CN1922503A - 板上垂直管芯芯片 - Google Patents

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Abstract

提供了用于板上垂直管芯芯片传感器封装的方法和装置。这种板上垂直管芯芯片传感器封装可以包括垂直传感器电路部件，其包括第一面、第二面、底边缘、顶边缘、两个侧边缘、输入/输出(I/O)垫和至少一个敏感方向，其中I/O垫设置在底边缘附近。这种板上垂直管芯芯片传感器封装还可以包括一个或多个水平传感器电路部件，其包括顶面、印刷电路板(PCB)安装面、垂直传感器电路部件界面边缘、两个或更多个其它边缘、和一个或多个敏感方向，其中垂直传感器电路部件界面边缘沿着Z轴支撑垂直传感器电路部件，并且导电地或非导电地连接至垂直传感器电路部件。提供的方法和装置包括用于测量沿着三个正交轴的磁场强度的多轴磁强计，其包括通过它们的PCB安装面安装到PCB上的一个或多个磁场读出电路部件和安装到PCB上的垂直磁性传感器电路部件，使得垂直磁性传感器电路部件附着至磁场读出电路部件并且由该磁场读出电路部件支撑。

Description

板上垂直管芯芯片
技术领域
本发明总体上涉及制造传感器的方法和由这种方法制造的传感器。更具体地，本发明涉及低轮廓多轴传感器、例如磁性和倾斜传感器的设计和制造。
背景技术
地球磁场强度约为0.5至0.6高斯，并且具有平行于一直指向磁北的地球表面的分量。该场可以近似为偶极子模型-该场一直指向北，但该场相对于地球表面的角从赤道的水平线改变成在北半球低于水平线(即，朝着地面向“下”)和在南半球超过水平线(即，朝着空中向“上”)。在所有的情况下，地球场的水平方向都指向磁北并且用于确定罗盘方向。
磁性传感器已使用多于2,000年，主要用来读出用于方向测定或导航的地球磁场。现今，磁性传感器仍是导航的主要方式并且发展了许多其它用途。结果，可在医疗、实验室和电子器具；气象浮标；虚拟现实系统；和各种其它系统中找到磁性传感器。
现代的消费和商用电子设备设计通常涉及许多根本不同的功能合并到单一器件中和日益增加的小型尺寸器件的进化。小型器件和结合许多功能的器件需要它们的内部部件尽可能地小。希望将探路(wayfinding)和导航技术结合到这种致密的装置中需要必不可少的2和3维传感器，例如磁性传感器和/或倾斜传感器，以在Z轴上(即，在印刷电路板(PCB)的平面以外)高度为最小。沿着Z轴安装垂直传感器是对半导体装配工业、尤其是对有空间限制的应用的挑战。对于受限空间和成本敏感、高容量、标准的PCB工艺的应用，当前的方法不能安装垂直(Z轴)传感器。
因此，需要与安装在印刷电路板平面中的其它传感器正交地安装传感器，所述正交安装的传感器测量Z轴上的力或磁场。尤其是，需要以低轮廓方式将正交的传感器安装在例如蜂窝电话和其它消费和商业应用中。应当由成本敏感、高容量且容易适应共用PCB装配工艺的应用来满足这些需要。
发明内容
在本发明的一个方面中，提供了一种传感器封装，包括垂直传感器电路部件和水平传感器电路部件。垂直传感器电路部件包括第一面、第二面、底边缘、顶边缘、两个侧边缘、输入/输出(I/O)垫和敏感方向，并且I/O垫设置在垂直传感器电路部件的第二面上，并且敏感方向可以与邻近所述底边缘设置的I/O垫垂直。在特定实施例中，I/O垫设置成阵列。水平传感器电路部件包括顶面、印刷电路板(PCB)安装面、垂直传感器电路部件界面边缘、至少两个或更多个其它边缘、和与垂直传感器电路部件的敏感方向正交的一个或多个敏感方向。在本发明的该方面中，水平传感器电路部件的垂直传感器电路部件界面边缘沿着Z轴连接地支撑垂直传感器电路部件。
在本发明的特定实施例中，垂直传感器电路部件的底边缘和顶边缘之间的距离约为1.1mm。在其它实施例中，垂直传感器电路部件的底边缘和顶边缘之间的距离小于约1.1mm。
垂直传感器电路部件上的I/O垫优选与选自包括线接合、倒装芯片、焊料凸点、柱状凸点、导电环氧树脂、和诸如带自动接合(TAB)的柔性互连接合技术的组的方法兼容。在其它实施例中，垂直传感器电路部件可以包括用于导电连接至水平传感器电路部件的第一面上的I/O垫，并且所述的I/O垫优选与选自包括线接合、倒装芯片、焊料凸点、柱状凸点、导电环氧树脂、和诸如带自动接合(TAB)的柔性互连接合技术的组的方法兼容。同样，在特定实施例中垂直传感器电路部件可以导电地连接至水平传感器电路部件。
