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TWI674050B - 在基板之間具有媒介通道的感測器裝置 - Google Patents

在基板之間具有媒介通道的感測器裝置 Download PDF

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TWI674050B
TWI674050B TW107115430A TW107115430A TWI674050B TW I674050 B TWI674050 B TW I674050B TW 107115430 A TW107115430 A TW 107115430A TW 107115430 A TW107115430 A TW 107115430A TW I674050 B TWI674050 B TW I674050B
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Shivesh Langhanoja
席維 仁哈諾亞
Brent Hans Larson
布倫特 拉森
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Tt Electronics Plc
美商Ｔｔ電子公司
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Abstract

一種感測器裝置，包含：第一基板，具有底表面及頂表面；第二基板，具有底表面及頂表面，媒介通道，具有二垂直段及水平段，其中二垂直段穿過第二基板，第二基板的底表面的部分形成水平段的頂表面，且第一基板的頂表面的部分形成水平段的底表面；感測器晶片，設置於媒介通道的二垂直段的一者上；及模製化合物，覆蓋第一基板、第二基板及感測器晶片的側表面。

Description

在基板之間具有媒介通道的感測器裝置
本發明係關於半導體技術領域，特別是在基板之間具有媒介通道的感測器裝置。
感測器裝置，例如壓力感測器裝置，廣泛地用於許多應用。例如，壓力感測器裝置可用於監測汽車輪胎的輪胎壓力或用於監測空氣過濾系統的空氣壓力。聲音感測器可用於偵測聲波或聲音。光學感測器可用於偵測光波或光束。於典型的應用，於系統中一或更多感測器裝置通常與其它組件積體。為了減小系統的尺寸及成本，非常想要的是有小形成因子但可靠的封裝中的感測器裝置。唯，這件事仍是非常有挑戰性的。例如，一些現存的壓力感測器裝置具有壓力感測器晶片安裝於基板上且以塑膠蓋覆蓋。環氧樹脂密封物施加於基板及塑膠蓋之間以支持其中的壓力。此方案因為一些原因不能令人完全滿意。例如，使用環氧樹脂密封物會導致較高的製造成本，因為延長的組裝時間及增加的製程複雜度。此外，環氧樹脂密封物可能隨時間而失效。
因此，感測器裝置的封裝的改進是想要的。
 【發明內容】及【實施方式】
以下的說明提出許多不同實施方式，或範例，用於實現提出的標的的不同特徵。組件及配置的特定範例於下敘述以簡化本發明。當然這些僅為範例而無意為限制性的。對於敘述的裝置、系統、方法的任意替代及進一步的修改，及本發明的原則的任意進一步的應用，係完全被認為是與發明相關的所屬技術領域的具有通常知識者會一般地思及的。例如，對於一實施方式敘述的特徵、組件及/或步驟可與對於本發明的其它實施方式敘述的特徵、組件及/或步驟結合而形成根據本發明的裝置、系統或方法的再另一實施方式，即使未明示此組合。此外，為了簡化，於一些例子相同的參考標號用於整份圖式以參照相同或相似的部件。
此外，空間相關的單詞，例如「下方」、「之下」、「下(或較低)」、「底」、「之上」、「上(或較高)」、「上方」、「上」、「頂」及類似，於此可用於方便說明以敘述一元件或特徵對於另外的元件或特徵的關係，如於圖所示的。空間相關的單詞有意涵蓋除了圖所描述的定向之外的在使用或操作時裝置的不同的定向。裝置可定向為另一者(旋轉90度或於其它定向)，且於此使用的空間相關描述符可據此相似地解釋。
本發明一般關於感測器裝置及其製造方法。更特定地，本發明關於以於從上方模製而組裝感測器晶片(或感測器晶粒)及其它組件(若有)，以產生小形成因子的封裝。於較佳的實施方式，訊號處理晶片(或訊號處理晶粒)與感測器晶片被從上方模製在一起。根據本發明的實施方式，感測器晶片及其它組件設置於由底基板支持的頂基板上，其中頂及底基板可包含相同或不同的材料。媒介通道提供有凹部於二基板及穿過頂基板的二孔之間。媒介通道提供對於感測的目的的感測器晶片的底側的出入口。感測器晶片、任意其它組件及二基板被從上方模製以產生較小的形成因子的封裝。從上方模製不僅保護多樣的組件，且亦提供對於感測器裝置的機械強度及可靠度。與傳統的感測器裝置封裝方法相較，本發明提供較簡單的製造流程且產生較小且更可靠的感測器裝置封裝。
參照圖1A至1E，於其所示的為感測器裝置100，其根據本發明的一些態樣建構。於簡要綜述，感測器裝置100包含底基板102、頂基板104、感測器晶片110、選擇性的訊號處理晶片116及覆蓋多樣的組件的從上方模製化合物124。圖1C顯示基板104的頂表面104’的示意平面圖。圖1D顯示基板104的底表面104”的示意平面圖。圖1E顯示基板102的頂表面102’的示意平面圖。圖1A為沿著圖1C的A-A線的感測器裝置100的截面圖。圖1B為沿著圖1C的B-B線的感測器裝置100的截面圖。感測器裝置100整體參照圖1A至1E於下進一步敘述。
