TW201701737A - 具在原位列印之感測器之積體電路 - Google Patents

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Abstract

本發明教示一種用於製造包括一積體電路及一感測器之一模組之方法。該方法可包括：使用一高溫製程將一積體電路(IC)晶粒安裝於一印刷電路板(PCB)上以提供該PCB之互連件與該晶粒之互連件之間的一電連接；及在所有高溫安裝製程完成之後，將一感測器直接列印至該模組上。

Description

具在原位列印之感測器之積體電路 相關專利申請案
本申請案主張於2015年6月2日提出申請之共同擁有之美國臨時專利申請案第62/169,986號之優先權，該美國臨時專利申請案據此出於所有目的以引用方式併入本文中。
本發明係關於積體電路，且特定而言係關於其上具在原位列印之感測器之積體電路。
表面安裝技術係指用於生產電子電路之方法，其中各種組件係安裝於一印刷電路板(PCB)之表面上。此一電路可稱作一表面安裝裝置。表面安裝方法可較佳地代替「通孔」安裝技術，此乃因表面安裝方法允許將較小組件安裝在PCB之兩側上且允許經增加組件密度，此兩者皆減小總體大小且可較易於自動化。
在其他方面原本可與積體電路(IC)一起使用之諸多感測器被表面安裝中所採用之焊料回流或波峰焊接製程損害。舉例而言，用於偵測化學品之某些感測器若經受高溫則可受損壞。若欲將一溫度敏感感測器安裝在一印刷電路板(PCB)上，則必須在焊接完成之後連接該溫度敏感感測器。此焊接後步驟(有時稱為一或多個「輔助附接」製程)引起額外的成本及時間需要。
另外，當與在焊接步驟之前放置之感測器相比時，輔助附接製 程導致感測器與信號處理設備(例如，一IC晶片或晶粒)之間的實體距離增加。經增加實體距離降低至IC晶粒之感測器輸出之信號雜訊比。因此，減小兩者之間的實體距離將改良一給定應用中之感測器之效能。
提供此發明內容以按一簡化形式引入本發明之教示。該等教示並不限於此發明內容，該發明內容亦不應該閱讀為限於所主張之標的物之範疇。
根據本發明之某些實施例，一種用於製造包括一積體電路及一感測器之一模組之方法可包含：使用一高溫製程將一積體電路(IC)晶粒安裝於一印刷電路板(PCB)上以提供該PCB之互連件與該晶粒之互連件之間的一電連接；及在所有高溫安裝製程完成之後，將一感測器直接列印至該模組上。
在某些實施例中，該IC晶粒封圍於包括具複數個經曝露接觸區域之一頂部表面之一殼體中，該複數個經曝露接觸區域給封圍於該殼體中之該晶粒提供電連接。該方法可包含將該感測器裝置直接列印至該殼體之該頂部表面上。
在某些實施例中，該IC晶粒封圍於包括具一開口之一頂部表面之一殼體中，該開口曝露該IC晶粒之一部分。該方法可包含將該感測器裝置直接列印至該經曝露IC晶粒上。
在某些實施例中，該IC晶粒封圍於包括具一開口之一頂部表面之一殼體中，該開口曝露該IC晶粒之一部分；且該IC晶粒之該經曝露部分包含複數個經曝露電接觸區域。該方法可包含將該感測器裝置直接列印至該經曝露IC晶粒上。
在某些實施例中，該IC晶粒封圍於包括具一開口之一頂部表面之一殼體中，該開口曝露該IC晶粒之一部分，且該IC晶粒之該經曝露 部分包含複數個經曝露電接觸區域。該方法可包含將該感測器裝置直接列印至該經曝露電接觸區域上。
在某些實施例中，該IC晶粒封圍於包括具一開口之一頂部表面之一殼體中，該開口曝露該IC晶粒之一部分，且該IC晶粒之該經曝露部分包含複數個經曝露電接觸區域。該方法可包含將該感測器裝置直接列印至該IC晶粒上及藉由線接合將該感測器連接至該IC晶粒。
某些實施例可包含將該感測器裝置直接列印至該PCB上。
本發明之教示提供一種用於將一感測器裝置結合至一積體電路之方法。該實例性方法可包含：提供至少部分地封圍於包括一頂部表面之一殼體中之一積體電路(IC)晶粒；及將該感測器裝置直接列印至該殼體之該頂部表面上。