在其它实施例中，垂直传感器电路部件和水平传感器电路部件是固态传感器，而在其它实施例中传感器电路部件是磁性传感器。在其它实施例中，该一个或多个垂直传感器电路部件和该一个或多个水平传感器电路部件是倾斜传感器。在其它实施例中，一个或多个垂直传感器部件可以是一种传感器，例如，磁性或倾斜传感器，并且该一个或多个水平传感器电路部件可以是不同种类的传感器，例如，可以提供垂直支撑边缘的固态芯片。在其它实施例中，该一个或多个垂直传感器部件可以是任何类型的传感器，例如，磁性或倾斜传感器，并且该一个或多个水平传感器电路部件可以是任何固态芯片，无论它是否是实际传感器，假定它包括可以提供用于垂直传感器电路部件的支撑的垂直传感器电路部件界面边缘。
在本发明的第二方面中，提供了一种用于安装垂直传感器电路部件的方法。该垂直传感器电路部件包括第一和第二面、底、顶和两个侧边缘、以及设置在第二面上至PCB的I/O垫。该方法包括将垂直传感器电路部件的底边缘连接至PCB，以及将垂直传感器电路部件的第一面连接至与PCB连接的一个或多个水平传感器电路部件的垂直传感器电路部件界面边缘，该一个或多个水平传感器电路部件包括顶面、PCB安装面、垂直传感器电路部件界面边缘、和至少两个其它边缘。可以安装垂直传感器电路部件，以便水平传感器电路部件的垂直传感器电路部件界面边缘沿着Z轴支撑垂直传感器电路部件。
在特定实施例中，垂直传感器电路部件通过选自包括线接合、倒装芯片、焊料凸点、柱状凸点、导电环氧树脂、和诸如带自动接合(TAB)的柔性互连接合技术的组的方法导电地连接至PCB。在该方法的其它实施例中，垂直传感器电路部件通过导电环氧树脂、焊料凸点或柱状凸点技术导电地连接至PCB。在本发明的一些实施例中，切割垂直传感器电路部件和该一个或多个水平传感器部件，使得所述边缘与所述面基本垂直。
在本发明的第三方面中，提供了一种用于制造多轴磁强计的方法，其用于测量沿着至少两个正交轴的磁场强度。该方法包括将包括顶面、PCB安装面、垂直磁性传感器电路部件界面边缘、和两个或更多个其它边缘的一个或多个磁场读出电路部件通过它们的PCB安装面安装至PCB，以及将包括第一面、第二面、底边缘、顶边缘、两个侧边缘、输入/输出(I/O)垫和敏感方向的垂直磁性传感器电路部件安装至PCB，其中I/O垫设置在垂直传感器电路部件的第二面上，并且敏感方向可以与邻近底边缘设置的I/O垫正交。在该方法中，垂直磁性传感器电路部件附着至磁场读出电路部件并且由该磁场读出电路部件支撑。
在一些实施例中，该一个或多个磁场读出电路部件是水平传感器电路部件，而在其它实施例中是一个或多个水平的1维传感器电路部件。垂直磁性读出电路部件可以导电地或非导电地连接至磁场读出电路部件，并且导电连接可以通过例如导电环氧树脂或粘接剂形成，而非导电连接可以用粘接剂、如非导电的环氧树脂形成。
在本发明的第四方面中，提供了一种多轴磁强计，用于测量沿着至少两个正交轴的磁场强度。根据以上描述的本发明的第三方面的方法来制造该多轴磁强计。在一些实施例中，多轴磁强计进一步包括倾斜传感器。无论有没有倾斜传感器，用于测量沿着三个正交轴的磁场强度的多轴磁强计都可以包括在PCB的上方高为约1.1mm的垂直磁性传感器电路部件。类似地，在替换实施例中，无论有没有倾斜传感器，垂直磁性传感器电路部件都在PCB的上方高度小于约1.1mm。
附图说明
下面参考附图描述本发明的示范性实施例。
图1是根据示范性实施例的板上垂直管芯芯片传感器封装的示意图，包括X-Y平面内的2-轴磁性传感器和Z平面内的1-轴磁性传感器。
图2是根据示范性实施例的板上垂直管芯芯片传感器封装的两个不同结构的示意图，包括根据本发明安装的X平面内的1-轴磁性传感器、Y平面内的1-轴磁性传感器、和Z平面内的1-轴磁性传感器。
图3表示板上垂直管芯芯片传感器封装的正视和侧视示意图，并且说明了在垂直传感器、水平传感器和PCB之间附着的示范性方法。
图4是根据示范性实施例的板上垂直管芯芯片传感器封装的侧视示意图，说明了印刷电路板表面上的传感器之间的替换非导电接合。
图5是根据示范性实施例的板上垂直管芯芯片传感器封装的侧视示意图，说明了印刷电路板表面上的传感器之间的导电接合。
图6是根据示范性实施例的板上垂直管芯芯片传感器封装的侧视示意图，说明了印刷电路板表面上的传感器之间的导电接合以及示范性补充的非导电接合。
图7是根据示范性实施例的板上垂直管芯芯片传感器封装的示意图，其中I/O垫的阵列设置在与垂直传感器电路部件的敏感方向正交的垂直传感器电路部件的第二面上。该阵列和敏感方向都可以设置成不同于该示范性实施例中所示的。
图8是根据示范性实施例，将垂直传感器电路部件安装在印刷电路板(PCB)上的方法的流程图。
