CN105609472A - 压力传感器的封装结构及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压力传感器的封装结构及其制造方法。压力传感器的封装结构，包括，压力传感器，包括感测外部压力的压敏结构和将感测到的压力信息转换成电信号的向外引出的电极；压敏结构和电极位于压力传感器的第一表面；绝缘层，其第一表面与压力传感器的第二表面相接触；与电极相互连接的金属凸块；呈构成的立方体结构的封装腔体；沿侧壁面板的垂直方向布设并且延伸至所述底部面板的图案化的导电层；金属引线通过相应的第二开孔连接至相应的所述金属凸块，并通过封装腔体的顶部表面裸露；压力传感器的第一表面上的压敏结构通过所述第一开孔裸露。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件的封装制造技术，尤其涉及一种压力传感器的封装结构和封装方法。
背景技术
利用半导体硅的压阻效应，即半导体硅在受到压力作用时，电阻或者电阻率会产生明显的变化的物理现象，压阻型压力传感器得到了迅速的发展和推广。
压力传感器的核心是位于密封空腔上方的包括压阻电桥电路的薄膜结构。该压力传感器的压敏结构和电路均制作于器件上方，并且具有感知外界压力功能的薄膜结构不能倒置，使得这种结构的压力传感器只能通过引线键合的方式向外引出电信号。
图1示出了常规压力传感器芯片封装的横截面侧视图的示意图100。在芯片载体上安装芯片102。键合引线106将芯片102的电极连接至外部引脚108。利用塑封材料来包封芯片102以形成塑封体110。塑封体110的开孔112将芯片102暴露于外部环境，并允许感测外部压力。
而对于现代电子产品的封装而言，由于引线键合技术具有互连延时长，电感大，封装效率低，可靠性差，与晶圆级封装不兼容等缺点而不利于这种结构的压力传感器的制备。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种新型的压力传感器的封装结构及制造方法，已解决现有技术中可靠性差，封装效率低等技术问题。
一种压力传感器的封装结构的制造方法，用以对压力传感器进行封装，其特征在于，包括，
在所述压力传感器的第一表面上的电极区域生长一组金属凸块；
在所述压力传感器与第一表面相对的第二表面形成一绝缘层，以形成芯片载体结构；
形成第一绝缘腔体，所述第一绝缘腔体呈由4个侧壁面板和底部面板所构成的立方体结构，所述第一绝缘腔体的底部面板具有第一开孔以及图案化的一组第二开孔；
形成第二绝缘腔体，所述第二绝缘腔体呈由4个侧壁面板和底部面板所构成的立方体结构，所述第二绝缘腔体的底部面板具有第三开孔；
在所述第二绝缘腔体的4个侧壁面板和底部面板的内侧表面布设图案化的导电层；
所述导电层包括一组金属引线；
所述导电层与所述金属凸块相对应；
所述第一开孔和所述第三开孔相对应；
所述第二绝缘腔体的尺寸大于所述第一绝缘腔体的尺寸；
将所述第一绝缘腔体压合至所述第二绝缘腔体，并且，所述第一绝缘腔体的尺寸满足，所述第一绝缘腔体的4个侧壁面板和底部面板能够与所述第二绝缘腔体的4个侧壁面板和底部面板紧密贴合，以形成一封装腔体；
所述金属引线通过所述第二开孔以及所述封装腔体的顶部表面裸露；
将所述芯片载体结构倒置于所述封装腔体内，所述金属凸块通过所述第二开孔连接至相对应的金属引线；
所述压力传感器的第一表面上的压敏结构通过所述第一开孔和所述第三开孔裸露。
优选地，所述第一绝缘腔体和所述第二绝缘腔体为陶瓷腔体。
优选地，所述制造方法还包括，在裸露的所述金属引线的表面生长焊接电极。
优选地，所述金属引线延伸至所述封装腔体的顶部表面。
