CN109476475B - 传感器组件和装置以及制造传感器组件的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于安装在电路板(CB)上的传感器组件包括插件(I)，该插件具有在插件(I)的第一和第二主表面(MS1、MS2)之间延伸的至少一个开口(O1、O2、O3、O4)。插件(I)包括至少两个应力解耦元件，每个应力解耦元件包括柔性结构(F1、F2、F3、F4)，该柔性结构由插件(I)的被至少一个开口(O1、O2、O3、O4)之一部分地包围的相应部分形成。传感器芯片(S)连接到第一主表面(MS1)上的柔性结构(F1、F2、F3、F4)。至少两个板连接元件(SB)布置在第一主表面(MS1)上并且适于将组件连接到电路板(CB)。

Description

传感器组件和装置以及制造传感器组件的方法

本发明涉及一种用于安装在电路板上的传感器组件和一种安装在电路板上的传感器组件的传感器装置。本发明还涉及这种传感器组件的制造方法。

传感器(特别是传感器集成电路IC)可能非常容易受到机械应力的影响。应力可以例如通过由于外力引起的变形而引入到系统。机械应力的另一个来源可以是温度变化或温度应力，例如在传感器的应用期间或者在将传感器系统焊接到电路板时。如果使用包括具有不同热膨胀系数CTE的材料的封装件，则这可能是特别相关的。此外，例如由于电路板的膨胀，湿度(特别是空气湿度)也可能引起变形。

在现有传感器组件中，传感器芯片(例如MEMS设备)上的机械应力可能很高，例如导致传感器性能退化或物理损坏。一些机构可能难以组装或遭受增加的封装成本和/或占用空间。现有方法的其他缺点可能包括增加的封装大小(特别是封装高度)、降低的稳健性和/或具有增加复杂性的工艺流程。

因此，本发明的目的是提供一种针对传感器系统的改进构思，以减小机械应力的影响。

该目的由独立权利要求的主题实现。另外的实施方式是从属权利要求的主题。

改进构思基于提供具有插件的传感器组件的想法，该插件具有由穿过插件的开口限定的柔性结构或臂结构。特别地，柔性结构由插件的被开口部分地围绕或包围的部分形成。传感器芯片连接到柔性结构。用于将传感器组件连接到电路板的板连接元件与传感器芯片附接到插件的同一侧。

根据改进构思，提供了一种用于安装在电路板上的传感器组件。传感器组件包括插件，该插件具有第一主表面、与第一主表面相反的第二主表面和至少一个开口，特别是至少一个应力解耦开口，该至少一个开口在第一和第二主表面之间延伸，特别是从第一到第二主表面延伸，反之亦然。插件包括至少两个应力解耦元件，其中，至少两个应力解耦元件中的每个包括柔性结构，该柔性结构由插件的被至少一个开口之一部分地包围(特别是侧向包围)的相应部分形成。侧向指平行于第一和第二主表面的方向。

传感器组件还包括传感器芯片，该传感器芯片连接(特别是机械连接和电连接)到第一主表面上的柔性结构(特别是柔性结构中的每个)。传感器组件还包括适于将传感器组件连接到电路板的至少两个板连接元件，其中，电路板例如不被传感器组件所包括。至少两个板连接元件布置在第一主表面上。

本文中，表述“柔性结构”描述了能够在垂直于插件的主表面的方向上和/或在平行于插件的主表面的方向上移动或弯曲的结构。例如，柔性结构的一部分(特别是柔性结构连接到传感器芯片的一部分，特别是柔性结构的端部)能够以所描述的方式移动或弯曲。

由于柔性结构的柔性，应力解耦元件具有例如经由电路板、板连接元件和/或插件，将传感器芯片与施加到传感器组件的机械应力解耦的效果。

由于传感器芯片和在插件的第一主表面上的板连接元件的布置，实现了特别紧凑的设置。这可以导致减小封装占用空间和/或封装高度。此外，由于所述布置，可以保护传感器芯片免受外部影响或物理损坏。

根据传感器组件的一些实施方式，传感器芯片具有面向插件第一主表面的第一传感器表面，特别是传感器芯片的第一主表面。传感器芯片在第一传感器表面处连接到柔性结构。传感器芯片还具有与第一传感器表面相反的第二传感器表面，特别是传感器芯片的第二主表面。