基板104設置於基板102上方。基板102及104可由黏著或其它機制(未顯示)附接在一起。於此實施方式，基板102及104包含不同材料。例如，基板102包含印刷電路板(PCB)且基板104包含塑膠材料、金屬材料例如銅或銅合金、或另一材料，其依感測器裝置100的應用而定。於此實施方式，基板102為雙面PCB(具有金屬層於絕緣材料的頂及底表面)。任意PCB材料(例如FR-2及FR-4)可用於基板102。此外，基板102可包含PCB的一或更多層。於替代的實施方式，基板102及104的各者包含PCB。進一步的此實施方式，二PCB基板102及104可被焊接或熔接在一起以形成機械密封及任意電連接的兩者。
媒介通道105至少部分提供於基板104中。媒介通道105為中空且連續的通道，其被組態為用於應用媒介，例如空氣、流體、或光束，以傳播穿過此處且要由感測器晶片110感測到。媒介通道105具有水平段106及二垂直段107及108。水平段106形成於基板104的底表面104”及基板102的頂表面102’之間。於此實施方式，水平段106由凹陷的底表面104”及實質平坦的頂表面102’的部分形成。水平段106可具有長方形、圓形、或橢圓形的形狀或其它適合的形狀於Y-Z截面中。二垂直段107及108形成作為穿過基板104的二孔，且各可具有圓形、橢圓形或多角形的形狀或其它適合的形狀於X-Y平面中(參照圖1C及1D)。當基板104包含塑膠材料，此實施方式的媒介通道105可由模製塑膠材料形成，以具有特定的形狀。當基板104包含金屬材料，此實施方式的媒介通道105可由蝕刻、研磨、鑽鑿、壓製或其它適合的製程形成。當基板104包含PCB，此實施方式的媒介通道105可由蝕刻、研磨、鑽鑿或其它適合的製程形成。形成媒介通道105的多樣的其它製程被認為是落入本發明的範圍中。
感測器晶片110設置於第二基板104的頂表面104’上且於垂直段108正上；及感測器裝置100更包含具有入口113的埠(或管)112。埠112設置於頂表面104’上。於此實施方式，埠112具有圓柱形狀且入口113對準垂直段107。唯，於多樣的實施方式，埠112可具有任意適合的形狀，直的或曲的，且入口113可或可沒有與垂直段107對準。應用媒介(例如，空氣、流體或光)會傳播穿過埠112及媒介通道105以到達感測器晶片110的底表面的感測區。基板102及104可由一些黏著物附接，且由模製化合物124進一步強化，使得媒介通道105作為對於應用媒介的實質的密封的通道。於替代的實施方式，埠112可形成作為模製化合物124的部分，而不是獨立的管，其顯示於將進一步敘述的圖2B。
當應用媒介不對基板102及104腐蝕，媒介通道105不需要特別的表面處理。例如，當感測器裝置100是對於壓力量測且應用媒介是空氣(或非腐蝕氣體)，基板104中的塑膠材料及基板102中的玻璃纖維材料可足以密封媒介通道105。為了改進媒介通道105的密封，基板102的頂表面(亦為媒介通道105的底表面)的部分可由銅、電鍍銅、銅合金、電鍍銅合金、金、電鍍金或其它適合的材料覆蓋，因而形成通道表面墊132(圖1E)。於實施方式，通道表面墊132可被設計且製造作為在PCB基板102上的銅區。
當應用媒介對於基板104、基板102、及/或感測器晶片110有腐蝕性，可配置一些抗蝕機制於感測器裝置100中。例如，感測器晶片110的底表面可由保護膜覆蓋。於另一例子，通道表面墊132可由抗蝕材料覆蓋，例如電鍍金的薄膜。於更多的例子，基板104中的媒介通道105的表面可塗佈、電鍍、或是形成有抗蝕材料的薄膜。
此外，媒介通道105的表面設計為適合應用媒介的傳播。例如，當應用媒介為空氣、氣體或流體，媒介通道105的表面可被適當地密封且選擇性地處理(如上討論的)以允許應用媒介流動經過。對於另一範例，當應用媒介為光束，媒介通道105的表面可作成反射性的(例如，鏡面處理)以允許光束從入口113經由內部反射傳播至感測器晶片110的底表面。
再參照圖1A及1B，於此實施方式，感測器裝置100更包含第二埠(或管)114設置於感測器晶片110的頂表面上。埠114具有入口115，其中在感測器晶片110的頂表面的感測區被進出。此為感測器晶片110被組態用以執行差異感測功能的實施方式。換句話說，感測器晶片110被組態用以感測施加於它的頂表面(經由埠114)及它的底表面(經由埠112)的差異(例如，空氣壓力)。於一些其它實施方式(例如圖2A所示)，感測器晶片110被組態用以執行單側感測功能且埠114因此不包含於感測器裝置100中。於多樣的實施方式，埠114可具有任意適合的形狀，直的或曲的，且入口115可或可沒有與垂直段108對準。此外，埠114亦可形成作為模製化合物124的部分，而不是獨立的管，於一些實施方式，類似圖2B的埠112。
感測器裝置100更包含訊號處理晶片116設置於基板104上方，於此實施方式。訊號處理晶片116可為應用特定積體電路(ASIC)、邏輯裝置、處理器、微控制器、或其它適合的半導體裝置，其組態用以控制感測器晶片110及/或用以接收及處理由感測器晶片110產生的訊號。參照圖1C，於此實施方式，基板104的頂表面104’包含晶粒附接區126及128，其上可分別設置訊號處理晶片116及感測器晶片110。例如，訊號處理晶片116及感測器晶片110可分別附接於晶粒附接區126及128，使用可為電絕緣或導電的黏著物或帶(未顯示)。晶粒附接區126及128可具有用於附接的晶墊，或可包含用於確保訊號處理晶片116及感測器晶片110的對準及位置的凸塊區。感測器裝置100更包含接合導線118，其電連接訊號處理晶片116及感測器晶片110於基板102的頂表面102’上的接合接觸物130(圖1E)。於此實施方式，基板104設計為寬度及/或長度窄於基板102，使得接合導線118可繞過基板104的外側。這裡由提供對接合導線附接的耐受度而降低製造成本。基板104可設計為具有規律或不規律的形狀，於多樣的實施方式。接合導線118可包含鋁、銅、金、鍍金的銅或其它適合的材料。基板102(於此實施方式為PCB)可使用導電跡線提供於訊號處理晶片116及感測器晶片110之間的電連接。於多樣的實施方式，感測器晶片110可由直接導線接合於兩者之間而電連接於訊號處理晶片116，除了或替代經由基板102的電連接。感測器裝置100可更包含其它主動或被動組件(未顯示)，例如電阻器或電容器，設置於基板104的頂表面104’上。於一些實施方式，感測器裝置100可更包含主動或被動組件(未顯示)設置於不被基板104佔據的區域的基板102的頂表面102’上。於另一實施方式，感測器裝置100不包含訊號處理晶片116。例如，感測器裝置100可提供感測器晶片110對系統板的輸出，其提供感測器晶片110及一些訊號處理晶片之間的電連接。
