CN113213417A - 传感器设备封装和其制造方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种传感器设备封装和其制造方法。所述传感器设备封装包含载体、传感器组件、包封层以及保护膜。所述传感器组件安置在所述载体上，并且所述传感器组件包含上表面和边缘。所述包封层安置在所述载体上并且包封所述传感器组件的所述边缘。所述保护膜覆盖所述传感器组件的所述上表面的至少一部分。

Description

传感器设备封装和其制造方法

技术领域

本公开涉及一种微机电系统(MEMS)设备封装和其制造方法，并且更具体地涉及一种传感器设备封装(sensor device package)和其制造方法。

背景技术

随着技术的进步，微机电系统(MEMS)设备已广泛集成到如智能电话等移动通信产品中。MEMS设备封装通常包含机械结构或通气孔，并且如胶水或清洁溶剂等残留物往往粘附到机械结构或通气孔。因此，由于残留物问题，MEMS设备的成品率和可靠性较低。

发明内容

在一些实施例中，一种传感器设备封装包含载体、传感器组件、包封层(encapsulation layer)以及保护膜。所述传感器组件安置在所述载体上，并且所述传感器组件包含上表面和边缘。所述包封层安置在所述载体上并且包封所述传感器组件的所述边缘。所述保护膜覆盖所述传感器组件的所述上表面的至少一部分。

在一些实施例中，一种制造传感器设备封装的方法包含以下操作。提供由载体衬底支撑的多个传感器组件。形成保护膜以至少部分地覆盖所述传感器组件的上表面。将所述载体衬底附接到胶带。将所述载体衬底锯切成多个载体。从所述胶带释放所述传感器组件和所述载体。

在一些实施例中，一种制造传感器设备封装的方法包含以下操作。提供由载体衬底支撑的多个传感器组件。用双面胶带将所述传感器组件的上表面附接到平台。所述双面胶带的第一面粘附到所述传感器组件并且覆盖所述传感器组件的媒体端口，并且所述双面胶带的第二面粘附到所述平台。在非真空环境下将所述载体衬底锯切成多个载体。固化所述双面胶带以去除所述双面胶带的所述第一面和所述第二面的粘附力，从而从所述双面胶带释放所述传感器组件和所述载体。

附图说明

当与附图一起阅读以下详细描述时，可以根据以下详细描述容易地理解本公开的一些实施例的各方面。各种结构可能未按比例绘制，并且为了讨论的清楚起见，可以任意增加或减小各种结构的尺寸。

图1是根据本公开的一些实施例的传感器设备封装的示意性俯视图。

图1A是沿图1中的线A-A'截取的传感器设备封装的示意性横截面视图。

图2是根据本公开的一些实施例的传感器设备封装的示意性横截面视图。

图3是根据本公开的一些实施例的传感器设备封装的示意性横截面视图。

图4A、图4B、图4C、图4D和图4E展示了根据本公开的一些实施例的制造传感器设备封装的操作。

图5A、图5B和图5C展示了根据本公开的一些实施例的制造传感器设备封装的操作。

具体实施方式

以下公开提供了用于实施所提供主题的不同特征的许多不同实施例或实例。下文描述了组件和布置的具体实例以解释本公开的某些方面。当然，这些仅仅是实例并且不旨在是限制性的。例如，在以下描述中，在第二特征上方或之上形成第一特征可以包含将第一特征和第二特征形成或安置成直接接触的实施例，并且还可以包含在第一特征与第二特征之间形成和安置另外的特征使得第一特征和第二特征不直接接触的实施例。此外，本公开可以在各个实例中重复附图标记和/或字母。这种重复是为了简单和清晰的目的并且本身并不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。

本文中可以为了便于描述而使用本文所用的如“下面”、“下方”、“上方”、“之上”、“上”“上部”、“下部”、“左侧”、“右侧”、“竖直”、“水平”、“侧面”等空间相对术语来描述如附图所示的一个元件或特征与另一或多个元件或特征的关系。除了在附图中描绘的朝向之外，空间相对术语还旨在涵盖设备在使用时或运行时的不同朝向。可以以其它方式朝向设备(旋转90度或处于其它朝向)，并且同样可以以相应的方式解释本文中使用的空间相对描述语。应理解，当元件被称为“连接到”或“耦接到”另一元件时，其可以直接连接到或耦接到另一元件，或者可以存在中间元件。