在传感器组件的一些实施方式中，传感器芯片仅在柔性结构处连接到插件。特别地，传感器芯片可以仅在柔性结构的离散连接区域处连接到插件。特别地，传感器芯片不经由完整或基本上完整的第一传感器表面连接到第一主表面。

以这种方式，可以改进传感器芯片在机械应力上的解耦。

根据传感器组件的一些实施方式，传感器芯片在第一主表面上被布置为使得第一主表面的至少两个安装区域不被传感器芯片覆盖。至少两个板连接元件例如布置在至少两个安装区域中，特别是至少两个板连接元件之一布置在至少两个安装区域中的每个中。

根据传感器组件的一些实施方式，至少两个板连接元件实施为焊球。然后可以使用焊球将传感器组件焊接到电路板。

根据传感器组件的一些实施方式，至少一个开口的总数等于至少两个应力解耦元件的总数。特别地，每个开口与单个应力解耦元件相关联，反之亦然。对于至少两个应力解耦元件中的每个，柔性结构由插件的被与该应力解耦元件相关联的至少一个开口的开口部分地包围的相应部分形成。

根据传感器组件的一些实施方式，至少一个开口中的每个开口成形为部分地围绕插件的相应部分，被部分地围绕的部分中的每个形成至少两个应力解耦元件之一的相应柔性结构。例如，开口通过部分地围绕它来暴露相应的部分，并从而使它具有柔性。

根据传感器组件的一些实施方式，至少一个开口未填充有材料，特别是固体材料。以这种方式，可以确保或改进柔性结构的柔性。

根据传感器组件的一些实施方式，插件是材料板或平坦或基本上平坦的材料片，特别是用于承载传感器芯片。

根据传感器组件的一些实施方式，插件包括或基于半导体材料，例如硅、玻璃、环氧树脂、双马来酰亚胺-三嗪(BT)树脂、BT环氧树脂、BT树脂和环氧树脂的组合物、陶瓷、复合材料(例如环氧树脂和玻璃纤维的复合材料，例如FR4材料)。

特别地，考虑到结构化所述插件，FR4或诸如硅之类的半导体材料可能特别合适的，特别是适于产生至少一个开口。

根据传感器组件的一些实施方式，传感器芯片和插件都包含相同的半导体材料。

在这样的实施方式中，可以减少或排除传感器芯片和插件的热膨胀系数CTE之间的不匹配。因此，可以减少由于CTE不匹配导致的传感器芯片上的机械应力。

特别地，插件可以实施为半导体芯片，特别是无源半导体芯片，该半导体芯片的半导体衬底包含与传感器芯片的半导体衬底相同的半导体材料或由其组成。其中，表述“相同的半导体材料”不一定意味着插件和传感器芯片的半导体衬底的相同类型的掺杂或类似或同一掺杂浓度。

根据一些实施方式，传感器组件还包括将传感器芯片连接到柔性结构的芯片连接元件。

根据一些实施方式，特别地借助于芯片连接元件将传感器芯片连接到柔性结构是基于焊接接合实现的。在这样的实施方式中，可以例如通过焊接材料将芯片连接元件实施为例如焊球或焊料凸块。

根据一些实施方式，特别地借助于芯片连接元件将传感器芯片连接到柔性结构是基于共晶接合(特别是金-金共晶接合)实现的。例如通过热压接合来实现共晶接合。在这样的实施方式中，芯片连接元件可以例如实施为柱凸块或电化学沉积(ECD)凸块(例如金柱凸块或金ECD凸块或其他金凸块)。

根据一些实施方式，特别地借助于芯片连接元件将传感器芯片连接到柔性结是基于粘合剂接合实现的。在这样的实施方式中，芯片连接元件可以例如通过导电胶或粘合剂来实现。

根据传感器组件的一些实施方式，传感器芯片包括用于感测环境参数的传感器元件。

环境参数可以例如是压力、声音、湿度、空气湿度、气体浓度或分析物浓度、磁场、转动速度或转动频率和/或加速度。

根据一些实施方式，传感器芯片和/或传感器元件实施为微机电系统MEMS。

根据传感器组件的一些实施方式，传感器芯片包括集成电路IC，集成电路IC包括传感器元件。

根据传感器组件的一些实施方式，传感器元件实施为电容传感器元件，特别是用于感测分析物或气体的压力、湿度或浓度。在这样的实施方式中，传感器元件可以包括例如一个或更多个柔性膜，用于感测环境参数。

