CN110023721A - 集成电路传感器封装及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

集成电路传感器封装(1)具有至少部分地围绕基板(2)和多个引线框架构件(6、8)模制的封装体(5)。基板(2)在第一侧表面(2a)上具有第一传感器元件(3)。封装体(5)包括暴露第一传感器元件(3)的敏感表面(4)的孔(5a)。导电胶连接部(7、9)设置在第一传感器元件(3)的接触端子和多个引线框架构件(6、8)中的一个或多个之间。

Description

集成电路传感器封装及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种传感器封装，具体地，涉及一种集成电路传感器封装，该传感器封装包括至少部分地围绕基板和多个引线框架构件模制的封装体。在另一方面，本发明涉及一种制造这种集成电路传感器封装的方法，其中该方法包括提供导电材料的引线框架，该引线框架包括多个引线框架构件。
背景技术
美国专利US20150177171A1公开了一种气体传感器封装，该气体传感器封装包括附接至读出集成电路(IC)装置的一侧的气体传感器，其中，该集成电路装置通过接合线与引线框架电连接。气体传感器包括在暴露侧上的感测表面以及在另一侧上的加热器元件。包括支承部件和板的、基于微机电系统(micro electro mechanical system，MEMS)的盖与模具接触，该模具用于覆盖读出集成电路和引线框架，以形成气体传感器封装。
欧洲专利公开EP-A-2 315 011公开了一种气体传感器，其包括多个电极引脚，这些电极引脚电连接至气敏元件，并且连接至引出引线，从而允许连接至气体传感器组件外部。气体传感器组件包括由多孔陶瓷制成的盖构件3、4、6，以允许来自环境的气体到达气敏元件。
德国专利公开DE-A-10 2008 015709公开了传感器芯片和支承传感器芯片的结构和半导体芯片的组件。传感器芯片由形成的陶瓷或玻璃材料制成的结构或覆盖物包围。传感器芯片例如是运动传感器。
发明内容
本发明旨在提供一种用于需要(部分)暴露于环境的传感器的传感器封装，其中传感器诸如为气体传感器。另外，本发明旨在提供一种传感器封装的结构，该传感器封装的结构允许容易的、成本有效的和可靠的制造。
根据本发明，提供了一种前言中限定的传感器封装，其中基板包括在基板的第一表面上的第一传感器元件，其中封装体包括暴露第一传感器元件的敏感表面的孔，以及其中，集成电路传感器封装还包括在第一传感器元件的接触端子和多个引线框架构件中的一个或多个之间的导电胶连接部。这种传感器元件和(一个或多个)引线框架构件之间的、基于胶(或粘合剂)的导电连接部为各种不同类型的传感器元件提供非常可靠的电连接，这与传感器封装的模制技术完全兼容。
这种已知的封装技术用于传感器封装的暴露的模制型模制，以确保传感器元件的敏感表面充分暴露。传感器封装体包括孔，其暴露第一传感器元件的至少部分，以使传感器的明确限定的区域充分暴露于环境，从而适当地允许测量相关联的传感参数。这特别适用于工业应用，诸如环境感测、气体感测、流量感测和生物感测。由于传感器尺寸变小，本发明能够以大批量生产成本有效地制造高级功能封装，同时实现更高的设备可靠性。
另一方面，本发明涉及一种用于制造这种传感器封装的方法，如上面的前序部分所述。该方法还包括：将导电胶(或粘合剂)施加至多个引线框架构件中的一个或多个；抵靠多个引线框架构件中的一个或多个上的导电胶，将第一传感器元件的接触端子部件定位在基板的第一侧表面上；以及至少部分地围绕基板和多个引线框架构件模制封装体，并且在封装体中提供孔，从而至少部分地暴露作为第一传感器的部分的敏感表面。
