CN111289149A - 具有外部竖直电互连系统的压力传感器 - Google Patents

具有外部竖直电互连系统的压力传感器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及具有外部竖直电互连系统的压力传感器。提供了一种压力传感器组件，所述压力传感器组件包括支撑衬底、安装到支撑衬底的电路、安装到支撑衬底并与电路电连通的至少一个导体、以及连接到所述至少一个导体并与所述至少一个导体电连通的至少一个竖直导电路径。压力传感器组件还包括隔膜、连接到隔膜和支撑衬底的至少一个密封玻璃部段、以及安装到隔膜的至少一个横向导电馈通。至少一个导电接头连接到竖直导电路径和横向导电馈通，并且导电接头在竖直导电路径和横向导电馈通之间提供电连通。

Description

具有外部竖直电互连系统的压力传感器
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年12月7日提交的临时申请62/776,612的权益。上述申请的公开内容以引用方式并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及压力传感器组件，其具有至少一个导电接头，用于在安装到隔膜的横向导电馈通和作为支撑衬底一部分的竖直导电路径之间提供电连通，以在感测桥和信号调节电路之间形成导电连接。
背景技术
基于厚膜陶瓷技术的压力传感器元件通常是通过用低温厚膜绝缘密封玻璃附接两个陶瓷衬底、隔膜和支撑件来构造的。密封玻璃被图案化以留下用于隔膜挠曲的密封中心开口。在该开口中，感测桥形成在隔膜的内表面上。
传感器封装通常要求传感器元件和信号调节电路之间的电气接口位于支撑件的顶部外表面上。这需要支撑件的顶部和隔膜的顶部表面之间的竖直导电连接，以便将感测桥连接到信号调节电路(ASIC)。
然而，大多数压力传感器元件需要使用支撑件的内部区域来将感测桥连接到信号调节电路，这在制造过程中需要额外的步骤，并且增加了成本。
因此，在感测桥和信号调节电路之间需要竖直导电连接，这不需要使用支撑件的内部区域。
发明内容
在一个实施例中，本发明是一种压力传感器组件，其包括支撑衬底，该支撑衬底具有信号调节电路的顶侧触点，该信号调节电路连接到支撑衬底的侧壁上的侧城垛形结构的导电涂层，形成从支撑衬底的顶部到底部的导电路径。
本发明还包括隔膜衬底(或第二衬底)，该隔膜衬底(或第二衬底)在侧城垛形结构的区域中尺寸比支撑衬底宽，并且包括连接到感测桥电路的横向馈通的对应顶侧终端。隔膜衬底通过厚度<100μm的绝缘附接材料(密封玻璃)附接到支撑衬底。
导电接合材料桥接在由附接材料的厚度产生的间隙上，以在支撑衬底上的侧城垛形结构的底端和隔膜(第二衬底)上的横向馈通终端之间形成导电连接。
陶瓷厚膜组件的这些部件共同完成了感测桥和信号调节电路之间的导电连接。
在一个实施例中，本发明是一种压力传感器组件，其包括支撑衬底、安装到支撑衬底的电路、安装到支撑衬底并与电路电连通的至少一个导体、以及连接到导体并与之电连通的至少一个竖直导电路径。压力传感器组件还包括隔膜衬底、连接到隔膜衬底和支撑衬底的至少一个密封玻璃部段、以及安装到隔膜的至少一个横向导电馈通。至少一个导电接头连接到竖直导电路径和横向导电馈通，并且导电接头在竖直导电路径和横向导电馈通之间提供电连通。
在一个实施例中，竖直导电路径包括作为支撑衬底的一部分一体形成的至少一个侧城垛形结构，以及沉积在侧城垛形结构上的至少一个部段的导电材料。导电材料的部段与至少一个导体电连通，并且导电材料的部段连接到至少一个导电接头并与之电连通。
在实施例中，侧城垛形结构一体地形成为支撑衬底的侧表面的一部分。
在另一个实施例中，竖直导电路径是导体的延伸部。在实施例中，延伸部分位于支撑衬底的侧表面上。
在又一个实施例中，竖直导电路径是至少一个倒角，该倒角一体地形成为与至少一个导体的延伸部结合使用的衬底的一部分。导电接头被定位成使得导电接头与倒角接触，并且在延伸部和横向导电馈通之间提供电连通。
在实施例中，支撑衬底的宽度和深度等于隔膜衬底的宽度和深度。