根据传感器组件的一些实施方式，传感器元件包括一个或更多个霍尔传感器元件、一个或更多个惯性传感器元件或一个或更多个陀螺仪传感器元件。

根据传感器组件的一些实施方式，传感器芯片包括传感器元件，并且传感器元件配置成根据环境参数生成至少一个传感器信号。传感器芯片还包括配置成根据至少一个传感器信号生成至少一个输出信号的读出电路，特别是CMOS读出电路。

在读出电路和传感器元件都集成在同一芯片上(例如集成在单个IC中)的这种实施方式中，对于插件来说不需要具有任何有源电子功能。

根据传感器组件的一些实施方式，插件没有有源电子功能，特别是不具有源电子功能。特别地，插件没有任何晶体管电路、CMOS电路、读出电路和信号处理电路。

考虑到电子功能，插件可以例如仅用于例如通过芯片连接单元和板连接元件在传感器芯片之间提供电连接。

由于传感器芯片在机械应力上的解耦和插件的有源电子功能的缺乏，这样的实施方式可以具有减小机械应力对有源电子电路(例如读出电路)的影响的优点。此外，这种实施方式的优点可以是降低(特别是制造插件的)制造复杂性。

根据传感器组件的一些实施方式，插件包括金属化层，该金属化层例如经由芯片连接元件将至少两个板连接元件电连接到传感器芯片。

例如，除了经由金属化层的所述连接之外，插件可以不具有电子功能。特别地，插件可以没有任何其他金属化层。

根据传感器组件的一些实施方式，传感器元件布置在面向插件的第一主表面的第一传感器表面上。

在这样的实施方式中，例如在将传感器组件安装或焊接到电路板时和/或在应用期间，可以保护传感器元件免受外部影响，例如污染或机械损坏。在传感器元件包括用于感测环境参数的一个或更多个柔性膜的实施方式中，这可能是特别有利的。

根据传感器组件的一些实施方式，在插件和传感器芯片之间，特别是在第一主表面和传感器芯片之间，特别是在第一主表面和第一传感器表面之间，存在气隙。

气隙可以例如由插件和传感器芯片之间的芯片连接元件的布置引起。气隙可以例如确保传感器元件的正确功能，特别是在传感器元件实施为电容传感器元件并且包括例如一个或更多个柔性膜时。

根据传感器组件的一些实施方式，对于柔性结构中的每个，柔性结构的柔性大于传感器芯片的柔性，特别是针对在同一方向上的弯曲或偏转。

在这样的实施方式中，如果传感器组件暴露于机械应力，则柔性结构可以弯曲或偏转，并且可以避免传感器芯片的弯曲或偏转。以这种方式，传感器芯片可以与传感器组件的其余部分在机械应力上有效地解耦。

