TWI795761B - 減少感測器封裝中的脫層及其方法 - Google Patents

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Abstract

一種感測器可包括感測器晶粒，該感測器晶粒具有第一感測器表面及相對於該第一感測器表面的第二感測器表面。該感測器可進一步包括晶粒墊組件，該晶粒墊組件具有第一墊表面及相對於該第一墊表面的第二墊表面，其中，該感測器晶粒與該晶粒墊組件係以該第二感測器表面定向朝向該第一墊表面的方式垂直堆疊。該感測器可進一步包括引線架組件，該引線架組件具有第一框架表面及相對於該第一框架表面的第二框架表面，該晶粒墊組件係與該引線架組件垂直堆疊，其中，該第二墊表面係定向朝向該第一框架表面，該第二墊表面係與該第二框架表面隔離，且該引線架組件係電性連接至該感測器晶粒。

Description

減少感測器封裝中的脫層及其方法
本發明係關於微機電系統(micro-electrical-mechanical systems,MEMS)裝置，且尤其關於用於MEMS裝置的封裝。
封裝積體電路(IC)組件可例如藉由提供用於該積體電路的組件的容器來促進該積體電路組件的使用。在某些實施例中，可藉由提供輸入及輸出的整合安置的封裝以及將封裝的組件保持在一起並運作的不同方式來促進這種使用，例如，IC封裝可具有維持封裝的組件的安置的結構元件，並有利於消散組件所產生的熱量。
然而，當IC封裝未提供現代IC組件的要求時，例如在某些實施例中，微機電系統(MEMS)可在不同於傳統IC組件的條件下最佳地運行，則可能出現問題。在某些情況下，這些問題可能導致IC組件封裝降解(degradtion)或失效。因此，用於封裝IC組件的常規方法可能具有某些缺點，而某些缺點可參考本文所述的各種實施例來指出。
為了提供對實施例的基本理解，以下給出了本發明的一個或更多實施例的簡化總結。該總結不是本文中描述的實施例的廣泛概要，例如，其既不旨在識別該實施例的關鍵或重要元素，也不旨在描繪實施例或申請專利範圍的任何範圍。該總結的目的是以簡化形式呈現實施例的一些概念，作為稍後將呈現的更詳細描述的序言。再者，應當理解，除了在發明內容部分中所描述的實施例之外，詳細描述可包含其他或替代實施例。
一般而言，在至少某些實施例中，本揭露認知到並解決了減少封裝的IC組件的脫層(delamination)的問題。例如，在一個或更多實施例中，感測器可包括感測器晶粒(senor die)，該感測器晶粒具有第一感測器表面(sensor surface)及相對於該第一感測器表面的第二感測器表面。該感測器可進一步包括晶粒墊組件，該晶粒墊組件具有第一墊表面(pad surface)及相對於該第一墊表面的第二墊表面，其中，該感測器晶粒與該晶粒墊組件係以該第二感測器表面定向朝向該第一墊表面的方式垂直堆疊。該感測器可進一步包括引線架組件，該引線架組件具有第一框架表面(frame surface)及相對於該第一框架表面的第二框架表面，該晶粒墊組件可與該引線架組件垂直堆疊，其中，該第二墊表面可定向朝向該第一框架表面，該第二墊表面可與該第二框架表面隔離，且該引線架組件可電性連接至該感測器晶粒。
在感測器中，該第二墊表面可基於至少部分地包裝在模製化合物(molding compound)中而與該第二框架表面隔離。在該感測器中，基於該第二墊表面沒有暴露在該引線架組件的外部，可將該第二墊表面與該第二框架表面隔離。在該感測器中，該第二墊表面可與該第二框架表面隔離到基於防止該晶粒墊組件的脫層所需的隔離來選擇的程度。
在該感測器中，該感測器晶粒可包含MEMS組件，該MEMS組件包括第一MEMS表面及相對於該第一MEMS表面的第二MEMS表面，其中，該第一感測器表面包括該第一MEMS表面。該感測器可進一步包含特殊應用積體電路(application specific integrated circuit,ASIC)組件，該特殊應用積體電路組件包括第一ASIC表面及相對於該第一ASIC表面的第二ASIC表面，其中，該MEMS組件可以該第二MEMS表面定向朝向該第一ASIC表面的方式與該MEMS組件垂直堆疊，並且其中該第二感測器表面包括該第二ASIC表面。在該感測器中，該MEMS組件可以係MEMS加速度計(MEMS accelerometer)或MEMS陀螺儀(MEMS gyroscope)。
在該感測器中，該第二框架表面可用於定向朝向並安裝到電路板。在該感測器中，該第二墊表面可與該第二框架表面熱隔離。在該感測器中，該第二墊表面可與該第二框架表面濕氣隔離(moisture isolated)。在該感測器中，該第二墊表面可與該第二框架表面電性隔離。該感測器可進一步包含將該感測器組件電性耦合至該引線架組件的接合線(bond wire)。在該感測器中，該感測器組件及該晶粒墊組件可藉由該引線架組件被封裝在電路封裝中。在該感測器中，該電路封裝可以是四方扁平無引線封裝(quad-flat no leads package)。
