3d堆疊壓阻壓力傳感器的制造方法
【專利摘要】在微機電系統(tǒng)(MEMS)壓力傳感器中，通過在MEMS壓力感測元件上堆疊專用集成電路(ASIC)并且使用形成在ASIC中的導(dǎo)電過孔連接彼此，替換在現(xiàn)有技術(shù)中用于將MEMS壓力感測元件連接到ASIC以用于在這兩個芯片之間的輸入和輸出信號的細(xì)的并且容易壞的接合線。如果不再使用接合線，則能夠消除用于保護接合線、ASIC和MEMS壓力感測元件的凝膠。在MEMS壓力感測元件上堆疊ASIC并且使用導(dǎo)電過孔連接它們實現(xiàn)放置并且保護該裝置的殼體的尺寸和成本的減小。
【專利說明】
3D堆疊壓阻壓力傳感器
【背景技術(shù)】
[0001]圖1是現(xiàn)有技術(shù)MEMS壓阻壓力傳感器模塊100的剖視圖。它跨寬范圍的低壓為寬范圍的流體提供極好的壓力測量值。
[0002]該壓力傳感器模塊基本上包括兩個管芯，一個是MEMS壓力感測元件104并且另一個是由標(biāo)號106標(biāo)識的專用集成電路(ASIC)。真空腔103在壓力感測元件104中形成在隔膜105和基底107之間。當(dāng)壓力被應(yīng)用在隔膜105上時，隔膜105偏轉(zhuǎn)并且在隔膜上的惠斯通電橋(未示出)上產(chǎn)生應(yīng)力并且將隔膜偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成可測量的電壓變化。兩個管芯104和106被使用粘合劑114安裝到殼體基底112。小直徑接合線102在MEMS壓力感測元件104和ASIC 106之間延伸并且進行連接。接合線102也在ASIC 106和引線框架110之間延伸并且進行連接。
[0003]導(dǎo)線102增加成本并且當(dāng)然容易受到故障的影響。消除在MEMS壓力感測元件104和ASIC 106之間以及在ASIC 106和引線框架110之間延伸的導(dǎo)線將會減少成本并且提高MEMS壓力感測元件和MEMS壓力傳感器的可靠性。
[0004]凹穴101內(nèi)部的粘性凝膠116保護壓力感測元件104、ASIC106和接合線102免受加壓介質(zhì)的影響，該加壓介質(zhì)的壓力將要被測量。凝膠116需要足夠軟以便傳送壓力。然而，如果高電荷被存儲在凝膠中，則隔膜105上面的凝膠116能夠引起從該裝置輸出的信號的通電電壓移位。凝膠116也能夠因為它的質(zhì)量而在嚴(yán)重振動環(huán)境中影響感測準(zhǔn)確性。尤其在具有兩個分離的管芯或芯片104和106的大的凹穴中，凝膠116是昂貴的。減小凹穴尺寸、消除凝膠和接合線或至少減少凝膠量、或由較不昂貴的凝膠替換昂貴的凝膠以實現(xiàn)較低的成本和更好的性能將會是相對于現(xiàn)有技術(shù)的改進。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]通過在MEMS壓力感測元件上面堆疊具有腔的專用集成電路(ASIC)，能夠消除保護性凝膠和接合線并且能夠顯著減小容納壓力傳感器裝置的凹穴的尺寸。ASIC和壓力感測元件使用形成到ASIC中的導(dǎo)電過孔以電氣方式彼此連接。
【附圖說明】
[0006]圖1描述凹穴內(nèi)部的現(xiàn)有技術(shù)頂側(cè)絕對壓力感測元件，該頂側(cè)絕對壓力感測元件通過接合線而連接到專用集成電路(ASIC);
圖2A是背側(cè)壓力傳感器裝置的第一實施例的剖視圖，該背側(cè)壓力傳感器裝置包括MEMS壓力感測元件和ASIC，MEMS壓力感測元件和ASIC利用延伸穿過ASIC的背側(cè)的導(dǎo)電過孔彼此耦合；
圖2B是背側(cè)壓力傳感器裝置的第二實施例的剖視圖，該背側(cè)壓力傳感器裝置包括MEMS壓力感測元件和ASIC，MEMS壓力感測元件和ASIC利用完全延伸穿過ASIC的背側(cè)的導(dǎo)電過孔彼此耦合，其中電路形成在ASIC的頂側(cè)；
