CN107131998A - 用于恶劣媒介应用的半导体压力传感器 - Google Patents

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Abstract

一种用于测量包含腐蚀性成分的尾气的压力的半导体压力传感器组件(1200)，包括：第一腔(1244)，包括用于电互连的第一接合焊盘的压力传感器(1210)、包括用于与压力传感器(1210)的电互连的第二接合焊盘(1241)的CMOS芯片(1240)、具有经由接合线连接到压力传感器和CMOS芯片的导电通路(1233)的互连模块(1230)；互连模块是具有抗腐蚀金属轨迹(1233)的基板，其中CMOS芯片(1240)以及互连模块的一部分通过塑封(1243)来封装。

Description

用于恶劣媒介应用的半导体压力传感器
技术领域
本发明涉及压力传感器领域，尤其涉及适用于测量诸如车辆尾气之类的包含或可能包含腐蚀性成分的流体(即，液体或气体)的压力的半导体压力传感器。
发明背景
用于测量中等温度和/或压力下的诸如水或空气之类的流体的压力的半导体压力传感器在本领域内是公知的，例如来自1979年公布的GB1547592A。通常，此类传感器包括具有打薄部分(被称为“薄膜”或“隔膜”)的基板，在该薄膜上布置压敏电路，例如包括四个压电电阻器元件的惠斯通电桥。这种基板通常还包括与压敏电路的节点(例如，用于用电压或电流来偏置电路的两个节点以及用于感测指示流体施加在薄膜上的机械压力的电压的两个输出节点)电接触的四个接合焊盘。这种压力传感器在本领域中是公知的，因此在这里不需要作进一步描述。
尽管半导体压力传感器的基本原理自从1979年以来大部分保持不变，但存在若干方向上的持续且正在进行的发展，例如在相同的管芯上添加诸如用于补偿偏移的机制和/或数字读出电路系统之类的附加功能，或者使得压力传感器适用于恶劣媒介。
本发明涉及适用于测量诸如尾气之类的可能包含腐蚀性成分的流体的压力的压力传感器组件，其中该组件具有包括单独的压力传感器以及电连接到所述压力传感器的单独的处理电路的类型。现有解决方案例如在US9200974(B2)和US7992441(B2)以及US20090218643(A1)中描述。总存在改进或替代的余地。
发明概述
本发明的实施例的目标是提供适用于测量来自车辆的尾气的压力的压力传感器组件，该气体包含腐蚀性成分，其中该组件具有包括单独的压力传感器以及电连接到所述压力传感器的单独的读出电路(具体而言是CMOS芯片)的类型。
本发明的特定实施例的目标是提供这种比现有解决方案更紧凑的压力传感器组件。
本发明的特定实施例的目标是提供这种较不复杂或更容易生产(例如，在处理步骤数方面或涂覆堆叠数方面)的压力传感器组件。
本发明的特定实施例的目标是提供这种甚至在具有裂隙或裂缝的情况下也具有降低的腐蚀风险并由此具有改进的寿命的压力传感器组件。
本发明的特定实施例的目标是提供这种需要更少量的昂贵材料(具体而言是更少量的贵金属或包括贵金属的合金，例如更少量的金或铂金)的压力传感器组件。
本发明的特定实施例的目标是提供这种其中暴露给恶劣环境的腔与受保护的集成电路之间的互连的长度被减小(例如，被最小化以构建更小和/或更稳定的封装)的压力传感器组件。
这些目标通过根据本发明的实施例的组件来实现。
根据第一方面，本发明提供了适于在车辆引擎的尾气环境下使用的用于测量包含腐蚀性成分的尾气的压力的半导体压力传感器组件，该压力传感器组件包括：包括用于允许暴露给所述尾气的开口的第一腔；布置在所述腔中的压力传感器，该压力传感器包括由第一抗腐蚀材料制成或由第一抗腐蚀材料覆盖的多个第一接合焊盘；安装在第一基板上的CMOS芯片，该CMOS芯片包括在其上不具有抗腐蚀材料的多个第一接合焊盘；包括第二基板以及由第二抗腐蚀材料制成的多个导电通路的互连模块，每一导电通路具有第一接合焊盘和第二接合焊盘；压力传感器的第一接合焊盘经由第一接合线连接到互连模块的第一接合焊盘，第一接合线由第三抗腐蚀材料制成；CMOS芯片的第一接合焊盘经由第二接合线连接到互连模块的第二接合焊盘；其特征在于，该CMOS芯片及其第一接合焊盘和互连模块的第二接合焊盘以及互连模块的第二接合焊盘和一部分通过具有抗腐蚀塑性材料的封装来被保护以免暴露给所述流体。
压力传感器可以是只包括诸如压电电阻器之类的无源组件的分立式压力传感器。压力传感器可包括柔性膜以及连接到所述多个第一接合焊盘的压敏电路。
使用封装CMOS芯片以及互连模块的一部分(例如一半)的塑封的优点是它防止CMOS芯片被暴露给腐蚀性流体。抗腐蚀塑料例如可以是基于环氧树脂的“传递模塑复合物”，但也可使用其它合适的塑性材料。这避免了必须通过诸如TiW(为了避免扩散)和/或Au(抗腐蚀)等材料来保护CMOS焊盘的需求(即，由铝或铝合金制成的焊盘是CMOS技术的标准金属化材料)。
虽然竞争对手正聚焦于在CMOS芯片之上添加附加金属层，从而需要非标准工艺和附加掩模以及多层(通常是粘合层、防扩散层以及惰性层)，但本发明的发明人具有以下想法：不将压力传感器直接耦合到CMOS芯片，而是间接地经由互连模块耦合，通过经由标准塑封来封装CMOS芯片以及互连模块的一部分，由此确实地将问题从CMOS芯片移走，而不是解决CMOS芯片本身上的腐蚀。以此方式，可避免困难、昂贵且非标准的CMOS工艺步骤。
而且，与直觉相反地，通过用经由互连模块的间接连接来替换压力传感器与CMOS芯片之间的直接连接，组件还能变得更紧凑，因为塑封和互连模块允许压力传感器堆叠在CMOS芯片的上方(即，CMOS芯片之上)。
因为互连模块由抗腐蚀材料制成，所以其一部分能被暴露给流体，而另一部分能用塑料封装。由此，“恶劣世界”与“CMOS世界”之间的转变在互连模块上发生，而不是如现有技术解决方案中的在CMOS芯片的接触界面处发生。
优点是对塑封进行模塑是非常成熟的工艺并且是非常适合消费品和汽车工业两者中的大规模生产。
互连模块包含基板是有优势的，因为该基板提高了结构完整性。
使用分立或单独的压力传感器以及分立或单独的CMOS芯片是有优势的，因为这允许对压力传感器和CMOS芯片使用不同的技术，因此每一者都能取决于所预想的应用或环境来单独优化。
用塑封来对CMOS芯片进行封装或二次成型是有优势的，因为这允许在用于“恶劣”环境和“正常”环境(诸如举例而言环境空气)的组件中使用相同的CMOS芯片。具体而言，通过用塑封来保护CMOS芯片，对第二接合焊盘上的用于抵御流体的腐蚀性成分的附加涂覆层(例如，TiW层和Au层)的需求可被避免，由此减少存货库存并简化制造工艺。
CMOS芯片通过塑封来封装意味着：(i)CMOS芯片完全被塑封包围或者(ii)CMOS芯片首先被安装到基板(例如，铜引线框架)，然后完全被塑封包围，或者(iii)CMOS芯片首先被安装到基板(例如，铜引线框架)，并且然后CMOS芯片在除了安装到基板的一侧之外的所有侧面上被塑封包围。
相比于其中传感器芯片和CMOS芯片相隔相对较远并且其中基板上的贵金属迹线桥接(在一侧)具有传感器的恶劣环境与(在另一侧)具有CMOS芯片的非恶劣环境之间的间隔的某些现有技术解决方案，通过包括由非腐蚀性材料(例如，金)制成的导电通路的所述互连模块来使用传感器芯片与CMOS芯片之间的间接电连接是有优势的，因为本发明的结构允许(1)用模塑复合物封装或至少覆盖CMOS芯片或至少CMOS芯片的接合焊盘，这保护了该芯片而无需将CMOS芯片移离传感器器件，以及(2)减小(例如，最小化)互连模块上的导电迹线(例如，金或铂金迹线)的长度或图案化导电迹线区域，这降低了材料成本并由此降低生产成本。