在該感測器中，該感測器組件及該晶粒墊組件可藉由包括模製化合物的材料安裝到該引線架組件。在該感測器中，該模製化合物藉由包括在該第二墊表面及該第一框架表面之間配置該模製化合物的因數將該晶粒墊組件安裝到該引線架組件，並且其中，該第二墊表面可基於該模製化合物而與該第二框架表面隔離。
在該感測器中，可基於該引線架組件中的開口及蝕刻製程將該晶粒墊組件從該感測器去除，其中，該晶粒墊組件的去除將該第二感測器表面暴露於該感測器的外部。在該感測器中，該晶粒墊組件可藉由該引線架組件而被包裝，從而導致未暴露的晶粒墊組件。在該感測器中，該第二墊表面可與該第二框架表面隔離，以減少該晶粒墊組件暴露於像是濕度及溫度的外部影響。該感測器可進一步包含設置在該第二感測器表面和該第一墊表面之間的黏著層(adhesive layer)，從而使該感測器晶粒透過該黏著層固定到該晶粒墊組件。
本文還描述了一種減少IC封裝的組件的脫層的方法。此方法可包含提供包括第一感測器表面及相對於該第一感測器表面的第二感測器表面的感測器晶粒。該方法可進一步包含提供包括第一框架表面和與第一感測器表面相對的第二框架表面的引線架封裝組件。此外，該方法可以包含將該第二感測器表面固定至晶粒墊組件的第一墊表面，其中，該第一墊表面可與晶粒墊組件的第二墊表面相對，並且其中，在沒有透過該引線架封裝組件暴露時該第二墊表面可固定到該第一框架表面。
本文描述的另一種方法可以包含提供一感測器晶粒，以及將該感測器晶粒安裝至晶粒墊組件，其中該晶粒墊組件被嵌入以從積體電路封裝組件中暴露出作為暴露的晶粒墊組件。該方法可進一步包含將暴露的晶粒墊組件從嵌入中去除以從該積體電路封裝組件中暴露出來。
在某些情況下，該方法可包含去除暴露的晶粒墊組件，該去除包括在將該感測器晶粒安裝至該晶粒墊組件之後藉由蝕刻製程去除該暴露的晶粒墊組件。同時，將該感測器晶粒安裝至該晶粒墊組件可基於設置在該第二感測器表面及該第一墊表面之間的接合層(bonding layer)，從而導致該感測器晶粒透過 該接合層固定到該晶粒墊組件。在該方法中，該接合層可為晶片附接膜黏著劑(film adhesive)，且暴露的晶粒墊組件的該去除可導致該接合層被暴露。
以下描述及附圖詳細闡述了所揭露主題的某些說明性態樣。然而，這些態樣僅指示可採用所揭露的主題的原理的各種方式中的幾種，並且所揭露的主題旨在包含所有這些態樣及其等同物。當結合附圖考慮時，根據對所揭露主題的以下詳細描述，所揭露主題的其他優點及獨特特徵將變得顯而易見。
100:系統
110:感測器晶粒
120:晶粒墊組件
130:引線架
135:引線
180:晶粒墊暴露區域
200:底視圖
300:示例
315:第一感測器表面
317:第二感測器表面
325:第一墊表面
330:引線架
332:第一框架表面
334:第二墊表面
335:第二框架表面
400:底視圖
500:示例
550:接合層
552:第一接合表面
554:第二接合層
600:結構態樣
610:MEMS組件；MEMS
613:第二MEMS表面
615:第一MEMS表面
616:第一ASIC表面
620:ASIC
621:第二ASIC表面
680:接合線
690:環氧樹脂模製化合物
700:示例
750:空間
800:示例
830:引線架
860:陰影區域；區域
1000:方法
1002:步驟
1004:步驟
1006:步驟
參考以下附圖來描述本揭露的非限制性實施例，其中，除非另外指明，否則貫穿不同視圖，相同的元件符號指代相同的部分：
圖1和圖2示出了依據一個或更多實施例之示例系統的組件之不同視圖，該示例系統可有助於封裝IC感測器。
圖3和圖4示出了依據一個或更多實施例之示例系統的組件之不同視圖，該示例系統可有助於封裝IC感測器。
圖5描繪了依據一個或更多實施例的封裝在具有晶粒墊之引線架中的感測器晶粒之示例的非限制的展開截面圖。
圖6描繪了依據一個或更多實施例的圖1至圖5中描繪的IC封裝的示例性實施例的另外的結構態樣。
圖7示出了依據一個或更多實施例的被設計為減少組件的脫層的IC封裝的示例的非限制截面圖。
圖8和9示出了依據一個或更多實施例的感測器晶粒封裝的示例和替代方法。為了簡潔起見，省略了在其他實施例中採用的類似元件及/或過程的描述。
圖10描繪了依據一個或更多實施例的可形成或實現具有減小脫層可能性的感測器的示例性方法的流程圖。
現在將在下文中參考示出了示例實施例的附圖來更全面地描述本揭露的各態樣。在以下的描述中，出於解釋的目的，闡述了許多具體細節以便提供對各種實施例的透徹理解。然而，本揭露可以以許多不同的形式來體現，並且不應該被解釋為限於這裡闡述的示例實施例。