通过应用这样的方法，提供了可靠且成本有效的制造方法，其中传感器封装使用导电胶或粘合剂(其可以容易地以液体形式施加)提供简化的内部电连接部。根据本发明的实施方式的传感器封装进一步简化了制造过程，从而降低了整体复杂性和制造成本。本发明能够保护传感器，并支持电子设备在诸如包括腐蚀性气体和/或流体的环境或者温度变化的环境的恶劣环境中操作。
附图说明
下面将参考附图来更详细地讨论本发明。
图1A示出了根据本发明实施方式的传感器封装1的二维俯视图，传感器封装1的顶部具有第一传感器元件。
图1B示出了图1A中所示的传感器封装沿线IB-IB截取的剖视图。
图2示出了根据本发明另一实施方式的传感器封装的三维视图。
图3示出了根据本发明又一实施方式的传感器封装的三维视图，其中传感器封装中具有附加部件。
图4示出了根据本发明另一实施方式的传感器组件的仰视图，其具有加热器元件。
具体实施方式
在很多应用中，传感器用于测量需要将敏感表面暴露于环境的大量参数。有利的是，传感器在传感器封装中可用，该传感器封装类似于众所周知的集成电路封装技术。这将允许经济有效的制造，并更好地集成到其他电子设备中。
图1A示出了根据本发明第一实施方式的传感器封装1的俯视图。在该实施方式中，传感器封装1包括封装体5，封装体5至少部分地包围基板2和多个引线框架构件6、8、11(作为例如集成电路的常规模制封装)。在所示的实施方式中，只有用附图标记6和8表示的引线框架构件实际上用作外接触件，而其他的引线框架构件11没有连接。该实施方式中的基板2布置为第一传感器元件3。
使用导电胶(或粘合剂)连接部7、9在传感器元件3的接触端子之间提供电接触。在所示的实施方式中，传感器元件端子中的一个使用导电胶连接部7连接至引线框架构件6的桥接组，以及传感器元件端子中的另一个使用导电胶连接部9连接至两个引线框架构件8。通常，任何被设置为用作第一传感器元件3的基板2可容纳在封装体5中，以及传感器元件端子中的一个、两个或甚至更多个可连接至多个引线框架构件6、8中的一个、两个或甚至更多个，从而提供外部连接。可容易地获得合适的导电胶或粘合剂化合物，该导电胶或粘合剂化合物可容易地施加在引线框架构件6、8上。在使引线框架构件6、8与第一传感器元件3的接触端子部分接触之后，其中导电胶连接部7、9在它们之间，获得坚固且耐用的(电)连接(例如通过蒸发溶剂，或通过施加硬化辐射)。
因而，在一般意义上，本发明实施方式涉及一种传感器封装，其包括封装体5，封装体5至少部分地包围基板2和多个引线框架构件6、8，其中，基板2包括位于第一表面2a上的第一传感器元件3，以及其中，封装体5包括暴露第一传感器元件3的敏感表面4的孔5a，以及其中，传感器封装1还包括在第一传感器元件3的接触端子与多个引线框架构件6、8中的一个或多个之间的导电胶连接部7、9。
图1B示出了图1A中所示传感器封装1沿线IB-IB截取的剖视图。图中示出了封装体5内(桥接的)引线框架构件6的剖视图。它包括作为顶部结构的引线框架6，引线框架6通过导电胶7连接至第一传感器元件3。如图所示，在该剖视图中，基板2包括第一侧表面2a和第二侧表面2b。包括多个引线框架构件6、8的引线框架设计成通过简单地将基板2在其第一侧表面2a上在适当对准位置上，分别定位在预定量的胶7、9上，从而允许基于胶的电连接部7、9。该剖视图清楚地示出了导电胶连接部7、9设置在基板2的第一侧表面2a上。