圖3描述圖2A和2B中描述的ASIC的第一側(cè)或頂側(cè)，并且以斷線示出延伸穿過ASIC的背側(cè)的導(dǎo)電過孔和在頂側(cè)的金屬接合墊的相對位置； 圖4描述MEMS壓力感測元件的第一側(cè)或頂側(cè)和與圖3中的過孔對準(zhǔn)并且與圖3中的過孔配合的金屬接合墊或端子；
圖5是壓力傳感器裝置的第三實施例的剖視圖，該壓力傳感器裝置包括MEMS壓力感測元件和ASIC，MEMS壓力感測元件和ASIC利用延伸穿過ASIC的背側(cè)的導(dǎo)電過孔通過玻璃料和焊料凸塊而彼此耦合；
圖6是壓力傳感器裝置的第四實施例的剖視圖，該壓力傳感器裝置在圖5中示出的第三實施例的MEMS壓力感測元件的頂側(cè)上包括凹槽；
圖7是壓力傳感器裝置的第一實施例的剖視圖，該壓力傳感器裝置具有安裝到MEMS壓力感測元件的背側(cè)的基座；
圖8A是ASIC的第二側(cè)或底側(cè)的平面圖并且其描述在ASIC的第二側(cè)或底側(cè)上的凹部和溝槽、與MEMS壓力感測元件上的對應(yīng)接合墊配合的導(dǎo)電過孔的露出端；
圖8B是圖8A中描述的ASIC的第二側(cè)或底側(cè)的透視圖；
圖9描述具有與圖8A中示出的過孔配合的金屬接合墊的MEMS壓力感測元件的第一側(cè)或頂側(cè)，并且通過在第一側(cè)或頂側(cè)的周界周圍的熔接或玻璃料接合件來描述接合區(qū)域；
圖10描述具有與圖8A中示出的過孔配合的金屬接合墊的MEMS壓力感測元件的第一側(cè)或頂側(cè)和圖案化的一層玻璃料，玻璃料圖案提供開口，受監(jiān)測的流體能夠經(jīng)過該開口 ；
圖11描述壓力傳感器裝置的替代實施例，該壓力傳感器裝置具有堆疊在MEMS壓力感測元件上面的兩個集成電路；
圖12描述背側(cè)絕對壓力傳感器模塊的第一實施例，該背側(cè)絕對壓力傳感器模塊包括如至少圖2A中所示的背側(cè)絕對壓力傳感器裝置、該壓力傳感器裝置位于其中的殼體和延伸穿過殼體的引線框架，并且在ASIC和MEMS壓力感測元件之間具有熔接接合件；
圖13描述背側(cè)絕對壓力傳感器模塊的第二實施例，該背側(cè)絕對壓力傳感器模塊在ASIC和MEMS壓力感測元件之間具有玻璃料接合件；
圖14描述差壓傳感器模塊的橫截面，該差壓傳感器模塊在ASIC和MEMS壓力感測元件之間具有熔接接合件；
圖15描述壓力傳感器模塊的第二實施例的橫截面，該壓力傳感器模塊在ASIC和MEMS壓力感測元件之間具有圖案化玻璃料接合件；
圖16描述壓力傳感器模塊的橫截面，該壓力傳感器模塊包括由熔接接合件形成的背側(cè)絕對壓力傳感器裝置(諸如，至少圖2A和2B中示出的背側(cè)絕對壓力傳感器裝置)，該背側(cè)絕對壓力傳感器裝置的ASIC金屬接合墊使用受粘性凝膠保護的接合線連接到引線框架;和圖17是由圖案化的玻璃料接合件形成的如圖16中所示的背側(cè)絕對壓力傳感器模塊的替代實施例的橫截面。
【具體實施方式】
[0007]IEEE版權(quán)2009的1.E.E.E.標(biāo)準(zhǔn)詞典將“過孔”定義為互連件的兩個不同層級之間或者互連件的層級和物理或邏輯管腳之間的物理連接。如這里所使用的，過孔是形成到具有相對的頂側(cè)和底側(cè)或第一側(cè)和第二側(cè)的基底中的垂直或基本上垂直的導(dǎo)電材料柱。過孔能夠完全延伸穿過基底，即在相對的頂側(cè)和底側(cè)/第一側(cè)和第二側(cè)之間延伸并且延伸穿過相對的頂側(cè)和底側(cè)/第一側(cè)和第二側(cè)，但如附圖中所示，它也能夠僅部分延伸穿過基底。過孔提供穿過或部分地穿過半導(dǎo)體基底的垂直定向的導(dǎo)電路徑。
