CN104422553A - 微机械传感器装置及相应的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微机械传感器装置和一种相应的制造方法。所述微机械传感器装置包括微机械传感器芯片(2a、2b)，其至少在侧面被模制壳体(5a-5d；5d’；5d”；5d”’；5d””；5c’)围绕，所述模制壳体具有前侧(S1)和后侧(S2)；所述微机械传感器芯片在后侧(S2)上具有芯片区域，所述芯片区域由所述模制壳体空出；和在所述前侧(S1)上形成布线装置(10；101-104；101’-104’；10a、10b)，所述布线装置从所述芯片区域(M，7；M,P1-P4；M,P1’-P4’；M’)开始，一直延伸直到在后侧(S2)上以围绕所述模制壳体，并且从那里通过至少一个贯通接触件(4；41-44；41’-44’；4’，4”；4a’，4a”)从所述模制壳体的后侧(S2)延伸到其前侧(S1)。

Description

微机械传感器装置及相应的制造方法
技术领域
本发明涉及一种微机械传感器装置及相应的制造方法。
尽管本发明原则上适用于任何微机械传感器装置，但是这里以微机械绝对压力传感器装置或压差传感器装置为例说明本发明及其所基于的问题。
背景技术
从DE 10 2004 036 032 A1熟知一种适用于绝对压力测量或压差测量的膜传感器的制造方法。
现在，在半导体技术中常常使用所谓的模制晶片封装，其中单个的半导体芯片彼此间隔地嵌入到模制壳体中，所述模制壳体本身具有晶片外形，半导体芯片例如安装在模制壳体的表面上并且在那里暴露。对此，人们可浏览US2006电子部件和技术会议的会刊第547-551页，M.Brunnbauer等著的《An embedded device technology based on a molded reconfigured wafer》。
在制造时，所述芯片安置在支撑体上，接着用封装塑料材料、模制壳体包封，然后在暴露的芯片表面区域中重新布线。
发明内容
本发明涉及一种根据权利要求1所述的微机械传感器装置和根据权利要求11或14所述的相应的制造方法。
优选的改进方案是各从属权利要求的目标。
本发明的构思是在模制过程中，在模制壳体中形成贯通接触件。例如连接销安置在支撑体上，这些连接销此后形成贯通接触件。这些连接销能够是例如金属或半导体销。在去除支撑体后，半导体芯片和连接销被暴露，并且能够通过布线装置电接触。本发明的微机械传感器装置的优点是电接触能够通过贯通接触件敷设到传感器后侧上，但在这里，在传感器后侧上不存在介质。换句话说，隔开暴露的传感器探测区域(例如薄膜区域)和电接触侧。
优选地，所述重新布线从涂覆一层绝缘层开始，这个绝缘层在接触到芯片和连接销的区域中被开孔。所述重新布线能够例如使用丝网印刷法或薄层技术制成，其中首先涂覆一层掩膜层，然后涂覆一层导电层。
本发明使微机械传感器装置的制造成为可能，所述微机械传感器装置的芯片前侧以模制晶片级封装(mWLP)法全部电接触到布线和连接销上。在例如利用锯分离后，目标壳体中的传感器，例如陶瓷板或导体板形式的支撑体，与其它部件粘结在一起。
粘结本身可使用不同的方法涂覆。因为粘结剂有利地也应涂覆到暴露的水平线路区域中，另外丝网印刷法或间接印刷在这里同样是可行的。所述粘结到芯片面上的粘结层也能够特别有利地实现成晶片级。
因此，本发明仅仅使用封装技术就能够坚固且低成本地封装微机械传感器装置，尤其是绝对压力传感器装置或压差传感器装置。通过耐介质的(medienresistenten)粘结剂在带状导线上方得到电阻介质的结构。
所述封装技术能够在同一壳体中设置一个或多个单独的ASIC。
根据一个优选实施例，微机械传感器芯片安装在支撑基片的后侧或前侧上。这样得到稳定的结构。
根据本发明的又一优选实施例，在后侧上设置一层绝缘层，在所述绝缘层上或其中形成布线装置。这样能够使布线装置良好地连接。
根据又一优选的初始结构形式，在模制壳体中，从前侧和/或后侧在微机械传感器芯片的外围中形成应力卸载槽。所述应力卸载槽用于从壳体和传感器芯片有效地去除应力。如果在模制壳体中构成至少一个应力卸载槽，特别是在温度膨胀系数大的印制电路板材料时是有利的。
