CN104515636A - 包括换能器管芯的换能器布置和覆盖换能器管芯的方法 - Google Patents

包括换能器管芯的换能器布置和覆盖换能器管芯的方法 Download PDF

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Abstract

包括换能器管芯的换能器布置和覆盖换能器管芯的方法。根据示例性方面，换能器布置，其包括：支持结构、布置在支持结构上的换能器管芯、以及包括连接到支持结构并布置成至少部分地覆盖换能器管芯的多孔材料的盖。

Description

包括换能器管芯的换能器布置和覆盖换能器管芯的方法
技术领域
本发明涉及包括换能器管芯的换能器布置。而且，本发明涉及覆盖换能器管芯的方法。
背景技术
在本领域中，包括提供某种电子功能的电子或半导体芯片的多个电子模块是已知的。电子芯片可被布置或放置在衬底上并可被封装，以便为电子芯片提供某种保护功能。
特别是，电子芯片可形成传感器像压力传感器、麦克风或气体传感器或可以是其部分。虽然这样的传感器优选地被保护免受环境（例如颗粒和或化学影响（例如腐蚀）），但这些种类的传感器需要与环境直接接触，例如压力改变必须由传感器的活性部件检测，或待检测的特定气体必须能够到达活性部件。因此，封装不应密封地封闭活性部件，而允许与环境的至少部分交互作用。
在图5中示意性示出在本领域（例如US2006053895A1）中已知的保护压力传感器的一个可能性。
特别是，图5示出具有腔501的传感器布置500，所述腔501包括腔壳体502并且还包括引线框503，所述腔壳体502例如由模制塑料材料、PCB多层或陶瓷的层压结构形成或由任何其它合适的材料或方法形成，所述引线框503例如是无引线或弯曲引线框。
在腔501中，传感器管芯504（例如压力传感器）通过例如粘合材料505附接到腔的底部。传感器管芯504此外经由接合线506电连接到传感器布置的外部，例如经由引线框通过将接合或接触焊盘507连接到引线框503来电连接到传感器布置的外部。传感器管芯或芯片504包括活性区508，其在压力传感器的情况下可由膜形成。为了保护传感器管芯504，凝胶材料509用于通过填充腔501来覆盖活性传感器管芯504。可替换地，腔501可由包括孔的盖或盖子覆盖，以便一方面提供用于传感器管芯的覆盖或保护，而另一方面使传感器管芯能够不完全避开环境。
发明内容
一般地，可能需要提供换能器布置和制造其的方法，其中换能器布置提供对换能器布置的换能器管芯的良好颗粒保护。
根据示例性方面，提供换能器布置，其包括：支持结构；布置在支持结构上的换能器管芯以及包括连接到支持结构并布置成至少部分地覆盖换能器管芯的多孔材料的盖。
根据示例性方面，提供覆盖换能器布置的换能器管芯的方法，其中该方法包括：提供支持结构；将换能器管芯布置在支持结构上；以及通过将包括多孔材料的盖放置在支持结构上来至少部分地覆盖所布置的换能器管芯。
根据示例性方面，提供换能器布置，其包括：支持结构；布置在支持结构上的换能器管芯；包括包含多个通孔的材料的盖，其中盖连接到支持结构并被布置成至少部分地覆盖换能器管芯。
包括多孔材料或具有多个通孔的材料的盖的供应可允许对换能器管芯的良好颗粒保护。同时，盖可允许在换能器布置的制造期间在换能器布置或支持结构上的盖的简单处理和布置。此外，多孔材料可被选择成具有高耐化学性并提供高耐腐蚀性。因此，当与单个凝胶化合物的使用比较时，多孔材料的供应可能是有益的，因为可增加化学和/或机械耐久性。此外，多孔盖可使得能够进行宽范围的应用。
附图说明
附图被包括来提供对本发明的示例性实施例的进一步理解并构成说明书的一部分，所述附图图示本发明的示例性实施例。
在附图中：
图1示出根据示例性实施例的换能器布置的示意性横截面视图；
图2示出根据另一示例性实施例的换能器布置的示意性横截面视图；
图3A示出根据另一示例性实施例的换能器布置的示意性横截面视图；
图3B示出具有布置在换能器布置上的盖的图3A的换能器布置；
