ITTO20100396A1 - PRESSURE SENSOR - Google Patents
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Description
"SENSORE DI PRESSIONE", "PRESSURE SENSOR",
TESTO DELLA DESCRIZIONE TEXT OF THE DESCRIPTION
Campo dell’invenzione Field of invention
La presente invenzione si riferisce ad un sensore di pressione avente le caratteristiche indicate almeno al preambolo della rivendicazione 1. The present invention refers to a pressure sensor having the characteristics indicated at least in the preamble of claim 1.
Più particolarmente, l’invenzione riguarda un sensore di pressione avente: More particularly, the invention relates to a pressure sensor having:
- un elemento sensibile alla pressione, comprendete un die di materiale semiconduttore, particolarmente silicio, definente una cavità cieca avente un’estremità aperta in corrispondenza di una prima faccia del die, l’estremità opposta della cavità essendo chiusa da una porzione a membrana definita dal die in corrispondenza della sua faccia opposta alla prima faccia; - a pressure sensitive element, comprising a die of semiconductor material, particularly silicon, defining a blind cavity having an open end at a first face of the die, the opposite end of the cavity being closed by a membrane portion defined by the die in correspondence of its face opposite to the first face;
- un substrato, attraversato da un’apertura passante ed avente una superficie piana in corrispondenza della quale si apre un’estremità dell’apertura passante, l’elemento sensibile essendo montato sulla superficie piana del substrato con l’estremità aperta della relativa cavità affacciata all’apertura passante del substrato; - a substrate, crossed by a through opening and having a flat surface at which one end of the through opening opens, the sensitive element being mounted on the flat surface of the substrate with the open end the relative cavity facing the through opening of the substrate;
- un circuito elettrico al quale il die à ̈ elettricamente connesso. - an electrical circuit to which the die is electrically connected.
L’invenzione di riferisce altresì ad un metodo per la produzione di un tale sensore, secondo almeno il preambolo della rivendicazione 10. The invention also refers to a method for manufacturing such a sensor, according to at least the preamble of claim 10.
Tecnica anteriore Prior art
Sensori di pressione avente la struttura indicata sono generalmente noti ed utilizzati in dispositivi per la rilevazione della pressione di fluidi (liquidi e aeriformi) in vari settori, quale il settore automobilistico, il settore domestico e degli elettrodomestici, il settore del condizionamento ambientale e idro-termo-sanitario in genere. Pressure sensors having the indicated structure are generally known and used in devices for detecting the pressure of fluids (liquids and gasses) in various sectors, such as the automotive sector, the domestic and household appliances sector, the environmental conditioning and hydro- thermo-sanitary in general.
In una prima tipologia di soluzioni il substrato à ̈ costituito da un corpo principale del sensore, avente funzioni strutturali, ad esempio formato in materiale metallico, al quale à ̈ in genere accoppiato un coperchio di chiusura, che protegge il die di semiconduttore e la circuiteria elettrica/elettrica del sensore, ed integra un connettore. In a first type of solution, the substrate is constituted by a main body of the sensor, having structural functions, for example made of metallic material, to which a closing cover is generally coupled, which protects the semiconductor die and the circuitry electrical / electrical sensor, and integrates a connector.
In un’altra tipologia di soluzioni il substrato à ̈ invece costituito da un supporto di circuito stampato o PCB (Printed Circuit Board) in vetroresina, che quindi supporta sia il die, sia la suddetta circuiteria. In queste soluzioni, il substrato costituito dal PCB à ̈ montato all’interno di un involucro plastico o metallico. Il die in silicio à ̈ saldato ad una relativa base di vetro, cava assialmente, tramite "anodic bonding", ovvero un processo che prevede l'utilizzo di elettricità per il riscaldamento e la fusione tra silicio e vetro, con ottenimento di un legame chimico. La base suddetta viene incollata a tenuta sul relativo substrato, tramite una resina siliconica o epossidica, in corrispondenza di una relativa apertura passante. In another type of solution, the substrate is instead constituted by a printed circuit board or PCB (Printed Circuit Board) support in fiberglass, which therefore supports both the die and the aforementioned circuitry. In these solutions, the substrate constituted by the PCB is mounted inside a plastic or metal enclosure. The silicon die is welded to a relative glass base, hollow axially, through "anodic bonding", which is a process that involves the use of electricity for heating and fusion between silicon and glass, obtaining a chemical bond . The aforesaid base is bonded tightly to the relative substrate, by means of a silicone or epoxy resin, in correspondence with a relative through opening.
A prescindere dal tipo di realizzazione specifica, e molto schematicamente, l’apertura passante del substrato risulta posta in comunicazione di fluido con un circuito in cui si trova il mezzo di cui deve essere rilevata la pressione, sia esso un liquido o un aeriforme. In tal modo, anche la cavità del die risulta in comunicazione di fluido con il circuito in cui si trova il mezzo oggetto di misura. La pressione del suddetto mezzo genera una flessione più o meno marcata della porzione a membrana del die. L’entità della deformazione, rappresentativa della pressione, à ̈ rilevata realizzando opportunamente il die, ad esempio ricavando in corrispondenza della sua porzione a membrana un ponte resistivo miniaturizzato. Regardless of the type of specific embodiment, and very schematically, the through opening of the substrate is placed in fluid communication with a circuit containing the medium whose pressure is to be measured, be it a liquid or an aeriform. In this way, the cavity of the die also results in fluid communication with the circuit in which the medium being measured is located. The pressure of the aforesaid medium generates a more or less marked flexion of the membrane portion of the die. The extent of the deformation, representative of the pressure, is detected by suitably making the die, for example by obtaining a miniaturized resistive bridge in correspondence with its membrane portion.
La seconda tipologia di soluzioni indicata si dimostra poco idonea all’impiego di sensori di pressione a semiconduttore in abbinamento a fluidi particolarmente aggressivi dal punto di vista chimico, a causa di rischi di deterioramento del PCB. Considerazioni analoghe valgono per il caso in cui il sensore sia impiegato per rilevare la pressione di fluidi aventi elevate temperatura, ad esempio nell’ordine dei 150°C, oppure nel caso in cui il substrato à ̈ potenzialmente soggetto ad elevate sollecitazioni meccaniche, come nel caso di pressioni elevate. The second type of solution indicated is not very suitable for the use of semiconductor pressure sensors in combination with particularly aggressive fluids from a chemical point of view, due to the risk of deterioration of the PCB. Similar considerations apply to the case in which the sensor is used to detect the pressure of fluids having high temperatures, for example in the order of 150 ° C, or in the case in which the substrate is potentially subject to high mechanical stresses, such as in the case of high pressures.
Questi problemi vengono ridotti nelle soluzioni in cui la base in vetro del die à ̈ incollata su di un substrato metallico, tipicamente costituito dal corpo principale del sensore, avente funzioni strutturali. Tuttavia, anche queste soluzioni sono nel complesso poco idonee all’impiego in abbinamento a fluidi particolarmente aggressivi dal punto di vista chimico, atteso che anche in questo caso la base in vetro del die viene incollata a tenuta tramite una resina siliconica o epossidica, e queste resine sono scarsamente resistenti ad aggressioni chimiche e/o a ad elevate temperature. Il sensore necessita comunque di un circuito elettrico di collegamento, il cui supporto deve essere posizionato in prossimità del die. Per questa ragione, la faccia del corpo metallico, in corrispondenza della quale sono montati il die ed il circuito tipicamente non à ̈ piana, ma lavorata in modo da definire due distinte superfici di appoggio parallele, a differente altezza. In particolare, la suddetta faccia del corpo metallico viene lavorata in modo da definire una porzione centrale in rilievo - attraversata da una porzione terminale del passaggio di presa di pressione - sulla superficie di sommità della quale viene incollata la base in vetro del die. Il supporto di circuito o PCB viene formato con un’apertura di dimensioni tali da poter ricevere passante il suddetto rilievo e poggiare sulla superficie più bassa del substrato. In questo modo, il PCB non giunge mai a contatto con il fluido oggetto di misura e può estendersi attorno al rilevo, per un collegamento più agevole al die. These problems are reduced in solutions in which the glass base of the die is glued on a metal substrate, typically constituted by the main body of the sensor, having structural functions. However, even these solutions are on the whole not very suitable for use in combination with particularly aggressive fluids from a chemical point of view, since also in this case the glass base of the die is glued tightly through a silicone or epoxy resin, and these resins are poorly resistant to chemical aggression and / or to high temperatures. However, the sensor requires an electrical connection circuit, the support of which must be positioned near the die. For this reason, the face of the metal body, in correspondence with which the die and the circuit are mounted, is typically not flat, but machined in such a way as to define two distinct parallel support surfaces, at different heights. In particular, the aforesaid face of the metal body is machined so as to define a central portion in relief - crossed by a terminal portion of the pressure intake passage - on the top surface of which the glass base of the die is glued. The circuit or PCB support is formed with an opening of such dimensions as to be able to receive the aforementioned relief and rest on the lowest surface of the substrate. In this way, the PCB never comes into contact with the fluid being measured and can extend around the relief, for an easier connection to the die.