本公开的一些实施例提供了一种具有保护膜的传感器设备封装。所述保护膜覆盖传感器组件的上表面的至少一部分。所述保护膜保护传感器组件不被如制造期间使用的胶水残留物、碎屑、颗粒、灰尘等残留物损坏，或者防止如在单切时使用的水或清洁溶剂等液体进入传感器组件。保护膜还可以被配置为用于在制造和操作期间为传感器组件提供缓冲和/或粘附的缓冲粘附层。因此，可以提高传感器设备封装的成品率和可靠性。保护膜被配置成使得传感器设备封装的操作不受影响。举例来说，保护膜可以是防水的、可透气的、可透光的、遮光的和/或可透射波的。

图1是根据本公开的一些实施例的传感器设备封装1的示意性俯视图，并且图1A是沿图1中的线A-A'截取的传感器设备封装1的示意性横截面视图。为了清楚起见，在图1和图1A中可能未示出一些组件。如图1和图1A所示，传感器设备封装1包含载体10、传感器组件30、包封层40以及保护膜50。载体10可以包含但不限于如具有嵌入式电路系统的封装衬底等衬底。载体10可以包含任何类型的导电载体或绝缘载体。举例来说，载体10可以包含中介层、扇出电路层、重新分布层(RDL)、半导体管芯、引线框架等。

传感器组件30安置在载体10上。传感器组件30包含上表面30U和边缘30E。包封层40安置在载体10上并且包封传感器组件30的边缘30E。包封层40可以部分或完全覆盖传感器组件30的边缘30E。包封层40可以暴露上表面30U或部分覆盖传感器组件30的上表面30U。包封层40可以包含模制材料，如环氧树脂基材料(例如，FR4)、树脂基材料(例如，双马来酰亚胺三嗪(BT)、聚丙烯(PP))、模制原料或其它合适的材料。包封层40可以进一步包含填料，如分配在模制材料中的氧化硅填料，或者可以基本上不含填料。保护膜50可以覆盖传感器组件30的上表面30U的至少一部分。

包封层40包含上表面40U和边缘40E。在一些实施例中，包封层40的上表面40U低于或等于传感器组件30的上表面30U。在一些实施例中，包封层40的上表面40U可以包含基本上平坦的表面。在一些其它实施例中，包封层40可以包含邻近传感器组件30的第一部分401和远离传感器组件30的第二部分402。第二部分402的上表面40U可以低于第一部分401的上表面40U，并且包封层40的上表面40U可以包含凹表面40C。

在一些实施例中，传感器设备封装1可以进一步包含电子组件20，所述电子组件安置在载体10与传感器组件30之间，并且由包封层40包封。电子组件20可以包含如专用集成电路(ASIC)或半导体管芯等有源电子组件、无源电子组件或其组合。在一些实施例中，电子组件20用如管芯附接膜(die attach film,DAF)等粘性膜22粘附到载体10。载体10、电子组件20和传感器组件30可以电连接。在一些实施例中，传感器设备封装1可以进一步包含多个导电结构32，所述多个导电结构安置在传感器组件30与电子组件20之间，并且将传感器组件30电连接到电子组件20。因此，电子组件20可以控制传感器组件30，并且接收和处理由传感器组件30感测的信号。导电结构32可以包含如焊料凸点等导电凸点、如铜柱等导电柱或其它合适的导电结构。在一些其它实施例中，可以省略导电结构32，并且可以以不同的方式(如通过引线键合)电连接传感器组件30和电子组件20。

在一些实施例中，可以在电子组件20与传感器组件30之间安置底部填料34以保护导电结构32。在一些实施例中，可以省略底部填料34，并且可以通过包封层40包封导电结构32。在一些实施例中，电子组件20的至少一个边缘可以从传感器组件30的相应边缘30E侧向凸出。传感器设备封装1可以进一步包含将电子组件20电连接到载体10的多条键合线(bonding wire)24。键合线24可以由包封层40包封。在一些其它实施例中，可以省略键合线24，并且可以以不同的方式电连接电子组件20和载体10。