在某些實施例中，該殼體之該頂部表面界定給該IC晶粒提供電連接之複數個經曝露接觸區域；且該方法包含將該感測器裝置直接列印至該IC晶粒之該等經曝露接觸區域上。
在某些實施例中，該殼體之頂部表面界定曝露該IC晶粒之一部分之一開口；且該方法包含將該感測器裝置直接列印至該經曝露IC晶粒上。
在某些實施例中，該殼體之該頂部表面界定曝露該IC晶粒之一部分之一開口，且該IC晶粒之該經曝露部分包含複數個經曝露電接觸區域。該實例性方法可包含將該感測器裝置直接列印至該IC晶粒上；及藉由線接合將該感測器連接至該IC晶粒。
某些實施例可包含在列印該感測器裝置之前，利用一高溫安裝製程將該IC晶粒安裝至一印刷電路板。
在某些實施例中，該高溫安裝製程包含一焊接製程、一回流焊接製程或一波峰焊接製程。
10‧‧‧實例性感測器模組
12‧‧‧實例性感測器模組
20‧‧‧印刷電路板
30‧‧‧板上晶片積體電路晶粒/積體電路晶粒
32‧‧‧經囊封積體電路晶粒/積體電路晶粒
40‧‧‧感測器
300‧‧‧實例性感測器模組/印刷電路板
300a‧‧‧實例性感測器模組在將感測器列印於其上之前的圖式/感測器模組
300b‧‧‧實例性感測器模組在將感測器列印於其上之後的圖式/感測器模組/模組
310‧‧‧經曝露主體表面觸點/接觸區域
320‧‧‧經囊封積體電路/積體電路/殼體/經囊封積體電路晶粒/經囊封晶粒
330‧‧‧感測器
340‧‧‧印刷電路板
400a‧‧‧實例性感測器模組在將感測器列印於經囊封積體電路晶粒上之前的圖式
400b‧‧‧實例性感測器模組在將感測器列印於經囊封積體電路晶粒上之後的圖式/感測器模組
500a‧‧‧實例性感測器模組在將感測器列印於其上之前的圖式/感測器模組
500b‧‧‧實例性感測器模組在將感測器列印於其上之後的圖式/感測器模組/模組
510‧‧‧開口/經曝露部分/經曝露區域
520‧‧‧經囊封積體電路/積體電路/殼體/經囊封積體電路晶粒
530‧‧‧感測器/經列印感測器
圖1係展示根據本發明之教示之一實例性感測器模組之一圖式。
圖2係展示根據本發明之教示之一實例性感測器模組之一圖式。
圖3A及圖3B係圖解說明根據本發明之教示之一實例性感測器模組在將一感測器列印於其上之前及之後的圖式。
圖4A及圖4B係展示根據本發明之教示之一實例性感測器模組在將一感測器列印於經囊封IC晶粒上之前及之後的圖式。
圖5A及圖5B係圖解說明根據本發明之教示之一實例性感測器模組在將一感測器列印於其上之前及之後的圖式。
圖6係展示根據本發明之教示之用於製造包括一積體電路及一感測器之一模組之一實例性方法的一流程圖。
圖7係展示根據本發明之教示之用於製造包括一積體電路及一感測器之一模組之一實例性方法的一流程圖。
各圖提供本發明之教示之各種實施例之圖解說明。熟習此項技術者將能夠使用本發明之教示來在不背離申請專利範圍或本發明之教示之範疇之情況下開發各圖中所繪示之結構及方法之替代實施例。
參考下文所闡述之各圖可最佳理解本發明之實施例及其優於先前技術之優點。
可使用各種裝配技術來將一IC晶粒表面安裝至一PCB。PCB通常具有複數個引線以允許電連接至IC晶粒之引線。可使用一絲網印刷及/或模板製程將焊料膏施加至PCB。在自動化系統中，可藉由「拾取和放置」機器放置待安裝組件。
可將PCB(連同各種組件一起)放置於一回流焊接爐中。該爐可使PCB、組件及焊料膏之溫度上升。當溫度達到焊料膏中之焊料粒子之熔點時，組件引線藉此接合至PCB上之觸點。在某些系統中，使用紅外線燈使溫度上升。在其他系統中，熱氣體對流可使用空氣及/或氮 氣。在另一替代方案中，氣相回流可使用具高沸點之氟碳化合物液體。
