集成壓力傳感器密封的製作方法
2023-12-04 10:02:56 2
專利名稱：集成壓力傳感器密封的製作方法
集成壓力傳感器密封
背景技術：
壓力傳感器用在許多背景中，例如諸如汽車、工業、醫療、航空、以及消費類電子產品。例如，在汽車背景中，壓力傳感器用於測量進氣歧管空氣壓力和真空，並且還可以用於氣囊展開和其他應用中。常規壓力傳感器封裝在集成電路(IC)封裝中。然而，一些常規IC封裝將它們的壓力傳感器毫無遮掩地暴露於周圍環境(例如，毫無遮掩地暴露 於空氣)以便傳感器可以測量周圍壓力。然而，不幸的是，將壓力傳感器毫無遮掩地暴露於周圍環境可能產生問題。例如，來自周圍環境的零星絲線或灰塵可能與暴露的壓力傳感器物理接觸並且從而導致不精確的壓力測量或者甚至損壞壓力傳感器自身。因此，雖然常規壓力傳感器和它們相關的集成電路封裝在某些方面是充分的，但是發明人已經設計了如本文提出的改進的壓力傳感器和相關封裝。
圖I為在其上安裝有壓力感測元件的封裝襯底的等距視圖。圖2為在其上布置有蓋的封裝襯底的等距視圖。圖3為在其上布置有蓋的封裝襯底的剖視圖。圖4-9每個示出根據一些實施例的蓋的俯視圖、仰視圖以及剖視圖。圖10AU0B示出其中封裝襯底包括與在裝配在封裝襯底上的蓋中的相應凹部接合的突出部(tab)以便蓋可以夾住和/或脫落封裝襯底的實施例。圖11示出根據一些實施例的以流程圖格式的方法。
具體實施例方式現在參考附圖描述所要求保護的主題，其中相同參考標記貫穿全文用於表示相同元件。在下面描述中，為了解釋，提出多個具體細節以便提供對所要求保護的主題的全面理解。然而，可能顯然的是，可以在沒有這些具體細節的情況下實施所要求保護的主題。本公開的一些實施例涉及用於壓力感測元件的改進的封裝組件。不是將壓力感測元件以使它容易受到來自零星絲線、灰塵等的損壞的方式毫無遮掩地暴露於周圍環境；本文公開的改進的封裝組件包括蓋，所述蓋幫助形成繞著壓力感測元件的外殼。所述蓋包括在其中布置有阻擋構件的流體流動通道。流體流動通道將壓力感測元件安置為與外部環境流體連通以便可以進行壓力測量，同時阻擋構件幫助保護壓力感測元件免受外部環境(例如，在某種程度上的零星絲線和灰塵)影響。以這樣的方式，本文公開的封裝組件幫助促進比先前實施例更加精確且可靠的壓力測量。將認識到，如本文使用的術語「流體」表示沒有固定形狀並且容易屈服於外部壓力的任何物質。例如，典型的流體可以包括氣體(例如，空氣)和/或液體(例如，水)。結果，如本文公開的流體流動通道僅被構造為允許流體(例如，空氣和/或水)行進穿過那裡，通常但不是必須沿著兩個方向。
現在共同地參考圖1-3描述根據一些實施例的裝置100的一個實施例。如下面將更詳細認識到的，圖I示出在其上安裝有壓力感測元件104的封裝襯底102。圖2示出在其上布置有蓋106以形成繞著壓力感測元件104的封裝外殼的封裝襯底102，並且圖3示出封裝襯底102和在其上的蓋106的剖視圖。注意，蓋106包括流體流動通道108，流體流動通道108包括在其內的阻擋構件110。該流體流動通道108將壓力感測元件104安置成與外部環境流體連通，同時阻擋構件110幫助保護壓力感測元件104免受外部環境(例如，在某種程度上的零星絲線和灰塵)影響。結果，這個配置允許壓力感測元件104以可靠且精確的方式測量周圍壓力。現在下面更詳細地描述這些部件。封裝襯底102(其例如可以是陶瓷或塑料襯底)包括配置為與壓力感測元件10 4接合的安裝表面112。通常，安裝表面112為至少大約平坦的並且具有與壓力感測元件104的面積相應(或比其更大)的表面面積。封裝襯底102還包括配置為接合蓋106的接合表面114。