CN105300593B - 具有盖的封装的半导体传感器装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于组装封装的半导体装置的方法，包括将压力传感管芯安装到金属引线框架的管芯板上。将压力敏感凝胶分配到盖的凹陷中，以及将盖与引线框架配合，使得压力传感管芯浸在盖的凹陷内的压力敏感凝胶中。

Description

具有盖的封装的半导体传感器装置
技术领域
本发明一般涉及半导体传感器装置，且更具体地，涉及组装半导体压力传感器装置的方法。
背景技术
半导体传感器装置，例如压力传感器，是众所周知的。这些装置使用半导体压力传感管芯去感测环境大气压力。这些管芯易于受到封装期间的机械损伤和使用中的环境损伤，因而他们必须被小心封装。另外，压力传感管芯，例如压电电阻换能器(PRT)和参数化布局单元(parameterized lamyout cell，简称P单元(P-cell))，不允许完全包封，因为这将有碍于其功能性。
图1示出了一种常规的封装的半导体传感器装置100的侧面剖视图。半导体传感器装置100具有预模制的引线框架102，预模制的引线框架102包括金属管芯板(die paddle)104(也称为引线框架旗板(lead frame flag))、围绕管芯板104的多个金属引线指106、以及模制料108。模制料108(i)填充相邻引线指106之间以及引线指106与金管芯板104之间的区域，并且(ii)形成在管芯板104之上的腔110。
P单元112与微控制单元管芯(MCU)114被使用管芯附接粘接剂116安装在管芯板104上。P单元112和MCU 114使用接合线118互相电连接并且连接到引线指106。然后，将P单元112和MCU 114包封在压力敏感凝胶材料120中，压力敏感凝胶材料120使得环境大气的压力能够到达P单元112的顶面上的有效压力感测区，同时保护管芯112和114以及接合线118免受封装期间的机械损伤和使用中的环境损伤(例如，污染和/或腐蚀)。引线框架腔110被盖122覆盖，盖122具有穿过其形成的通气孔124，以将凝胶覆盖的P单元112暴露到传感器装置100外的环境大气压。
传感器装置100的一个问题是：由于使用预模制的引线框架102导致高的制造成本。因此，期望可以组装压力传感器装置而无需预模制的引线框架。
附图说明
本发明的实施例通过例子说明，并且其不受附图限制，在附图中，相同的附图标记指示相似的部件。图中的部件被出于简单和清楚的目的而示出，并且病不必然按比例绘制。例如，为了清楚，层和区域的厚度可以被夸大。
图1示出了常规的封装的半导体传感器装置的侧面剖视图；
图2示出了根据本发明一个实施例的用于组装封装的半导体装置的工艺的简化流程图；
图3A和3B分别示出了按照图2的步骤202-206组装的、根据本发明一个实施例的子组件的顶视图和侧视图；
图4A和4B分别示出了根据本发明一个实施例的盖的顶视图和侧面剖视图；
图5示出了与图4A和4B的盖配合的图3A和3B的组件的侧面剖视图；
图6示出了根据本发明一个实施例的完成的封装的半导体装置的侧面剖视图；
图7A和7B分别示出了根据本发明另一个实施例的盖的顶视图和侧视图；以及
图8示出了根据本发明另一个实施例的封装的半导体装置的侧视图。
具体实施方式
这里公开了本发明的详细的示例性的实施例。然而，这里公开的具体结构和功能细节仅仅是代表性的，用于描述本发明的示例实施例的目的。本发明的实施例可以以多种替代的形式实施，并且不应被解释成仅限于这里提出的实施例。此外，这里使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并非是对本发明示例实施例的限制。
在以下的说明中，将理解，本发明的某些实施例涉及封装的半导体传感器装置的封装，其中安装在引线框架上的压力传感管芯被使用盖包封在压力敏感凝胶材料中。为了便于讨论，下面将描述两个具有特定引线框架和盖配置的示例性的封装的半导体传感器装置的组装。然而，将理解，本发明的实施例不限于下面描述的具体引线框架和/或盖配置。