整篇說明對於「一個實施例」、「一實施例」或「一個或更多實施例」的參考是指連同該實施例所描述的特別特徵、結構、或特性係包含在至少一個實施例中。因此，在整篇本說明書的各種地方所出現的詞語「在一個實施例中」、「在一實施例中」及「在一個或更多實施例中」並不必然全是指相同的實施例。此外，該特別的特徵、結構或特性可在一個或更多個實施例中以任何適合的方式加以組合。
一般而言，在某些情況下，本文討論的一個或多個實施例可減少IC封裝的某些類型的結構故障的發生。可藉由一個或更多實施例減少的結構故障的示例類型係基於熱應力的該IC封裝內部的表面脫層。如下所述，在一些情況下，一個或更多實施例可以有利地降低IC封裝脫層的可能性。
應當注意，儘管這裡描述了該示例，但一個或更多實施例可改進各種其他類型的IC封裝的操作，例如，本揭露的描述所描述和建議的不同的非限制性技術可應用於封裝具有各種不同組件和結構的積體電路。
圖1和圖2示出了依據一個或更多實施例之示例系統的組件之不同視圖，該示例系統可有助於封裝IC感測器，其中圖1係依據一個或更多實施例示出了示例系統100的非限制性截面圖，而圖2係依據一個或更多實施例示例示出之系統100的非限制性截面圖之底視圖200。出於簡潔的目的，省略在其他實施例中採用的類似元件及/或過程的描述。
如圖所示，系統100可以包含感測器晶粒110和引線架130，其包含晶粒墊組件120和引線135。在該示例中，感測器晶粒110垂直堆疊在晶粒墊組件120上且引線135以通信的方式耦合引線架130到感測器晶粒110的不同部分。
在圖1中描繪的示例實施例中，晶粒墊組件120被併入引線架130中以減少晶粒墊組件120及安裝到其上的感測器晶粒110暴露於熱應力(thermal stress)。在引線架130的某些實施方式中，晶粒墊組件120可嵌入引線架130中以將晶粒墊組件120暴露到引線架130的外部，例如，在圖1和圖2中所描繪的晶粒墊暴露區域180處。在本文討論的其他示例中，代替嵌入以暴露晶粒墊組件120於引線架130的外部，該晶粒墊組件120可為引線架130的一部分而不暴露於外部，例如，下面討論的圖3和圖4。在另一個示例中，如下圖7所討論的，晶粒墊組件120和感測器晶粒110可以由環氧化合物封裝，該化合物設置在晶粒墊組件120及引線架130之間。
在又一示例中，如下圖8所討論的，引線架130可以以初始形式使用，其中晶粒墊組件120被嵌入以便暴露來與引線架130的外部接觸，例如，以這 種方式從常規零件供應商處採購作為常規零件者。在該示例中，利用圖8描述的過程可與一個或更多實施例一起使用以在感測器晶粒110已經安裝到晶粒墊組件120之後，將晶粒墊組件120從嵌入中移除以從引線架130暴露，例如，在感測器晶粒110(例如，封裝在環氧樹脂模製材料中)及外部應力之間留下空的區域。
應當注意，這裡對感測器晶粒110的描述係非限制性的，並且該IC感測器組件可廣泛地包含可受益於這裡描述的封裝方法的任何感測器晶粒110。例如，在某些實施例中，感測器晶粒110可為一MEMS感測器與其他可用組件的組合。在另一示例中，感測器晶粒110可包括一MEMS晶粒，並且在另一示例中，感測器晶粒110可包含接合到一CMOS晶粒的MEMS晶粒。可受益於本文描述的不同方法的示例感測器包含但不限於使用MEMS實現的不同感測器，例如MEMS加速度計及MEMS陀螺儀。下面用圖5進一步討論感測器晶粒110的示例組件。
如圖1所示，引線架130係可與一個或更多實施例一起使用的示例半導體封裝。基於引線架的半導體裝置封裝係最廣泛使用的IC封裝。通常地，引線架可包含用於將IC晶粒或晶片附接到引線架的晶片安裝墊(例如，晶粒墊組件120，也稱為晶粒焊盤(die paddle))，以及複數個導腳(lead finger)或導電區段(segment)，它們提供該晶粒及外部電路之間的導電路徑。
像一些其他半導體封裝一樣，引線架130可使用不同的表面安裝方法將矽晶粒(例如，一ASIC和感測器組合)連接(物理及電性兩者)到印刷電路板(PCB，未示出)。在示例性實施例中，引線架130可為四方扁平無引線(quad flat no-lead,QFN)半導體封裝，其有助於在組裝之後查看引線135的能力。
關於圖1中描繪的實施例的製造，感測器晶粒110可使用各種不同的方法固定到晶粒墊組件120，例如粘合劑或糊劑(paste)，以在有或沒有附接組 件之間的導電性的情況下將感測器晶粒110附接到晶粒墊組件120。另一個製造的態樣包含將晶粒墊組件120附接到引線架130。
鑑於本文的描述，如本領域的技術人員將理解的，以類似於圖1之實施例的方式封裝的感測器晶粒在某些情況下可經受一個或更多構成組件之間的脫層(例如，感測器晶粒110及晶粒墊組件120之間的附著力損失)，以及該組件及IC封裝之間的脫層，例如晶粒墊組件120及引線架130之間的脫層。在有或沒有例如IC封裝破裂的IC結構損壞之情況下，脫層的結果可包含但不限於IC的功能喪失。如下文進一步討論的，在某些情況下，一個或更多實施例可降低IC封裝脫層的可能性。