接合表面114通常定位在從封裝襯底基座118向上延伸的側壁116上面。壓力感測元件104安裝到安裝表面112。在示出的實施例中，壓力感測元件104包括集成電路120(例如，包括壓力敏感隔膜的微機電系統(MEMS))和引線框架或其他晶片載體122。通常，引線框架或其他晶片載體122例如通過使用環氧樹脂、焊料、緊固件、或者一些其他粘接元件而粘附到安裝表面112。集成電路120然後可以通過使用環氧樹脂、焊料、緊固件、或者一些其他粘接元件而物理地粘附到引線框架或晶片載體122，並且可以通過使用引線粘接、焊接、或者一些其他電連接而電耦合到引線框架或晶片載體122。至少一個電觸點可在封裝外殼的外表面上得到並且配置為提供在壓力感測元件104與外部電路(未示出)之間的電通信。在示出的實施例中，該至少一個電觸點採用八個導電引腳124的形式,其每個延伸通過封裝襯底側壁116和/或基座118。絲焊(wirebond) 126將每個引腳124物理地且電氣地耦合到在集成電路120上的相應接合焊盤。以這樣的方式，電壓和電流可以經由引腳124相對於外部環境傳送到和傳送自集成電路120(例如，傳送到和傳送自在IC上的MEMS壓力傳感器)，從而允許精確地測量壓力。雖然圖I示出其中電觸點包括引腳和絲焊的示例，但是其他布置也是可能的。例如，除了別的以外，可以使用焊球觸點、和/或具有球柵排列的倒裝晶片封裝。例如，也可以例如使用光耦合而不是在圖I中示出的電耦合。蓋106接合封裝襯底102的接合表面114以形成繞著壓力感測元件104的封裝外殼。唇緣128可以幫助將蓋106固定到襯底102。在許多實施例中，蓋106完全由在被推壓抵靠接合表面114時形成密封的柔性或「軟」材料製成。例如，在一些實施例中，蓋可以由彈性體製成。彈性體的示例包括各種橡膠(例如丁腈橡膠、矽酮橡膠、丁基橡膠、氟彈性體)、聚氨酯彈性體、高溫聚烯烴、矽酮、以及熱塑性彈性體。蓋的軟屬性幫助形成在蓋106與襯底102之間的良好密封，並且也幫助限制在它們之間的振動以幫助防止對組件的損壞。在其他實施例中，集成墊圈或甚至分離的墊圈(例如O形環)可以定位在蓋106與接合表面114之間。然而，與簡單包括軟蓋相比，分離的墊圈由於需要額外處理和/或裝配步驟而使封裝組件100的製造在某些方面更複雜。流體流動通道108設置在蓋106中並且延伸穿過它。在圖1-3的示例中，流體流動通道108包括細長通道130，其從蓋106的外表面132線性地延伸到阻擋構件110的暴露表面134。從細長通道130，管道136a、136b沿著阻擋構件110的相對豎直表面橫向且向下延伸。因為流體流動通道108 「急轉彎(jog)」以便阻止在外部環境與壓力感測元件104之間的直接(例如視線)路徑，所以流體流動通道108提供某種保護免受可能能夠損壞壓力感測元件104的外部物體影響。為了提供免受周圍環境影響的附加保護，凝膠或者聚合物膜區域138可以形成在壓力感測元件104上。該凝膠或者膜區域138 (其包圍壓力感測元件104)提供附加的保護阻擋層，但仍然將壓力從周圍環境傳遞到壓力感測元件104。在一些實施例中，該凝膠或膜可以包括任何下列材料但不限於這些材料全氟聚醚/矽酮(商品名稱SIFEL)、氟彈性體、氟矽酮、或者聚對二甲苯。圖4-9示出根據一些實施例的附加蓋的描繪。注意，不 論什麼流體流動通道幾何形狀用在這些實施例中，流體流動通道包括阻擋構件，其定位成阻止流體流動通道在外部環境與壓力感測元件之間提供不受阻擋的路徑(例如，線性路徑)。這些僅是可以用於蓋和流體流動通道的幾何形狀的一些示例，並且絕不是作為限制。在許多實施例中，流體流動通道的尺寸足以允許空氣流過，以便可以測量周圍壓力。