本发明的目的在于提出一种集成传感器封装方法,能够使得集成传感器的所有金属导线均被灌塑封装材料包裹,工艺简单,操作方便,同时降低了生产成本。
还提供了一种集成传感器,其金属导线均灌塑封装在封装材料内,结构简单,具有较高的安全性、稳定性及可靠性。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
一种集成传感器,包括传感芯片和通过导线与传感芯片连接的控制电路芯片,所述传感芯片包括晶圆衬底和键合在晶圆衬底上的晶圆,晶圆衬底上安装至少一个密封传感元件和至少一个空气传感元件;所述对应密封传感元件的部分传感芯片与控制电路芯片、封装基板和封装隔板灌塑封装在一起,所述晶圆的顶部为封装隔板。
其中,所述晶圆上开设有分别与密封传感元件和空气传感元件相对应的密封腔体和空气腔体,且晶圆键合于晶圆衬底上,用于保持密封传感元件的密封封装。
其中,所述密封传感元件对应的密封腔体为密封状态,所述空气传感元件对应的空气腔体与空气连通。腔体的密封状态可根据不同需要在制作中控制,可以为真空,也可以充入设定气体以达到设定的压强。根据具体的需要,所述气体可以是一种或者几种气体的混合。
其中,所述控制电路芯片和传感芯片平放在封装基板上,所述传感芯片上设置有金属引线,所述控制电路芯片通过导线连接传感芯片上的金属引线。
其中,所述空气传感元件可以直接暴露于测量介质中,或者空气传感元件上涂覆有防护层。所述防护层用于防水防腐蚀。
其中,所述控制电路芯片的接线端自灌塑封装体伸出。且除伸出的接线端外其余导线均被密封封装在灌塑封装体内。
一种集成传感器封装方法,所述方法包括以下步骤:以预先做好腔体进行密封封装的晶圆顶部为封装隔板,利用夹具将控制电路芯片、导线和部分传感芯片灌塑封装。
其中,包括如下步骤:
步骤一,将晶圆衬底上安装至少一个密封传感元件和至少一个空气传感元件制成传感芯片;
步骤二,将与传感芯片适配的晶圆上开设分别与密封传感元件和空气传感元件相对应的腔体,并将晶圆键合于晶圆衬底上,保持密封传感元件的密封封装;
步骤三,将晶圆图形化,并保留密封传感器密封封装;在空气传感元件对应的空气腔体的壁上开孔使得该腔体与空气连通;
步骤四,将传感芯片和控制电路芯片放置于封装基板上,并用导线互连;
步骤五,利用夹具对除空气传感元件及其对应的空气腔体之外的传感芯片和控制电路芯片以及导线进行灌塑封胶;
步骤六,移除夹具。
其中,步骤三中,将空气传感元件对应的空气腔体的顶部的至少部分去除。
其中,步骤三中,将空气传感元件对应的空气腔体的顶部全部去除。
本发明的有益效果是:采用以预先做好腔体进行密封封装的晶圆顶部为封装隔板,利用夹具将控制电路芯片、导线和部分传感芯片灌塑封装的方法,使得所有金属连线均被灌塑封装材料包裹,工艺简单,操作方便,同时降低了生产成本;结构简单,具有较高的安全性、稳定性及可靠性。
附图说明
图1是本发明具体实施方式1提供的集成传感器封装方法的步骤一的示意图;
图2是本发明具体实施方式1提供的集成传感器封装方法的步骤二的示意图;
图3是本发明具体实施方式1提供的集成传感器封装方法的步骤三的示意图;
图4是本发明具体实施方式1提供的集成传感器封装方法的步骤四的示意图;
图5是本发明具体实施方式1提供的集成传感器封装方法的步骤五的示意图;
图6是本发明具体实施方式1提供的集成传感器的结构示意图;
图7是本发明具体实施方式2提供的集成传感器封装方法的步骤四的示意图;
图8是本发明具体实施方式2提供的集成传感器封的结构示意图。
图中:
1、晶圆衬底;2、晶圆;3、控制电路芯片;4、传感芯片;5、密封传感元件;6、空气传感元件;7、导线;8、硅胶涂层;9、封装隔板;10、金属引线;11、灌塑封装体;12、密封腔体;13、夹具;14、质量块;15、空气腔体。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例一
如图6所示,一种集成传感器,包括与封装基板8、封装隔板9灌塑封装在一起的控制电路芯片3、部分传感芯片4和导线7,控制电路芯片3通过导线7与传感芯片4连接的,所述传感芯片4包括晶圆衬底1和键合在晶圆衬底1上的晶圆2,晶圆衬底1上安装至少一个密封传感元件5和至少一个空气传感元件6;