Nelle configurazioni note citate, con un circuito stampato o PCB aggiunto sul substrato, se il substrato stesso fosse completamente piano, il chip o die incollato su di esso risulterebbe inserito all’interno della suddetta apertura del supporto di circuito: ne consegue che, in presenza di un PCB relativamente spesso, la superficie di sommità del die - il cui corpo à ̈ tipicamente molto sottile - potrebbe trovarsi ad un livello inferiore alla superficie di sommità del PCB, con conseguente difficoltà o impossibilità a realizzare i collegamenti elettrici o un “wire bonding†tra die e PCB, tecnologia che tipicamente necessita di notevole precisione, in particolare per poter realizzare il processo in modo automatizzato. Dall’altro lato, in caso di utilizzo di un PCB sottile, quale un PCB in materiale flessibile, si possono presentare difficoltà di posizionamento certo tra il PCB stesso ed il die, ed in particolare tra il die e le piazzole del PCB su cui devono essere realizzati i collegamenti con tecnica “wire bonding†. In the known configurations mentioned, with a printed circuit or PCB added on the substrate, if the substrate itself were completely flat, the chip or die glued on it would be inserted inside the aforementioned opening of the circuit support: it follows that, in presence of a relatively thick PCB, the top surface of the die - whose body is typically very thin - may be at a lower level than the top surface of the PCB, resulting in difficulty or inability to make electrical connections or a œwire bondingâ € between die and PCB, a technology that typically requires considerable precision, in particular to be able to carry out the process in an automated way. On the other hand, in case of using a thin PCB, such as a PCB in flexible material, certain positioning difficulties may arise between the PCB itself and the die, and in particular between the die and the PCB pads on which the connections must be made using the â € œwire bondingâ € technique.
Tale inconveniente viene accentuato dal fatto che il PCB deve essere incollato al substrato, con un conseguente aumento di spessore, dovuto proprio allo strato di colla. In assenza di tale incollaggio tra il PCB ed il substrato, il collegamento elettrico non sarebbe fattibile, in quanto realizzato da fili capillari - il suddetto wire bonding - che si romperebbero al minimo movimento. Questo rischio à ̈ peraltro presente anche in presenza di incollaggio tra PCB e substrato, a causa dei potenziali spostamenti tra le due parti, ad esempio nella fase di incollaggio oppure dovuti a successive dilatazioni o deformazioni dei relativi materiali in temperatura. This drawback is accentuated by the fact that the PCB must be glued to the substrate, with a consequent increase in thickness, due precisely to the layer of glue. In the absence of such bonding between the PCB and the substrate, the electrical connection would not be feasible, as it is made up of capillary wires - the aforementioned wire bonding - which would break at the slightest movement. This risk is also present in the presence of bonding between PCB and substrate, due to potential displacements between the two parts, for example in the bonding phase or due to subsequent expansion or deformation of the relative materials at temperature.
Questo tipo di soluzione, con faccia superiore definente due diversi piani d’appoggio, complica la realizzazione del dispositivo, ed in particolare del corpo metallico, che deve essere sottoposto a lavorazione meccanica per definire le due superfici parallele, quella più alta per l’appoggio della base del die, e quella più bassa per l’appoggio del supporto di circuito. Come detto, anche con queste soluzioni rimane poi il problema del deterioramento delle resine epossidiche o siliconiche impiegate per l’incollaggio al substrato della base in vetro del die, resine che tendono a degradarsi quanto a contatto con fluidi aggressivi e/o ad elevate temperature. This type of solution, with the upper face defining two different support surfaces, complicates the realization of the device, and in particular of the metal body, which must be subjected to mechanical processing to define the two parallel surfaces, the highest one for the Support of the die base, and the lower one for the support of the circuit support. As mentioned, even with these solutions there remains the problem of deterioration of the epoxy or silicone resins used for bonding the glass base of the die to the substrate, resins that tend to degrade when in contact with aggressive fluids and / or at high temperatures. .
Sommario e scopo dell’invenzione Summary and purpose of the invention
La presente invenzione si propone essenzialmente di realizzare un sensore di pressione, impiegabile anche con fluidi aggressivi e/o aventi alte temperature, di struttura ed affidabilità migliorata rispetto alla tecnica anteriore citata. The present invention essentially proposes to provide a pressure sensor, which can also be used with aggressive fluids and / or with high temperatures, with an improved structure and reliability with respect to the prior art cited.
Questo ed altri scopi ancora, che risulteranno in seguito, sono raggiunti secondo l’invenzione da un sensore di pressione e da un procedimento per la fabbricazione di un sensore di pressione aventi almeno le caratteristiche indicate nelle rivendicazioni allegate, che costituiscono parte integrante dell’insegnamento tecnico fornito in relazione all’invenzione. This and still other objects, which will result in the following, are achieved according to the invention by a pressure sensor and by a process for manufacturing a pressure sensor having at least the characteristics indicated in the attached claims, which form an integral part of the Technical teaching provided in relation to the invention.
Breve descrizione dei disegni Brief description of the drawings
Ulteriori scopi, caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno chiari dalla descrizione particolareggiata che segue e dai disegni annessi, forniti a puro titolo di esempio esplicativo e non limitativo, in cui: Further objects, characteristics and advantages of the present invention will become clear from the following detailed description and from the attached drawings, provided purely by way of non-limiting example, in which:
- la figura 1 à ̈ una vista prospettica, parziale e schematica, di un sensore di pressione in accordo ad una prima forma di attuazione dell’invenzione; - figure 1 is a perspective view, partial and schematic, of a pressure sensor according to a first embodiment of the invention;
- la figura 2 Ã ̈ una sezione schematica del sensore di figura 1; - figure 2 is a schematic section of the sensor of figure 1;
- la figura 3 Ã ̈ un dettaglio ingrandito di figura 2; - figure 3 is an enlarged detail of figure 2;
- la figura 4 à ̈ una vista prospettica, parziale e schematica, di un sensore di pressione in accordo ad una seconda forma di attuazione dell’invenzione; - figure 4 is a perspective view, partial and schematic, of a pressure sensor according to a second embodiment of the invention;
- la figura 5 à ̈ una sezione schematica del sensore di figura 4, in scala maggiore; - la figura 6 à ̈ una vista prospettica, parziale e schematica, di un sensore di pressione in accordo ad una terza forma di attuazione dell’invenzione; - figure 5 is a schematic section of the sensor of figure 4, on a larger scale; - figure 6 is a perspective view, partial and schematic, of a pressure sensor according to a third embodiment of the invention;
- la figura 7 Ã ̈ una sezione schematica del sensore di figura 6, in scala maggiore; - la figura 8 rappresenta, tramite sezioni parziali e schematiche, le fasi principali di un procedimento di incollaggio e sigillatura utilizzato nella produzione dei sensori di pressione secondo le figure 1-7; - figure 7 is a schematic section of the sensor of figure 6, on a larger scale; - figure 8 represents, through partial and schematic sections, the main phases of a gluing and sealing process used in the production of the pressure sensors according to figures 1-7;
- le figure 9 e 10 sono viste simili a quelle delle figure 1 e 2, ma relative ad un sensore di pressione in accordo ad una quarta forma di attuazione dell’invenzione; - Figures 9 and 10 are views similar to those of Figures 1 and 2, but relating to a pressure sensor according to a fourth embodiment of the invention;
- le figure 11 e 12 sono viste simili a quelle delle figure 4 e 5, ma relative ad un sensore di pressione in accordo ad una quinta forma di attuazione dell’invenzione; - Figures 11 and 12 are views similar to those of Figures 4 and 5, but relating to a pressure sensor according to a fifth embodiment of the invention;
- le figure 13 e 14 sono viste simili a quelle delle figure 6 e 7, ma relative ad un sensore di pressione in accordo ad una sesta forma di attuazione dell’invenzione; - figures 13 and 14 are views similar to those of figures 6 and 7, but relating to a pressure sensor according to a sixth embodiment of the invention;
- la figura 15 rappresenta, tramite sezioni parziali e schematiche, un esempio di successione di fasi di un procedimento di incollaggio e sigillatura utilizzato nella produzione dei sensori di pressione secondo le figure 9-14. - figure 15 represents, through partial and schematic sections, an example of a succession of phases of a gluing and sealing process used in the production of the pressure sensors according to figures 9-14.
Descrizione di forme di attuazione preferite dell’invenzione Description of preferred embodiments of the invention
Il riferimento ad “una forma di attuazione†all’interno di questa descrizione sta ad indicare che una particolare configurazione, struttura, o caratteristica descritta in relazione alla forma di attuazione à ̈ compresa in almeno una forma di attuazione. Quindi, i termini “in una forma di attuazione†e simili, presenti in diverse parti all’interno di questa descrizione, non sono necessariamente tutti riferite alla stessa forma di attuazione. Inoltre, le particolari configurazioni, strutture o caratteristiche possono essere combinate in ogni modo adeguato in una o più forme di attuazione. I riferimenti utilizzati nel seguito sono soltanto per comodità e non definiscono l’ambito di tutela o la portata delle forme di attuazione. The reference to "an embodiment" within this description indicates that a particular configuration, structure, or feature described in relation to the embodiment is included in at least one embodiment. Thus, the terms â € œin one embodimentâ € and the like, present in different parts within this description, are not necessarily all referring to the same embodiment. Furthermore, the particular configurations, structures or features can be combined in any suitable way in one or more embodiments. The references used below are for convenience only and do not define the scope of protection or the scope of the forms of implementation.