此外，流體流動通道通常具有足夠的尺寸以允許水從其流過(例如從封裝組件排放)，從而限制水積累在封裝中。例如，由於H2鍵合和水粘附力，限定流體流動通道的孔在直徑上可以為至少大約2. 5_，但是該孔的最小直徑可以依賴於蓋的材料、蓋的厚度、要排放的流體及其他因素而大大改變。圖4示出蓋400，其包括頂表面402和底表面404。頂表面402包括中心孔406，其限定延伸通過蓋400的流體流動通道408的開頭。底表面404包括兩個底孔410、412，其共同限定流體流動通道408的末端。流體流動通道408包括細長通道414，其從頂表面402線性地延伸到阻擋構件418的暴露表面416。從細長通道414，管道420、422沿著阻擋構件418的相對豎直表面橫向且向下延伸到兩個底孔410、412。圖5示出另一個蓋500，其包括頂表面502和底表面504。這裡，頂表面502再次包括中心孔506，但是底表面504僅包括一個底孔508，其中流體流動通道510限定在孔506、508之間。流體流動通道包括細長通道512，其從孔506線性地延伸到阻擋構件516的暴露表面514。從細長通道512，僅一個管道518沿著阻擋構件516的單個豎直表面橫向且向下延伸到底孔508。圖6示出另一個蓋600，其包括頂表面602和底表面604。這裡，底表面604包括限定流體流動通道的末端的四個孔。圖I示出另一個蓋700，其包括在頂蓋表面704上的單個孔702和在底蓋表面708上的單個孔706，其中這些孔相對於垂直穿過蓋700的軸對齊。為了防止直接線性路徑穿過蓋700，阻擋構件710從側壁突出進入限定在孔702、706之間的流體流動通道。圖8示出其中使用圓形孔的另一個實施例。所述孔也可以具有其他形狀(例如多邊形、橢圓形)並且不限於任何具體幾何形狀。圖9示出另一個蓋900，其中細長橢圓形孔902包括在頂蓋表面904上並且較小孔906、908包括在底蓋表面910上。如從圖4-9可以認識到的，可以使用任何數量的孔，並且它們可以以任何數量的配置來布置。此外，任何示出的實施例的頂表面和底表面也可以「被翻轉」(例如，圖4的翻轉版本可以包括在頂表面上的兩個孔和在底表面上的單個孔)。因此，頂表面不限於如在圖4-9中明確所示地僅具有單個孔，而是可以還具有附加的孔。然而，將認識到，在頂表面上具有更少的孔(或者更小的孔)趨於減少壓力感測元件對不想要的入侵的暴露。例如，與如果非常大的孔(或者許多小的孔)包括在頂表面上相比，如果僅一個小孔包括在頂表面上，那麼零星絲線將不大可能地進入該小孔。圖IOA示出另一個實施例，其中封裝襯底1000包括突出部1002、1004，其分別從封裝襯底1000的側壁1006、1008橫向延伸。如圖IOB所示，這些突出部1002、1004分別接合在蓋1018的各自唇緣1014、1016中的相應凹部1010、1012。突出部1002、1004和凹部1010、1012設計為允許蓋1018可拆卸地夾住和脫離封裝襯底1000。蓋和封裝組件也可以模製為更複雜的幾何形狀以匹配客戶在他們的應用中使用的現有墊圈外尺寸。在一些實施例中，模製封裝可以包括另一個阻擋構件或者曲折路徑。然而，因為蓋和封裝組件包括它自己的流體通道，所以封裝組件可以減少用於客戶應用(例如側門氣囊)的未來幾代模製封裝所需要的空間。因此，發明的蓋和封裝組件可以消除或 減少在模製封裝組件中的流體通道為其他部件釋放空間的需要。同時，由於它的小尺寸，蓋和封裝組件可以仍然是用於傳統側門氣囊模製封裝的簡易替代品(drop inr印lacement)。現在轉到圖11，可以見到根據一些實施例的操作方法1100。雖然下面把該方法1100示出和描述為一系列動作或事件,但是本公開不受所示出的這些動作或事件順序限制。