根据传感器组件的一些实施方式，柔性结构和/或插件的厚度小于传感器芯片的厚度。

在这样的实施方式中，与传感器芯片相比，柔性结构或插件的较小厚度导致柔性结构的更大柔性，特别是在传感器芯片和插件都包含相同半导体材料的实施方式中。

其中，柔性结构的厚度对应于柔性结构在垂直于第一和第二主表面的方向上的厚度。传感器芯片的厚度对应于第一和第二传感器表面之间的距离。

在传感器组件的一些实施方式中，柔性结构的厚度等于插件的厚度。插件的厚度由第一和第二主表面之间的距离给出。

根据传感器组件的一些实施方式，对于柔性结构中的每个，柔性结构对于在限定方向上的偏转的有效弹性常数小于传感器芯片对于在限定方向上的偏转的有效弹性常数。

以这种方式，可以实现传感器芯片在机械应力上的有效解耦。

根据一些实施方式，插件和传感器芯片都具有矩形或大致矩形的轮廓并且相对于彼此转动例如45°或大约45°。

在这样的实施方式中，传感器芯片的侧向边缘不平行于插件的侧向边缘。特别地，传感器芯片的侧向边缘与插件的侧向边缘角度形成角度，例如45°或大约45°的角度。

这样的实施方式可以允许特别有效地使用传感器组件的空间，并因此允许减小传感器组件的占用空间。

在传感器组件的一些实施方式中，插件具有正方形轮廓。传感器芯片具有内接或大约内接在插件的轮廓中的矩形或正方形轮廓。

根据改进构思，还提供了传感器装置。传感器装置包括电路板和根据改进构思的传感器组件。传感器组件安装在电路板上，其中，传感器组件经由板连接元件连接到电路板。

电路板可以例如实施为印刷电路板PCB、柔性电路板或另一种类型的电路板。

根据传感器装置的一些实施方式，在电路板和传感器芯片之间存在另外的气隙。

在这样的实施方式中，插件的第一主表面与电路板之间的距离大于板连接元件(例如焊球)的高度。

其中，将传感器组件安装到电路板之后的焊球的高度例如由安装前(特别是在焊接之前)的板连接元件或焊球的高度和/或由电路板上的目标区域的大小来限定。目标区域的大小例如经由电路板上的阻焊剂限定。

特别地，在传感器装置的这种实施方式中以及在传感器组件的相应实施方式中，安装之前的板连接元件或焊球的高度大于第二传感器表面与插件的第一主表面之间的距离。

在传感器装置的这种实施方式中，由于另外的气隙，可以避免对传感器芯片的机械损坏。此外，传感器芯片悬挂于柔性结构并且不接触电路板。因此，可以实现在机械应力上的特别有效的解耦。

根据改进构思，还提供了一种用于制造用于安装在电路板上的传感器组件的方法。该方法包括提供具有第一主表面和与第一主表面相反的第二主表面的插件。该方法还包括产生在第一主表面和第二主表面之间延伸的至少一个开口，从而形成至少两个应力解耦元件，至少两个应力解耦元件中的每个包括柔性结构，柔性结构由插件的被至少一个开口之一部分地包围的相应部分形成。

方法还包括将至少两个板连接元件附接到第一主表面，至少两个板连接元件适于将传感器组件连接到电路板。此外，方法包括提供传感器芯片并将传感器芯片连接到第一主表面上的柔性结构。

根据一些实施方式，方法还包括在第一主表面上沉积金属化层，用于将至少两个板连接元件电连接到传感器芯片。特别地，在将板连接元件附接到第一主表面之前并且在将传感器芯片连接到柔性结构之前，沉积金属化层。

根据传感器组件和传感器装置的各实施方式很容易得出方法的其他实施方式，反之亦然。

在下文中，通过示例性实施方式参照附图详细解释本发明。在功能上相同或具有相同效果的部件可以由相同的附图标记表示。相同的部件和/或具有相同效果的部件可以仅针对首先出现其的图来描述，并且在随后的附图中不一定重复该描述。如果没有另外说明，则特定实施方式的所有特征可以与其他实施方式结合。

在附图中：

图1A至1D示出了根据改进构思的传感器组件的示例性实施方式的不同视图；

图2A至2C示出了根据改进构思的传感器组件的另一示例性实施方式的不同视图；

图3示出了根据改进构思的传感器装置以及传感器装置的位移场的分量的示例性实施方式；和

图4示出了根据改进构思的制造方法的示例性实施方式的流程图。

图1A示出了根据改进构思的传感器组件的示例性实施方式的仰视图。

传感器组件包括插件I，该插件具有例如矩形轮廓，并且具有在仰视图中可见的第一主表面MS1和与第一主表面MS1相反的第二主表面MS2(参见例如图1B和1C)。插件I具有在垂直于主表面MS1、MS2的方向上延伸穿过插件的多个开口，例如四个开口O1、O2、O3、O4。