應當注意，如圖1所示，晶粒墊組件120鄰接晶粒墊暴露區域180。另外，如圖2所示，晶粒墊暴露區域180可藉由引線架130包圍。如下圖3至6進一步討論的，一個或更多實施例可在晶粒墊暴露區域180中應用不同的材料，以達到不同的效果，例如，限制晶粒墊組件120的暴露。晶粒墊暴露區域180部分地描繪在圖2中，以識別出一區域可對應於與晶粒墊組件120相對的區域，其可暴露晶粒墊組件120。在引線架130的某些實施例中，此晶粒墊暴露區域180可對應於一開口，在該開口處晶粒墊組件120係安置為在晶粒墊暴露區域180處暴露。例如，可採用這種安置來促進晶粒墊組件120和引線架130外部的環境之間的熱轉移(thermal transfer)。
對於某些實施方式，這種熱轉移的一個效果係有益地消散可在引線架130內產生的熱量。然而如下所述，某些封裝組件可具有與為其設計晶粒墊暴露區域180的組件不同的特性。由於下文描述的不同特性，一個或更多實施例可實施具有不同結構的引線架，例如改變引線架130的晶粒墊暴露區域180的態 樣以達到包含但不限於以下結果的結構，晶粒墊組件120與引線架130外部環境之間的熱轉移變化，以及減少進入引線架130的濕氣。
圖3和圖4圖示出了依據一個或更多實施例之示例系統的組件之不同視圖，該示例系統可有助於封裝IC感測器，圖3示了在具有晶粒墊組件120的引線架330中封裝的感測器晶粒110的示例300的非限制性截面圖，以及圖4描繪了依據一個或更多實施例的示例300的非限制性示例底視圖400。出於簡潔的目的，省略了在其他實施例中採用的類似元件及/或過程的描述。
示例300包括垂直堆疊在晶粒墊組件120上的感測器晶粒110，其中該組件的組合封裝在引線架330中。為了描述示例300的不同特徵，所描繪的組件的一些側面被標記，例如，感測器晶粒110包含與第二感測器表面317相對的第一感測器表面315，晶粒墊組件120包含與第二墊表面334相對的第一墊表面325，並且引線架330包含與第二框架表面335相對的第一框架表面332。
現在用上面討論的示例300的部分來討論一些示例性實施例。在示例設備的一個或更多實施例中，感測器晶粒110可包括第一感測器表面315及相對於第一感測器表面315的第二感測器表面317，以及包第一墊表面325及相對於第一墊表面325的第二墊表面334的晶粒墊組件120，其中，感測器晶粒110與晶粒墊組件120垂直堆疊，並且第二感測器表面317定向朝向第一墊表面325。示例300可進一步包含引線架330，其包含第一框架表面332及相對於第一框架表面332的第二框架表面335，晶粒墊組件120與引線架330垂直堆疊，在某些示例中，第二墊表面334定向朝向第一框架表面332。
將圖3及4與上面討論的圖1及2做對比說明。例如，如圖3所示，引線架330的截面圖包含用實線(solid line)代替的晶粒墊暴露區域180，該實線可指 示晶粒墊組件120的第二墊表面334及晶粒墊組件120的外部暴露之間的屏障，此屏障是例如引線架330的一部分。在一個或更多實施例中，為了產生引線架330，引線架130的設計可被修改為去除用於晶粒墊暴露區域180的全部或部分開口。因此，如圖所示，在此示例引線架330中，晶粒墊組件120的第二墊表面334鄰接引線架130的第一框架表面332，並且引線架130在鄰接外部表面的第一框架表面332之間具有固體屏障(solid barrier)，例如PCB(未示出)。
回到一個或更多實施例的益處及操作，如上所述，與圖1-4中所描繪的那些IC封裝具有相似的IC封裝(例如，彼此附著的組件及引線架130的堆疊層)在某些情況下可能會發生脫層。一個或更多實施例可降低某些類型的脫層的可能性。
更詳細地考慮脫層，在裝置測試或使用期間，感測器晶粒110及晶粒墊組件120可經歷規則及不規則的溫度變化循環。鑑於本文的揭露，如本領域技術人員將理解的，溫度循環可在封裝的感測器晶粒110的不同部分處造成熱機械應力。示例應力點包含第二感測器表面317及第一墊表面325，以及該封裝元件及引線架130之間的界面點(interface point)。在某些情況下，不同層中使用的材料可加強這些應力，例如，不相似的材料可具有不同的熱膨脹係數(CTE)造成材料以不同的速率膨脹及收縮。一些製造特徵會加劇這些溫度變化，例如下圖5及圖6所描述的元件的包裝。
如上所述，由這些應力的重複示例引起的疲勞會導致封裝元件的脫層。需要說明的是，脫層造成封裝IC的結構失效代表藉由脫層造成的極端失效，並且一個或更多實施例也可以降低脫層所造成的較小失效的可能性。
可加劇上述熱機械應力的另一個因素是引線架330內部的濕氣，例如進入引線架330封裝的濕氣。濕氣進入的一種方式是經由暴露的晶粒墊組件120暴露，例如經由上述晶粒墊暴露區域180中的一開口。在某些情況下，濕氣加劇的應力可能是由於內部濕氣蒸發而形成的壓力造成的，例如，在條件合格及其他時間的焊料回熔(solder reflow)期間。