优选地，所述制造方法还包括，在所述封装腔体的顶部表面的金属引线的表面生长焊接电极。
优选地，所述第一开孔和所述第三开孔在垂直方向相互重叠。
优选地，所述芯片载体结构的侧壁与所述第一绝缘腔体的4个侧壁面板相贴合，以及所述芯片载体结构的第一表面上的非压敏结构区域与所述第一绝缘腔体的底部面板相贴合。
优选地，所述金属凸块的高度与所述第二开孔的高度一致。
优选地，所述第一绝缘腔体的四个侧壁面板的高度大于所述压力传感器的厚度和所述金属凸块的高度。
一种压力传感器的封装结构，其特征在于，包括，
压力传感器，包括感测外部压力的压敏结构和将感测到的压力信息转换成电信号的向外引出的电极；所述压敏结构和所述电极位于所述压力传感器的第一表面；
绝缘层，所述绝缘层的第一表面与所述压力传感器的第二表面相接触，所述压力传感器的第二表面与所述压力传感器的第一表面相对；
金属凸块，与所述电极相互连接；所述金属凸块、所述绝缘层和所述压力传感器形成一芯片载体结构；
封装腔体，呈由4个侧壁面板和底部面板所构成的立方体结构，所述底部面板具有第一开孔以及图案化的一组第二开孔；
所述封装腔体内包括沿侧壁面板的垂直方向布设并且延伸至所述底部面板的图案化的导电层；
所述导电层包括一组金属引线；所述金属引线通过相应的所述第二开孔连接至相应的所述金属凸块，并通过所述封装腔体的顶部表面裸露；
所述压力传感器的第一表面上的压敏结构通过所述第一开孔裸露。
优选地，所述封装腔体为陶瓷腔体。
优选地，所述制造方法还包括，在裸露的所述金属引线的表面生长的焊接电极。
优选地，所述金属引线延伸至所述封装腔体的顶部表面。
优选地，所述制造方法还包括，在所述封装腔体的顶部表面的金属引线的表面生长焊接电极。
依据本发明实施例的压力传感器的封装结构及其制造方法，相对于现有技术来说，由于无需使用预成型的引线框架，封装芯片的引脚在封装的过程中形成，有利于封装的灵活设计，无需键合引线，封装电阻低，可适应于高焊盘密度的芯片的封装以及有利于实现自动化封装，提高生产效率。
根据该实施例的压力传感器的封装结构及其制造方法不仅可以实现晶片级封装，而且进一步可以省去引线框架和键合线，大大提高了压力传感器的封装结构的电学可靠性和结构可靠性。在该方法中，利用第一金属凸块、金属连接结构和第二金属凸块代替引线框架和键合线，实用压力传感器的电极与外部电路之间的导电路径，并且可以直接利用金属凸块直接作为引脚。
附图说明
图1所示为依据现有技术的常规压力传感器芯片封装的横截面侧视图的示意图；
图2A至2F示出根据本发明一实施例的压力传感器的封装结构的制造方法的各个步骤的截面图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。为了简明起见，可以在一幅图中描述经过数个步骤后获得的半导体结构。
应当理解，在描述器件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将器件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。
如果为了描述直接位于另一层、另一个区域上面的情形，本文将采用“A直接在B上面”或“A在B上面并与之邻接”的表述方式。在本申请中，“A直接位于B中”表示A位于B中，并且A与B直接邻接，而非A位于B中形成的掺杂区中。
在本申请中，术语“封装结构”指在制造封装组件的各个步骤中形成的整个封装结构的统称，包括已经形成的所有层或区域。
在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。