Nel seguito della presente descrizione, termini quali “superiore†ed “inferiore†vanno intesi come semplice riferimento spaziale non limitativo, per agevolare la descrizione dei particolari illustrati nelle figure. In the remainder of this description, terms such as â € œsuperiorâ € and â € œinferiorâ € are intended as a simple non-limiting spatial reference, to facilitate the description of the details illustrated in the figures.
Con particolare riferimento alle figure 1, 2 e 3, con 1 à ̈ indicato nel suo complesso un esempio di sensore di pressione secondo la presente invenzione. Si noti che nelle varie figure il sensore 1 à ̈ mostrato limitatamente alle parti di immediato interesse ai fini delle comprensione dell’invenzione, e quindi senza un relativo corpo o coperchio che - a seconda dei casi - copre parzialmente oppure racchiude completamente le parti qui rappresentate nelle figure. With particular reference to Figures 1, 2 and 3, 1 indicates as a whole an example of a pressure sensor according to the present invention. Note that in the various figures the sensor 1 is shown limitedly to the parts of immediate interest for the purposes of understanding the invention, and therefore without a relative body or cover which - depending on the case - partially covers or completely encloses the parts here represented in the figures.
Nella forma di attuazione esemplificata, il sensore 1 ha un corpo principale 2, avente funzioni strutturali, con una parte inferiore cilindrica filettata 2a, al di sopra della quale à ̈ definita una sede per un anello di tenuta 3. La parte 2a à ̈ utilizzabile, ad esempio, per fissare direttamente il corpo principale 2 in una sede filettata che à ̈ in comunicazione di fluido con il circuito in cui si trova il mezzo di cui deve essere rilevata la pressione. In the exemplified embodiment, the sensor 1 has a main body 2, having structural functions, with a threaded cylindrical lower part 2a, above which a seat for a sealing ring 3 is defined. The part 2a can be used , for example, to directly fix the main body 2 in a threaded seat which is in fluid communication with the circuit in which the medium whose pressure is to be measured is located.
Il corpo 2 à ̈ attraversato da un passaggio assiale, indicato con 4 nelle figure 2 e 3, che realizza una presa di pressione, tale passaggio essendo preferibilmente, ma non necessariamente, sostanzialmente coassiale all’asse del corpo 2. Il passaggio 4 attraversa il corpo 2 completamente, aprendosi in corrispondenza dell’estremità o faccia superiore del corpo stesso, indicata con 5, che à ̈ piana. A tale faccia superiore piana 5 à ̈ associato un circuito elettrico. The body 2 is crossed by an axial passage, indicated with 4 in figures 2 and 3, which creates a pressure point, this passage being preferably, but not necessarily, substantially coaxial to the axis of the body 2. The passage 4 crosses the body 2 completely, opening at the extremity or upper face of the body itself, indicated by 5, which is flat. An electric circuit is associated with this upper flat face 5.
In una forma di attuazione, il corpo 2 - o almeno la sua parte definente la faccia piana 5 - adempie quindi anche alla funzione di supporto di circuito ed à ̈ preferibilmente formato con un materiale elettricamente isolante, preferibilmente un materiale ceramico, ad esempio ottenuto tramite sinterizzazione di polveri di allumina, oppure un polimero; la parte del corpo 2 che adempie alla funzione di supporto di circuito potrebbe essere anche formato in idoneo vetro. In one embodiment, the body 2 - or at least its part defining the flat face 5 - therefore also fulfills the function of circuit support and is preferably formed with an electrically insulating material, preferably a ceramic material, for example obtained by means of sintering of alumina powders, or a polymer; the part of the body 2 which fulfills the function of supporting the circuit could also be formed in suitable glass.
Come si vedrà in seguito, in una diversa forma di attuazione, il corpo 2 o la sua parte definente la faccia 5 può anche essere formato con un materiale elettricamente conduttivo, quale un materiale metallico, ad esempio in acciaio o in alluminio, o un polimero conduttivo: in questi casi, sulla faccia 5 à ̈ preferibilmente depositato uno strato di materiale isolante, quale uno strato di ossido metallico elettricamente isolante, sopra il quale vengono poi ulteriormente depositati dei collegamenti e/o piste elettriche, come in seguito descritto. As will be seen below, in a different embodiment, the body 2 or its part defining the face 5 can also be formed with an electrically conductive material, such as a metallic material, for example steel or aluminum, or a polymer conductive: in these cases, a layer of insulating material is preferably deposited on face 5, such as an electrically insulating metal oxide layer, over which electrical connections and / or tracks are then further deposited, as described below.
Come detto la superficie o faccia 5 à ̈ sostanzialmente piana, ed in essa si apre l’estremità superiore del passaggio 4. Sulla faccia 5 à ̈ montato un elemento sensibile alla pressione, comprendete un die, ovverosia un piccolo blocco o piastrina a base di materiale semiconduttore, tipicamente silicio, che à ̈ vincolato (die-bonded) alla faccia 5. Nel suddetto die, indicato complessivamente con 6 nelle figure, può essere ricavato direttamente in forma miniaturizzata il circuito integrato che sovrintende al funzionamento generale del sensore di pressione 1. Il die 6 può essere configurato come una singola piastrina o blocchetto in silicio avente sezione quadrangolare, ma tale realizzazione non deve intendersi come limitativa, potendo il die 6 avere sagome diverse da quella illustrata ed essere formato da una pluralità di parti o strati in silicio reciprocamente uniti. Il die 6 à ̈ ottenibile con tecnica di per sé nota nel settore della produzione di chip a semiconduttore. As mentioned, the surface or face 5 is substantially flat, and in it opens the upper end of the passage 4. A pressure sensitive element is mounted on face 5, including a die, that is a small block or plate at the base of semiconductor material, typically silicon, which is die-bonded to face 5. In the aforementioned die, indicated as a whole with 6 in the figures, the integrated circuit that supervises the general operation of the pressure sensor can be obtained directly in miniaturized form 1. The die 6 can be configured as a single silicon plate or block having a quadrangular section, but this realization must not be construed as limiting, since the die 6 may have different shapes from the one illustrated and be formed by a plurality of parts or layers in mutually joined silicon. Die 6 can be obtained with a technique known per se in the semiconductor chip manufacturing sector.
A differenza di un comune circuito integrato, il die 6 Ã ̈ preferibilmente privo di un proprio involucro o package, e quindi anche privo di relativi terminali (pin o lead) sporgenti di collegamento, tipicamente realizzati da elementi metallici relativamente rigidi. A questo scopo, sulla faccia superiore in semiconduttore sono apposti direttamente dei contatti o piazzole, non rappresentati, in forma di film sottili di materiale elettricamente conduttivo depositato sul die, preferibilmente ma non necessariamente un materiale nobile, quale ad esempio oro o una lega alluminio silicio 1%; materiali o leghe preferite utilizzabili allo scopo possono comprendere oro, platino, silicio, palladio, berillio, argento, alluminio e rame. Unlike a common integrated circuit, die 6 is preferably devoid of its own casing or package, and therefore also devoid of related connection terminals (pins or leads), typically made of relatively rigid metal elements. For this purpose, contacts or pads, not shown, are directly affixed to the upper semiconductor face in the form of thin films of electrically conductive material deposited on the die, preferably but not necessarily a noble material, such as for example gold or an aluminum-silicon alloy. 1%; Preferred materials or alloys usable for the purpose may include gold, platinum, silicon, palladium, beryllium, silver, aluminum and copper.
Come si vede in figura 3, nel corpo di materiale semiconduttore à ̈ definita una cavità cieca 6a, che ha un’estremità aperta in corrispondenza della faccia inferiore del die, mentre l’estremità opposta della cavità 6a à ̈ chiusa da una porzione a membrana 6b, definita dal die 6 in corrispondenza della sua faccia superiore. As can be seen in figure 3, in the body of semiconductor material a blind cavity 6a is defined, which has an open end in correspondence with the lower face of the die, while the opposite end of the cavity 6a is closed by a portion membrane 6b, defined by die 6 in correspondence of its upper face.
Il die 6 à ̈ montato sulla superficie superiore piana 5 del corpo o supporto 2 in corrispondenza dell’apertura del passaggio 4, con l’estremità aperta della cavità 6a in corrispondenza di tale apertura. The die 6 is mounted on the flat upper surface 5 of the body or support 2 at the opening of the passage 4, with the open end of the cavity 6a at this opening.
Come detto, sulla faccia 5 à ̈ previsto il suddetto circuito elettrico, raffigurato solo in parte per esigenze di maggior chiarezza, che comprende una pluralità di piste 7 di collegamento, formate con materiale elettricamente conduttivo, depositato sulla superficie superiore del corpo 5, ed organizzate attorno alla regione di montaggio del die 6. In figura 1 sono rappresentate a titolo esemplificativo tre sole piste 7, dando per scontato che il circuito può comprendere più di tre piste, anche aventi layout differente da quello esemplificato in figura 1. As said, on face 5 there is the aforementioned electric circuit, shown only in part for the sake of greater clarity, which comprises a plurality of connection tracks 7, formed with electrically conductive material, deposited on the upper surface of the body 5, and organized around the mounting region of the die 6. In figure 1 only three tracks 7 are represented by way of example, assuming that the circuit can include more than three tracks, even having a different layout from the one illustrated in figure 1.
