TWI464375B - 一種壓力感測器及其製法 - Google Patents

Description

一種壓力感測器及其製法

本揭露係關於一種感測器及其製法，尤指一種用於壓力感測之感測器及其製法。

於汽車、醫療、遊戲及工業等電子領域之微機電系統中，壓力感測器具有廣大的應用，舉凡陀螺儀、加速度計、高度計或定位系統等裝置，皆可見到壓力感測器之存在。

如US 2012/0001274號專利案、US 7391101號專利案、US 2008/0222884號專利案、及US 7401525號專利案，皆揭露了習知之壓力感測器結構，其中，該些專利皆係採用了打線(Wire-bonding)技術電性連接感測晶片，並於感測晶片上設置上蓋體(top cover)或膠體等保護結構以對感測晶片提供保護或隔絕措施。然而，傳統的打線(Wire-bonding)技術所需耗費的製程時間較長，寄生電容及雜訊亦較高，故無法符合較先進、快速之晶圓級封裝製程的需求。

再者，如US 7469590號專利案，其所揭露之壓力感測器結構雖捨棄了打線(Wire-bonding)技術，但因其技術基礎係建立於先形成單顆之感測器元件後，再進行後續之元件接合，所以，亦無法配合晶圓級封裝製程來進行量產。

本揭露提供一種無須打線技術，並能配合晶圓級封裝製程之壓力感測器結構及其製法。

詳言之，本揭露係提供一種壓力感測器，係包括：基板，係具有第一表面，且該第一表面上係鋪設有絕緣層；通孔，係貫穿該基板及該絕緣層；第一電極層，係鋪設於該絕緣層上，並覆蓋該通孔鄰近該第一表面之一側，用以透過該通孔與外部之壓力產生連動；感測晶片，係堆疊於該第一電極層上，並具有與該第一電極層電性連接之導電凸塊，其中，該導電凸塊係設置於該感測晶片與該第一電極層之間使該感測晶片與該第一電極層間具有間距；以及保護件，係設置於該感測晶片及該第一電極層上，用以包覆該感測晶片及該第一電極層以隔絕外部干擾。

再者，本揭露還提供一種壓力感測器之製法，係包括以下步驟：提供具有第一表面之基板，並於該第一表面上形成絕緣層；於該絕緣層上形成第一電極層，並蝕刻該基板及該絕緣層，以形成貫穿該基板及該絕緣層俾顯露該第一電極層之通孔；於該第一電極層上堆疊具有導電凸塊之感測晶片，並藉由該導電凸塊使該感測晶片及該第一電極層電性連接，並形成間距於該感測晶片及該第一電極層間；以及於該感測晶片及該第一電極層上設置保護件，用以包覆該感測晶片及該第一電極層以隔絕外部之干擾。

於另一實施例中，本揭露還提供一種壓力感測器之製法，係包括以下步驟：提供具有第一表面及內建之離子塊之基板，並於該第一表面上形成絕緣層；於該絕緣層上形成第一電極層，並蝕刻該基板及該絕緣層，以形成貫穿該基板及該絕緣層俾顯露該第一電極層及該離子塊之通孔； 於該第一電極層上堆疊具有導電凸塊之感測晶片，並藉由該導電凸塊使該感測晶片及該第一電極層電性連接，並形成間距於該感測晶片及該第一電極層間；以及於該感測晶片及該第一電極層上設置保護件，用以包覆該感測晶片及該第一電極層以隔絕外部之干擾。

因此，由於本揭露係透過依序堆疊之方式形成立體狀之結構，可利用通孔顯露之第一電極層作為振膜，所以能利用晶圓級封裝製程一次性地裁切出複數個壓力感測器。

以下係藉由特定的具體實施型態說明本揭露之實施方式，熟悉此技術之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本揭露之其他優點與功效。本揭露亦可藉由其他不同的具體實施型態加以施行或應用。