图4示意性示出根据示例性实施例的覆盖换能器布置的换能器管芯的过程的步骤；
图5示出传感器布置的示意性横截面视图。
具体实施方式
在下文中，将解释换能器布置和制造其的方法的另外的示例性实施例。应注意，在换能器布置的上下文中描述的实施例也可与制造换能器布置的方法的实施例相组合，反之亦然。
特别是，换能器管芯可以是半导体管芯（例如集成半导体管芯），和/或可形成集成换能器。特别是，换能器管芯可以是传感器管芯。换能器管芯的示例性尺寸可以在2.5 cm x 2.5 cm的范围内，更特别地在1.5 mm x 1.5 mm的范围内，优选地在0.7 cm x 0.7 cm到0.5 mm x 0.5 mm的范围内。此外，盖可具有基于换能器布置所用于的应用而选择的厚度。例如，基于为换能器管芯提供的必要保护，可选定或选择盖的厚度和/或孔隙度。特别是，可用普通的拾取和放置工具来执行盖和/或换能器布置的处理。可能的应用可以是气压传感器技术、碰撞传感器技术（如在气囊技术中使用的）；特别是在相对于化学和/或热耐久性强加限制的环境中使用的压力传感器技术，例如在汽车技术中，像歧管空气压力应用、动力传动系应用，例如排气再循环。
术语“多孔材料”可特别指示流体化合物可穿过其的材料，例如其包括彼此连接的开孔。特别是，多孔材料可具有在预先确定的阈值以上的孔隙度。
包括多孔材料或由多孔材料组成的盖的使用可使得能够进行对布置在腔中的换能器管芯的良好保护，同时仍然使得能够进行通过盖到换能器管芯的材料运输。特别是，多孔盖可保护换能器管芯免受颗粒。
根据换能器布置的示例性实施例，多孔材料选自由下列项组成的组：多孔聚乙烯、多孔聚丙烯、多孔聚四氟乙烯、多孔聚偏二氟乙烯、多孔乙烯基醋酸乙酯、多孔聚碳酸酯、多孔聚酰胺、多孔热塑性聚酯聚氨酯、多孔聚醚砜和多孔金属。
特别是，多孔金属可以是铝（被阳极氧化，如果必要）、铜、锌、铅或铁。可根据应用来选定不同的多孔材料。例如，聚乙烯是抗浓酸、碱和很多有机溶剂的强和重量轻的材料；聚丙烯是弹性、最抗酸和碱的；聚四氟乙烯是相当惰性的，具有高抗张强度并具有耐高温性；聚乙二烯是具有高耐磨损性的硬、低重量材料，是抗UV的并经得住高热和化学应力；以及乙烯基醋酸乙酯是高度弹性的但坚固的。
根据换能器布置的示例性实施例，多孔材料是具有至少0.05的孔隙度的材料。
也就是说，用于盖的多孔材料的孔隙度的给定或预先确定阈值可以是至少0.05。特别是，孔隙度可以是至少0.1或0.25，优选地至少0.5，且更优选地至少0.75。可根据例如所使用的换能器管芯和/或意图的应用的需要来选定或选择孔隙度。特别是，每一个特定种类的换能器管芯可有利地与具有不同孔隙度的多孔盖相组合，以便提供足够的操作水平。孔隙度可被限定为空隙空间或体积与元件的总空间或体积（即，包括空隙和固体材料）之比。换句话说，术语“孔隙度”是材料中的空隙（即，“空的”）空间的测量，且是空隙的体积在总体积之上的分数。
根据换能器布置的示例性实施例，支持结构是选自由下列项组成的组的结构：模制结构；引线框；印刷电路板；多层结构；陶瓷结构；层压结构和衬底。
特别是，衬底可以是普通半导体衬底，即，在半导体技术中通常使用的衬底，例如硅衬底。
根据换能器布置的示例性实施例，支持结构包括开口腔结构，其中换能器管芯被布置在开口腔结构中。
特别是，盖可被布置成至少部分地关闭开口腔。腔的供应可以是提供用于布置换能器管芯的空间或区域的有效方式，所述换能器管芯已经被极大地保护而免受碰撞颗粒。
术语“腔结构”可特别指示包括腔的结构。特别是，腔可由腔结构的部分形成或包围。腔结构可由适合于形成持久的腔的任何材料形成或可包括其，例如可由模制结构、多层结构、陶瓷结构或层压结构形成，例如包括印刷电路板或另一种类的衬底。特别是，腔结构可包括可形成适合于容纳盖的底座的脊部分。
根据换能器布置的示例性实施例，换能器管芯形成来自由下列项组成的组的一个换能器：压力传感器、化学传感器、麦克风、扬声器和气体传感器。