Il die 6 à ̈ collegato a rispettive piste 7 del suddetto circuito tramite sottili fili di collegamento, alcuni indicati genericamente con 8, di materiale elettricamente conduttivo, particolarmente micro-fili flessibili aventi uno spessore o diametro compreso tra circa 5 e 100 micron, preferibilmente da circa 25 a circa 35 micron. I suddetti fili 8 sono preferibilmente formati con un materiale o una lega comprendente un materiale selezionato tra oro, platino, silicio, palladio, berillio, argento, alluminio e rame. I microfili 8 sono collegati tra i contatti del die 6 e le piste 7 e/o i componenti di interesse del circuito formato sulla faccia 5, impiegando processi del tipo noto come “wire bonding†, e particolarmente del tipo "wedge-bonding" oppure “ball-bonding†, ad esempio tramite termocompressione, o saldatura ad ultrasuoni, o saldatura termo-sonica. I micro-fili 8 possono avere forme o sezioni differenti, quale una forma o sezione circolare o quadrangolare o sostanzialmente appiattita, ad esempio dei micro-nastri (mico-ribbon) flessibili di materiale conduttivo, privi di rivestimento isolante. The die 6 is connected to respective tracks 7 of the aforementioned circuit by means of thin connection wires, some indicated generically with 8, of electrically conductive material, particularly flexible micro-wires having a thickness or diameter between about 5 and 100 microns, preferably from about 25 to about 35 microns. The aforesaid wires 8 are preferably formed with a material or an alloy comprising a material selected from gold, platinum, silicon, palladium, beryllium, silver, aluminum and copper. The microfiles 8 are connected between the contacts of the die 6 and the tracks 7 and / or the components of interest of the circuit formed on the face 5, using processes of the type known as â € œwire bondingâ €, and particularly of the "wedge-bonding" type or â € œball-bondingâ €, for example through thermo-compression, or ultrasonic welding, or thermo-sonic welding. The micro-wires 8 can have different shapes or sections, such as a circular or quadrangular or substantially flattened shape or section, for example flexible micro-ribbons (mico-ribbons) of conductive material, without an insulating coating.
Alcune delle piste conduttive 7 del circuito sono in collegamento elettrico con rispettivi terminali del sensore 1, indicati con 9, per l’alimentazione elettrica e/o il trasporto di segnali generati dal die 6, eventualmente trattati, condizionati e/o elaborati per il tramite di componenti elettrici e/o elettronici del circuito. Il circuito previsto sulla superficie della faccia 5 può infatti includere una pluralità di componenti di circuito, di concezione generalmente nota nel settore, tra i quali anche componenti attivi e/o componenti passivi e/o un circuito integrato, oltre al die 6. Some of the conductive tracks 7 of the circuit are in electrical connection with respective terminals of the sensor 1, indicated with 9, for the electrical power supply and / or the transport of signals generated by die 6, possibly treated, conditioned and / or processed for by means of electrical and / or electronic components of the circuit. The circuit provided on the surface of the face 5 can in fact include a plurality of circuit components, of a conception generally known in the field, including active components and / or passive components and / or an integrated circuit, in addition to die 6.
Secondo una caratteristica della presente invenzione, la faccia inferiore del die 6, quale la faccia del corpo in silicio del die 6 in corrispondenza della quale si apre la relativa cavità 6a, à ̈ incollata e sigillata direttamente al substrato costituito dalla superficie piana 5 del corpo 2 tramite almeno uno strato di materiale vetroso. According to a characteristic of the present invention, the lower face of the die 6, such as the face of the silicon body of the die 6 at which the relative cavity 6a opens, is glued and sealed directly to the substrate constituted by the flat surface 5 of the body 2 by means of at least one layer of glassy material.
Nella forma di attuazione delle figure 1-3 à ̈ previsto almeno uno strato di materiale vetroso, indicato con 10. Come si vede, quindi, il die 6 à ̈ montato sulla stessa superficie 5 in cui à ̈ previsto il circuito elettrico. In the embodiment of figures 1-3, at least one layer of glassy material is provided, indicated with 10. As can be seen, therefore, the die 6 is mounted on the same surface 5 in which the electric circuit is provided.
Le figure 4 e 5 si riferiscono ad una seconda forma di attuazione dell’invenzione. In tali figure sono impiegati i medesimi numeri di riferimento delle figure precedenti, per indicare elementi tecnicamente equivalenti a quelli già descritti. Figures 4 and 5 refer to a second embodiment of the invention. In these figures the same reference numbers of the previous figures are used, to indicate elements technically equivalent to those already described.
Il sensore 1 delle figure 4 e 5 differisce dal sensore 1 delle figure 1-3 sostanzialmente per la forma del corpo 2 che definisce la faccia piana 5 su cui à ̈ previsto il circuito elettrico. Anche nella forma di attuazione delle figure 4-5 il corpo 2 à ̈ direttamente formato di materiale elettricamente isolante, particolarmente un materiale ceramico o a base di uno o più ossidi. In una forma di attuazione preferita, questo corpo 2 à ̈ di allumina, ovverosia ossido di alluminio (AL2O3). Similmente al corpo 2 delle figure 1-3, anche il corpo 2 delle figure 4-5 può essere ottenuto tramite sinterizzazione. The sensor 1 of Figures 4 and 5 differs from the sensor 1 of Figures 1-3 substantially in the shape of the body 2 which defines the flat face 5 on which the electrical circuit is provided. Also in the embodiment of Figures 4-5 the body 2 is directly formed of electrically insulating material, particularly a ceramic material or material based on one or more oxides. In a preferred embodiment, this body 2 is of alumina, ie aluminum oxide (AL2O3). Similarly to the body 2 of figures 1-3, also the body 2 of figures 4-5 can be obtained by sintering.
Il corpo 2 Ã ̈ attraversato dal relativo passaggio assiale 4 e, in questa forma di attuazione, sulla faccia superiore del corpo 2 Ã ̈ montato il die 6, tramite un relativo strato di materiale vetroso 10. The body 2 is crossed by the relative axial passage 4 and, in this embodiment, the die 6 is mounted on the upper face of the body 2, by means of a relative layer of glassy material 10.
Si apprezzerà che, anche in questa forma di attuazione, essendo il corpo 2 di materiale elettricamente isolante, sulla sua superficie o faccia superiore piana 5 può agevolmente essere formato almeno in parte il circuito elettrico del sensore 1. In particolare, sulla faccia superiore 5 del corpo 2 può essere direttamente depositato il materiale elettricamente conduttivo necessario alla formazione delle piste 7 e degli eventuali altri componenti di circuito, siano essi ottenibili tramite deposizione di materiale, siano essi associabili al circuito, quali ad esempio delle resistenze. It will be appreciated that, also in this embodiment, being the body 2 of electrically insulating material, on its flat surface or upper face 5 it is possible to easily form at least part of the electrical circuit of the sensor 1. In particular, on the upper face 5 of the body 2 can be directly deposited the electrically conductive material necessary for the formation of the tracks 7 and any other circuit components, whether these can be obtained by depositing material, whether they can be associated with the circuit, such as for example resistors.
Anche in questa forma di attuazione, quindi, il materiale costituente il corpo 2 viene sfruttato direttamente come substrato per il circuito del sensore 1, senza le necessità di una apposita basetta di circuito stampato. Tale corpo 2 à ̈ preferibilmente di forma sostanzialmente cilindrica, provvisto di opportuni riferimenti o sedi perimetrali, in particolare per un opportuno posizionamento in un altro corpo, quali scanalature che si estendono tra la suddetta faccia superiore ed una faccia inferiore. Also in this embodiment, therefore, the material constituting the body 2 is used directly as a substrate for the circuit of the sensor 1, without the need for a suitable printed circuit board. Said body 2 is preferably substantially cylindrical in shape, provided with suitable references or perimeter seats, in particular for suitable positioning in another body, such as grooves extending between said upper face and a lower face.
Le figure 6 e 7 si riferiscono ad una terza forma di attuazione dell’invenzione. Anche in tali figure sono impiegati i medesimi numeri di riferimento delle figure precedenti, per indicare elementi tecnicamente equivalenti a quelli già descritti. Il sensore 1 delle figure 6 e 7 differisce dal sensore 1 delle figure precedenti sostanzialmente per la forma del corpo 2 e/o la presenza, sul die 6, di un coperchio cavo 11, definente una relativa cavità cieca 11a. Il coperchio 11, quale un coperchio in vetro o in silicio, à ̈ montato a tenuta ermetica, tramite un idoneo sigillante o un fissaggio mediante anodic bonding, sulla faccia superiore del die 6, di modo che la porzione a membrana 6b risulti affacciata all’apertura della cavità 11a. In questa configurazione, il sensore 1 à ̈ un sensore di pressione assoluta, con la camera ermetica definita tra il coperchio 11 e la faccia superiore del die 6 che fornisce un riferimento di pressione. Figures 6 and 7 refer to a third embodiment of the invention. Also in these figures the same reference numbers of the previous figures are used, to indicate elements that are technically equivalent to those already described. The sensor 1 of figures 6 and 7 differs from the sensor 1 of the previous figures substantially in the shape of the body 2 and / or the presence, on the die 6, of a hollow cover 11, defining a relative blind cavity 11a. The lid 11, such as a glass or silicon lid, is hermetically sealed, by means of a suitable sealant or fixing by anodic bonding, on the upper face of the die 6, so that the membrane portion 6b faces the ™ opening of cavity 11a. In this configuration, sensor 1 is an absolute pressure sensor, with the hermetic chamber defined between the lid 11 and the top face of die 6 providing a pressure reference.
