具有膜片的壓力感測集成電路器件的制作方法

本發明涉及壓力傳感器集成電路器件，并且更特別地涉及壓力感測器件的蓋子。

背景技術：

能夠測量氣壓的集成電路(ic)可用于許多應用中。一種這樣的應用是胎壓監測系統(tpms)。常規的tpms使用壓力感測集成電路來測量輪式車輛的輪胎的氣壓，其中每個集成電路還包含用于將感測到的氣壓信息發送給tpms處理器的發送器。tpms處理器持續監測每個輪胎內的氣壓，并且在任意輪胎內的氣壓超出規定范圍時生成信號。

圖1是常規的壓力感測器件100的頂側透視圖。圖2是器件100的底側透視圖，以及圖3是器件100的沿著圖1中的切割線y-y的截面側視圖。器件100是四方扁平無引線(qfn)封裝的器件。

器件100包含以例如管芯貼附材料(未示出)貼附于器件100的底面上的金屬熱焊盤(pad)104的管芯102。金屬熱焊盤104有時稱為管芯焊墊(paddle)。器件100還包含多個引線或觸頭106和相應的鍵合絲線108。鍵合絲線108將引線106連接到管芯102的頂面上的相應的管芯焊盤(未示出)。在器件100中，引線108沒有從器件100的外表面延伸出(因此，還有為器件100選定的“四方扁平無引線”封裝的“無引線”部分)。

管芯102的頂面具有壓力感測區(未示出)。一層柔性凝膠110覆蓋于管芯102和鍵合絲線108之上。凝膠110保護管芯102和鍵合絲線304免受環境導致的破壞。器件100的頂側具有帶有孔口114的蓋子112。蓋子112可以是金屬的，或者由其他任何合適的材料制成。蓋子112典型地標注有可標識器件100及其制造商的信息。

器件100還包含用于形成器件100的側壁118和底板120的一些部分的密封劑116。底板120是包含焊墊104、引線106及密封劑116的間隙部分的器件100的底面部分。

在蓋子112、側壁118、凝膠110以及底板120的任何裸露部分之間的是腔體122。由于孔口114，在腔體122內的氣壓與器件100的最近外部124的環境氣壓相同。孔口114的尺寸被設計為大到足以使壓力在外部124與腔體122之間快速變均衡，并且小到足以防止某些碎片及其他物體經由孔口114進入腔體122以及破壞凝膠110、管芯102和/或鍵合絲線108。管芯102的壓力傳感器能夠通過柔性凝膠110感測腔體122內的氣壓。器件100可以經由引線106表面安裝于印刷電路板(pcb)(未示出)，以連接至tpms的其他構件，例如，微控制器和/或發送器。

取決于各種因素，例如，凝膠110的組成、存在于腔體122和外部124內的氣體，以及這些氣體的壓力，凝膠110可以受到一種或多種不利影響，例如，在凝膠110內的氣泡形成或者凝膠110的硬化。因此，有利的是能夠更好地保護凝膠110。

附圖說明

本發明的其他方面、特征和優點通過下面的詳細描述、權利要求書和附圖將會變得更加顯而易見。在附圖中，相同的附圖標記指示相似的或相同的元件。注意，附圖中的元件并不一定是按比例繪制的。

圖1是常規的封裝集成電路壓力感測器件的頂側透視圖；

圖2是圖1的器件的底側透視圖；

圖3是圖1的器件的截面側視圖；

圖4是根據本發明的一種實施例的器件的頂視圖；

圖5是圖4的器件的截面側視圖；

圖6是在較高壓力下的圖5的器件的截面側視圖；

圖7是根據本發明的一種實施例的圖4的器件的組裝步驟的截面側視圖；

圖8是圖4的器件的后一組裝步驟的截面側視圖；

圖9是圖4的器件的再后一步組裝步驟的截面側視圖；以及

圖10是根據本發明的一種可替換實施例的器件的截面側視圖。

具體實施方式

本文公開了本發明的詳細說明性實施例。但是，本文所公開的特定的結構和功能細節僅僅是為了描述本發明的示例實施例的代表。本發明的實施例可以用許多可替換的形式來實現，并且不應當被理解為僅限制于本文所闡明的實施例。此外，本文所使用的術語只是為了描述特定的實施例，并且并非意在對本發明的示例實施例進行限制。