特别是，压力传感器可以是集成压力传感器，麦克风可以是集成麦克风，和/或气体传感器可以是集成气体传感器，和/或化学传感器可以是集成化学传感器，和/或扬声器可以是集成扬声器。所有这些传感器或换能器是有利地与外部体积（即，来自外部区域或空间并与换能器本身接触的气体或液体）流体连通的换能器。对于这些种类的换能器，多孔盖或包括多孔材料的盖可能是特别合适的，因为一方面多孔材料相对于颗粒来保护换能器，而另一方面允许气态或液态成分的通过。压力传感器可能在0到10巴（1兆帕）的范围内是敏感的。
根据换能器布置的示例性实施例，多孔盖包括实心边缘部分。
特别是，实心边缘部分可环绕或包围多孔盖的多孔部分。在这个上下文中，术语“实心边缘部分”可特别指示实心或非多孔的或至少具有比多孔材料的孔隙度低得多的孔隙度的一部分。例如，实心边缘部分的孔隙度可以是至多1/2、更优选地是至多1/3、仍然更优选地是至多1/4且甚至仍然更优选地是1/5。特别是，实心边缘部分可具有适合于允许多孔盖到腔结构的简单连接或固定的预先确定的延伸度或宽度。优选地，实心边缘部分可形成接触腔结构的接触部分。特别是，多孔盖和腔结构只在实心边缘部分处彼此接触或触摸。
根据换能器布置的示例性实施例，换能器管芯包括适于提供在换能器管芯和在换能器布置外部的环境之间的电接触的接触焊盘。
特别是，换能器管芯可由导线、接合线或任何其它合适的导电元件（例如导体路径）电连接到接触焊盘。
根据换能器布置的示例性实施例，接触焊盘包括非腐蚀性导电材料。
特别是，非腐蚀性导电材料可以是贵金属，例如金、银等。可替换地，可使用由于钝化层的形成而是非腐蚀性的金属，例如铝。用于接触焊盘或另外的导电元件（例如接合线或导体路径）的非腐蚀性材料的使用可提供电接触的化学保护，其结合通过多孔盖的颗粒保护而提供对换能器管芯的有效保护和在换能器布置中的其电连接。
根据换能器布置的示例性实施例，接触焊盘由保护层覆盖。
特别是，用于使换能器管芯与接触焊盘或其它电接触元件电连接的接触焊盘和另外的元件或结构可由保护层覆盖。例如，聚对二甲苯基、聚酰亚胺、模制材料或任何其它合适的有机和/或无机（例如氧化硅或氮化硅）材料可用于钝化层。然而，优选地，换能器管芯（例如膜）的活性区保持没有保护层，使得换能器管芯或换能器的灵敏度一般并不减小。也就是说，换能器管芯的活性区可以是无保护层的。在换能器管芯的活性区保持无保护层的情况下，保护层可以以坚固的方式形成，特别是以比在换能器管芯由凝胶成分覆盖的情况下更坚固的方式。例如，用于保护层的材料可以比已知的凝胶成分在化学上更坚固或稳定。
根据换能器布置的示例性实施例，多孔盖通过来自由粘结、烧结、模制、焊接和熔接组成的工艺的组的至少一个工艺来附接到支持结构。
根据换能器布置的示例性实施例，换能器管芯部分地被模制材料覆盖。
特别是，换能器管芯可被模制到模制材料中，即，模制材料可与换能器管芯直接接触。然而，活性区或活性区域（例如换能器管芯的膜）优选地保持没有模制材料，使得活性区仍然可与换能器布置的外部流体连通或流体连接。
根据换能器布置的示例性实施例，模制材料包括适于容纳盖的底座。
特别是，底座可具有匹配盖的外形或形状的外形或形状。例如在盖具有锥形外形或形状的情况下，底座可具有匹配锥形盖的互补外形或形状。因此，盖的附接可被简化。
根据换能器布置的示例性实施例，凝胶化合物被布置在换能器管芯上。
包括多孔材料的盖和凝胶化合物的组合可能是特别有利的，因为多孔盖可以为换能器管芯并为凝胶化合物提供防颗粒的保护，而凝胶化合物可提供防换能器管芯或电连接/焊盘的腐蚀或化学降解的保护。
根据换能器布置的示例性实施例，通孔的数量是至少三个。特别是，通孔的数量是至少十个、更特别地多于25个。
