微機械傳感器裝置及相應的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種微機械傳感器裝置和一種相應的制造方法。所述微機械傳感器裝置包括微機械傳感器芯片(2a、2b)，其至少在側面被模制殼體(5a-5d；5d’；5d”；5d”’；5d””；5c’)圍繞，所述模制殼體具有前側(S1)和后側(S2)；所述微機械傳感器芯片在后側(S2)上具有芯片區域，所述芯片區域由所述模制殼體空出；和在所述前側(S1)上形成布線裝置(10；101-104；101’-104’；10a、10b)，所述布線裝置從所述芯片區域(M，7；M,P1-P4；M,P1’-P4’；M’)開始，一直延伸直到在后側(S2)上以圍繞所述模制殼體，并且從那里通過至少一個貫通接觸件(4；41-44；41’-44’；4’，4”；4a’，4a”)從所述模制殼體的后側(S2)延伸到其前側(S1)。
【專利說明】微機械傳感器裝置及相應的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種微機械傳感器裝置及相應的制造方法。
[0002]盡管本發明原則上適用于任何微機械傳感器裝置，但是這里以微機械絕對壓力傳感器裝置或壓差傳感器裝置為例說明本發明及其所基于的問題。
【背景技術】
[0003]從DE 10 2004 036 032 Al熟知一種適用于絕對壓力測量或壓差測量的膜傳感器的制造方法。
[0004]現在，在半導體技術中常常使用所謂的模制晶片封裝，其中單個的半導體芯片彼此間隔地嵌入到模制殼體中，所述模制殼體本身具有晶片外形，半導體芯片例如安裝在模制殼體的表面上并且在那里暴露。對此，人們可瀏覽US2006電子部件和技術會議的會刊第547-551 頁，M.Brunnbauer 等著的〈〈An embedded device technology based on a moldedreconfigured wafer〉〉。
[0005]在制造時，所述芯片安置在支撐體上，接著用封裝塑料材料、模制殼體包封，然后在暴露的芯片表面區域中重新布線。
【發明內容】
[0006]本發明涉及一種根據權利要求1所述的微機械傳感器裝置和根據權利要求11或14所述的相應的制造方法。
[0007]優選的改進方案是各從屬權利要求的目標。
[0008]本發明的構思是在模制過程中，在模制殼體中形成貫通接觸件。例如連接銷安置在支撐體上，這些連接銷此后形成貫通接觸件。這些連接銷能夠是例如金屬或半導體銷。在去除支撐體后，半導體芯片和連接銷被暴露，并且能夠通過布線裝置電接觸。本發明的微機械傳感器裝置的優點是電接觸能夠通過貫通接觸件敷設到傳感器后側上，但在這里，在傳感器后側上不存在介質。換句話說，隔開暴露的傳感器探測區域(例如薄膜區域)和電接觸側。
[0009]優選地，所述重新布線從涂覆一層絕緣層開始，這個絕緣層在接觸到芯片和連接銷的區域中被開孔。所述重新布線能夠例如使用絲網印刷法或薄層技術制成，其中首先涂覆一層掩膜層，然后涂覆一層導電層。
[0010]本發明使微機械傳感器裝置的制造成為可能，所述微機械傳感器裝置的芯片前側以模制晶片級封裝(mWLP)法全部電接觸到布線和連接銷上。在例如利用鋸分離后，目標殼體中的傳感器，例如陶瓷板或導體板形式的支撐體，與其它部件粘結在一起。
[0011]粘結本身可使用不同的方法涂覆。因為粘結劑有利地也應涂覆到暴露的水平線路區域中，另外絲網印刷法或間接印刷在這里同樣是可行的。所述粘結到芯片面上的粘結層也能夠特別有利地實現成晶片級。
[0012]因此，本發明僅僅使用封裝技術就能夠堅固且低成本地封裝微機械傳感器裝置，尤其是絕對壓力傳感器裝置或壓差傳感器裝置。通過耐介質的(medienresistenten)粘結劑在帶狀導線上方得到電阻介質的結構。