在实施例中，至少一个导电接头还包括焊料材料或ECA材料中的至少一种。
从下文提供的详细描述中，本发明的其他应用领域将变得显而易见。应当理解，详细描述和具体示例虽然指示了本发明的优选实施例，但是仅仅旨在用于说明的目的，而并不旨在限制本发明的范围。
附图说明
本发明将从详细描述和附图中变得更完全被理解，其中：
图1是根据本发明的实施例的具有至少一个导电接头的压力传感器组件的第一实施例的透视图；
图2是根据本发明的实施例的隔膜的透视图，该隔膜是具有至少一个导电接头的压力传感器组件的第一实施例的一部分；
图3是根据本发明的实施例的具有至少一个导电接头的压力传感器组件的第一实施例的俯视图；
图4是根据本发明的实施例的具有至少一个导电接头的压力传感器组件的第一实施例的俯视图；
图5是根据本发明的实施例的具有至少一个导电接头的压力传感器组件的第一实施例的局部截面侧视图；
图6a是根据本发明的实施例的具有至少一个导电接头的压力传感器组件的第二实施例的透视图；
图6b是根据本发明的实施例的具有至少一个导电接头的压力传感器组件的第二实施例的局部截面侧视图；
图7a是根据本发明的实施例的具有至少一个导电接头的压力传感器组件的第三实施例的透视图；
图7b是根据本发明的实施例的具有至少一个导电接头的压力传感器组件的第三实施例的局部截面侧视图；
图8是根据本发明的实施例的用于制造压力传感器组件的第一实施例的子组件的俯视图；和
图9是根据本发明的实施例的用于制造用作压力传感器组件的第一实施例的一部分的多个支撑衬底的子组件的俯视图。
具体实施方式
下面对优选实施例的描述本质上仅仅是示例性的，决不旨在限制本发明、其应用或用途。
根据本发明的压力传感器组件的实施例在图1-5中大体以10示出。组件10是绝对压力传感器，并且包括电路，在该实施例中，该电路是安装到支撑衬底14的信号调节专用集成电路(ASIC) 12。然而，在本发明的范围内，在其他实施例中，可以有安装到支撑衬底14的印刷电路板(PCB)，并且电路安装到PCB。再次参考图1-5，连接到ASIC 12并与之电连通的是多个导体16，其安装到支撑衬底14的顶部表面14a。多个侧城垛形结构18形成为支撑衬底14的一部分。在该实施例中，侧城垛形结构18中的每一个是形成为支撑衬底14的侧表面14b之一的一部分的半圆形切口部分，但是在本发明的范围内也可以使用其他形状。侧城垛形结构18中的每一个衬有以40示出的导电材料的部段，导电材料40的各个部段连接到导体16中相应的一个并与之电连通。侧城垛形结构18中的每一个与导电材料40的部段结合形成多个竖直导电路径的第一实施例。
在一个实施例中，导电材料40的每个部段是烧结导电材料，例如银，但是在本发明的范围内也可以使用其他类型的材料，例如但不限于烧结厚膜糊料或金属化材料。
组件10还包括隔膜衬底20，并且安装到隔膜衬底20的是大体以22示出的感测桥。多个横向导电馈通24也安装到隔膜衬底20。在所示的实施例中，有几个横向导电馈通24，但是在本发明的范围内可以使用更多或更少的横向导电馈通24来对应于竖直导电路径的数量。还存在密封玻璃部段26，用于将隔膜衬底20连接到支撑衬底14。
在支撑衬底14连接到隔膜衬底20之后，导电材料40的部段被放置成与横向导电馈通24电连通。这是通过使用多个导电接头28来实现的，其中每个导电接头28连接到导电材料40的相应部段和横向导电馈通24中的每一个的相应焊盘（pad）44。在一个实施例中，导电接头28由焊料材料制成，但是在本发明的范围内，导电接头28也可以由其他导电接合材料制成，例如但不限于导电粘合剂(ECA)。
导电接头28的添加允许ASIC 12和感测桥22之间的电连通。更具体地，ASIC 12和感测桥22通过导体16、导电材料40的部段、导电接头28和横向导电馈通24电连接。关于来自感测桥22的压力读数的信息能够被传送到ASIC 12。