[0008]如這里所使用的，術(shù)語“接合墊”表示在現(xiàn)有技術(shù)的ASIC或MEMS壓力感測元件上常見的導(dǎo)電區(qū)域。然而，該術(shù)語不應(yīng)該被解釋為局限于在現(xiàn)有技術(shù)中使用的導(dǎo)電區(qū)域，而是應(yīng)該替代地被更廣泛地解釋為包括能夠針對其實現(xiàn)電氣連接的ASIC或MEMS壓力感測元件的表面上的任何尺寸導(dǎo)電區(qū)域。
[0009]通過在MEMS壓力感測元件上面垂直堆疊ASIC，消除在現(xiàn)有技術(shù)壓力傳感器裝置中在ASIC上的接合墊和MEMS壓力感測元件上的接合墊之間延伸的細(xì)接合線。這兩個裝置使用形成到ASIC中并且定位為與MEMS壓力感測元件上的接合墊對準(zhǔn)的過孔以電氣方式連接。過孔被布置或定位在ASIC基底中，以使得當(dāng)ASIC被放置在MEMS壓力感測元件上時，過孔與現(xiàn)有技術(shù)接合線本來將會附接到的MEMS壓力感測元件上的接合墊對準(zhǔn)。
[0010]圖2A是背側(cè)絕對壓力傳感器裝置200的第一實施例的剖視圖，背側(cè)絕對壓力傳感器裝置200包括微機電系統(tǒng)(MEMS)壓力感測元件202，專用集成電路(ASIC) 204位于MEMS壓力感測元件202上面。MEMS壓力感測元件202類似于在美國專利8，215，176和美國專利8，466，523中描述的MEMS壓力感測元件。兩個現(xiàn)有技術(shù)專利也公開了ASIC，兩個專利都將ASIC描述為使用接合線被連接到MEMS壓力感測元件。兩個專利都以其整體通過引用包含于此。
[0011]MEMS壓力感測元件202具有頂側(cè)208和相對的底側(cè)210。頂側(cè)208包括柔性隔膜212。隔膜212響應(yīng)于通過壓力端口 214應(yīng)用于隔膜212的壓力和/或真空而向上和向下偏轉(zhuǎn)，壓力端口 214形成到元件202的底部210中。
[0012]如圖4A中所示，通過在隔膜212的邊緣314附近的四個P-摻雜壓電電阻器312和四個互連件316A-316D，惠斯通電橋電路形成在MEMS壓力感測元件202的頂側(cè)208上。四個壓電電阻器312通過四個互連件316A-316D以電氣方式連接到金屬接合墊224A-224D，四個互連件316A-316D是頂側(cè)208的P+摻雜局部區(qū)域。圖4A中示出的惠斯通電橋電路被稱為鏡框式惠斯通電橋(PFWB)或局部惠斯通電橋(LWB)。
[0013]在圖9中描述不同類型的惠斯通電橋電路，其中每個壓電電阻器908被摻雜并且定位在隔膜920的頂側(cè)上每個關(guān)聯(lián)的隔膜邊緣922附近。這種類型的惠斯通電橋電路被稱為分布式惠斯通電橋(DWB)。
[0014]與MEMS壓力感測元件一樣，ASIC 204具有頂側(cè)216和相對的底側(cè)218。通過集成電路領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的傳統(tǒng)集成處理技術(shù)，包括電路220的無源和有源電子裝置形成到頂側(cè)216中。
[0015]與在現(xiàn)有技術(shù)中使用的ASIC不同，圖2A中示出的ASIC204具有底側(cè)或第二側(cè)218，底側(cè)或第二側(cè)218被形成為具有凹部222，凹部222是形成到底側(cè)或第二側(cè)218中的空心空間。當(dāng)具有凹部222的ASIC 204在真空或近真空中附接到MEMS壓力感測元件202時，凹部222變?yōu)槲挥诟裟?12正上方的抽空腔222或定義抽空腔222。在被抽空的情況下，腔222不對隔膜212施加力，從而方便它響應(yīng)于壓力腔214中的流體的壓力的偏轉(zhuǎn)。