换言之，本发明提供了以下新洞察或新教导：CMOS芯片不必为了感测尾气而移离传感器芯片位于其中的腔，而是实际上能被定位在非常靠近传感器或甚至在传感器之下。根据本发明，这通过以下操作变得可能：用模塑复合物封装CMOS(或至少用模塑复合物来覆盖CMOS芯片的接合焊盘)以针对恶劣环境保护该CMOS芯片以及提供如上所述的互连模块。就发明人已知的，该“洞察”或“教导”在本领域内不是已知的，相反许多现有技术文献陈述或至少看上去暗示CMOS芯片需要与暴露给尾气的腔完全隔离。
在了解本公开的益处的情况下，本领域技术人员将理解互连模块的成本与其大小大致成比例。
在一实施例中，互接件的面积小于传感器芯片的面积，或者换言之：互连模块在与第一基板平行的平面中的横截面的面积小于传感器芯片在与第一基板平行的相同或另一平面中所占据的面积。
相比于某些现有技术设备中的对应的金属部件，此类实施例的互连模块在大小上是完全不同的。存在其中传感器芯片被安装在界面之上的现有技术文献，并因此使该界面小于传感器芯片并非是显而易见的，因为该界面还用作传感器芯片的机械支承件。
在一实施例中，第一基板是由腐蚀性材料制成(例如，由铝或铜或铝合金或铜合金制成)、但不用诸如金或铂金之类的贵金属涂覆的引线框架。
用诸如金或铂金之类的贵金属来部分地覆盖(例如，涂覆)引线框架是困难的，用诸如金或铂金之类的贵金属完全覆盖(例如，涂覆)引线框架是非常昂贵的，并且覆盖有贵金属的表面导致模塑复合物的粘附问题。
在一实施例中，第一抗腐蚀材料是Au或Pt或包含Au和Pt的混合物的合金，或者是包含至少Au或Pt的合金，优选地是该合金的至少90％的重量(例如，至少95.0％的重量)。
在一实施例中，第三抗腐蚀材料是Au或Pt或包含Au和Pt的混合物的合金，优选地是该合金的至少90％的重量(例如，至少95.0％的重量)。
金和/或铂金接合线是高度抗腐蚀的，并且是优异的导电体。用金线接合是标准的且非常成熟的工艺。
在一实施例中，第二抗腐蚀材料是不同于铝或铜的金属，或者是包含小于1％的铝或铜(优选地小于0.1％)的金属合金。
在一实施例中，第二抗腐蚀材料是不同于铝的金属。
在一实施例中，第二抗腐蚀材料是不同于铜的金属。
在一实施例中，第二抗腐蚀材料是不同于铜且不同于铝的金属。
在一实施例中，第二抗腐蚀材料是包含原子百分比小于5％的铝的金属合金，优选地包含原子百分比小于3％的铝，优选地包含原子百分比小于2％的铝，优选地包含原子百分比小于1％的铝。
在一实施例中，第二抗腐蚀材料是包含小于5％重量的铝的金属合金，优选地包含小于3％重量的铝，优选地包含小于2％重量的铝，优选地包含小于1％重量的铝。
在一实施例中，第二抗腐蚀材料是包含原子百分比小于5％的铜的金属合金，优选地包含原子百分比小于3％的铜，优选地包含原子百分比小于2％的铜，优选地包含原子百分比小于1％的铜。
在一实施例中，第二抗腐蚀材料是包含小于5％重量的铜的金属合金，优选地包含小于3％重量的铜，优选地包含小于2％重量的铜，优选地包含小于1％重量的铜。
互连模块的轨迹不包含铝或铜并因此不是非常容易遭到尾气腐蚀是有优势的。
互连模块的轨迹不包含铝且不包含铜，并因此不是非常容易遭到尾气腐蚀是有优势的。
在一实施例中，第二抗腐蚀材料是选自包括Au、Pt、Pd、Ta、Ti、W、Ag、Mo的组的单种金属。
互连模块的轨迹只包含以上列出的高度抗腐蚀金属或合金是有优势的，因为此类金属比例如具有相同厚度但还包含铜或铝的轨迹更抗腐蚀。这对于用例如薄金层涂覆的铝或铜轨迹尤其如此，因为涂覆中的裂隙将导致例如金扩散到铝中，从而最终导致铝的腐蚀。具体而言，这对于互连模块的第一触点以及与其毗邻的暴露给流体(即使可任选地经由凝胶)的轨迹部分是相关的。
在一实施例中，第二抗腐蚀材料是包括选自由Au、Pt、Pd、Ta、Ti、W、Ag、Mo组成的组的至少一种金属的金属合金，该金属优选地是该合金的至少90％的重量(例如，至少95.0％的重量)。
在一实施例中，第二抗腐蚀材料是包括选自由Au、Pt、Pd、Ta、Ti、W、Ag、Mo组成的组的至少两种金属的金属合金，这些金属优选地是该合金的至少90％的重量(例如，至少95.0％的重量)。
在一实施例中，第二抗腐蚀材料是Ni-Pd-Au合金。
如果互连模块的轨迹主要包含金和/或铂金或仅仅金和铂金的混合物(例如，该金属轨迹的至少50％或至少90％或至少95％的重量是金或铂金)，则这是附加优点，因为这些金属是高度导电的，因此相比于例如用镍和金涂覆的铝轨迹这些层的厚度可被减小。
在一实施例中，互连模块被布置在CMOS芯片近旁，且压力传感器至少部分地位于CMOS芯片和互连模块中的一者或两者上方或之上。
通过将压力传感器布置在CMOS芯片和互连模块中的一者或两者上方(例如，至少部分地在其上方或之上)，导电轨迹的厚度能保持为小(例如，小于1微米、小于0.5微米、小于0.45微米、小于0.4微米、小于0.35微米或甚至小于0.3微米)，并且导电轨迹的长度能保持为非常小，因此形成轨迹所需的材料量能被减少，因此导致相对于其中压力传感器相对远离CMOS芯片且互连装置在其间(由此按照定义相比于其中它们被布置在彼此之上的实例相隔更远)的现有技术装置降低成本。
通过将压力传感器布置在CMOS芯片上方(或之上)在互连基板之上，能提供紧凑的布置。紧凑性是高度合乎需要的，不仅针对成本原因，而且因为校准更小的传感器是有利的。压力传感器必须以不同的压力和温度单独校准，例如用于确定对于每一单独传感器通常是不同的偏移值和/或敏感性值。具有更紧凑的设计由于传感器的热质量被减小而允许加速校准工艺，从而允许设备上更快的温度设置，例如以最大每次测量1秒的数量级。或者换言之，对于给定时间，可取得更多的测量点，由此能提高准确性。
在一实施例中，互连模块被安装在CMOS芯片上方或之上，由此定义CMOS芯片的被互连模块覆盖的第一部分以及CMOS芯片的未被覆盖的第二部分；并且互连模块的第二接合焊盘和第二接合线以及CMOS芯片的未被互连模块覆盖的第二部分通过塑封封装。
除了上文已经提及的优点之外，在该实施例中，除了提供电互连之外互连模块还提供附加功能，即机械地且化学地保护CMOS芯片的第一部分以免遭腐蚀。
另外，该实施例提供了非常紧凑的装置。
而且，该装置允许压力传感器和CMOS芯片两者被布置在第一腔之内或之下，这允许压力传感器与集成的CMOS芯片之间的更好的温度匹配。
压力传感器可以是绝对压力传感器或相对压力传感器。
压力传感器可包括布置在桥接电路或差分感测电路中的多个压电电阻器元件，且桥接电路的节点电连接到第一接合焊盘。
具有薄膜(压电电阻器被布置在该薄膜上、用电桥(例如，惠斯通电桥)连接)的压力传感器理想地适用于将甚至小压力变化转换成(差分)电压信号。
在一实施例中，半导体压力传感器组件还包括涂敷在压力传感器之上的第一腔中的凝胶。
在压力传感器之上提供凝胶是有优势的，因为这防止任何碎片、灰尘或湿气直接进入传感器。该凝胶还向第一接合线提供了机械保护，并且将接合线与例如湿气电隔离和机械隔离。合适的凝胶例如是基于硅胶的凝胶或氟胶，但也可使用其它凝胶。
在一实施例中，互连模块的基板由选自由玻璃、硅、锗、矾土、PCB材料、工程塑胶的组的材料制成。
在特定实施例中，第二接合线由铝或铜或银或金或铂金或其组合制成。
在一实施例中，CMOS芯片是包括微处理器和非易失性存储器的集成电路。
这种组件的优点在于能制造可数字地处理来自传感器的信号的“智能”压力传感器。优选地，该集成电路包括用于存储尤其校准数据(诸如偏移数据)的非易失性存储器。这种组件能提供高度准确的数据。
在一实施例中，CMOS芯片还包括经由第三接合线连接到第一基板的第二接合焊盘，第三接合线也通过塑封封装。
第三接合线可由与第二接合线相同的材料制成。第一基板可以是铜引线框架，或者可由另一材料制成。
在一实施例中，半导体压力传感器组件具有小于5mm×10mm×8mm的外径尺寸，例如小于2.4mm×5.0mm×4.0mm、小于2.0mm×3.0mm×3.0mm、小于1.5mm×2.0mm×2.0mm。
根据本发明的实施例的主要优点在于该组件的外径尺寸可以是芯片级的，这是极度紧凑的。这种组件可被安装在几乎任何地方，而不明显地或显著地影响将被测量的流体的流动。
主要优点在于互接件能为压力传感器提供与用于将CMOS芯片与接合线连接的引线框架或基板不同的线接合层面高度。
主要优点在于互接件可以变得比CMOS芯片和/或比传感器芯片更小(从上面看占据更小的面积)，从而减小沉积形成导电轨迹的贵金属的面积。
根据第二方面，本发明提供了一种制造根据第一方面的压力传感器组件的方法，该方法包括以下步骤：a)提供第一基板；b)提供压力传感器；c)提供互连模块；d)提供CMOS芯片；e)例如使用焊接或使用粘合剂来将CMOS芯片安装在第一基板上；f)例如使用粘合剂来将互连模块安装在第一基板或CMOS芯片上；g)施加第二接合线来互连互连模块的第二焊盘和CMOS芯片的第一焊盘；h)可任选地施加第三接合线来互连CMOS芯片的第二焊盘和第一基板；i)通过抗腐蚀塑料施加塑封来覆盖或封装至少CMOS芯片、CMOS芯片的第一焊盘、第二接合线以及互连模块的第二焊盘，并由此形成足够大以容纳压力传感器的腔；j)例如使用粘合剂来将压力传感器安装到第一基板或塑封或互连模块；k)施加第一接合线来互连压力传感器的第一焊盘以及互连模块的第一焊盘。
在一实施例中，步骤g的接合以及步骤h的接合两者都存在，并且作为单个接合步骤执行。
步骤(i)可任选地包括：还覆盖或封装CMOS芯片的第二焊盘以及用于将这些第二焊盘连接到第一基板的第三接合线(例如，铜引线框架)。但这些第三接合线不是绝对必需的，例如在CMOS芯片具有BGA封装且使焊球焊接到引线框架的情况下。
根据第三方面，本发明涉及根据第一方面的半导体压力传感器的用于测量车辆引擎的尾气的压力的用途。
本发明的特别和优选方面在所附独立和从属权利要求中阐述。从属权利要求中的技术特征可以与独立权利要求的技术特征相结合或适当地与其他从属权利要求中的技术特征相结合，而不仅仅是其在权利要求中明确阐明的那样。
本发明的这些以及其他方面从下文所描述的实施例中将变得显而易见并且将参考这些实施例来进行阐明。
附图简述
图1和图2分别用侧视图和俯视图示出了本领域内已知的压力传感器组件。该组件包括压力传感器以及分立式处理板。
图3更详细地示出了在现有技术压力传感器组件中图1的压力传感器如何连接到分立式处理板。
图4和图5是如可以在本发明的实施例中使用的示例性分立式绝对压力传感器的示意性表示(侧视图和俯视图)，但本发明不限于该特定示例(例如，具有正方形横截面且具有四个接合焊盘)，并且也可使用其它绝对压力传感器。
图6和图7是如可以在本发明的实施例中使用的示例性分立式相对或差分压力传感器的示意性表示(侧视图和俯视图)，但本发明不限于使用该特定示例(例如，具有正方形横截面且具有四个接合焊盘)，并且也可使用其它相对压力传感器。
图8和图9是如可以在本发明的实施例中使用的在此也被称为“互接件”的示例性“互连模块”的示意性表示(侧视图和俯视图)，但本发明不限于使用该特定示例(例如，只具有四条轨迹)，并且也可使用其它互接件。
图10和图11是如可以在本发明的实施例中使用的示例性“CMOS芯片”的示意性表示(侧视图和俯视图)，但本发明不限于使用该具体示例(例如，具有正方形横截面且在顶部具有12个触点)，并且也可使用其它CMOS芯片。
图12用侧视图示出了根据本发明的组件的实施例。在该实施例中，压力传感器是绝对压力传感器、分立式压力传感器，互接件和CMOS芯片被布置在引线框架上或上方且彼此相邻。
图13示出了根据本发明的组件的另一实施例。该实施例可被视作具有更短的引线框架的图12的实施例的变体。
图14示出了根据本发明的组件的另一实施例。该实施例可被视作具有相对压力传感器的图13的变体。
图15示出了根据本发明的组件的另一实施例。该实施例可被视作具有类SO封装但在任一侧上具有开口的图14的变体。
图16示出了根据本发明的组件的另一实施例。该实施例可被视作具有更长引线框架的图14的变体。
图17示出了根据本发明的组件的另一实施例。该实施例可被视作图12的实施例的变体，其中压力传感器被安装在互接件上，互接件被安装在引线框架上，互接件被安装在CMOS芯片近旁。
图18示出了根据本发明的组件的另一实施例。该实施例可被视作图17的实施例的变体，但具有相对压力传感器，并且其中互接件和引线框架具有朝向参考压力的开口。
图19示出了根据本发明的组件的另一实施例。该实施例可被视作图15的实施例的变体，其中压力传感器被安装在互接件上且该互接件具有开口。
图20示出了根据本发明的组件的另一实施例。在该实施例中，互接件和CMOS芯片被彼此相邻地布置在引线框架之上，且压力传感器被布置在二次成型的CMOS芯片上方。
图21和图22分别用侧视图和俯视图示出了根据本发明的组件的另一实施例。在该实施例中，互接件和CMOS芯片被彼此相邻地安装在引线框架上，且压力传感器被安装在二次成型的CMOS芯片之上。
图23示出了根据本发明的组件的另一实施例。在该实施例中，分立式压力传感器被安装在互接件之上，该互接件被安装在CMOS芯片之上，该CMOS芯片被安装在引线框架上。
图24阐示了根据本发明的方法。
图25到图28示出了根据本发明的组件的附加实施例。
这些附图只是示意性而非限制性的。在附图中，出于说明目的，将某些元素的尺寸放大且未按比例绘出。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。在不同的附图中，相同的附图标记指相同或相似的元件。
说明性实施例的详细描述
虽然将关于具体实施例并参考特定附图描述本发明，但是本发明不限于此而仅由权利要求来限定。所示附图只是示意性而非限制性的。在附图中，出于说明目的，将某些元素的尺寸放大且未按比例绘出。尺寸和相对尺寸并不对应于为实践本发明的实际缩减。
此外，在说明书中且在权利要求中的术语“第一”、“第二”等等用于在类似的元件之间进行区分，并且不一定用于临时地、空间地、以排序或以任何其他方式描述顺序。应该理解，如此使用的这些术语在合适环境下可以互换，并且在此描述的本发明的实施例能够以除了本文描述或示出的之外的其他顺序来操作。
此外，在说明书中且在权利要求中的术语“上”、“下”等等用于描述性的目的并且不一定用于描述相对位置。应该理解，如此使用的这些术语在合适环境下可以互换，并且在此描述的本发明的实施例能够以除了本文描述或示出的之外的其他顺序来操作。
应当注意，权利要求中所使用的术语“包括”不应被解释为限于此后列出的手段；它不排除其他元件或步骤。它由此应当被解释为指定存在所声明的特征、整数、如所称谓的步骤或组件，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤或组件、或者它们的组。因此，措词“一种包括装置A和B的设备”的范围不应当被限定于仅由组件A和B构成的设备。这意味着该设备的唯一与本发明有关的组件是A和B。
本说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。由此，短语“在一个实施例中”或“在实施例中”在贯穿本说明书的各个地方的出现不一定都引用相同的实施例，但是可以如此。此外，在一个或多个实施例中，具体特征、结构、或者特性可以任何合适的方式组合，如根据本公开对本领域普通技术人员将是显而易见的。
类似地，应当领会在本发明的示例性实施例的描述中，出于流线型化本公开和辅助对各个发明性方面中的一个或多个发明性方面的理解的目的，本发明的各个特征有时被一起归组在单个实施例、附图、或者其描述中。然而，这种公开方式不应被解释为反映了这样一种意图，即所要求保护的发明需要比各权利要求明确记载的特征要多的特征。相反，如所附权利要求书所反映，创造性方面存在于比单个先前已公开实施例的所有特征少的特征中。因此，详细描述之后的权利要求由此被明确地结合到该详细描述中，其中每一项权利要求本身代表本发明的单独实施例。
此外，尽管此处描述的一些实施例包括其他实施例中所包括的一些特征但没有其他实施例中包括的其他特征，但是不同实施例的特征的组合意图落在本发明的范围内，并且形成如本领域技术人员所理解的不同实施例。例如，在所附的权利要求书中，所要求保护的实施例中的任何实施例均可以任何组合来使用。
在本文中所提供的描述中，阐述大量具体细节。然而，应当理解可在没有这些具体细节的情况下实践本发明的实施例。在其他实例中，为了不混淆对本说明书的理解，未详细地示出熟知的电路、结构和技术。
在本文中所引用的“互接件”的含义是包括或包含具有金属轨迹的基板的“互连模块”。
在本文中引用两个基板：“第一基板”是用于支承CMOS芯片的基板。该基板可以是铜引线框架，但也可以是另一基板。“第二基板”是互接件的一部分。
在本发明中所引用的“尾气”的含义是诸如汽车或公共汽车或卡车之类的具有内燃机引擎的车辆的尾气。
表达“由…制成”的含义可以与“由…组成”相同。
表达“由…覆盖”的含义可以是“在其外表面上包括”或“用…涂敷”或“由…封装”等。
本发明提供了适用于测量汽车车辆的尾气的压力的压力传感器组件。这种气体通常包含诸如亚硝酸盐离子之类的腐蚀性成分。在本文的其余部分中，本发明将只参考术语“尾气”来解释，但本发明也对具有腐蚀性成分的其它流体有效。
在本领域内公知的是车辆的尾气对于诸如铜、铝等金属是具有腐蚀性的，但这些金属是通常用于构建引线框架以及用于金属化半导体器件(尤其是CMOS器件)的金属。因此，在现有技术中提出了用于防止或减少腐蚀的技术。
图1和图2分别用侧视图和俯视图示出了从US2009/0218643(A1)知晓的压力传感器组件100。该压力组件具有通过所谓的“端子”111(参见图3)互连到分立式处理板133的两个压力传感器101a、101b。压力传感器101位于经由通道190与尾气流体连通的腔中，而处理板133不暴露给或仅仅部分暴露给所述气体，且相对远离压力传感器。
图3示出现有技术压力传感器101包括传感器芯片102，该传感器芯片102被安装在玻璃基板107上且经由粘合剂109粘接到外壳108。传感器芯片在上面具有SiN保护层104，其中制造用于与压敏电路(未示出)电接触的开口。开口包含铝103，铝覆盖有TiW，进而覆盖有金涂层106。金涂层必须足够厚(“不小于0.5微米”)，这是非常厚的并由此非常昂贵。金涂层106然后经由金接合线114连接到所谓的端子110以用于与处理板133(参见图2)的电接触。端子110是多层堆叠，包括镀覆有Ni层112的“基底材料”(大概是铝或铜)且该Ni层镀覆有金层113。
期望至少找到针对图1到图3中示出的现有技术组件的替代解决方案，且优选地甚至在抗腐蚀方面和/或在紧凑性方面和/或在组件或生产成本(例如，校准成本)方面且优选地在这些方面中的至少两个方面且甚至更优选地在所有这些方面改进图1到图3中示出的现有技术组件，发明人意识到所有或绝大多数竞争对手正聚焦于尝试找到用于保护压力芯片和/或处理板或芯片的合适涂层。绝大多数解决方案审慎地将压力传感器布置在腔内以暴露给尾气，同时将处理芯片布置在所述腔之外，优选地相隔相对较远。这些解决方案需要提供压力传感器与处理器芯片之间的电互连，但面临该互连在其一侧被暴露给尾气并且需要在其另一端连接到处理器芯片的问题。用于解决该问题的想法之一是使用由金制成的互连，因为金是抗腐蚀金属，但问题在于金无法如此连接到CMOS芯片的例如铝或铜焊盘，因为金扩散到铝中。
在某些现有技术器件中，贵金属被沉积在引线框架上且引线框架的一部分在预先模塑的腔中被暴露给恶劣媒介。这有若干劣势。这不允许制造紧凑的封装，因为传感器与引线框架之间的线接合必须被放置远离CMOS芯片，传感器芯片无法被放置在CMOS芯片之上，因为标准模塑工具不允许制造在引线框架上开设第一区域并在CMOS芯片上方开设用于传感器的另一区域的复杂腔。此外，用贵金属层涂敷整个引线框架不是经济的。
虽然本行业的其余从业者似乎聚焦于用于构造这种金线的良好粘接的涂敷层和/或提供良好的扩散屏障以阻止金扩散到铝或铜焊盘中，但本发明的发明人采取完全不同的方法。发明人们决定从CMOS芯片具有标准金属化层(即，铝或铜)开始，并且他们决定不在该Al或Cu上提供特殊涂层，但达成以下想法：(1)添加由抗腐蚀材料制成的互连模块和(2)通过例如Au或Pt接合线来将该互连模块的一侧连接到压力传感器，以及(3)将该互连模块的另一侧连接到CMOS芯片，以及(4)将CMOS芯片以及互连模块的一部分(例如，所谓的互接件的一半)封装在塑封中。以此方式，CMOS芯片不暴露给腐蚀性环境，但互连模块的一部分被暴露，但由于后者由抗腐蚀材料制成，因此互接件能耐受尾气。同时，该间接连接还提供了其它优点，例如在制造CMOS芯片所需的工艺、CMOS芯片的库存、组件的紧凑性以及校准工艺的成本方面。
虽然塑封的封装组件本身的用途是已知的，并且互连模块的电互连两个不同组件本身的用途也是已知的，但施加塑封来封装这些组件之一以及互连模块的一半就发明人所知在本领域内(更具体地在压力传感器领域内)不是已知的。的确，在本发明的实施例中，施加塑封以使得互接件的一部分(与CMOS芯片相连接的部分)被塑封覆盖，而另一部分(与压力传感器相连接的部分)未被塑封覆盖，并由此保持暴露给流体，由此解决了腐蚀问题。
这是本发明的第一底层想法，该想法避免了对CMOS芯片的非标准处理步骤的需求。
注意，这种互接件相对较容易地使用标准技术来生产，如将参考图8和图9进一步描述的。
但发明人更进一步，并且他们还找到了通过将传感器、互接件和CMOS芯片中的一者或多者在高度方向上布置在彼此上方/下方，而不将CMOS芯片暴露给尾气(因为该CMOS芯片通过塑封封装)来使组件更紧凑的方法。与直觉相反的是通过在一方面的压力传感器与另一方面的CMOS芯片之间“添加”或“插入”互连模块，而不是压力传感器与CMOS芯片之间的直接电连接，组件能变得更紧凑。发明人还推翻了CMOS芯片必须不位于被暴露给尾气或腐蚀性气体的腔内或之下的通常想法，因为CMOS芯片实际上能如此。事实上，在一个实施例中，发明人达成以下想法：将压力传感器和互接件以及CMOS芯片彼此堆叠在其上以由此实现终极紧凑性。
在描述根据本发明的压力传感器组件的实际实施例之前，接下来将简要描述其中所使用的各个组件：分立式传感器器件、互接件以及CMOS芯片。
图4和图5是如在本发明的实施例中使用的示例性分立式绝对压力传感器10的示意性表示(侧视图和俯视图)。事实上，只示出了绝对压力传感器10的非常少的细节：基板12，该基板具有形成薄膜13(也被称为隔膜)的打薄部分以及与位于薄膜13上的压敏电路(未示出)连接的接触焊盘11。压敏电路可包括布置在惠斯通电桥中的四个压电电阻器，但也可使用另一压敏电路。上述类型的压力传感器(具有薄膜和压电电阻器结构)在本领域内是公知的，并因此无需在此进一步描述。
事实上，可使用任何压力传感器，只要它得到充足的保护以暴露给流体(例如，尾气)。这种保护例如可包括(本发明不限于此)(a)薄膜被保护层(诸如氮化硅)覆盖，以及(b)例如由铝制成的电触点11用金覆盖且防扩散层(诸如举例而言TiW)在其间。图5所示的绝对压力传感器10具有四个接触焊盘11，但本发明不限于只具有四个接触焊盘的压力传感器，并且也可使用具有不止四个或少于四个接触焊盘11的压力传感器。在图5所示的示例中，接触焊盘11是线性对齐的，但对于本发明而言这不是必需的，且也可使用其它位置。
图6和图7是如可以在本发明的实施例中使用的示例性分立式相对或差分压力传感器20的示意性表示(侧视图和俯视图)，但本发明的实施例不限于该特定示例。以上提及的关于绝对压力传感器10的每件事也适用于相对压力传感器20，不同之处在于相对压力传感器20的薄膜23下的腔24可从后侧进入，而绝对压力传感器10的腔14不可从后侧进入。根据本发明的组件的实施例可以与如图4和图5所示的绝对压力传感器10或如图6和图7所示的相对压力传感器20起作用，但也可对其它压力传感器起作用。
图8和图9是如可以在根据本发明的组件的实施例中使用的在此也被称为“互接件”的示例性“互连模块”30的示意性表示(侧视图和俯视图)，但本发明不限于所示的特定示例。
图8和图9所示的互接件30包括基板31(在此也被称为组件的“第二基板”)。该基板可以是导电或半导电基板(例如，硅)，在这种情形中电绝缘层32被置于其上(例如，热生长氧化硅)。另选地，电绝缘材料被用作基板，例如玻璃、矾土、工程塑胶等。在这两种情形中，上表面是不导电的。
在非导电层上，提供多个(例如四个)导电通路33，但具有小于四个或多于四个导电通路的互接件也是可能的。每一通路33例如在其第一端具有第一焊盘34，并且例如在其与第一端相对的第二端具有第二焊盘35。
如上所述，导电通路33和焊盘34、35由抗腐蚀材料制成。轨迹不包含或只包含极少量(诸如小于轨迹的1％重量，优选地小于轨迹材料的0.1％重量)的诸如铝或铜等材料是重要的。
此类轨迹具有高抗腐蚀性，并由此可被暴露给尾气。由于这些轨迹优选地基本上全由非腐蚀性金属制成，因此可能出现在导电轨迹中的任何孔隙或裂隙或裂缝将不会导致或加速轨迹的腐蚀。
第一示例性互连模块30可以如下生产：
a)提供陶瓷基板31，例如玻璃或矾土；
b)例如通过溅镀在基板31上涂敷Ti或Ti-W层；
c)图案化Ti或Ti-W层以定义多个轨迹33，每一轨迹具有例如但不一定位于轨迹33的相对端处的第一接合焊盘34和第二接合焊盘35；
d)例如通过电解在Ti或Ti-W轨迹之上沉积Au。
第二示例性互连模块30可以如下生产：
a)提供陶瓷基板31，例如玻璃或矾土；
b)例如通过溅镀在基板31上涂敷Ta层；
c)图案化Ta层以定义多个轨迹33，每一轨迹具有例如但不一定位于轨迹33的相对端处的第一接合焊盘34和第二接合焊盘35；
d)例如通过溅镀在Ta轨迹之上沉积Pt。
但本发明不限于互连模块30的这些特定示例，并且本发明还将对能(在其至少一侧)耐受尾气的恶劣环境且能(在另一方面)电互连到标准CMOS芯片的其它互连模块30起作用。
有利地，如将进一步解释的，互连模块的尺寸可以非常小，例如小于传感器芯片的尺寸(在与第一基板平行的平面中的横截面的面积方面)或者小于CMOS芯片的尺寸或者小于这两者。因此，许多互连模块可以从单个(第二)基板开始变得平行。而且，轨迹需要延伸超过互连模块的整个长度，但只超过其一小部分，例如超过小于30％(参见例如图23)。轨迹的长度越小，所需的贵金属(例如，金或铂金)就越少，且材料成本越低。这在诸如汽车等每分钱都计价的高度竞争性环境中是极其重要的。
图10和图11是示例性CMOS芯片的示意性表示(侧视图和俯视图)。CMOS芯片可以是任何集成半导体器件，例如纯模拟或模拟数字混合或者纯数字。CMOS芯片可包括可编程处理器以及非易失性存储器等。但除了CMOS芯片可在其表面上包含铝和/或铜的事实之外，CMOS芯片的功能或者制造CMOS芯片的技术不是本发明的主要着重点。因此，图10和图11中只示出了CMOS芯片的次要细节，即：半导体基板40和接合焊盘41。后者通常由铝制成，因此如果在没有保护的情况下被暴露给车辆尾气，则它将腐蚀。
图12用侧视图示出了根据本发明的组件1200的第一实施例。在该实施例中，分立式压力传感器1210是绝对压力传感器。
如可以看到，分立式压力传感器1210、互接件1230和CMOS芯片1240被布置在可以是铜引线框架的(第一)基板1253上方或之上，但本发明不限于此，并且也可使用另一基板1254，例如层压板或印刷电路板(PCB)。组件1210、1230、1240(以及可任选的未被示出的其它组件)能够以已知方式安装到基板1254，例如通过焊接和/或通过使用粘合剂(未示出)。这些组件基本上彼此毗邻地布置，但不一定在同一高度上。
压力传感器1210的接触焊盘1211经由第一接合线1251连接到互接件1230上的导电轨迹的第一触点1234。第一接合线1251优选地由金或铂金或只包含金和铂金的合金制成。互接件1230的第二接触焊盘1235经由第二接合线1252连接到CMOS芯片的第一接触焊盘1241。第二接合线1252例如可以由金、铂金、铝、银、铜或适用于接合的任何其它材料制成，因为第二接合线不暴露给尾气。可任选地，CMOS芯片1240的第二触点1242通过例如也可由金、铂金、铝、银或铜制成的第三接合线1253连接到引线框架1254。
根据本发明的重要方面，CMOS芯片、CMOS芯片的触点1241、第二接合线1252以及互接件1230的第二触点1235通过塑封1243来封装或二次成型，其中塑料是抗腐蚀塑性。这具有以下优点：甚至在CMOS芯片的触点1241由铝制成的情况下也特别保护CMOS芯片、第一触点1241、接合线1252以及可任选的接合线1253以免遭受暴露给尾气所导致的腐蚀，且无需该触点覆盖有TiW和/或金层。因此，无需向CMOS芯片本身提供特殊保护，这是主要优点。此外，塑封1243向该结构提供了良好的机械完整性。当然，其它组件(举例而言，诸如电容器的无源组件)也可位于二次成型的部分中。
箭头“P流体”是可能包含腐蚀性成分的流体的压力的示意性指示。如可以看到，以下元件被暴露给流体：压力传感器1210(受诸如SiN等一个或多个保护层保护)、触点1211(受诸如举例而言TiW和金等一种或多种保护金属或合金保护)、第一接合线1251(通常由金或铂金或只包含金和铂金的合金制成)、互接件的非导电上表面1232(例如，氧化硅)、互接件的第一接触焊盘1234、以及通常还有互接件1230的轨迹1233的未完全二次成型的部分。该结构出于以上解释的原因是高度抗腐蚀的。胜过图3所示的“互连端子10”的重要优点是轨迹1233不包含腐蚀性金属，诸如铝或铜。因此，即使将出现裂隙或裂缝，这些裂隙或裂缝也不会导致或加速结构的腐蚀。图12的组件1200只具有一个腔1244。CMOS芯片1240不位于腔中，而是完全由塑胶模覆盖。