為了解決脫層的這些示例原因，一個或更多實施例可以基於對封裝元件的潛在散熱要求的評估來確定導熱性(例如，晶粒墊組件120和外部環境之間的)的降低是否可以是有利地內置於封裝IC感測器的設計中。例如，在感測器晶粒110的一些實施例中(例如，使用如下所述的MEMS感測器組件)，可具有比其他實施例更低的功率耗散，例如，與其他實施例相比，更少的藉由操作產生的熱量。
當基於熱機械力(例如，預測的溫度循環)將產生較少熱量的這一評估與脫層的可能性一起考慮時，一個或更多實施例可利用圖3和4中描繪的安置，例如用以增加晶粒墊組件120與外部溫度波動的熱隔離，藉由例如物理地隔離晶粒墊組件120。藉由晶粒墊組件120的物理隔離，還可以減少濕氣和雜質經由晶粒墊暴露區域180的進入。至少基於晶粒墊組件120的這種熱隔離以及防止濕氣進入，一個或更多實施例可降低上述類型的脫層的可能性。
圖5描繪了依據一個或更多實施例的在具有晶粒墊組件120之引線架330中封裝感測器晶粒110之示例500的非限制的展開截面圖。出於簡潔的目的，省略了在其他實施例中採用的類似元件及/或過程的描述。擴展圖3和4的示例300，圖5的示例500進一步包含設置在第二感測器表面317及第一墊表面325之間的接合層550。
在一個或更多實施例中，接合層550可以包含不同的接合元件，包含但不限於接合膜(bonding film)、接合膏(bonging paste)、非導電接合元件(non-conductive bonding element)和導電接合元件(conductive bonding element)。在示例性實施例中，接合層550可是晶粒附接膜(die attached film,DAF)黏著劑，例如將第一接合表面552附接到第二感測器表面317。對於一個或更多實施例可能有利的DAF的一些特性包含，特別是對於高鎢(Tg)DAF，對脫層相對不敏感，例如，藉由一個或更多實施例進一步減少脫層的可能性。
在組裝時，第二接合層554可接合到第一墊表面325，例如，用以將感測器晶粒110固定到晶粒墊組件120。關於接合層550的附加細節在下面與感測器晶粒110的不同元件的討論一起提供。
圖6描繪了在圖1至圖5中依據一個或更多實施例描繪的IC封裝的示例性實施例的另外的結構態樣。出於簡潔的目的，省略了在其他實施例中採用的類似元件及/或過程的描述。在一個或更多實施例中，如圖6所示，MEMS組件610係耦合至ASIC 620。在所描繪的額外細節中，引線接合件660可以將引線架130耦合至MEMS組件610及ASIC 620。
如圖所示，在某些實施例中，感測器晶粒110可包括MEMS組件610及ASIC 620。在一個或更多實施例中，MEMS組件610生成的信號可傳送到ASIC 620以進行處理，從而產生輸出信號。在圖3-5中討論的表面的上下文中考慮這些組件，在某些實施例中，感測器晶粒110可具有第一MEMS表面615及與第一MEMS表面615相對的第二MEMS表面613，感測器晶粒110的第一感測器表面315對應於第一MEMS表面615。在另外的實施例中，特殊應用積體電路(ASIC)620組件可包含第一ASIC表面616及與第一ASIC表面616相對的第二ASIC表面621， MEMS組件610與ASIC 620垂直堆疊，其中第二MEMS表面613定向朝向第一ASIC表面616，並且第二感測器表面對應於第二ASIC表面621。回到上面討論的接合層550，應該注意的是，DAF可在組裝的第一階段附接到ASIC 620，例如，在晶圓切割階段(saw stage)之前，將DAF添加到IC的未切割晶圓中。
ASIC 620可以包含電路組件及連接以促進基於藉由MEMS組件610生成的信號的處理和生成輸出。可併入於感測器晶粒110的一個或更多實施例中的示例MEMS組件610可以包含MEMS感測器，其可以包含，但不限於以上圖3中所討論的MEMS陀螺儀和MEMS加速度計，以及MEMS聲學感測器(acoustic sensor)、MEMS電容式感測器(例如，電容式麥克風)、駐極體感測器(electret sensor)(例如，駐極體電容式麥克風(electret condenser microphone,ECM))、電容式感測器和電容式天線。如本文所用，電路可以指任何基於類比及/或數位的裝置，其包含用於執行與實施例相關聯的功能的電路，包含但不限於電阻器、電容器、電晶體、二極體、電感器、記憶體和可編程裝置。
如圖6所示，引線架130及感測器晶粒110之間的間隙可用附接到引線架330的接合線680橋接。在不同的實施例中，接合線680可由各種材料形成，包含但不限於，金、銅、鋁及其合金。在引線架330內的組件組裝之後，感測器晶粒110、接合線680及引線架330的部分可被包裝在例如環氧樹脂模製化合物(epoxy molding compound)690的模製化合物中。