在图6A-6B中示出了压力传感器组件10的替代实施例，其中相同的数字表示相同的元件。在该实施例中，没有侧城垛形结构18或导电材料40的部段，并且支撑衬底14的侧表面14b是平坦的。另外，在该实施例中，多个竖直导电路径中的每一个都具有延伸部分46，该延伸部分46是电导体16中的每一个的延伸部。更具体地，在该实施例中，电导体16中的每一个的延伸部分46沿着支撑衬底14的侧表面14b中的一个延伸，如图6A-6B所示。电导体16和延伸部分46可以在单个制造步骤中连接到支撑衬底14，并且在一个实施例中由相同的材料制成。电导体16中的每一个从支撑衬底14的顶部表面14a上的ASIC 12延伸，并连接到相应的延伸部分46。导电接头28连接到每个电导体16的相应延伸部分46和横向导电馈通24的相应焊盘44，使得关于来自感测桥22的压力读数的信息能够被传送到ASIC 12。
图7A-7B示出了本发明的另一个实施例，其中相同的数字表示相同的元件。在该实施例中，同样没有侧城垛形结构18或导电材料40的部段，并且同样多个竖直导电路径由电导体16中的每一个的延伸部分46形成。然而，在该实施例中，存在形成为支撑衬底14的一部分的多个倒角42。在该实施例中，导电接头28中的每一个连接到每个相应电导体16的延伸部分46中的一个和横向导电馈通24中的一个，使得导电接头28中的每一个与倒角42中的一个接触。倒角42的使用允许减小隔膜20的宽度，这允许减小组件10的总尺寸，使得可以满足额外的包装要求。如图7B所示，隔膜20的宽度和深度与支撑衬底14的宽度和深度相同。
现在参考图8-9，示出了压力传感器组件10的第一实施例的制造的示例，更具体地，示出了多个压力传感器组件10。典型地，制造过程从用于制造每个支撑衬底14和每个隔膜20的大衬底产生数百个相同的器件。为简单起见，图8-9仅示出了用于制造几个传感器组件10的两个大衬底的一部分。第一大衬底用于形成每个支撑衬底14，并且第二大衬底用于形成每个隔膜衬底20。
在组装期间，几个支撑衬底14由图9中所示的大体以34示出的大的第一衬底制成。然后执行机加工操作以在材料移除区域48处所示移除材料，一旦每个支撑衬底14的制造完成，导致侧城垛形结构18的形成。机加工操作可以是钻孔、铣削或任何其他合适的操作，以去除材料移除区域48中的材料。在机加工操作完成后，导体16然后被组装到第一衬底34，并且导电材料40附接到材料移除区域48的内侧壁，形成子组件。在导体16附接到第一衬底34和导电材料40附接到材料移除区域48的侧壁的步骤都完成之后，子组件经历单切（singulation）过程。在单切过程期间，沿着划线38切割子组件，如图9所示。大衬底34可以是所需的长度，使得可以制造所需数量的支撑衬底14。以这种方式制造支撑衬底14不使用任何支撑衬底14的任何内部区域，这减少了钻孔的量和在单切过程期间进行的切割的次数。
该过程还包括用于形成每个隔膜衬底20的第二衬底50，其是另一个大衬底50。在制造过程期间，横向导电馈通24和相应的焊盘44沉积在第二衬底50上。根据第二衬底50的长度，可以使用所需数量的横向导电馈通24和焊盘44。在横向导电馈通24和相应的焊盘44附接到第二衬底50之后，支撑衬底14中的每一个使用与所使用的支撑衬底14的数量相对应的所需数量的密封玻璃部段26附接到大衬底50。可以使用所需数量的密封玻璃部段(取决于第一衬底34和第二衬底的长度)来将衬底14连接到第二衬底50。
一旦支撑衬底14附接到第二衬底50，就使用另一个单切过程沿着划线52切割第二衬底50，如图8所示。
一旦单切过程完成，导电接头28随后附接到导电材料40的相应部段和相应的横向导电馈通24的焊盘44，从而完成每个压力传感器组件10的组装。最后，如图1、6A和7A所示，每个ASIC 12组装到相应的支撑衬底14。
对本发明的描述本质上仅仅是示例性的，因此，不偏离本发明的主旨的变型都意图在本发明的范围内。这种变型不应被视为偏离本发明的精神和范围。

Claims (19)

1.一种压力传感器组件，包括：
支撑衬底；
至少一个导体，其安装到所述支撑衬底；
至少一个竖直导电路径，其连接到所述至少一个导体并与所述至少一个导体电连通；
感测桥；和
至少一个导电接头，其与所述至少一个竖直导电路径和所述感测桥电连通；
其中，所述感测桥通过所述至少一个竖直导电路径向所述至少一个导体发送信号，所述信号指示施加到所述感测桥的压力的量。