這對於本文公開的其他方法也是同樣的。例如，一些動作可以以不同順序發生和/或除了本文示出和/或描述的動作或事件之外的其他動作或事件同時發生。此外，不需要所有示出的動作，並且本文描繪的一個或多個動作可以以一個或多個分離的動作或階段來實施。方法1100在1102開始，其中提供封裝襯底。封裝襯底包括在其上的安裝表面。在1104，將壓力感測集成電路安裝到安裝表面上。在1106，在封裝襯底上提供蓋以形成繞著壓力感測集成電路的封裝外殼。蓋包括配置為將壓力感測集成電路安置成與封裝外殼外部的環境達到環境接觸的流體流動通道。阻擋構件布置在流體流動通道中並且配置為阻止在來自外部環境的物體與壓力感測集成電路之間的直接物理接觸。雖然已經相對於一個或多個實施例示出和描述本公開，但是在閱讀和理解本說明書和附圖的基礎上本領域的其他技術人員將想到等效更改和修改。例如，雖然上述已經在具有包括限定流體流動通道的入口 /出口區域的一個或多個孔的頂表面和底表面的背景下描述了封裝組件，但是將認識到，孔也可以位於封裝組件的其他區域中。例如，在一些實施例中，蓋比封裝襯底大並且入口孔和出口孔都處於蓋的底部上，以便其中一個「底」孔暴露到環境而另一個與壓力傳感器相鄰。在仍然其他實施例中蓋是厚的，允許孔在(一個或多個)側面上並且也在底部上。因此，蓋和/或封裝襯底的表面可以統稱為第一表面、第二表面等，其中作為標識符「第一」、「第二」等不表示相對於其他元件的任何類型的順序或放置；而是「第一」、「第二」及其他相似標識符只是通用標識符。此夕卜，將認識到，術語「耦合」包括直接和間接耦合。本公開包括所有這些修改和更改並且只受所附權利要求書的範圍限制。特別地關於由上述部件(例如，元件和/或資源)執行的各種功能，除非另外指明，否則用於描述這些部件的術語旨在對應於執行所描述的部件的指定功能的任何部件(例如，功能上等效)，即使結構上不等效於所公開的執行在本公開的本文示出的示例性實現中的功能的結構。另外，儘管可以相對於若干實現中的僅一個實現來公開本公開的特定特徵，但是這一特徵可以如對任何給定或特定應用可能所期望的和有利的那樣與其它實現的一個或多個其它特徵相組合。另外，如 本申請和所附權利要求書中所使用的冠詞「一」和「一個」要被解釋為是指「一個或多個」。此外，就在詳細描述或權利要求書中使用術語「包含」、「具有」、「含有」、「帶有」或其變體而言，這些術語旨在以與術語「包括」相似的方式為包含性的。
權利要求
1.一種裝置，包括 包括在其上的安裝表面的封裝襯底； 安裝到所述安裝表面的壓力感測元件； 蓋，配置為與所述封裝襯底接合以形成繞著壓力感測元件的封裝外殼； 流體流動通道，設置在所述蓋中並且配置為將所述壓力感測元件安置成與所述封裝外殼外部的環境達到環境接觸，從而允許流體從外部環境進入和離開所述封裝襯底；以及阻擋構件，布置在所述流體流動通道中並且配置為阻止在來自外部環境的物體與所述壓力感測元件之間的直接物理接觸。
2.如權利要求I所述的裝置，其中所述壓力感測元件包括集成電路，所述集成電路包括具有隔膜的微機電系統。
3.如權利要求2所述的裝置，其中所述壓力感測元件包括集成電路安裝到的引線框架或晶片載體。
4.如權利要求I所述的裝置，其中所述流體流動通道在所述蓋的第一表面上的第一孔處開始並且在所述蓋的第二表面上的第二孔處終止，其中所述流體流動通道包括在第一孔和第二孔之間的非線性路徑。
5.如權利要求I所述的裝置，其中所述流體流動通道包括 從所述蓋的表面線性地延伸到所述阻擋構件的表面的細長通道；以及 沿著所述阻擋構件的至少一個表面橫向且向下延伸的至少一個管道。