[0013]所述封裝技術能夠在同一殼體中設置一個或多個單獨的ASIC。
[0014]根據一個優選實施例，微機械傳感器芯片安裝在支撐基片的后側或前側上。這樣得到穩定的結構。
[0015]根據本發明的又一優選實施例，在后側上設置一層絕緣層，在所述絕緣層上或其中形成布線裝置。這樣能夠使布線裝置良好地連接。
[0016]根據又一優選的初始結構形式，在模制殼體中，從前側和/或后側在微機械傳感器芯片的外圍中形成應力卸載槽。所述應力卸載槽用于從殼體和傳感器芯片有效地去除應力。如果在模制殼體中構成至少一個應力卸載槽，特別是在溫度膨脹系數大的印制電路板材料時是有利的。
[0017]根據又一優選實施例，所述芯片區域具有薄膜區域。根據本發明，這個薄膜區域允許與布線裝置分離，因而可能的侵蝕性介質不可能對所述布線裝置產生作用。
[0018]根據又一優選實施例,所述芯片區域具有一個或多個連接墊(Anschlu β pads)。這個或這些連接墊用作布線裝置的起點，并且同樣允許耐介質地封裝。
[0019]根據又一優選實施例，所述布線裝置被蓋層，尤其是粘結劑層覆蓋。這種粘結劑層執行安裝和封裝的雙重功能。
[0020]根據又一優選實施例，微機械傳感器芯片是壓差傳感器芯片或者絕對壓力傳感器
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[0021]根據又一優選實施例，計算芯片設置在模制殼體中，所述計算芯片在后側通過布線裝置而與所述貫通接觸件電連接。因而使集成度提高。
[0022]根據又一優選實施例，所述貫通接觸件被制成為，使得設置支撐體以進行重新模制，在支撐體上設置連接銷，所述連接銷在重新模制和去除支撐體后形成所述貫通接觸件。
[0023]根據又一優選實施例，所述連接銷在重新模制時通過連接橋以框狀形狀連接在前側上，并且在前側上，所述連接橋在重新模制后被去除。如果連接銷在模制過程之前以框狀或網狀形狀通過連接橋相互連接，連接銷的引入是低成本的，尤其是處理過程友好的。
[0024]根據又一優選實施例，所述去除是通過磨削方法實現的。
[0025]根據又一優選實施例，所述貫通接觸件形成為，使得設置支撐體以便重新模制，在所述支撐體上布置以熱或化學方法去除的犧牲銷或者以機械方法去除的沖壓銷，然后通過涂覆方法在相應的通道中涂覆導電材料，形成所述貫通接觸件。
[0026]根據又一優選實施例，所述導電材料的涂覆過程是絲網印刷過程或者薄層沉淀過程。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]下面將參考在附圖中以示意圖示出的實施例，詳細說明本發明，其中:
[0028]圖la)_d)示出了根據本發明第一至第四實施例的微機械傳感器裝置的示意性豎直橫截面圖；
[0029]圖2示出了根據本發明第五實施例的微機械傳感器裝置的示意性豎直橫截面圖；
[0030]圖3示出了根據本發明第六實施例的微機械傳感器裝置的示意性豎直橫截面圖；
[0031]圖4示出了根據本發明第七實施例的微機械傳感器裝置的示意性豎直橫截面圖；
[0032]圖5示出了根據本發明第八實施例的微機械傳感器裝置的示意性豎直橫截面圖；
[0033]圖6使出了根據本發明第九實施例的微機械傳感器裝置的示意性水平橫截面圖；
[0034]圖7示出了根據本發明第十實施例的微機械傳感器裝置的示意性水平橫截面圖；
[0035]圖8a)，b)示出了根據本發明第十一實施例的微機械傳感器裝置的示意性豎直橫截面圖，以說明制造方法；
[0036]圖9a)，b)示出了根據本發明第十二實施例的微機械傳感器裝置的示意性豎直橫截面圖，以說明制造方法；
[0037]圖10示出了根據本發明第十三實施例的微機械傳感器裝置的示意性豎直橫截面圖；和