根据又一优选实施例，所述芯片区域具有薄膜区域。根据本发明，这个薄膜区域允许与布线装置分离，因而可能的侵蚀性介质不可能对所述布线装置产生作用。
根据又一优选实施例，所述芯片区域具有一个或多个连接垫(Anschluβpads)。这个或这些连接垫用作布线装置的起点，并且同样允许耐介质地封装。
根据又一优选实施例，所述布线装置被盖层，尤其是粘结剂层覆盖。这种粘结剂层执行安装和封装的双重功能。
根据又一优选实施例，微机械传感器芯片是压差传感器芯片或者绝对压力传感器芯片。
根据又一优选实施例，计算芯片设置在模制壳体中，所述计算芯片在后侧通过布线装置而与所述贯通接触件电连接。因而使集成度提高。
根据又一优选实施例，所述贯通接触件被制成为，使得设置支撑体以进行重新模制，在支撑体上设置连接销，所述连接销在重新模制和去除支撑体后形成所述贯通接触件。
根据又一优选实施例，所述连接销在重新模制时通过连接桥以框状形状连接在前侧上，并且在前侧上，所述连接桥在重新模制后被去除。如果连接销在模制过程之前以框状或网状形状通过连接桥相互连接，连接销的引入是低成本的，尤其是处理过程友好的。
根据又一优选实施例，所述去除是通过磨削方法实现的。
根据又一优选实施例，所述贯通接触件形成为，使得设置支撑体以便重新模制，在所述支撑体上布置以热或化学方法去除的牺牲销或者以机械方法去除的冲压销，然后通过涂覆方法在相应的通道中涂覆导电材料，形成所述贯通接触件。
根据又一优选实施例，所述导电材料的涂覆过程是丝网印刷过程或者薄层沉淀过程。
附图说明
下面将参考在附图中以示意图示出的实施例，详细说明本发明，其中：
图1a)-d)示出了根据本发明第一至第四实施例的微机械传感器装置的示意性竖直横截面图；
图2示出了根据本发明第五实施例的微机械传感器装置的示意性竖直横截面图；
图3示出了根据本发明第六实施例的微机械传感器装置的示意性竖直横截面图；
图4示出了根据本发明第七实施例的微机械传感器装置的示意性竖直横截面图；
图5示出了根据本发明第八实施例的微机械传感器装置的示意性竖直横截面图；
图6使出了根据本发明第九实施例的微机械传感器装置的示意性水平横截面图；
图7示出了根据本发明第十实施例的微机械传感器装置的示意性水平横截面图；
图8a),b)示出了根据本发明第十一实施例的微机械传感器装置的示意性竖直横截面图，以说明制造方法；
图9a),b)示出了根据本发明第十二实施例的微机械传感器装置的示意性竖直横截面图，以说明制造方法；
图10示出了根据本发明第十三实施例的微机械传感器装置的示意性竖直横截面图；和
图11示出了根据本发明第十四实施例的微机械传感器装置的示意性竖直横截面图。
具体实施方式
在各视图中，相同的附图标记表示结构相同或功能相同的元件。
图1a)-d)是根据本发明第一至四实施例的微机械传感器装置的示意性竖直横截面图。
在图1a)-d)中，附图标记1表示用陶瓷制成的支撑基片，它具有贯通孔100。
根据图1a)，微机械压差传感器芯片2a在侧面重新模制有用塑料模制坯料制成的模制壳体5a。
所述芯片具有薄膜区域M，不同侧的压力P1、P2可作用到所述薄膜区域M上，从而能够确定相应的压差P1-P2。所述芯片附加地具有可选的集成计算电路7。
围绕薄膜区域的芯片区域不被模制壳体5a覆盖。布线装置10从芯片区域向外延伸，以围绕模制壳体5a。布线装置10在背离重新模制的压差传感器芯片2a的前侧S1上具有带状导线。
附图标记4表示模制壳体5a中从前侧S1延伸到后侧S2的销状贯通接触件。封装的压差传感器芯片2a利用粘结剂层9粘结到支撑基片1上，粘结剂层9在布线装置10区域中同时用作绝缘盖层。压差传感器芯片2a安装在贯通孔100上方，以使薄膜区域M安置在贯通孔100上方。
在压差传感器芯片2a的后侧S2上设置粘合面4a，粘合面4a与贯通接触件4形成电接触。压差传感器芯片2a从粘合面4a开始，利用粘合线B而与支撑基片1上的电连接面P相连接。
根据图1b)，模制壳体5b不仅在压差传感器芯片2a侧面延伸，而且在后侧S2上具有比压差传感器芯片2a更大的高度延伸，并且还部分地覆盖压差传感器芯片2a的与薄膜区域M相对的侧面。除此以外，它的结构与图1a)所示的结构相同。