本发明的一个实施例是一种组装封装的半导体装置的方法。该方法包括：(a)将压力传感管芯安装到金属引线框架的管芯板上，(b)将压力敏感凝胶分配到盖的凹陷中，以及(c)将盖与金属引线框架配合，使得压力传感管芯浸在盖的凹陷内的压力敏感凝胶中。本发明的另一个实施例是根据所述方法组装的封装的半导体装置。
图2示出了根据本发明一个实施例的用于组装封装的半导体装置的工艺的简化流程图200。在步骤202中，使用管芯附接粘接剂将一个或多个集成电路(IC)管芯(包括压力传感管芯(例如，P单元))安装到金属引线框架的管芯板(也称为引线框架旗板)上。在步骤204中，将所述一个或多个IC管芯彼此引线接合并且引线接合到金属引线框架的引线指。在步骤206中，将压力敏感凝胶材料分配在压力传感管芯的有效区域上。
图3A和3B分别示出了按照图2的步骤202-206组装的、根据本发明一个实施例的子组件300的顶视图和侧视图。子组件300包括金属引线框架302、P单元308以及微控制单元管芯(MCU)310。子组件300还可以包括加速度传感管芯(未示出)，例如，安装在MCU310上。制造引线框架302、P单元308以及MCU 310的方法可以是众所周知的，因此这里不予描述。
金属引线框架302包括管芯板304和多个引线指306。尽管未示出，但金属引线框架302也可以包括金属连接元件(有时称为引线框架走线(runner))，其将引线指106的远端彼此连接起来。这些金属连接元件也可以将引线框架302连接到引线框架302的一个或多个其他实例(未示出)，从而使得这些引线框架的实例形成互连的引线框架的阵列。
P单元308和MCU 310使用管芯附接粘接剂312安装到管芯板304上，所述管芯附接粘接剂例如(但不限于)环氧或胶带。通过多个接合线314将P单元308和MCU 310互相电连接并电连接到引线指306。另外，压力敏感凝胶材料316被分配到P单元308的有效区域上，例如，使用常规分配机的喷嘴(未示出)来进行分配。
回到图2，在步骤208-216中，将步骤202-206中组装的子组件与盖配合，并完成封装的半导体装置的组装。为了进一步理解这个配合过程，将图4A、4B、5和6连同图2一起考虑。
图4A和4B分别示出了根据本发明一个实施例的盖400的顶视图和侧面剖视图。在这个实施例中，盖400是由单块材料制造的整体结构。盖400包括四个外壁402，外壁402形成封闭形状(在这个实施例中，矩形)。盖400的底部被另一个壁404封闭，以及矩形的顶部406是开放的。壁402和404限定了形成在盖400内的腔或凹陷408。
图5示出了图4A和4B的盖400与图3A和3B的子组件配合的侧面剖视图。如图所示，压力敏感凝胶材料500被分配到盖400的凹陷408中(图2的步骤208)，例如使用常规的分配机的喷嘴(未示出)。包括引线框架302、P单元308以及MCU 310的子组件300被上下颠倒地翻转，并且降低到盖400上，使得P单元308以及MCU310浸入在压力敏感凝胶材料500中(步骤210)。接着，压力敏感凝胶材料500被固化(步骤212)，结果，固化的压力敏感凝胶材料500将盖400紧固到子组件300。
图6示出了根据本发明一个实施例的完成的封装的半导体传感器装置600的侧面剖视图。如图所示，引线框架的暴露的部分和盖400的侧面被包封在模制料602中(步骤214)，以及在步骤216中，在盖中形成孔604，例如，通过冲孔或钻孔或者通过移除覆盖在预形成的孔上的带，以将压力敏感凝胶材料500暴露到封装的半导体传感器装置600外部的周围环境中。
尽管未示出，但可以执行激光或锯切单颗化和/或修剪，来移除任何金属连接元件(未示出)，以(i)将引线指306电且机械地断开彼此的耦连，以及(ii)将封装的半导体装置600与组装在相邻的互连的引线框架上的其他封装的半导体装置(未示出)分离。
尽管本发明的一个实施例被描述为子组件300和盖400在组装期间仅仅使用固化的压力敏感凝胶材料500结合在一起，但是本发明的实施例并不限于此。根据替代的实施例，子组件和盖可以在组装期间使用带保持在一起。作为例子，可以参考图7A、7B和8。