如上所述，這種包裝在某些情況下會進一步加劇熱機械應力，例如，藉由減少散熱。然而，在一個或更多實施例中，包裝可用於進一步將組件與潛在的破壞性溫度變化隔離。例如，雖然圖6描繪了貼靠第一框架表面332的晶粒墊組件120的第二墊表面334(與上面圖5一起討論)，但是在一個或更多實施例中， 晶粒墊組件120可在第二墊表面334和第一框架表面332之間設置有填充有環氧樹脂模製化合物690的空間，例如，如下面圖7所討論的。
圖7示出了依據一個或更多實施例的被設計為減少組件的脫層的IC封裝的示例700的非限制橫截面圖。出於簡潔的目的，省略了在其他實施例中採用的類似元件及/或過程的描述。
在一個或更多實施例中，引線架330可以是沒有開口來暴露晶粒墊組件120的引線架組件(例如，引線架130)。晶粒墊組件120係描繪為透過接合層550接合到感測器晶粒(例如，感測器晶粒110)，該感測器晶粒包含接合到ASIC 620的MEMS組件610。
應當注意的是，在示例700的IC封裝的組裝過程中，在晶粒墊組件120及引線架330之間留下了一空間750。在一個或更多實施例中，晶粒墊組件120相對於引線架330的這種定位的這種安置可被稱為具有反向向下設置的晶粒墊(也稱為反向凹入的晶粒墊)的引線架。在一個或更多實施例中，該空間750可促進藉由引線架330(例如藉由環氧樹脂模製化合物690)封裝的部件的完全包裝。
相關領域的技術人員將理解，鑑於本文的描述，所描述的完全包裝在某些情況下可以進一步降低脫層的可能性，例如，至少藉由以上描述的熱結構應力及濕氣應力。
圖8和圖9示出了依據一個或更多實施例的感測器晶粒封裝的示例800和替代方法。為了簡潔起見，省略了在其他實施例中採用的類似元件及/或過程的描述。
考慮到這些替代方法，應該注意的是，在某些情況下，一些傳統的引線架(例如，帶有暴露的晶粒墊組件)係製造為將暴露的晶粒墊組件附接作為引線架的一部分，並且其他組件可固定在晶粒墊上。在上述替代實施例中，引線架(例如，圖3的引線架330)的設計及製造可修改為具有不同的結構，例如不暴露晶粒墊組件。
在下面討論的另一種替代方法中，代替重新設計的、不同製造的引線架，可使用傳統的引線架(例如，具有預先放置的、暴露的晶粒墊組件)，並在實施過程中進行變更以具有一些下面描述的實施例的特徵。這種變更可在不同時間發生，在封裝IC的組裝期間執行示例性實施例。因此，在該示例中，代替使用諸如引線架330之類的沒有用於暴露的晶粒墊的開口的引線架，使用具有晶粒墊已經設置在例如類似於圖1所描述的晶粒墊暴露區域180的暴露位置(未示出)中的引線架830係可能有利的。在製造一個或更多實施例的一個方法中，感測器晶粒110可固定到引線架830的晶粒墊組件(未示出)，並且可執行其他製造過程，然後可執行額外的蝕刻製程，從引線架830去除晶粒墊組件，同時保留剩餘的其他組件。
在本文給定的描述中，本領域的技術人員將理解到，可執行不同動作以將感測器晶粒組件及引線架830組裝到封裝IC中。在一個或更多實施例中，在組裝期間，為了促進如上所述的晶粒墊組件的去除，可將化學蝕刻製程添加到能夠從引線架830去除晶粒墊的組裝過程中。在某些實施例中，這種蝕刻步驟可以在放置其他組件之後執行，例如在MEMS 610垂直堆疊在ASIC 620上之後，並且在這些組件已經接合到該晶粒墊之後，設計額外的蝕刻製程以去除晶粒墊，同時不影響到引線架830、ASIC 620或任何其他組件。在示例性實施例中， 可在組裝的第二階段期間執行附加的蝕刻，例如在去毛邊(deflashing)及去毛頭(de-burring)之後，但在組件的雷射標記(laser marking)之前。在本文給定的描述中，本領域的技術人員將理解到，實現特定的細節(例如，封裝的組件、使用的材料)可造成組裝過程中的另一點被有利地選擇用於這種額外的蝕刻。
回到蝕刻製程的結果，如上所述，在一個或更多實施例中，可以設計蝕刻製程以去除晶粒墊組件，同時不影響到其他組件。可用於促進這種目標蝕刻的方法可涉及接合層550的使用。如上所述，可使用晶粒附接膜(DAF)黏著劑來實施接合層550。在某些情況下，藉由額外蝕刻去除晶粒墊會暴露DAF黏著劑。例如，陰影區域860對應於在額外蝕刻製程之後可保留的空的區域。這個包含的空的區域可產生不同的好處。
例如，在一個或更多實施例中，該空的區域可進一步降低感測器晶粒110所暴露的應力，因為此空間(例如，包含上述DAF和環氧樹脂模製化合物)的CTE可小於去除的晶粒墊組件120。因此，在這些替代實施例中，還可以減輕可能造成封裝IC脫層的外部應力，與可使用常規引線架830的其他實施例相比具有額外優勢。
圖10描繪了依據一個或更多實施例的可形成或實現具有減小脫層可能性的感測器的示例性方法1000的流程圖。