在一些实施例中，传感器设备封装1可以进一步包含如印刷电路板(PCB)等电路板，所述电路板安置在载体10之下并且通过载体10电连接到电子组件20和传感器组件30，以创建用于电子组件20和传感器组件30的外部连接。

在一些实施例中，传感器组件30可以包含MEMS组件。MEMS组件的实例可以包含如加速度传感器、磁力计或陀螺仪传感器等运动传感器，如温度传感器、大气压传感器、气体传感器或声学麦克风等环境传感器以及如脉搏传感器、血压传感器或血糖传感器等生物医学传感器。在一些实施例中，传感器组件30可以包含媒体端口(media port)30M。媒体端口30M可以被配置成与环境或外部电子组件直接或间接通信。在一些实施例中，媒体端口30M可以包含从传感器组件30的上表面30U凹进的多个通气孔(vent hole)H。在一些实施例中，通气孔H暴露嵌入在传感器组件30中的如隔膜等感测元件，并且不穿透传感器组件30。

在一些实施例中，保护膜(protection film)50可以局部覆盖传感器组件30的上表面30U。保护膜50可以覆盖上表面30U的50％、60％、70％、80％或更多。在一些实施例中，保护膜50至少覆盖传感器组件30的媒体端口30M。保护膜50可以覆盖媒体端口30M并且暴露上表面30U的另一部分，使得可以降低保护膜50的成本。另外，保护膜50的边缘50E可以远离传感器组件30的边缘30E，并且因此可以减少保护膜50的分层。保护膜50的上表面50U可以包含基本上平坦的表面或粗糙表面。保护膜50可以有助于防止残留物或液体进入媒体端口30M的通气孔H，使得可以提高可靠性和成品率。在一些实施例中，保护膜50可以包含防水且可透气的膜。保护膜50的防水功能可以有助于防止如水或湿气等液体进入媒体端口30M的通气孔H。在一些实施例中，保护膜50是疏水的。当如水或清洁溶剂等液体滴在疏水上表面50U上时，水与上表面50U之间的接触角大于90度。因此，疏水性可以将水从保护膜50排出以增强防水能力。保护膜50可以包含疏水材料。举例来说，疏水材料可以包含如特氟龙、聚四氟乙烯或聚三氟氯乙烯等含氟材料、如硅烷等硅氧烷基材料或其它疏水材料。另一方面，可透气功能允许气体穿过保护膜50，使得媒体端口30M可以与环境通信以提供感测功能。在一些实施例中，保护膜50可以包含不允许气体穿过的气密膜。保护膜50可以包含可振动膜，所述可振动膜可以通过振动传递如压力波、声波等波，使得传感器组件30可以感测保护膜50外部的波。保护膜50可以通过如化学气相沉积(CVD)等沉积、层压或其它合适的方法形成于传感器组件30的上表面30U上。保护膜50还可以被配置为用于在制造和操作期间为传感器组件提供缓冲和/或粘附的缓冲粘附层。

本公开的传感器设备封装和制造方法不限于上述实施例并且可以根据其它实施例实施。为了简化描述并且为了便于本公开的各个实施例之间的比较，以下实施例的类似组件标记有相同的附图标记并且可以不对其进行赘述。

图2是根据本公开的一些实施例的传感器设备封装2的示意性横截面视图。如图2所示，与传感器设备封装1相反，保护膜50可以覆盖媒体端口30M和传感器组件30的上表面30U的其它某个部分。举例来说，保护膜50可以完全覆盖传感器组件30的上表面30U。在一些实施例中，保护膜50的一些或全部边缘50E可以与传感器组件30的边缘30E基本上对齐。

图3是根据本公开的一些实施例的传感器设备封装3的示意性横截面视图。如图3所示，与传感器设备封装2相反，保护膜50可以进一步覆盖包封层40的上表面40U。在一些实施例中，保护膜50的一些或全部边缘50E可以与包封层40的边缘40E基本上对齐。在一些实施例中，包封层40的上表面40U可以是不平坦的，并且保护膜50可以相对于上表面40U基本上保形以同样具有不平坦的上表面50U。在一些其它实施例中，保护膜50的上表面50U可以包含基本上平坦的表面。