总结示例性实施例的要点可被看到在于：提供包括换能器管芯（例如集成半导体换能器）的换能器布置，所述换能器管芯被放置或布置在支持结构（像多层结构或引线框）上并通过多孔盖而被保护免受撞击或碰撞颗粒，多孔盖被以这样的方式布置，使得多孔盖至少覆盖换能器管芯，特别是换能器管芯的敏感区。多孔盖或包括多孔材料（像金属或塑料泡沫）的盖的供应可使得能够得到用于保护换能器管芯免受颗粒的简单结构并可与可选的保护层相组合，所述保护层可使得能够得到防换能器管芯和/或连接焊盘和/或连接路径的化学降解的进一步保护，所述连接路径用于使换能器管芯与在换能器布置外部的部件连接。多孔盖的使用可具有下列优点：可使用坚固或稳定的材料来代替在换能器布置的领域中通常用作颗粒保护的相当软的材料，例如凝胶材料。
附图的详细描述
根据结合附图理解的下面描述和所附权利要求，本发明的上述和其它目的、特征和优点将变得明显，其中相同的部分或元件由相同的参考数字指示。
在附图中的图示是示意性的且不一定按比例。
图1示出根据示例性实施例的换能器布置的示意性横截面视图。特别是，图1示出包括支持结构101的换能器布置100，所述支持结构101包括引线框102，其上布置塑料或可成形化合物103，使得腔104被形成。在腔104中，通过粘结层或焊接层115布置（例如固定）换能器管芯105。根据图1的实施例，换能器管芯105形成麦克风并包括膜106和接触焊盘107。然而可替换地，换能器管芯可形成扬声器、气体或压力检测器。接触焊盘107通过接合线108连接到引线框102，以提供换能器管芯105到换能器布置100的外部的电连接。引线框102、接合线108和接触焊盘107的部分由保护层109覆盖以提供腐蚀保护。然而，膜106有利地不被保护层覆盖，使得不减小膜106且因而换能器管芯的灵敏度。可替换地或除了保护层107以外，接触焊盘、接合线和/或连接路径也可由非腐蚀性材料（例如像金或银的贵金属）形成；和/或附加的凝胶化合物可用于覆盖电连接和/或换能器管芯105。
在腔104的顶部上且因而在布置在腔104中的换能器管芯105的顶部上，布置或放置包括多孔材料的盖110。多孔盖110可被粘结、熔接或焊接到支持结构100。特别是，支持结构101可包括底座，盖110可被容易放置在该底座上。多孔盖110提供对于换能器管芯105的颗粒保护，同时仍然允许流体（即，气体和/或液体）到达换能器管芯105，或更特别地到达换能器管芯105的膜106。
图2示出根据示例性实施例的另一换能器布置的示意性横截面视图。特别是，图2示出包括支持结构201的换能器布置200，所述支持结构201包括引线框202，其上布置塑料或可成形化合物203，使得腔204被形成。在腔204中，布置换能器管芯205。根据图1的实施例，换能器管芯205形成麦克风并包括膜206和接触焊盘207。然而可替换地，换能器管芯可形成扬声器、或者压力或气体检测器。接触焊盘207通过接合线208连接到引线框202以提供换能器管芯205到换能器布置200的外部的电连接。引线框202、接合线208和接触焊盘207的部分由保护层209覆盖以提供腐蚀保护。然而，膜206有利地不被保护层覆盖，使得不减小膜206且因而换能器管芯的灵敏度。
在腔204的顶部上且因而在布置在腔204中的换能器管芯205的顶部上，布置或放置包括多孔材料的盖210。与图1的实施例的盖110相反，图2的实施例的盖210包括可简化盖210到支持结构201的附接的实心边缘部分211。多孔盖210提供对于换能器管芯205的颗粒保护，同时仍然允许流体（即，气体和/或液体）到达换能器管芯205，或更特别地到达换能器管芯205的膜206。
图3A示出根据另一示例性实施例的换能器布置的示意性横截面视图。特别是，图3A示出包括引线框或板301的换能器布置300，换能器管芯305被布置在所述引线框或板301上。在该布置之后，换能器管芯305的接触焊盘307经由接合线308电连接到引线框301。在那之后，引线框301和换能器管芯305由模制材料312密封，所述模制材料312提供对换能器管芯305和电连接元件（像接触焊盘307和接合线308）的颗粒和化学保护。然而，换能器管芯305的活性部分313（例如膜）保持没有模制材料312，使得气体和/或压力可到达换能器管芯305的活性部分。模制材料312包括可具有锥形外形或形状并适于容纳盖的底座314。