图9是根据示范性实施例制造多轴磁强计的方法的流程图。
具体实施方式
将参考附图详细地描述本发明的优选实施例，其仅仅是示范性实施例。关于图1，示出了通常由参考数字100表示的本发明的三轴传感器的结构。三轴传感器包括附着有传感器电路部件(即传感器)的印刷电路板(PCB)101。利用标准的板上芯片技术，如线接合、倒装芯片、和柔性互连接合，将装配到集成电路封装中或用作裸管芯的水平传感器电路部件102、例如磁阻或霍尔效应材料安装到PCB 101。参见例如Van Zant，Microchip Fabrication，第4版；McGraw-Hill(2000)；第18章，第557-593页；该参考文献的公开被并入作为参考。通常，如102、103、和204所示的传感器指的是“传感器电路部件”，并且根据需要添加更具体的描述符；例如，磁场传感器电路部件是对磁场敏感的传感器电路部件。在此描述的其它传感器部件也可以利用相同的标准板上芯片技术安装到PCB 101。优选地，切割该水平传感器电路部件102以使它沿着其厚度通常拥有垂直边缘。沿着水平传感器电路部件102的厚度的边缘用作用于正交地安装至水平传感器电路部件102的垂直传感器电路部件103的支撑。利用这种思想，如在此所使用的术语“传感器”和“水平传感器电路部件”也包括例如本身不拥有“读出”能力但包括可以给垂直安装在PCB上的传感器、如磁性传感器提供物理支撑的沿着其厚度的垂直边缘(“垂直传感器电路部件界面边缘”)的固态芯片。一个示范性实施例是包括垂直地安装在PCB上的两轴磁性传感器的两轴磁性传感器，其中垂直安装的磁性传感器相对于任何种类的(读出或非读出)固态芯片安装在PCB上。该或这些固态芯片仅需要包括垂直传感器电路部件界面边缘，其可以用作沿垂直轴用于垂直传感器的支撑。
在图1的示范性实施例中，水平传感器电路部件102对沿着X和Y轴，即限定PCB 101平面的轴的力、例如磁力敏感。在该实例中，垂直传感器电路部件103对沿着剩余的正交轴、Z轴的力敏感。因此，在该示范性图中，水平传感器电路部件102是2维传感器。考虑将另外的电路安装在PCB 101上，其独立于任何附着的传感器电路部件或其与任何附着的传感器电路部件合作地起作用。垂直或水平的第一和第二传感器电路部件可以彼此导电或非导电地连接，如图3至图7所示。另外，虽然图1-4示出了水平传感器电路部件高度相等，但没有暗含这样的限制。通常，垂直传感器电路部件沿着Z轴比水平传感器电路部件高，但这两个部件可以是相同高度或者水平传感器电路部件可以更高。然而，传感器封装的高度优选为约1.1mm或更小。
根据图1中所示的本发明的示范性实施例，定位单个水平传感器电路部件102和垂直传感器电路部件103的角定向，以精确地读出和测量沿着三维或轴、即X、Y和Z轴的外部磁场的三个正交分量。在该示范性实施例中，这种定位可以包含确保以与水平传感器电路部件102正交或垂直的角度安装垂直传感器电路部件103。在本发明的该方面的优选实施例中，垂直传感器电路部件103，和由此的垂直和水平传感器电路部件的组合传感器封装是低轮廓的，或者高度为约1.1mm或更小。而且，水平和垂直传感器电路部件通常包括在安装到PCB 101以及在某些实施例中安装到其它传感器电路部件的表面上的电连接，例如在任何适合的连接技术中用于焊料凸点或柱状凸点的输入/输出(I/O)垫。其它的板上芯片技术可以用于建立PCB和传感器电路部件之间的电连接。
图2示出了根据本发明的方法制造的、通常由参考数字200表示的三轴传感器封装的两个替换结构。在图2的示范性实施例中，传感器封装包括至少三个主部件，第一和第二水平的1维传感器电路部件204、和垂直传感器电路部件103。如在此所使用的，“水平的1维传感器电路部件”指的是对沿着单轴的力敏感的传感器。在图2中，安装该第一和第二水平的1维传感器电路部件204以使每一个都对与另一个正交的PCB的平面上的力敏感。图2A示出了一种传感器封装，其中两个水平的1维传感器电路部件空间上分开地安装在PCB上，并且该两个传感器电路部件中仅一个用作垂直传感器电路部件103的支撑。图2B示出了一种传感器封装，其中两个水平的1维传感器电路部件204导电或非导电地附着接触，并且两个都用作垂直传感器电路部件103的支撑。水平的1维传感器电路部件也可以安装在传感器封装中，其中水平传感器电路部件204导电或非导电地接触，但这些水平的1维传感器电路部件中仅一个用作垂直传感器电路部件103的支撑。在本发明的替换实施例中，垂直传感器电路部件可以垂直安装，但对沿着除Z轴外的一个或多个轴的力敏感。也就是说，形成本发明的传感器封装利用的垂直和水平传感器电路部件中的任一个都对沿着一个或多个轴的力敏感。
