专利名称：增强的传感器管芯粘接的制作方法
技术领域：
本公开一般地涉及传感器，并且更特别地涉及用于将传感器管芯粘接到衬底的方法和结构。
背景技术：
传感器，例如压力、流量和温度传感器，通常用于感测流体通道中的介质(例如气体或液体)的压力、流量和/或温度。这样的传感器使用在多种应用中，包括例如医疗应用、 飞行控制应用、工业过程应用、燃烧控制应用、天气监测应用、水计量应用、以及许多其他应用。在许多情况下，这样的传感器包括固定到某种类型衬底上的传感器管芯。在许多情况下，传感器管芯与衬底的分离会导致传感器退化和/或失效。
发明内容
本公开一般地涉及传感器，并且更特别地涉及用于将传感器管芯粘接到衬底的方法和结构。在一个示例性实施例中，压力传感器组件被作为示例，并且包括用粘接剂安装到衬底的压力传感器管芯。压力传感器管芯可制造为包括具有一个或多个粘接特征(例如凹陷、缺口、突起等)的侧面，该一个或多个粘接特征增加与粘接剂实现接触的压力传感器管芯的表面面积，这可以增加它们之间的粘接力。在一些情况下，该一个或多个粘接特征可在压力传感器管芯和粘接剂之间限定非平面的界面，其在一些情况下可有助于减少粘接剂中的裂缝的形成和/或扩展。在一些情况下，该一个或多个粘接特征可沿着压力传感器管芯的背侧的外围形成和/或可延伸通过压力传感器管芯的相应侧表面，但这不是必需的。在一些情况下，压力传感器管芯的背侧的角部可保持为没有一个或多个粘接特征。在一些情况下，可施加为一层或多层的粘接剂可被施加以至少部分地填充形成在压力传感器管芯的侧面中的一个或多个粘接特征和/或覆盖该一个或多个粘接特征。前述发明内容被提供来帮助理解本公开的一些特性，并且不是意在作为完整的描述。通过将整个说明书、权利要求书、附图以及摘要作为整体可以获得对本公开的完整认识。
考虑本公开的各种示例性实施例的以下详细描述并联系附图可以更完整地理解本公开，附图中图1为压力传感器组件的示例性实施例的剖面图；图2为图1的示例性压力传感器管芯的侧视图；图3为图1的示例性压力传感器管芯的仰视图；图4为图2和图3的示例性压力传感器管芯的剖面图，示出为用粘接剂安装到衬底；
图5为另一示例性压力传感器管芯的侧视图；以及图6为图5的示例性压力传感器管芯的仰视图。
具体实施例方式下面的描述应参考附图来阅读，其中在遍及几幅附图中同样的参考数字表示同样的元件。说明书和附图示出了几个实施例，其本质上意图是示例性的。图1是示例性压力传感器组件10的剖面图。如图1中所示，压力传感器组件10 包括用粘接剂32安装在封装衬底12上的压力传感器管芯18。在该示例性实施例中，压力传感器管芯18可以是采用硅晶片以及合适的制造技术制造的微机械传感器元件。压力传感器管芯18可具有采用合适的制造或印刷技术形成的一个或多个压力感测元件和/或其他电路(例如修整电路(trim circuitry)、信号调节电路等)。在一些情况中，压力传感器管芯18可包括压力敏感性隔膜沈，其包括形成在其上的一个或多个压力感测元件，例如压阻部件，用于感测压力传感器管芯18的顶侧和底侧之间的压力差。在一些情况下，压力感测隔膜26可通过背侧刻蚀硅管芯18来制造，然而，可以预期的是如果需要，可采用任何合适的工艺。在示例性实施例中，压阻部件可构造成具有根据施加到压力敏感性隔膜沈的所施加的机械压力或应力(例如压力感测隔膜26变形)而变化的电阻。在一些情况下，压阻部件可包括硅压阻材料，然而，如果需要也可采用其它非硅材料。在一些情况下，压阻部件可以连接在惠斯顿电桥构造(全桥或半桥)中。