CN109642810B - 传感器封装件和制造传感器封装件的方法 - Google Patents

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Abstract

传感器封装件包括具有电导体(13)、ASIC器件(6)和集成在ASIC器件(6)中的传感器元件(7)的载体(1)。虚设管芯或内插器(4)布置在载体(1)和ASIC器件(6)之间。虚设管芯或内插器(4)固定到载体(1)，并且ASIC器件(6)固定到虚设管芯或内插器(4)。

Description

传感器封装件和制造传感器封装件的方法
技术领域
本发明涉及一种传感器封装件以及用于制造传感器封装件的方法。
背景技术
许多集成的传感器装置，例如压力传感器、霍尔传感器、陀螺仪或惯性传感器，通常非常容易受到压力的影响，压力会使性能恶化甚至损坏脆弱的传感器结构。对于需要直接接触环境的压力传感器来说，这个问题更加严重。
WO 2002/048668 A2公开了一种集成的CMOS电容式压力传感器。
US 2014/0090485 A1公开了一种MEMS压力传感器组件，其包括第一管芯组件和第二管芯组件，所述第一管芯组件包括MEMS压力传感器，所述第二管芯组件包括ASIC，该ASIC被构造成产生与由MEMS压力传感器感测的压力相对应的电输出。导电构件定位在第一管芯组件和第二管芯组件之间，并且将MEMS压力传感器和ASIC进行电连接。
发明内容
本发明的目的是公开一种紧凑的传感器封装件，该封装件适于使传感器与外部压力机械去耦，并公开了一种制造这种传感器封装件的方法。
该目的通过根据权利要求1的传感器封装件和通过根据权利要求12的制造传感器封装件的方法来实现。实施例和变型源自从属权利要求。
传感器封装件包括载体和具有集成传感器元件的ASIC器件，该载体包括电导体。虚设管芯或内插器布置在载体和ASIC器件之间并固定到载体上。特别地，该虚设管芯或内插器可以包括电惰性半导体衬底，或者它可以包括绝缘体，尤其是玻璃。ASIC器件固定到虚设管芯或内插器。
在传感器封装件的实施例中，包括硅树脂的粘合剂层布置在虚设管芯或内插器与ASIC器件之间。特别地，粘合剂层可以为至少80μm厚。
另一实施例包括具有开口的罩。虚设管芯或内插器和ASIC器件布置在载体和罩之间。
在另一实施例中，传感器元件是压力传感器。
在另一实施例中，传感器元件对压力敏感。
在另一实施例中，虚设管芯或内插器具有比ASIC器件更小的横向尺寸。
在另一实施例中，ASIC器件至少在一侧上横向悬伸出虚设管芯或内插器至少100μm。
另一实施例包括键合层，该键合层包括管芯附着箔并且布置在载体和虚设管芯或内插器之间。
制造传感器封装件的方法包括：提供具有电导体的载体，将虚设管芯或内插器固定在载体上，提供包括集成传感器元件的ASIC器件，以及将ASIC器件固定到虚设管芯或内插器。
在该方法的变型中，ASIC器件通过粘合剂层固定到虚设管芯或内插器，该粘合剂层尤其可以包括硅树脂。特别地，粘合剂层可以形成为至少80μm厚。
在该方法的另一变型中，虚设管芯或内插器(4)通过包括管芯附着箔的键合层固定到载体。
附图说明
以下结合附图对传感器封装件和制造方法的示例做详细描述。
图1示出了包括虚设管芯或内插器的传感器封装件的横截面。
图2示出了包括虚设管芯或内插器和悬伸的ASIC器件的另一传感器封装件的横截面。
图3示出了包括虚设管芯或内插器和具有更大悬伸部分的ASIC器件的另一传感器封装件的横截面。
图4示出了与图2中的示意图相对应的顶视图。
图5示出了与图3中的示意图相对应的顶视图。
具体实施方式
图1示出了传感器封装件的横截面，该传感器封装件包括具有集成电导体13的载体1、载体1的顶表面10上或上方的底垫2、底垫2上的键合层3、键合层3上的虚设管芯或内插器4、在虚设管芯或内插器4上的粘合剂层5、在粘合剂层5上具有集成的传感器元件7的ASIC器件6、载体1的顶表面10上的接触垫14与ASIC器件6之间的电互连件8、顶表面10上的罩9以及载体1的与顶表面10相反的后表面11上的端子接触件12。虚设管芯或内插器4提供ASIC器件6与载体1的机械去耦。因此可以防止可能由作用在传感器封装件上的外力引起的变形对集成在ASIC器件6中的传感器元件7产生不利影响。
载体1可以是印刷电路板，例如，特别是层压板。例如，载体1的后表面11上的端子接触件12可以形成为栅格阵列封装的形状。集成电导体13可以提供布线或再分配。虚设管芯或内插器4可以包括半导体材料，其可以特别是硅，并且可以特别地包括电惰性半导体衬底。替代地，例如，虚设管芯或内插器4可以包括绝缘体或玻璃。绝缘体或玻璃的热膨胀系数尤其可以适应ASIC器件6的热膨胀系数。
底垫2是可选的。例如，键合层3可以是管芯附着箔。
粘合剂层5可以特别包括硅树脂，即通过聚合硅氧烷获得的聚合物。可以像胶一样施加硅树脂以将ASIC器件6固定到虚设管芯或内插器4。粘合剂层5的厚度t大于60μm，通常至少为80μm，用于ASIC器件6与虚设管芯或内插器4之间的有效机械去耦。