在某些裝置中，一旦將一IC組件安裝至一PCB，便可進一步封裝該IC組件以保護其免受機械損壞、熱損壞、射頻雜訊發射、靜電放電等。某些裝置可包含「圓頂(glob-top)」或「糊狀頂部(glop-top)」封裝。圓頂塗層可包含在已將IC晶粒連接至PCB(例如，藉由焊接)之後沈積於IC晶粒或晶片及任何至PCB之引線或連接上方之少量環氧樹脂或樹脂。圓頂塗層可適用於直接安裝至一PCB(有時稱作「板上晶片」(COB)安裝)之IC晶粒。
在其他裝置中，可在將一IC晶粒安裝至PCB之前將該IC晶粒囊封於一塑膠殼體中。可使用各種標準化封裝，其包含(作為實例)雙列直插式、四列直插式、柵格陣列、小型電晶體等。此等IC可稱作經囊封或經封裝的。
圖1係展示根據本發明之教示之一實例性感測器模組10之一圖式。所展示之實施例包含表面安裝至一PCB 20且然後用一圓頂環氧樹脂塗佈之一COB IC晶粒30以及在表面安裝製程完成之後列印至PCB 20上之一感測器40。PCB 20可包含各種引線、電路等以提供IC晶粒30與感測器40之間的適當電通信。
圖2係展示根據本發明之教示之一實例性感測器模組12之一圖式。所展示之實施例包含表面安裝至一PCB 20之一經囊封IC晶粒32以及在表面安裝製程完成之後列印至PCB 20上之一感測器40。PCB 20可包含各種引線、電路等以提供IC晶粒32與感測器40之間的適當電連接。
在某些實施例(諸如圖1及圖2中所展示之彼等實施例)中，感測器40可包含一化學品及/或氣體感測器。各種類型之感測器可藉由列印製程製造。舉例而言，用於糖尿病之治療之葡萄糖感測器通常使用一 列印製程來製造。其他實例包含生物感測器、電容式感測器、壓阻式感測器、壓電式感測器、光偵測器、溫度感測器、濕度感測器及氣體感測器。實例性列印製程包含絲網印刷(例如，「厚膜」製程)、移印(pad printing)、積層製造(additive manufacturing)、壓電塗料(PiezoPaint)及/或選擇性燒結製程。
圖3A及圖3B係圖解說明根據本發明之教示之一實例性感測器模組300在將一感測器330列印於其上之前的圖式(300a)及在此操作之後的圖式(300b)。
感測器模組300a可包含具經曝露主體表面觸點310之一經囊封IC 320。在所展示之實例中，存在三個頂部表面觸點，但本發明之教示可利用任何適當數目之表面觸點來實踐。一般而言，經曝露主體表面觸點310可位於經囊封IC 320之與任何引線及/或安裝特徵相對之側上，該等任何引線及/或安裝特徵將用於將IC 320連接至一PCB(圖3A及圖3B中未展示)。雖然積體電路晶粒係囊封於殼體320內，但接觸區域310可給經囊封晶粒提供一可用電連接。
然後，可將感測器330列印於經囊封IC 320之頂部上藉此連接至頂部表面觸點，如圖3B中所展示。然後，可將感測器模組300b附接至一印刷電路板、模組等，從而提供類似於圖4B中所展示之彼感測器模組之一感測器模組，該感測器模組包含含具經曝露主體表面觸點310之經囊封IC晶粒320及列印於經囊封IC晶粒上之感測器330之一感測器模組。可將整個模組300b附接至印刷電路板300上之一插座。舉例而言，一插座之使用可避免將發生於一表面安裝/焊接程序期間的至高溫之曝露。
圖4A及圖4B係展示根據本發明之教示之一實例性感測器模組400在將一感測器330列印於經囊封IC晶粒320上之前的圖式(400a)及在此操作之後的圖式(400b)。與圖3A及圖3B中所展示之實施例相比而言， 可使用一表面安裝/焊接技術將經囊封晶粒320安裝至PCB 340，此乃因感測器330尚未存在，如圖4A中所展示。經囊封IC 320可包含經曝露主體表面觸點310。在所展示之實例中，存在三個頂部表面觸點，但本發明之教示可利用任何適當數目之表面觸點來實踐。一般而言，經曝露主體表面觸點310可位於經囊封IC 320之與任何引線及/或安裝特徵相對之側上，該等任何引線及/或安裝特徵用於將IC 320連接至一PCB 340。雖然積體電路晶粒係囊封於殼體320內，但接觸區域310可給經囊封晶粒提供一可用電連接。