然而可以理解的是，这样的压阻感测元件仅是可采用的压力感测元件的一个例子，并且可预期的是根据需要，可采用任何合适的感测元件，包括例如电容的、电磁的、压电的或其他类型的感测元件。在示例性实施例中，压力传感器组件10被示作为绝对压力传感器，其具有内部真空参考压力腔21。在此例子中，内部真空参考压力腔21可由安装在压力传感器管芯18的压力感测隔膜26上方的压力传感器帽20限定。如图所示，压力传感器帽20可限定封闭内部真空参考压力的腔21。然而，这仅是一个例子，可以预期的是根据需要，在其它情况中，压力传感器组件10可以是差压传感器、真空压力传感器、表压传感器和/或任何其他合适的压力传感器。差压传感器可参考两个压力，并且表压感测元件可参考大气压力等。在图1所示的示例性实施例中，压力传感器管芯18可构造成感测压力感测隔膜沈的顶侧和底侧之间的压差。在一些情况下，封装衬底12可包括开口 24，以将压力感测隔膜 26的底侧暴露给封装衬底12的底侧。压力传感器管芯18可安装在封装衬底12的开口 M 上方。开口 M的尺寸可设置成将压力感测隔膜沈的背侧暴露给封装衬底12的底侧。在此情况下，施加到靠近压力传感器组件10肯侧的流体(液体或气体)的压力可通过开口 M 传递到压力感测隔膜26的背侧。在一些情况下，压力传感器管芯18的顶侧上的压力可以是在腔21中限定的内部真空参考压力。在示例性实施例中，横跨压力感测隔膜沈的压差引起压力感测隔膜26变形，压迫压阻元件且引起压阻隔膜沈的阻值变化。施加通过压阻隔膜26的电流则会提供与横跨压力感测隔膜沈的压差对应的信号。在一些实施例中，压力传感器组件10可包括可选的信号调节电路14，其有时用粘接剂40安装到封装衬底12。如图所示，信号调节电路14可靠近压力传感器管芯18固定到封装衬底12，并且可与压力传感器管芯18通过直接的管芯到管芯的联接导线(wire bond) 而连通，但这不是必需的。如图1所示，压力传感器管芯18可通过(一个或多个)联接导线34连接到信号调节电路36，并且信号调节电路14可通过导线38连接到封装衬底12上的迹线导体。迹线导体可连接到压力传感器组件10的连接器、引线或端子(未示出)。当这样提供时，可选的信号调节电路14可通过(一个或多个)联接导线34从压力传感器管芯18接收信号，并且调节和/或处理(一个或多个)信号用于从压力传感器组件10传输。在一些情况下，由可选的信号调节电路14接收的信号可以是与由压力感测元件(例如压力感测隔膜26)感测的压力对应的未调节信号(例如原始信号)。在一些情况下，可选的信号调节电路14可设置在独立的管芯上或其他电子�？樯�。在一些情况下，独立的管芯可以包括微处理器、微控制器、和/或ASIC(专用集成电路)。在一些情况下，可以预期的是，如果需要，信号调节电路14可如压力感测元件一样被制造在同一管芯上。根据需要，信号调节电路14可包括放大、模数转换、偏移补偿电路和/或其他任何合适的信号调节电路。当这样提供时，信号调节电路14可从压力传感器管芯18接收信号并且调节和/ 或处理该信号，其然后可被从压力传感器组件10传输。在一些情况下，可以不提供可选的信号调节电路14，并且压力传感器管芯18可提供原始信号，该原始信号被从压力传感器组件10传输。在示例性实施例中，封装衬底12可包括陶瓷材料，然而根据需要，可采用任何合适的材料。在一些情况下，压力传感器管芯18可用粘接剂32安装到衬底12，粘接剂32例如是基于聚丙烯、硅树脂、或环氧树脂的管芯附接粘接剂，和/或任何合适的粘接剂。一个示例的环氧树脂是高张力环氧树脂。