根据图1c)，设置绝对压力传感器芯片2b代替压差传感器芯片2a，绝对压力传感器芯片2b在侧面被模制壳体5c围绕，并且绝对压力传感器芯片2b也具有薄膜区域M’以及布置在它下侧的空腔H。除此以外，它的结构与图1a)所示的结构相同。
根据图1d)也存在绝对压力传感器芯片2b，其中模制壳体5d不仅侧向延伸，而且在后侧S2上具有比绝对压力传感器芯片2b更大的延伸高度，并且模制壳体5d也覆盖性地延伸到绝对压力传感器芯片2b的、与薄膜区域M’相对侧的上方。
关于贯通接触件4和布线装置10，根据图1a)-d)的第一至第四实施例设计相同。它们在模制过程中形成在模制坯料中。例如连接销安置在模制支撑体上，连接销后来制成贯通接触件4。连接销能够例如是金属销或者半导体销。在去除模制支撑体后，半导体芯片和连接销被暴露，并且它们能够通过布线装置10电接触。
根据图1b)和1d)，模制壳体搭接在芯片上，这种搭接结构用于改善密封性能或者提高压应力容量。附加的模制覆盖结构引起内部空间对于外部空间基本上更佳的密封性能。所述密封性能在这里不依赖于模制封装结构5b、5d在竖直芯片边缘上的分层自由性。
图2是根据本发明第五实施例的微机械传感器装置的示意性竖直横截面图。
根据图2的第五实施例原则上对应根据图1d)的实施例，根据图2的第五实施例详细地示出了在前侧S1上的布线装置10。
特别地，在前侧S1上设置一个绝缘层PS，布线装置10被引导到绝缘层PS上或其中。绝缘层PS和粘结剂层9伸入到贯通孔100的区域中，但不到达薄膜区域M’，布线装置10的带状导线完全被粘结剂层9覆盖。在根据图2的实施例中，粘结剂层9在区域9a中相对于位于粘结基层9下面的绝缘层PS回缩。
如图2进一步所示，抗压电的(piezoresistive)电阻R位于薄膜区域M’中，利用抗压电的电阻R以电的形式实现压力测量。
图3是根据本发明第六实施例的微机械传感器装置的示意性竖直横截面图。
在根据图3的第六实施例中，粘结剂层9在区域9b中封闭所述绝缘层。除此之外，它的结构与第五实施例的结构相同。
图4是根据本发明第七实施例的微机械传感器装置的示意性竖直横截面图。
根据图4的第七实施例与根据图3的第六实施例相比，应力卸载槽G1、G2在模制壳体5d’中设置在后侧S2上。应力卸载槽G1、G2用于从模制壳体5d’和绝对压力传感器芯片2b有效地去除应力。
图5是根据本发明第八实施例的微机械传感器装置的示意性竖直横截面图。
在根据图5的第七实施例中，应力卸载槽G3、G4在模制壳体5d”中设置在前侧S1上。应力卸载槽G3、G4通过直线表示，应力卸载槽G3、G4布置成，使得它不与布线装置10相交。
显然，结合第七实施例和第八实施例，应力卸载槽也可以设置在前侧S1和后侧S2上。
图6是根据本发明第九实施例的微机械传感器装置的示意性水平横截面图。
根据图6的横截面图穿过布线装置的平面，布线装置具有四条带状导线101、102、103、104，这四条带状导线101、102、103、104在模制壳体5d”’中从连接垫P1、P2、P3、P4在暴露的芯片区域上在薄膜区域M’旁边延伸到附属的贯通接触件41、42、43、44，薄膜区域M’具有抗压电的电阻R。
通过应力卸载槽G1’、G2’、G3’、G4’，微机械的绝对压力传感器芯片2b与模制壳体5d”’尽可能分离。应力卸载槽G1’-G4’在这个第九实施例中从前侧S1引入，并且在带状导线101-104两侧延伸，从而造成最大的去应力。带状导线101-104因而延伸到模制壳体5d”’的连接桥上。
图7是根据本发明第十实施例的微机械传感器装置的示意性水平横截面图。
根据图7的视图对应根据图6的视图，其中布线装置在这里具有带状导线101’、102’、103’、104’，这四条带状导线101’、102’、103’、104’从连接垫P1、P2、P3、P4在暴露的芯片区域的棱角中在具有抗压电的电阻R的薄膜区域M’旁边，以拟对角的方式引导到相应的贯通接触件41、42.43、44。
围绕暴露的芯片区域，除设有带状导线101’-104’外，还从前侧S1设置应力卸载槽G1”、G2”、G3”、G4”。这个所示的实施例具有四个优点：带状导线101’-104’必须被引导到模制壳体5d””的连接桥上方，模制壳体5d””的连接桥位于芯片棱角中，微机械绝对压力传感器芯片2b在芯片棱角中比在芯片边缘中部受到更小的机械应力，抗压电的电阻R位于芯片边缘中。