如同本文所使用的，單數形式“一(a)”、“一個(an)”和“該(the)”意指同樣包括復數形式，除非上下文另有明確指出。還應當理解，詞語“包含”、“含有”、“具有”、“帶有”、“包括”和/或“涵蓋”表示存在著所說明的特征、步驟或構件，但并不排除存在或添加一個或多個其他特征、步驟或構件。還應當注意，在某些可替換的實施方式中，所指出的功能/動作可以按照與附圖所示的順序不同的順序出現。

在一種實施例中，柔性膜片被用作在壓力感測集成電路器件的柔性凝膠與周圍環境之間的屏障。膜片有助于消除或減少某些或所有前面所描述的對凝膠材料的不利影響。

在一種實施例中，壓力感測集成電路(ic)器件包含含有壓力傳感器的管芯、覆蓋著壓力傳感器的柔性凝膠以及覆蓋著柔性凝膠的柔性膜片。膜片和柔性凝膠使壓力傳感器能夠感測集成電路器件外部的環境壓力。

圖4-6示出了本發明的一種實施例，其中圖4是根據本發明的一種實施例的器件400的頂部平面圖，圖5是圖4的器件400沿切割線y-y的截面側視圖，以及圖6是圖5的器件400在較高壓力下的截面側視圖。圖7-9示出了在組裝過程中的各個步驟的器件400，其中圖7示出了在模制(molding)過程之前的器件400，圖8是在模制過程期間的器件400的截面側視圖，以及圖9是在模制過程之后且在去除了模制銷之 后的器件400的截面側視圖。在所示的實施例中，器件400是包含與圖1的上述器件100的元件類似的元件的qfn(四方扁平無引線)型封裝的器件。但是，本領域技術人員應當理解，器件400可以包括有引線器件、bga(球柵陣列)器件等。

現在參照圖4-6，器件400包含以例如管芯貼附材料(未示出)貼附于引線框的焊墊404上的壓力感測管芯402。器件400還包含多個引線406以及用于將引線406連接到管芯402的頂面或活動面上的相應焊盤的相應的鍵合絲線408。

本領域技術人員應當理解，管芯402的頂面同樣具有壓力感測區。壓力感測管芯402可以包含例如壓阻式傳感器、電容式傳感器和/或微機電系統(mems)。柔性凝膠410覆蓋著包含壓力感測區的管芯402的頂面的第一部分。包含管芯焊盤的管芯402的頂面的剩余部分用模制化合物或密封劑412覆蓋。密封劑412同樣覆蓋著鍵合絲線408以及引線406的內表面，例如，頂面406a和內表面406b。密封劑412形成器件400的側壁414和底板416的一些部分。底面416是包含管芯焊墊404、引線406以及密封劑412的間隙部分的器件400的底面部分。

器件400的頂側具有帶有孔口419的蓋子418。應當注意，蓋子418的頂部可以與密封劑412的頂部齊平，在其之下或者延伸到其之上。

位于蓋子418下方的柔性膜片420覆蓋著凝膠410的頂部并與其直接接觸。在膜片420與蓋子418之間的空間形成了腔體422。膜片420是柔性的，并且由可能破壞凝膠410的氣體基本上不可透過的材料制成。可以與蓋子418成一體或者分離的膜片420可以由例如橡膠、有機硅(silicone)、塑料、金屬或熱膠帶制成。膜片420能夠將腔體422內的壓力傳遞給凝膠505，如同下文所描述的。

如圖9所示，在一種優選的實施例中，密封劑412被大體塑形為具有外部側壁414、在密封劑412的頂側的內凹部424的三層敞開箱體，并且每個層都具有相應的內壁。底層由包圍(circumscribe)著大部分或全部凝膠410的內壁425限定。中間層由包圍著大部分或全部膜片 420和腔體422的內壁426限定。頂層由包圍著蓋子418的至少一部分的內壁427限定。

膜片420是具有包括中央凸起部428、環形支撐部429和環形壁部430在內的若干部分的單一物體。中央部428位于凝膠410之上并且與其凸頂接觸。支撐部429位于環形法蘭432之上并且與其接觸，該環形法蘭432對應于密封劑412的底層的裸露頂面。壁部430接觸中間層的內壁426并且從支撐部429垂直延伸到蓋子418。支撐部及壁部429和430有助于將中央部428保持于原位。

