CN105158299A - 用于制造气体传感器封装的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于制造气体传感器封装的方法，包括以下步骤：将半导体芯片(3)安装在载体(2)上并施加模塑化合物(1)以至少部分地封闭所述半导体芯片(3)，由此在所述模塑化合物(1)中生成开口(11)，其中所述开口(11)提供到所述半导体芯片(3)的未被所述模塑化合物(1)覆盖的部分的通路。在模塑之后，通过所述开口(11)将敏感材料施加在所述半导体芯片(3)的没有被覆盖部分上以用于构建对气体敏感的层(31)。

Description

用于制造气体传感器封装的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造气体传感器封装的方法。
背景技术
倾向于将数量越来越多的气体传感器集成到半导体芯片中。鉴于这样的气体传感器的规范，需要解决这些规范的气体传感器封装的方法。
发明内容
提供一种用于制造气体传感器封装的方法，该方法包括以下步骤：将半导体芯片安装在载体上，以及施加模塑化合物(moldingcompound)以至少部分地封闭半导体芯片，从而在所述模塑化合物中生成开口。该开口提供到所述半导体芯片的没有被该模塑化合物覆盖的部分的通路(access)。通过该开口将敏感材料施加在该半导体芯片的没有被覆盖部分上以用于构建对气体敏感的层。
优选地，在相同处理步骤中制造多个气体传感器封装，由此利用可将多个半导体芯片置于其上的载体。在该半导体芯片被安装到公共载体上以后，模塑化合物被施加到该载体并由此被施加到该载体上的每个半导体芯片。在模塑之后，通过每个开口将敏感材料施加在相应半导体芯片的没有被覆盖部分上以用于构建对气体敏感的层。该敏感材料可通过非接触式分发(诸如例如喷墨打印)来施加。不要求模塑化合物未覆盖的整个部分都被该敏感材料填充。敏感材料可被施加到此部分的一区段。总之，该敏感层是在通过模塑处理该封装之后构建的。
各处理步骤的次序——即，在已处理了封装之后通过封装的开口制造敏感层——相对于相反次序是优选的，因为已构建好的敏感层在制造该封装期间(即，在模塑期间)将需要保护。在敏感层是在封装之前制造且没有安装保护手段的情况下，之间的模塑过程和/或其他处理步骤将影响敏感层，例如，导致敏感层的机械损坏，或影响传感性质(在由模塑过程造成的颗粒贴附于或迁移至该敏感层的情况下)。当敏感层是多孔层(诸如包括金属氧化物材料的层)时尤其如此。与需要对环境的直接通路的其他传感器不同，气体传感器优选地要求这种模塑化合物中的开口的形式的通路(access)。因此，在施加敏感材料之前模塑的情况下，以根据本实施例的任意方式形成的模塑化合物中的开口现在是双用途开口，不仅气体在测量操作期间通过该开口抵达敏感元件，而且敏感材料通过该开口被施加到半导体芯片以构建该敏感层。
制造步骤的这一次序还提供了在搬运该设备时的益处。在敏感材料的分发可与在该载体上安装该半导体芯片由不同工具和/或在不同地点执行的情况下，该设备优选地被拾取器(picker)从一个位置转移到另一个位置。在模塑化合物已经被施加的情况下，拾取器可在模塑化合物处拾取该设备而不是在未受保护的半导体芯片处拾取该设备。在各个体半导体芯片仍旧在共同载体的情况下，或者甚至是后来在将各个体气体传感器封装彼此分开之后，该设备的任何进一步搬运可能如此。
因此，模塑化合物的早期采用有助于搬运并且在进一步的制造步骤等期间增强了保护。在一特定实施例中，所述开口可被临时关闭，例如通过膜或带，以用于保护开口内的敏感层。
在以上制造步骤次序中，该半导体芯片的主要部分也在分发敏感材料期间受模塑化合物保护。
该敏感层可以由对一种或多种分析物(analytes)敏感的材料制成。该敏感层可包括挨着彼此布置并且彼此分隔开的多个个体层区段以用于构造传感器阵列，该传感器阵列包括传感器单元的集合，其中传感器单元可被理解为可被单独读取的气态传感器的整体。优选地，在传感器阵列的实施例中，所述层区段中的每一个或者至少一些适于感测分析物，尤其是不同的分析物。例如而非限制，分析物可包括以下中的一个或多个：H2O、CO2、NOX、乙醇、CO、臭氧、氨、甲醛或二甲苯。具体而言，敏感层可包含金属氧化物材料，特别是半导体金属氧化物材料，并且具体地可包含每层区段不同成分的的金属氧化物材料。金属氧化物材料一般可包括以下的一者或多者：氧化锡、氧化锌、氧化钛、氧化钨、氧化铟以及氧化嫁。