所述对应密封传感元件5的部分传感芯片4与控制电路芯片3、封装基板8和封装隔板9灌塑封装在一起,所述晶圆2的顶部为封装隔板9。
所述传感芯片4包括晶圆衬底1和键合在晶圆衬底1上的晶圆2,所述晶圆2的顶部为封装隔板9。所述晶圆衬底1上分别安装有至少一个密封传感元件5和至少一个空气传感元件6,所述密封传感元件5对应的密封腔体12为密封状态,所述空气传感元件6对应的空气腔体15与空气连通。腔体的密封状态可根据不同需要在制作中控制,可以为真空,也可以充入设定气体以达到设定的压强。根据具体的需要,所述气体可以是一种或者几种气体的混合。
所述晶圆2上开设分别与密封传感元件5和空气传感元件6相对应的密封腔体12和空气腔体15,且晶圆2键合于晶圆衬底1上,用于保持密封传感元件5的密封封装。
所述晶圆衬底1上还设置有金属引线10。所述控制电路芯片3和传感芯片4平放在封装基板8上,控制电路芯片3通过导线7连接传感芯片4上的金属引线10。所述控制电路芯片3的接线端自灌塑封装体11伸出。且除伸出的接线端外其余导线7均被密封封装在灌塑封装体11内。
所述控制电路芯片3和传感芯片4平放在封装基板8上,所述传感芯片4上设置有金属引线10,所述控制电路芯片3通过导线7连接传感芯片4上的金属引线10。
所述密封传感元件5对应的腔体12为密封空状态,所述空气传感元件6对应的空气腔体15与空气连通。在空气传感元件6的上方可以选择性的涂覆有具有防水防腐蚀等作用的防护层,也可以直接让其暴露于测量环境中。其中,所述控制电路芯片3的接线端自灌塑封装体11伸出。
如图1-5所示,一种集成传感器封装方法,以预先做好腔体12进行密封封装的晶圆2顶部为封装隔板9,相较于现有技术节省了单独的封装隔板的设置,通过利用夹具将控制电路芯片3、导线7和部分传感芯片4灌塑封装,使得导线7能够完全被灌塑封装起来,且使得不需要封装的传感元件被隔离在灌塑封装体11之外。
具体的,其包括如下步骤:
步骤一,如图1所示,将晶圆衬底1上安装至少一个密封传感元件5和至少一个空气传感元件6制成传感芯片4;
步骤二,如图2所示,将与传感芯片4适配的晶圆2上开设与传感元件相对应的腔体12,并将晶圆2键合于晶圆衬底1上,保持密封传感元件5的密封封装。
步骤三,如图3所示,通过光刻或者刻蚀步骤将晶圆2图形化,并保留密封传感器5密封封装;将空气传感元件6所对应的腔体15与空气连通;具体可以通过在空气传感元件6所对应的腔体的顶部部分去除,达到其所在的腔体与空气连通的目的。
步骤四,如图4所示,将传感芯片4和控制电路芯片3放置于封装基板8上,并用导线7互连;所述导线7为金属连线。
步骤五,如图5所示,利用夹具13对除空气传感元件6及其所述腔体12之外的传感芯片4和控制电路芯片3以及导线12进行灌塑封胶;夹具13顶部设置有两个冲注口,用于将塑胶灌注封装。
步骤六,待封装成型后,移除夹具。
实施例二
与实施例一不同的是,步骤三,如图7所示,将空气传感元件6所对应的空气腔体15与空气连通;具体可以通过将空气传感元件6所对应的空气腔体15的顶部全部去除,达到其所在的空气腔体15与测试环境连通的目的。空气传感元件6上方可以选择性涂覆防护层。
如图8所示,所述晶圆衬底1上分别安装有至少一个密封传感元件5和至少一个空气传感元件6,所述密封传感元件5对应的密封腔体12为密封状态,所述空气传感元件6对应的空气腔体15与空气连通。所述空气传感元件6对应的空气腔体15无顶部,以利于涂覆防护层。
具体的,空气传感器6对应的腔体15的顶部可以在步骤4或者5中部分或全部去除。
在实施例一和实施例二中,所述密封传感元件5可以是加速度计、陀螺仪等需要在真空或者密封环境下工作的传感元件,所述空气传感元件6可以是压力传感器等需要在测试环境介质中工作的传感元件,当所述密封传感元件5为加速度计时,所述加速度计的上方还设置有质量块14。
