[发明专利]用于三轴磁性传感器的单个封装设计

说明书

技术领域

本发明一般而言涉及用于制造传感器封装的方法以及由这些方法 生产的封装。更具体而言，本发明涉及三轴传感器封装的设计和制造， 以最小化印刷电路板(PCB)上封装的垂直高度。

背景技术

地球磁场强度约为0.5至0.6高斯，并具有总是指向磁北 (magnetic north)的平行于地球表面的分量。该场可以使用偶极模 型来近似——场总是指向北，但是该场相对于地球表面的角度从赤道 的水平变化为在北半球的亚水平(即，“向下”朝向地)和在南半球的 超水平(即，“向上”朝向空气)。在所有情形中，地球场的水平方向 指向磁北且用于确定指南针方向。

磁性传感器已经被广泛使用2000多年，主要用于感测地球磁场以 用于寻找方向或导航。目前，磁性传感器仍然是主要的导航装置且已 经发展出其他用途。因此，可以在医疗、实验室和电子仪器；气象浮 标；虚拟现实系统；以及各种其他系统中发现磁性传感器。

当代消费和商业电子设备设计—般涉及将许多相异功能合并到单 个装置中以及研发出具有越来越小尺寸的装置。小的装置以及结合了 许多功能的装置要求其内部元件尽可能小。期望将寻路和导航技术结 合到这种紧凑装置中则要求必备的2维和3维传感器例如磁性传感器 和/或静态传感器沿Z轴的高度最小(即，PCB平面之外)。沿Z轴安装 垂直传感器对于半导体组装产业而言是一种挑战，特别是对于具有空 间限制的应用。目前的方法无法安装垂直(Z轴)传感器以用于具有有 限空间且成本敏感、大体积、标准PCB工艺的应用。

因此，存在将三轴传感器以低剖面的方式安装在例如蜂窝手机和 其他消费及商业应用中的需求。这种需求应通过成本敏感、大体积、 且容易适于一般PCB组装工艺的应用来满足。

发明内容

依据本发明一个方面，提供了一种传感器封装，该传感器封装包 括分别安装到刚性衬底顶面或者备选地安装到印刷电路板(PCB)的X 轴传感器电路元件、Y轴传感器电路元件、或者备选地组合的X/Y轴传 感器电路元件、以及Z轴传感器电路元件。该衬底优选尺寸为3mm× 3mm，具有16个输入/输出(I/O)焊盘。这些焊盘按多种设计来布置， 包括无引线芯片载具(LCC)设计和球栅阵列(BGA)设计。X轴和Y 轴，或者X/Y轴传感器安装到衬底的顶面。为了最小化封装的高度， 沟道设于该衬底的顶面内以容纳Z轴传感器元件。该沟道具有与Z轴 传感器厚度相对应的宽度。

所有三个传感器具有用于电连接到该衬底的输入/输出(I/O)焊 盘。该X轴和Y轴以及X/Y轴传感器上的I/O焊盘布置于面向衬底的 传感器一侧上，且与置于衬底顶面上的相应I/O焊盘协作，其中该相 应I/O焊盘为焊料填充通孔(via)的形式。在该Z轴传感器元件上， I/O焊盘均沿传感器的一个边缘布置成阵列，并与置于沟道顶部边缘的 衬底上的I/O焊盘、焊料填充的通孔协作。一旦传感器均已经安装到 该衬底，则该封装被包封。在包封之后，该封装的总高度小于1.2mm。

依据本发明第二方面，提供了一种用于安装Z轴传感器电路元件 的方法。该Z轴传感器电路元件将其所有I/O焊盘沿该传感器的一个 边缘布置成垂直阵列。该I/O焊盘沿Z轴传感器的边缘形成，且焊料 凸点(bump)置于该焊盘上。该方法包括从刚性衬底切割出沟道，该 沟道具有与该Z轴传感器的厚度对应的宽度，并具有足够长的深度， 使得Z轴传感器与X轴及Y轴传感器相比不会延伸越过衬底顶面更远。 在沟道形成时，通孔形成于沟道的顶部边缘。这些通孔随后被焊料填 充。Z轴传感器布置成使得其可以测量沿Z轴的磁场，且随后插入到该 沟道中，凸点焊盘停留在衬底表面上并因此接触焊料填充的通孔。随 后，标准回流(reflow)工艺可以用于在Z轴传感器和该刚性衬底之 间形成电连接。该封装随后被包封，且封装的总高度小于1.2mm。

附图说明

图1为包括附着到刚性衬底的X轴传感器、Y轴传感器和Z轴传 感器的传感器封装的示意图。

图2为传感器封装示意图，演示了与3个传感器中各个传感器上 I/O焊盘对准的衬底上I/O焊盘的配置。

图3为传感器封装的示意图，演示了3个传感器的配置及Z轴传 感器上I/O焊盘的对准。

图4A为图3所示传感器封装的俯视示意图，演示了I/O焊盘的配 置。

图4B为图3所示传感器封装的侧视示意图，演示了衬底内切割出 的沟道。