再參照圖1A及1B，感測器裝置100更包含接觸墊120設置於基板102的底表面102”上。接觸墊120經由基板102中的導電通路(例如，通孔)電連接於訊號處理晶片116、感測器晶片110及/或其它電子組件。於一應用，感測器裝置100可由焊接接觸墊120於系統板上而積體於系統中。有接觸墊120於感測器裝置100的底表面降低感測器裝置100的足跡且節省系統板面積。
感測器裝置100更包含模製化合物124。模製化合物124可為塑膠、環氧樹脂、填充二氧化矽的樹脂、陶瓷、其組合或其它適合的材料。模製化合物124提供感測器裝置100的自然密封且與基板102的側表面、基板104的頂及側表面、訊號處理晶片116、感測器晶片110、接合導線118及頂表面104’上的任意其它組件機械接觸。模製化合物124不覆蓋接觸墊120。模製化合物124提供對於感測器裝置100的多樣的組件的對操作環境的保護。它亦提供對於感測器裝置100的機械強度。特別是，它提供嵌位力予基板102及104，因而增加感測器裝置100可操作於的壓力範圍。於如圖1A及1B所示的實施方式，埠112的下部分亦由模製化合物124從上方模製，因而成為感測器裝置100的固定物。相對地，埠114以可移除的方式附接於感測器晶片110的頂部。於多樣的實施方式，埠112及114的各者，獨立地，可固定地安裝(例如，由模製化合物124從上方模製)於感測器裝置100中，或以可移除的方式附接於感測器裝置100(即，它可依需求插入或不插入)。此外，如上討論的，埠112及114的各者可為模製化合物124的部分，例如，由從上方模製製程形成，而不是獨立的物件。
如圖1A至1E所示的包含訊號處理晶片116、感測器晶片110及頂表面104’上的埠112及114的多樣的組件的設置為例示性的，且無意限制所提的標的。相似地，接觸墊130的數量及設置亦為例示性的且不限制所提的標的。
圖1F至1H描述感測器裝置100的另一範例組態，其根據本發明的實施方式建構。參照圖1F及1G，晶粒附接區126(對應訊號處理晶片116)插入晶粒附接區128(對應感測器晶片110)及垂直段107(對應埠112)。水平段106及通道表面墊132於下方跨過晶粒附接區126。換句話說，水平段106及通道表面墊132為在訊號處理晶片116的正下方。圖1F至1H所示的組態可使感測器裝置100非常緻密。感測器裝置100的許多其它組態被認為是落入本發明的範圍中。
圖2A描述用於執行單側感測功能的裝置100的實施方式。埠114不包含於此感測器裝置100中。圖2B描述裝置100的另一實施方式，其中埠112僅為模製化合物124的部分。凹部113可使用接腳模製，作為從上方模製製程的部分。
圖3A及3B描述另一感測器裝置300的截面圖，其由根據本發明的態樣建構。相似於感測器裝置100，感測器裝置300亦包含基板102及104、媒介通道105、感測器晶片110、選擇性的訊號處理晶片116、埠112及選擇性的埠114、接合導線118、接觸墊120及模製化合物124。基板104設置於基板102上方。裝置110及116設置於基板104上方。於感測器裝置300的實施方式，基板102包含PCB且基板104包含塑膠材料、或金屬材料例如銅或銅合金。於另一的實施方式，基板102及104的各者包含PCB。為了簡化的目的，感測器裝置300的許多態樣於下的討論中被省略。
再參照圖3A及3B，媒介通道105包含水平段106及二垂直段107及108。水平段106形成於頂表面102’的凹陷的部分及底表面104”的凹陷的部分之間。頂表面102’的凹陷的部分及底表面104”的凹陷的部分可具有或可不具有相同的形狀或尺寸。頂表面102’的凹陷的部分可由鑽鑿或研磨製程形成，例如，當PCB基板102被製造時形成作為研磨槽。為了密封媒介通道105的目的，頂表面102’的凹陷的部分可由銅、電鍍銅、銅合金、電鍍銅合金或其它適合的材料覆蓋。底表面104”的凹陷的部分及二垂直段107及108可由模製製程或其它適合的製程形成。根據應用媒介，媒介通道105的表面可由抗蝕材料適當地處理，如於上討論的。
感測器裝置300可包含埠112及114的兩者，用於執行差異感測功能。或是，感測器裝置300可包含埠112而無埠114，用於執行單側感測功能。此外，埠112及114的各者可為從上方模製進入感測器裝置300，或可以可插入的方式進入感測器裝置300。再者，埠112及114的各者，獨立地，可形成作為模製化合物124的部分而不是分開的物件。
圖4A及4B描述另一感測器裝置400的截面圖，其根據本發明的態樣建構。相似於感測器裝置100，感測器裝置400亦包含基板102及104、媒介通道105、感測器晶片110、選擇性的訊號處理晶片116、埠112及選擇性的埠114、接合導線118、接觸墊120及模製化合物124。基板104設置於基板102上方。裝置110及116設置於基板104上方。於感測器裝置400的實施方式，基板102包含PCB且基板104包含塑膠材料、或金屬材料例如銅或銅合金。於另一的實施方式，基板102及104的各者包含PCB。為了簡化的目的，感測器裝置400的許多態樣於下的討論中被省略。