請依序參閱第1a圖至第1g圖，以瞭解本揭露之壓力感測器及其製法之一實施例。

如第1a及1b圖所示，係提供具有第一表面100之基板10，並於該第一表面100上形成絕緣層11。於一實施例中，第一表面100係可選擇性地形成有凸伸出該絕緣層11之支撐凸塊101，換言之，絕緣層11係可形成於不包括支撐凸塊101外之第一表面100上。

如第1c圖至第1e圖所示，該絕緣層11上形成有第一電極層12，並蝕刻該基板10及該絕緣層11，以形成貫穿該基板10及該絕緣層11，俾顯露該第一電極層12之通孔15。於一實施例中，如第1c圖所示，復可選擇性地貫 穿該絕緣層11於該基板10部分區域形成開槽13，以藉由開槽13令基板10具有釋放應力之功能。再者，如第1d圖所示，復可選擇性地形成貫穿基板10及該絕緣層11，以電性連接該第一電極層12之貫孔14，而貫孔14之底面即可連接電性連接墊。

接著，如第1f圖所示，係於該第一電極層12上堆疊具有導電凸塊18之感測晶片16，並藉由該導電凸塊18使該感測晶片16及該第一電極層12電性連接，並形成間距於該感測晶片16及該第一電極層12間。

如第1g圖所示，係於該感測晶片16及該第一電極層12上設置保護件19，用以包覆該感測晶片16及該第一電極層12以隔絕外部之干擾。於此實施例中，該保護件19係形成為膠體。於另一實施例中，該保護件19係可如第1h圖所示般形成為中空之蓋體。

具體言之，由第1g圖即可得知，本揭露提供之壓力感測器1之結構，係可包括基板10、絕緣層11、第一電極層12、開槽13、貫孔14、通孔15、感測晶片16、導電凸塊18、及保護件19，且立體堆疊之壓力感測器1係可為晶圓級封裝結構者。

基板10係具有第一表面100，而該第一表面100上鋪設有絕緣層11；通孔15係貫穿該基板10及該絕緣層11，且通孔15係可對應地位於感測晶片16之中心部位；而第一電極層12係鋪設於該絕緣層11上，並覆蓋該通孔15靠近該絕緣層11端之開口，以透過該通孔15與外部之壓 力產生連動，因此可將第一電極層12作為感測振膜。

於一實施例中，該基板10之第一表面100復具有突伸出之支撐凸塊101，支撐凸塊101係可選擇性地被絕緣層11覆蓋，以協助承接感測晶片16，同時，支撐凸塊101係可形成為獨立島塊或環形島塊。再者，壓力感測器1係可選擇性地具有開槽13以貫穿該絕緣層11及部份之該基板10，藉此釋放多餘的結構應力。又，壓力感測器1更可選擇性地形成有貫穿基板10及絕緣層11並電性連接該第一電極層12之貫孔14。

感測晶片16係堆疊於該第一電極層12上，並具有與該第一電極層12電性連接之導電凸塊18，其中，導電凸塊18係令該感測晶片16與該第一電極層12間形成間距。保護件19係可形成為膠體，並設置於該感測晶片16及該第一電極層12上，用以包覆該感測晶片16及該第一電極層12以隔絕外部之干擾。又第1h圖之壓力感測器1’係以保護件19’取代第1g圖之壓力感測器1之保護件19。

如第1i圖所示，係為本揭露之壓力感測器及其製法之另一實施示意圖。相較於第1f至1h圖，第1i圖之感測晶片16上鄰近該第一電極層12一側之表面，係可選擇性地形成第二電極層17，該導電凸塊18係形成間距於該第一電極層12及第二電極層17間。另外，於具有支撐凸塊101之實施例中，支撐凸塊101係可支撐住該感測晶片16，以進一步強化藉由導電凸塊18所形成之間距。

再者，本實施例之第二電極層17及該第一電極層12 可依據外部之壓力產生不同之電容效應。反之，若未設置有第二電極層17，第一電極層12即可依據外部之壓力產生不同之電阻效應，從而進行壓力感測。