由于孔口419，在腔體422內的氣壓與器件400外的環境氣壓相同。孔口419的尺寸被設計為大到足以使在外部與腔體422之間的壓力快速均衡，并且小到足以防止某些碎片及其他物體進入腔體422并破壞器件400的內部構件。壓力感測管芯402能夠感測通過膜片420和凝膠410傳遞的在腔體422內的氣壓。如圖6所示，在較高的壓力下——相對于圖5——膜片420的中央部428變形(即，變扁)并壓縮凝膠410，該凝膠410進而以更大的力擠壓于管芯402的壓力感測區上。

器件400可以使用常規的膜輔助模制(fam)過程來組裝。即，如圖7所示，在管芯402貼附于焊墊404以及管芯402以鍵合絲線408絲線鍵合于引線406之后，器件被布置于模制外殼440內。膜444貼附于其上的模具銷或成形模型(shapingform)442被放下到模制外殼440之內且到管芯402之上。成形模型442限定了上述凹部424的形狀。

隨后，如圖8所示，未固化的模制化合物被注入模制外殼440之內，使得模制化合物填充模制外殼440與成形模型442之間的空間。成形模型442和膜444防止模制化合物412到達管芯402之上的壓力感測區。密封劑412然后被固化，并且然后成形模型442和膜444被去除，從而留下了凹部424(圖9)。隨后，凝膠410被注入(或者以其它方式布置于)凹部424之內，然后膜片420被布置于凹部424之內，并且然后蓋子418被添加以形成圖4的器件400。注意，如果蓋子418和膜片420是一個整體，則僅需要一個步驟來布置蓋子(和膜片)。膜444可以在封裝期間保護管芯402的壓力感測區，并且可以促進成形模型442在 密封劑412的固化之后更容易收回。

圖10是根據本發明的一種可替換實施例的器件450的截面側視圖。器件450大體上類似于器件400，只是器件450使用與器件400的膜片420不同的膜片452。特別地，不是作為由單一材料制成的單一整體構件，膜片452包含由不同材料形成的兩個不同的構件。特別地，膜片452包含(i)由第一材料制成的壁部454和支撐部456，以及(ii)由與第一材料不同的第二材料制成的中央部458。

注意，第一及第二材料可以選自例如金屬、塑料、橡膠、有機硅和熱膠帶。壁部454和支撐部456類似于膜片420的壁部430和支撐部429。注意，中央部458貼附于支撐部456以使中央部在凝膠410頂部上保持于原位。膜片452可以通過例如模制并分別地組裝成為單體物體來制造，并然后在凹部424內被插入到位，作為器件400的組裝部分。

以上已經描述了其中膜片的壁部與相應的密封劑壁接觸的本發明的實施例。但是，本發明并不限制于此。在某些可替換的實施例中，膜片的壁部不與相應的密封劑壁接觸。

以上已經描述了其中膜片包含中央部、支撐部和壁部的本發明的實施例。但是，本發明并不限制于此。在可替換的實施例中，膜片僅包含中央部。在其他可替換的實施例中，膜片包含中央部和支撐部。在膜片僅包含中央部的實施例的某些實施方式中，密封劑的中間層的側壁可以鄰接中央部，以給中央部提供支撐并且使中央部保持于原位。在上述可替換實施例的某些實施方式中，中間層的側壁可以具有有助于將膜片保持于原位的特征部件。

以上已經描述了其中膜片的中央部凸起以與凝膠的凸頂配合的本發明的實施例。但是，本發明并不限制于此。在可替換的實施例中，凝膠的頂部以及膜片的毗連的中央部可以是平面的或凹面的。

以上已經描述了其中在器件的蓋子內的孔口小到足以防止大部分碎片進入蓋子下方的腔體內的本發明的實施例。但是，本發明并不限制于此。由于膜片提供了另外的保護層，因而在某些可替換的實施例中，孔口可以與由密封劑的底層的內壁包圍的區域一樣大。在某些其他可替換 實施例中，孔口可以與包圍密封劑的中間層的內壁的區域一樣大。

以上已經描述了其中集成電路器件為qfn封裝的本發明的實施例。但是，本發明并不限制于此。集成電路器件可以采用任何合適的封裝的形式，并且本發明的可替換實施例以除qfn封裝外的封裝來封裝。