水平的1维传感器电路部件204(以及“第一传感器电路部件”102)通常具有至少在安装到PCB 101的表面上的电连接，例如用于焊料凸点或柱状凸点的输入/输出(I/O)垫。水平的1维传感器电路部件204(以及垂直传感器电路部件103)也可以具有在除了与PCB界面连接的那些之外的表面上的电连接，例如I/O垫，以便于传感器电路部件之间的额外的PCB电连接。其它的板上芯片技术可以用于建立电连接。
如同图1的三轴传感器100一样，沿着一个或多个水平的1维传感器电路部件(204)的厚度的边缘用作正交地安装至一个或多个水平的1维传感器电路部件204的垂直传感器电路部件103的支撑。优选地，切割水平的1维传感器电路部件204，以使它们通常拥有沿着它们的厚度的垂直边缘，以支撑与它们导电或非导电连接的垂直安装的传感器电路部件103。
水平的1维传感器电路部件204可以与垂直传感器电路部件103基本类似，除了垂直部件通常沿着传感器的厚度或边缘而不是在其面上安装到PCB 101，即其垂直地安装。这种垂直传感器电路部件通常具有至少在传感器的面上、通常在安装到PCB 101的边缘附近的任何电连接(例如，用于焊料凸点或柱状凸点的I/O垫、或用于线接合的接合垫)。优选地，将I/O垫设置为阵列，并且该阵列可以与传感器的敏感方向垂直。还参见示范性实施例图7。垂直传感器电路部件可以包括对沿着单轴的力敏感的传感器，并且由此在这些实施例中可以被称为“垂直的、1维传感器电路部件”。在其它实施例中，垂直传感器电路部件对在一个以上的方向上、沿着X、Y或Z轴中的任一个的力敏感。
根据图2中所示的本发明的示范性实施例A和B，调节单个第一和第二水平的1维传感器电路部件204和垂直传感器电路部件103的角定向，以精确地读出和测量沿着三维或轴、即X、Y和Z轴的外部磁场的三个正交分量。在本发明的该方面的优选实施例中，垂直传感器电路部件103是低轮廓的，或者高度小于约1.1mm。在替换实施例中，可以使板上垂直管芯芯片传感器封装对沿着少于三个的轴的力敏感。利用图2作为实例，可以省略一个水平的1维传感器电路部件204，留下了根据本发明的方法安装的剩余的水平传感器电路部件204和垂直传感器电路部件103。
图3表示板上垂直管芯芯片传感器封装的正视和侧视示意图，并且说明了垂直传感器电路部件103、水平传感器电路部件102、204和PCB 101之间的附着的示范性方法。图3可以包括例如图1的三轴传感器100或图2的一个或多个水平的1维传感器电路部件204和垂直传感器电路部件103。传感器封装，例如磁性传感器，包括附着有传感器电路部件的PCB 101。水平传感器电路部件102或水平的1维传感器电路部件204利用诸如线接合、倒装芯片、和柔性互连接合之类的标准的板上芯片技术、电连接105安装到PCB 101。这种示范性的电连接由图3(A)中的水平传感器电路部件102、204和PCB 101之间的线接合或TAB接合105、图3(A)和(C)中的垂直传感器电路部件103和PCB 101之间的焊接点105、以及嵌入图3(B)中的垂直传感器电路部件103和PCB 101之间的导电环氧树脂105中的柱状凸点来代表。图4-7也示范性地示出了倒装芯片电连接。电连接105不限于图中所示的那些。在该示范性实施例中，安装在PCB 101的X-Y平面上的、或对PCB 101的平面上的磁场敏感的传感器102、204、以及垂直传感器电路部件103不以它们之间的电连接105为特征并且通过传感器部件接合104被连接，其可以在传感器102、204、垂直传感器电路部件103和PCB 101的任何之间形成层。传感器部件接合104可以是非导电的或导电的。例如，传感器部件接合104可以由非导电的环氧树脂、导电环氧树脂或焊料形成。传感器部件接合104并不旨在暗示特定的比例，并且可以比图3中所示的厚或薄。如在以上描述的实施例中，优选地切割安装在PCB 101的X-Y平面上的或对PCB 101的平面上的磁场敏感的传感器102、204，以使它通常拥有沿着其厚度的垂直边缘。沿着传感器102、204的厚度的边缘用作垂直传感器电路部件103的支撑，其正交地安装至传感器102、204和PCB 101。