此类金属氧化物可被用于检测分析物，诸如VOC、一氧化碳、二氧化氮、甲烷、氨或硫化氢。金属氧化物传感器基于以下概念：气态分析物与敏感层的在超过100℃的范围中(特别是在250℃和350℃之间)的升高温度处与该金属氧化物层交互。作为催化反应的结果，敏感层的导电性可能改变，这种改变可被测量。因此，这些化学传感器也被表示为高温化学电阻器，原因在于：该分析物的化学属性在该敏感层的高温处被转换为电阻抗。优选地，利用这种气体传感器，可至少就该气体传感器对其敏感的受试分析物的存在还是不存在来调查气体。因此，利用敏感层，可就该敏感层对其敏感的化学物质或化合物是否存在于所提供的气体中以及其中哪些存在于所提供的气体中来分析被提供给该气体传感器的气体。可针对特定气味或特定气体来建议在所提供的气体中检测到的分析物的组合。关于该气体传感器对多少不同分析物和/或分析物的多少不同属性敏感总是服从于气体传感器的设计。
在另一实施例中，敏感材料可包括聚合物，在一个实施例中，该聚合物可对H2O敏感以使得该传感器可以是湿度传感器。此类聚合物层的电容或电阻可被测量以推导关于可能与该敏感层交互的气体的信息。
在被施加到该半导体芯片之后，该敏感材料例如可能需要通过向其施加热来退火。不是将每个气体传感器封装与本组件分开并向每个敏感层单独地施加热，构想了在极优选实施例中，在仍旧驻留于公共载体上时(即，在将各气体传感器封装彼此分开之前)对各气体传感器芯片的敏感层退火。然而，鉴于模塑化合物有可能在暴露于外部产生的热时有可能融化，传统退火步骤(诸如将带有气体传感器封装的载体暴露于这种热，诸如在炉中)可能不适用。因此，优选地，热被局部施加到敏感层而不影响模塑化合物或其他有机材料。这可以通过向加热器提供电流来实现，在一个实施例中，所述加热器是在需要此类加热器以操作气体传感器芯片时(即，当敏感层需要被加热到特定温度以允许测量时)在每个半导体芯片中以任何方式提供的。在此情况下，可向每个半导体芯片的加热器提供电流以对相关联敏感层/敏感材料进行退火。
在一个实施例中，用于各半导体芯片的载体至少包括导电引脚框，该导电引脚框被理解为由金属制成的引脚的导电结构，例如通过从金属板冲压或蚀刻。当要在单个载体上制造多个气体传感器封装时，该引脚框优选地包括用于将半导体芯片加载到其上的每半导体芯片的管芯垫，该管芯垫被理解为该引脚框的平坦部分。在要在同一气体传感器封装中布置其他芯片(诸如ASIC等)的情况下，可每个气体传感器封装提供多个管芯垫。在另一实施例中，所述其他芯片与表示气体传感器芯片的半导体芯片被布置在同一管芯垫上。此外，该引脚框包括针对要制造的每个气体传感器封装的接触垫以用于在后来电接触气体传感器封装。为了提供单片载体，在引脚框中提供支撑引脚以连接至引脚垫和其他接触垫。在每个半导体芯片包括加热器的情况下，优选地，每个气体传感器封装的接触垫之一被配置成加热器引脚，以用于将电流提供给加热器，同时另一接触垫担当用于将电源提供给除加热器之外的气体传感器封装的引脚。
当现在利用相关联的加热器将敏感层退火时，期望单独向代表加热器引脚的接触垫选择性地施加加热电流。然而，在本制造阶段，引线框仍旧提供抵达所有接触垫和管芯垫的导电结构。根据退火目的的要求的幅度和时间来向每个接触垫施加电流不是期望的，因为可能影响和/或损坏其大小没有被设计成在如此高的加热电流下操作的半导体芯片。
因此，期望将所有接触垫彼此电绝缘。为了实现这一点，优选地在必要时切断(sever)支撑引线以将各接触垫与彼此以及与引线框的其他部分电解耦。
接触垫的电解耦优选地通过切断连接各接触垫的支撑引线来实现，其包括将这些支撑引线机械打断。该分开步骤优选地在施加模塑化合物之后以及在施加敏感材料之后施加。该切断步骤优选地被从本设备的背侧施加到连接各接触垫的支撑引线或接触垫本身，通常引线框的各部分从所述背侧可触及。本设备的前侧优选地在切割期间贴敷于切割胶带，由此覆盖并保护模塑化合物中的开口。
优选地，每个管芯垫具有矩形形状，每个矩形形状具有四条边，其中各接触垫被排列在相应管芯垫的相对边沿处。连接每一管芯垫的所述支撑引线转而至少从另两条边之一离开该管芯垫。这允许通过单一切断步骤(诸如单一锯切步骤)切断排列在相应管芯垫的一条边处的接触垫或相应支撑引线。在此阶段，优选地，连接各管芯垫的支撑引线尚未被切断，而是仅在已将敏感层退火之后用于将各气体传感器封装切断的最终切割步骤中分开。
在优选实施例中，可例如通过蚀刻来例如标记要切断的位置。
在准备好了载体之后，特别是以如此方式准备了载体的引线框之后，加热电流可被施加到担当加热器引脚的接触垫中的一个或多个，由此加热半导体芯片的加热器，例如，用于退火目的。