[0016]如圖2A中所示，MEMS壓力感測元件202的金屬接合墊224位于導(dǎo)電過孔206正下方，導(dǎo)電過孔206從ASIC 204的底側(cè)218延伸到形成在ASIC的頂側(cè)216中的電子電路。由金屬間化合物接合墊230確保MEMS壓力感測元件202的頂表面208上的接合墊224和導(dǎo)電過孔206的底端228之間的電氣連接，金屬間化合物接合墊230在ASIC 204的底側(cè)或第二側(cè)附接到導(dǎo)電過孔206的底端228。通過形成在電路220自身中的傳統(tǒng)電路跡線，導(dǎo)電過孔206的頂端232連接到電路220。過孔206因此在MEMS壓力感測元件202的惠斯通電橋電路和形成到ASIC 204的頂側(cè)或第一側(cè)216中的電路220之間提供可靠電氣路徑。
[0017]通過二氧化硅240的接合層，MEMS壓力感測元件202附接到ASIC 204。在位于ASIC204的頂側(cè)216上的金屬接合墊223處可獲得ASIC 204的輸入和輸出信號。
[0018]圖2B是背側(cè)絕對壓力傳感器裝置200的第二實施例的剖視圖，背側(cè)絕對壓力傳感器裝置200包括MEMS壓力感測元件202，專用集成電路(ASIC) 204位于MEMS壓力感測元件202上面。圖2B的實施例與圖2A中示出的實施例的不同之處在于導(dǎo)電過孔206B，導(dǎo)電過孔206B完全延伸穿過ASIC 204的頂側(cè)216。
[0019]如圖2B所示，過孔236的頂端233被露出以用于電氣連接。這種過孔236能夠連接到形成在ASIC 204的頂側(cè)中的電路220，并且繼續(xù)從電路220向上延伸到ASIC 204的頂側(cè)216。
[0020]圖3是圖2A中示出的ASIC204的第一側(cè)或頂側(cè)216的平面圖。圖3因此以虛線示出四個導(dǎo)電過孔206A-206D，每個導(dǎo)電過孔從ASIC 204的背側(cè)218(在圖3中不可見)朝著ASIC204的頂側(cè)216沿著ASIC 204向上部分地延伸。過孔206A-206D在ASIC中定位或布置為:在如圖4中所示金屬接合墊224A-224D在MEMS壓力感測元件202的頂表面上所位于的位置的正上方，以使得當(dāng)ASIC 204被放置在MEMS壓力感測元件202上面時，過孔206A-206D與接合墊224對準(zhǔn)。
[0021]如圖3中所示，過孔206A-206D被定位成沿著ASIC 204的一側(cè)310，但也能夠?qū)ΨQ地分布在凹部222周圍，凹部222形成到ASIC 204的相對的底側(cè)218中，如圖8A和8B中所示。凹部222的位置在圖3A中被描述為以斷線或虛線繪制的正方形。過孔在凹部222周圍的對稱分布減小了ASIC 204中的應(yīng)力集中。
[0022]ASIC 204的頂側(cè)216被提供有幾個金屬接合墊302、304、306和308。三個接合墊302、304和306分別被命名為輸出、地和輸入。五個其它接合墊308用于測試ASIC 204。
[0023]圖4描述MEMS壓力感測元件202的第一側(cè)或頂側(cè)208。圖4也描述在MEMS壓力感測元件202的頂側(cè)208上的四個金屬接合墊224A-224D的位置。
[0024]惠斯通電橋電路由在隔膜212的邊緣314附近的四個P-摻雜壓電電阻器312和四個互連件316A-316D形成。四個壓電電阻器312通過作為頂側(cè)208的P+摻雜局部區(qū)域的四個互連件316A-316D以電氣方式連接到金屬接合墊224A-224D。
[0025]在壓力傳感器裝置200的第一實施例中，MEMS壓力感測元件202的頂側(cè)208通過熔接接合件而附接到ASIC 204的底側(cè)218。在一個實施例中，除了金屬接合墊之外，MEMS壓力感測元件204的整個頂側(cè)208被二氧化硅層覆蓋，該二氧化硅層被用于形成硅熔接接合件。在圖4中，熔接接合區(qū)域318被提供有二氧化硅薄層，當(dāng)被加熱時，該二氧化硅薄層在MEMS壓力感測元件202和ASIC 204之間提供硅熔接接合件。熔接接合區(qū)域318中的二氧化硅240能夠形成硅熔接接合件。在也由圖4示出的再另一實施例中，熔接接合區(qū)域318中的二氧化硅240是放置在一層二氧化硅上面的另外的二氧化硅，該層二氧化硅在MEMS壓力感測元件204的整個頂表面208上方延伸。在所有三個實施例中，如圖2A中所示，金屬間化合物接合件230形成并且定位在導(dǎo)電過孔206和金屬接合墊224之間，或者如圖2B中所示，金屬間化合物接合件230形成并且定位在導(dǎo)電過孔236和金屬接合墊224之間。
