CN1537230A - 传感器封装盒 - Google Patents

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Abstract

一种传感器封装盒(P)为在一印制板(200)上的表面安装型，该传感器封装盒包括一箱体(1)，其中容纳一具有输出区(101)的半导体加速传感器芯片(100)。该箱体(1)具有一底板(10)，其被划分为一支撑该传感器芯片(100)的中心区域(10a)及一外围区域(10b)。多个输出电极(15)形成于该外围区域(10b)的外表面上，并电连接到该输出区(101)。通过将这些输出电极(15)接到印制板(200)上，则该半导体加速传感器芯片(100)的输出通过输出电极(15)电连接至该电路板(200)的一电路，并且该传感器封装盒(P)被机械地支撑于该印制板上。在底板(10)的内表面中，在中心区域(10a)和外围区域(10b)之间形成有一凹槽(12)。

Description

传感器封装盒
技术领域
本发明涉及一种用于容纳半导体传感器芯片的传感器封装盒(sensorpackage)。
背景技术
日本专利公开号为NO.11-260960的尚未审查的文献公开了一种用于容纳诸如半导体加速传感器芯片这样的半导体传感器芯片的传感器封装盒。该传感器封装盒是表面安装式封装盒形式，适合装配在印制板的表面上。这种传感器封装盒包含用于容纳半导体传感器芯片的箱体及设于该箱体下表面的输出电极。该输出电极焊接在印制板上用以将半导体传感器芯片电连接到印制板的电路上，并用于物理支撑该传感器封装盒于该印制板上。该箱体具有一个用以将半导体传感器芯片安装在箱体其上表面的底板。该输出电极形成于底板的下表面上。在底板的下表面上设有多个凹槽，其给予底板一定程度的变形能力。也就是说，这些凹槽能够使底板向凹槽外弯曲，从而，尽管印制板由于例如热膨胀而发生变形，也可在某种程度上通过底板随后的变形来防止设于底板下表面上的输出电极与印制板分离。此外，还可以想到这些凹槽缓冲了由印制板的变形造成的扭曲，并使得这种扭曲很难延伸到半导体传感器芯片，由此可以防止因添加在半导体传感器芯片上的不必要的扭曲而使带有该传感器封装盒的装置引起故障。
在许多情况下，为了将半导体传感器芯片装配于传感器封装盒的底板，首先在底板的预定区域涂抹芯片接合剂(die bonding paste)，然后在借助CCD相机进行监控的同时，将半导体传感器芯片准确地放置在该预定区域。在这种场合下，如果该芯片接合剂使用过量，则当该传感器芯片被置于底板上时，该芯片接合剂会爬到半导体传感器芯片上，并且对半导体传感器芯片的运作产生反作用。此外，为了借助CCD相机检测位置，必须设有一个特定标记，这样导致传感器封装盒制造费用的上升。
如上所述，公知的传感器封装盒可以防止由印制板的变形产生的扭曲延伸到半导体传感器芯片，但是仍然存在有关防止芯片接合剂上爬及改进半导体传感器芯片定位的问题。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的为提供一种传感器封装盒，其可以防止芯片接合剂的上爬并能有助于半导体传感器芯片容易定位，还可以防止由印制板的变形产生的扭曲延伸到半导体传感器芯片。
本发明的传感器封装盒为一种适合安装在电路板上的表面安装式传感器封装盒。该传感器封装盒包括一用于容纳一具有输出端的半导体传感器芯片的箱体。该箱体具有一底板，该底板被分为一用以支撑该半导体传感器芯片的中心区域及一外围区域。在该外围区域的外表面上形成多个要连接到输出端的输出电极。这些输出电极被焊接到印制板上，用以电连接该半导体传感器芯片和该印制板的一印制板电路，并物理(physically)支撑该传感器封装盒于该印制板上。