再參照圖4A及4B，媒介通道105包含水平段106及二垂直段107及108。水平段106形成於頂表面102’的凹陷的部分及底表面104”的實質平坦的部分之間。頂表面102’的凹陷的部分可由鑽鑿或研磨製程形成，例如，當PCB基板102被製造時形成作為研磨槽。為了密封媒介通道105的目的，頂表面102’的凹陷的部分可由銅、電鍍銅、銅合金、電鍍銅合金或其它適合的材料覆蓋。垂直段107及108可由模製製程或其它適合的製程形成。根據應用媒介，媒介通道105的表面可由抗蝕材料適當地處理，如於上討論的。
感測器裝置400可包含埠112及114的兩者，用於執行差異感測功能。或是，感測器裝置400可包含埠112而無埠114，用於執行單側感測功能。此外，埠112及114的各者可為從上方模製進入感測器裝置400，或可以可插入的方式進入感測器裝置400。再者，埠112及114的各者，獨立地，可形成作為模製化合物124的部分而不是分開的物件。
圖5A及5B描述另一感測器裝置500的截面圖，其由根據本發明的態樣建構。相似於感測器裝置100，感測器裝置500亦包含基板102及104、媒介通道105、感測器晶片110、選擇性的訊號處理晶片116、埠112及選擇性的埠114、接合導線118、接觸墊120及模製化合物124。基板104設置於基板102上方。裝置110及116設置於基板104上方。於感測器裝置500的實施方式，基板102包含PCB且基板104包含塑膠材料、或金屬材料例如銅或銅合金。感測器裝置500的於另一實施方式，基板102及104的各者包含PCB。感測器裝置500可包含埠112而無埠114，用於執行單側感測功能。此外，埠112及114的各者可為從上方模製進入感測器裝置500，或可以可插入的方式進入感測器裝置500。再者，埠112及114的各者，獨立地，可形成作為模製化合物124的部分而不是分開的物件。為了簡化的目的，感測器裝置500的許多態樣於下的討論中被省略。
不像裝置100，裝置500提供孔122(或通孔)於基板104的周邊區域。孔122可於與形成基板104中的媒介通道105相同的製程(例如，模製)中形成。接合導線118路由穿過孔122，以電連接訊號處理晶片116及感測器晶片110於基板102的頂表面102’上的接合接觸物130(例如，圖1E)。基於設計需求，孔122的數量及設置可提供彈性。此外，相似於圖3A至4B所示的裝置300及400，於一些實施方式，裝置500的媒介通道105的組態可變化。
圖6A至6E描述另一感測器裝置600，其根據本發明的態樣建構。相似於感測器裝置100，感測器裝置600亦包含基板102及104、媒介通道105、感測器晶片110、選擇性的訊號處理晶片116、埠112及選擇性的埠114、接合導線118、接觸墊120及模製化合物124。圖6C顯示基板102的頂表面102’的示意平面圖。圖6D顯示基板102的底表面102”的示意平面圖。圖6E顯示基板104的頂表面104’的示意平面圖。圖6A為沿著圖6C的C-C線的感測器裝置600的截面圖。圖6B為沿著圖6C的D-D線的感測器裝置600的截面圖。為了簡化的目的，感測器裝置600的許多態樣於下的討論中被省略。
參照圖6A及6B，於此實施方式，基板102包含PCB且基板104包含塑膠材料、或金屬材料例如銅或銅合金。於替代的實施方式，基板102及104的各者包含PCB。基板102及104可設計為具有相同或不同的尺寸。與感測器裝置100相較，感測器裝置600具有二基板102及104，它們的位置顛倒。換句話說，在感測器裝置600中基板102設置於基板104上方，且裝置116及110設置在基板102上方。感測器裝置100及600之間的許多其它差異造成此差異。
媒介通道105提供於基板102及104中。媒介通道105具有水平段106及二垂直段107及108。水平段106形成於基板102的底表面102”及基板104的頂表面104’之間。於此實施方式，水平段106由頂表面104’的凹陷的部分及實質平坦的底表面102”的部分形成。水平段106可具有長方形、圓形、或橢圓形的形狀或其它適合的形狀於Y-Z截面中。當基板104包含塑膠材料，此實施方式的水平段106可由模製塑膠材料形成，以具有特定的形狀。當基板104包含金屬材料，此實施方式的水平段106可由蝕刻、研磨、鑽鑿、壓製或其它適合的製程形成。當基板104包含PCB，此實施方式的媒介通道105可由蝕刻、研磨、鑽鑿或其它適合的製程形成。二垂直段107及108可形成作為穿過PCB基板102的二孔，且各可具有圓形、橢圓形或多角形的形狀或其它適合的形狀於X-Y平面中(參照圖6C及6D)。基於應用媒介，媒介通道105可適當地密封且選擇性地處理，例如於上參照感測器裝置100討論的。例如，為了改進媒介通道105的密封，亦作為水平段106的頂表面的底表面102”的部分可由銅、電鍍銅、銅合金、電鍍銅合金或其它適合的材料覆蓋，因而形成通道表面墊132(圖6D)。此外，垂直段107及108可設計且製造為有銅、電鍍銅、銅合金、電鍍銅合金或其它適合的材料於其側壁上的通孔。
感測器裝置600可包含埠112及114的兩者，用於執行差異感測功能。或是，感測器裝置600可包含埠112而無埠114(見圖6F)，用於執行單側感測功能。此外，埠112及114的各者可為從上方模製進入感測器裝置600，或可以可插入的方式進入感測器裝置600。再者，埠112及114的各者，獨立地，可形成作為模製化合物124的部分而不是分開的物件(例如，見圖6G)。