软焊剂也可看作是粘接剂。如图1所示，压力传感器管芯18可在没有中间隔离层或衬底的情况下用粘接剂32直接附接或粘贴到封装衬底12。 然而，在其他情况下，可以预期的是，如果需要，可提供(一个或多个)中间隔离层或玻璃衬底。在示例性实施例中，压力传感器组件10可包括顶部保护盖25，并在一些情况下， 包括底部保护盖(未示出)。如图所示，顶部保护盖25布置在封装衬底12的顶侧(图1中的上侧)上以帮助保护压力传感器管芯18并限定用于压力传感器管芯18和可选的信号调节电路14的腔13。如果提供的话，则底部保护盖可布置在封装衬底12的底侧(图1中的下侧)上。在这种构造的情况下，根据需要，顶部和/或底部保护盖25可帮助保护压力感测元件、信号调节电路以及任何其他提供的电路和/或部件。在一些情况下，顶部保护盖25 和底部保护盖可由例如塑料、聚酰胺、陶瓷或其他合适的材料形成。在一些情况下，这些盖可在每侧上具有相同“印迹(footprint)，，的情况下附接到衬底，但这不是必需的。尽管未示出，但压力传感器组件10可包括安装到衬底12的一个或多个外部电引线或端子，其电连接到信号调节电路14(如果提供的话)以便接收与由压力传感器管芯18 感测的压力对应的一个或多个信号。在一些情况下，该一个或多个外部电引线或端子可包括金属，然而根据需要，可以使用任何合适的材料，例如导电聚合物。在示例性实施例中，压力传感器组件10的最大破裂压力可根据压力传感器管芯 18和衬底12之间的粘接联接来设置。在一个示例中，当压力经由开口 M施加到压力传感器管芯18的压力感测隔膜沈的背侧(图1中的下侧)时，该压力施加力来推送压力传感器管芯18离开衬底12。如果该压力大于压力传感器管芯18和衬底12之间的粘接力(和 /或内聚力)，则压力传感器管芯18可从衬底12分开并且压力传感器组件10可能泄漏和 /或失效°
如图2和图3所示，其分别为图1所示的示例性压力传感管芯18的侧视图和仰视图，压力传感器管芯18可包括一个或多个粘接特征42，用于改善粘接剂32和压力传感器管芯18之间的粘接结合(例如增加粘接力)。该一个或多个粘接特征42可形成在压力传感器管芯18的背侧44中以增加压力传感器管芯18与粘接剂32接触的表面面积，从而增加压力传感器管芯18和粘接剂32之间的粘接力。在一些情况中，该一个或多个粘接特征42 可限定压力传感器管芯18和粘接剂32之间的非平面界面，其在一些情况下可帮助减少粘接剂中的裂缝的形成和/或扩展(其还可增加粘接剂的内聚力)。在一些情况下，增加了压力传感器管芯18的表面面积的该一个或多个粘接特征42还可增加粘接剂32的内聚力。在图1-3的示例性实施例中，该一个或多个粘接特征42可包括形成在压力传感器管芯18的背侧44中的一个或多个凹口、槽、缺口、凹陷或其它结构。在一些情况下，该一个或多个粘接特征42可由例如采用化学刻蚀剂的湿法刻蚀制造，所述化学刻蚀剂例如为氢氧化钾(KOH)。例如，当采用(100)硅晶片以及合适的掩模层时，间隔的粘接特征42可形成在压力传感器管芯18的背侧44中，并且每个可具有一定角度的倾斜侧壁，例如大约55度。 在此示例性例子中，该一个或多个粘接特征42可在用来形成隔膜沈的同一个处理步骤中被刻蚀到硅晶片的背侧44中。在一些情况下，该倾斜侧壁可有助于减少否则的话在放置管芯、除气和/或粘接剂固化期间被捕获在该一个或多个粘接特征42中的气体量。被捕获在该一个或多个粘接特征42中的气体可在一些情况下减少压力传感器管芯18和粘接剂32 之间的粘接力，这是因为气体可减少压力传感器管芯18的背侧与粘接剂32接触的表面面积。