开口O1、O2、O3、O4例如成形为部分地围绕或包围插件I的相应部分。在所示示例中，开口O1、O2、O3、O4例如以U形或以大约U形成形，其中，插件I的被部分地围绕或包围的部分位于U形的内部区域中。然而，在可替代实施方式中可以使用其他合适形式的开口O1、O2、O3、O4。由于开口O1、O2、O3、O4部分地包围插件I的相应部分，因此，相应的柔性结构F1、F2、F3、F4(例如臂状柔性结构)由被部分地包围的部分形成。

传感器组件还包括传感器芯片S，传感器芯片S在第一传感器表面上具有传感器元件SE。传感器芯片S连接到插件I的第一主表面MS1，特别是连接到柔性结构F1、F2、F3、F4。

以这种方式，柔性结构F1、F2、F3、F4可以有效地用作应力解耦元件，以将传感器芯片S与传感器组件的其余部分解耦。

为了将传感器芯片S连接到第一主表面MS1，传感器组件还可以包括布置在传感器芯片S和第一主表面MS1之间的芯片连接元件C1、C2、C3、C4。例如，传感器组件可以针对柔性结构F1、F2、F3、F4中的每个柔性结构包括一个芯片连接元件。如果适用的话，芯片连接元件C1、C2、C3、C4可以例如布置在柔性结构F1、F2、F3、F4的相应端部位置处，例如布置在U形的内部区域中。

传感器芯片S例如通过芯片连接元件C1、C2、C3、C4连接到柔性结构F1、F2、F3、F4。由于芯片连接元件C1、C2、C3、C4布置在传感器芯片S和第一表面MS1之间，因此例如可以在传感器芯片S和第一主表面MS1之间存在有气隙G(参见图1B和2C)。

芯片连接元件C1、C2、C3、C4可以例如实施为柱凸块或ECD凸块，例如金柱凸块或金ECD凸块。在这样的实施方式中，芯片连接元件C1、C2、C3、C4与传感器芯片S之间的连接以及芯片连接元件C1、C2、C3、C4与第一主表面MS1之间的连接可以通过共晶接合(特别是热压接合)来实现。可替代地，焊球可用于芯片连接元件C1、C2、C3、C4。

传感器组件还包括附接到第一主表面MS1的至少两个板连接元件SB。板连接元件SB适于将传感器组件连接到电路板(未示出)。例如，板连接元件SB可以实施为焊球。例如在第一主表面MS1上，插件I可以包括金属化层(未示出)，该金属化层将传感器芯片S连接到板连接元件SB，特别是经由芯片连接元件C1、C2、C3、C4来连接。

特别地，传感器芯片S可以仅经由柔性结构F、F2、F3、F4连接到第一主表面MS1。由于柔性结构的增加的柔性，例如在一些实施方式中，可以通过选择比传感器芯片S厚度小的插件I来增强或实现，因此，例如在插件I上作用的机械应力可以不传递到传感器芯片S，或仅在有限的或减小的范围内传递到传感器芯片S。以这种方式，传感器芯片S可以在机械应力上有效地解耦。

例如，为了增加柔性结构F1、F2、F3、F4的柔性(特别是相对于传感器芯片S的柔性)，从而改进对传感器芯片S的解耦，柔性结构F1、F2、F3、F4的厚度(特别是插件I的厚度)可以小于传感器芯片S的厚度。

在非限制性示例中，传感器芯片S可以例如是具有大约200μm的厚度的半导体(特别是硅)芯片。插件I和柔性结构F1、F2、F3、F4的厚度可以例如为大约100μm。其中，插件I可以是例如无源半导体(特别是硅)芯片。

此外，承载传感器元件SE的第一传感器表面可以例如面向第一主表面MS1。因此，可以保护传感器元件SE免受外部影响，例如机械损坏或污染。例如，传感器元件SE可以例如实施为MEMS传感器元件，例如可以包括用于电容性测量环境参数的一个或更多个柔性膜，该环境参数例如为气体或另一种分析物的压力、湿度或浓度。

插件I可以例如实施为除了在传感器芯片S和板连接元件SB之间提供电连接之外没有任何电子功能的无源元件。

例如，插件I可以实施为包括或基于与传感器芯片S相同的半导体材料的无源半导体芯片。以这种方式，可以减少插件I和传感器芯片S的CTE不匹配的影响以及由此产生的机械应力。