然後，可將感測器330列印於經囊封IC 320之頂部上藉此連接至頂部表面觸點，如圖4B中所展示。然後，感測器模組400b在至PCB 340及IC 320之電連接中正常操作。
圖5A及圖5B係圖解說明根據本發明之教示之一實例性感測器模組500在將一感測器530列印於其上之前的圖式(500a)及在此操作之後的圖式(500b)。感測器模組500a可包含具一開口510之一經囊封IC 520，該開口曝露IC晶粒內之一部分。一般而言，IC晶粒之經曝露部分510可位於經囊封IC 520之與任何引線及/或安裝特徵相對之側上，該等任何引線及/或安裝特徵將用於將IC 520連接至一PCB(圖5A及圖5B中未展示)。雖然積體電路晶粒係囊封於殼體520內，但經曝露區域510可給經囊封晶粒提供一可用電連接。
然後，可將感測器530列印於經囊封IC 520之頂部上藉此連接至頂部表面觸點，如圖5B中所展示。根據其他實施例，可使用接合線來將經列印感測器530與經曝露晶粒耦合。開口520可經設計以保持打開以提供經列印感測器530至環境之一曝露。然而，根據某些實施例，亦可針對不需要曝露之感測器(舉例而言，特定溫度感測器)關閉開口。
然後，可將感測器模組500b附接至一印刷電路板、模組等，從 而提供包含具經曝露部分510之經囊封IC晶粒520及列印於經囊封IC晶粒上之感測器530之一感測器模組。可將整個模組500b附接至印刷電路板上之一插座。舉例而言，一插座之使用可避免將發生於一表面安裝/焊接程序期間的至高溫之曝露。
圖6係展示用於製造包括一積體電路及一感測器之一模組之一實例性方法600的一流程圖。在不背離本發明之教示之範疇之情況下，熟習此項技術者將能夠變更方法600之某些步驟之次序及完全省略其他步驟。
在步驟602處，方法600開始。
步驟610包含使用一高溫製程將一IC晶粒安裝於一PCB上以提供PCB之互連件與晶粒之互連件之間的一電連接。步驟610可包含任何適當表面安裝製程。IC晶粒可係未經囊封的、完全經囊封的或部分經囊封的。取決於用於IC晶粒之封裝之類型，方法600可包含步驟620、630或640中之任何者。
步驟620包含在所有高溫安裝製程完成之後將一感測器直接列印至PCB上。步驟620可適用於圓頂IC晶粒或不具用於感測器之可用連接之完全經囊封晶粒，諸如圖1及圖2中所展示之實施例。在某些實施例中，由於用於IC晶粒及/或感測器之大小及/或間隔需要，IC晶粒可具有經曝露部分但可將感測器直接列印至PCB上。
步驟630包含將感測器裝置直接列印至殼體之一頂部表面或一經囊封晶粒上。步驟630可適用於具經曝露接觸區域之部分經囊封IC晶粒，諸如圖3A至圖4B中所展示之實施例。
步驟640包含將感測器裝置直接列印至經曝露IC晶粒上。步驟640可適用於具IC晶粒之經曝露部分之僅部分經囊封IC晶粒(有時稱作「開口式經囊封IC」)，諸如圖5A及圖5B中所展示之實施例。
在如所展示之方法600中，所有分支返回至步驟650。步驟650包 含囊封感測器模組。取決於感測器之外觀與功能，可將感測器囊封及/或使其保持曝露。舉例而言，可將溫度感測器囊封而可使氣體及/或化學品感測器保持曝露至周圍大氣。
圖7係展示用於製造包括一積體電路及一感測器之一模組之一實例性方法700的一流程圖。在不背離本發明之教示之範疇之情況下，熟習此項技術者將能夠變更方法700之某些步驟之次序及完全省略其他步驟。
在步驟702處，方法700開始。
步驟710包含提供至少部分地封圍於包括一頂部表面之一殼體中之一IC晶粒。IC晶粒可完全經囊封或部分經囊封。取決於用於IC晶粒之封裝之類型，方法700可包含步驟720或730。
步驟720包含將感測器裝置直接列印至IC晶粒之經曝露接觸區域上。步驟720可適用於具經曝露接觸區域之部分經囊封IC晶粒，諸如圖3A至圖4B中所展示之實施例。