尽管化学刻蚀是用于形成粘接特征42的一种合适的技术，但可以预期的是根据需要，可采用其它制造技术来制造粘接特征42，例如等离子刻蚀(如深度反应离子刻蚀 (DRIE))、其它化学刻蚀剂(如采用氢氟酸和硝酸的各向同性刻蚀剂)、机械磨蚀(包括微磨蚀)和/或任何其他合适的制造技术。在一些实施例中，可在限定压力感测隔膜沈的同一个或多个处理步骤(例如掩膜、刻蚀)中制造粘接特征42，但这不是必需的。例如，可用掩模层覆盖用于制造压力传感器管芯18的晶片的背侧44，该掩模层限定了压力感测隔膜沈以及一个或多个粘接特征 42。然后，可对晶片进行刻蚀(例如湿法或干法刻蚀)来限定压力感测隔膜沈和粘接特征 42。然后可从晶片移除掩模层。这仅仅是一个例子，可以预期的是根据需要，可采用独立的处理步骤和/或采用不同的制造技术来形成压力感测隔膜沈以及一个或多个粘接特征42。替代地或另外地，可以预期的是该一个或多个粘接特征42可形成在衬底12的顶侧中以帮助改善粘接剂32和衬底12之间粘接结合(例如增加粘接力)。当一个或多个粘接特征42被设置在压力传感器管芯18的背侧以及设置在衬底12的顶侧时，可预期的是， 衬底12顶侧中的粘接特征可形成与压力传感器管芯18背侧中的粘接特征的图案互补的图案，使得相比不在衬底12的顶侧中设置粘接特征的情况，粘接层在压力传感器管芯18和衬底12的顶侧之间具有更均勻的厚度。如图3所示，可以预期的是该一个或多个粘接特征42可围绕压力传感器管芯18 的背侧44的外围定位，在一些情况下，该一个或多个粘接特征42可以延伸通过压力传感器管芯18的对应侧表面(图3中的面向左、上、右和/或下的侧表面)。在一些情况下，将一个或多个粘接特征42延伸通过对应侧表面有助于防止气体被捕获在压力传感器管芯18和粘接剂32之间。在一些情况下，背侧44的一个或多个角部47可保持平的(例如未被刻蚀)或者换句话说，可保持为没有一个或多个粘接特征42，但这不是必需的。在一些情况下，使得背侧44的角部47没有粘接特征42可有助于在压力传感器组件10的制造期间采用推针将压力传感器管芯18从晶片带上移除。然而可以预期的是，如果需要，角部47可包括一个或多个粘接特征42。在示例性实施例中，该一个或多个粘接特征42可构造成具有任意期望的宽度、深度、形状以及间隔。在图2和图3所示的例子中，该一个或多个粘接特征42具有大体倾斜的侧壁，其具有约为阳度的角度。然而可以预期的是，根据需要，也可提供其他角度或不提供倾斜。而且，例如，图3示出了沿着压力传感器管芯18的顶边缘和底边缘形成在背侧44 中的九个粘接特征42，以及沿着左边缘和右边缘的五个粘接特征42。然而可以预期的是， 根据需要，可靠近压力传感器管芯18的任何边缘(或任何位置)提供两个或更多、三个或更多、四个或更多、五个或更多、六个或更多、七个或更多、八个或更多、九个或更多、十个或更多，或任意其他数量的粘接特征42。在示例性实施例中，根据刻蚀时间和/或采用的工艺，粘接特征42可被制造为具有任意期望的深度。例如，根据需要，该一个或多个粘接特征的深度可被制造为压力传感器管芯18厚度的约五分之一、压力传感器管芯18厚度的约四分之一，压力传感器管芯18厚度的约三分之一，压力传感器管芯18厚度的约二分之一，压力传感器管芯18厚度的约三分之二，或任意其他深度或深度的组合。在一个示例性示例中，压力传感器管芯18可以是长度约为2毫米，宽度约为2毫米，并且具有约0.4毫米的厚度。