图3B示出具有包括布置在换能器布置300上的多孔材料的盖315的图3A的换能器布置。特别是，盖310一般匹配底座314的外形或形状。盖310提供对换能器管芯305的活性区或敏感区的颗粒保护，而模制材料312提供对换能器布置300的电连接元件的腐蚀保护。
图4示意性示出根据示例性实施例的覆盖换能器布置的换能器管芯的过程400的步骤。在第一步骤420中，提供支持结构，例如引线框。在后一步骤421中，通过粘结或焊接在支持结构上布置例如固定换能器管芯。在那之后，换能器管芯可以可选地被提供有电连接（步骤422）。于是包括多孔材料的盖被放置在支持结构上，例如在支持结构处形成的底座上，以至少部分地覆盖换能器管芯（步骤423）。可根据一些特定的实施例执行的可选步骤可以是在电连接上形成保护层，形成用于提供附加的化学和/或颗粒保护的附加凝胶保护层。
应注意，术语“包括”并不排除其它元件或特征，且“一”或“一个”并不排除多个。同样地，也可组合与不同实施例相关联描述的元件。还应注意，参考符号不应被解释为限制权利要求的范围。而且，本申请的范围并不意在受限于在说明书中描述的工艺、机器、制造、物质成分、装置、方法和步骤的特别的实施例。因此，所附权利要求意在包括在其范围内的这样的工艺、机器、制造、物质成分、装置、方法和步骤。

Claims (17)

1.一种换能器布置，包括：
支持结构；
换能器管芯，其被布置在所述支持结构上；
盖，其包括连接到所述支持结构并布置成至少部分地覆盖所述换能器管芯的多孔材料。
2.根据权利要求1所述的换能器布置，其中所述多孔材料选自由下列项组成的组：
多孔聚乙烯；
多孔聚丙烯；
多孔聚四氟乙烯；
多孔聚偏二氟乙烯；
多孔乙烯基醋酸乙酯；
多孔聚碳酸酯；
多孔聚酰胺；
多孔热塑性聚酯聚氨酯；
多孔聚醚砜；以及
多孔金属。
3.根据权利要求1所述的换能器布置，其中所述多孔材料是具有至少0.05的孔隙度的材料。
4.根据权利要求1所述的换能器布置，其中所述支持结构是选自由下列项组成的组的结构：
模制结构；
引线框；
印刷电路板；
多层结构；
陶瓷结构；
层压结构；以及
衬底。
5.根据权利要求1所述的换能器布置，
其中所述支持结构包括开口腔结构，并且其中所述换能器管芯被布置在所述开口腔结构中。
6.根据权利要求1所述的换能器布置，
其中所述换能器管芯形成来自由下列项组成的组的一个换能器：
压力传感器；
化学传感器；
麦克风；
扬声器；以及
气体传感器。
7.根据权利要求1所述的换能器布置，其中所述多孔盖包括实心边缘部分。
8.根据权利要求1所述的换能器布置，其中所述换能器管芯包括适于提供在所述换能器管芯和所述换能器布置外部的环境之间的电接触的接触焊盘。
9.根据权利要求8所述的换能器布置，其中所述接触焊盘包括非腐蚀性导电材料。
10.根据权利要求8所述的换能器布置，其中所述接触焊盘由保护层覆盖。
11.根据权利要求1所述的换能器布置，其中所述多孔盖通过来自由下列项组成的组的至少一个工艺来附接到所述支持结构：
粘结；
烧结；
模制；
焊接；以及
熔接。
12.根据权利要求1所述的换能器布置，其中所述换能器管芯部分地被模制材料覆盖。
13.根据权利要求1所述的换能器布置，其中所述模制材料包括适于容纳所述盖的底座。
14.根据权利要求1所述的换能器布置，其中所述凝胶化合物被布置在所述换能器管芯上。
15.一种覆盖换能器布置的换能器管芯的方法，所述方法包括：
提供支持结构；
将所述换能器管芯布置在所述支持结构上；
通过将包括多孔材料的盖放置在所述支持结构上来至少部分地覆盖所布置的换能器管芯。
16.一种换能器布置，包括：
支持结构；
换能器管芯，其被布置在所述支持结构上；
盖，其包括包含多个通孔的材料，其中所述盖连接到所述支持结构并被布置成至少部分地覆盖所述换能器管芯。
17.根据权利要求16所述的换能器布置，其中通孔的数量是至少三个。
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