例如，ASIC器件6可以是CMOS器件。传感器元件7可以是任何传统的传感器，尤其是压力传感器或压力传感器阵列，其可以实现为例如微机电系统。传感器元件7还可包括对压力敏感的传感器。如果虚设管芯或内插器4具有比ASIC器件6更小的横向尺寸，使得至少在ASIC器件6的一个横向侧或边缘上形成横向悬伸部分15，则改善了ASIC器件6与载体1的机械去耦。悬伸部分15可以比图1中所示的悬伸部分15大得多。
ASIC器件6和载体1的顶表面10上的接触垫14之间的电互连件8可以是粘结线，例如，如图1所示。虚设管芯或内插器4和ASIC器件6的堆叠容纳在空腔17中，空腔17由载体1和罩9形成。电互连件8和接触垫14也在空腔17内部。罩9可包括金属盖。如果传感器元件7是需要接触环境的压力传感器，则在罩9中设置开口16。
通常，载体1的厚度可以在130μm至170μm的范围内，键合层3的厚度为约20μm，虚设管芯或内插器4的厚度在50μm至200μm的范围内，粘合剂层5的厚度在60μm至大于100μm的范围内，ASIC器件6的高度h在140μm至400μm的范围内，并且包括罩9的传感器封装件的总高度H在600μm至1100μm的范围内。
图2是包括虚设管芯或内插器4的另一传感器封装件的横截面。根据图2的传感器封装件的元件与根据图1的传感器封装件的相应元件类似，用相同的附图标记表示。在根据图2的传感器封装件中，在虚设管芯或内插器4上方的ASIC器件6的横向悬伸部分15大于根据图1的传感器封装件中的横向悬伸部分15，以便改善机械去耦。特别地，悬伸部分15在ASIC器件6的两个或三个相邻的横向侧或边缘上可以更大，这种布置的形状类似于称为火鸡尾巴的蘑菇(变色栓菌)。悬伸部分15的所示尺寸d通常可以大于50μm或甚至大于100μm。
图3是包括虚设管芯或内插器4的另一传感器封装件的横截面。根据图3的传感器封装件的元件与根据图1的传感器封装件的相应元件类似，用相同的附图标记表示。在根据图3的传感器封装件中，ASIC器件6在虚设管芯或内插器4上方的横向悬伸部分15甚至比根据图2的传感器封装件中的横向悬伸部分15更大。悬伸部分15可以存在于一个侧面或边缘上，或者存在于两个或三个相邻的横向侧或边缘上。较大的悬伸部分15允许传感器元件7从ASIC器件6的由虚设管芯或内插器4支撑的区域朝向悬伸部分15的区域移位，以便增强传感器元件7的机械去耦。图3中所示的悬伸部分15的尺寸d通常可以大于100μm。
图4是根据图2的传感器封装件的虚设管芯或内插器4和ASIC器件6的堆叠的顶视图，对应于图2中朝下指向的箭头的指示“IV”。被ASIC器件6覆盖的虚设管芯或内插器4的隐藏轮廓在图4中用虚线表示。例如，ASIC器件6的接触区域18通过互连件8电连接到接触垫14，其中接触区域18可以是布线的最上面的金属化层的未被覆盖的表面区域或接触垫，在该示例中，互连件8是键合线。接触垫14和接触区域18的数量和布置可以根据各个要求而变化。传感器元件7可以布置在ASIC器件6的中心处或其中心附近，如图4中作为示例所示，或者布置在ASIC器件6的边缘附近。图4示出了典型的“火鸡尾巴”配置，其中大的悬伸部分15在ASIC器件6的三个相邻横向侧或边缘上延伸。替代地，大的悬伸部分15可以仅存在于ASIC器件6的两个相邻横向侧或边缘上。
图5是根据图3的传感器封装件的虚设管芯或内插器4和ASIC器件6的堆叠的顶视图，对应于图3中向下指向的箭头的指示“V”。被ASIC器件6覆盖的虚设管芯或内插器4的隐藏轮廓在图5中用虚线表示。例如，ASIC器件6的接触区域18通过互连件8电连接到接触垫14，其中接触区域18可以是布线的最上面的金属化层的未被覆盖的表面区域或接触垫，在该示例中，互连件8是键合线。接触垫14和接触区域18的数量和布置可以根据各个要求而变化。传感器元件7布置在悬伸部分15的区域中。图5示出了“跳板”配置，其中大的悬伸部分15仅在ASIC器件6的一个横向侧或边缘上。替代地，大的悬伸部分15可以存在于ASIC器件6的两个或三个相邻的横向侧或边缘上，如图4中所示的示例。
传感器封装件特别适用于压力敏感传感器。传感器元件和电路集成在单个管芯上，这允许很大程度上降低传感器封装件的总高度。同时，通过电惰性虚设管芯或内插器增强了压力去耦。如果虚设管芯或内插器的热膨胀系数适应ASIC器件的热膨胀系数，特别是如果虚设管芯或内插器包括与ASIC器件相同的半导体材料并因此具有相同的热膨胀系数，则防止由热膨胀引起的压力。
附图标记列表
1 载体
2 底垫
3 键合层
4 虚设管芯或内插器
5 粘合剂层
6 ASIC器件
7 传感器元件
8 互连件
9 罩
10 顶表面
11 后表面
12 端子接触件
13 电导体
14 接触垫
15 悬伸部分
16 开口
17 空腔
18 接触区域
d 尺寸
h ASIC器件的高度
H 传感器封装件的高度
t 厚度