步驟730包含將感測器裝置直接列印至經曝露IC晶粒上。步驟730可適用於具IC晶粒之經曝露部分之僅部分經囊封IC晶粒(有時稱作「開口式經囊封IC」)，諸如圖5A及圖5B中所展示之實施例。
在如所展示之方法700中，所有分支返回至步驟740。步驟740包含藉由線接合將感測器連接至IC晶粒。若以一方式列印感測器裝置使得藉由列印製程做出連接，則步驟740可係不必要的。
在方法700之某些實施例中，在不使用一高溫製程之情況下可將感測器模組安裝於一PCB上，藉此提供PCB之互連件與晶粒之互連件之間的一電連接。舉例而言，可將感測器模組插入至PCB上之一插座中。
10‧‧‧實例性感測器模組
20‧‧‧印刷電路板
30‧‧‧板上晶片積體電路晶粒/積體電路晶粒
40‧‧‧感測器

Claims (13)

  1. 一種用於製造包括一積體電路及一感測器之一模組之方法，該方法包括：使用一高溫製程將一積體電路(IC)晶粒安裝於一印刷電路板(PCB)上以提供該PCB之互連件與該晶粒之互連件之間的一電連接；及在所有高溫安裝製程完成之後，將一感測器直接列印至該模組上。
  2. 如請求項1之方法，其中該IC晶粒封圍於包括具複數個經曝露接觸區域之一頂部表面之一殼體中，該複數個經曝露接觸區域給封圍於該殼體中之該晶粒提供電連接；且其中該方法進一步包括將該感測器裝置直接列印至該殼體之該頂部表面上。
  3. 如請求項1之方法，其中該IC晶粒封圍於包括具一開口之一頂部表面之一殼體中，該開口曝露該IC晶粒之一部分；且其中該方法進一步包括將該感測器裝置直接列印至該經曝露IC晶粒上。
  4. 如請求項1之方法，其中：該IC晶粒封圍於包括具一開口之一頂部表面之一殼體中，該開口曝露該IC晶粒之一部分；且該IC晶粒之該經曝露部分包含複數個經曝露電接觸區域；且其中該方法進一步包括將該感測器裝置直接列印至該經曝露IC晶粒上。
  5. 如請求項1之方法，其中：該IC晶粒封圍於包括具一開口之一頂部表面之一殼體中，該 開口曝露該IC晶粒之一部分；且該IC晶粒之該經曝露部分包含複數個經曝露電接觸區域；且其中該方法進一步包括將該感測器裝置直接列印至該等經曝露電接觸區域上。
  6. 如請求項1之方法，其中：該IC晶粒封圍於包括具一開口之一頂部表面之一殼體中，該開口曝露該IC晶粒之一部分；且該IC晶粒之該經曝露部分包含複數個經曝露電接觸區域；且其中該方法進一步包括：將該感測器裝置直接列印至該IC晶粒上；及藉由線接合將該感測器連接至該IC晶粒。
  7. 如請求項1之方法，其進一步包括將該感測器裝置直接列印至該PCB上。
  8. 一種用於將一感測器裝置結合至一積體電路之方法，該方法包括：提供至少部分地封圍於包括一頂部表面之一殼體中之一積體電路(IC)晶粒；及將該感測器裝置直接列印至該殼體之該頂部表面上。
  9. 如請求項8之方法，其中該殼體之該頂部表面界定給該IC晶粒提供電連接之複數個經曝露接觸區域；且其中該方法包含將該感測器裝置直接列印至該IC晶粒之該等經曝露接觸區域上。
  10. 如請求項8之方法，其中該殼體之頂部表面界定曝露該IC晶粒之一部分之一開口；且其中該方法包含將該感測器裝置直接列印至該經曝露IC晶粒上。
  11. 如請求項8之方法，其中該殼體之該頂部表面界定曝露該IC晶粒之一部分之一開口，且該IC晶粒之該經曝露部分包含複數個經曝露電接觸區域；該方法進一步包括：將該感測器裝置直接列印至該IC晶粒上；及藉由線接合將該感測器連接至該IC晶粒。
  12. 如請求項8之方法，其進一步包括在列印該感測器裝置之前，利用一高溫安裝製程將該IC晶粒安裝至一印刷電路板。
  13. 如請求項8之方法，其進一步包括在列印該感測器裝置之前，利用一高溫安裝製程將該IC晶粒安裝至一印刷電路板；且其中該高溫安裝製程包含一焊接製程、一回流焊接製程或一波峰焊接製程。
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