La superficie o faccia piana 5 sulla quale à ̈ montato il die 6, con o senza il coperchio 11, può appartenere ad un corpo principale 2 di materiale isolante. The surface or flat face 5 on which the die 6 is mounted, with or without the cover 11, can belong to a main body 2 of insulating material.
Come precedentemente accennato, peraltro, il substrato sul quale viene montato il die 6 può essere anche di materiale elettricamente conduttivo. A tale scopo, ad esempio, il corpo 2 rappresentato schematicamente e parzialmente nelle figure 6 e 7 -sulla faccia superiore 5 del quale à ̈ montato direttamente il die 6 – può essere di metallo, quale acciaio o alluminio. In una attuazione di questo tipo, sulla faccia superiore 5, preferibilmente in un momento successivo al montaggio del die 6, viene depositato uno strato di materiale elettricamente isolante, ad esempio un ossido metallico elettricamente isolante, ad eccezione della zona di montaggio del die 6, e su tale strato di materiale isolante viene poi depositato il materiale destinato a formare le piste di collegamento 7, con gli eventuali altri componenti del circuito. As previously mentioned, however, the substrate on which the die 6 is mounted can also be of electrically conductive material. For this purpose, for example, the body 2 shown schematically and partially in Figures 6 and 7 - on the upper face 5 of which the die 6 is directly mounted - can be made of metal, such as steel or aluminum. In an embodiment of this type, a layer of electrically insulating material, for example an electrically insulating metal oxide, is deposited on the upper face 5, preferably after the assembly of the die 6, with the exception of the assembly area of the die 6, and on this layer of insulating material the material intended to form the connection tracks 7, with any other components of the circuit, is then deposited.
A prescindere dal tipo di substrato o di materiale che lo costituisce, anche nella forma di attuazione delle figure 6 e 7, il die 6 viene incollato e sigillato direttamente sulla superficie superiore piana 5 del corpo 2 tramite almeno uno strato di materiale vetroso 10. Regardless of the type of substrate or material which constitutes it, also in the embodiment of figures 6 and 7, the die 6 is glued and sealed directly on the flat upper surface 5 of the body 2 by means of at least one layer of glass material 10.
La figura 8 illustra le fasi principali del procedimento di incollaggio e sigillatura del die 6 alla faccia piana 5 del relativo substrato 2. Figure 8 illustrates the main steps of the method of bonding and sealing the die 6 to the flat face 5 of the relative substrate 2.
In sostanza, sulla superficie piana 5 del substrato 2 viene depositato uno strato 10a di pasta vetrosa in forma fluida 10a, nella regione che circonda l’apertura del passaggio 4, ad esempio tramite screen-printing o serigrafia. Basically, on the flat surface 5 of the substrate 2 a layer 10a of vitreous paste in fluid form 10a is deposited in the region surrounding the opening of the passage 4, for example by screen-printing or serigraphy.
Nella forma di attuazione preferita dell’invenzione, la pasta costituente lo strato 10a comprende particolato di vetro ed additivi dispersi in una idonea matrice organica. Il particolato può essere costituito da prime particelle in vetro aventi dimensioni fino a 20 micron, ben al sopra della rugosità tipica delle superfici da incollare. Gli additivi preferiti previsti, scelti per abbassare il punto di vetrificazione, possono comprendere ad esempio uno o più tra ossido di tallio, ossido di vanadio, ossido di fosforo. La matrice organica può comprendere ad esempio uno o più solventi aromatici e/o alifatici. In the preferred embodiment of the invention, the paste constituting the layer 10a comprises glass particles and additives dispersed in a suitable organic matrix. The particulate can be made up of first glass particles up to 20 microns in size, well above the typical roughness of the surfaces to be bonded. The preferred additives provided, chosen to lower the vitrification point, can comprise for example one or more of thallium oxide, vanadium oxide, phosphorus oxide. The organic matrix can comprise, for example, one or more aromatic and / or aliphatic solvents.
Dopo la deposizione dello strato di pasta 10a, su di esso viene direttamente posizionato il die 6, come visibile nella parte A di figura 8, ad esempio tramite tecnica die attach e/o usando idonee dime di posizionamento. After the deposition of the layer of paste 10a, the die 6 is directly positioned on it, as visible in part A of figure 8, for example by means of the die attach technique and / or using suitable positioning templates.
In seguito, il semilavorato viene riscaldato in un forno, per sottoporre ad una fase di essiccamento lo strato 10a. La temperatura di processo à ̈ di preferenza compresa tra circa 60°C e circa 190°C, preferibilmente tra circa 80°C e circa 170°C. Nel corso di questa fase, la matrice organica della pasta vetrosa viene dissolta grazie ad un processo di burn out, in modo da ottenere uno strato essiccato 10b comprensivo del solo vetro e degli additivi, come evidenziato in forma schematica nella parte B di figura 8. Subsequently, the semi-finished product is heated in an oven, to subject the layer 10a to a drying step. The process temperature is preferably between about 60 ° C and about 190 ° C, preferably between about 80 ° C and about 170 ° C. During this phase, the organic matrix of the vitreous paste is dissolved thanks to a burn out process, in order to obtain a dried layer 10b including only the glass and additives, as shown in schematic form in part B of figure 8.
Il semilavorato viene quindi sottoposto, sempre in forno, ad una fase di trattamento ad una temperatura superiore a quella di essiccamento, per determinare la rifusione e/o la vetrificazione finale del materiale residuo costituente lo strato essiccato 10b, ovvero per determinare un fissaggio a tenuta del die 6 sul substrato 2. La temperatura di processo à ̈ di preferenza compresa tra circa 180°C e circa 320°C, preferibilmente tra circa 200°C e circa 300°C, per ottenere lo strato vetroso 10. Con questa seconda fase si determina l’incollaggio e la sigillatura tra il die 6 ed il relativo substrato 2, per il tramite dello strato 10. The semi-finished product is then subjected, again in the oven, to a treatment phase at a temperature higher than the drying temperature, to determine the remelting and / or the final vitrification of the residual material constituting the dried layer 10b, or to determine a tight fastening. of die 6 on the substrate 2. The process temperature is preferably between about 180 ° C and about 320 ° C, preferably between about 200 ° C and about 300 ° C, to obtain the glass layer 10. With this second phase the bonding and sealing is determined between the die 6 and the relative substrate 2, by means of the layer 10.
In sostanza, quindi, la pasta a base di vetro 10a viene sottoposta ad un profilo termico, preferibilmente in due fasi, nella prima delle quali viene bruciata e rimossa completamente la matrice organica, lasciando solo la struttura vetrosa e gli eventuali additivi, e nella seconda delle quali, a temperatura più elevata, avviene la fusione del vetro. Il processo potrebbe tuttavia comprendere anche una sola fase termica, ad esempio senza la fase intermedia di essiccamento, ovvero realizzando la rimozione della matrice organica direttamente durante la fase di rifusione e vetrificazione. In essence, therefore, the glass-based paste 10a is subjected to a thermal profile, preferably in two phases, in the first of which the organic matrix is burnt and completely removed, leaving only the glass structure and any additives, and in the second of which, at a higher temperature, the glass melts. However, the process could also comprise a single thermal phase, for example without the intermediate drying phase, or by carrying out the removal of the organic matrix directly during the recasting and vitrification phase.
Con tale processo di vetrificazione la pasta si trasforma in un blocco di materiale amorfo, che permette di stabilire un legame con le superfici da incollare, realizzando un unico pacchetto. With this process of vitrification the paste is transformed into a block of amorphous material, which allows to establish a bond with the surfaces to be glued, creating a single package.
I legami coinvolti nell'adesione tra la superficie del substrato 2 ed il die tramite la pasta vetrosa sono preferibilmente di natura meccanica e/o chimica e/o fisica. The bonds involved in the adhesion between the surface of the substrate 2 and the die through the glass paste are preferably of a mechanical and / or chemical and / or physical nature.
Da un punto di vista meccanico, l'adesione tra le parti à ̈ favorita dalla penetrazione della pasta vetrosa fusa nelle microasperità della superficie del substrato; tale effetto à ̈ massimizzato nel caso di un substrato 2 di materiale ceramico, particolarmente sinterizzato, a causa della rugosità superficiale del substrato stesso. From a mechanical point of view, the adhesion between the parts is favored by the penetration of the molten glass paste into the micro-roughness of the surface of the substrate; this effect is maximized in the case of a substrate 2 of ceramic material, particularly sintered, due to the surface roughness of the substrate itself.