综上所述,采用以预先做好腔体12进行密封封装的晶圆2顶部为封装隔板9,利用夹具将控制电路芯片3、导线7和部分传感芯片4灌塑封装的方法,使得所有金属导线均被灌塑封装材料包裹,工艺简单,操作方便,同时降低了生产成本;结构简单,具有较高的安全性、稳定性及可靠性。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理,而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释,本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式,这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种集成传感器,包括传感芯片(4)和通过导线(7)与传感芯片(4)连接的控制电路芯片(3),其特征在于,所述传感芯片(4)包括晶圆衬底(1)和键合在晶圆衬底(1)上的晶圆(2),晶圆衬底(1)上安装至少一个密封传感元件(5)和至少一个空气传感元件(6);所述对应于密封传感元件(5)的部分传感芯片(4)与控制电路芯片(3)、封装基板(8)和封装隔板(9)灌塑封装在一起,所述晶圆(2)的顶部为封装隔板(9)。
2.根据权利要求1所述的集成传感器,其特征在于,所述晶圆(2)上开设有分别与密封传感元件(5)和空气传感元件(6)相对应的密封腔体(12)和空气腔体(15),且晶圆(2)键合于晶圆衬底(1)上,用于保持密封传感元件(5)的密封封装。
3.根据权利要求2所述的集成传感器,其特征在于,所述密封传感元件(5)对应的密封腔体(12)为密封状态,所述空气传感元件(6)对应的空气腔体(15)与空气连通。
4.根据权利要求1所述的集成传感器,其特征在于,所述控制电路芯片(3)和传感芯片(4)平放在封装基板(8)上,所述传感芯片(4)上设置有金属引线(10),所述控制电路芯片(3)通过导线(7)连接传感芯片(4)上的金属引线(10)。
5.根据权利要求1所述的集成传感器,其特征在于,所述空气传感元件(6)上涂覆有防护层。
6.根据权利要求1-5任一项所述的集成传感器,其特征在于,所述控制电路芯片(3)的接线端自灌塑封装体(11)伸出,且除伸出的接线端外其余导线(7)均被密封封装在灌塑封装体(11)内。
7.一种如权利要求1-6中任一项所述的集成传感器封装方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:以预先做好腔体进行密封封装的晶圆(2)顶部为封装隔板(9),利用夹具将控制电路芯片(3)、导线(7)和部分传感芯片(4)灌塑封装。
8.根据权利要求7所述的集成传感器封装方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤一,将晶圆衬底(1)上安装至少一个密封传感元件(5)和至少一个空气传感元件(6)制成传感芯片(4);
步骤二,将与传感芯片(4)适配的晶圆(2)上开设分别与密封传感元件(5)和空气传感元件(6)相对应的密封腔体(12)和空气腔体(15),并将晶圆(2)键合于晶圆衬底(1)上,保持密封传感元件(5)的密封封装;
步骤三,将晶圆(2)图形化,并保留密封传感元件(5)密封封装;在空气传感元件(6)对应的空气腔体(15)的壁上开孔使得该腔体与空气连通;
步骤四,将传感芯片(4)和控制电路芯片(3)放置于封装基板(8)上,并用导线(7)互连;
步骤五,利用夹具(13)对除空气传感元件(6)及其对应的空气腔体(15)之外的传感芯片(4)和控制电路芯片(3)以及导线(12)进行灌塑封胶;
步骤六,移除夹具。
9.根据权利要求2所述的集成传感器封装方法,其特征在于,步骤三中,将空气传感元件(6)对应的空气腔体(15)的顶部的至少部分去除。
10.根据权利要求2所述的集成传感器封装方法,其特征在于,步骤三中,将空气传感元件(6)对应的空气腔体(15)的顶部全部去除。
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PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |