CN107646088A - 具有原位印刷的传感器的集成电路 - Google Patents

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Abstract

本发明教示一种用于制造包括集成电路及传感器的模块的方法。所述方法可包括：使用高温工艺将集成电路IC裸片安装于印刷电路板PCB上以提供所述PCB的互连件与所述裸片的互连件之间的电连接；及在所有高温安装工艺完成之后，将传感器直接印刷到所述模块上。

Description

具有原位印刷的传感器的集成电路
相关专利申请案
本申请案主张2015年6月2日提出申请的第62/169,986号共同拥有的美国临时专利申请案的优先权，所述美国临时专利申请案据此出于所有目的以引用方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及集成电路，且具体来说涉及其上具有原位印刷的传感器的集成电路。
背景技术
表面安装技术是指用于生产电子电路的方法，其中各种组件是安装于印刷电路板(PCB)的表面上。此电路可称作表面安装装置。表面安装方法可优选地代替“通孔”安装技术，这是因为表面安装方法允许将较小组件安装在PCB的两侧上且允许经增加组件密度，这两者均减小总体大小且可较易于自动化。
在其它方面原本可与集成电路(IC)一起使用的许多传感器被表面安装中所采用的焊料回流或波峰焊接工艺损害。举例来说，用于检测化学品的一些传感器在经受高温的情况下可被损坏。如果欲将温度敏感传感器安装在印刷电路板(PCB)上，那么必须在焊接完成之后连接所述温度敏感传感器。此焊接后步骤(有时称为一或多个“辅助附接”工艺)引起额外的成本及时间需要。
另外，当与在焊接步骤之前放置的传感器相比时，辅助附接工艺导致传感器与信号处理设备(例如，IC芯片或裸片)之间的物理距离增加。经增加物理距离降低到IC裸片的传感器输出的信噪比。因此，减小两者之间的物理距离将改善给定应用中的传感器的性能。
发明内容
提供此发明内容以按简化形式引入本发明的教示。所述教示并不限于此发明内容，所述发明内容也不应阅读为限制所主张的标的物的范围。
根据本发明的一些实施例，一种用于制造包括集成电路及传感器的模块的方法可包含：使用高温工艺将集成电路(IC)裸片安装于印刷电路板(PCB)上以提供所述PCB的互连件与所述裸片的互连件之间的电连接；及在所有高温安装工艺完成之后，将传感器直接印刷到所述模块上。
在一些实施例中，所述IC裸片围封于包括具有多个经暴露接触区域的顶部表面的壳体中，所述多个经暴露接触区域给围封于所述壳体中的所述裸片提供电连接。所述方法可包含将所述传感器装置直接印刷到所述壳体的所述顶部表面上。
在一些实施例中，所述IC裸片围封于包括具有开口的顶部表面的壳体中，所述开口暴露所述IC裸片的一部分。所述方法可包含将所述传感器装置直接印刷到所述经暴露IC裸片上。
在一些实施例中，所述IC裸片围封于包括具有开口的顶部表面的壳体中，所述开口暴露所述IC裸片的一部分；且所述IC裸片的所述经暴露部分包含多个经暴露电接触区域。所述方法可包含将所述传感器装置直接印刷到所述经暴露IC裸片上。
在一些实施例中，所述IC裸片围封于包括具有开口的顶部表面的壳体中，所述开口暴露所述IC裸片的一部分，且所述IC裸片的所述经暴露部分包含多个经暴露电接触区域。所述方法可包含将所述传感器装置直接印刷到所述经暴露电接触区域上。
在一些实施例中，所述IC裸片围封于包括具有开口的顶部表面的壳体中，所述开口暴露所述IC裸片的一部分，且所述IC裸片的所述经暴露部分包含多个经暴露电接触区域。所述方法可包含将所述传感器装置直接印刷到所述IC裸片上及通过线接合将所述传感器连接到所述IC裸片。
一些实施例可包含将所述传感器装置直接印刷到所述PCB上。
本发明的教示提供一种用于将传感器装置结合到集成电路的方法。所述实例性方法可包含：提供至少部分地围封于包括顶部表面的壳体中的集成电路(IC)裸片；及将所述传感器装置直接印刷到所述壳体的所述顶部表面上。
在一些实施例中，所述壳体的所述顶部表面界定给所述IC裸片提供电连接的多个经暴露接触区域；且所述方法包含将所述传感器装置直接印刷到所述IC裸片的所述经暴露接触区域上。
在一些实施例中，所述壳体的顶部表面界定暴露所述IC裸片的一部分的开口；且所述方法包含将所述传感器装置直接印刷到所述经暴露IC裸片上。
在一些实施例中，所述壳体的所述顶部表面界定暴露所述IC裸片的一部分的开口，且所述IC裸片的所述经暴露部分包含多个经暴露电接触区域。所述实例性方法可包含将所述传感器装置直接印刷到所述IC裸片上；及通过线接合将所述传感器连接到所述IC裸片。
一些实施例可包含在印刷所述传感器装置之前利用高温安装工艺将所述IC裸片安装到印刷电路板。
在一些实施例中，所述高温安装工艺包含焊接工艺、回流焊接工艺或波峰焊接工艺。
附图说明
图1是展示根据本发明的教示的实例性传感器模块的图式。
图2是展示根据本发明的教示的实例性传感器模块的图式。
图3A及3B是图解说明根据本发明的教示的实例性传感器模块在将传感器印刷于其上之前及之后的图式。
图4A及4B是展示根据本发明的教示的实例性传感器模块在将传感器印刷于经囊封IC裸片上之前及之后的图式。
图5A及5B是图解说明根据本发明的教示的实例性传感器模块在将传感器印刷于其上之前及之后的图式。
图6是展示根据本发明的教示的用于制造包括集成电路及传感器的模块的实例性方法的流程图。
图7是展示根据本发明的教示的用于制造包括集成电路及传感器的模块的实例性方法的流程图。
各图提供本发明的教示的各种实施例的说明。所属领域的技术人员将能够使用本发明的教示来在不背离权利要求书或本发明的教示的范围的情况下开发各图中所描绘的结构及方法的替代实施例。
具体实施方式
参考下文所描述的各图可最佳理解本发明的实施例及其优于现有技术的优点。
可使用各种组装技术来将IC裸片表面安装到PCB。PCB通常具有多个引线以允许电连接到IC裸片的引线。可使用丝网印刷及/或模板工艺将焊料膏施加到PCB。在自动化系统中，可通过“拾取和放置”机器放置待安装组件。
可将PCB(连同各种组件一起)放置于回流焊接炉中。所述炉可使PCB、组件及焊料膏的温度上升。当温度达到焊料膏中的焊料粒子的熔点时，组件引线借此接合到PCB上的触点。在一些系统中，使用红外灯来使温度上升。在其它系统中，热气体对流可使用空气及/或氮气。在另一替代方案中，气相回流可使用具有高沸点的氟碳化合物液体。
在一些装置中，一旦将IC组件安装到PCB，便可进一步封装所述IC组件以保护其免受机械损坏、热损坏、射频噪声发射、静电放电等。一些装置可包含“圆顶(glob-top)”或“糊状顶部(glop-top)”封装。圆顶涂层可包含在已将IC裸片连接到PCB(例如，通过焊接)之后沉积于IC裸片或芯片及到PCB的任何引线或连接上方的少量环氧树脂或树脂。圆顶涂层可适用于直接安装到PCB(有时称作“板上芯片”(COB)安装)的IC裸片。
在其它装置中，可在将IC裸片安装到PCB之前将所述IC裸片囊封于塑料壳体中。可使用各种标准化封装，其包含(作为实例)双列直插式、四列直插式、栅格阵列、小型晶体管等。此类IC可称作经囊封或经封装的。
图1是展示根据本发明的教示的实例性传感器模块10的图式。所展示的实施例包含表面安装到PCB 20且接着用圆顶环氧树脂涂覆的COB IC裸片30以及在表面安装工艺完成之后印刷到PCB 20上的传感器40。PCB 20可包含各种引线、电路等以提供IC裸片30与传感器40之间的适当电通信。
图2是展示根据本发明的教示的实例性传感器模块12的图式。所展示的实施例包含表面安装到PCB 20的经囊封IC裸片32以及在表面安装工艺完成之后印刷到PCB 20上的传感器40。PCB 20可包含各种引线、电路等以提供IC裸片32与传感器40之间的适当电连接。
在一些实施例(例如图1及2中所展示的那些实施例)中，传感器40可包含化学品及/或气体传感器。各种类型的传感器可通过印刷工艺制造。举例来说，用于糖尿病的治疗的葡萄糖传感器通常使用印刷工艺来制造。其它实例包含生物传感器、电容式传感器、压阻式传感器、压电式传感器、光电检测器、温度传感器、湿度传感器及气体传感器。实例性印刷工艺包含丝网印刷(例如，“厚膜”工艺)、移印(pad printing)、积层制造(additivemanufacturing)、压电涂料(PiezoPaint)及/或选择性烧结工艺。
图3A及3B是图解说明根据本发明的教示的实例性传感器模块300在将传感器330印刷于其上之前的图式(300a)及在此操作之后的图式(300b)。
传感器模块300a可包含具有经暴露主体表面触点310的经囊封IC 320。在所展示的实例中，存在三个顶部表面触点，但本发明的教示可利用任何适当数目的表面触点来实践。一般来说，经暴露主体表面触点310可位于经囊封IC 320的与任何引线及/或安装特征相对的侧上，所述任何引线及/或安装特征将用于将IC 320连接到PCB(图3A及3B中未展示)。虽然集成电路裸片是囊封于壳体320内，但接触区域310可给经囊封裸片提供可用电连接。
接着，可将传感器330印刷于经囊封IC 320的顶部上，借此连接到顶部表面触点，如图3B中所展示。接着，可将传感器模块300b附接到印刷电路板、模块等，从而提供类似于图4B中所展示的所述传感器模块的传感器模块，所述传感器模块包含包括具有经暴露主体表面触点310的经囊封IC裸片320及印刷于经囊封IC裸片上的传感器330的传感器模块。可将整个模块300b附接到印刷电路板300上的插座。举例来说，插座的使用可避免将发生于表面安装/焊接程序期间的到高温的暴露。
图4A及4B是展示根据本发明的教示的实例性传感器模块400在将传感器330印刷于经囊封IC裸片320上之前的图式(400a)及在此操作之后的图式(400b)。与图3A及3B中所展示的实施例相比来说，可使用表面安装/焊接技术将经囊封裸片320安装到PCB 340，这是因为传感器330尚未存在，如图4A中所展示。经囊封IC 320可包含经暴露主体表面触点310。在所展示的实例中，存在三个顶部表面触点，但本发明的教示可利用任何适当数目的表面触点来实践。一般来说，经暴露主体表面触点310可位于经囊封IC 320的与任何引线及/或安装特征相对的侧上，所述任何引线及/或安装特征用于将IC320连接到PCB 340。虽然集成电路裸片是囊封于壳体320内，但接触区域310可给经囊封裸片提供可用电连接。
接着，可将传感器330印刷于经囊封IC 320的顶部上借此连接到顶部表面触点，如图4B中所展示。接着，传感器模块400b在到PCB 340及IC 320的电连接中正常操作。
图5A及5B是图解说明根据本发明的教示的实例性传感器模块500在将传感器530印刷于其上之前的图式(500a)及在此操作之后的图式(500b)。传感器模块500a可包含具有开口510的经囊封IC 520，所述开口在其內暴露IC裸片的一部分。一般来说，IC裸片的经暴露部分510可位于经囊封IC 520的与任何引线及/或安装特征相对的侧上，所述任何引线及/或安装特征将用于将IC 520连接到PCB(图5A及5B中未展示)。虽然集成电路裸片是囊封于壳体520内，但经暴露区域510可给经囊封裸片提供可用电连接。