訊號處理晶片116及感測器晶片110可使用依裝置116及110的封裝而定的任意適合的機制，而電及機械的連接於PCB基板102。例如，裝置116及110的各者可具有引腳型的封裝、球柵陣列(BGA)型的封裝、平面網格陣列(LGA)型的封裝或類似。參照圖6C，於此實施方式，基板102的頂表面102’包含訊號處理晶粒附接區126及感測器晶粒附接區128。訊號處理晶片116及感測器晶片110可分別附接於晶粒附接區126及128，使用可為電絕緣或導電的黏著物或帶(未顯示)。頂表面102’更包含接合接觸物130，用於電接合訊號處理晶片116及/或感測器晶片110於PCB基板102。於此實施方式，裝置116及110經由接合導線118電接合於PCB基板102。感測器裝置600亦可包含直接連接裝置116及110的接合導線118。於替代的實施方式，裝置116及110的各者可經由直接焊接而無接合導線118，電連接於PCB基板102。
再參照圖6A及6B，接觸墊120設置於底表面104”上，於此實施方式。感測器裝置600更包含接腳134，其穿過基板104及102且電連接接觸墊120於訊號處理晶片116及感測器晶片110的至少一者。於此實施方式，各接腳134及對應的接觸墊120可產生作為硬體的單一物件，例如，由沖壓或蝕刻金屬。在組裝製程期間，接腳134可從底表面104”經由孔122插入以達到頂表面102’。參照圖6C，頂表面102’更包含焊接位置136，其中一些經由導電跡線138電連接於接合接觸物130。焊接位置136的一些可為電浮置，或連接於接地面(未顯示)。接腳134被焊接於焊接位置136上。接腳134不僅作成電連接，還產生基板102及104之間的嵌位力，其強化感測器裝置600的機械強度。於多樣的實施方式，如圖6A至6E所示的包含訊號處理晶片116、感測器晶片110及頂表面102’上的埠112及114的多樣的組件的設置僅為例示性的，且無意限制所提的標的。相似地，孔122的數量及設置以及接觸墊130的數量及設置亦為例示性的且不限制所提的標的。
圖7A及7B描述感測器裝置700的截面圖，其根據本發明的態樣建構。相似於感測器裝置600，感測器裝置700亦包含基板102及104、媒介通道105、感測器晶片110、選擇性的訊號處理晶片116、埠112及選擇性的埠114、接觸墊120、接腳134及模製化合物124。於感測器裝置700的實施方式，基板102包含PCB且基板104包含塑膠材料、或金屬材料例如銅或銅合金。於替代的實施方式，基板102及104的各者包含PCB。基板102設置於基板104上方。基板102及104可設計為具有相同或不同的尺寸。裝置116及110設置於基板102上方。裝置116及110可使用接合導線118、直接焊接(未顯示)或其它適合的機制電連接於基板102。為了簡化的目的，感測器裝置700的許多態樣於下的討論中被省略。
再參照圖7A及7B，媒介通道105包含水平段106及二垂直段107及108。水平段106形成於頂表面104’的凹陷的部分及底表面102”的凹陷的部分之間。頂表面104’的凹陷的部分及底表面102”的凹陷的部分可具有或可不具有相同的形狀或尺寸。垂直段107及108形成作為穿過基板102的孔。底表面102”的凹陷的部分及垂直段107及108可在基板102製造時由一或更多鑽鑿製程形成。例如，底表面102”的凹陷的部分可形成作為研磨槽，而垂直段107及108可形成作為PCB基板102中的通孔。為了密封媒介通道105的目的，底表面102”的凹陷的部分及垂直段107及108可由銅、電鍍銅、銅合金、電鍍銅合金或其它適合的材料覆蓋。底表面104”的凹陷的部分可由模製製程或其它適合的製程形成。根據應用媒介，媒介通道105的表面可由抗蝕材料適當地處理，如於上討論的。
感測器裝置700可包含埠112及114的兩者，用於執行差異感測功能。或是，感測器裝置700可包含埠112而無埠114，用於執行單側感測功能。此外，埠112及114的各者可為從上方模製進入感測器裝置700，或可以可插入的方式進入感測器裝置700。再者，埠112及114的各者，獨立地，可形成作為模製化合物124的部分而不是分開的物件。
圖8A及8B描述感測器裝置800的截面圖，其根據本發明的態樣建構。相似於感測器裝置600，感測器裝置800亦包含基板102及104、媒介通道105、感測器晶片110、選擇性的訊號處理晶片116、埠112及選擇性的埠114、接觸墊120、接腳134及模製化合物124。於感測器裝置800的實施方式，基板102包含PCB且基板104包含塑膠材料、或金屬材料例如銅或銅合金。於替代的實施方式，基板102及104的各者包含PCB。基板102設置於基板104上方。基板102及104可設計為具有相同或不同的尺寸。裝置116及110設置於基板102上方。裝置116及110可使用接合導線118、直接焊接(未顯示)或其它適合的機制電連接於基板102。為了簡化的目的，感測器裝置800的許多態樣於下的討論中被省略。
再參照圖8A及8B，媒介通道105包含水平段106及二垂直段107及108。水平段106形成於頂表面104’的實質平坦的部分及底表面102”的凹陷的部分之間。垂直段107及108形成作為穿過基板102的孔。底表面102”的凹陷的部分及垂直段107及108可在基板102製造時可由一或更多鑽鑿製程形成。例如，底表面102”的凹陷的部分可形成作為研磨槽，而垂直段107及108可形成作為PCB基板102中的通孔。為了密封媒介通道105的目的，底表面102”的凹陷的部分及垂直段107及108可由銅、電鍍銅、銅合金、電鍍銅合金或其它適合的材料覆蓋。根據應用媒介，媒介通道105的表面可由抗蝕材料適當地處理，如於上討論的。