图4是图3的示范性传感器封装的替换实施例的侧视图。在该示范性实施例中，垂直传感器电路部件103相对于水平安装的传感器102、204的边缘直接安装在PCB 101的X-Y平面上，以便该边缘用作垂直传感器电路部件103的直接支撑。在这种实施例中，传感器102、204和垂直传感器电路部件103优选通过传感器部件固定物107(导电或优选非导电的)被接合，该传感器部件固定物包括导电环氧树脂、非导电的环氧树脂或其它粘接剂。传感器部件固定物107例如可以形成沿着传感器102、204和垂直传感器电路部件103之间的界面108的小珠。示范性的电连接105由两种柔性互连接合、例如水平传感器电路部件102、204的顶面和PCB之间的线接合或TAB接合105，以及由水平传感器电路部件102、204的PCB安装面和PCB 101之间的倒装芯片技术来代表。水平传感器电路部件和PCB之间的电连接的替换方法优选被分别利用，但可以同时利用。
图5是根据本发明的板上垂直管芯芯片传感器封装的另一替换示范性实施例的侧视图。图5与图3中所示的实施例类似，有一个主要的例外。图5示出了一个实施例，其中安装在PCB 101的X-Y平面上的传感器102、204和垂直传感器电路部件103直接电通信，即，它们的特征是它们之间的电连接106。在这种实施例中，传感器102、204的边缘以及它们之间的任何电连接106可以用作垂直传感器电路部件103的支撑。安装在PCB 101的X-Y平面上的传感器102、204和垂直传感器电路部件103之间的电连接可以利用本领域中的标准技术、例如线接合、倒装芯片、和诸如带自动接合(TAB)的柔性互连接合等形成。类似地，对于如图2(B)中所示的实施例，传感器部件103、204中的任一个可以与它邻接的任何其它传感器部件直接电通信。虽然水平和垂直传感器电路部件可以彼此电通信，但优选地垂直传感器电路部件通过例如由如图7所示的I/O垫702促进的连接与PCB电接触。如同图4一样，示范性电连接105由两种柔性互连接合、如水平传感器电路部件102、204的顶面和PCB之间的线接合或TAB接合105、以及由水平传感器电路部件102、204的PCB安装面和PCB 101之间的倒装芯片技术来代表。此外，水平传感器电路部件和PCB之间的电互连的方法优选被分别利用，但可以同时利用。
图6是根据本发明的板上垂直管芯芯片传感器封装的另一替换示范性实施例的侧视图。图6与图5类似，并且添加了传感器部件固定物107。需要坚固的传感器的应用，例如，其中这些传感器可能受到导致不重合或者以别的方式损伤传感器的很大的力，可能需要比从一个或多个电连接106或传感器部件接合104可获得的更大的结构完整性。在这种情况下，可以利用传感器部件固定物107来更充分地支持或支撑相对于或直接至传感器102、204的边缘的垂直传感器电路部件103。传感器部件固定物107可以定位在传感器电路部件之间的界面处的任何地方。例如，传感器部件固定物107可以沿着如图6所示的管芯的侧定位。可替换地，传感器部件固定物107可以沿着如图4所示的水平传感器电路部件的面和垂直传感器电路部件的边缘之间的界面定位。在这种实施例中，传感器部件固定物107(导电或优选非导电的)包括例如导电环氧树脂、非导电的环氧树脂或其它粘接剂。传感器部件固定物107可以形成沿着传感器102、204和垂直传感器电路部件103之间的界面108的小珠。类似地，传感器部件固定物107可以与例如图2(B)中所示的实施例一起使用，其中所有的传感器部件103、204都处于直接电通信或非电通信。如同图4和5一样，以上概述的形成电互连105的方法优选被分别利用，但可以同时利用。
图7是示范性的板上垂直管芯芯片传感器封装的示意图，其中I/O垫702的阵列设置在垂直传感器电路部件的第二面上(与图3(C)类似)，其在该示范性情况下与垂直传感器电路部件的敏感方向正交。如上所述，垂直传感器电路部件可以对沿着一个或多个轴的力敏感，并且不需要对仅沿着Z轴的力敏感。在该示范性实施例中，垂直和水平传感器电路部件可以如例如图1-6中任一个所示的那样被连接。电接触的阵列沿着垂直传感器电路部件的第一面定位，其在该示范性情况下与垂直传感器电路部件的读出方向正交。另外，尽管示出了水平传感器电路部件对沿着两个轴、这里为X和Y轴的力敏感，但水平传感器电路部件也可以对沿着包括Z轴的单轴的力敏感。电接触，例如焊料或柱状凸点，优选设置成阵列并且便于垂直传感器电路部件103和PCB 101之间的电连接。