图7A和7B分别示出了根据本发明另一个实施例的盖700的顶视图和侧视图。盖700具有壁702、底部704、开放的顶部706、和凹陷708，这些类似于图4A和4B的盖400的类似部件。然而，与壁402不一样的是，壁702其中形成有多个切口710，这些切口710形成多个突部712。设定所述多个突部712的大小、形状以及间隔，以使其适合在其上要安装盖700的引线框架的引线指之间。作为例子，可以参考图8。
图8示出了根据本发明另一个实施例的封装的半导体传感器装置800的侧视图。在该图中，盖700与图3A和3B的子组件300配合。如图所示，子组件300的引线指306延伸到盖700的切口710中，而盖700的突部712在引线指306之间延伸。这样配置的结果是，在组装期间可以使用带802将子组件300和盖700固着在一起，带802附接到子组件300的引线框架302和盖700的突部712的底部。
注意，在图8的实施例中，盖700的外周具有与引线框架302的外周相同的尺寸，使得引线指306没有部分延伸到盖700周界的外面。当模制料804分配到封装的半导体装置800上时，模制料804包封引线框架的暴露部分(例如，在相邻的引线指之间以及在引线指与管芯板之间)，但是不包封盖700的侧面。另外，模制料804填充每个切口710没有被引线指306占据的剩余区域。
在本发明一个替代实施例中，盖700的外周的尺寸可以设置为小于引线框架302的外周，以使引线指306的部分延伸到盖700的周界外面。在这样的一些实施例中，模制料可以以与图6中模制料602包封盖400的侧面和引线指306的暴露部分类似的方式包封盖700的侧面以及引线指306的暴露部分。
在本发明的另一个替代实施例中，图6中盖400的外周可以具有与引线框架302的外周相同的尺寸，以使引线指306没有部分延伸到盖400的周界外面。在这样的一些实施例中，模制料可以包封或者不包封盖400的侧面。
本发明的盖可以使用金属、塑料或任意其他适合材料制造。如果安装时盖将接触引线指(例如，如图6中所示的)，那么采用电绝缘材料制造盖以使引线指彼此不短接可能是期望的。另一方面，如果盖将不接触引线指(例如，如图8中所示的)，那么盖可以采用电绝缘或导电材料制造。
根据本发明的替代实施例，封装的半导体传感器装置可以利用具有与图中所示的不同的其他形状的盖来实现。例如，本发明的封装的半导体装置可以以具有穹顶形状或任何其他形状的盖来实现。
尽管本发明的一个实施例就其与具有特定结构的引线框架的使用进行了描述，但是本发明的实施例并不限于此。根据替代实施例，本发明可以以具有不同于所示结构的配置的引线框架来实现。
此外，代替导线接合，或者在导线接合之外，本发明的替代实施例可以使用倒装芯片接合来实现。
根据本发明的替代实施例，压力传感管芯可以以压力传感管芯与引线框架之间具有一个或多个插入部件(例如，管芯)的堆叠配置的方式安装到引线框架上。因此，如此处所用，短语“安装在......上”构思可以存在一个或多个居间元件。相反地，短语“直接安装在......上”暗示了没有这样的居间元件存在。
如此处所用，单数形式“一”和“所述”(″a"，"an″和″the")意图也包括复数形式，除非上下文有相反说明。还应理解，词语“包含”、“具有”和/或“包括”指明所声明的特征、步骤或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、步骤或组件的存在或增加。还应注意，在一些替代择的实现方式中，提到的功能/动作可以不按照图中的顺序进行。例如，连续显示的两幅图实际上可以基本同时地执行，或者有时可以以相反的顺序执行，取决于涉及到的功能/动作。
在本说明书包括任何权利要求中，术语“每个(each)”可以用于引述多个先前叙及的元件或步骤中的一个或多个特定的特征。当使用开放式术语“包括”时，对术语“每个(each)”的引述并不排除另外的、未引述的元件或步骤。因此，可以理解，任何装置可以具有另外的、未陈述的元件，以及方法可以具有另外的、未陈述的步骤，其中所述另外的、未陈述的元件或步骤不具有所述的一个或多个特定的特征。