本发明的特征在于在该中心区域及该外围区域之间的底板内表面中形成有凹槽。因为这些凹槽设于该中心区域及该外围区域之间，所以，即使一企图沿着垂直这些凹槽的方向弯曲底板的扭曲变形施加在了该底板上，通过这些凹槽外面的该外围区域的变形，也可以防止该扭曲变形延伸到该中心区域。因此，这对于由印制板的变形引起的扭曲变形是很难延伸到支撑于该中心区域的半导体传感器芯片，从而可以抑制由印制板的扭曲变形引起的半导体传感器芯片的典型波动(characteristic fluctuation)。此外，因为这些凹槽形成于底板的内表面中，即使当该传感器芯片被放置于该底板上时，芯片接合剂溢出来了，该芯片接合剂将流入凹槽中，并且不会爬到该半导体传感器芯片。而且，当该半导体传感器芯片被置于该底板上时，这些凹槽可以被用作定位标识，因此不需要额外费用就可容易地进行半导体传感器芯片的定位。在该半导体传感器芯片装配后进行检查的时候，还可以使用这些凹槽作为检测半导体传感器芯片未对准的标识。
优选形成至少两个凹槽，它们分别沿着平行于该半导体传感器芯片的相对端面中的相邻的一端面延伸。这两个凹槽可以有效抑制扭曲变形。还可优选形成至少四个凹槽，它们分别沿着平行于该半导体传感器芯片的四个侧边的一侧边延伸。在这种情况下，可以有效地抑制来自于半导体传感器芯片各水平方向的扭曲。另外，可以在该底板的中心区域的一内表面中形成一凹部。该凹部形成一支撑凸缘于该凹部周围，用以固定支撑该传感器芯片的一底部。设置凹部可以减少该中心区域与该半导体传感器芯片之间的接触区域，使得印制板的扭曲变形难以从该中心区域延伸到该半导体传感器芯片上。优选地是，该凹部在该底板的内表面中为一十字形或一矩形。这种形状可以很大程度地减少当稳定支撑该传感器芯片时在该中心区域和该传感器芯片之间的接触区域。并且，优选该支撑凸缘支撑位于该输出端下面的该半导体传感器芯片底部的一部分。这样做，可确保获得抵抗当焊线(bonding wire)连接到输出端时产生的震动的强度，以便防止焊接差错的产生。此外，还优选该凹部填充有一弹性连接剂(elastic connective agent)。在改善了该半导体传感器芯片和该底板之间的结合强度的同时，该弹性连接剂的弹力使得扭曲变形很难延伸到该半导体传感器芯片。还优选地在上述凹部的一内边缘的周围形成有一第二凹部，其比上述凹部浅并且具有一限定该支撑凸缘的底部。在这种情况下，通过将该半导体传感器芯片安装到该第二凹部内，而使得半导体传感器芯片在该支撑凸缘上的定位更为容易。
还优选地是，在该中心区域的内表面中形成一凹部，在该凹部的底部中心具有一支撑座，并且，该半导体传感器芯片底部的中心部分是支撑于该支撑座上。既然这样，当稳定支撑该传感器芯片时，可以很大程度地减少该中心区域和该半导体传感器芯片之间的接触区域。
同样优选地是，形成多个支撑柱，其从该外围区域的该外底部向外凸出到该中心区域的该外底部之外。该支撑柱在其外表面上载有该输出电极。当带有该支撑柱时，由印制板变形引起的扭曲可被支撑柱的变形吸收，使得该扭曲更难延伸到该半导体传感器芯片。另外，设有该支撑柱导致底板与印制板的分离，这样在凹槽外部的外围区域的变形可以更容易。该支撑柱可以沿着该外围区域的两相对侧边或该外围区域的四个侧边延伸。如果该支撑柱形成为平行于该凹槽，则企图沿着垂直这些凹槽的方向弯曲底板的扭曲可以被凹槽和支撑柱有效地抑制。并且，除了该支撑柱，可以在该中心区域的外底部上形成一用于装配电路元件以与该半导体传感器芯片电连接的装配区域。通过设置该装配区域，该电路元件可以装配到该装配区域上，如必要的话，包括一外围电路还可以实现小型化及低成本。