在图1A的示例中，传感器芯片S具有例如矩形轮廓，特别是正方形轮廓。例如，传感器芯片S的边缘平行于插件I的相应边缘。然而，在可替代实施方式中，传感器芯片S的边缘可以相对于插件I的边缘转动，例如参见图2A至2C。

图1B示出了根据改进构思的传感器组件(例如图1A的传感器组件)的侧视图。

气隙G例如存在于传感器芯片S和第一主表面MS1之间。在图1B的侧视图中，可以看出，例如，板连接元件SB的大小(特别是高度)大于传感器芯片S的第二传感器表面与第一主表面MS1之间的距离。其中，第二传感器表面与第一传感器表面相反并且背向插件I。

因此，在这样的实施方式中，根据改进构思，在传感器芯片S和相应传感器装置的电路板之间可以存在另外的气隙(未示出)，其中，传感器组件经由板连接元件SB安装到电路板。因此，例如，传感器芯片S可以在这种传感器装置中不接触电路板。

图1C和1D示出了图1A的传感器组件的不同立体图。

图2A示出了根据改进构思的传感器组件的另一示例性实施方式的俯视图，其是从与传感器芯片S相反的一侧观察到的视图。传感器组件基于图1A的传感器组件。

在图2A的实施方式中，传感器芯片S和插件I都具有例如正方形或近似正方形的轮廓。传感器芯片S和插件I，特别是它们的侧向边缘，相对于彼此转动例如45°或大约45°的角度。以这种方式，可以减小传感器组件的占用空间。

此外，插件I的侧向边缘的长度可以例如尽可能小，使得传感器芯片S仍然适合，特别是完全适合在第一主表面MS1上。因此，传感器组件的占用空间可能仅略大于单个传感器芯片S的占用空间。在转动45°的示例性情况下，插件I的侧向边缘的长度可以是传感器芯片S的侧向边缘的长度的

倍或大约

倍，特别是达到制造公差。

图2B示出了图2A的传感器组件的透视图。

图2C示出了图2A的传感器组件的侧视图。

图3示出了根据改进构思的传感器装置以及传感器装置的位移场的分量的示例性实施方式。

图3的传感器装置包括根据改进构思的传感器组件(例如针对图1A至2C所描述的传感器组件)以及电路板CB。通过将板连接元件SB(特别是焊球)附接(特别是焊接)到电路板CB，而将传感器组件安装到电路板CB。

图3的x轴和z轴示出了以米为单位的相应方向上的位置。在图3的示例中，机械力施加在电路板上，特别是在z方向上施加，如从例如平面电路板CB的弯曲可以看出。因此，机械应力作用在电路板CB上和传感器组件上。因此，例如，插件I也相应地弯曲。

由于柔性结构F1、F2、F3、F4的柔性(特别是与传感器芯片S相比增加的柔性)以及由此使传感器芯片S柔性安装到插件I，传感器芯片S可以例如不弯曲或者可以减小由于施加的力引起的传感器芯片的弯曲。

图3进一步以灰度级示出了由施加的力导致的以μm为单位的位移场的分量(特别是z分量)的模拟结果。位移场表示传感器装置的点在施加的力的影响下相对于没有施加力的情况的位移。因此，位移场的z分量或位移场的分量的差异可以表示机械应力的空间分布的量度。

由于所描述的对传感器芯片S的柔性安装，传感器芯片S与传感器装置的其余部分在机械应力上有效地解耦。特别地，位移场的z分量的值在与传感器芯片S对应的区域内大约恒定，指示该区域中的低机械应力。需要指出的是，位移场的非零且大约恒定的值例如是由于插件I的弯曲导致的整个传感器芯片S的平移运动导致的。特别地，这样的恒定值不会转换为机械压力。

图4示出了根据改进构思的用于制造传感器组件(例如图1A至图3之一中的传感器组件)的方法的示例性实施方式的流程图。

在框A1中，提供包括传感器芯片S(例如多个这种传感器芯片S)的晶片。提供晶片可以包括处理步骤(特别是前端处理步骤)以制造传感器芯片S，传感器芯片S例如包括传感器元件SE。