图8是将垂直传感器电路部件103安装在PCB 101上的方法的流程图。垂直传感器电路部件包括第一和第二面、底、顶和两个侧边缘、以及设置在邻近底边缘的第二面上的I/O垫。垂直传感器电路部件103的底边缘导电地或非导电地连接至PCB 101，其用框1表示。所述的垂直传感器电路部件103邻近或邻接水平传感器电路部件102、204安装。框2示出了将垂直传感器电路部件103的第一面连接至一个或多个水平传感器电路部件102、204的垂直传感器电路部件界面边缘，这些水平传感器电路部件包括顶面、PCB安装面、垂直传感器电路部件界面边缘和至少两个其它边缘。使用了标准的板上芯片技术，例如线接合、倒装芯片、焊料凸点、柱状凸点、导电环氧树脂和诸如带自动接合(TAB)的柔性互连接合技术。传感器102、204可以在将垂直传感器电路部件103连接至PCB 101之前或之后安装到PCB 101上。这种将垂直传感器电路部件安装在PCB 101上的方法的结果是，与传感器电路部件103电连接或非电连接的一个或多个水平传感器电路部件102、204的垂直传感器电路部件界面边缘沿着Z轴支撑垂直传感器电路部件103。所得到的传感器封装是耐用的且对正交对准的读出轴之间的对准变形有抵抗力。垂直传感器电路部件103可以包括在一个或多个面上的(I/O)垫。优选地，切割垂直安装在PCB 101上的该一个或多个传感器电路部件103和优选一个或多个水平传感器电路部件102、204，以使所述边缘与所述面基本垂直。
在一些实施例中，该一个或多个磁场读出电路部件是水平传感器电路部件，而在其它实施例中是一个或多个水平的1维传感器电路部件。垂直磁性读出电路部件可以非导电地连接至磁场读出电路部件，并且该非导电连接可以用粘接剂、如非导电的环氧树脂形成。
图9是制造用于测量沿着三个正交轴的磁场强度的多轴磁强计的方法的流程图。包括顶面、PCB安装面、垂直磁性传感器电路部件界面边缘、和至少两个或更多个其它边缘的一个或多个磁场读出电路部件102、204通过它们的PCB安装面安装至PCB 101，如由框1所示的。框2表示将磁性传感器电路部件103安装至PCB 101，该磁性传感器电路部件103包括第一面、第二面、底边缘、顶边缘、两个侧边缘、输入/输出(I/O)垫和敏感方向，其中I/O垫设置在传感器电路部件103的第二面上，并且在该示范性情况下，敏感方向与邻近底边缘设置的I/O垫垂直。还参见图7。如上所述，垂直传感器电路部件的敏感方向不必沿着Z轴。而且，垂直传感器电路部件可以对沿着一个以上的轴的力敏感。在该方法中，垂直安装的磁性传感器电路部件103附着至水平安装的磁场读出电路部件102、204，并且由该磁场读出电路部件102、204支撑。垂直安装的磁性读出电路部件103可以是用粘接剂、优选非导电的环氧树脂非导电地连接至该一个或多个磁场读出电路部件102、204。
在一些实施例中，该一个或多个磁场读出电路部件是水平传感器电路部件(即，对沿着X、Y和/或Z轴中的任何两个的力敏感的2维传感器)，而在其它实施例中是对沿着一个轴的力敏感的一个或多个水平的1维传感器电路部件。垂直磁性读出电路部件可以非导电地连接至磁场读出电路部件，并且该非导电连接可以用粘接剂、如非导电的环氧树脂形成。
另外，垂直安装的磁性读出电路部件103可以包括在其第一面上的I/O垫，并且该第一或多个磁场读出电路部件102、204包括在例如它们的顶面上的I/O垫，以及垂直磁性读出电路部件和该一个或多个磁场读出电路部件可以通过这些I/O垫被导电地连接。还参见图6。垂直磁性读出电路部件和该一个或多个磁场读出电路部件之间的导电连接可以通过例如线接合、倒装芯片、焊料凸点、柱状凸点、导电环氧树脂、和诸如带自动接合(TAB)的柔性互连接合技术形成。
在本发明的以上方面的优选实施例中，垂直传感器电路部件103是低轮廓的，即高度等于或小于约1.1mm。而且，这些图表示示范性实施例并且没有将本发明的板上垂直管芯芯片传感器封装方法和传感器封装限制为磁性传感器。可以代替图中的磁性传感器的另一传感器类型可以是例如倾斜传感器或任何其它传感器，其可以与PCB工艺一起使用，并且是小尺寸的、优选高度约为1.1mm或小于1.1mm。本发明的板上垂直管芯芯片传感器封装和制造所述的板上垂直管芯芯片传感器封装的方法可以包括在电子器件中，包括便携式和手提式器件，如蜂窝电话。
更一般地说来，磁场可以被表征为具有幅度和方向的矢量。磁性传感器以各种方式测量这个量。一些磁强计测量总的幅度但不测量场的方向(标量传感器)。其它的测量磁化分量的幅度，其沿着它们的敏感轴(全向传感器)。该测量也可包括方向(双向传感器)。矢量磁性传感器可以具有2个或3个双向传感器。一些磁性传感器具有内建阈值并且仅当传递该阈值时才产生输出。虽然可以用于本发明中的磁性传感器的类型包括较老的技术，包括簧片开关、可变磁阻传感器、磁通门磁强计、磁感应传感器和霍尔器件，但是相对新的固态传感器，例如各向异性磁阻(AMR)传感器，由于其对PCB工艺的适应性和小尺寸而被优选。本发明涉及用以上提到的传感器、并且优选AMR传感器的任何组合制造的板上垂直管芯芯片传感器封装。所述的传感器封装在它们的制造中利用在此描述的板上垂直管芯芯片方法。