在此示例中，粘接特征42可具有约0. 14毫米的深度(例如少于厚度的一半)，约0. 2毫米的宽度，并且可间隔开约0. 2毫米。这仅仅是一个示例，可以预期的是，根据需要，可以采用其他宽度、深度、间隔或数量的粘接特征42。在一些实施例中，该一个或多个粘接特征42可与其他特征一同使用以帮助增加压力传感器管芯18和衬底12之间的粘接力。例如，可以预期的是，压力传感器管芯18的背侧44可具有表面粗糙度，其可由微磨蚀或化学刻蚀剂提供。尽管在图2和图3中示出了一个或多个粘接特征42位于压力传感器管芯18的背侧44中，但可以预期的是，根据需要，该一个或多个粘接特征42可设置在压力传感器管芯 18的其他表面中。例如，可以预期的是，根据需要，该一个或多个粘接特征42可设置在压力传感器管芯18的前侧上或者设置在构造成安装到衬底或其他表面(例如压力传感器帽 20)的任何合适的表面上。图4是图2和图3的示例性压力传感器管芯18的剖面图，其安装到衬底12。如图所示，压力传感器管芯18用粘接剂32粘接到衬底12，粘接剂32可以是基于聚丙烯、硅树脂或环氧树脂的管芯附接粘接剂，和/或其他任何合适的粘接剂。可使用的一种示例性粘接剂是高张力粘接剂。在一些情况下，可施加多层粘接剂32。例如，粘接剂的第一层3 可设置在衬底12和压力传感器管芯18的背侧44之间。粘接剂的第二层或施加，例如粘接剂层 32b，可施加在压力传感器管芯18的边缘周围。在一些情况下，该第二粘接剂层32b可在压力传感器管芯18安装到衬底12之后施加。在一些情况下，第二粘接剂层32b可施加为将延伸通过压力传感器管芯18侧壁的粘接特征42完全覆盖，但这不是必需的。在其他情况中，当粘接特征42被设置成通过压力传感器管芯18的侧壁时，第二粘接剂层32b可仅仅部分地覆盖粘接特征42。图5和图6分别是另一个示例性压力传感器管芯50的侧视图和仰视图。在此示例性实施例中，压力传感器管芯50被示作为差压传感器或表压传感器。然而可以预期的是， 如果需要，压力传感器管芯50可以是绝对压力传感器。如图所示，与图1-4中所示的压力传感器管芯18类似，压力传感器管芯50可包括压力感测隔膜56以及一个或多个感测元件 (例如压阻元件，未示出)。在示例性实施例中，压力传感器管芯50可制造为包括一个或多个粘接特征52，其增加压力传感器管芯50的背侧53的表面面积，从而增加背侧53和粘接剂之间的粘接力。 如图所示，该一个或多个粘接特征52可大体为矩形。在一些情况下，大体矩形的粘接特征 52可采用在(110)硅晶片上的等离子刻蚀(例如DRIE)或KOH刻蚀来形成。然而，这些仅仅是一些示例，可以预期的是，根据需要，可采用其他合适的制造技术来形成大体矩形的粘接特征，或任何其他形状的粘接特征。如图5和图6所示，有五个粘接特征52靠近压力传感器管芯50的每个边缘。然而可以预期的是，根据需要，可采用任何数量的粘接特征52。而且，如图5所示，该一个或多个粘接特征52可延伸通过压力传感器管芯50的对应侧壁，但这不是必需的。尽管前面已经参照压力传感器进行了描述，但可以预期的是，根据需要，可采用其他或不同类型的传感器，特别是当期望在传感器管芯和衬底之间提供增强的粘接时，例如流量传感器、湿度传感器、温度传感器、位置传感器、力传感器、载荷传感器和/或任何其他合适的传感器。可以预期的是，根据需要，在前面图中所示的压力传感器管芯18可用不同类型的传感器管芯替换或补充。于是，在已经描述了某些示例性实施例的情况下，本领域技术人员将会容易地认识到可在本文所附权利要求的范围内作出和采用其他实施例。在不超出本公开的范围的情况下，可以在细节上作出改变，特别是关于形状、尺寸或部件布置。