感測器裝置800可包含埠112及114的兩者，用於執行差異感測功能。或是，感測器裝置800可包含埠112而無埠114，用於執行單側感測功能。此外，埠112及114的各者可為從上方模製進入感測器裝置800，或可以可插入的方式進入感測器裝置800。再者，埠112及114的各者，獨立地，可形成作為模製化合物124的部分而不是分開的物件。
圖9描述形成感測器裝置(例如感測器裝置100、300、400及500)的方法900的流程圖。方法900僅為範例，且無意多加限制於本發明明示記載於申請專利範圍中者。方法900包含操作901、903、904、906、908、910及912。額外的操作可提供於方法900之前、之中及之後，且對於方法的額外的實施方式，所述的一些操作可被取代、消除、或移動繞過。方法900簡要地於下關聯圖1A至5B敘述。
於操作901，方法900提供(或提供有)第一基板，例如基板102。於此實施方式，第一基板102包含PCB。第一基板102的頂表面包含接合接觸物130及通道表面墊132(例如，圖1E或圖1H)。第一基板102的底表面包含導電墊120(例如，圖1A)。第一基板102的頂表面可為實質平坦(例如，圖1A)或提供有凹部(例如，圖3A或圖4A)。
於操作903，方法900可設置一些主動或被動組件於第一基板102的頂表面上。於方法900的一些實施方式，此步驟可被省略。
於操作904，方法900提供(或提供有)第二基板，例如基板104。於此實施方式，第二基板104包含塑膠材料或金屬材料。於另一實施方式，第二基板104包含PCB。第二基板104提供有二通孔(或二通道孔)107及108作為媒介通道105的二垂直段。第二基板104的底表面可提供有凹部(例如，圖1A或圖3A)，或可為實質平坦(例如，圖4A)。第二基板104的頂表面可提供有晶粒附接區126及128(例如，圖1C或圖1F)。於實施方式，第二基板104的頂表面亦可提供有通孔122(例如，圖5A及5B)。
於操作906，方法900設置(或附接)多樣的組件於第二基板的頂表面上。例如，方法900可使用黏著物、環氧樹脂、帶或類似附接感測器晶片110及訊號處理晶片116於第二基板104的頂表面上的晶粒附接區126及128上。特別是，感測器晶片110直接附接於垂直段108之上。方法900可附接額外的被動或主動電子組件於第二基板104的頂表面上。方法900亦可附接埠112及114的一或兩者。特別是，若需要，埠112直接附接於垂直段107之上且埠114直接附接於感測器晶片110之上。或是，方法900可無附接埠112及114的任一者，而是依靠從上方模製製程以形成凹部113及/或115(例如，圖2B)。
於操作908，方法900使用黏著物、環氧樹脂、帶或類似附接第一及第二基板。第一基板102的頂表面及第二基板104的底表面的至少一者包含凹部(例如，圖1A、3A或4A)，其形成媒介通道105的水平段106。
於操作910，方法900附接接合導線(例如，接合導線118)，從第二基板104的頂表面上的電子組件至第一基板102的頂表面上的接合接觸物130。接合導線118可包含鋁、銅、金、鍍金的銅或其它適合的材料。接合導線118可使用焊接附接於電子組件及接合接觸物。於實施方式，接合導線118路由於基板104之外(例如，圖1A及1B)。於另一實施方式，接合導線118穿過基板104中的孔122(例如，圖5A及5B)。
於操作912，方法900以模製化合物124從上方模製第一基板、第二基板、多樣的電子組件、接合導線及選擇性的埠。模製化合物124可為塑膠、環氧樹脂、填充二氧化矽的樹脂、陶瓷、其組合或其它適合的材料。模製化合物124可用作液體聚合物，其之後以熱、壓力、紫外線輻射、環境氣氛、或其它適合的機制固化以形成固體化合物。
圖10描述形成感測器裝置(例如感測器裝置600、700及800)的方法1000的流程圖。方法1000僅為範例，且無意多加限制於本發明明示記載於申請專利範圍中者。方法1000包含操作1002、1004、1006、1008、1010、1012及1014。額外的操作可提供於方法1000之前、之中及之後，且對於方法的額外的實施方式，所述的一些操作可被取代、消除、或移動繞過。方法1000簡要地於下關聯圖6A至8B敘述。
於操作1002，方法1000提供(或提供有)第一基板，例如基板104。於此實施方式，第一基板104包含塑膠材料或金屬材料。於另一實施方式，第一基板104包含PCB。第一基板104的頂表面可提供有凹部(例如，圖6A或圖7A)，或可為實質平坦(例如，圖8A)。第一基板104提供有通孔122(圖6E)。
於操作1004，方法1000提供(或提供有)第二基板，例如基板102。於此實施方式，第二基板102包含PCB。第二基板102的頂表面包含接合接觸物130(例如，圖6C)。第二基板的底表面可包含通道表面墊132(例如，圖6D)。第二基板102的底表面可為實質平坦(例如，圖6A)或提供有凹部(例如，圖7A或圖8A)。第二基板102提供有二通孔(或二通道孔)107及108作為媒介通道105的二垂直段。第二基板102更包含通孔122，用於接收接腳134。於實施方式，孔122由在第二基板102的頂表面的焊接位置136圍繞(例如，圖6C)。焊接位置136的一些經由導電跡線138連接於接合接觸物130(例如，圖6C)。