可以采用地球磁场来确定，例如，用于导航的罗盘航向和偏航角速度(通过测量场变化的导数)。当AMR传感器可以读出DC静止场以及场的强度和方向时，它们提供测量地球磁场的线性和角位置以及位移的极好方式。AMR传感器通常由沉积在硅晶片上的镍-铁(坡莫合金(Permalloy))薄膜制成并且被图案化成电阻条。存在磁场时，AMR薄膜的性质导致将电阻改变了约2-3％。一般，这些电阻器中的四个连接成惠斯登电桥(Wheatstone bridge)结构，以便可以测量场沿着单轴的幅度和方向。对于典型的AMR传感器，带宽在1-5MHz范围内。磁阻效应的反应快并且不受线圈或振荡频率的限制。AMR传感器的其它优点是，它们是低成本的、高敏感性的、小尺寸的、高可靠性的、有显著的抗扰度，以及它们可以批量制造在硅晶片上并且安装在商用集成电路封装中。这使得磁性传感器能够与其它电路和系统部件自动装配。AMR传感器可从例如Honeywell获得。
本发明还涉及利用具有本发明的板上垂直管芯芯片传感器封装方法的另外的类型的传感器(除了磁性传感器)，以制造各种功能的板上垂直管芯芯片传感器封装。作为实例，倾斜传感器可以与磁性传感器结合使用，以提供导航和飞行器姿态信息。航空器约定从三个角：航向角、倾角和滚动角方面限定了姿态参数。这些角涉及局部的水平面。也就是说，该平面垂直于地球的重力矢量。航向角被限定为从真北(地球的极轴)顺时针测量的局部水平面内的角。倾角被限定为航空器的纵轴和局部水平面(升起的正面)之间的角。滚动角被限定为局部水平面和实际飞行方位(右翼向下的正面)之间的纵轴周围的角。根据倾斜传感器输出确定航向角、倾角和滚动角的方法在本领域中是公知的。
普通的倾斜测量器件包括加速度计、电解(流体)基倾斜传感器、和用万向架固定的机械结构。确定局部水平面的另一方法是使用陀螺仪在所有的时间都保持已知的惯性参考方位。适合与PCB工艺一起使用且可以是小尺寸的倾斜传感器，例如加速度计和电解传感器，是优选的倾斜传感器。根据本发明，所述的倾斜传感器可以安装到PCB上。
低成本倾斜传感器，例如两轴电解的和双轴加速度计，直接测量滚动角和倾角。填充了液体的电解倾斜传感器，类似玻璃“套筒”，使用电极来监测传感器改变角时的流体运动。固态加速度计倾斜传感器借助电机械电路测量地球重力场。这些传感器在它们具有测量从局部水平面的角偏移的两个单轴部件方面是相似的。信号调整电路用于建立与倾斜的角成比例的输出信号。认为这些传感器类型是捷联式器件，因为它们没有移动或悬垂部分。如果需要捷联式罗盘输出任一方位的航向，那么作为最小值，罗盘系统必须具有三轴磁性传感器和两轴倾斜。航向计算依靠所有的三个磁性分量(X、Y、Z)，所以罗盘方位算术上可以旋转至水平面。于是，可以计算Xh和Yh(地球磁场的水平分量)分量以确定航向值。
因此，本发明满足将传感器正交地安装到安装于印刷电路板的平面内的其它传感器的需要，所述正交安装的传感器测量Z轴上的力或磁场。尤其是，本发明提供了用于以低轮廓方式将正交传感器安装在例如蜂窝电话以及其它消费和商业应用中的方法，这些方法是成本敏感的、高容量且容易适应共用的PCB装配工艺。
应当理解，所示出的实施例仅仅是示范性的，并且不应当认为是限制本发明的范围。权利要求不应被理解为受限于上述次序或元件，除非被指明为该效果。因此，要求落入以下权利要求和其等效物的范围和精神内的所有实施例作为本发明。

Claims (31)

1.一种传感器封装，包括：
a)垂直传感器电路部件，其包括第一面、第二面、底边缘、顶边缘、两个侧边缘、输入/输出(I/O)垫和至少一个敏感方向，其中I/O垫设置在垂直传感器电路部件的第二面上；以及
b)水平传感器电路部件，其包括顶面、印刷电路板(PCB)安装面、垂直传感器电路部件界面边缘、至少两个或更多个其它边缘、和与垂直传感器电路部件的敏感方向正交的至少一个敏感方向，
其中水平传感器电路部件的垂直传感器电路部件界面边缘沿着Z轴连接地支撑垂直传感器电路部件。
2.如权利要求1的传感器封装，其中垂直传感器电路部件的底边缘和顶边缘之间的距离约为1.1mm。
3.如权利要求1的传感器封装，其中垂直传感器电路部件的底边缘和顶边缘之间的距离小于约1.1mm。