[0026]在再其它替代實施例中，二氧化硅240能夠被一層玻璃料替換或取代，當(dāng)被加熱時，所述一層玻璃料將MEMS壓力感測元件202接合到ASIC 204。在這種實施例中，即在玻璃料覆蓋頂表面208或定位到熔接接合區(qū)域318中的情況下，在過孔206和金屬接合墊224之間使用一小滴的焊料(在這里被稱為焊料凸塊)。所述一層二氧化硅240也能夠被放置到ASIC204的背側(cè)上。
[0027]在再另一實施例中，根據(jù)差壓傳感器的需要，在MEMS壓力感測元件上方的腔/凹部不被抽空，而是替代地被提供有具有一定壓力的流體，該壓力將被感測，或者該壓力將影響應(yīng)用于隔膜的流體壓力的測量。為了將流體壓力應(yīng)用到該腔中，當(dāng)然必須提供進入該腔的路徑。
[0028]為了提供進入腔222的流體路徑，ASIC 204和MEMS壓力感測元件202之間的所述一層二氧化硅或玻璃料(或它們混合物)能夠被圖案化，如圖10中所示，圖10示出具有圖案化接合區(qū)域1004的MEMS壓力感測元件1000的頂側(cè)1002。二氧化硅或玻璃料或它們的混合物的條帶或區(qū)域1006通過空間1008而彼此分離，在空間1008，沒有二氧化硅或玻璃料被應(yīng)用于MEMS壓力感測元件1000的頂側(cè)1002。敞開空間1008具有預(yù)定寬度1010和高度，該高度在圖10的平面之外延伸基本上等于二氧化硅或玻璃料的厚度的距離。對于空氣，接合層的厚度優(yōu)選地為至少20微米直至大約200微米。敞開空間1008因此被調(diào)整尺寸，調(diào)整形狀，并且布置為允許特定流體經(jīng)過它們并且進入形成到ASIC 204的第二側(cè)中的凹部222中。
[0029]圖5是背側(cè)絕對壓力傳感器裝置500的第三實施例的剖視圖，該背側(cè)絕對壓力傳感器裝置500包括MEMS壓力感測元件202和ASIC 204,ASIC 204具有從ASIC 204的底側(cè)218向上部分地延伸穿過ASIC 204的導(dǎo)電過孔206。圖5的實施例與圖2-4中示出的實施例的不同之處在于:ASIC 204和感測元件202如何彼此附接。
[0030]在圖5中示出的實施例中，MEMS壓力感測元件202和ASIC 204使用在ASIC 204的底偵臨18上的一層玻璃料502和在MEMS壓力感測元件202的頂側(cè)208上的一層二氧化硅504被彼此接合。
[0031]圖6示出壓力傳感器裝置600的另一實施例。ASIC204附接到MEMS壓力感測元件602的頂側(cè)，MEMS壓力感測元件602具有形成到元件602的頂側(cè)606中的凹槽604。在剖視圖中示出的凹槽604包圍形成到MEMS壓力感測元件的頂側(cè)606中的隔膜，并且在將玻璃料液化所需的加熱期間收集過多的玻璃料。
[0032]圖7是安裝到基座702的圖2A中示出的壓力傳感器裝置200的剖視圖?；?02具有頂表面704和相對的底表面706。它也具有完全延伸穿過基座702的孔徑708?？讖?08的中心710與形成在MEMS壓力感測元件202中的隔膜212的中間對準(zhǔn)或至少基本上對準(zhǔn)?；?02優(yōu)選地由玻璃或娃制成。它把感測元件202與殼體的表面隔離，該殼體具有與制成感測元件202的材料的熱膨脹系數(shù)顯著不同的熱膨脹系數(shù)。