图8a)、b)是根据本发明第十一实施例的微机械传感器装置的示意性竖直横截面图，以说明微机械传感器装置的制造方法。
图8a)、b)的视图在相当大程度上对应图2的视图，但根据图8a)的第十一实施例与根据图2的实施例不同之处在于，适用于贯通接触件的连接销KS’、KS”在模制时以框形或网状形状安置到(未示出的)模制支撑体上。以这种方式和方法简单地制造多个贯通接触件。
各个接触销KS’、KS”之间的连接桥在图8a)中用附图标记VS表示。接触销KS’、KS”在这个实施例中具有U形外形。
图8a)紧接在模制过程和将后侧布线装置10a、10b以及在绝缘层PS以及粘结剂层9上或其中后承受这种状态。
为了达到图8b)示出的过程状态，在后侧S2上执行磨削过程，从而连接桥VS被移除，只留下U形贯通接触件4’、4”，这些贯通接触件与布线装置10a、10b形成连接。
作为最后的(未标出的)过程步骤，利用粘结剂层9粘结到支撑基片1上。
虽然在这个第十一实施例中，连接销KS’,KS”制成为U形的，显然也可设想使用简单的I形连接销，例如通过相应的连接销连接。
连接销KS’、KS”格栅形排列的制造能够通过线材弯曲法实现，例如在模制壳体情形下通过电镀法或极板腐蚀法实现。
图9a)、b)是根据本发明第十二实施例的微机械传感器装置的示意性竖直横截面图，以说明制造方法。
在根据图9a)、9b)的第十二实施例中，在模制贯通孔或者贯穿孔V’、V”时产生，例如在模制过程中，在贯通孔V’、V”中通过热或化学去除牺牲销或者机械去除冲压销。在模制过程以后，一种非常简单的制造方式是使用相应的机械冲头冲压所述贯通孔V‘、V”等。紧接着，在设有模制壳体5d的传感器芯片2b的前侧S1上涂覆绝缘层PS并且构造绝缘层PS的结构。
在图9b)中示出下一工序，贯通接触件4a’、4a”以及布线装置10a、10b的带状导线利用丝网印刷薄层法涂覆相应的导电层。
在又一工序(未示出)中，粘结层9和粘结剂涂覆到支撑基片1上。
图10是根据本发明第十三实施例的微机械传感器装置的示意性竖直横截面图。
在根据图10的第十三实施例中，根据图5的、用模制坯料围绕的微机械绝对压力传感器芯片2b利用倒装法实现，后侧S”粘合到支撑基片1上。
为此，在前侧上设置粘合层4a、4b，粘合层4a、4b利用焊料在支撑基片1上粘合到相应的粘合区域B1、B2上。附加地，在粘合位置中可选地设置未填满处以有助于去应力。
此外，在这个实施例中，当装配绝对压力传感器芯片2b时，在支撑基片1中不设置贯通孔。
然而，这个实施例显然也可如同每个其它实施例一样，也用压差传感器芯片实现，然后或者介质入口通过支撑基片1中相应的孔形成芯片和支撑基片1之间的空穴K，或者在那里包围一个参考大气压。
图11是根据本发明第十四实施例的微机械传感器装置的示意性竖直横截面图。
在第十四实施例中，在模制壳体5d2中在根据图3的传感器芯片2b旁边附加地设置ASIC计算芯片20。
虽然在上面借助于优选实施例完整地描述本发明，但本发明不限于此，而是可以多种多样的方式和方法进行修改。
特别地，本发明提及，关于应力卸载槽的布置，利用更多或更少的通道桥，可设想多种不同的其它可能性以暴露芯片区域。还可设想前侧或后侧应力卸载槽的更多交错。

Claims (15)

1.一种微机械传感器装置，其具有：
微机械传感器芯片(2a、2b)，所述微机械传感器芯片(2a、2b)至少在侧面被模制壳体(5a-5d；5d’；5d”；5d”’；5d””；5c’)围绕，所述模制壳体(5a-5d；5d’；5d”；5d”’；5d””；5c’)具有前侧(S1)和后侧(S2)；
所述微机械传感器芯片(2a、2b)在后侧(S2)上具有芯片区域(M，7；M,P1-P4；M,P1’-P4’；M’)，所述芯片区域由所述模制壳体(5a-5d；5d’；5d”；5d”’；5d””；5c’)空出；和