在退火之后，在仍旧经由公共载体机械耦合的同时，气体传感器芯片可被测试和/或校准(例如，通过向接触垫施加探针)。最终，载体(具体而言是引线框，以及有可能的模塑化合物)可被切割以将各气体传感器封装分开。在一个实施例中，切割胶带贴敷于本设备的前侧，由此盖住模塑化合物中的开口。该设备随后被从背侧切割成个体气体传感器芯片。以此方式，在切割期间保护通过开口可接近的敏感层，以使得水或经切割材料可以不影响敏感层。
对于半导体芯片，优选地，在将该半导体芯片或每个半导体芯片加载到载体之前，通过以下操作来准备该半导体芯片或每个半导体芯片：将处理电路集成到该半导体芯片的前侧——其处理电路优选地被配置成对来自敏感层的信号进行预处理以及控制加热器，将该加热器集成到该半导体芯片的前侧，以及在该加热器之下在该半导体芯片的背侧中生成凹陷，由此在该半导体芯片中生成膜。该凹陷可通过蚀刻——诸如干刻或湿刻，或以其他方式将材料从该半导体芯片(诸如块衬底材料)的背侧移除来制造。在该凹陷上方的该半导体芯片的剩余材料形成膜，该膜可包括例如CMOS层和/或该块衬底材料的部分。此类凹陷用于将该膜与该半导体芯片的该凹陷的其他部分(其优选地承载处理电路)热隔离。假定该敏感层将被施加到该膜且该加热器驻留于该膜上或该膜中，加热器产生的热仅能在有限程度上迁移到该半导体芯片的其他部分。优选地不将该模塑化合物施加到该膜以便不与此加热器部分接触。在已将该气体传感器芯片加载到该管芯垫之后，该半导体芯片的凹陷部分和该管芯垫形成位于该膜下方的腔。在操作期间该膜中的加热器产生的热可经由该腔中的气体转移到担当热阱的管芯垫。该管芯垫优选地由导电导热材料制成，诸如金属，与整个引线框一样。在一个示例中该半导体芯片可被贴附于该管芯垫，以使得该气体传感器芯片的衬底可经由该管芯垫接地。该管芯垫可具有大致等于该半导体芯片的覆盖范围的覆盖范围。在一个实施例中，在管芯垫中制造孔或另一种通道以用于在压强平衡上下文中对该处的腔贯穿开孔并用于从腔中移除湿气。该孔一般可通过该管芯垫和/或该载体来制造，例如通过蚀刻、穿孔、激光钻孔、机械钻孔等。
在一优选实施例中，在将该半导体芯片或每个半导体芯片加载到包括接触垫的该载体之后并在施加模塑化合物之前，该半导体芯片或每个半导体芯片被电连接到所指派的接触垫(直接地或经由单独的ASIC)，优选地利用布线接合(wirebonding)。
在替换实施例中，载体可以是印刷电路板，其具有通过在该印刷电路板的前侧上的金属化形成的接触垫，且接触垫是通过在该印刷电路板的背侧上的金属化形成的，其额外需要穿过印刷电路板的通孔来连接接触垫。取代印刷电路板，可使用另一载体，诸如陶瓷衬底或玻璃衬底。
优选为带有填充物颗粒的环氧树脂的模塑化合物(该填充物颗粒例如可以是玻璃(具体而言是SiO2)，并且在施加敏感材料之前该半导体芯片或每个半导体芯片被施加到该半导体芯片或每个半导体芯片)被优选地配置成至少部分封闭和/或封装该半导体芯片。在制造多个气体传感器封装的情况下，在公共制造步骤中在公共载体上向所有半导体芯片施加该模塑化合物，由此生成跨越该公共载体的连续模塑化合物，包括封装其他芯片(如果存在)。
在另一实施例中，为未来气体传感器封装模塑个体模塑化合物块，所述模塑化合物块仅经由该引线框的支撑引线来彼此连接。
该模塑化合物中的开口允许要测量的气体接近共同形成气体传感器芯片的该半导体芯片上的敏感层。同时，该开口允许构建穿过其中的敏感层。
在已施加敏感材料之后，模塑化合物封装并且因此基本上覆盖除敏感层之外的气体传感器芯片，以使得来自气体传感器芯片本身、来自气体传感器芯片和载体之间的粘合剂、或来自载体本身的任何排气不对测量有任何影响，因为这些元件不与敏感层共享公共体积。此公共体积也被称为此类封装中的死体积，且从这些元件中的任一元件的排气(特别是鉴于操作敏感层所需的加热)可影响临时或者甚至永久的测量。然而，在本实施例中，死体被减少并限制对敏感层的任何排气效应。因此，优选地，一方面敏感层而另一方面载体、气体传感器芯片以及之间的任何粘合剂不共享公共体积。