本发明可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。
图2A至2F示出根据本发明一实施例的压力传感器的封装结构的制造方法的各个步骤的截面图。
在图2A所示的步骤中，压力传感器21包括感测外部压力的压敏结构和将感测到的压力信息转换成电信号的向外引出的电极(图中未示出)；压敏结构21-1和电极均位于压力传感器21的第一表面A，与第一表面A相对的表面为第二表面B。
首先，在压力传感器21的第一表面(A)上的电极所在的区域生长一组金属凸块22。金属凸块22可以由任何导电的金属材料形成，例如，铜、金属合金等。
在图2B所示的步骤中，在压力传感器21的第二表面B生长绝缘层23，以和金属凸块22和压力传感器21组成芯片载体结构20，其立体结构示意图如图2C所示。
在图2D所示的步骤中，形成第一绝缘腔体24。第一绝缘腔体24包括4个侧壁面板24-1、24-2、24-3和24-4和底部面板24-5，呈立方体结构。并且，在底部面板24-5具有第一开孔24-6和图案化的一组第二开孔24-7。
这里，第一绝缘腔体24可以为陶瓷腔体。
在图2E所示的步骤中，首先形成第二绝缘腔体25。第二绝缘腔体25包括4个侧壁面板25-1、25-2、25-3和25-4和底部面板25-5，呈立方体结构。并且，在底部面板25-5具有第三开孔25-6。
这里，第二绝缘腔体25可以为陶瓷腔体。
然后，在第二绝缘腔体25的4个侧壁面板25-1、25-2、25-3和25-4和底部面板25-5的内侧表面布设图案化的导电层。该导电层包括一组金属引线26。每一金属引线26沿着侧壁面板的垂直方向布设，并延伸至底部面板25-5，成一弯折结构。
这里，第二绝缘腔体25的尺寸大于第一绝缘腔体24的尺寸。
在图2F所示的步骤中，首先，将尺寸较小的第一绝缘腔体24压合至第二绝缘腔体25。
这里，第一绝缘腔体24和第二绝缘腔体25的尺寸以及开孔位置和尺寸需要满足以下条件：
第一绝缘腔体24的4个侧壁面板和底部面板能够与第二绝缘腔体25的4个侧壁面板和底部面板紧密贴合，以将金属引线26进行固定，并且形成一封装腔体；同时，金属引线26通该封装腔体的顶部表面裸露与外部环境中；在图示的实施例中，金属引线26延伸至封装腔体的顶部表面，以更佳的与外部电路进行电连接；
并且，第一绝缘腔体24的开孔24-6和第二绝缘腔体25的开孔25-6在垂直方向能够相互重叠。
然后，将芯片载体结构20倒置放置于封装腔体内。
第一绝缘腔体24的开孔24-6和第二绝缘腔体25的开孔25-6的尺寸和位置能够将压力传感器21的第一表面上的压敏结构21-1裸露于外部环境中；
同时，第一绝缘腔体24的一组开孔24-7的尺寸和位置能够允许压力传感器21的第一表面上的金属凸块22穿过开孔24-7并与通过开孔24-7裸露的金属引线26的裸露部分相接触，从而使金属引线26具有与金属凸块22一致的电极性。
依据本发明的较佳的实施例，为了更好的安装、固定和保护压力传感器21，第一绝缘腔体24的一组开孔24-7的尺寸可以设置为与金属凸块22的尺寸基本一致，例如略大于金属凸块22的尺寸，可以更好的固定金属凸块22。
第一绝缘腔体24和第二绝缘腔体25组成的封装腔体的尺寸可以按照以下需求设置：
芯片载体结构20的侧壁能够与第一绝缘腔体24的侧壁相贴合，以及所述芯片载体结构的第一表面上的非压敏结构区域与所述第一绝缘腔体的底部面板相贴合。
金属凸块22的高度可以与第一绝缘腔体24的一组开孔24-7的高度，即第一绝缘腔体24的底部面板的厚度基本一致，使得芯片载体结构20的第一表面上的非亚压敏结构区域能够与第一绝缘腔体24的底部面板相贴合；