請再參閱第2a至2d(或2e)圖，以瞭解本揭露提供之另一實施例之壓力感測器2(或2’)及其製法。

如第2a、2b及2c圖所示，係先提供具有第一表面100及內建之離子塊20之基板10，並於該第一表面100上形成絕緣層11；接著，係於該絕緣層11上形成第一電極層12，再對該基板10及該絕緣層11進行蝕刻，以形成貫穿該基板10及該絕緣層11，俾顯露第一電極層12及離子塊20之通孔15。該第一電極層12上堆疊具有導電凸塊18之感測晶片16，並藉由該導電凸塊18使該感測晶片16及該第一電極層12電性連接，並形成間距於該感測晶片16及該第一電極層12間。而如第2d或2e圖所示，係於該感測晶片16及該第一電極層12上設置保護件19(或19’)，以隔絕外部之干擾。

相較前述實施例即可得知，本實施例主要之差異在於基板中具有離子塊20，其餘具有相同標號之其他元件，即具有相同之功能或功效。

換言之，提供基板10時，第一表面100同樣形成有凸伸出該絕緣層11之支撐凸塊101，接著，形成有貫穿該絕緣層11及部份之基板10之開槽13，之後，可形成貫穿基板10及該絕緣層11以形成電性連接該第一電極層12之貫孔14。所堆疊之具有導電凸塊18之感測晶片16。於 另一實施例中(請參閱第2f圖)，於該導電凸塊18之同一側(即面向第一電極層)，同樣可形成第二電極層17。又所形成之保護件19，可為第2d圖所示之膠體，或形成為如第2e圖所示之中空蓋體。

離子塊20係可於實際之感測作業中進行導電，俾提供差動式之技術完成感測。若當離子塊20於感測作業中未進行導電，則藉由具有第一電極層12之實施型態進行電阻式感測，如第2d圖及第2e圖所示，或者，藉由同時具有第一電極層12及第二電極層17之實施型態進行電容式感測，如第2f圖所示。

綜上所述，由於本揭露係透過依序堆疊之方式形成立體狀之壓力感測器結構，且利用能從通孔顯露之第一電極層作為能與外界連動之振膜，並搭配第二電極層或離子塊，提供電容效應或差動效應，所以不但能利用晶圓級封裝製程一次性地完成複數個壓力感測器，亦可縮小元件尺寸。同時，由於本揭露無需打線(Wire Bonding)技術之配合，故還能具備寄生電容小，以及降低雜訊等優勢。

上述實施型態僅例示性說明本揭露之原理及其功效，而非用於限制本揭露。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本揭露之精神及範疇下，對上述實施型態進行修飾與改變。因此，本揭露之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

1、1’、2、2’‧‧‧壓力感測器

10‧‧‧基板

100‧‧‧第一表面

101‧‧‧支撐凸塊

11‧‧‧絕緣層

12‧‧‧第一電極層

13‧‧‧開槽

14‧‧‧貫孔

15‧‧‧通孔

16‧‧‧感測晶片

17‧‧‧第二電極層

18‧‧‧導電凸塊

19、19’‧‧‧保護件

20‧‧‧離子塊

第1a至1h圖係為本揭露之壓力感測器及其製法之一 實施示意圖；第1i圖係為第1h圖中增加第二電極層之實施示意圖；第2a至2e圖係為本揭露之壓力感測器及其製法之另一實施示意圖；以及第2f圖係為第2e圖中增加第二電極層之實施示意圖。

1‧‧‧壓力感測器

10‧‧‧基板

11‧‧‧絕緣層

12‧‧‧第一電極層

13‧‧‧開槽

14‧‧‧貫孔

15‧‧‧通孔

16‧‧‧感測晶片

18‧‧‧導電凸塊

19‧‧‧保護件

Claims (12)