在示例性实施方式中，封装在传感器封装1内的第一传感器元件3是气体传感器，例如氢传感器。为了实现氢传感器，基板2例如设置为具有氧化钛层4的基板，其通过添加铂Pt(或者可替代地添加钯Pd)而敏化，以检测氢(H2)。也可以想到其他类型的基板类型的氢传感器，例如，基于诸如氧化锡(SnO2)、氧化硅(SiO2)或氧化钛(TiO或TiO2)的半导体氧化物膜，作为催化剂的、诸如铂或钯的贵金属的一个或多个区域/层施加(例如使用溅射技术)在该半导体氧化物膜上。在另外的替代方案中，可施加柔性或刚性基底上的催化剂材料层(例如钯Pd)。更一般地，在另一实施方式中，气体传感器是包括氧化钛层的氢气传感器，其中，导电胶连接部7、9设置在第一传感器元件3的端子部分(即，一个在基板2上，一个在敏感表面4上)与多个引线框架构件6、8中的一个或多个之间。封装体5中的孔5a允许敏感表面4的感测区域与待在环境中进行感测的气体之间直接接触。
图2示出了根据本发明另一实施方式的传感器封装1的三维视图。如图所示，包装体5至少部分地包围基板2和多个(连接的)引线框架构件6、8。基板2包括设置有第一传感器元件3(具有敏感表面4)的第一侧表面2a，以及封装体5具有孔5a，孔5a至少部分地暴露第一传感器元件3的敏感表面4。孔5a确保使第一传感器元件3的敏感表面4适当地暴露于环境，而如封装体5和引线框架构件6、8的IC允许容易地在电子设备中包括传感器封装1。
图3示出了根据本发明的又一实施方式的传感器封装的三维视图，其中传感器封装中具有附加部件。传感器封装设置有集成电路10和/或第二传感器元件12，集成电路10和/或第二传感器元件12经由接合线13电连接至多个引线框架构件11中的其他引线框架构件。这些接合线13包括于封装体5中(并由封装体5保护)，如在任何普通集成电路封装中那样。集成电路10和/或传感器元件12机械地附接至基板2的第二表面侧2b。在该实施方式的概括中，基板2还包括设置有一个或多个电子部件10、12的第二侧表面2b。如图3的实施方式所示，一个或多个电子元件10、12、14通过接合线13电连接至多个引线框架构件11中的其他引线框架构件。
在示例性实施方式中，一个或多个电子部件10、12、14包括集成电路10和/或第二传感器元件12，例如，温度传感器。如图3的实施方式所示，第二传感器元件12的端子经由接合线13连接至其他的引线框架构件11。另外地或替代地，接合线13也可直接设置在第二传感器元件12与集成电路10之间。在第一传感器元件3中实现的气体传感器(或作为示例的氢传感器)的特性响应受到温度变化的影响，并且在气体传感器的实际应用中必须考虑这种影响。为了克服这种限制，第一传感元件3在同一基板2上(在其第二侧表面2b上)伴随有温度传感器形式的第二传感元件12。以这种方式，可校正来自气体传感器(第一传感元件3)的测量信号，从而在变化的温度下获得可靠测量的气体浓度。如上所述，为了电连接，本实施方式中的第二传感器元件12通过引线接合(使用接合线13)到多个引线框架构件11中的其他引线框架构件。
图4示出了根据本发明又一实施方式的传感器封装1的(二维)仰视图，其具有加热器元件14。加热器元件14直接设置在基板2的第二侧表面2b上，例如，作为薄膜电阻元件。再次使用接合线13将加热器元件14电连接至多个引线框架构件11中的其他两个引线框架构件11。
在另一方面，本发明还涉及一种制造根据上述任一实施方式的传感器封装的方法。本发明的方法实施方式包括：提供导电材料的引线框架，引线框架包括多个引线框架构件6、8；将导电胶施加至多个引线框架构件6、8中的一个或多个；抵靠多个框架构件6、8中的一个或多个上的导电胶，将第一传感器元件3的接触端子定位在基板2的第一侧表面2a上；以及至少部分地围绕基板2和多个引线框架构件6、8模制封装体5，并在封装体5中提供孔5a，从而至少部分地暴露第一传感器元件3的敏感表面部分4。如在用于制造集成电路封装的正常过程中，同样在用于制造传感器封装的该过程中，该方法还可包括修整延伸至封装体5外部的引线框架的部分，从而为传感器封装1提供多个多个外部电接触部。对于其中在基板的第二侧表面2b上提供另外的电子部件10、12、14的实施方式，在另一实施方式中的方法还包括：在基板2的第二侧表面2b上设置一个或多个电子部件10、12、14；以及将该一个或多个电子元件10、12、14引线接合至多个引线框架构件11中的其他引线框架构件。