这里对“一个实施例”或“实施例”的引述意值结合所述实施例描述的特定的特征、结构或者特性可以包括在本发明的至少一个实施例中。说明书不同地方中出现的短语“在一个实施例中”并不必然都引述相同的实施例，也不是分开的或替代的实施例就必然与其他实施方案互斥。这对于术语“实现方式”也是如此。
方位术语，例如“低”、“高”、“水平”、“垂直”、“上方”、“下方”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“右”和“左”以及其衍生词(例如水平地、垂直地等)应被解释为指代如所讨论的图中所示的方位。这些方位术语是为了描述的方便，并且并不要求装置以特定方位构建或操作。
除非明确相反说明，否则每个数值和范围应被解释为近似，就像数值或范围的值前有“大约”或“近似”一样。
将进一步理解，本领域技术人员可以对为了解释本发明的性质而描述和说明的细节、材料和部件布置作出各种改变，而不脱离如所附权利要求表示的本发明的范围。
应当理解，这里提出的示例性方法的步骤不是必然以所描述的顺序执行的，并且这些方法的步骤的顺序应当被理解为仅仅是示例性的。同样地，所述方法可以包括另外的步骤，并且在本发明的各种实施例一致的方法中，可以省略或组合某些步骤。
尽管所附方法权利要求中的要素，如果有的话，被以相应的标示以特定顺序叙述，但是，除非权利要求的叙述以其它方式暗示了用于实现这些要素中的一些或全部要素的特定的顺序，否则这些要素不必限于以该特定顺序实现。

Claims (11)

1.一种用于组装封装的半导体装置的方法，所述方法包括：
(a)将压力传感管芯安装到金属引线框架的管芯板上以形成组件；
(b)将压力敏感凝胶分配到盖的凹陷中；以及
(c)将盖与组件配合，以使得压力传感管芯被浸在盖的凹陷内的压力敏感凝胶中，包括：
使所述组件取向为使得所述压力传感管芯朝下；
使所述盖取向为使得所述凹陷朝上；以及
使所述组件和所述盖配合。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
使压力敏感凝胶固化，从而将盖紧固于所述组件。
3.如权利要求1所述的方法，其中：
所述盖包括至少一个外壁，所述外壁包括形成在其顶部边缘处的多个突部；并且
步骤(c)包括将每个突部定位在所述引线框架的相邻引线指之间。
4.如权利要求1所述的方法，其中：
所述盖包括至少一个外壁；并且
步骤(c)包括使所述至少一个外壁的顶部边缘邻接所述引线框架的一个或多个引线指。
5.如权利要求4所述的方法，进一步包括：
至少部分地环绕所述盖形成模制料；以及
在所述盖中冲压出孔。
6.一种使用权利要求1所述的方法组装的封装的半导体装置。
7.一种封装的半导体装置，包括：
金属引线框架，其包括管芯板；
压力传感管芯，其安装在管芯板上；
盖，其中形成有凹陷；以及
设置在所述盖的凹陷内的压力敏感凝胶，
其中通过：
使所述组件取向为使得所述压力传感管芯朝下；
使所述盖取向为使得所述凹陷朝上；以及
使所述组件和所述盖配合；
以使所述盖与金属引线框架以及所述压力传感管芯配合，使得所述压力传感管芯浸在所述盖的凹陷内的压力敏感凝胶中。
8.如权利要求7所述的封装的半导体装置，其中：
所述盖包括至少一个外壁；以及
所述至少一个外壁的顶部边缘邻接所述引线框架的一个或多个引线指。
9.如权利要求8所述的封装的半导体装置，其中：
所述盖包括至少一个外壁，所述外壁具有形成在其顶部边缘处的多个突部；以及
每个突部被定位在所述引线框架的相邻引线指之间。
10.如权利要求8所述的封装的半导体装置，进一步包括：
模制料，其至少环绕所述盖的一部分。
11.如权利要求10所述的封装的半导体装置，其中所述盖在其表面中具有的固持件。
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