权利要求
1.一种压力传感器组件(10)，包括压力传感器管芯(18)，包括前侧；背侧；压力感测隔膜06)；以及形成在所述压力传感器管芯(18)的背侧中的一个或多个粘接特征(42)，其中，所述一个或多个粘接特征0 增加了所述背侧的表面面积；具有顶侧和底侧的衬底(12)，所述衬底(1 限定压力开口(M)，其中，所述压力传感器管芯(18)安装在所述压力开口 04)上方，使得所述压力感测隔膜06)与所述压力开口 (24)流体连通；以及粘接剂(32)，用于将所述压力传感器管芯(18)的背侧安装到所述衬底(12)的顶侧，其中，所述粘接剂(3 至少部分地填充形成在所述压力传感器管芯(18)的背侧中的所述一个或多个粘接特征G2)。
2.根据权利要求1所述的压力传感器组件(10)，其中，所述压力传感器管芯(18)包括耦合到所述压力感测隔膜06)的一个或多个压敏电阻器，用于感测所述压力感测隔膜 (26)中的由压力产生的应力。
3.根据权利要求1所述的压力传感器组件(10)，其中，所述一个或多个粘接特征02) 包括形成在所述压力传感器管芯(18)的背侧中的一个或多个凹陷。
4.根据权利要求3所述的压力传感器组件(10)，其中，所述一个或多个凹陷沿着所述压力传感器管芯(18)的背侧的外围形成。
5.根据权利要求4所述的压力传感器组件(10)，其中，沿着所述压力传感器管芯(18) 的背侧的外围形成的所述一个或多个凹陷构造成延伸通过所述压力传感器管芯(18)的侧表面。
6.根据权利要求5所述的压力传感器组件(10)，其中，所述粘接剂(3 定位为覆盖延伸通过所述压力传感器管芯(18)的侧表面的所述一个或多个凹陷。
7.根据权利要求3所述的压力传感器组件(10)，其中，所述一个或多个凹陷为大体V 形凹陷。
8.根据权利要求3所述的压力传感器组件(10)，其中，所述一个或多个凹陷为大体矩形凹陷。
9.根据权利要求1所述的压力传感器组件(10)，其中，所述一个或多个粘接特征02) 构造成限定所述压力传感器管芯(18)和所述粘接剂(3 之间的非平面界面。
10.根据权利要求1所述的压力传感器组件(10)，其中，所述背侧的一个或多个角部 (47)没有所述一个或多个粘接特征G2)。
全文摘要
本公开涉及增强的传感器管芯粘接，具体描述了用于将传感器管芯粘性联接到衬底(12)的方法和装置。在一些情况下，传感器组件可以包括用粘接剂(32)安装到衬底(12)的压力传感器管芯(18)。压力传感器管芯(18)可制造为包括背侧(44)，背侧(44)具有一个或多个粘接特征(42)(例如，凹陷或缺口)，其增加了压力传感器管芯(18)与粘接剂(32)接触的表面面积，从而增加了它们之间的粘接力。在一些情况下，该一个或多个粘接特征(42)可限定压力传感器管芯(18)和粘接剂(32)之间的非平面界面，其在一些情况下可减少粘接剂(32)中的裂缝的形成和/或扩展，其还可帮助增加它们之间的粘接力。
文档编号G01L15/00GK102539060SQ20111046230
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月10日 优先权日2010年12月10日
发明者A·D·布拉德利, L·F·里克斯, R·A·戴维斯 申请人:霍尼韦尔国际公司
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