在框A2中，将芯片连接元件C1、C2、C3、C4(例如柱凸块或ECD凸块)施加到第一传感器表面。

在框A3中，通过分离或切割过程将各传感器芯片S分离。

在框B1中，提供包括插件I(例如多个这样的插件I)的晶片或衬底，例如半导体、玻璃、环氧树脂、BT-环氧树脂、FR4或陶瓷晶片或衬底。此外，例如通过单层布线，在第一主表面MS1上生成金属化层。单层布线可以包括用于将芯片连接元件C1、C2、C3、C4和/或板连接元件SB连接到第一主表面MS1的开口接合焊盘。

在框B2中，例如在插件I中蚀刻出开口O1、O2、O3、O4。对于蚀刻，例如可以使用深反应离子蚀刻DRIE或另一蚀刻工艺，特别是各向异性蚀刻工艺。例如，在完成蚀刻之后，开口O1、O2、O3、O4可以不延伸穿过晶片的整个厚度。在这方面，参见框B4。

在框B3中，在第一主表面MS1上沉积用于连接芯片连接元件C1、C2、C3、C4的芯片连接焊盘。特别地，如果芯片连接元件C1、C2、C3、C4通过共晶或热压接合连接到第一主表面，例如当芯片连接元件C1、C2、C3、C4实施为柱凸块或ECD凸块时，芯片连接焊盘可以是金焊盘。在使用焊球作为芯片连接元件C1、C2、C3、C4的实施方式中，芯片连接焊盘可以实现为凸块下金属化层。

此外，在框B3中，在第一主表面MS1上还沉积用于连接板连接元件SB的板连接焊盘。板连接焊盘可以实施为凸块下金属化层，特别是在使用焊球作为板连接元件SB时。

在框B4中，执行晶片减薄过程以实现插件I和柔性结构F1、F2、F3、F4的最终厚度。特别地，晶片被至少减薄至使得在框B4的晶片减薄之后，开口O1、O2、O3、O4延伸穿过晶片的整个厚度。

在框B5中，在焊球滴落(ball drop)步骤中在第一主表面MS1上沉积板连接元件SB。然后，可以通过第一焊接过程(特别是回流焊接过程)将板连接元件SB附接到第一主表面MS1。

在完成框A3和B5的步骤之后，根据所使用的芯片连接元件C1、C2、C3、C4的类型，在框AB1中，例如通过共晶或热压接合或通过焊接将传感器芯片S接合到插件I。

在框AB2中，通过进一步的分离或切割过程将各传感器组件分离。

在第二焊接过程中，可以将传感器组件焊接到电路板CB，以形成例如根据改进构思的传感器装置。

借助于根据改进构思的传感器组件、传感器装置和/或方法，可以减小例如由外力引入的或者例如由于CTE不匹配而在内部生成的机械应力对传感器芯片S的影响。因此，例如可以避免传感器性能的退化或传感器芯片S或传感器元件SE的物理损坏，传感器芯片S或传感器元件SE可能是易碎结构，例如MEMS结构。改进构思例如通过将传感器芯片S与插件I和/或电路板CB的机械解耦来实现这一点。

同时，例如可以保持低封装占用空间。特别地，整个封装占用空间和/或高度可以仅略微大于传感器芯片S的大小。

从制造的角度来看，插件I有利地仅需要例如用于产生开口或金属化层的有限处理。不需要穿透半导体的通孔或沟槽，并且插件I的整个区域都可用于产生应力解耦元件，特别是柔性结构F1、F2、F3、F4。例如，传感器芯片S到插件I的芯片到晶片的堆叠可以批处理地完成。

例如实施为MEMS膜的传感器芯片S(例如传感器元件SE)的易碎表面可以通过插件I来保护免受物理伤害，同时可以仍然存在气隙G，这例如对于压力或气体传感器可能是重要的。

特别地，所描述的封装构思适用于传感器组件，其中，传感元件SE和读出电路集成在单个芯片上。

附图标记

I 插件

MS1、MS2 插件的主表面

S 传感器芯片

SE 传感器元件

O1、O2、O3、O4 开口

F1、F2、F3、F4 柔性结构

C1、C2、C3、C4 芯片连接元件

SB 板连接元件

CB 电路板

G 气隙

Claims (15)