Claims (15)

1.一种传感器封装件，包括：
-包括电导体(13)的载体(1)，
-ASIC器件(6)，和
-传感器元件(7)，
其特征在于
-传感器元件(7)集成在ASIC器件(6)中，
-在载体(1)和ASIC器件(6)之间布置有虚设管芯或内插器(4)，并且虚设管芯或内插器(4)固定到载体(1)，
-ASIC器件(6)固定到虚设管芯或内插器(4)，以及
-ASIC器件(6)横向悬伸出虚设管芯或内插器(4)至少100μm。
2.根据权利要求1所述的传感器封装件，其中，虚设管芯或内插器(4)包括电惰性半导体衬底。
3.根据权利要求1所述的传感器封装件，其中，虚设管芯或内插器(4)包括绝缘体或玻璃。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器封装件，所述传感器封装件还包括：
在虚设管芯或内插器(4)和ASIC器件(6)之间的粘合剂层(5)，该粘合剂层(5)包括硅树脂。
5.根据权利要求4所述的传感器封装件，其中，所述粘合剂层(5)的厚度为至少80μm。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器封装件，所述传感器封装件还包括：
具有开口(16)的罩(9)，虚设管芯或插入器(4)和ASIC器件(6)布置在载体(1)和罩(9)之间。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器封装件，其中，所述传感器元件(7)是压力传感器。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器封装件，其中，所述传感器元件(7)对压力敏感。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器封装件，其中
虚设管芯或内插器(4)具有比ASIC器件(6)小的横向尺寸。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的传感器封装件，所述传感器封装件还包括：
在载体(1)和虚设管芯或内插器(4)之间的键合层(3)，该键合层(3)包括管芯附着箔。
11.一种制造传感器封装件的方法，包括：
-提供包括电导体(13)的载体(1)，
-将虚设管芯或内插器(4)固定在载体(1)上，
-提供包括集成传感器元件(7)的ASIC器件(6)，以及
-将ASIC器件(6)固定到虚设管芯或内插器(4)，其中，ASIC器件(6)横向悬伸出虚设管芯或内插器(4)至少100μm。
12.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括：
通过粘合剂层(5)将ASIC器件(6)固定到虚设管芯或内插器(4)。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述粘合剂层(5)包括硅树脂。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，所述粘合剂层(5)形成为至少80μm厚。
15.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，所述方法还包括：
通过包括管芯附着箔的键合层(3)将虚设管芯或内插器(4)固定到载体(1)。
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