Da un punto di vista chimico, la fase di vetrificazione dà luogo a processi ossidativi e di diffusione, che creano una zona di transizione tra la pasta vetrosa e le superfici da incollare. From a chemical point of view, the vitrification phase gives rise to oxidative and diffusion processes, which create a transition zone between the vitreous paste and the surfaces to be bonded.
Nel caso ideale, durante il processo di cottura/vetrificazione, vengono a formarsi uno o più strati di ossidi sia dal lato pasta che dal lato substrato, che condividono parte degli atomi. Le tipologie dei legami si basano sull'affinità dei materiali: a base di vetro (quindi Si e O) verso il die (Si), ed a base di ossidi inorganici verso il substrato. Ad esempio, nel caso di substrato in allumina (Al2O3), gli atomi di ossigeno vengono condivisi con quelli SiO2del vetro della pasta vetrosa. Il legame à ̈ molto intimo e tale da non permettere più di attribuire l'atomo ad una o all'altra molecola. Questo permette una forza di adesione molto elevata e la sigillatura della superficie. In the ideal case, during the cooking / vitrification process, one or more layers of oxides are formed both on the paste side and on the substrate side, which share part of the atoms. The types of bonds are based on the affinity of the materials: based on glass (therefore Si and O) towards the die (Si), and based on inorganic oxides towards the substrate. For example, in the case of alumina substrate (Al2O3), the oxygen atoms are shared with the SiO2 ones of the glass of the vitreous paste. The bond is very intimate and such as to no longer allow the atom to be attributed to one or the other molecule. This allows for a very high bond strength and surface sealing.
Similmente, in caso di substrato metallico, i fenomeni ossidativi che intervengono nella fase di cottura determinano una condivisione di atomi di ossigeno tra quelli della pasta e degli ossidi metallici. Da un punto di vista fisico, infine, fra la pasta vetrificata ed il substrato agiscono forze da interazione intermolecolari deboli (forze di Van der Vaal), il cui contributo al legame à ̈ comunque inferiore rispetto ai precedenti. Similarly, in the case of a metal substrate, the oxidative phenomena that occur in the cooking phase determine a sharing of oxygen atoms between those of the pasta and the metal oxides. Finally, from a physical point of view, weak intermolecular interaction forces (Van der Vaal forces) act between the vitrified paste and the substrate, whose contribution to the bond is in any case lower than the previous ones.
Le figure 9 à ̈ 10 illustrano una soluzione di sensore strutturalmente simile a quella delle figure 1-3, in cui tra il die 6 e la faccia 5 del supporto o substrato 2 sono previsti almeno due strati vetrosi 10 e 10’. I due strati 10 e 10’ sono formati in successione a partire da rispettivi strati di pasta vetrosa del tipo precedentemente indicato. Questi strati di pasta vetrosa possono anche essere più di due e/o avere spessori tra loro differenti, ad esempio, con uno strato 10’ avente spessore maggiore rispetto allo strato 10 sottostante. Al fine di ottenere almeno uno strato vetroso a spessore maggiore, la pasta vetrosa può essere vantaggiosamente essere addizionata o caricata di seconde particelle, ad esempio in forma di sfere, fibre o fiocchi, preferibilmente vetrose, le quali contribuiscono a mantenere una certa consistenza e spessore della pasta durante almeno una prima fase di deposizione. Figures 9 to 10 illustrate a sensor solution structurally similar to that of Figures 1-3, in which at least two glass layers 10 and 10â € ™ are provided between the die 6 and the face 5 of the support or substrate 2. The two layers 10 and 10â € ™ are formed in succession starting from respective layers of vitreous paste of the type previously indicated. These layers of vitreous paste can also be more than two and / or have different thicknesses, for example, with a layer 10â € ™ having a greater thickness than the underlying layer 10. In order to obtain at least one glassy layer of greater thickness, the vitreous paste can advantageously be added or loaded with second particles, for example in the form of spheres, fibers or flakes, preferably glassy, which help to maintain a certain consistency and thickness. of the paste during at least a first deposition phase.
Le seconde particelle possono avere dimensioni superiori alle prime particelle costituenti il particolato della pasta vetrosa, ovvero avere dimensioni maggiori di 20 micron, preferibilmente di almeno 50 micron. Preferibilmente la pasta, caricata le prime particelle e le seconde particelle à ̈ tale da consentire la deposizione di uno strato con spessore superiore a 0,1 mm, quale uno spessore di pasta compreso tra 0,1 mm e 1 mm. The second particles can have dimensions greater than the first particles constituting the particulate of the glass paste, or have dimensions greater than 20 microns, preferably at least 50 microns. Preferably the paste, loaded with the first particles and the second particles, is such as to allow the deposition of a layer with a thickness greater than 0.1 mm, such as a thickness of dough between 0.1 mm and 1 mm.
Secondo una versione preferenziale, le seconde particelle sono almeno atte a definire una struttura che determina lo spessore della pasta in fase di deposizione e/o la distanza tra il chip ed il substrato, con le prime particelle che sono almeno atte a rifondersi per determinare il legame o fissaggio del die al substrato. According to a preferential version, the second particles are at least capable of defining a structure that determines the thickness of the paste being deposited and / or the distance between the chip and the substrate, with the first particles being at least capable of re-melting to determine the bonding or fixing the die to the substrate.
Analogamente, le figure 11-12 e 13-14 illustrano soluzioni simili a quelle delle figure 4-5 e 6-7, rispettivamente, ma contraddistinte da almeno due strati 10 e 10’ di incollaggio e sigillatura tra il die 6 ed il relativo corpo 2 che realizza il substrato. Similarly, figures 11-12 and 13-14 illustrate solutions similar to those of figures 4-5 and 6-7, respectively, but characterized by at least two layers 10 and 10â € ™ of gluing and sealing between the die 6 and the relative body 2 which forms the substrate.
La figura 15 illustra le fasi successive tipiche di un procedimento di incollaggio e sigillatura tramite due strati vetrosi 10 e 10’. La sequenza di fasi indicate à ̈ fornita a titolo esemplificativo, talune di queste fasi potendo essere in parte differenti e/o ripetute nel caso di deposizione di più strati vetrosi. Figure 15 illustrates the subsequent typical steps of a bonding and sealing process using two glass layers 10 and 10â € ™. The sequence of phases indicated is provided by way of example, some of these phases being able to be partly different and / or repeated in the case of deposition of several glass layers.
In termini generali, il procedimento prevede la formazione del die 6 e del relativo substrato 2, secondo metodologie di per sé note. In general terms, the process provides for the formation of the die 6 and the relative substrate 2, according to methods known per se.
Di preferenza, almeno la parte della superficie superiore 5 del substrato 2 in cui si apre il passaggio 4 viene dapprima pulita tramite un solvente, ad esempio acetone o alcol isopropilico (parte A di figura 15). Preferably, at least the part of the upper surface 5 of the substrate 2 in which the passage 4 opens is first cleaned by means of a solvent, for example acetone or isopropyl alcohol (part A of Figure 15).
In seguito, sulla superficie superiore 5 del substrato 2, viene depositato uno strato di una pasta vetrosa 10a del tipo precedentemente indicato, in modo da circoscrivere la regione della superficie superiore 5 del substrato 2 in cui si apre il passaggio 4 (parte B di figura 15). Subsequently, on the upper surface 5 of the substrate 2, a layer of a glass paste 10a of the type indicated above is deposited, so as to circumscribe the region of the upper surface 5 of the substrate 2 in which the passage 4 opens (part B of figure 15).
Viene in seguito causata l’essicazione in forno dello strato 10a, come precedentemente spiegato, ad una prima temperatura, per ottenere lo strato essiccato 10b (parte C di figura 15). Successivamente, lo strato essiccato 10b viene vetrificato, alla seconda temperatura, per ottenere lo strato vetroso 10 (parte D di figura 15). In seguito, sullo strato vetrificato 10 viene depositato un nuovo strato 10a’ di pasta vetrosa (parte E di figura 15), poi essiccato per ottenere un secondo strato essiccato 10b’ (parte F di figura 15). The drying of the layer 10a in an oven is then caused, as previously explained, at a first temperature, to obtain the dried layer 10b (part C of figure 15). Subsequently, the dried layer 10b is vitrified, at the second temperature, to obtain the glassy layer 10 (part D of Figure 15). Subsequently, on the vitrified layer 10 a new layer 10aâ € ™ of vitreous paste is deposited (part E of figure 15), then dried to obtain a second dried layer 10bâ € ™ (part F of figure 15).
Nel caso in cui si vogliano prevedere più di due strati vetrosi tra il die ed il relativo substrato, il secondo strato essiccato 10b’ viene vetrificato e su di esso viene depositato un nuovo strato di pasta vetrosa, poi essiccato e vetrificato, con operazioni analoghe a quelle già sopra descritte. In the event that more than two glassy layers are to be provided between the die and the relative substrate, the second dried layer 10bâ € ™ is vitrified and a new layer of vitreous paste is deposited on it, then dried and vitrified, with similar operations to those already described above.