图13示出了根据本发明的组件1300的另一实施例。该实施例可被视作图12的实施例1200的变体，其中引线框架1354短于引线框架1254，并提供相同的优点。图13的组件1300只具有一个腔1344。
在图12或图13的实施例的变体(未示出)中，还例如以类似于图15的右手侧的方式在引线框架1254、1354下施加塑封。
在图12的另一变体(未示出)中，该组件可包括至少两个压力传感器，例如两个绝对压力传感器(例如出于冗余原因)。在该情形中，优选地，可使用单个互接件(但具有双倍轨迹量，例如八个轨迹而不是四个轨迹)，并且可使用具有两倍多的第一焊盘的单个CMOS芯片。替代地，可使用两个单独的CMOS芯片。
在图12的又一变体(未示出)中，组件可具有两个压力传感器，并且CMOS芯片可只具有六个第一焊盘，并且互接件可只具有六条轨迹，但其中两条轨迹(例如，用于向压力传感器提供电源电压和接地电压)可以在两个压力传感器之间共享。
图14示出了根据本发明的组件1400的另一实施例。该实施例可被视作图13的变体，包含相对压力传感器1420，而不是绝对压力传感器。在该情形中，在塑封1443中提供开口1455以允许压力传感器1420的下侧与参考压力(例如，大气压)(由箭头“P参考”指示)流体连通。当然，组件1400应被布置成使得腐蚀性流体只能进入压力传感器1420的上侧的第一腔1444，而无法进入开口1455，这可例如通过将组件1400安装到壁(而不是截面)或者以本领域内技术人员已知的其它合适的方式实现。图14的组件1400具有位于组件1400的相对侧，更具体地位于传感器芯片1410的相对侧的两个腔或开口。CMOS芯片不位于腔中，而是完全由塑胶模覆盖。
图15示出了根据本发明的组件1500的另一实施例。该实施例可被视作图14的变体，具有SO类型的封装，其中参考压力“P参考”也可能包含尾气，因为无法从参考侧“P参考”接触到腐蚀性金属。
图16示出了根据本发明的组件1600的另一实施例。该实施例可被视作具有更长引线框架1654的图14的变体。如可以看到，在该情形中，塑封1643以及引线框架1654两者都具有用于允许压力传感器1620的下侧与具有参考压力“P参考”的参考流体的流体连接的开口。
图17示出了根据本发明的组件1700的另一实施例。该实施例可被视作图12的实施例的变体，其中互接件1730具有增加的长度，并且其中绝对压力传感器1710被安装在互接件1730之上。
优选地，选择具有具备与传感器芯片相同或相似的热膨胀的材料的第二基板。通过选择这种材料并且通过将传感器置于互接件之上而不是引线框架上，可减小传感器芯片上的封装应力。
如可以在图17中看到的，即使互接件基板的尺寸被增加，由例如金或铂金制成的轨迹1733的长度L也能保持不变，这出于成本原因是重要的。互接件1730的基板的价格是较不重要的。图17的组件1700只具有一个腔1344。
图18示出了根据本发明的组件1800的另一实施例。该实施例可被视作图17的实施例的变体，但具有相对压力传感器1820，而不是绝对压力传感器。在该情形中，互接件1830的基板具有开口1836，且引线框架1854也具有开口1856，这两个开口彼此处于流体连通中且在实际使用期间具有参考压力“P参考”。图18的组件1800具有位于组件1400的相对侧，更具体地位于传感器芯片的相对侧的两个腔或开口。CMOS芯片1840不位于腔中，而是完全由塑胶模覆盖。
图19示出了根据本发明的组件1900的另一实施例。该实施例可被视作图15的实施例的变体，其中压力传感器1920被安装在互接件1930之上，并且其中互接件1930具有增加的长度以支承压力传感器1920，并且其中互接件1930具有开口1936，且塑封1943具有用于提供压力传感器1920的下侧与参考压力“P参考”之间的流体连通的第二腔1945。
有利地，该实施例提供了可被暴露给两个恶劣环境，而不暴露引线框架的相对传感器。
图20示出了根据本发明的组件2000的另一实施例。在该实施例中，互接件2030和CMOS芯片2040被布置在引线框架2054之上且彼此相邻。压力传感器2010被布置在二次成型的CMOS芯片2040之上。注意，互接件2030的轨迹2033不直接连接到CMOS芯片2040，而是经由引线框架2054(未显式地示出)间接连接到CMOS芯片2040。引线框架2054在该情形中可以例如是层压板或PCB(例如，单层或双层或四层或六层或八层PCB)，其具有通过接合线2053连接到CMOS电路且通过接合线2034连接到互接件2030的封装部分的标准金属轨迹2055。
图21和图22分别用侧视图和俯视图示出了根据本发明的组件2100的另一实施例。该实施例可被视作图20的变体，其中压力传感器2110也被安装在CMOS芯片2140之上，但其中互接件2130的第二焊盘2135以及CMOS芯片2140的第一焊盘2141经由接合线2152，而不是经由基板(例如，引线框架)2154直接连接。接合线不是物理地接触的，而是在图21的深度方向上偏移，如可以从图22中领会的。
注意，在该情形中，互接件2130的轨迹2133也可经由引线框架2154(未显式地示出)间接地连接。引线框架还可被具有标准金属轨迹的PCB替换，这些标准金属轨迹通过接合线连接到CMOS电路且通过接合线连接到互接件芯片的封装部分。
图23示出了根据本发明的组件2300的另一实施例。如可以看到，在该实施例中，压力传感器2310堆叠在互接件2330之上，互接件2330进而堆叠在CMOS芯片2340之上，从而产生极度紧凑的解决方案。该组件的外径尺寸例如可以是小于5mm×10mm×8mm、或甚至小于2.4mm×5.0mm×4.0mm，例如小于2.0mm×3.0mm×3.0mm，或甚至小于1.5mm×2.0mm×2.0mm。以上提及的相同原理中的绝大部分在此也适用，尤其在材料方面，但存在一个差别：由于互接件1230被安装在CMOS芯片1240之上，因此CMOS芯片的被互接件1230覆盖的部分P1已经通过互接件1230屏蔽或保护，并因此只有未被互接件1230覆盖的部分P2需要通过塑封2343保护。换言之，在该实施例中，互接件2330具有物理地保护CMOS芯片免遭腐蚀的附加功能。由于该组件的紧凑性，引线框架封装可以变得更小，并由此更便宜。
如可以看到，CMOS芯片之上的互接件芯片具有相当的尺寸(从上看)，或者更确切地说，互接件与CMOS芯片的面积之比优选地是范围从70％到100％的值，例如处在从70％到90％的范围内。
当包括CMOS芯片和互接件的夹层结构经受弯曲应力时，应力将主要出现在互接件的顶部以及CMOS芯片的底部。由于在底部具有引线框架且主要在侧部具有模塑复合物的组件或封装是非常不对称的，因此可以预见到大部分应力与弯曲有关。当CMOS芯片的表面基本上处在该夹层的中间时，CMOS芯片表面上的应力将非常小并因此封装应力对该CMOS芯片的影响将比其中压力传感器被直接放置在CMOS芯片之上的版本要好得多。
而且，如果互接件不仅在其外端，而且在其整个表面上例如通过粘合剂附连到CMOS芯片，则该结构对抗弯曲的刚性被显著增加。的确，如在机械领域内已知的，但通常在微电子领域内不被考虑的，“梁”的惯性矩与其高度的立方成比例，这意味着如果CMOS芯片和互接件具有相同的宽度“B”和高度“H”，则其中CMOS芯片和互接件松散地堆叠在彼此之上的结构的惯性矩与2·B·H3成比例，但当互接件和CMOS芯片彼此附连时，惯性矩与高四倍的B·(2H)3＝8·B·H3成比例。附连互接件和CMOS芯片的合适方式例如是通过使用粘合剂。