6.如權利要求I所述的裝置，其中所述流體流動通道包括 從所述蓋的表面線性地延伸到所述阻擋構件的表面的細長通道；以及 沿著所述阻擋構件的至少兩個相應表面橫向且向下延伸的至少兩個管道。
7.如權利要求I所述的裝置，還包括 耦合到壓力感測集成電路並且相對於所述封裝外殼從外部可進入的至少一個電觸點，其中所述電觸點配置為提供在所述壓力感測集成電路與所述封裝外殼外部的電路之間的電通信。
8.如權利要求5所述的裝置，其中所述電觸點包括以下至少一個導電引腳或者導電球狀結構。
9.如權利要求I所述的裝置，其中所述蓋和封裝襯底配置為所述蓋能夠可拆卸地相對於所述封裝襯底夾住或脫離。
10.如權利要求I所述的裝置，其中所述封裝襯底包括 從外周基座向上延伸的外周側壁；以及 從所述外周側壁橫向延伸的突出部。
11.如權利要求10所述的裝置，其中所述蓋包括 從所述蓋的下側向下延伸的唇緣；以及 凹部，設置在所述唇緣中並且配置為與所述突出部接合以將所述蓋耦合到所述封裝襯。
12.如權利要求I所述的裝置，其中所述蓋是柔性的以便在所述蓋與封裝襯底之間形成密封。
13.如權利要求12所述的裝置，其中所述蓋包括彈性體材料。
14.如權利要求13所述的裝置，其中所述彈性體材料包括下列材料的至少一個橡膠、丁腈橡膠、矽酮橡膠、丁基橡膠、氟彈性體、聚氨酯彈性體、高溫聚烯烴、矽酮、或者熱塑性彈性體。
15.如權利要求I所述的裝置，還包括 設置在所述封裝襯底與所述蓋之間以將所述封裝襯底固定到所述蓋的環氧樹脂或者粘合劑。
16.如權利要求I所述的裝置，還包括 繞著所述壓力感測元件形成在所述封裝外殼內的凝膠區域。
17.一種方法，包括 提供在其上包括安裝表面的封裝襯底； 安裝被安裝到所述安裝表面的壓力感測集成電路； 在所述封裝襯底上提供蓋以形成繞著所述壓力感測集成電路的封裝外殼，其中所述蓋包括配置為將所述壓力感測集成電路安置成與所述封裝外殼外部的環境達到環境接觸的流體流動通道，並且其中阻擋構件布置在所述流體流動通道中並且配置為阻止在來自外部環境的物體與所述壓力感測集成電路之間的直接物理接觸。
18.如權利要求17所述的方法，還包括 提供至少一個電觸點，所述至少一個電觸點相對於所述封裝外殼從外部可進入並且耦合到所述壓力感測集成電路；以及 經由至少一個電觸點將所述壓力感測集成電路耦合到所述封裝外殼外部的電路。
19.如權利要求18所述的方法，其中所述電觸點包括以下至少一個導電引腳或者導電球狀結構。
20.如權利要求17所述的方法，其中在所述封裝襯底上提供所述蓋包括將所述蓋夾持在所述封裝襯底上。
21.一種裝置，包括 用於壓力感測周圍環境壓力的部件； 用於包圍所述壓力感測部件的部件； 用於安置所述壓力感測部件與周圍環境達到環境接觸並且延伸通過所述包圍部件的部件；以及 用於阻止在來自外部環境的物體與所述壓力感測部件之間的直接物理接觸的部件。
全文摘要
本發明涉及集成壓力傳感器密封。本公開的一些實施例涉及用於壓力感測元件的改進的封裝組件。不是將壓力感測元件以使它容易受到來自零星絲線、灰塵等的損壞的方式毫無遮掩地暴露於周圍環境；本文公開的改進的封裝組件包括蓋，其幫助形成繞著壓力感測元件的外殼。所述蓋包括在其中布置有阻擋構件的流體流動通道。流體流動通道將壓力感測元件安置為與外部環境流體連通以便可以進行壓力測量，同時阻擋構件幫助保護壓力感測元件免受外部環境(例如，在某種程度上的零星絲線和灰塵)影響。以這樣的方式，本文公開的封裝組件幫助促進比先前實施例更加精確且可靠的壓力測量。
文檔編號G01L19/00GK102786025SQ20121021048
公開日2012年11月21日 申請日期2012年5月18日 優先權日2011年5月19日
發明者J·施特林, S·格羅斯 申請人:英飛凌科技股份有限公司