4.如权利要求1的传感器封装，其中垂直传感器电路部件上的I/O垫被设置成阵列。
5.如权利要求1的传感器封装，其中垂直传感器电路部件上的I/O垫与选自包括线接合、倒装芯片、焊料凸点、柱状凸点、导电环氧树脂、柔性互连接合、和带自动接合(TAB)技术的组的方法兼容。
6.如权利要求1的垂直传感器电路部件，其中第一面包括用于至水平传感器电路部件的导电连接的I/O垫。
7.如权利要求6的垂直传感器电路部件，其中I/O垫与选自包括线接合、倒装芯片、焊料凸点、柱状凸点、导电环氧树脂、柔性互连接合、和带自动接合(TAB)技术的组的方法兼容。
8.如权利要求1的传感器封装，其中垂直传感器电路部件和水平传感器电路部件是固态传感器。
9.如权利要求1的传感器封装，其中垂直传感器电路部件和水平传感器电路部件是磁性传感器。
10.如权利要求1的传感器封装，其中垂直传感器电路部件和水平传感器电路部件是倾斜传感器。
11.如权利要求1的传感器封装，其中垂直传感器电路部件包括传感器，以及水平传感器电路部件包括具有垂直传感器电路部件界面边缘的固态芯片。
12.如权利要求1的传感器封装，其中垂直传感器电路部件导电地连接至水平传感器电路部件。
13.一种用于将垂直传感器电路部件安装至PCB的方法，该垂直传感器电路部件具有第一和第二面、底、顶和两个侧边缘、以及设置在第二面上的I/O垫，该方法包括：
a)将垂直传感器电路部件的底边缘连接至PCB；以及
b)将垂直传感器电路部件的第一面连接至一个或多个水平传感器电路部件的垂直传感器电路部件界面边缘，该一个或多个水平传感器电路部件包括顶面、PCB安装面、垂直传感器电路部件界面边缘、和至少两个其它边缘，其中该水平传感器电路部件连接至PCB，
其中与垂直传感器电路部件连接的水平传感器电路部件的垂直传感器电路部件界面边缘沿着Z轴支撑垂直传感器电路部件。
14.如权利要求13的方法，其中通过选自包括线接合、倒装芯片、焊料凸点、柱状凸点、导电环氧树脂、柔性互连接合、和带自动接合(TAB)技术的组的方法，将垂直传感器电路部件导电地连接至PCB。
15.如权利要求14的方法，其中通过导电环氧树脂、焊料凸点或柱状凸点技术，将垂直传感器电路部件导电地连接至PCB。
16.如权利要求13的方法，其中切割垂直传感器电路部件和该一个或多个水平传感器部件，其中所述边缘与所述面基本垂直。
17.一种用于制造多轴磁强计的方法，其用于测量沿着至少两个正交轴的磁场强度，该方法包括：
a)使包括顶面、PCB安装面、垂直磁性传感器电路部件界面边缘、和两个或更多个其它边缘的一个或多个磁场读出电路部件通过它们的PCB安装面安装至PCB；以及
b)将包括第一面、第二面、底边缘、顶边缘、两个侧边缘、输入/输出(I/O)垫和至少一个敏感方向的垂直磁性传感器电路部件安装至PCB，其中I/O垫设置在垂直传感器电路部件的第二面上；
其中垂直磁性传感器电路部件附着至磁场读出电路部件并且由该磁场读出电路部件支撑。
18.如权利要求17的方法，其中磁场读出电路部件是一个或多个水平传感器电路部件。
19.如权利要求17的方法，其中磁场读出电路部件是一个或多个水平的1维传感器电路部件。
20.如权利要求17的方法，其中垂直磁性读出电路部件非导电地连接至磁场读出电路部件。
21.如权利要求20的方法，其中非导电连接用粘接剂形成。
22.如权利要求21的方法，其中粘接剂是非导电的环氧树脂。
23.如权利要求17的方法，其中垂直磁性读出电路部件导电地连接至磁场读出电路部件。
24.如权利要求23的方法，其中导电连接用粘接剂形成。
25.如权利要求24的方法，其中粘接剂是导电环氧树脂。
26.一种根据权利要求17的方法制造的多轴磁强计，用于测量沿着至少两个正交轴的磁场强度。
27.如权利要求26的用于测量沿着三个正交轴的磁场强度的多轴磁强计，进一步包括倾斜传感器。
28.如权利要求26的用于测量沿着三个正交轴的磁场强度的多轴磁强计，其中垂直磁性传感器电路部件在PCB上高度约为1.1mm。
29.如权利要求27的用于测量沿着三个正交轴的磁场强度的多轴磁强计，其中垂直磁性传感器电路部件在PCB上高度约为1.1mm。
30.如权利要求26的用于测量沿着三个正交轴的磁场强度的多轴磁强计，其中垂直磁性传感器电路部件在PCB上高度小于约1.1mm。
31.如权利要求27的用于测量沿着三个正交轴的磁场强度的多轴磁强计，其中垂直磁性传感器电路部件在PCB上高度小于约1.1mm。
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