[0038]圖11示出了根據本發明第十四實施例的微機械傳感器裝置的示意性豎直橫截面圖。
【具體實施方式】
[0039]在各視圖中，相同的附圖標記表示結構相同或功能相同的元件。
[0040]圖la)_d)是根據本發明第一至四實施例的微機械傳感器裝置的示意性豎直橫截面圖。
[0041]在圖la)_d)中，附圖標記I表示用陶瓷制成的支撐基片，它具有貫通孔100。
[0042]根據圖1a)，微機械壓差傳感器芯片2a在側面重新模制有用塑料模制坯料制成的模制殼體5a。
[0043]所述芯片具有薄膜區域M，不同側的壓力P1、P2可作用到所述薄膜區域M上，從而能夠確定相應的壓差P1-P2。所述芯片附加地具有可選的集成計算電路7。
[0044]圍繞薄膜區域的芯片區域不被模制殼體5a覆蓋。布線裝置10從芯片區域向外延伸，以圍繞模制殼體5a。布線裝置10在背離重新模制的壓差傳感器芯片2a的前側SI上具有帶狀導線。
[0045]附圖標記4表示模制殼體5a中從前側SI延伸到后側S2的銷狀貫通接觸件。封裝的壓差傳感器芯片2a利用粘結劑層9粘結到支撐基片I上，粘結劑層9在布線裝置10區域中同時用作絕緣蓋層。壓差傳感器芯片2a安裝在貫通孔100上方，以使薄膜區域M安置在貫通孔100上方。
[0046]在壓差傳感器芯片2a的后側S2上設置粘合面4a，粘合面4a與貫通接觸件4形成電接觸。壓差傳感器芯片2a從粘合面4a開始，利用粘合線B而與支撐基片I上的電連接面P相連接。
[0047]根據圖1b)，模制殼體5b不僅在壓差傳感器芯片2a側面延伸，而且在后側S2上具有比壓差傳感器芯片2a更大的高度延伸，并且還部分地覆蓋壓差傳感器芯片2a的與薄膜區域M相對的側面。除此以外，它的結構與圖1a)所示的結構相同。
[0048]根據圖1c)，設置絕對壓力傳感器芯片2b代替壓差傳感器芯片2a，絕對壓力傳感器芯片2b在側面被模制殼體5c圍繞，并且絕對壓力傳感器芯片2b也具有薄膜區域M，以及布置在它下側的空腔H。除此以外，它的結構與圖1a)所示的結構相同。
[0049]根據圖1d)也存在絕對壓力傳感器芯片2b，其中模制殼體5d不僅側向延伸，而且在后側S2上具有比絕對壓力傳感器芯片2b更大的延伸高度，并且模制殼體5d也覆蓋性地延伸到絕對壓力傳感器芯片2b的、與薄膜區域Μ’相對側的上方。
[0050]關于貫通接觸件4和布線裝置10，根據圖la)_d)的第一至第四實施例設計相同。它們在模制過程中形成在模制坯料中。例如連接銷安置在模制支撐體上，連接銷后來制成貫通接觸件4。連接銷能夠例如是金屬銷或者半導體銷。在去除模制支撐體后，半導體芯片和連接銷被暴露，并且它們能夠通過布線裝置10電接觸。
[0051]根據圖1b)和Id)，模制殼體搭接在芯片上，這種搭接結構用于改善密封性能或者提高壓應力容量。附加的模制覆蓋結構引起內部空間對于外部空間基本上更佳的密封性能。所述密封性能在這里不依賴于模制封裝結構5b、5d在豎直芯片邊緣上的分層自由性。
[0052]圖2是根據本發明第五實施例的微機械傳感器裝置的示意性豎直橫截面圖。
[0053]根據圖2的第五實施例原則上對應根據圖1d)的實施例，根據圖2的第五實施例詳細地示出了在前側SI上的布線裝置10。
[0054]特別地，在前側SI上設置一個絕緣層PS，布線裝置10被引導到絕緣層PS上或其中。絕緣層PS和粘結劑層9伸入到貫通孔100的區域中，但不到達薄膜區域M’，布線裝置10的帶狀導線完全被粘結劑層9覆蓋。在根據圖2的實施例中，粘結劑層9在區域9a中相對于位于粘結基層9下面的絕緣層PS回縮。
[0055]如圖2進一步所示,抗壓電的(piezoresistive)電阻R位于薄膜區域Μ’中,利用抗壓電的電阻R以電的形式實現壓力測量。
[0056]圖3是根據本發明第六實施例的微機械傳感器裝置的示意性豎直橫截面圖。