應當理解及了解，關於特定裝置、系統或方法所描述的組件(例如，晶粒墊組件、MEMS組件、ASIC組件、引線架組件及接合層)可包括與關於本文公開的其他裝置、系統或方法所描述的相應組件(例如，分別命名的組件或相似命名的組件)相同的或相似的功能。
在步驟1002中，方法1000可包括提供感測器晶粒。例如，可以提供如圖1所示的感測器晶粒110。在步驟1004，方法1000可包括將感測器晶粒安裝到晶粒墊組件，該晶粒墊部件被嵌入以從積體電路封裝組件暴露作為暴露的晶粒墊組件。例如，感測器晶粒110可安裝到晶粒墊組件120，其中晶粒墊組件被嵌入以從積體電路封裝組件(例如，引線架130)暴露作為暴露的晶粒墊組件120。
在步驟1006中，方法1000可包括從嵌入中去除暴露的晶粒墊組件，以從積體電路封裝組件暴露。例如，可以藉由在組裝IC封裝的其他部分之後執行的額外蝕刻製程而將暴露的晶粒墊組件120從嵌入中去除以從引線架130暴露。該蝕刻可導致對應於空的區域的區域860，例如用於放置環氧樹脂模製化合物690。
雖然各種實施例易於進行各種修改和替代構造，但在附圖中示出其某些圖示的實施方式並且已經在上面詳細描述。然而，應當理解，並非意圖將各種實施例限制於所揭露的特定形式，反之，意圖是涵蓋落入各種實施例的精神和範圍內的所有修改、替代構造和等同物。此外，雖然各種實施例易於進行各種修改及替代構造，但是在附圖中示出其某些圖示的實施例並且已經在上面詳細描述。然而，應當進一步理解，並非意圖將各種實施例限制於所揭露的特定形式，反之，意圖是涵蓋落入本發明的各種實施例之精神和範圍內的所有修改、替代構造和等同物。
就這方面而言，雖然該揭露的發明已經連同各種實施例和對應的圖式加以描述，但在可應用處，應了解到也可使用其它相似的實施例、或可藉由實施該揭露的發明的相同、類似、替代、或替換功能，而對該揭露的實施例作出 修改和添加，而不致於從其偏離。因此，該揭露的發明不應被限制至本文所描述的任何單一實施例，反而應該依據以下附加的申請專利範圍的廣度(breadth)和範圍加以解讀。
上文所描述的包含主要揭露之示例。當然，為了描述該發明標的之目的，不可能描述組件及/或方法之每個想像得到的組合，但是應瞭解的是各種實施例之很多更進一步的組合及變更是可能的。因此，所主張的發明標的是意在含括落在附加的申請專利範圍之精神及範疇內之所有此類的變更、修正及變化。儘管出於說明性目的在主題揭露中描述了特定實施例及示例，但是在此類實施例及示例的範圍內考慮的各種修改是可能的，如本領域的技術人員可以認識到的。
本申請中使用的術語「組件」、「模組」、「裝置」和「系統」旨在指代電腦相關實體，可以是硬體、硬體及軟體的組合、軟體或執行中的軟體。作為一個示例，組件或模組可以是但不限於在處理器上運行的程序、處理器或其一部分、硬碟驅動器、多個儲存驅動器(光及/或磁性儲存介質的)、物件、執行檔、執行緒、程式及/或電腦。舉例來說，在伺服器上運行的應用程式及伺服器都可以是組件或模組。一個或更多組件或模組掃描駐留在程序及/或執行緒內，並且組件或模組可以定位在一個電腦或處理器上及/或分佈在兩個或更多電腦或處理器之間。
如本文所用，術語「推斷(infer)」或「推論(inference)」通常是指從經由事件、信號及/或資料捕獲的一組觀察中推理或推斷系統及/或環境的狀態的過程。例如，可以使用推論來識別特定的上下文或動作，或者可產生狀態的機率分佈。推論可以是機率性的，也就是說，基於對資料和事件的考慮來計算感興 趣之狀態的機率分佈。推論還可以指用於從一組事件及/或資料組成更高級別事件的技術。這種推論導致從一組觀察到的事件及/或儲存的事件資料構建新的事件或動作，無論這些事件在時間上是否緊密相關，以及無論事件和資料是否來自一個或數個事件及資料來源。
此外，「示例」或「示例性」在本文中用於表示作為示例、實例或說明。再者，文字「示範的」及/或「展示的」在本文中是用作示例、實例或說明。為了避免起疑惑，本文所揭露的發明並不受限於這種範例。此外，在本文描述成「示範的」及/或「展示的」的任何態樣或設計並不必然被解讀為比其它態樣或設計較佳或占優勢的，它也不是指排除本領域中具有通常技術者已知的等效示範的結構及技術。
在本專利說明書中，用語「或」旨在意指包含的「或」而不是排外的「或」。亦即，除非另有說明，或從上下文可明白，「X使用A或B」旨在意指自然的包含性排列中之任一者。亦即，如果X使用A；X使用B；或X使用A與B兩者，則以上任一示例都滿足「X使用A或B」。此外，使用於本專利說明書及附圖的冠詞「一(a及an)」應大體被視為意指「一或多個」，除非另有說明，或從上下文可明白它是指向單數形式。
此外，雖然可能已經關於數個實施例中的僅一個實施例揭露了一個態樣，但是這種特徵可以與其他實施例的一個或更多其他特徵組合，如對於任何給定或特定應用可能是期望的和有利的。此外，如果在實施方式或附加的申請專利範圍中使用術語「包含」、「具有」、「含有」、其變體及其它類似詞語，則這些術語是旨在以類似於術語「包括」作為開放性連接詞(open transition word)的方式包含在內，而不排除任何額外或其它的元件。