接着，可将传感器530印刷于经囊封IC 520的顶部上借此连接到顶部表面触点，如图5B中所展示。根据其它实施例，可使用接合线来将经印刷传感器530与经暴露裸片耦合。开口520可经设计以保持打开以提供经印刷传感器530到环境的暴露。然而，根据一些实施例，也可针对不需要暴露的传感器(举例来说，特定温度传感器)关闭开口。
接着，可将传感器模块500b附接到印刷电路板、模块等，从而提供包含具有经暴露部分510的经囊封IC裸片520及印刷于经囊封IC裸片上的传感器530的传感器模块。可将整个模块500b附接到印刷电路板上的插座。举例来说，插座的使用可避免将发生于表面安装/焊接程序期间的到高温的暴露。
图6是展示用于制造包括集成电路及传感器的模块的实例性方法600的流程图。在不背离本发明的教示的范围的情况下，所属领域的技术人员将能够更改方法600的一些步骤的次序及完全省略其它步骤。
在步骤602处，方法600开始。
步骤610包含使用高温工艺将IC裸片安装于PCB上以提供PCB的互连件与裸片的互连件之间的电连接。步骤610可包含任何适当表面安装工艺。IC裸片可是未经囊封的、完全经囊封的或部分经囊封的。取决于用于IC裸片的封装的类型，方法600可包含步骤620、630或640中的任何者。
步骤620包含在所有高温安装工艺完成之后将传感器直接印刷到PCB上。步骤620可适用于圆顶IC裸片或不具有用于传感器的可用连接的完全经囊封裸片，例如图1及2中所展示的实施例。在一些实施例中，由于用于IC裸片及/或传感器的大小及/或间隔需要，IC裸片可具有经暴露部分但可将传感器直接印刷到PCB上。
步骤630包含将传感器装置直接印刷到壳体的顶部表面或经囊封裸片上。步骤630可适用于具有经暴露接触区域的部分经囊封IC裸片，例如图3A到4B中所展示的实施例。
步骤640包含将传感器装置直接印刷到经暴露IC裸片上。步骤640可适用于具有IC裸片的经暴露部分的仅部分经囊封IC裸片(有时称作“开口式经囊封IC”)，例如图5A及5B中所展示的实施例。
在如所展示的方法600中，所有分支返回到步骤650。步骤650包含囊封传感器模块。取决于传感器的外观与功能，可将传感器囊封及/或使其保持暴露。举例来说，可将温度传感器囊封而可使气体及/或化学品传感器保持暴露到周围大气。
图7是展示用于制造包括集成电路及传感器的模块的实例性方法700的流程图。在不背离本发明的教示的范围的情况下，所属领域的技术人员将能够更改方法700的一些步骤的次序及完全省略其它步骤。
在步骤702处，方法700开始。
步骤710包含提供至少部分地围封于包括顶部表面的壳体中的IC裸片。IC裸片可完全经囊封或部分经囊封。取决于用于IC裸片的封装的类型，方法700可包含步骤720或730。
步骤720包含将传感器装置直接印刷到IC裸片的经暴露接触区域上。步骤720可适用于具有经暴露接触区域的部分经囊封IC裸片，例如图3A到4B中所展示的实施例。
步骤730包含将传感器装置直接印刷到经暴露IC裸片上。步骤730可适用于具有IC裸片的经暴露部分的仅部分经囊封IC裸片(有时称作“开口式经囊封IC”)，例如图5A及5B中所展示的实施例。
在如所展示的方法700中，所有分支返回到步骤740。步骤740包含通过线接合将传感器连接到IC裸片。如果以使得通过印刷工艺做出连接的方式印刷传感器装置，那么步骤740可是不必要的。
在方法700的一些实施例中，在不使用高温工艺的情况下可将传感器模块安装于PCB上，借此提供PCB的互连件与裸片的互连件之间的电连接。举例来说，可将传感器模块插入到PCB上的插座中。

Claims (13)

1.一种用于制造包括集成电路及传感器的模块的方法，所述方法包括：
使用高温工艺将集成电路IC裸片安装于印刷电路板PCB上以提供所述PCB的互连件与所述裸片的互连件之间的电连接；及