[0057]在根據圖3的第六實施例中，粘結劑層9在區域9b中封閉所述絕緣層。除此之外，它的結構與第五實施例的結構相同。
[0058]圖4是根據本發明第七實施例的微機械傳感器裝置的示意性豎直橫截面圖。
[0059]根據圖4的第七實施例與根據圖3的第六實施例相比，應力卸載槽Gl、G2在模制殼體5d’中設置在后側S2上。應力卸載槽Gl、G2用于從模制殼體5d’和絕對壓力傳感器芯片2b有效地去除應力。
[0060]圖5是根據本發明第八實施例的微機械傳感器裝置的示意性豎直橫截面圖。
[0061]在根據圖5的第七實施例中，應力卸載槽G3、G4在模制殼體5d”中設置在前側SI上。應力卸載槽G3、G4通過直線表示，應力卸載槽G3、G4布置成，使得它不與布線裝置10相交。
[0062]顯然，結合第七實施例和第八實施例，應力卸載槽也可以設置在前側SI和后側S2上。
[0063]圖6是根據本發明第九實施例的微機械傳感器裝置的示意性水平橫截面圖。
[0064]根據圖6的橫截面圖穿過布線裝置的平面，布線裝置具有四條帶狀導線101、102、103、104，這四條帶狀導線101、102、103、104在模制殼體5d”’中從連接墊P1、P2、P3、P4在暴露的芯片區域上在薄膜區域M’旁邊延伸到附屬的貫通接觸件41、42、43、44，薄膜區域M’具有抗壓電的電阻R。
[0065]通過應力卸載槽Gl’、G2’、G3’、G4’，微機械的絕對壓力傳感器芯片2b與模制殼體5d”’盡可能分離。應力卸載槽Gl’ -G4’在這個第九實施例中從前側SI引入，并且在帶狀導線101-104兩側延伸，從而造成最大的去應力。帶狀導線101-104因而延伸到模制殼體5d”’的連接橋上。
[0066]圖7是根據本發明第十實施例的微機械傳感器裝置的示意性水平橫截面圖。
[0067]根據圖7的視圖對應根據圖6的視圖，其中布線裝置在這里具有帶狀導線101’、102’、103’、104’，這四條帶狀導線101’、102’、103’、104’從連接墊P1、P2、P3、P4在暴露的芯片區域的棱角中在具有抗壓電的電阻R的薄膜區域M’旁邊，以擬對角的方式引導到相應的貫通接觸件41、42.43、44。
[0068]圍繞暴露的芯片區域，除設有帶狀導線101’ -104’夕卜，還從前側SI設置應力卸載槽61”、62”、63”、64”。這個所示的實施例具有四個優點:帶狀導線101’ -104’必須被引導到模制殼體5d””的連接橋上方，模制殼體5d””的連接橋位于芯片棱角中，微機械絕對壓力傳感器芯片2b在芯片棱角中比在芯片邊緣中部受到更小的機械應力，抗壓電的電阻R位于芯片邊緣中。
[0069]圖8a)、b)是根據本發明第十一實施例的微機械傳感器裝置的示意性豎直橫截面圖，以說明微機械傳感器裝置的制造方法。
[0070]圖8a)、b)的視圖在相當大程度上對應圖2的視圖，但根據圖8a)的第i^一實施例與根據圖2的實施例不同之處在于，適用于貫通接觸件的連接銷KS’、KS”在模制時以框形或網狀形狀安置到(未示出的)模制支撐體上。以這種方式和方法簡單地制造多個貫通接觸件。
[0071]各個接觸銷KS’、KS”之間的連接橋在圖8a)中用附圖標記VS表示。接觸銷KS’、KS ”在這個實施例中具有U形外形。
[0072]圖8a)緊接在模制過程和將后側布線裝置10a、1b以及在絕緣層PS以及粘結劑層9上或其中后承受這種狀態。
[0073]為了達到圖Sb)示出的過程狀態，在后側S2上執行磨削過程，從而連接橋VS被移除，只留下U形貫通接觸件4’、4”，這些貫通接觸件與布線裝置10a、10b形成連接。
[0074]作為最后的(未標出的)過程步驟，利用粘結劑層9粘結到支撐基片I上。
[0075]雖然在這個第十一實施例中，連接銷KS’，KS”制成為U形的，顯然也可設想使用簡單的I形連接銷，例如通過相應的連接銷連接。