100:系統
110:感測器晶粒
120:晶粒墊組件
130:引線架
135:引線
180:晶粒墊暴露區域

Claims (25)

  1. 一種感測器，包括：感測器晶粒，包括第一感測器表面及相對於該第一感測器表面的第二感測器表面；晶粒墊組件，包括第一墊表面及相對於該第一墊表面的第二墊表面，其中，該感測器晶粒與該晶粒墊組件係以該第二感測器表面定向朝向該第一墊表面的方式垂直堆疊；以及引線架組件，包括第一框架表面及相對於該第一框架表面的第二框架表面，其中，該晶粒墊組件係與該引線架組件垂直堆疊，其中，該第二墊表面係定向朝向該第一框架表面，其中，該第二墊表面係與該第二框架表面隔離，且其中，該引線架組件係電性連接至該感測器晶粒。
  2. 如請求項1所述的感測器，其中，該第二墊表面係基於至少部分地被包裝在模製化合物中而與該第二框架表面隔離。
  3. 如請求項1所述的感測器，其中，基於該第二墊表面沒有暴露在該引線架組件的外部而將該第二墊表面與該第二框架表面隔離。
  4. 如請求項1所述的感測器，其中，該第二墊表面與該第二框架表面隔離到基於防止該晶粒墊組件的脫層所需的隔離而選擇的程度。
  5. 如請求項1所述的感測器，其中，該感測器晶粒包括：微機電系統(MEMS)組件，包括第一MEMS表面及相對於該第一MEMS表面的第二MEMS表面，其中，該第一感測器表面包括該第一MEMS表面；以及特殊應用積體電路(ASIC)組件，包括第一ASIC表面及相對於該第一ASIC表面的第二ASIC表面，其中，該MEMS組件以該第二MEMS表面定向朝向該第一 ASIC表面的方式與該MEMS組件垂直堆疊，並且其中，該第二感測器表面包括該第二ASIC表面。
  6. 如請求項5所述的感測器，其中，該MEMS組件包括MEMS加速度計或陀螺儀。
  7. 如請求項1所述的感測器，其中，該第二框架表面用於定向朝向並安裝到電路板。
  8. 如請求項1所述的感測器，其中，該第二墊表面係與該第二框架表面熱隔離。
  9. 如請求項1所述的感測器，其中，該第二墊表面係與該第二框架表面濕氣隔離。
  10. 如請求項1所述的感測器，其中該第二墊表面係與該第二框架表面電性隔離。
  11. 如請求項1所述的感測器，進一步包括接合線，其中，該接合線將該感測器組件耦合至該引線架組件。
  12. 如請求項1所述的感測器，其中，該感測器組件及該晶粒墊組件係藉由該引線架組件而被封裝在電路封裝中。
  13. 如請求項1所述的感測器，該感測器組件及該晶粒墊組件係藉由包括模製化合物的材料安裝到該引線架組件。
  14. 如請求項13所述的感測器，其中，該模製化合物藉由包括在該第二墊表面及該第一框架表面之間配置該模製化合物的因數而將該晶粒墊組件安裝到該引線架組件，並且其中，該第二墊表面係基於該模製化合物與該第二框架表面隔離。
  15. 如請求項1所述的感測器，其中，基於該引線架組件中的開口及蝕刻製程而將該晶粒墊組件從該感測器去除。
  16. 如請求項15所述的感測器，其中，該晶粒墊組件的該去除將該第二感測器表面暴露於該感測器的外部。
  17. 如請求項1所述的感測器，其中，該晶粒墊組件係藉由該引線架組件包裝，從而導致未暴露的晶粒墊組件。
  18. 如請求項1所述的感測器，其中，該第二墊表面係與該第二框架表面隔離，以減少該晶粒墊組件暴露於外部影響。
  19. 如請求項18所述的感測器，其中，該外部影響包括濕度及溫度之任一者。
  20. 如請求項1所述的感測器，進一步包括設置在該第二感測器表面和該第一墊表面之間的黏著層，從而使該感測器晶粒透過該黏著層固定到該晶粒墊組件。
  21. 一種減少感測器封裝中的脫層之方法，包括：提供感測器晶粒；將該感測器晶粒安裝至晶粒墊組件，該晶粒墊組件係嵌入以從引線架組件中暴露出作為暴露的晶粒墊組件；以及去除該暴露的晶粒墊組件，其中，該暴露的晶粒墊組件的去除導致該晶粒墊組件不再從該引線架組件中暴露出來。
  22. 如請求項21所述的方法，其中，該暴露的晶粒墊組件的該去除包括在將該感測器晶粒安裝至該晶粒墊組件之後藉由蝕刻製程去除該暴露的晶粒墊組件。
  23. 如請求項21所述的方法，其中，將該感測器晶粒安裝至該晶粒墊組件係基於設置在該第二感測器表面及該第一墊表面之間的接合層，從而導致該感測器晶粒透過該接合層固定到該晶粒墊組件。
  24. 如請求項23所述的方法，該接合層包括晶粒附接膜黏著劑。
  25. 如請求項23所述的方法，其中，該暴露的晶粒墊組件的該去除導致該接合層被暴露。
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