优选地是，该箱体以一盒子的形式具有从该外围区域的该内表面直立的侧壁及安装有一密封盖的开口。通过这样的组成，可防止灰尘及微粒聚集到该设于箱体内的凹槽中。这样，优选将该箱体制作成包括有至少两薄片层。通过该叠层结构，用于电连接该半导体传感器芯片输出端和该箱体的输出端的传导构件可以设置在薄片层之间。在该薄片层之间设置该传导构件消除了在侧壁顶面上设置传导构件的需要，其中该侧壁是该箱体及盖的接触部分，因此改善了该箱体和盖之间的气密可靠性。
附图说明
图1为显示根据本发明的第一实施例的传感器封装盒安装于一印制板上的状态的示意图；
图2为通过荧光镜观察侧壁时的箱体的透视图；
图3为传感器封装盒的示意性的剖视图；
图4为显示扭曲已经从印制板传送到传感器封装盒的状态的示意图；
图5为解释凹槽作用的示意图；
图6为另一个解释凹槽作用的示意图；
图7为显示芯片接合剂已经流到凹槽的状态的示意图；
图8为显示具有四个凹槽的传感器封装盒的一实例的示意图；
图9为显示在底板的外底面上具有凹槽的传感器封装盒的一实例的示意图；
图10为通过荧光镜观察侧壁时根据本发明第二实施例的传感器封装盒的箱体的透视图；
图11为传感器封装盒的剖视图；
图12为显示在底板上具有另一形状的凹部的传感器封装盒的一实例的示意图；
图13为显示在底板上具有另一形状的凹部的传感器封装盒的一实例的示意图；
图14为显示在底板上具有另一形状的凹部的传感器封装盒的一实例的示意图；
图15为显示在底板上具有另一形状的凹部的传感器封装盒的一实例的示意图；
图16为显示在底板上具有另一形状的凹部的传感器封装盒的一实例的示意图；
图17为通过荧光镜观察侧壁时根据本发明第三实施例的传感器封装盒的箱体的透视图；
图18为显示扭曲已经从印制板传送到传感器封装盒的状态的示意图；
图19为显示具有装配于底板的外底部的电路元件的传感器封装盒的一实例的示意图；
图20为显示沿着底板四边具有支撑柱的传感器封装盒的一实例的示意图；
图21为显示沿着底板四边具有另一形状支撑柱的传感器封装盒的一实例的示意图。
具体实施方式
下面将参考附图更详细地描述本发明。
图1示出了根据本发明第一实施例的一传感器封装盒P。这个传感器封装盒P容纳有一半导体加速传感器芯片100，并装配在一矩形的呈长窄状的印制板200的一表面上。该传感器封装盒P包括有一箱体1和一盖子2。该箱体1具有一底板10，底板其是矩形的并且被划分为一用以支撑该半导体加速传感器芯片100的中心区域10a及外围区域10b，如图2所示(各区域在图2中为阴影区域)。该箱体1以一盒子的形式具有从底板10的外围区域10b直立的侧壁11。在该底板10的内表面，在该中心区域10a和该外围区域10b之间形成有两凹槽12。该凹槽12这样形成，使得它们平行地延伸到装配于该中心区域10a上的半导体加速传感器芯片100的各相对端面。在该底板10的内表面，同时形成有一接线盒13。在该接线盒的顶面，设有多个通过焊线300连接到半导体加速传感器芯片100的输出区(output pad)(输出端)101的结合区14。在接近外围区域10b的外表面上设有L形输出电极15，该输出电极15跨越平行于该凹槽的各相对的侧面及该外围区域10b的一外底部。
如图3所示，该箱体1是一个多层薄片状的陶瓷封装盒，在其中叠加有多个薄片层。该输出电极15是通过设于薄片层间的传导构件16电连接到该结合区14。通过在预定部分中移除一个或多个薄层而形成该凹槽12。一密封盖2安装于该箱体1的开口上。