[0076]連接銷KS’、KS”格柵形排列的制造能夠通過線材彎曲法實現，例如在模制殼體情形下通過電鍍法或極板腐蝕法實現。
[0077]圖9a)、b)是根據本發明第十二實施例的微機械傳感器裝置的示意性豎直橫截面圖，以說明制造方法。
[0078]在根據圖9a)、9b)的第十二實施例中，在模制貫通孔或者貫穿孔V’、V”時產生，例如在模制過程中，在貫通孔V’、V”中通過熱或化學去除犧牲銷或者機械去除沖壓銷。在模制過程以后，一種非常簡單的制造方式是使用相應的機械沖頭沖壓所述貫通孔V ‘、V”等。緊接著，在設有模制殼體5d的傳感器芯片2b的前側SI上涂覆絕緣層PS并且構造絕緣層PS的結構。
[0079]在圖9b)中示出下一工序，貫通接觸件4a’、4a”以及布線裝置10a、1b的帶狀導線利用絲網印刷薄層法涂覆相應的導電層。
[0080]在又一工序(未示出)中，粘結層9和粘結劑涂覆到支撐基片I上。
[0081]圖10是根據本發明第十三實施例的微機械傳感器裝置的示意性豎直橫截面圖。
[0082]在根據圖10的第十三實施例中，根據圖5的、用模制坯料圍繞的微機械絕對壓力傳感器芯片2b利用倒裝法實現，后側S”粘合到支撐基片I上。
[0083]為此，在前側上設置粘合層4a、4b，粘合層4a、4b利用焊料在支撐基片I上粘合到相應的粘合區域B1、B2上。附加地，在粘合位置中可選地設置未填滿處以有助于去應力。
[0084]此外，在這個實施例中，當裝配絕對壓力傳感器芯片2b時，在支撐基片I中不設置貫通孔。
[0085]然而，這個實施例顯然也可如同每個其它實施例一樣，也用壓差傳感器芯片實現，然后或者介質入口通過支撐基片I中相應的孔形成芯片和支撐基片I之間的空穴K，或者在那里包圍一個參考大氣壓。
[0086]圖11是根據本發明第十四實施例的微機械傳感器裝置的示意性豎直橫截面圖。
[0087]在第十四實施例中，在模制殼體5d2中在根據圖3的傳感器芯片2b旁邊附加地設置ASIC計算芯片20。
[0088]雖然在上面借助于優選實施例完整地描述本發明，但本發明不限于此，而是可以多種多樣的方式和方法進行修改。
[0089]特別地，本發明提及，關于應力卸載槽的布置，利用更多或更少的通道橋，可設想多種不同的其它可能性以暴露芯片區域。還可設想前側或后側應力卸載槽的更多交錯。
【權利要求】
1.一種微機械傳感器裝置，其具有: 微機械傳感器芯片(2a、2b)，所述微機械傳感器芯片(2a、2b)至少在側面被模制殼體(5a-5d ;5d’ ；5d”;5d”’ ；5d””;5c’ )圍繞，所述模制殼體(5a_5d ;5d’ ；5d”;5d”’ ；5d””;5c’ )具有前側(SI)和后側(S2)； 所述微機械傳感器芯片(2a、2b)在后側(S2)上具有芯片區域(M，7 ;M，P1-P4 ;Μ, Pr -Ρ4’ ；Μ’)，所述芯片區域由所述模制殼體(5a-5d ;5d’ ；5d”;5d”’ ；5d””;5c’ )空出；和 在所述前側(SI)上形成布線裝置(10 ；101-104 ;101，-104，;10a、1b)，所述布線裝置(10 ；101-104 ;101’ -104，;10a、10b)從所述芯片區域(M, 7 ；M, P1-P4 ;M, P1，-P4，;M，)開始，一直延伸直到后側(S2)上以圍繞所述模制殼體(5a-5d;5d，;5d”;5d”’ ；5d””;5c’)，并且從該后側通過至少一個貫通接觸件(4 ；41-44 ;41’ -44’ ；4’，4”;4a’，4a”)從所述模制殼體(5a-5d;5d，;5d”;5d”’ ;5d”” ;5c，)的后側(S2)延伸到其前側(SI)。
2.根據權利要求1所述的微機械傳感器裝置，其特征在于，所述微機械傳感器芯片(2a、2b)在后側(S2)或前側(SI)上安裝在支撐基片(I)上。