2.根据权利要求1所述的压力传感器组件，还包括隔膜衬底，其中，所述感测桥安装到所述隔膜衬底。
3.根据权利要求2所述的压力传感器组件，还包括连接到所述隔膜衬底和所述支撑衬底的至少一个密封玻璃部段。
4.根据权利要求2所述的压力传感器组件，还包括：
安装到所述隔膜衬底的至少一个横向导电馈通；
其中，所述至少一个横向导电馈通连接到所述感测桥和所述至少一个导电接头并与所述感测桥和所述至少一个导电接头电连通。
5.根据权利要求1所述的压力传感器组件，所述至少一个竖直导电路径还包括：
至少一个侧城垛形结构，其一体地形成为所述支撑衬底的一部分；和
导电材料的至少一个部段，其沉积在所述至少一个侧城垛形结构上，使得导电材料的所述至少一个部段与所述至少一个导体电连通；
其中，导电材料的所述至少一个部段连接到所述至少一个导电接头并与所述至少一个导电接头电连通。
6.根据权利要求5所述的压力传感器组件，所述至少一个侧城垛形结构一体地形成为所述支撑衬底的侧表面的一部分。
7.根据权利要求1所述的压力传感器组件，所述至少一个竖直导电路径还包括沿着所述支撑衬底的至少一侧延伸的所述至少一个导体的延伸部分，使得所述至少一个导体的所述延伸部连接到所述至少一个导电接头并与所述至少一个导电接头电连通。
8.根据权利要求7所述的压力传感器组件，所述延伸部分位于所述支撑衬底的侧表面上。
9.根据权利要求7所述的压力传感器组件，还包括：
至少一个倒角，其一体地形成为所述衬底的一部分；
其中，所述至少一个导电接头被定位成使得所述至少一个导电接头与所述至少一个倒角接触，并且所述至少一个导电接头在所述延伸部分和所述感测桥之间提供电连通。
10.根据权利要求1所述的压力传感器组件，所述至少一个导电接头还包括焊料材料或ECA材料中的至少一种。
11.根据权利要求1所述的压力传感器组件，还包括：
电路，其安装到所述支撑衬底；
其中，所述电路连接到所述至少一个导体并与所述至少一个导体电连通，使得指示施加到所述感测桥的压力的量的信号被发送到所述电路。
12.一种压力传感器组件，包括：
支撑衬底；
电路，其安装到所述支撑衬底；
至少一个导体，其安装到所述支撑衬底并与所述电路电连通；
至少一个竖直导电路径，其连接到所述至少一个导体并与所述至少一个导体电连通；
隔膜衬底；
感测桥，其安装到所述隔膜衬底；
至少一个密封玻璃部段，其连接到所述隔膜和所述支撑衬底；
至少一个横向导电馈通，其安装到所述隔膜；和
至少一个导电接头，其连接到所述至少一个竖直导电路径和所述至少一个横向导电馈通；
其中，所述至少一个导电接头在所述至少一个竖直导电路径和所述至少一个横向导电馈通之间提供电连通。
13.根据权利要求12所述的压力传感器组件，所述至少一个竖直导电路径还包括：
至少一个侧城垛形结构，其一体地形成为所述支撑衬底的一部分；和
导电材料的至少一个部段，其沉积在所述至少一个侧城垛形结构上，使得导电材料的所述至少一个部段与所述至少一个导体电连通；
其中，导电材料的所述至少一个部段连接到所述至少一个导电接头并与所述至少一个导电接头电连通。
14.根据权利要求13所述的压力传感器组件，所述至少一个侧城垛形结构一体地形成为所述支撑衬底的侧表面的一部分。
15.根据权利要求12所述的压力传感器组件，所述至少一个竖直导电路径还包括所述至少一个导体的延伸部分。
16.根据权利要求15所述的压力传感器组件，所述延伸部分位于所述支撑衬底的侧表面上。
17.根据权利要求12所述的压力传感器组件，所述至少一个竖直导电路径还包括：
至少一个倒角，其作为所述衬底的一部分一体地形成；
所述至少一个导体的延伸部分；
其中，所述至少一个导电接头被定位成使得所述至少一个导电接头与所述至少一个倒角接触，并且所述至少一个导电接头在所述延伸部分和所述至少一个横向导电馈通之间提供电连通。
18.根据权利要求17所述的压力传感器组件，其中，所述支撑衬底的宽度和深度等于所述隔膜衬底的宽度和深度。
19.根据权利要求12所述的压力组件，所述至少一个导电接头还包括焊料材料或ECA材料中的至少一种。
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