该输出电极15被焊接到该印制板200的一电路(未示出)上以电连接该半导体加速传感器芯片100及该电路并且物理支撑该传感器封装盒P于该印制板200上。在这个实施例中，因为印制板200是矩形的、长窄状的，所以该印制板200适合沿其纵向弯曲。这样，通过沿垂直于该印制板200的纵向方向设置凹槽12，则在该凹槽12外的外围区域10b可以很容易地变形。由此，如图4所示，尽管该印制板200已经沿其纵向弯曲，但是由该印制板200支撑的该外围区域10b也随着该印制板200的弯曲而弯曲，从而可以防止该印制板200的弯曲延伸到该中心区域10a。因此，防止了由该中心区域10a支撑的该半导体传感器芯片100的扭曲，并且抑制了由该印制板200的扭曲引起的该半导体加速传感器芯片100的典型波动。需注意的是，该凹槽12的深度和宽度是根据箱体1的尺寸、厚度及结构材料而优选的。
在图5中示出了该凹槽作用的一实例。图5为一模拟结果，其示出了当温度从常温上升60度时，随着由该印制板200和该传感器封装盒P之间热膨胀系数的不同而产生的该印制板200的扭曲，该半导体加速传感器芯片100的偏移电压(offset voltage)的变化为多少。从图5可以看到，该凹槽12使得印制板200的扭曲很难延伸到该半导体加速传感器芯片100上，因此抑制了半导体加速传感器芯片100的典型波动。
在图6中示出了该凹槽作用的另一实例。图6是在设有或未设有凹槽的任一情形下四个样品的热循环测试的测量结果，并且示出了与测试前的初始偏移电压有关的测试后的偏移电压的变化。从图6还可以看到，该半导体加速传感器芯片100的典型波动受到了凹槽12的抑制。
该半导体加速传感器芯片100具有一矩形底部及设于其一顶面上的多个输出区101。在将芯片接合剂400涂抹到中心区域10a后，在借助CCD相机进行监控的同时，将该半导体加速传感器芯片100放置在该芯片接合剂400上。在这个时候，凹槽12可以被用作定位标识。例如，可以通过将传感器芯片100的一对侧面与该凹槽12平行的方式将该半导体加速传感器芯片100放置在该中心区域10a上。另外，尽管该芯片接合剂400被过量地涂抹在该中心区域，并且当将该传感器芯片100放置于该中心区域时溢出，该芯片接合剂将流入该凹槽12，并且不会爬到该半导体传感器芯片100上。
虽然在这个实施例中设置了两凹槽12，但也可以如图8所示设置四个凹槽，这四个凹槽平行于半导体加速传感器芯片100的四个侧边。在这种情况下，因为可以抑制各水平方向的扭曲，所以当该印制板易于沿各方向扭曲时也是有效的。为了使该外围区域10b更容易变形，其它凹槽12可以设于该外围区域10b的外底面上，如图9所示。
在这个实施例中，防止了灰尘及微粒通过安装于该箱体1上的盖子2而在凹槽12中积聚。
在这个实施例中，如上所述，该箱体1是一个多层薄片状的陶瓷封装盒，并且该电极15是通过设于薄片层之间的传导构件16电连接到该结合区14。如果该传导构件16设于侧壁11的该箱体和该盖子接触的顶面上方以电连接位于该箱体1内部的结合区14及位于该箱体1外部的输出电极15，那么在该箱体1和盖子2的接触面上可能由于传导构件16的厚度而造成不均匀，这样可能在密封性上具有不利影响。因此，通过在薄片层之间设置传导构件16的方式连接该结合区14及输出电极15，就可改善该箱体1和盖子2之间的气密性。
应该注意的是，虽然该半导体加速传感器芯片100在该实施例中作为半导体传感器芯片的例子，但是，本发明的该传感器封装盒P当然可用于其它半导体传感器芯片。
图10示出了根据本发明第二实施例的传感器封装盒P1。除了上述传感器封装盒P的结构之外，该传感器封装盒P1还在该中心区域10a的内表面中设有一凹部20，其中在该中心区域10a上装配有该半导体加速传感器芯片100。该凹部20在内表面中形成一矩形，并且在该凹部周围形成了用以支撑该半导体加速传感器芯片100的底部的支撑凸缘21。如图11所示，该凹部填充有弹性连接剂22，例如，硅树脂之类的硅系列芯片接合剂，并且将该半导体加速传感器芯片100的底部的完整周边置于该支撑凸缘21上。