以上已經描述了其中管芯使用鍵合絲線與器件外部的觸頭(例如，引線)電連接的本發明的實施例。但是，本發明并不限制于此。任何合適的裝置都可以被用來將管芯電連接至器件觸頭。例如，在某些可替換的實施例中，器件是(i)其底板包含具有通孔、布線層和/或器件觸頭的基板的且(ii)以導電球與管芯電連接的倒裝芯片。管芯可以進一步使用密封劑或不同的底部填充材料貼附于基板。

以上已經描述了其中(i)凝膠、膜片和蓋子下腔體在平面圖中具有圓形形狀以及(ii)蓋子在平面圖中具有矩形形狀的本發明的實施例。但是，本發明并不限制于此。凝膠、膜片、蓋子下腔體和蓋子可以具有可允許器件起著上述功能的任何合適的形狀。

以上已經描述了其中的本發明的實施例器件測量其腔體內和毗連的外部的氣壓。但是，本發明并不限制于用于測量氣壓的器件。器件可以用來測量任何氣體的壓力。注意，在某些可替換的實施例中，膜片的中央部基本上不讓除通常見于空氣內的氣體外的成分透過。在某些可替換的實施例中，器件被用來測量器件的腔體及最近的外部內的液體的壓力。注意，在這些可替換的實施例中的某些實施例中，膜片的中央部基本上不讓器件正在測量其壓力的液體的成分透過。

以上已經描述了其中凝膠僅覆蓋著管芯的頂部的一部分的本發明的實施例。但是，本發明并不限制于此。在可替換的實施例中，凝膠可以覆蓋管芯的整個頂部。另外，凝膠還可以覆蓋器件的鍵合絲線。

以上已經描述了本發明的一種實施例的一種示例性組裝過程。但是，本發明并不限制于此。本領域技術人員應當意識到，可替換的組裝方法可以被用來組裝根據本發明的實施例的器件。例如，在一種可替換的實施例中，多個器件被組裝在一起。特別地，多個管芯被貼附于引線 框陣列的相應引線框并與其電連接，以形成經由共用的引線框陣列相互連接的多個器件。然后，在封裝步驟中，使用尺寸被設計為可匹配引線框陣列的模制外殼，相應的多個頂部模型和膜被用來使與該多個器件對應的多個開敞的密封劑箱體成形。器件然后可以在完成它們的組裝之前進行單體化。作為選擇，器件可以在單體化之前添加凝膠，插入膜片，和/或添加蓋子。

以上已經描述了具有不同特征的各種實施例。應當指出，除非另有說明或者除非不可能，否則另外的可替換實施例可以結合來自多個上述實施例的特征。

還應當理解，在不脫離隨附的權利要求書所表示的本發明的范圍的情況下，本領域技術人員可以對為了解釋本發明的特性而已經描述并示出的部分的細節、材料和布局進行各種改變。

本文對“一種實施例”或“一個實施例”的引用意指，結合該實施例來描述的特定特征、結構或特性能夠包含于本發明的至少一種實施例中。短語“在一種實施例中”在本說明書的不同地方的出現并不一定全都指的是同一實施例，也不是一定與其他實施例相互排斥的單獨的或可替換的實施例。對于術語“實施方式”同樣如此。

在包括任何權利要求的本說明書中，詞語“每個”可以被用來指代多個之前列舉的元件或步驟的一個或多個指定特性。當與無限制的詞語“包含”一起使用時，詞語“每個”的引用并不排除別的未列舉的元件或步驟。因而，應當理解，裝置可以具有另外的未列舉的元件，并且方法可以具有另外的未列舉的步驟，其中另外的未列舉的元件或步驟并不具有該一個或多個指定的特性。

引線框是在用于將一個或多個集成電路管芯組裝成單一封裝的半導體器件的半導體封裝中使用的金屬引線和其他可能元件(例如，管芯焊墊、能量棒(powerbar))的集合。在組裝成封裝的器件之前，引線框可以具有用于使那些元件保持于原位的支撐結構(例如，矩形金屬框)。在組裝過程中，可以去除支撐結構。如同本文所使用的，術語“引線框”可以用來指的是組裝之前或組裝之后的元件集合，不管是否 存在那些支撐結構。

盡管在隨附的任何關于方法的權利要求中的步驟按照具有相應標號的特定順序來敘述，但是除非該權利要求的敘述另外暗示著用于實施某些或所有那些步驟的特定順序，否則那些步驟并不一定意指限制于按照該特定順序來實施。