於操作1006，方法1000設置(或附接)多樣的組件於第二基板的頂表面上。例如，方法1000可使用黏著物、環氧樹脂、帶或類似附接感測器晶片110及訊號處理晶片116於第二基板102的頂表面上。特別是，感測器晶片110直接附接於垂直段108之上。方法1000可附接額外的被動或主動電子組件於第二基板102的頂表面上。方法1000亦作成於電子組件及PCB基板102之間或電子組件之間的電連接。電連接可以接合導線118的形式或直接焊接，於多樣的實施方式。方法1000亦可附接埠112及114的一或兩者。特別是，若需要，埠112直接附接於垂直段107之上且埠114直接附接於感測器晶片110之上。
於操作1008，方法1000使用黏著物、環氧樹脂、帶或類似附接第一及第二基板。特別是，於二基板中的孔122對準。第一基板104的頂表面及第二基板102的底表面的至少一者包含凹部(例如，圖6A、7A或8A)，其形成媒介通道105的水平段106。
於操作1010，方法1000插入接腳134穿過孔122進入基板102及104的兩者中。接腳134的端部可成為接觸墊120。接腳134可由沖壓或蝕刻金屬形成。於替代的實施方式，操作1008可在操作1010之後執行。換句話說，接腳134可在二基板104及102被附接之前插入進入第一基板104。於此情況，接腳134除了作為電連接亦用作對準機制。
於操作1012，方法1000焊接接腳134於第二基板102的頂表面上。例如，接腳134可被焊接於位於第二基板102的頂表面的焊接位置136上(圖6C)。除了作成於其中的電連接，接腳134還提供額外的機械強度予感測器裝置。
於操作1014，方法1000以模製化合物124從上方模製第一基板、第二基板、多樣的電子組件、接合導線及選擇性的埠。模製化合物124可為塑膠、環氧樹脂、填充二氧化矽的樹脂、陶瓷、其組合或其它適合的材料。模製化合物124可用作液體聚合物，其之後以熱、壓力、紫外線輻射、環境氣氛、或其它適合的機制固化以形成固體化合物。
雖然無意為限制性的，本發明的一或更多實施方式提供許多對於感測器裝置及其製造製程的優點。例如，根據本發明的一些實施方式的感測器裝置包含模製化合物覆蓋且機械接觸於頂及底基板、感測器晶片、訊號處理晶片、多樣的其它主動或被動組件、及接合導線。媒介通道提供於頂及底基板之間，它的表面對於應用媒介適當地密封及處理。模製化合物不僅保護多樣的組件，且亦增加感測器裝置的機械強度。於另一實施方式，感測器裝置提供有金屬接腳，其連接基板的兩者，其更增加感測器裝置的機械強度。根據本發明的感測器裝置可作成非常緻密的封裝。
於範例態樣，本發明關於感測器裝置。感測器裝置包含具有底表面及頂表面的第一基板及具有底表面及頂表面的第二基板。第二基板的底表面設置於第一基板的頂表面上。感測器裝置更包含具有二垂直段及水平段的媒介通道。二垂直段穿過第二基板。第二基板的底表面的部分形成水平段的頂表面，且第一基板的頂表面的部分形成水平段的底表面。感測器裝置更包含感測器晶片，設置於第二基板的頂表面上且於媒介通道的二垂直段的一者上。感測器裝置更包含模製化合物，覆蓋第一基板、第二基板及感測器晶片的側表面。
於另一範例態樣，本發明關於用於感測器裝置的封裝的方法。方法執行為，第一基板包含印刷電路板(PCB)且第二基板包含塑膠材料、金屬材料或另一PCB。第二基板具有媒介通道，其有水平段於第二基板的底表面及二垂直段穿過第二基板。方法包含設置感測器晶片於在於媒介通道的二垂直段的一者正上的第二基板的頂表面上。方法更包含以面對第一基板的第二基板的底表面附接第一及第二基板。方法更包含接合一或更多導線，從感測器晶片至第一基板上的一或更多接觸墊。方法更包含從上方模製第一基板、第二基板、感測器晶片及一或更多導線。
於另一範例態樣，本發明關於用於製作感測器裝置的方法。方法執行為，第一基板包含塑膠材料、金屬材料或印刷電路板(PCB)，且第二基板包含另一PCB。第一基板具有第一孔及凹部於第一基板的頂表面。第二基板具有第二孔及二媒介通道孔。方法包含設置感測器晶片於在二媒介通道孔的一者正上的第二基板的頂表面上。方法更包含以面對第一基板的頂表面的第二基板的底表面附接第一及第二基板，且第一孔與第二孔對準。方法更包含插入接腳穿過第一及第二孔，其中在第一基板的頂表面的凹部及二媒介通道孔形成連續媒介通道。方法更包含焊接接腳於第二基板的頂表面且從上方模製第一基板、第二基板、訊號處理晶片及感測器晶片。
於上總述的許多實施方式的特徵使得所屬技術領域中具有通常知識者可更易理解本發明的態樣。所屬技術領域中具有通常知識者應理解他們可輕易地使用本發明作為設計或修改其它製程及結構的基礎，用於實現於此所述的實施方式的相同的目的及/或達成相同的優點。所屬技術領域中具有通常知識者亦應理解此均等結構不離開本發明的精神及範疇，且他們可作出多樣的改變、替代及變換於此而不離開本發明的精神及範疇。
100‧‧‧感測器裝置
102‧‧‧基板
102’‧‧‧頂表面
102”‧‧‧底表面
104‧‧‧基板
104’‧‧‧頂表面
104”‧‧‧底表面
105‧‧‧媒介通道
106‧‧‧水平段
107‧‧‧垂直段
108‧‧‧垂直段
110‧‧‧感測器晶片
112‧‧‧埠
113‧‧‧入口
114‧‧‧埠
115‧‧‧入口
116‧‧‧訊號處理晶片
118‧‧‧接合導線
120‧‧‧接觸墊
124‧‧‧模製化合物
126‧‧‧晶粒附接區
128‧‧‧晶粒附接區
130‧‧‧接合接觸物
132‧‧‧通道表面墊
134‧‧‧接腳
136‧‧‧焊接位置
300‧‧‧感測器裝置
400‧‧‧感測器裝置
500‧‧‧感測器裝置
600‧‧‧感測器裝置
700‧‧‧感測器裝置
800‧‧‧感測器裝置
當閱讀伴隨的圖式，從以下的詳細說明可最佳的理解本發明的態樣。強調的是，根據工業的標準實務，多樣的特徵非實際尺寸。實際上，為了討論的清晰，多樣的特徵的尺度可任意增加或減少。
圖1A及1B為具有二基板的範例感測器裝置的示意截面圖，其根據本發明的一些態樣建構。