通过设置凹部20，可以减小该中心区域10a和该半导体加速传感器芯片100之间的接触区域，从而扭曲更难从该中心区域10a延伸到该半导体加速传感器芯片100上。因此，尽管该扭曲已经延伸到该中心区域10a，但由于没有被外围区域10b吸收，因此当扭曲从该中心区域向该半导体加速传感器芯片延伸时，该扭曲也可以被抑制。因为当该弹性连接剂22已经变硬了时也能弹性变形，所以该弹性连接剂22不会将该扭曲传送到该半导体加速传感器芯片100上，此外，由于该弹性连接剂的结合力，可以提高该底板10和该半导体加速传感器芯片100之间的粘合强度。
如图12所示，该凹部20可以是矩形的、长窄状的形状，并且只有该半导体加速传感器芯片100的底部的两相对侧边可以被放置于该支撑凸缘21之上。或者，该凹部20可以是十字形，并且只有该半导体加速传感器芯片100的底部的四个角可被放置于该支撑凸缘21之上，如图13所示。或者，如图14所示，可以形成一个矩形的并且比该半导体加速传感器芯片100的底部更大的凹部20，并且还可以在该凹部的底部中心设置一支撑座(supportstand)23。在这种情况下，只有该半导体加速传感器芯片100的底部的中心部分被放置在该支撑座23上。图12、图13、图14所示的这种形式，在稳定支撑该半导体加速传感器芯片100的同时，可以很大程度地减小该中心区域10a和该半导体加速传感器芯片100之间的接触区域。
如果必须提供足够的强度来抵抗用于该半导体加速传感器芯片100的输出区101的焊线300的连接震动，可以这样形成该凹部20，使得位于该半导体加速传感器芯片100的输出区101下方的一部分由该支撑凸缘21支撑。例如，当该输出区101成一直线地排列于该半导体加速传感器芯片100的一顶面上时，正如这个实施例，该凹部20形成为长度沿该输出区101的排列方向的矩形，以便位于该输出区101的下方的该半导体加速传感器芯片100的底部的一部分以及平行于该部分的一部分都由该支撑凸缘21支撑，如图15所示。
此外，一比该凹部20浅的第二凹部24围绕设于该中心区域10a内的凹部20的内边缘而形成，如图16所示。该第二凹部24的底部限定该支撑边缘21。该第二凹部24的尺寸与该半导体加速传感器芯片100的底部近似，并且该传感器芯片100被放置在该第二凹部的底部即该支撑凸缘21上。通过设置该第二凹部24，就可以通过将该传感器芯片100置于该第二凹部24上而很容易并且准确地将该半导体加速传感器芯片100定位到该中心区域10a。
图17示出了涉及本发明第三实施例的一传感器封装盒P2。除了上述传感器封装盒P的结构之外，该传感器封装盒P2还在该外围区域10b的外底部上设有支撑柱30。该支撑柱30沿着平行于该凹槽12的该外围区域10b的外底部的两相对侧边而形成。该输出电极15形成U形结构，跨越该支撑柱30的一底面及两侧面。
在这样的传感器封装盒P2中，通过设置该支撑柱30，除了靠该凹槽12外的外围区域10b的变形以外，可以借助该支撑柱30的变形抑制抑制沿着该印制板200的纵向的偏斜，使得该印制板200的偏斜很难延伸到该半导体加速传感器芯片100上。另外，为了使该传感器封装盒P2更小型化，即使在该传感器封装盒P2中没有足够的空间用于该凹槽12，小凹槽12和支撑柱30的结合也可以获得与大凹槽12相同的效果。
通过设置该支撑柱30，在该中心区域10a的外底部和该印制板200之间形成空间。因此，如图19所示，可以在该中心区域10a的外底部上设有一用于装配电路元件32电连接到该半导体加速传感器芯片100上的装配区域31，并且该电路元件32可以装配到该装配区域上。电路元件32被模制树脂33密封。通过这种结构，可以将该半导体加速传感器芯片100和其外围电路并入到一封装盒中。