可以在以下相互依赖和编号的实施方式描述中概述上述示例性实施方式：
上面已经参考如附图中所示的多个示例性实施方式描述了本发明。一些部件或元件的修改和替代实施是可能的，并且包括在所附权利要求中限定的保护范围内。

Claims (12)

1.集成电路传感器封装，包括至少部分地围绕基板(2)和多个引线框架构件(6、8)模制的封装体(5)，其中，所述基板(2)包括第一传感器元件(3)，所述第一传感器元件(3)位于所述基板(2)的第一侧表面(2a)上，以及其中，所述封装体(5)包括孔(5a)，以暴露所述第一传感器元件(3)的敏感表面(4)，以及其中，所述集成电路传感器封装(1)还包括在所述第一传感器元件(3)的接触端子和所述多个引线框架构件(6、8)中的一个或多个之间的导电胶连接部(7、9)。
2.根据权利要求1所述的集成电路传感器封装，其中，所述导电胶连接部(7、9)设置在所述基板(2)的所述第一侧表面(2a)上。
3.根据权利要求1或2所述的集成电路传感器封装，其中，所述第一传感器元件(3)是气体传感器。
4.根据权利要求3所述的集成电路传感器封装，其中，所述气体传感器是包括氧化钛层的氢气传感器，其中，所述导电胶连接部(7、9)设置在所述第一传感器元件(3)的端子部部件和所述多个引线框架构件(6、8)中的一个或多个之间。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的集成电路传感器封装，其中，所述基板(2)还包括设置有一个或多个电子部件(10、12、14)的第二侧表面(2b)。
6.根据权利要求5所述的集成电路传感器封装，其中，所述一个或多个电子部件(10、12、14)通过接合线(13)电连接至多个引线框架构件(11)中的其他引线框架构件。
7.根据权利要求5或6所述的集成电路传感器封装，其中，所述一个或多个电子部件(10、12、14)包括第二传感器元件(12)，所述第二传感器元件(12)例如为温度传感器。
8.根据权利要求5至7中的任一项所述的集成电路传感器封装，其中，所述一个或多个电子部件(10、12、14)包括集成电路(10)。
9.根据权利要求5-8中的任一项所述的集成电路传感器封装，其中，所述一个或多个电子部件(10、12、14)包括在所述第二侧表面(2b)上的薄膜加热器元件(14)。
10.制造根据权利要求1至9中的任一项所述的集成电路传感器封装的方法，包括：
提供导电材料的引线框架，所述引线框架包括多个引线框架构件(6、8)；
将导电胶施加至所述多个引线框架构件(6、8)中的一个或多个；
抵靠所述多个引线框架构件(6、8)中的一个或多个上的导电胶，将所述第一传感器元件(3)的接触端子部件定位在所述基板(2)的所述第一侧表面(2a)上；以及
至少部分地围绕所述基板(2)和所述多个引线框架构件(6、8)模制封装体(5)，并在所述封装体(5)中提供孔(5a)，从而至少部分地暴露所述第一传感器元件(3)的敏感表面(4)。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括：修整所述引线框架的部分，所述引线框架的所述部分延伸至所述封装体(5)的外部，以为所述传感器封装(1)提供多个外部电接触部。
12.根据权利要求10或11所述的方法，还包括：
在所述基板(2)的第二侧表面(2b)上设置一个或多个电子部件(10、12、14)；
将所述一个或多个电子元件(10、12、14)引线接合至所述多个引线框架构件(11)中的其他引线框架构件。
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