In ogni caso, prima della vetrificazione dell’ultimo strato essiccato previsto (lo strato 10b’, nel caso di figura 15), su di esso viene posizionato il die 6 (parte G di figura 15) ed il suddetto ultimo strato essiccato viene poi vetrificato (parte H di figura 15). In any case, before the vitrification of the last expected dried layer (layer 10bâ € ™, in the case of figure 15), die 6 is placed on it (part G of figure 15) and the aforementioned last dried layer is then vitrified (part H of figure 15).
In un procedimento alternativo, dopo la deposizione del secondo strato 10a’, su di esso può essere posizionato il die 6, dopodiché di procede all’essiccazione e poi alla vetrificazione. In an alternative procedure, after the deposition of the second layer 10aâ € ™, die 6 can be placed on it, after which it is dried and then vitrified.
Il montaggio del die mediante lo strato 10, o la pluralità di strati 10, 10’, viene preferibilmente effettuato prima della deposizione sul supporto 2 del materiale necessario alla formazione delle relative piste conduttive e degli eventuali componenti di circuito. In sostanza, quindi, sulla superficie superiore 5 del substrato come alla parte C di figura 8 o alla parte H di figura 15 vengono formate le piste conduttive 7, tramite deposizione -preferibilmente con tecnica serigrafica - di un materiale o inchiostro conduttivo, quale ad esempio una lega argento-palladio; seguono relative fasi di essiccazione e cottura, che vengono preferibilmente eseguite a temperature di processo inferiori rispetto a quelle impiegate per vetrificazione dello strato 10 o degli strati 10 e 10’. The assembly of the die by means of the layer 10, or the plurality of layers 10, 10â € ™, is preferably carried out before the deposition on the support 2 of the material necessary for the formation of the relative conductive tracks and of any circuit components. In essence, therefore, the conductive tracks 7 are formed on the upper surface 5 of the substrate as in part C of figure 8 or part H of figure 15, by depositing - preferably with a screen printing technique - of a conductive material or ink, such as for example a silver-palladium alloy; relative drying and firing phases follow, which are preferably carried out at lower process temperatures than those used for vitrification of layer 10 or layers 10 and 10â € ™.
Sempre sulla superficie superiore del substrato può essere poi depositato anche un materiale destinato a realizzare eventuali altri componenti del circuito, quali delle resistenze. Il materiale in questione può essere ad esempio un inchiostro o una pasta resistiva o piezo-resistiva, preferibilmente depositata tramite serigrafia; ovviamente tale materiale resistivo o piezo-resistivo à ̈ depositato in modo che le resistenze ottenute siano elettricamente a contatto con relative piste conduttive 7, preferibilmente leggermente sovrapposte tra loro. Anche in questo caso, dopo il deposito del materiale si procede all’essiccazione ed alla cottura del semilavorato, in particolare con temperature di processo inferiori a quelle impiegate per vetrificazione dello strato 10 o degli strati 10 e 10’. Also on the upper surface of the substrate can be deposited also a material destined to realize any other components of the circuit, such as resistors. The material in question can be, for example, an ink or a resistive or piezo-resistive paste, preferably deposited by screen printing; obviously this resistive or piezo-resistive material is deposited so that the resistances obtained are electrically in contact with relative conductive tracks 7, preferably slightly overlapping each other. Also in this case, after the material has been deposited, the semi-finished product is dried and fired, in particular with process temperatures lower than those used for vitrification of layer 10 or layers 10 and 10â € ™.
Sulle estremità delle piste 7 che dovranno essere collegate al die 6 tramite i micro-fili 8 viene depositato, preferibilmente tramite serigrafia, un sottile strato dello stesso materiale costituente i micro-fili 8, o compatibile con il materiale costituente i micro-fili. Anche in questo caso, la deposizione del materiale à ̈ seguita da relative fasi di essiccazione e cottura a temperature inferiori a quelle impiegate per vetrificazione dello strato 10 o degli strati 10 e 10’. On the ends of the tracks 7 which must be connected to the die 6 by means of the micro-threads 8, a thin layer of the same material constituting the micro-threads 8, or compatible with the material constituting the micro-threads, is deposited, preferably by screen printing. Also in this case, the deposition of the material is followed by relative drying and firing phases at temperatures lower than those used for vitrification of layer 10 or layers 10 and 10â € ™.
In seguito sulla faccia superiore 5 del substrato 2 può essere depositato, ad esempio sempre tramite serigrafia, un materiale polimerico destinato a realizzare uno strato protettivo, con successiva essiccazione e cottura. Questo strato protettivo à ̈ depositato in modo da lasciare esposte le zone in cui alle piste conduttive 7 devono essere collegati eventuali componenti aggiuntivi del circuito, quali diodi, condensatori, un circuito integrato diverso dal die 6, eccetera. Ovviamente lo strato protettivo non à ̈ depositato nella zona in cui à ̈ montato il die 6; presso tale zona sono mantenute esposte anche le estremità delle piste a cui debbono essere collegati i micro-fili 8. Subsequently on the upper face 5 of the substrate 2 can be deposited, for example again by screen printing, a polymeric material intended to form a protective layer, with subsequent drying and firing. This protective layer is deposited in such a way as to leave exposed the areas in which any additional circuit components must be connected to the conductive tracks 7, such as diodes, capacitors, an integrated circuit other than die 6, etc. Obviously the protective layer is not deposited in the area where die 6 is mounted; the ends of the tracks to which the micro-wires 8 must be connected are also kept exposed in this area.
Sulla parte superiore del substrato 2 vengono quindi montati, preferibilmente tramite tecnica SMD, i suddetti eventuali componenti aggiuntivi del circuito. In tale fase, i terminali di collegamento dei componenti in questione vengono collegati elettricamente alle relative piste. Nella fase di collegamento elettrico o wire bonding del die 6 i microfili 8 vengono collegati tra i relativi contatti superiori del die 6 e le estremità delle piste conduttive 7 di interesse del corpo o substrato 2, secondo tecnica in sé nota. The above possible additional components of the circuit are then mounted on the upper part of the substrate 2, preferably by means of the SMD technique. In this phase, the connection terminals of the components in question are electrically connected to the relative tracks. In the electrical connection or wire bonding phase of the die 6, the microfiles 8 are connected between the relative upper contacts of the die 6 and the ends of the conductive tracks 7 of interest of the body or substrate 2, according to a known technique.
Infine o precedentemente può essere eseguito il montaggio e la saldatura dei terminali di collegamento 9 alle piste conduttive 7 di interesse del circuito, necessari per il collegamento del sensore 1 ai fini del suo impiego. Finally or previously, the connection terminals 9 can be assembled and welded to the conductive tracks 7 of interest of the circuit, necessary for the connection of the sensor 1 for its use.
Nel caso in cui il sensore 1 debba essere di tipo assoluto, come detto, sulla faccia superiore del die 6 può essere applicato il coperchio 11 delle figure 7 o 14. In the event that the sensor 1 must be of the absolute type, as mentioned, the cover 11 of figures 7 or 14 can be applied on the upper face of the die 6.
Le medesime operazioni sopra indicate vengono effettuate sostanziale anche nel caso in cui il substrato 2 di montaggio del die 6 sia elettricamente conduttivo. In una tale applicazione, preferibilmente dopo il montaggio del die 6, la superficie superiore 5 del substrato 2 viene ricoperta almeno in parte con lo strato di materiale elettricamente isolante, sul quale à ̈ poi depositato il materiale necessario alla formazione delle piste 7 e degli eventuali componenti di circuito ottenibili tramite deposizione, secondo quanto precedentemente descritto. Lo strato di isolante, che può essere deposto tramite tecnica serigrafia, viene preferibilmente essiccato e/o cotto in forno a temperature di processo inferiori a quelle necessaria per la vetrificazione dello strato 10 o degli strati 10 e 10’. The same operations indicated above are also substantially carried out in the case in which the mounting substrate 2 of the die 6 is electrically conductive. In such an application, preferably after the assembly of the die 6, the upper surface 5 of the substrate 2 is covered at least in part with the layer of electrically insulating material, on which the material necessary for the formation of the tracks 7 and any possible circuit components obtainable by deposition, as previously described. The insulating layer, which can be deposited by screen printing technique, is preferably dried and / or baked in an oven at process temperatures lower than those required for the vitrification of layer 10 or layers 10 and 10â € ™.
In alternativa, comunque, potrebbe essere prima depositato e cotto uno strato di isolante, ed eventualmente depositate le piste 7 e fissati i componenti, avendo cura di lasciare libera la zona di substrato su cui poi fissare il die 6 tramite pasta vetrosa. Alternatively, however, a layer of insulation could be first deposited and fired, and eventually the tracks 7 deposited and the components fixed, taking care to leave the substrate area free on which then to fix the die 6 by means of glass paste.
Come si à ̈ visto, il legame tra il silicio costituente il die 6 con il relativo corpo di supporto 2, sia esso in materiale isolante (ad esempio un materiale ceramico, vetro o un polimero isolante), sia esso in metallo (ad esempio un metallo o un polimero conduttivo), avviene attraverso uno o più strati sigillanti/incollanti vetrosi, mediante un processo di deposizione durante il quale avviene una parziale dissoluzione della superficie dei componenti da saldare. As we have seen, the bond between the silicon constituting the die 6 with the relative support body 2, be it in insulating material (for example a ceramic material, glass or an insulating polymer), or in metal (for example a metal or a conductive polymer), takes place through one or more glassy sealing / gluing layers, by means of a deposition process during which a partial dissolution of the surface of the components to be welded takes place.