为了制造带有开口的封装，在模塑过程中使用的模具可具有突起。在此情况下，可在模塑期间保护气体传感器芯片免受机械冲击并且指定敏感层的区域可被在该区域中的半导体芯片顶部上布置和/或在模具上在突起处或其至少部分上布置的优选弹性层密封。在模塑之后，可再次移除该层。在一不同实施例中，密封框可在预期布置该敏感层的区域附近沉积。用于制造开口的模具的突起随后在模塑期间可坐落在压力释放框上。该密封框在模塑之后不必被移除。该密封框可由弹性材料制成。在另一实施例中，壁元件可在气体传感器芯片顶部上绕预期布置敏感层的区域布置。该壁元件例如可以接合到气体传感器芯片或通过光刻步骤来制造，可以是与模塑化合物不同材料的，并且可以担当阻止模塑化合物进入为该敏感层指定的区域的阻挡。在此实施例中，模具可不必需要突起，甚至可以是平的并在模塑期间直接坐落在壁元件上，例如在其密封层上。假定模塑化合物停在壁处，壁元件在模塑之后可不被移除，而是继续在模塑化合物中限定该开口。该壁优选地是不同于模塑化合物的材料的。
在此实施例中，气体传感器芯片可接合于管芯垫，且此类设备可用模塑化合物来模塑，该模塑化合物不仅担当气体传感器芯片的部分封装，而且担当接触垫和管芯垫的机械固定件。
根据本发明的另一方面，提供气体传感器封装，其中该气体传感器封装是根据本方法的前述实施例中的任一个制造的。在气体传感器封装中，构想了不经由担当传感器芯片的电源供应的接触垫向加热器提供电力。而是，经由担当加热器引脚的专用接触垫向加热器提供电力。此接触垫可经由气体传感器芯片中的电连接和金属化直接连接至加热器。在加热器可能需要例如超过10mA并且有可能高达100mA的电流的情况下，发现气体传感器芯片的常规操作的电力供应(其可由若干mA量级(诸如1.8mA)的电流提供)可与加热器的电源供应分开。以此方式，提升了气体传感器封装的操作的整体可靠性。为了可靠地测量气体，对于气体传感器芯片，以及优选地对于其处理电路，需要稳定而精确的电源供应。如果加热器的电流是从来自正常电源供应的气体传感器芯片中得到的，则正常电源供应可显示出波动，这不是所期望的。在优选实施例中，担当操作加热器的引脚的接触垫和担当用于供应电力以操作除加热器外的气体传感器芯片的供应引脚的其他接触垫彼此间隔开，并且例如在该气体传感器封装的背侧的不同边缘处布置。以此方式，气体传感器芯片及其环境的任何加热是从不同端引入的，并且不在若接触垫相邻时的热点中累积。在一实施例中，集成在气体传感器芯片中或以独立ASIC形式提供的处理电路可控制加热器的加热。
优选地，模塑化合物中的开口被布置在气体传感器封装的前侧，而接触垫和管芯垫布置在其背侧。这提供了适于布置在诸如移动电话、平板计算机等便携式电子设备中的紧凑的小尺寸封装。在此上下文中，在优选实施例中气体传感器封装可具有立方体的形状。该模塑化合物中的开口优选地具有圆形覆盖区域并且在一个实施例中其中心可位于该气体传感器封装的前侧，而在另一实施例中可在前侧偏离中心布置。在一个实施例中，通路开口的几何形状取决于要向其沉积敏感层的膜的尺寸的大小，以使得在最小化气体传感器封装的尝试中，期望尽可能地减小开口外的模塑化合物的覆盖区域。然而，还期望保持通路开口的覆盖区域尽可能小，因为由开口限定的体积可被认为是针对敏感层的死体积并且限定死体积的模塑化合物表面越小影响敏感层的模塑化合物的任何排气可被减小。一般而言，不仅鉴于在便携式电子设备中应用此类气体传感器封装，而且鉴于可通过已经制造的模塑化合物的开口将敏感层施加到气体传感器芯片的可能制造，此类小封装尺寸是期望的。在此制造步骤期间气体传感器封装仍旧驻留于公共载体上的情况下，相邻气体传感器封装的开口之间的行进距离越小，将敏感层应用于气体传感器封装的任何工作工具操作越快。模塑化合物进而提供了在施加敏感层时的机械稳定性，例如通过喷墨打印，因为包括膜的气体传感器芯片已经固定在模塑化合物内。此外，小封装尺寸是有益的，因为死体积被减小且限制了对敏感层的任何排气影响。
因此，在优选实施例中，立方体气体传感器封装具有以mm2计的长度l乘以宽度w的覆盖区域。具体而言，该立方体气体传感器封装具有覆盖区域lXwmm2，其中l∈[2.3,2.6]mm,w∈[2.3,2.6]mm。优选地，开口的直径d小于2mm，并且特别地d∈[1.4,1.6]mm。在开口的直径向下变化到气体传感器芯片的情况下，并且例如变窄，假定直径d是该开口的最大直径，该最大直径在后一情况下将是在模塑化合物中的上表面中的直径。所有这些实施例的目标均是小尺寸传感器封装，同时限制与排气的影响以及允许敏感层的足够热隔离有关的死体积。
在一个实施例中，气体传感器封装具有6个接触垫。如上所指示的，所述接触垫中的第一接触垫担当用于向加热器提供电流的引脚。所述接触垫中的另一接触垫担当用于提供用于操作除加热器之外的气体传感器芯片的电力的供应引脚。所述接触垫中的第三接触垫是接地引脚。所述接触垫中的第四接触垫冲淡用于至少根据通信协议来接收来自气体传感器芯片的测量数据的数据引脚。所述接触垫中的第五接触垫担当用于操作通信协议(诸如I2C协议)的时钟的引脚。所述接触垫中的第六接触垫担当用于对该气体传感器芯片进行编程的可编程引脚。