第一绝缘腔体24的侧壁的高度大于压力传感器21的厚度和金属凸块22的高度之和，以防止压力传感器和金属凸块裸露于外部环境中，从而来保护压力传感器21，提高其可靠性。
另外，为了实现该压力传感器的封装结构与外部的电路连接，还可以在裸露的金属引线26的表面生长焊接电极，以作为与外部电连接的媒介。
依据本发明实施例的压力传感器的制造方法，相对于现有技术来说，由于无需使用预成型的引线框架，封装芯片的引脚在封装的过程中形成，有利于封装的灵活设计，无需键合引线，封装电阻低，可适应于高焊盘密度的芯片的封装以及有利于实现自动化封装，提高生产效率。
根据该实施例的压力传感器的制造方法不仅可以实现晶片级封装，而且进一步可以省去引线框架和键合线，大大提高了压力传感器的封装方法的可靠性。在该方法中，利用第一金属凸块、金属连接结构和第二金属凸块代替引线框架和键合线，实用压力传感器的电极与外部电路之间的导电路径，并且可以直接利用金属凸块直接作为引脚。
根据本发明实施例的压力传感器的封装结构如图2F所示。压力传感器的封装结构包括，
压力传感器21，包括感测外部压力的压敏结构21-1和将感测到的压力信息转换成电信号的向外引出的电极；压敏结构21-1和电极位于压力传感器21的第一表面A；
绝缘层23，绝缘层23的第一表面C与压力传感器21的第二表面B相接触，压力传感器21的第二表面B与压力传感器21的第一表面A相对；
金属凸块22，与压力传感器的电极相互连接；金属凸块22、绝缘层23和压力传感器21形成以芯片载体结构20；
封装腔体，呈由4个侧壁面板和底部面板所构成的立方体结构，该底部面板具有第一开孔25-6以及图案化的一组第二开孔24-7；
该封装腔体内包括沿侧壁面板的垂直方向布设并且延伸至底部面板的图案化的导电层；
该导电层包括一组金属引线26；金属引线26通过相应的第二开孔24-7连接至相应的22金属凸块，并通过封装腔体的顶部表面裸露；
压力传感器21的第一表面上的压敏结构21-1通过第一开孔25-6裸露。
较佳的，该封装腔体可以为陶瓷腔体。
另外，为了实现该压力传感器的封装结构与外部的电路连接，还可以在裸露的金属引线26的表面生长焊接电极，以作为与外部电连接的媒介。
较佳的，金属引线26还可以延伸至封装腔体的顶部表面，方便实现该压力传感器的封装结构与外部的电路连接。
另外，为了更好的安装、固定和保护压力传感器21，第二开孔24-7的尺寸可以设置为与金属凸块22的尺寸基本一致，例如略大于金属凸块22的尺寸，可以更好的固定金属凸块22。
芯片载体结构20的侧壁能够与绝缘腔体的侧壁相贴合；
金属凸块22的高度可以与第二开孔24-7的高度基本一致，使得芯片载体结构20的第一表面上的非亚压敏结构区域能够与绝缘腔体的底部面板相贴合；
绝缘腔体的侧壁的高度能够覆盖压力传感器21的厚度和金属凸块22的高度之和，以防止压力传感器和金属凸块裸露于外部环境中，从而来保护压力传感器21，提高其可靠性。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (14)
1.一种压力传感器的封装结构的制造方法，用以对压力传感器进行封装，其特征在于，包括，
在所述压力传感器的第一表面上的电极区域生长一组金属凸块；
在所述压力传感器与第一表面相对的第二表面形成一绝缘层，以形成芯片载体结构；
形成第一绝缘腔体，所述第一绝缘腔体呈由4个侧壁面板和底部面板所构成的立方体结构，所述第一绝缘腔体的底部面板具有第一开孔以及图案化的一组第二开孔；
形成第二绝缘腔体，所述第二绝缘腔体呈由4个侧壁面板和底部面板所构成的立方体结构，所述第二绝缘腔体的底部面板具有第三开孔；