1.一种用于安装在电路板上的传感器组件，该传感器组件包括：

-插件(I)，其具有

-第一主表面(MS1)、与第一主表面(MS1)相反的第二主表面(MS2)和在第一主表面(MS1)和第二主表面(MS2)之间延伸的至少一个开口(O1、O2、O3、O4)；和

-至少两个应力解耦元件，其中，所述至少两个应力解耦元件中的每个包括柔性结构(F1、F2、F3、F4)，所述柔性结构(F1、F2、F3、F4)由插件(I)的被所述至少一个开口(O1、O2、O3、O4)之一部分地包围的相应部分形成；

-传感器芯片(S)，连接到第一主表面(MS1)上的柔性结构(F1、F2、F3、F4)；以及

-适于将传感器组件连接到电路板(CB)的至少两个板连接元件(SB)，所述至少两个板连接元件(SB)布置在第一主表面(MS1)上。

2.根据权利要求1所述的传感器组件，其中，传感器芯片(S)包括配置成根据环境参数生成至少一个传感器信号的传感器元件(SE)，并且传感器芯片(S)还包括配置成根据至少一个传感器信号生成至少一个输出信号的读出电路。

3.根据权利要求1或2之一所述的传感器组件，其中，传感器元件(SE)布置在传感器芯片(S)的面向第一主表面(MS1)的第一传感器表面上。

4.根据权利要求1或2之一所述的传感器组件，其中，在插件(I)和传感器芯片(S)之间存在气隙(G)。

5.根据权利要求1或2之一所述的传感器组件，其中，插件(I)没有有源电子功能。

6.根据权利要求1或2之一所述的传感器组件，其中，插件(I)包括将所述至少两个板连接元件(SB)电连接到传感器芯片(S)的金属化层。

7.根据权利要求1或2之一所述的传感器组件，其中，对于柔性结构(F1、F2、F3、F4)中的每个，柔性结构(F1、F2、F3、F4)的柔性大于传感器芯片(S)的柔性。

8.根据权利要求1或2之一所述的传感器组件，其中，柔性结构(F1、F2、F3、F4)的厚度小于传感器芯片(S)的厚度。

9.根据权利要求1或2之一所述的传感器组件，其中，对于柔性结构(F1、F2、F3、F4)中的每个，柔性结构(F1、F2、F3、F4)对于在限定方向上的偏转的有效弹性常数小于传感器芯片(S)对于在限定方向上的偏转的有效弹性常数。

10.根据权利要求1或2之一所述的传感器组件，其中，插件(I)和传感器芯片(S)具有矩形或大致矩形的轮廓并且相对于彼此转动。

11.根据权利要求1或2之一所述的传感器组件，其中，传感器芯片(S)和插件(I)都包含相同的半导体材料。

12.一种传感器装置，包括电路板和安装在电路板(CB)上的根据权利要求1或2之一所述的传感器组件，其中，传感器组件经由板连接元件(SB)连接到电路板(CB)。

13.根据权利要求12所述的传感器装置，其中，在电路板(CB)和传感器芯片(S)之间存在另外的气隙。

14.一种用于制造用于安装在电路板上的传感器组件的方法，该方法包括：

-提供具有第一主表面(MS1)和与第一主表面(MS1)相反的第二主表面(MS2)的插件(I)；

-产生在第一主表面(MS1)和第二主表面(MS2)之间延伸的至少一个开口(O1、O2、O3、O4)，从而形成至少两个应力解耦元件，所述至少两个应力解耦元件中的每个包括柔性结构(F1、F2、F3、F4)，所述柔性结构(F1、F2、F3、F4)由插件(I)的被所述至少一个开口(O1、O2、O3、O4)之一部分地包围的相应部分形成；

-将至少两个板连接元件(SB)附接到第一主表面(MS1)，所述至少两个板连接元件(SB)适于将传感器组件连接到电路板(CB)；

-提供传感器芯片(S)并且将传感器芯片(S)连接到第一主表面(MS1)上的柔性结构(F1、F2、F3、F4)。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括：

在第一主表面(MS1)上沉积金属化层，用于将所述至少两个板连接元件(SB)电连接到传感器芯片(S)。

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