图4A、图4B、图4C、图4D和图4E展示了根据本公开的一些实施例的制造传感器设备封装的操作。如图4A所示，提供由载体衬底10S支撑的多个传感器组件30。在一些实施例中，传感器组件30中的每个传感器组件通过导电结构32电连接到一或多个电子组件20，并且可以在传感器组件30与电子组件20之间形成底部填料34。在一些实施例中，可以用粘性膜22将电子组件20附接到载体衬底10S，并且通过键合线24将所述电子组件电连接到载体衬底10S。形成有保护膜50以至少部分地覆盖传感器组件30中的每个传感器组件的上表面30U。在载体衬底10S上形成有包封层40以包封传感器组件30的边缘30E。包封层40可以包含模制材料并且可以通过模制形成，并且因此包封层40的上表面40U可以是非平坦的。举例来说，包封层40的上表面40U可以包含凹表面40C。

在一些实施例中，包封层40在形成保护膜50之前形成。保护膜50可以覆盖传感器组件30的媒体端口30M，如图1A所示，可以完全覆盖传感器组件30的上表面30U，如图2所示，或者可以覆盖传感器组件30的上表面30U并且进一步覆盖包封层40的至少一部分，如图3所示。在一些实施例中，保护膜50在形成包封层40之后形成，并且因此保护膜50可以选择性地覆盖包封层40的上表面40U。举例来说，保护膜50可以通过化学气相沉积(CVD)形成，并且保护膜50可以相对于包封层40的上表面40U是保形的。例如，保护膜50可以与包封层40的凹表面40C接合。因此，可以增强保护膜50与包封层40之间的粘附力，并且可以减轻连续工艺中保护膜50的分层。

在一些其它实施例中，包封层40在形成保护膜50之后形成。举例来说，保护膜50可以通过层压形成。保护膜50可以包含层压在传感器组件30的上表面30U上的预先形成的保护膜。可以将预先形成的保护膜50朝着传感器组件30按压以键合到传感器组件30。在一些实施例中，可以在层压期间加热预先形成的保护膜50以增加粘附力。保护膜50可以覆盖传感器组件30的媒体端口30M，如图1A所示，或者可以完全覆盖传感器组件30的上表面30U，如图2所示。保护膜50的边缘50E不超过传感器组件30的边缘30E，并且因此可以减轻连续工艺中保护膜50的分层。

如图4B所示，将载体衬底10S附接到胶带60。在一些实施例中，胶带60由框架62支撑，并且由平台70支撑。在一些实施例中，胶带60的一面可以用粘附力键合到载体衬底10S，而胶带60的另一面可以用粘附力、真空力等键合到平台70。在一些实施例中，胶带60可以包含UV胶带(又称紫外线胶带)，并且可以通过用UV光照射胶带60来降低胶带60的粘附力。

如图4C所示，将载体衬底10S锯切成多个载体10。在保护膜50覆盖传感器组件30的情况下，防止了如水或清洁溶剂等液体以及如颗粒、碎屑或灰尘等残留物污染和损坏传感器组件30。例如，防止液体和残留物进入传感器组件30的媒体端口30M。传感器组件30和载体10例如通过用UV光照射胶带60而从胶带60释放，以形成如图1和图1A所示的传感器设备封装1。

在一些其它实施例中，如图4D所示，保护膜50可以完全覆盖传感器组件30的上表面30U，并且可以在单切之后形成如图2所示的传感器设备封装2。在仍一些其它实施例中，保护膜50可以进一步覆盖包封层40，如图4E所示，并且可以在单切之后形成如图3所示的传感器设备封装3。