该支撑柱30可以沿着该外围区域10b的外底部的四边形成，如图20所示。在图20的情形中，企图使该底板10沿着垂直于该凹槽12走向的方向弯曲底板的扭曲变形可以被凹槽12和支撑柱30A抑制；而企图使该底板10沿着该凹槽12走向的方向弯曲的扭曲可以被支撑柱30B的扭曲抑制。如图21所示，为了该支撑柱30A和30B更容易扭曲变形，可以分别形成临近的支撑柱30A和30B，而不结合形成。

Claims (18)

1.一种表面安装式传感器封装盒，包括：
一箱体，用于容纳一具有多个输出端的半导体传感器芯片，所述箱体具有一底板，其被分为一用以支撑所述半导体传感器芯片的中心区域及一外围区域；
多个输出电极，其形成于所述外围区域的外表面上，所述输出电极是设置成用于与所述输出端电连接，所述输出电极在使用中适于被焊接到一印制板上，用于将该半导体传感器芯片电连接到所述电路板的一电路上，并用于物理支撑该传感器封装盒于所述印制板上；
其中在位于所述中心区域和所述外围区域之间的所述底板的一内表面中形成有多个凹槽。
2.如权利要求1所述的传感器封装盒，其中形成至少两个所述凹槽，各所述凹槽沿着平行于所述半导体传感器芯片的相对端面中的相邻的一端面延伸。
3.如权利要求1所述的传感器封装盒，其中形成至少四个所述凹槽，各所述凹槽沿着平行于所述半导体传感器芯片的四个侧边中的一侧边延伸。
4.如权利要求1所述的传感器封装盒，其中在所述底板的所述中心区域的一内表面中形成一凹部，所述凹部形成一围绕所述凹部的支撑凸缘，用以固定支撑所述传感器芯片的一底部。
5.如权利要求4所述的传感器封装盒，其中所述凹部在所述底板的内表面中为十字形。
6.如权利要求4所述的传感器封装盒，其中所述凹部在所述底板的内表面中形成为一矩形。
7.如权利要求4所述的传感器封装盒，其中所述支撑凸缘支撑位于所述输出端下面的所述半导体传感器芯片底部的一部分。
8.如权利要求4所述的传感器封装盒，其中所述凹部填充有弹性连接剂。
9.如权利要求4所述的传感器封装盒，其中在所述凹部的一内边缘的周围形成一第二凹部，所述第二凹部比所述凹部浅，并且具有一限定所述支撑凸缘的一底部。
10.如权利要求1所述的传感器封装盒，其中在所述底板的所述中心区域的一内表面形成一凹部，所述凹部在其底部中心具有一支撑座，用以固定支撑一在所述传感器芯片底部的中心部分。
11.如权利要求1所述的传感器封装盒，其中有多个支撑柱从所述外围区域的外底部向外凸出到所述中心区域的外底部之外，所述支撑柱在其外表面上载有所述输出电极。
12.如权利要求11所述的传感器封装盒，其中所述支撑柱分别相邻地沿着所述外围区域的两相对侧边延伸。
13.如权利要求11所述的传感器封装盒，其中所述支撑柱相邻地沿着所述外围区域的四个侧边延伸。
14.如权利要求11所述的传感器封装盒，其中所述支撑柱形成为平行于所述凹槽。
15.如权利要求11所述的传感器封装盒，其中所述中心区域在其外底部形成有一装配区域，用于装配电路元件以与所述传感器芯片电连接。
16.如权利要求1所述的传感器封装盒，其中所述箱体以一盒子的形式具有从所述外围区域的内表面直立的侧壁和安装有一密封盖的一开口。
17.如权利要求16所述的传感器封装盒，其中所述箱体制作成包括有至少两薄片层。
18.如权利要求17所述的传感器封装盒，其中所述输出端和所述输出电极通过设于所述薄片层之间的传导构件电连接。
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