圖1C、1D及1E為圖1A及1B的二基板的一些範例表面的示意平面圖，根據一些實施方式。圖1A為沿著圖1C的A-A線的圖。圖1B為沿著圖1C的B-B線的圖。
圖1F、1G及1H為圖1A及1B的二基板的一些範例表面的示意平面圖，於另一實施方式。
圖2A為範例感測器裝置的示意截面圖，其根據本發明的一些態樣建構。
圖2B為範例感測器裝置的示意截面圖，其根據本發明的一些態樣建構。
圖3A及3B為範例感測器裝置的示意截面圖，其根據本發明的一些態樣建構。
圖4A及4B為另一範例感測器裝置的示意截面圖，其根據本發明的一些態樣建構。
圖5A及5B為具有二基板的另一範例感測器裝置的示意截面圖，其根據本發明的一些態樣建構。
圖6A及6B為具有二基板的另一範例感測器裝置的示意截面圖，其根據本發明的一些態樣建構。
圖6C、6D及6E為圖6A及6B的二基板的一些範例表面的示意平面圖，根據一些實施方式。圖6A為沿著圖6C的C-C線的圖。圖6B為沿著圖6C的D-D線的圖。
圖6F為範例感測器裝置的示意截面圖，其根據本發明的一些態樣建構。
圖6G為另一範例感測器裝置的示意截面圖，其根據本發明的一些態樣建構。
圖7A及7B為另一範例感測器裝置的示意截面圖，其根據本發明的一些態樣建構。
圖8A及8B為再另一範例感測器裝置的示意截面圖，其根據本發明的一些態樣建構。
圖9顯示製作感測器裝置的範例方法的流程圖，根據實施方式。
圖10顯示製作感測器裝置的另一範例方法的流程圖，根據實施方式。

Claims (17)

  1. 一種感測器裝置，包含：第一基板，具有底表面及頂表面；第二基板，具有底表面及頂表面，其中該第二基板的該底表面設置於該第一基板的該頂表面上；媒介通道，具有二垂直段及水平段，其中該二垂直段穿過該第二基板，該第二基板的該底表面的部分形成該水平段的頂表面，且該第一基板的該頂表面的部分形成該水平段的底表面；感測器晶片，設置於該第二基板的該頂表面上且於該媒介通道的該二垂直段的一者上；模製化合物，覆蓋該第一基板、該第二基板及該感測器晶片的側表面；及埠，設置於該第二基板的該頂表面上且於該媒介通道的該二垂直段的另一者的正上，使得該埠使應用媒介能夠傳播穿過該埠及該媒介通道以到達該感測器晶片的感測區。
  2. 如請求項1的感測器裝置，更包含：另一埠，設置於該感測器晶片的正上。
  3. 如請求項1的感測器裝置，其中該第一基板包含印刷電路板(PCB)且該第二基板包含塑膠材料、金屬材料或另 一PCB。
  4. 如請求項3的感測器裝置，更包含：一或更多接合導線，電連接該第一基板於該感測器晶片。
  5. 如請求項4的感測器裝置，更包含：一或更多接觸墊，在該第一基板的該底表面上，該一或更多接觸墊電連接於該感測器晶片。
  6. 如請求項3的感測器裝置，其中該媒介通道的該水平段的該底表面包含銅或金。
  7. 如請求項3的感測器裝置，其中該媒介通道的該水平段包含凹部於該第二基板中。
  8. 如請求項3的感測器裝置，其中該媒介通道的該水平段包含凹部於該第一基板中。
  9. 如請求項1的感測器裝置，其中該第一基板包含塑膠材料、金屬材料或PCB，且該第二基板包含另一PCB。
  10. 如請求項9的感測器裝置，其中該第二基板的該頂表面包含接觸墊，更包含： 一或更多接合導線，電連接該感測器晶片於該接觸墊，其中該模製化合物覆蓋該一或更多接合導線。
  11. 如請求項9的感測器裝置，更包含：一或更多接觸墊於該第一基板的該底表面上；及一或更多接腳穿過該第一基板及該第二基板且電連接該一或更多接觸墊於該感測器晶片。
  12. 如請求項9的感測器裝置，其中該感測器晶片被焊於該第二基板的該頂表面上。
  13. 如請求項9的感測器裝置，其中該媒介通道的該水平段包含凹部於該第一基板中。
  14. 如請求項9的感測器裝置，其中該媒介通道的該水平段包含凹部於該第二基板中。
  15. 一種對於包含印刷電路板(PCB)的第一基板及包含塑膠材料、金屬材料或另一PCB的第二基板執行的方法，該第二基板更具有媒介通道，該媒介通道具有於該第二基板的底表面的水平段及穿過該第二基板的二垂直段，該方法包含：設置感測器晶片於在該媒介通道的該二垂直段的一者上的該第二基板的頂表面上； 以面對該第一基板的該第二基板的該底表面附接該第一基板及該第二基板；接合一或更多導線，從該感測器晶片至該第一基板上的一或更多接觸墊；附接埠於在該媒介通道的該二垂直段的另一者的正上的該第二基板的該頂表面上，使得該埠使應用媒介能夠傳播穿過該埠及該媒介通道以到達該感測器晶片的感測區；及從上方模製該第一基板、該第二基板、該感測器晶片及該一或更多導線。
  16. 一種對於包含塑膠材料、金屬材料或印刷電路板(PCB)的第一基板及包含另一PCB的第二基板執行的方法，該第一基板具有第一孔及凹部於該第一基板的頂表面，該第二基板具有第二孔及二媒介通道孔，該方法包含：設置感測器晶片於在該二媒介通道孔的一者上該第二基板的該頂表面上；以面對該第一基板的該頂表面的該第二基板的底表面附接該第一基板及該第二基板，且該第一孔與該第二孔對準；插入接腳穿過該第一孔及該第二孔，其中在該第一基板的該頂表面的該凹部及該二媒介通道孔形成連續媒介通道； 焊接該接腳於該第二基板的該頂表面；附接埠於在該二媒介通道孔的另一者的正上的該第二基板的該頂表面，使得該埠使應用媒介能夠傳播穿過該埠及該媒介通道以到達該感測器晶片的感測區；及從上方模製該第一基板、該第二基板及該感測器晶片。
  17. 如請求項16的方法，更包含：電連接該感測器晶片於該第二基板的該頂表面上的接觸墊。
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