在所述前侧(S1)上形成布线装置(10；101-104；101’-104’；10a、10b)，所述布线装置(10；101-104；101’-104’；10a、10b)从所述芯片区域(M，7；M,P1-P4；M,P1’-P4’；M’)开始，一直延伸直到后侧(S2)上以围绕所述模制壳体(5a-5d；5d’；5d”；5d”’；5d””；5c’)，并且从该后侧通过至少一个贯通接触件(4；41-44；41’-44’；4’，4”；4a’，4a”)从所述模制壳体(5a-5d；5d’；5d”；5d”’；5d””；5c’)的后侧(S2)延伸到其前侧(S1)。
2.根据权利要求1所述的微机械传感器装置，其特征在于，所述微机械传感器芯片(2a、2b)在后侧(S2)或前侧(S1)上安装在支撑基片(1)上。
3.根据权利要求1或2所述的微机械传感器装置，其特征在于，在前侧(S1)上设置绝缘层(PS)，在所述绝缘层(PS)上和/或其中形成布线装置(10；101-104；101’-104’；10a、10b)。
4.根据权利要求1、2或3所述的微机械传感器装置，其特征在于，从在所述微机械传感器装置(2a、2b)外围中的前侧(S1)和/或后侧(S2)开始，在模制壳体(5a-5d；5d’；5d”；5d”’；5d””；5c’)中形成应力卸载槽(G1、G2；G3、G4；G1’-G4’；G1”-G4”)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的微机械传感器装置，其特征在于，所述芯片区域(M，7；M,P1-P4；M,P1’-P4’；M’)具有薄膜区域(M；M’)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的微机械传感器装置，其特征在于，所述芯片区域(M，7；M,P1-P4；M,P1’-P4’；M’)具有一个或多个连接垫(P1-P4；P1’-P4’)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的微机械传感器装置，其特征在于，所述布线装置(10；101-104；101’-104’；10a、10b)被盖层(10；11)覆盖。
8.根据权利要求7所述的微机械传感器装置，其特征在于，所述盖层(10；11)是粘结剂层(10)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的微机械传感器装置，其特征在于，所述微机械传感器芯片(2a、2b)是压差传感器芯片(2a)或者绝对压力传感器芯片(2b)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的微机械传感器装置，其特征在于，在模制壳体(5c’)中设置计算芯片(20)，所述计算芯片(20)在所述前侧上通过所述布线装置(10；101-104；101’-104’；10a、10b)而与贯通接触件(4；41-44；41’-44’；4’，4”；4a’，4a”)电连接。
11.适用于根据权利要求1所述的微机械传感器装置的制造方法，其中，所述贯通接触件(4；41-44；41’-44’；4’，4”；4a’，4a”)被形成为，使得为重新模制而设置支撑体，在所述支撑体上布置连接销(KS’；KS”)，该连接销在重新模制和去除所述支撑体后形成所述贯通接触件(4；41-44；41’-44’；4’，4”；4a’，4a”)。
12.根据权利要求11所述的制造方法，其特征在于，所述连接销(KS’；KS”)在重新模制时通过连接桥(VS)框状地连接在所述后侧(S2)上，并且所述连接桥(VS)在重新模制后在所述前侧(S1)上被去除。
13.根据权利要求12所述的制造方法，其特征在于，所述去除是通过磨削方法实现的。
14.适用于根据权利要求1所述的微机械传感器装置的制造方法，其中所述贯通接触件(4；41-44；41’-44’；4’，4”；4a’，4a”)被形成，使得为重新模制设置支撑体，在所述支撑体上布置可热或化学去除的牺牲销或者可机械去除的冲压销，所述牺牲销或冲压销在重新模制和去除支撑体后被去除，此后所述贯通接触件(4；41-44；41’-44’；4’，4”；4a’，4a”)通过适用于导电材料的涂覆方法形成在相应的通道中。
15.根据权利要求14所述的制造方法，其特征在于，适用于导电材料的涂覆方法是丝网印刷法或者薄层腐蚀法。
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