优选地，该6个接触垫在气体传感器封装的背侧按2行乘以3的方式布置，且该管芯垫布置于该两行3个接触垫中的每一行之间。这允许密集布置，特别是如果管芯垫是矩形形状的话。
在优选实施例中，气体传感器封装的前侧包括至少一个标记。在该气体传感器封装的覆盖区域是矩形形状的情况下，每个标记被布置在该前侧的角落中。优选地，向所述角落中的一个施加单一标记以用于限定该气体传感器封装的取向。
在本申请中，模塑化合物或预模塑化合物应当至少包括任何塑料材料或干抗蚀剂，其可以任何形式被模塑，诸如注射成型、转模(transfer-molded)、或以其他方式模塑。
本气体传感器封装在其各实施例中不仅在其尺度上很小而且同时减小了可能影响测量的排气，确保了稳定/“干净”的电源供应VDD，同时向加热器提供高电流而不影响该气体传感器芯片的电源供应。该敏感层的加热仅被局部施加，在该处可实现超过200℃的温度，有时甚至高得多。相反，在具有加热器和敏感层的膜之外，温度可不超过例如85℃以避免对处理传感器信号的影响。相应的处理电路优选地被布置在膜之外并且优选地向接触垫之一提供数字信号。本气体传感器封装优选地最终可以是安装到外部支撑上的SMD。在此工艺步骤中，气体传感器封装可被模具处的拾取器获取而不导致对该半导体芯片的损坏是有益的。
气体传感器封装的其它有利实施例列在从属权利要求中，以及以下描述中。
附图说明
本发明的实施例、方面和优点从以下对本发明的详细描述中将变得显而易见。。此类描述参照了附图，其中附图示出了：
图1在a)到c)中示出了根据本发明的方法的一实施例施加的制造步骤；
图2在a)到e)中示出了根据本发明的方法的一实施例施加的制造步骤；以及
图3在图a)中用立体图，在图b)中用俯视图，在图c)中用仰视图、而在图d)中用切面图示出根据本发明的一实施例的气体传感器封装。
附图的详细描述
图1在图a)到c)中解说了如根据本发明的一实施例的用于制造气体传感器封装的方法中施加的制造步骤。这些步骤是指制造稍后将被封装成气体传感器封装的适当半导体芯片。在图1a)中，提供包含半导体衬底37和在该晶片的前侧fs处布置在半导体37衬底上的层堆叠38的晶片。如此该晶片可以是标准CMOS晶片，集成处理电路36以及例如接触垫35被制造到该晶片中。晶片中的竖直虚线指示切割沟槽，稍后将沿该切割沟槽将该晶片切割为多个半导体芯片。除了接合垫35和处理电路36之外，加热器34也在该晶片的前侧fs中制造，例如，嵌入在层堆叠38的各图案化金属层之一中。
在已经根据图1a)准备了晶片之后，凹陷32被制造到该晶片的背侧bs中，并且具体而言是在每个加热器34之下。在一个实施例中，可通过蚀刻到半导体衬底37中来制造凹陷32。通过这样做，每个未来半导体芯片包括膜39，该膜可以是从层堆叠38构建的并且可能是从半导体衬底37的薄部分构建的。膜39优选地提供热隔离。
根据图1c)，晶片随后可被切割为个体半导体芯片3，每个半导体芯片3包括位于其前侧fs的膜39、以及沉积到膜39上或集成到膜39中的加热器34、处理电路36以及用于电接触半导体芯片3的接合垫35，所述处理电路和接合垫优选地均被布置在膜39之外。
图2在a)到h)中解说了根据本发明的一实施例在方法中应用的制造步骤。
根据图2a)，向引线框4提供切口，在图2a)中示出了该切口。引线框通常是由导电材料制成的类似网格的结构。个体的互连引线可被从薄金属板蚀刻或冲压。假定，出于在其上制造一组气体传感器封装的目的，已经准备了如图2a)中所示的形状的引线框4。尽管在本示例中，引线框4仅包括用于在其上构建气体传感器封装的两个平台，然而应当理解，在真实制造中，引线框4可包含多得多的平台，例如用于在其上构建数十或数百个传感器封装。因此，引线框4促进对所有气体传感器封装共用的载体2，这些气体传感器封装被设计成用公共制造过程制造。
本引线框4包含例如水平支撑引线41和竖直支撑引线42。引线框4进一步包括管芯垫21，每个管芯垫21担当用于在其上安装半导体芯片的平台。每个管芯垫21通过支撑引线421连接至竖直支撑引线42，支撑引线421也可被称为管芯垫支撑。水平支撑引线41包含指状扩展部，所述扩展部的末端部分表示用于未来传感器芯片封装的接触垫22-27。那些末端部分由虚线指示，而这样的扩展部被称为支撑引线411。
