[发明专利]传感器元件接触表面的封装及其封装方法

说明书

技术领域

本发明涉及微机械电子及传感器等领域的封装技术，具体涉及一种关于传感器元件接触表面的封装及其封装方法。利用本发明的方法可以降低封装成本，简化封装结构。

背景技术

对由人体接触产生的应力或压力，尤其是手指接触产生的压力测量在诸如手机游戏，玩具及其他消费类电子控制领域有着广泛应用。除了这些应用，本发明还可以运用在任何小尺寸元件上，并能把作用在微小面积上的表面应力转化成电压值。

为进行有效可靠的操作，接触式压力敏感芯片不仅需要有效地将应力这个物理量进行转换，同时还应该保护芯片上的集成电路和其他部分不被损坏。基于薄膜的压力感应芯片早已问世并使用了一段时间，但运用到目前的封装过程中，它们既不能获得来自人体接触的有效载荷，也不能保护芯片薄膜四周的引线焊盘。

美国专利6,401,545(图1)提出了一种用于保护基于压力敏感薄膜4的芯片1封装方法。传感器首先用粘合剂3连接到基板2上，引线6将传感器的电接触5连接到基板的焊盘7上。在传感器1的薄膜4周围制作坝9来实现两种不同材料胶体的沉积。一种胶体10沉积在薄膜4的上面，它的机械特性可以保证应力传递至薄膜4。另一种胶体11则用于保护焊盘5和7及引线6，使它们不会因为外部环境(水汽，灰尘等)而损坏。相对于传统的封装工艺，这种方法中的坝9需要额外的工艺步骤，从而使得对传感器芯片1，材料10和11的沉积更为复杂。在选择材料11时还必须将基板2和坝9的几何形状及各种特性进行综合考虑。从该发明的描述中可以看出，材料11和材料10的特性基本相同，这也意味着材料11非常柔软，不能很好地保护传感器。除非另外增加工序使得引线键合在载荷传递给敏感区域的过程中得到保护，否则该方法就不能用来制作感应压力的接触表面。针对这些缺点，本发明提出了一种解决方法，在敏感区域和敏感区域以外的部分使用不同的材料，敏感区域涂覆的胶体非常柔软，而坚硬的胶体则用来保护引线、焊盘等。本发明还提出了一种将来自外部环境的机械特性直接传递到敏感区域的方法。

美国专利71,148,882(图2)提出了一种指压式传感器，通过基于电容的压力敏感芯片13和在可变性薄膜14上的坝15，引起空间19的变化，从而将手指的压力转换成可测量的电容变化。这种方法需要在设备内部放置由层16、17和18组成的间隔，从而使得制作工艺变得复杂，另外，该方法并没有提供过压保护。针对这些缺点，本发明提出了一种无需任何真空或气体空间的封装方法，从而使得整个设备更加可靠，经久耐用。相对美国专利71,148,882，本发明无需额外的间隔装置来控制高度，从而节约了制作成本。

其他一些人体接触式压力传感元件采用对外界应力具有强敏感度的压力敏感有机材料，但这些材料比MEMS和IC产业最主要的硅材料要贵得多。本发明的封装方法适用于基于标准硅的压力传感器，或其他标准、非标准元件的微小敏感压力区域。

发明内容

本发明为传感器提供一种传感器元件接触表面的封装及其封装方法。采用柔软材料直接将物理机械激励传递到敏感芯片，而坚硬材料则用来保护敏感芯片的焊盘和其他部件免受机械压力的损伤。

按照本发明提供的技术方案，在基板20的上面有至少一个具有感应功能的感应芯片22；在感应芯片22与基板20间利用引线25相互键合；在感应芯片22上有一个敏感区域，在该敏感区域的表面设置第一层柔性材料23；在基板20上沉积第二层坚硬材料28，所述第一层柔性材料23的顶部区域露出所述第二层坚硬材料28。

在第二层坚硬材料28的表面及第一层柔性材料23的顶部区域沉积一层和第一层柔性材料23类似的第三层柔性材料29。

在基板20的上面、感应芯片22的旁边至少附着有一个芯片21；在感应芯片22及芯片21上分别设置芯片焊盘24，感应芯片22上的芯片焊盘24与芯片21上的芯片焊盘24利用标准引线25相互连接，在基板20上对应于每个感应芯片22及每个芯片21分别设置基板焊盘26，芯片焊盘24与所述基板焊盘26分别利用标准引线25相互连接。

在基板20上形成一个刻蚀腔，所述感应芯片22、第一层柔性材料23及第二层坚硬材料28位于刻蚀腔内，在刻蚀腔内的底部有基板焊盘26，在形成刻蚀腔的侧壁的上表面设置外部连接41，所述基板焊盘26和外部连接41在基板20的内部相连；在第二层坚硬材料28的表面及第一层柔性材料23的顶部区域沉积一层和第一层柔性材料23类似的第三层柔性材料29；所述第三层柔性材料29的高度高于基板焊盘26的高度，或者低于基板焊盘26的高度，或者与基板焊盘26的高度一样。