或者换言之，互接件的添加将CMOS芯片的表面处的应力移向CMOS芯片的下表面(这不是问题)以及互接件的上表面(这也不是问题)，并由此可用于减小或甚至消除机械应力对CMOS芯片的影响。
但当然，互接件的高度无需与CMOS芯片的高度相同。CMOS的高度(或厚度)通常是范围从100到700微米的值，诸如大约300或大约400微米。互接件的高度(或厚度)通常是范围从100到700微米的值，诸如举例而言约300或约400微米。优选地，CMOS芯片的高度与互接件的高度之和是范围从400到1000微米的值。
图23示出了具有绝对压力传感器的实施例，该绝对压力传感器具有CTE匹配、传感器基底以及相对较大的互接件(大于传感器面积)且具有引线框架互连。互接件被安装在CMOS芯片或ASIC之上，没有该CMOS芯片或ASIC的任一部分被暴露给恶劣环境。互接件用作电互连以及传感器芯片的机械支承件两者。
图23示出了其中具有用于腔的插件的膜辅助式模塑是易于实现的构造。整个插件在模塑期间驻留在互接件上。在该实施例中，互接件可被扩大以方便用膜辅助式模塑的腔的制造。对于膜辅助式模塑，在模塑沟槽与引线框架之间施加膜以使得模塑处于引线框架与膜之间。然后，膜确保沟槽不与引线框架直接硬接触，且使沟槽保持干净。插件的各个角将被该带包围，并且由于该膜的柔性，引线框架和各器件的高度容限可被放松。
图24示出了根据本发明的实施例的制造组件的方法。附图标记仅仅参照图12的结构(以使得本说明书保持简单)，但该方法当然也适用于其它附图中示出的结构。该方法包括以下步骤：
a)提供2403第一基板1254；
b)提供2401压力传感器1210；
c)提供2402互连模块1230；
d)提供2404CMOS芯片1240；
e)例如使用焊接或使用粘合剂来将CMOS芯片1240安装2405在第一基板1254上；
f)例如使用粘合剂来将互连模块1230安装2406在第一基板1254或CMOS芯片1240上；
g)施加2407第二接合线1252来将互连模块1230的第二焊盘1235以及CMOS芯片1240的第一焊盘1241互连；以及
h)可任选地施加第三接合线1253来互连CMOS芯片1240的第二焊盘1242以及第一基板1254；
i)通过抗腐蚀塑料施加2408塑封1243来覆盖或封装至少CMOS芯片1240、CMOS芯片的第一焊盘1241、第二接合线1252以及互连模块1230的第二焊盘1235，以由此使互连模块1230的第一焊盘1234被暴露并由此形成足够大以容纳压力传感器1210的腔1244；
j)在腔1244中例如使用粘合剂来将压力传感器1210安装2409到第一基板1254、塑封1243或互连模块1230。
k)施加2410第一接合线1251来互连压力传感器1210的第一焊盘1211以及互连模块1230的第一焊盘1234。
注意，步骤g)的接合以及可任选的步骤h)的接合可以在单个接合步骤中执行。
图25示出了包括具有互接件和引线框架互连的绝对压力传感器的实施例。同样，CMOS芯片或CMOS芯片表面的没有一部分被暴露给恶劣环境。互接件处的模塑中的台阶或倾斜2590、2591由在模塑处使用的膜(例如，具有约20到100微米厚度的特氟龙薄膜)的柔性来限定。膜越柔，台阶就能越陡，组件的尺寸就能越小。
图25示出了其中使用膜辅助式腔模塑并且其中模塑沟槽中的插件将膜按压在互接件上以使得膜被一起按压于此的版本。毗邻互接件的模塑复合物的高度因此通常低约50到100um。因此，通过互接件的厚度，模塑复合物在CMOS芯片上的厚度可被控制。
以此方式，与摘嵌机所施加的力有关的问题(例如，在将传感器芯片安装到部分组件时制动传感器芯片或制动CMOS芯片)可通过使用互接件限定停止位置来减少或甚至消除。
图26示出了图25的变体，并且示出了包括具有互接件和引线框架互连的绝对压力传感器的实施例。同样，CMOS芯片或CMOS芯片表面的没有一部分被暴露给恶劣环境。如对于图25，模塑中的台阶或倾斜由在模塑处使用的膜的柔性来限定。图26是其中CMOS芯片不支承传感器芯片的示例。
图25和图26的互接件不能是基板(例如，引线框架)的一部分是清楚的。互接件上的轨迹的垂直位置位于CMOS芯片的接合焊盘的垂直位置与传感器芯片的接合焊盘的垂直位置之间是有优势的。
图27示出了包括具有CTE匹配传感器基底以及小型互接件和引线框架互连的绝对压力传感器的另一实施例。CMOS芯片或CMOS芯片表面的一部分被暴露给恶劣环境。
图27示出了由于具有膜的模塑沟槽的插件必须按压在CMOS芯片和互接件上而更难以完成的实现。该实施例不通过模塑复合物提供对CMOS芯片的整个表面的保护。
图28可被视作图26的变体或图27的变体。互接件可以比CMOS芯片和传感器芯片中的最小者更小。
在图25、26和28的实施例中，互接件优选地比CMOS芯片更小并被放置在CMOS芯片之上。互接件用作创建用于压力传感器的腔的膜辅助式模塑工具的模塑插件的限位器。该互接件的高度定义保护CMOS芯片表面的模塑在CMOS芯片上方的厚度。通过该构造，创建的是不比CMOS芯片大得多的芯片级封装，并且其中整个CMOS芯片表面由模塑复合物封装并且其中仍然在传感器和CMOS芯片之间具有良好的热匹配。
图25、26和28的实施例示出了小型组件，其中互接件被放置在顶部(例如，直接放置在CMOS芯片之上)并用作用于腔模塑的间隔件，以使得CMOS芯片与互接件之间的线接合以及整个CMOS芯片表面被封装，并且其中传感器被安装在CMOS芯片的上方以获得与CMOS芯片的良好热匹配。
如上文所解释的，在本发明的若干实施例中，互连模块具有比传感器芯片的区域或CMOS芯片的区域或传感器芯片和CMOS芯片两者的区域更小的区域(与基板平行)。这是可能的，因为在这些实施例中互连模块只需提供恶劣环境与受保护环境之间的电接口，而无需提供对传感器芯片和/或CMOS芯片的支承。
在本发明的若干实施例中，互连模块在该组件的高度方向上(垂直于第一基板)位于或至少部分地位于第一基板(例如，引线框架)与传感器芯片之间(参见例如图12到图23以及图25、图26和图28)，或者可位于与传感器芯片基本上相同的高度(参见例如图27)。互连模块可以毗邻CMOS芯片(参见例如图12到图22)，优选地处在从30到300微米的距离(例如，从50到250微米、50到200微米、50到150微米、50到100微米)，或者可以在CMOS芯片之上(参见例如图23)。传感器芯片可以横向地毗邻但高于互连模块(参见例如图12到图16以及图20到图22)，或者位于互连模块之上(参见例如图17到图19以及图23)。在所有实施例中，互连模块的导电迹线的长度优选地是尽可能短的(例如小于800微米、小于600微米、小于500微米、小于400微米、小于300微米)以降低互接件的材料成本(例如金或铂金轨迹)和/或制造紧凑组件，且优选地是既紧凑又具有降低的材料成本。
附图标记：
本发明的不同实施例用100的倍数编号。这些实施例的相应元素如下编号：
10:绝对压力传感器，11：第一接合焊盘，12：压力传感器的基板，
13:薄膜，14：第一腔，20：相对压力传感器，21：第一接合焊盘，
22:压力传感器的基板，23：薄膜，
24:(可任选)压力传感器的后侧的第二腔，