在下一步骤，如图2b)中所示，半导体芯片3被安装在每个管芯垫21上。半导体芯片3可以是根据图1准备的半导体芯片。每个半导体芯片3可被放置在相应管芯垫21上，其背侧bs面向管芯垫21，以使得从半导体芯片3的凹陷部分和管芯垫21构建腔。在下一步骤中，通过如由接合线4指示的连线接合来将半导体芯片3电连接至接触垫22-27。
在根据图2c)的步骤中，模塑化合物1被施加到本结构顶部上，以使得模塑化合物1封装除开口11之外的相应半导体芯片3，开口11向半导体芯片3的一部分提供接近，该部分优选地是膜39。模塑化合物1提供机械稳定性并保护半导体芯片3。模塑化合物1优选地由绝缘材料制成，诸如包含诸如玻璃(具体而言是SiO2)的填充物颗粒的环氧树脂。用于制造模塑化合物1，图2c)的设备被插入到模具中。随后例如由液体模塑化合物来填充该模具。此后，模塑化合物1可硬化为固体模塑化合物1，诸如在图2c)中所指代的。从此图中可以看出，该模塑化合物在载体2上延伸成除开口31之外连续的模塑化合物。在如图2c”)中示出的不同实施例中，模塑化合物1被施加到每个未来气体传感器封装的个体块，所述块被彼此断开。为了制造这些模塑化合物块，模具具有与用于制造图2c)的模塑化合物不同的形状。
在图2d)中示出的步骤中，敏感材料通过每个开口被施加且被施加到半导体芯片3的相应部分上以形成敏感层31。敏感材料可以被非接触地分发到开口11中，例如利用提供溶液或悬浮物形式的敏感材料的喷墨打印机的打印头。
在被施加到该半导体芯片3之后，该敏感材料例如可以利用热来退火。不是将每个气体传感器封装与本组件分开并向每个敏感层个体地施加热，构想了在所有气体传感器芯片仍旧驻留在公共载体2上时(例如，在将模塑化合物1和载体2切割为个体气体传感器封装之前)将所有气体传感器芯片的敏感层31退火。在一个实施例中，优选地利用集成在半导体芯片3中的加热器34局部加热敏感层31，因为可能出现其中模塑化合物1将不能承受的场景并存在对整个设备的外部加热。
当利用加热器34退火时，本设备尚未提供仅向加热器选择性施加热，因为向本引线框4施加电压或电流宁可终止于每个接触垫处。鉴于加热电流的高幅值和退火过程的长历时，期望仅向连接至加热器的那些接触垫施加加热电流。出于此原因，期望将所有接触垫22-27彼此电绝缘。为了这样做，优选地分开连接至接触垫22-27的供应引线411或接触垫22-27本身，这仅是定义问题。
为了出于上述目的而切断供应引线，优选地从该设备的背侧切断这些供应引线，本背侧在图2e)中示出。该结果可在根据图2e)的仰视图中看到。指示了锯开线9，将沿所述锯开线切断每个气体传感器封装的接触垫22-28的支撑引线411。代替如图2e)中所示的两个细锯开线9，可在两个气体传感器封装之间提供宽锯开线以在单一锯开步骤中分开被指派到两个不同管芯垫的接触垫。连接管芯垫21的支撑引脚421保持原样，即，其仅被横向切开。在切开步骤之后，可向接触垫26和支撑引脚42施加电流，其中所述支撑引脚经由管芯垫21连接至担当接地引脚的接触垫23。通过这样做，包括敏感材料的敏感层31可被退火。
在进一步的步骤中，公共载体2上的气体传感器封装可被校准和/或测试，例如通过从背侧向接触垫22-27施加电极。
在最终步骤中，可通过切割引线框4和模塑化合物1来将气体传感器封装彼此分离，所述切割优选地从背部并且在所述设备被贴附到切割胶带之后，其前侧用于保护开口。
图3解说了根据本发明的一实施例的个体气体传感器封装，其优选地是根据制造方法，并且具体而言是根据图2中解说的制造方法的一实施例制造的。图3a)用立体图、图3b)用俯视图、图3c)用仰视图、而图3d)用沿图3a)的线A-A’的切割图解说了气体传感器封装。
该气体传感器封装具有立方体的形状，该立方体由模塑化合物1定义并且具有前侧FS和与前侧FS相对的背侧BS。模塑化合物1中的开口11提供了对气体传感器芯片3的敏感层31的通路。在前侧FS上的模塑化合物1的角落之一中，提供标记6，例如通过激光处理、喷墨打印等。该印记优选地用于指示气体传感器封装的方向，但是可转而或附加地也指示设备号、序列号、制造商等中的一个或多个。在侧壁SW中，接触垫22、23、24的前端暴露于模塑化合物1以及支撑引脚421的前端。
然而，在一不同实施例中，接触垫和/或管芯垫支撑211中的一个或多个可不以如图1中所示的气体传感器分组的底边终结，而是可以从该底边提升，诸如在图1的右侧的切口(cutout)中所示，其中管芯垫支撑211被布置在距该底边例如100μm和200μm之间的距离处。