[0033]圖8A是ASIC 800的替代實施例的平面圖，ASIC 800的底側(cè)802具有凹部804。圖8B是底側(cè)802的透視圖。一個或多個溝槽806形成到ASIC 800的底側(cè)802中。該溝槽是形成到ASIC 800的底側(cè)802的原本基本上平坦的表面中的狹窄并且邊緣陡峭的切口或凹陷。溝槽806從凹部804沿橫向或向一邊延伸穿過ASIC 800，通過ASIC 800的垂直側(cè)810之一。該溝槽被調(diào)整尺寸并且調(diào)整形狀以允許流體(該流體的壓力被感測)流入和流出凹部804以及當(dāng)ASIC 800的底側(cè)802附接到MEMS壓力感測元件的頂側(cè)時由凹部804形成的腔。溝槽806或在圖10中描述的圖案化接合層能夠使ASIC被接合到的壓力感測元件提供差壓感測。溝槽806優(yōu)選地在形成于ASIC中的導(dǎo)電過孔之間經(jīng)過。
[0034]圖8A和作為底側(cè)802的透視圖的圖8B也示出:導(dǎo)電過孔806能夠?qū)ΨQ地分布在凹部804周圍，而非如圖2A中所示沿著ASIC的一側(cè)分布。在圖8A和8B中，一個導(dǎo)電過孔808A-808D位于ASIC 800的每個拐角附近。這種過孔808A-808D因此在這里被視為對稱地分布在ASIC800 中。
[0035]圖9是MEMS壓力感測元件900的替代實施例的平面圖，MEMS壓力感測元件900具有由四個分離的壓電電阻器908和互連件906形成的分布式惠斯通電橋電路。它的頂表面902被提供有位于拐角的金屬接合墊904A-904D，即位于MEMS壓力感測元件900的拐角附近的接合墊。接合墊904A-904D被定位為當(dāng)圖8A和8B中示出的ASIC 800被放置在圖9中示出的MEMS壓力感測元件900上面時與圖8中示出的ASIC 800的對稱地分布的導(dǎo)電過孔806A-806D對準(zhǔn)。
[0036]互連件906使用P+摻雜的半導(dǎo)體材料在頂表面902中形成在對稱地分布的接合墊904A-904D和壓電電阻器908之間，對稱地分布的接合墊904A-904D和壓電電阻器908被連接以形成惠斯通電橋。以上參照圖4描述的熔接接合區(qū)域912包圍接合墊904A-904D和導(dǎo)電互連件906。
[0037]圖11描述背側(cè)壓力傳感器裝置1100的替代實施例，背側(cè)壓力傳感器裝置1100具有堆疊在背側(cè)MEMS壓力感測元件上面的兩個集成電路。這兩個集成電路之一優(yōu)選地是電磁控制芯片或EMC芯片，EMC芯片減少或過濾電氣噪聲，但EMC芯片能夠具有其它有源和/或無源
目-O
[0038]圖11中示出的實施例包括背側(cè)MEMS壓力感測元件1102。與上述MEMS壓力感測元件一樣，圖11中示出的壓力感測元件1102在MEMS壓力感測元件1102的頂表面1106上面具有金屬接合墊1104。
[0039]接合墊1104以電氣方式連接到導(dǎo)電過孔1108，導(dǎo)電過孔1108形成為至少部分地穿過第一 ASIC 1114。過孔1108在形成在ASIC 1114的頂表面1110中的電路1118和ASIC 1114的底表面1112之間延伸，金屬間化合物接合件1116形成在接合墊1104和過孔1108之間。
[0040]過孔1108將ASIC 1114的頂表面1110中的電路1118連接到接合墊1104，并且因此將電路1118連接到位于MEMS壓力感測元件1102的隔膜1120中的惠斯通電橋電路。
[0041 ]隔膜1120被抽空腔1122“覆蓋”。當(dāng)ASIC 1114附接到MEMS壓力感測元件1102的頂表面1106時，由切割到ASIC 1114的底表面1112中的凹部1122形成腔1122。
[0042]第二集成電路1124通過形成到第二集成電路1124中的第二組導(dǎo)電過孔1126而被連接到第一集成電路1114。第二組過孔1126在第二集成電路1124的頂側(cè)或頂表面1128和底側(cè)或底表面1130之間延伸。第二組過孔1126完全穿過第二集成電路1124。如在圖11中能夠看出的，過孔1126以電氣方式連接到形成在第一集成電路1114的頂側(cè)中的電路1118。