30:互连模块＝“互接件”，31：互接件的基板，32：(可任选)绝缘层，
33:导电通路或轨迹，34：互接件的第一接合焊盘，35：互接件的第二接合焊盘，
36:互接件基板中的开口，37：引线框架与互接件之间的接合线，
40:CMOS芯片，41：CMOS芯片的第一接合焊盘，42：CMOS芯片的第二接合焊盘，
43:塑封，44：塑封中的第一腔，
51:第一接合线，52：第二接合线，53：(可任选)第三接合线；
54:第一基板(例如，铜引线框架)，55：塑封中的开口，56：引线框架中的开口，
因此，本领域技术人员应将附图标记1210解释为实施例1200的元素10。

Claims (15)

1.一种适于在车辆引擎的尾气环境下使用的用于测量包含腐蚀性成分的尾气的压力的半导体压力传感器组件，所述压力传感器组件包括：
包括用于允许暴露给所述尾气的开口的第一腔(1244)；
布置在所述腔(1244)中的压力传感器(1210)，所述压力传感器包括由第一抗腐蚀材料制成或由第一抗腐蚀材料覆盖的多个第一接合焊盘(1211)；
安装在第一基板(1254)上的CMOS芯片(1240)，所述CMOS芯片包括其上不具有抗腐蚀材料的多个接合焊盘(1241)；
互连模块(1230)，包括第二基板(31)以及由第二抗腐蚀材料制成的多个导电通路(1233)，每一导电通路(1233)具有第一接合焊盘(1234)以及第二接合焊盘(1235)；
所述压力传感器的第一接合焊盘(1211)经由第一接合线(1251)连接到所述互连模块(1230)的第一接合焊盘(1234)，所述第一接合线由第三抗腐蚀材料制成；
所述CMOS芯片的第一接合焊盘(1241)经由第二接合线(1252)连接到所述互连模块(1230)的第二接合焊盘(1235)；
其特征在于
所述CMOS芯片(1240)及其第一接合焊盘、所述互连模块(1230)的第二接合焊盘(1235)、所述第二接合线(1252)以及所述互连模块(1230)的一部分通过用抗腐蚀塑性材料的封装来进行保护以免暴露给所述废气。
2.如权利要求1所述的半导体压力传感器组件，其特征在于，所述互连模块小于所述传感器芯片。
3.如权利要求1所述的半导体压力传感器组件，其特征在于：
所述第一基板是引线框架，优选地是铜引线框架或基于铜的引线框架。
4.如权利要求1所述的半导体压力传感器组件，其特征在于：
所述第一抗腐蚀材料是Au或Pt或包括Au和Pt的混合物的合金或者是包含至少Au或Pt的合金；和/或
所述第三抗腐蚀材料是Au或Pt或者包括Au和Pt的混合物的合金。
5.如权利要求1所述的半导体压力传感器组件，其特征在于：
所述第二抗腐蚀材料是不同于铝且不同于铜的金属，或者
所述第二抗腐蚀材料是包含原子百分比小于5％的铝的金属合金；或者
所述第二抗腐蚀材料是包含小于5％重量的铝的金属合金；或者
所述第二抗腐蚀材料是包含原子百分比小于5％的铜的金属合金；或者
所述第二抗腐蚀材料是包含小于5％重量的铜的金属合金。
6.如权利要求1所述的半导体压力传感器组件，其特征在于：
所述第二抗腐蚀材料是选自包括Au、Pt、Pd、Ta、Ti、W、Ag、Mo的组的单种金属；或者
所述第二抗腐蚀材料是包括选自由Au、Pt、Pd、Ta、Ti、W、Ag、Mo组成的组的至少一种金属的金属合金；或者
所述第二抗腐蚀材料是包括选自由Au、Pt、Pd、Ta、Ti、W、Ag、Mo组成的组的至少两种金属的金属合金；或者
所述第二抗腐蚀材料是Ni-Pd-Au堆叠。
7.如权利要求1所述的半导体压力传感器组件(1700；1800；1900；2000；2100)，其特征在于
所述互连模块(2030)被布置在所述CMOS芯片(2040)近旁，并且
所述压力传感器(2010)至少部分地位于所述CMOS芯片(2040)和所述互连模块(2030)中的一者或两者上方或之上。
8.如权利要求1所述的半导体压力传感器组件(2300)，其特征在于：
所述互连模块(2330)被安装在所述CMOS芯片(2340)上方或之上，由此限定所述CMOS芯片(2340)的被所述互连模块(2330)覆盖的第一部分(P1)以及所述CMOS芯片(2340)的未被覆盖的第二部分(P2)；
所述互连模块(2330)的第二接合焊盘(2335)、所述第二接合线(2352)以及所述CMOS芯片(2340)的未被所述互连模块(2330)覆盖的第二部分(P2)通过所述塑封来封装。
9.如权利要求1所述的半导体压力传感器组件，其特征在于，还包括涂敷在所述压力传感器(1210；2310)之上的第一腔(1244；2344)中的凝胶。
10.如权利要求1所述的半导体压力传感器组件，其特征在于，所述互连模块(30)的基板(31)由选自由玻璃、硅、锗、矾土、PCB材料、工程塑胶组成的组的材料制成。
11.如权利要求1所述的半导体压力传感器组件，其特征在于，所述CMOS芯片(1240)是包括微处理器和非易失性存储器的集成电路。
12.如权利要求1所述的半导体压力传感器组件(1200；2300)，其特征在于，所述CMOS芯片(1240；2340)还包括经由第三接合线(1253；2353)连接到所述第一基板(1254；2354)的第二接合焊盘(1242)，所述第三接合线也通过所述塑封封装。
13.如权利要求1所述的半导体压力传感器组件(1200；2300)，其特征在于，所述半导体压力传感器组件具有小于5mm×10mm×8mm的外径尺寸，例如小于2.4mm×5.0mm×4.0mm、小于2.0mm×3.0mm×3.0mm、小于1.5mm×2.0mm×2.0mm。
14.一种制造如权利要求1所述的半导体压力传感器组件的方法，包括以下步骤：
a)提供(2403)第一基板(1254)；
b)提供(2401)所述压力传感器(1210)；
c)提供(2402)互连模块(1230)；
d)提供(2404)CMOS芯片(1240)；
e)例如使用焊接或使用粘合剂来将所述CMOS芯片(1240)安装(2405)在所述第一基板(1254)上；
f)例如使用粘合剂来将所述互连模块(1230)安装(2406)在所述第一基板(1254)或所述CMOS芯片(1240)上；
g)施加(2407)第二接合线(1252)来将所述互连模块(1230)的第二焊盘(1235)以及所述CMOS芯片(1240)的第一焊盘(1241)互连；
h)任选地施加第三接合线(1253)来互连所述CMOS芯片(1240)的第二焊盘(1242)以及所述第一基板(1254)；
i)通过抗腐蚀塑料施加(2408)塑封(1243)来覆盖或封装至少所述CMOS芯片(1240)、所述CMOS芯片的第一焊盘(1241)、所述第二接合线(1252)以及所述互连模块(1230)的第二焊盘(1235)，由此使所述互连模块(1230)的第一焊盘(1234)被暴露并由此形成足够大以容纳所述压力传感器(1210)的腔(1244)；
j)在所述腔(1244)中例如使用粘合剂来将所述压力传感器(1210)安装(2409)到所述第一基板(1254)、所述塑封(1243)或所述互连模块(1230)；
k)施加(2410)第一接合线(1251)来互连所述压力传感器(1210)的第一焊盘(1211)以及所述互连模块(1230)的第一焊盘(1234)。
15.如权利要求1所述的半导体压力传感器的用于测量车辆引擎的尾气的压力的用途。
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