本示例的气体传感器封装具有优选地在0.7和0.8mm之间的高度h。开口11是圆形的并且具有小于2mm并优选地在1.4和1.6mm之间的直径d。气体传感器封装具有覆盖区域lXw，其中长度l和宽度中的每一个优选地在2.3和2.7mm之间的范围内。敏感层31优选地具有稍小于开口的直径d的直径，以使得气体传感器芯片3在敏感层31外的一小部分在俯视图中可见。
气体传感器封装的背侧BS(参见图4c)显示了6个接触垫22-27。接触垫22-27被布置成在气体传感器分组的两个相对边处的2行每行3个接触垫。优选地，每个接触垫的尺度小于0.5mm乘以0.5mm，且一行的每两个接触引脚之间的间距(pitch)在0.8mm范围内。优选地，接触垫26担当用于向加热器提供电流的加热器引脚。接触垫24担当用于提供用于操作除加热器之外的气体传感器芯片3的电力的供应引脚。接触垫23担当接地引脚。接触垫22担当用于至少接收根据通信协议(诸如I2C协议)传递的来自气体传感器芯片的测量数据的数据引脚。接触垫27担当用于用于操作该通信协议(诸如I2C协议)的时钟的引脚。接触垫25担当用于对该气体传感器芯片3进行编程(例如，用校准数据)的可编程引脚。在两行之间，提供管芯垫21，其担当气体传感器芯片3的支撑。管芯垫21是矩形形状的并且具有一扁平化的角落，其可担当用于气体传感器封装的定向的光和/或机械编码。接触垫22-27和管芯垫21由模塑化合物1机械链接。
根据根据图4d)的切割视图，气体传感器芯片3被布置在管芯垫21顶部上，并且例如被接合于该顶部。气体传感器芯片3具有前侧fs和背侧bs。在一个实施例中，气体传感器芯片3可包括半导体衬底和布置在该衬底顶部上的CMOS层。该衬底可被蚀刻或以其它方式从背侧部分bs移除，以使得气体传感器芯片3在其背侧bs上具有凹陷32。作为在气体传感器芯片3上构建凹陷32的结果，在气体传感器芯片3上产生变薄的结构，也被称为膜39。敏感结构31被布置在膜39上或膜39中。
在一具体实施例中，敏感层31包括金属氧化物层，该金属氧化物层要被加热以允许感测化学分析物。为此目的，加热器34(诸如电阻性加热器)被布置在膜33中或膜33下以加热敏感层31。因此，气体敏感层31和加热器34两者可都被布置在凹陷32上方的膜39上或膜39中。此布置归功于膜39所提供的热隔离，该热隔离改善了测量的精确度。
在一优选实施例中，管芯垫31具有用于将腔5连接至外部世界的孔212。热可经由腔5中的气体转移至担当热阱的管芯垫21。管芯垫中的孔212可允许平衡压强，鉴于加热器的加热，这可以是有益的。
尽管上面示出并描述了本发明的实施例，然而应当理解，本发明不限于上述实施例而是可以在所附权利要求的范围内另行以各种方式体现和实现。

Claims (16)

1.一种用于制造气体传感器封装的方法，包括以下步骤：
-将半导体芯片(3)安装在载体(2)上，
-施加模塑化合物(1)以至少部分地封闭所述半导体芯片(3)，由此在所述模塑化合物(1)中生成开口(11)，所述开口(11)提供所述半导体芯片(3)没有被所述模塑化合物(1)覆盖的部分的通路，
-通过所述开口(11)将敏感材料施加在所述半导体芯片(3)的没有被覆盖的部分上以用于构建对气体敏感的层(31)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于
所述半导体芯片(3)是在施加所述模塑化合物(1)之前安装的，以及
所述敏感材料是在施加了所述模塑化合物(1)之后施加的。
3.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，多个气体传感器封装被制造，包括以下步骤：
-将多个半导体芯片(3)安装在所述载体(2)上，其中所述载体(2)是被配置成接受多个半导体芯片(3)的公共载体(2)，
-对于每一半导体芯片(3)，施加模塑化合物(1)以至少部分地封闭所述半导体芯片(3)，从而生成开口(11)，所述开口(11)提供所述半导体芯片(3)没有被所述模塑化合物(1)覆盖的部分的通路，以及
-对于每一半导体芯片(3)，通过所述开口(11)将所述敏感材料施加在所述半导体芯片(3)的没有被覆盖的部分上以用于构建对气体敏感的层(31)。
4.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于：
在将所述半导体芯片(3)或每一半导体芯片(3)安装在所述载体(2)上之前，所述半导体芯片(3)或每一半导体芯片(3)通过以下步骤来准备：