图5A、图5B和图5C展示了根据本公开的一些实施例的制造传感器设备封装的操作。如图5A所示，提供由载体衬底10S支撑的多个传感器组件30。在一些实施例中，传感器组件30中的每个传感器组件通过导电结构32电连接到一或多个电子组件20，并且可以在传感器组件30与电子组件20之间形成底部填料34。在一些实施例中，可以用粘性膜22将电子组件20附接到载体衬底10S，并且通过键合线24将电子组件电连接到载体衬底10S。可以在载体衬底10S上形成包封层40以包封传感器组件30的边缘30E。包封层40可以包含模制材料并且可以通过模制形成，并且因此包封层40的上表面40U可以是非平坦的。举例来说，包封层40的上表面40U可以包含凹表面40C。包封层40可以暴露传感器组件30的上表面30U。

然后，用双面胶带(double-sided tape)80将传感器组件30的上表面30U附接到平台70。在一些实施例中，双面胶带80的第一面801粘附到传感器组件30并且覆盖传感器组件30的媒体端口30M，并且双面胶带80的第二面802粘附到平台70。双面胶带80可以由框架82支撑。双面胶带80可以通过粘附力而不是真空力固定在平台70上。在一些实施例中，双面胶带80可以包含双面UV胶带，并且可以通过用UV光照射双面胶带80来降低双面胶带80的第一面801和第二面802两者上的粘附力。

如图5B所示，在非真空环境下将载体衬底10S锯切成多个载体10。在双面胶带80覆盖传感器组件30的情况下，防止了如水或清洁溶剂等液体以及如颗粒、碎屑或灰尘等残留物损坏传感器组件30。例如，防止液体和残留物进入传感器组件30的媒体端口30M。此外，由于传感器组件30的上表面30U是用双面胶带80而不是真空力粘附到平台70的，因此液体和残留物不会由于负压或真空效应而被吸入到媒体端口30M中。

如图5C所示，固化双面胶带80以去除双面胶带80的第一面801和第二面802的粘附力，从而从双面胶带80释放传感器组件30和载体10。在一些实施例中，传感器组件30和载体10例如通过用UV光照射双面胶带80而从双面胶带80释放，以形成传感器设备封装。

在本公开的一些实施例中，提供了一种具有保护膜的传感器设备封装。保护膜覆盖传感器组件的上表面的至少一部分以保护传感器组件不被残留物损坏。保护膜被配置成使得传感器设备封装的操作不受影响。保护膜提高了传感器设备封装的成品率和可靠性。

如本文所使用的，除非上下文另有明确指示，否则单数术语“一个/一种(a/an)”和“所述(the)”可以包含复数指代物。

如本文所使用的，术语“大约”、“基本上”、“基本”和“约”用于描述和解释小的变化。当结合事件或情形使用时，所述术语可以指代事件或情形精确发生的实例以及事件或情形接近发生的实例。例如，当与数值结合使用时，所述术语可以指代小于或等于所述数值的±10％，如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％或小于或等于±0.05％的变化范围。例如，如果两个数值之间的差值小于或等于平均值的±10％，如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％或者小于或等于±0.05％，则所述数值可以被视为“基本上”相同或相等。例如，“基本上”平行可以指相对于0°小于或等于±10°，如小于或等于±5°、小于或等于±4°、小于或等于±3°、小于或等于±2°、小于或等于±1°、小于或等于±0.5°、小于或等于±0.1°或小于或等于±0.05°的角度变化范围。例如，“基本上”垂直可以指相对于90°小于或等于±10°，如小于或等于±5°、小于或等于±4°、小于或等于±3°、小于或等于±2°、小于或等于±1°、小于或等于±0.5°、小于或等于±0.1°或小于或等于±0.05°的角度变化范围。

另外，量、比率和其它数值在本文中有时以范围格式呈现。应当理解的是，此范围格式是为了方便和简洁而使用的，并且应该灵活地理解为包含明确指定为范围的界限的数值，而且还包含所述范围内涵盖的所有单独数值或子范围，如同每个数值和子范围被明确指定一样。