La soluzione prevista secondo l’invenzione, con il relativo il processo di lavorazione, consente di ottenere: The solution envisaged according to the invention, with the relative manufacturing process, allows to obtain:
- un legame intimo tra le parti, tale da conferire un’elevata ermeticità alla zona sigillata (fino ad 10-9 atm-cc/sec.); - an intimate bond between the parts, such as to give a high airtightness to the sealed area (up to 10-9 atm-cc / sec.);
- un legame tenace tra le parti, tale da conferire un’elevata forza di adesione delle superfici incollate, che di fatto rende la pressione di scoppio (burst pressure) dipendente solo dalla membrana 6b del die 6, e non più dal materiale di incollaggio; - a tenacious bond between the parts, such as to give a high adhesion force to the glued surfaces, which in fact makes the burst pressure dependent only on the membrane 6b of the die 6, and no longer on the bonding material ;
- una maggiore affidabilità rispetto alle resine siliconiche e/o epossidiche tradizionalmente impiegate per l’incollaggio di die in silicio; queste resine note sono soggette a maggiore degrado a seguito delle sollecitazione meccaniche nel tempo (colpi di pressione) e/o all’esposizione a temperature elevata (maggiori di 140°C); - greater reliability than silicone and / or epoxy resins traditionally used for bonding silicon dies; these known resins are subject to greater degradation as a result of mechanical stress over time (pressure blows) and / or exposure to high temperatures (greater than 140 ° C);
- una completa insensibilità al mezzo oggetto di misura, che pertanto può essere un gas o un fluido aggressivo (ad esempio gas ad alta temperatura), contrariamente alle citate resine di incollaggio tradizionali, che subiscono pesante degradazione in presenza di mezzi aggressivi; - a complete insensitivity to the medium being measured, which therefore can be an aggressive gas or fluid (for example high temperature gas), contrary to the aforementioned traditional bonding resins, which undergo heavy degradation in the presence of aggressive media;
- una grande stabilità alla giunzione (stabile fino a circa 200°C), in quanto la temperatura di transizione vetrosa à ̈ di circa 215°C; - great stability at the junction (stable up to about 200 ° C), as the glass transition temperature is about 215 ° C;
- una grande riduzione delle deformazioni differenziali in temperatura che inducono variazioni di lettura del sensore, in quanto il coefficiente di espansione termica della pasta vetrosa impiegata à ̈ di circa 7 ppm/°C, ed à ̈ pertanto simile a quello del silicio (2,5-3 ppm/°C), contrariamente alle resine tradizionali epossidiche e siliconiche che si attestano invece su valori ben superiori (compresi tra i 40 e i 200 ppm/°C) - a great reduction of the differential deformations in temperature that induce variations in the sensor reading, since the coefficient of thermal expansion of the glass paste used is about 7 ppm / ° C, and is therefore similar to that of silicon (2, 5-3 ppm / ° C), in contrast to traditional epoxy and silicone resins which instead reach much higher values (between 40 and 200 ppm / ° C)
- un preciso e stabile posizionamento del die rispetto al circuito, depositato direttamente sul substrato su cui à ̈ incollato il die, in particolare al fine di evitare errati o anomali micro-collegamenti (wire bonding) e/o danneggiamenti dovuti a reciproci micromovimenti. - a precise and stable positioning of the die with respect to the circuit, deposited directly on the substrate on which the die is glued, in particular in order to avoid incorrect or anomalous micro-connections (wire bonding) and / or damage due to mutual micro-movements.
Si apprezzerà inoltre che la soluzione proposta consente di ridurre il numero di pezzi necessari alla produzione del sensore, in particolare senza dover necessariamente dotare il die 6 di una specifica base in vetro che deve essere opportunamente formata e poi attaccata a tenuta al die stesso. It will also be appreciated that the proposed solution allows to reduce the number of pieces necessary for the production of the sensor, in particular without necessarily having to equip the die 6 with a specific glass base which must be suitably formed and then sealed to the die itself.
L’ottenimento del substrato con superficie superiore sostanzialmente completamente piana à ̈ più semplice rispetto alle soluzioni note che prevedono una specifica porzione in rilievo per il posizionamento del die. Obtaining the substrate with a substantially completely flat upper surface is simpler than with known solutions which provide a specific raised portion for positioning the die.
L’ottenimento di un circuito direttamente sul substrato, con superficie superiore piana, consente inoltre di migliorare nel complesso l’affidabilità del prodotto e/o agevolarne il processo produttivo. The obtaining of a circuit directly on the substrate, with a flat upper surface, also allows to improve the overall reliability of the product and / or facilitate the production process.
La deposizione di più strati vetrosi, quando prevista, consente di ottenere una elevata precisione dimensionale, una migliore uniformità di spessore ed una migliore adesione al substrato (ad esempio, con spessori sottili si evitano tensioni elevate durante i processi di cottura) e/o un elevato spessore finale dello strato vetroso. Un maggior spessore dello strato vetroso, che si dimostra atto a svolgere anche funzioni di compensazione per stress e/o per dilatazioni tra substrato e/o circuito, da un lato, e die in silicio dall’altro lato, à ̈ preferibilmente ottenuta tramite una pasta vetrosa caricata di particelle, fibre o fiocchi di spessore relativamente elevato. The deposition of several glass layers, when foreseen, allows to obtain a high dimensional accuracy, a better thickness uniformity and a better adhesion to the substrate (for example, with thin thicknesses, high tensions are avoided during the firing processes) and / or a high final thickness of the glass layer. A greater thickness of the glass layer, which is shown to also perform compensation functions for stress and / or for dilatations between the substrate and / or circuit, on the one hand, and the silicon die on the other side, is preferably obtained by a glassy paste loaded with particles, fibers or flakes of relatively high thickness.
Grazie alle suddette caratteristiche, il sensore di pressione secondo l’invenzione risulta adatto quindi ad essere impiegato in ambienti con fluidi aggressivi, a temperature elevate, con burst pressure elevata, con maggiore accuratezza in range termici estesi e, in definitiva, con affidabilità superiore. Thanks to the aforementioned characteristics, the pressure sensor according to the invention is therefore suitable for use in environments with aggressive fluids, at high temperatures, with high burst pressure, with greater accuracy in extended thermal ranges and, ultimately, with superior reliability. .
E’ chiaro che numerose varianti sono possibili per la persona esperta del ramo al sensore descritto come esempio, senza per questo uscire dagli ambiti dell’invenzione così come definita nelle rivendicazioni allegate. It is clear that numerous variants are possible for the person skilled in the art to the sensor described as an example, without thereby departing from the scope of the invention as defined in the attached claims.
I materiali apposti sulla superficie del substrato (quali la pasta vetrosa, il materiale per le piste conduttive e gli eventuali componenti di circuito depositati, l’eventuale materiale isolante e l’eventuale materiale protettivo) possono essere depositati sul substrato del die con tecniche diverse da quelle sopra indicate, ad esempio tramite litografia, foto-litografia, spruzzatura. The materials affixed to the surface of the substrate (such as the glass paste, the material for the conductive tracks and any circuit components deposited, any insulating material and any protective material) can be deposited on the die substrate with techniques other than those indicated above, for example by lithography, photo-lithography, spraying.
Almeno talune delle caratteristiche indicate nei vari esempi di attuazione potrebbero essere combinate tra loro anche in modo differente, per realizzare dei sensori di pressione differenti da quelli descritti e raffigurati. Tali caratteristiche, descritte a titolo preferenziale in riferimento ad un die in silicio potrebbero essere almeno in parte associate ad un differente die o chip sensore di pressione. At least some of the characteristics indicated in the various embodiment examples could also be combined with each other in a different way, to realize pressure sensors different from those described and depicted. These characteristics, preferably described with reference to a silicon die, could be at least partially associated with a different pressure sensor die or chip.
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5856367A (en) * | 1981-09-29 | 1983-04-04 | Hitachi Ltd | semiconductor pressure sensor |
| US4712082A (en) * | 1985-03-25 | 1987-12-08 | Nippon Soken, Inc. | Pressure sensor |
| US4840067A (en) * | 1986-06-13 | 1989-06-20 | Nippon Soken, Inc. | Semiconductor pressure sensor with method diaphragm |
| US5721446A (en) * | 1995-01-19 | 1998-02-24 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor pressure sensor with spacing member disposed between sensor and substrate |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5856367A (en) * | 1981-09-29 | 1983-04-04 | Hitachi Ltd | semiconductor pressure sensor |
| US4712082A (en) * | 1985-03-25 | 1987-12-08 | Nippon Soken, Inc. | Pressure sensor |
| US4840067A (en) * | 1986-06-13 | 1989-06-20 | Nippon Soken, Inc. | Semiconductor pressure sensor with method diaphragm |
| US5721446A (en) * | 1995-01-19 | 1998-02-24 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor pressure sensor with spacing member disposed between sensor and substrate |
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