-将处理电路(36)集成到所述半导体芯片(3)的前侧(fs)，
-将加热器(34)集成到所述半导体芯片(3)的所述前侧(fs)，
-在所述半导体芯片(3)的背侧(bs)在所述加热器(34)中生成凹陷(32)，由此在所述半导体芯片(3)中生成膜。
5.如权利要求3结合权利要求4所述的方法，其特征在于，
包括：
-当所述半导体芯片(3)被布置在所述公共载体(2)上时，加热所述半导体芯片(3)的加热器(34)，
-尤其通过向所述公共载体(2)或其至少一部分施加电流来加热所述加热器(34)，
-尤其其中，所述电流在时间和幅值上的尺寸被确定成对所述敏感层(31)进行退火。
6.如权利要求3或5所述的方法，其特征在于
所述模塑化合物(1)在公共制造步骤中被施加到公共载体(2)上的所有半导体芯片(3)，由此生成跨所述公共载体(2)的连续模塑化合物(1)。
7.如上述权利要求中3、5、6中的任一项所述的方法，其特征在于，
所述公共载体(2)包括导电引线框(4)，所述引线框(4)包括用于安装所述半导体芯片(3)的管芯垫(21)、用于电接触所述气体传感器封装的接触垫(22-27)，以及连接到所述管芯垫(21)和所述接触垫(22-27)的支撑引线(41、411、412、42、421)，
所述方法包括如下步骤：
施加所述模塑化合物(1)，使得所述开口(11)被布置在所述模塑化合物(1)的前侧(FS)且所述管芯垫(21)和所述接触垫(22-27)中的至少一部分在所述模塑化合物(1)的与所述前侧(FS)相对的背侧(BS)从所述模塑化合物(1)暴露出。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于
连接所述接触垫(22-27)所述支撑引线(41，411，42，421)连接所述接触垫(22-27)，或者所述接触垫(22-27)与所述背侧(BS)切断。
并且尤其其中，所述支撑引线(411)或所述接触垫(22-27)通过锯开来切断。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于
每一管芯垫(21)具有各自带四条边的矩形形状，
所述接触垫(22-27)被布置在对应管芯垫(21)的相对边上，
连接每一管芯垫(21)的所述支撑引线(421)至少从另两条边之一离开所述管芯垫(21)，
所述接触垫(22-27)被布置在对应管芯垫(21)的至少一条边处，或相应支撑引线(411)被通过锯切同时切断，以及
其中连接所述管芯垫(21)的所述支撑引线(421)尚未被切断。
10.如权利要求5结合权利要求9所述的方法，其特征在于，
所述接触垫(26)之一担当用于向每一气体传感器芯片(3)的所述加热器(34)提供电流的引脚，而所述接触垫(26)中的另一个担当用于提供操作除所述加热器(34)之外的所述气体传感器芯片(3)的电力的供电引脚，
其中对于布置在所述公共载体(2)上的每一气体传感器芯片(3)，所述加热电流被提供给担当加热器引脚的所述接触垫(26)。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于
所述接触垫中的第三接触垫(23)担当接地引脚且电连接到所述管芯垫(21)，以及
其中对于布置在所述公共载体(2)上的每一气体传感器芯片(3)，所述加热电流被施加在担当加热器引脚的所述接触垫(26)与担当所述接地引脚的所述第三接触垫(23)之间。
12.如权利要求5所述的方法，其特征在于
在将所述敏感层(31)进行退火之后，所述模塑化合物(1)和所述公共载体(2)被切割以将所述气体传感器封装分开。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于
所述气体传感器芯片(3)在已将所述敏感层(3)退火之后并且在切割成分开的气体传感器封装之前被测试和/或校准。
14.如权利要求7所述的方法，其特征在于
所述切断步骤是在所述模塑化合物(1)被施加之后且在所述敏感材料被施加之后施加的。
15.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于：
所述敏感材料是通过非接触分发，尤其是通过喷墨打印，施加到所述半导体芯片(3)或每一半导体芯片(3)的未被覆盖的部分的。
16.根据前述权利要求中任一项制造的气体传感器封装。
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