在所有高温安装工艺完成之后，将传感器直接印刷到所述模块上。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述IC裸片围封于包括具有多个经暴露接触区域的顶部表面的壳体中，所述多个经暴露接触区域给围封于所述壳体中的所述裸片提供电连接；且
其中所述方法进一步包括将所述传感器装置直接印刷到所述壳体的所述顶部表面上。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述IC裸片围封于包括具有开口的顶部表面的壳体中，所述开口暴露所述IC裸片的一部分；且
其中所述方法进一步包括将所述传感器装置直接印刷到所述经暴露IC裸片上。
4.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中：
所述IC裸片围封于包括具有开口的顶部表面的壳体中，所述开口暴露所述IC裸片的一部分；且
所述IC裸片的所述经暴露部分包含多个经暴露电接触区域；且
其中所述方法进一步包括将所述传感器装置直接印刷到所述经暴露IC裸片上。
5.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中：
所述IC裸片围封于包括具有开口的顶部表面的壳体中，所述开口暴露所述IC裸片的一部分；且
所述IC裸片的所述经暴露部分包含多个经暴露电接触区域；且
其中所述方法进一步包括将所述传感器装置直接印刷到所述经暴露电接触区域上。
6.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中：
所述IC裸片围封于包括具有开口的顶部表面的壳体中，所述开口暴露所述IC裸片的一部分；且
所述IC裸片的所述经暴露部分包含多个经暴露电接触区域；且
其中所述方法进一步包括：
将所述传感器装置直接印刷到所述IC裸片上；及
通过线接合将所述传感器连接到所述IC裸片。
7.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其进一步包括将所述传感器装置直接印刷到所述PCB上。
8.一种用于将传感器装置结合到集成电路的方法，所述方法包括：
提供至少部分地围封于包括顶部表面的壳体中的集成电路IC裸片；及
将所述传感器装置直接印刷到所述壳体的所述顶部表面上。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述壳体的所述顶部表面界定给所述IC裸片提供电连接的多个经暴露接触区域；且
其中所述方法包含将所述传感器装置直接印刷到所述IC裸片的所述经暴露接触区域上。
10.根据权利要求8或权利要求9所述的方法，其中所述壳体的顶部表面界定暴露所述IC裸片的一部分的开口；且
其中所述方法包含将所述传感器装置直接印刷到所述经暴露IC裸片上。
11.根据权利要求8到10中任一权利要求所述的方法，其中所述壳体的所述顶部表面界定暴露所述IC裸片的一部分的开口，且所述IC裸片的所述经暴露部分包含多个经暴露电接触区域；所述方法进一步包括：
将所述传感器装置直接印刷到所述IC裸片上；及
通过线接合将所述传感器连接到所述IC裸片。
12.根据权利要求8到10中任一权利要求所述的方法，其进一步包括在印刷所述传感器装置之前，利用高温安装工艺将所述IC裸片安装到印刷电路板。
13.根据权利要求8到10中任一权利要求所述的方法，其进一步包括在印刷所述传感器装置之前，利用高温安装工艺将所述IC裸片安装到印刷电路板；且
其中所述高温安装工艺包含焊接工艺、回流焊接工艺或波峰焊接工艺。
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