3.根據權利要求1或2所述的微機械傳感器裝置，其特征在于，在前側(SI)上設置絕緣層(PS)，在所述絕緣層(PS)上和/或其中形成布線裝置(10 ;101-104 ;101’-104’；10a、10b)。
4.根據權利要求1、2或3所述的微機械傳感器裝置，其特征在于，從在所述微機械傳感器裝置(2a、2b)外圍中的前側(SI)和/或后側(S2)開始，在模制殼體(5a_5d ;5d’ ；5d” ；5d”’ ；5d””；5c’ )中形成應力卸載槽(G1、G2 ;G3、G4 ;G1’ -G4’ ；G1”_G4”)。
5.根據前述權利要求中任一項所述的微機械傳感器裝置，其特征在于，所述芯片區域(Μ，7 ;Μ，Ρ1-Ρ4 ;Μ，ΡΓ -Ρ4，;Μ，)具有薄膜區域(Μ ;Μ，)。
6.根據前述權利要求中任一項所述的微機械傳感器裝置，其特征在于，所述芯片區域(Μ，7 ；Μ, Ρ1-Ρ4 ;Μ，ΡΓ -Ρ4，;Μ，)具有一個或多個連接墊(Ρ1-Ρ4 ;Ρ1’ -Ρ4，)。
7.根據前述權利要求中任一項所述的微機械傳感器裝置，其特征在于，所述布線裝置(10 ；101-104 ;101，-104，；1aUOb)被蓋層(10 ；11)覆蓋。
8.根據權利要求7所述的微機械傳感器裝置，其特征在于，所述蓋層(10;11)是粘結劑層(10)。
9.根據前述權利要求中任一項所述的微機械傳感器裝置，其特征在于，所述微機械傳感器芯片(2a、2b)是壓差傳感器芯片(2a)或者絕對壓力傳感器芯片(2b)。
10.根據前述權利要求中任一項所述的微機械傳感器裝置，其特征在于，在模制殼體(5c’ )中設置計算芯片(20)，所述計算芯片(20)在所述前側上通過所述布線裝置(10 ；101-104 ; 101’ -104’ ； 1aUOb)而與貫通接觸件(4 ;41_44 ;41，-44，;4’，4” ；4a’，4a”)電連接。
11.適用于根據權利要求1所述的微機械傳感器裝置的制造方法，其中，所述貫通接觸件(4 ；41-44 ;41，-44，;4’，4”;4a’，4a”)被形成為，使得為重新模制而設置支撐體，在所述支撐體上布置連接銷(KS’ ；KS”)，該連接銷在重新模制和去除所述支撐體后形成所述貫通接觸件(4 ；41-44 ;41，-44，;4’，4” ；4a’，4a”)。
12.根據權利要求11所述的制造方法，其特征在于，所述連接銷(KS’；KS”)在重新模制時通過連接橋(VS)框狀地連接在所述后側(S2)上，并且所述連接橋(VS)在重新模制后在所述前側(SI)上被去除。
13.根據權利要求12所述的制造方法，其特征在于，所述去除是通過磨削方法實現的。
14.適用于根據權利要求1所述的微機械傳感器裝置的制造方法，其中所述貫通接觸件(4 ；41-44 ;41，-44，;4’，4”;4a’，4a”)被形成，使得為重新模制設置支撐體，在所述支撐體上布置可熱或化學去除的犧牲銷或者可機械去除的沖壓銷，所述犧牲銷或沖壓銷在重新模制和去除支撐體后被去除，此后所述貫通接觸件(4;41-44 ;41’ -44’ ；4’，4” ;4a’，4a”)通過適用于導電材料的涂覆方法形成在相應的通道中。
15.根據權利要求14所述的制造方法，其特征在于，適用于導電材料的涂覆方法是絲網印刷法或者薄層腐蝕法。
【文檔編號】G01L13/06GK104422553SQ201410437644
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年8月29日 優先權日:2013年8月30日
【發明者】F·哈格, H·本澤爾 申請人:羅伯特·博世有限公司
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