虽然已经参考本公开的具体实施例描述和展示了本公开，但是这些描绘和图示不限制本公开。本领域的技术人员应当理解，在不脱离如由权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下，可以作出各种改变并且可以取代等同物。图示可能不一定按比例绘制。由于制造工艺和公差，本公开中的艺术再现与实际装置之间可能存在区别。可能存在未具体展示的本公开的其它实施例。说明书和附图应被视为是说明性的而非限制性的。可以作出修改以使特定情况、材料、物质构成、方法或工艺适于本公开的目标、精神和范围。所有此类修改均旨在落入所附权利要求的范围内。虽然参考以特定顺序执行的特定操作描述了本文所公开的方法，但是应理解，可以在不脱离本公开的教导的情况下对这些操作进行组合、细分或重新排列以形成等效方法。因此，除非本文明确指出，否则操作的顺序和分组并不是本公开的限制。

Claims (20)

1.一种传感器设备封装，其包括：

载体；

传感器组件，所述传感器组件安置在所述载体上，所述传感器组件包含上表面和边缘；

包封层，所述包封层安置在所述载体上并且包封所述传感器组件的所述边缘；以及

保护膜，所述保护膜覆盖所述传感器组件的所述上表面的至少一部分。

2.根据权利要求1所述的传感器设备封装，其中所述传感器组件包括媒体端口，并且所述保护膜至少覆盖所述传感器组件的所述媒体端口。

3.根据权利要求2所述的传感器设备封装，其中所述媒体端口包括从所述传感器组件的所述上表面凹进的多个通气孔。

4.根据权利要求1所述的传感器设备封装，其中所述保护膜完全覆盖所述传感器组件的所述上表面。

5.根据权利要求4所述的传感器设备封装，其中所述包封层的上表面低于或等于所述传感器组件的所述上表面。

6.根据权利要求4所述的传感器设备封装，其中所述保护膜进一步覆盖所述包封层的上表面。

7.根据权利要求4所述的传感器设备封装，其中所述包封层包括邻近所述传感器组件的第一部分和远离所述传感器组件的第二部分，并且其中所述第二部分的上表面低于所述第一部分的上表面。

8.根据权利要求7所述的传感器设备封装，其中所述包封层的所述第一部分和所述第二部分的所述上表面包括凹表面。

9.根据权利要求1所述的传感器设备封装，其中所述保护膜包括防水且可透气的膜。

10.根据权利要求9所述的传感器设备封装，其中所述保护膜包括疏水材料。

11.根据权利要求1所述的传感器设备封装，其进一步包括电子组件，所述电子组件安置在所述载体与所述传感器组件之间，并且由所述包封层包封。

12.根据权利要求11所述的传感器设备封装，其进一步包括多条键合线，所述多条键合线将所述电子组件电连接到所述载体。

13.一种制造传感器设备封装的方法，所述方法包括：

提供由载体衬底支撑的多个传感器组件；

形成至少部分地覆盖所述传感器组件的上表面的保护膜；

将所述载体衬底附接到胶带；

将所述载体衬底锯切成多个载体；以及

从所述胶带释放所述传感器组件和所述载体。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述传感器组件中的每个传感器组件包括媒体端口，并且所述保护膜至少覆盖所述传感器组件中的每个传感器组件的所述媒体端口。

15.根据权利要求13所述的方法，其中所述胶带包括UV胶带，并且从所述胶带释放所述传感器组件和所述载体包括用UV光照射所述胶带。

16.根据权利要求13所述的方法，其中所述保护膜包括防水且可透气的膜。

17.根据权利要求13所述的方法，其中所述保护膜通过化学气相沉积CVD形成。

18.根据权利要求13所述的方法，其中所述保护膜通过层压形成。

19.一种制造传感器设备封装的方法，所述方法包括：

提供由载体衬底支撑的多个传感器组件；

用双面胶带将所述传感器组件的上表面附接到平台，其中所述双面胶带的第一面粘附到所述传感器组件并且覆盖所述传感器组件的媒体端口，并且所述双面胶带的第二面粘附到所述平台；

在非真空环境下将所述载体衬底锯切成多个载体；以及

固化所述双面胶带以去除所述双面胶带的所述第一面和所述第二面的粘附力，从而从所述双面胶带释放所述传感器组件和所述载体。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述双面胶带包括双面UV胶带，并且固化所述双面胶带包括UV固化。

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