在所述第二绝缘腔体的4个侧壁面板和底部面板的内侧表面布设图案化的导电层；
所述导电层包括一组金属引线；
所述导电层与所述金属凸块相对应；
所述第一开孔和所述第三开孔相对应；
所述第二绝缘腔体的尺寸大于所述第一绝缘腔体的尺寸；
将所述第一绝缘腔体压合至所述第二绝缘腔体，并且，所述第一绝缘腔体的尺寸满足，所述第一绝缘腔体的4个侧壁面板和底部面板能够与所述第二绝缘腔体的4个侧壁面板和底部面板紧密贴合，以形成一封装腔体；
所述金属引线通过所述第二开孔以及所述封装腔体的顶部表面裸露；
将所述芯片载体结构倒置于所述封装腔体内，所述金属凸块通过所述第二开孔连接至相对应的金属引线；
所述压力传感器的第一表面上的压敏结构通过所述第一开孔和所述第三开孔裸露。
2.根据权利要求1所述的压力传感器的封装结构的制造方法，其特征在于，所述第一绝缘腔体和所述第二绝缘腔体为陶瓷腔体。
3.根据权利要求1所述的压力传感器的封装结构的制造方法，其特征在于，还包括，在裸露的所述金属引线的表面生长焊接电极。
4.根据权利要求1所述的压力传感器的封装结构的制造方法，其特征在于，所述金属引线延伸至所述封装腔体的顶部表面。
5.根据权利要求4所述的压力传感器的封装结构的制造方法，其特征在于，还包括，在所述封装腔体的顶部表面的金属引线的表面生长焊接电极。
6.根据权利要求1所述的压力传感器的封装结构的制造方法，其特征在于，所述第一开孔和所述第三开孔在垂直方向相互重叠。
7.根据权利要求1所述的压力传感器的封装结构的制造方法，其特征在于，所述芯片载体结构的侧壁与所述第一绝缘腔体的4个侧壁面板相贴合，以及所述芯片载体结构的第一表面上的非压敏结构区域与所述第一绝缘腔体的底部面板相贴合。
8.根据权利要求1所述的压力传感器的封装结构的制造方法，其特征在于，所述金属凸块的高度与所述第二开孔的高度一致。
9.根据权利要求1所述的压力传感器的封装结构的制造方法，其特征在于，所述第一绝缘腔体的四个侧壁面板的高度大于所述压力传感器的厚度和所述金属凸块的高度。
10.一种压力传感器的封装结构，其特征在于，包括，
压力传感器，包括感测外部压力的压敏结构和将感测到的压力信息转换成电信号的向外引出的电极；所述压敏结构和所述电极位于所述压力传感器的第一表面；
绝缘层，所述绝缘层的第一表面与所述压力传感器的第二表面相接触，所述压力传感器的第二表面与所述压力传感器的第一表面相对；
金属凸块，与所述电极相互连接；所述金属凸块、所述绝缘层和所述压力传感器形成一芯片载体结构；
封装腔体，呈由4个侧壁面板和底部面板所构成的立方体结构，所述底部面板具有第一开孔以及图案化的一组第二开孔；
所述封装腔体内包括沿侧壁面板的垂直方向布设并且延伸至所述底部面板的图案化的导电层；
所述导电层包括一组金属引线；所述金属引线通过相应的所述第二开孔连接至相应的所述金属凸块，并通过所述封装腔体的顶部表面裸露；
所述压力传感器的第一表面上的压敏结构通过所述第一开孔裸露。
11.根据权利要求10所述的压力传感器的封装结构，其特征在于，所述封装腔体为陶瓷腔体。
12.根据权利要求10所述的压力传感器的封装结构的制造方法，其特征在于，还包括，在裸露的所述金属引线的表面生长的焊接电极。
13.根据权利要求10所述的压力传感器的封装结构的制造方法，其特征在于，所述金属引线延伸至所述封装腔体的顶部表面。
14.根据权利要求13所述的压力传感器的封装结构的制造方法，其特征在于，还包括，在所述封装腔体的顶部表面的金属引线的表面生长焊接电极。
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