1. 一種壓力感測器，係包括：一基板，係具有一第一表面，且該第一表面上係鋪設有一絕緣層；一開槽，係貫穿該絕緣層，用以釋放多餘的結構應力；一通孔，係貫穿該基板及該絕緣層；一第一電極層，係鋪設於該絕緣層上，並覆蓋該通孔鄰近該第一表面之一側，用以透過該通孔與外部之壓力產生連動；一感測晶片，係堆疊於該第一電極層上，並具有與該第一電極層電性連接之一導電凸塊，其中，該導電凸塊係設置於該感測晶片與該第一電極層之間使該感測晶片與該第一電極層間具有一間距；以及一保護件，係設置於該感測晶片及該第一電極層上，用以包覆該感測晶片及該第一電極層以隔絕外部干擾。
2. 如申請專利範圍第1項所述之壓力感測器，復包括貫穿該基板及該絕緣層並電性連接該第一電極層之一貫孔。
3. 如申請專利範圍第1項所述之壓力感測器，其中，該基板復包括一支撐凸塊，係由該第一表面突伸出該第一電極層以承接該感測晶片；且其中，該支撐凸塊係為一獨立島塊或一環形島塊。
4. 如申請專利範圍第1項所述之壓力感測器，其中，該感測晶片面向該第一電極層之表面復具有一第二電極層，該第一及第二電極層係依據該外部之壓力產生一電容效應。
5. 如申請專利範圍第1項所述之壓力感測器，其中，該通孔中復形成有一離子塊，以於導電時產生一差動效應。
6. 如申請專利範圍第1項所述之壓力感測器，其中，該保護件係為一蓋體或一膠體。
7. 一種壓力感測器之製法，係包括以下步驟：提供具有一第一表面之一基板，並於該第一表面上形成一絕緣層；形成貫穿該絕緣層之一開槽以釋放多餘的結構應力；於該絕緣層上形成一第一電極層，並蝕刻該基板及該絕緣層，以形成貫穿該基板及該絕緣層俾顯露該第一電極層之一通孔；於該第一電極層上堆疊具有導電凸塊之一感測晶片，並藉由該導電凸塊使該感測晶片及該第一電極層電性連接，並形成一間距於該感測晶片及該第一電極層間；以及於該感測晶片及該第一電極層上設置一保護件，用以包覆該感測晶片及該第一電極層以隔絕外部干擾。
8. 如申請專利範圍第7項所述之壓力感測器之製法，其中，於該第一表面上形成該絕緣層之步驟中，復包括於該第一表面形成凸伸出該絕緣層之一支撐凸塊。
9. 如申請專利範圍第7項所述之壓力感測器之製法，其中，於形成貫穿該基板及該絕緣層俾顯露該第一電極層之該通孔之步驟中，復包括貫穿該基板及該絕緣層，以形成電性連接該第一電極層之一貫孔。
10. 一種壓力感測器之製法，係包括以下步驟：提供具有一第一表面及內建之一離子塊之一基板，並於該第一表面上形成一絕緣層；於該絕緣層上形成一第一電極層，並蝕刻該基板及該絕緣層，以形成貫穿該基板及該絕緣層俾顯露該第一電極層及該離子塊之一通孔；於該第一電極層上堆疊具有一導電凸塊之一感測晶片，並藉由該導電凸塊使該感測晶片及該第一電極層電性連接，並形成一間距於該感測晶片及該第一電極層間；以及於該感測晶片及該第一電極層上設置一保護件，用以包覆該感測晶片及該第一電極層以隔絕外部干擾。
11. 如申請專利範圍第10項所述之壓力感測器之製法，其中，於該第一表面上形成該絕緣層之步驟中，復包括於該第一表面形成凸伸出該絕緣層之一支撐凸塊。
12. 如申請專利範圍第10項所述之壓力感測器之製法，其 中，於形成貫穿該基板及該絕緣層俾顯露該第一電極層之該通孔之步驟中，復包括貫穿該基板及該絕緣層，以形成電性連接該第一電極層之一貫孔；且復包括形成貫穿該絕緣層之一開槽。