[0043]圖12描述壓力傳感器模塊1200的第一實施例。模塊1200基本上是密封在殼體1204的內(nèi)部空間里面的上述壓力傳感器裝置1202，至少包括至少圖2中示出的壓力傳感器裝置。壓力傳感器裝置1202包括ASIC 1214和MEMS壓力感測元件1215。它們使用上述熔接接合件1230而彼此接合。
[0044]壓力傳感器裝置1202所位于的內(nèi)部空間在這里被稱為凹穴1206。壓力端口1208穿過蓋子1205形成并且通向凹穴1206中。端口 1208被調(diào)整尺寸并且調(diào)整形狀以允許流體流經(jīng)端口 1208并且將壓力應(yīng)用于壓力傳感器裝置1202的隔膜1218。
[0045]壓力傳感器裝置1202通過粘合劑1210被安裝到凹穴1206的頂側(cè)1216。引線框架1222和在ASIC 1214的頂側(cè)1212上的接合墊1220之間的電氣連接由導(dǎo)電粘合劑(ECA)或焊料凸塊1228提供。粘合劑1210是非導(dǎo)電的，并且保護接合墊1220以及ECA或焊料凸塊1228。
[0046]圖13描述壓力傳感器模塊1300的第二實施例。圖13的壓力傳感器模塊1300與圖12的壓力感測模塊1200的不同之處僅在于:在ASIC 1214和MEMS壓力感測模塊1215之間使用玻璃料接合件1302。玻璃料接合件由ASIC 1214和MEMS壓力感測模塊1215之間的一層玻璃料提供。
[0047]圖14描述差壓傳感器模塊1400。它與圖12和13中示出的壓力傳感器模塊的不同之處在于:添加了形成在ASIC 1408的底側(cè)1406中的溝槽1402，溝槽1402允許流體進入腔1410，腔1410由在ASIC 1408的底側(cè)1406中的凹部以及通過將ASIC 1408附接到MEMS壓力感測元件1414的頂側(cè)1412而形成。
[0048]與上述壓力傳感器模塊不同，圖14中示出的壓力傳感器模塊1400被提供有兩個壓力端口 1416和1418。第一壓力端口 1416提供這樣的路徑:通過該路徑，流體能夠?qū)毫?yīng)用于MEMS壓力感測元件1414的背側(cè)1420。粘合劑1426將MEMS壓力感測元件1414附接到蓋子1405，并且在第一壓力端口 1416周圍提供密封。
[0049]第二壓力端口1418提供第二且分開的路徑，通過該路徑，不同流體能夠?qū)毫?yīng)用于凹穴1422和腔1410，并且因此經(jīng)溝槽1402將壓力應(yīng)用于MEMS壓力感測元件1414的頂側(cè)1412。圖14的壓力傳感器模塊1400被用于差壓感測，而圖12和13中示出的壓力傳感器模塊被用于背側(cè)絕對壓力感測。
[0050]圖15描述差壓傳感器模塊1500的另一實施例。它與圖14的壓力傳感器模塊1400的不同之處在于:在ASIC 1408和MEMS壓力感測元件1414之間使用圖案化玻璃料1502。如圖10中所示并且如上所述，圖案化玻璃料1502提供路徑1503用于使加壓流體從凹穴1422流入到腔1410中并且在隔膜的頂側(cè)施加壓力。
[0051 ]圖16描述背側(cè)絕對壓力傳感器模塊1600，背側(cè)絕對壓力傳感器模塊1600包括位于殼體1604內(nèi)部的背側(cè)絕對壓力傳感器裝置1602，殼體1604具有凹穴1606，凹穴1606包圍壓力傳感器裝置1602。與上述壓力傳感器裝置一樣，在圖16中描述的壓力傳感器裝置1602包括附接到MEMS壓力感測元件1622的頂側(cè)的ASIC 1604，如以上參照至少圖2A所述。ASIC1604通過上述熔接接合件1640而附接到MEMS壓力感測元件1622。
[0052]ASIC 1604在ASIC 1604的頂側(cè)1610上具有金屬接合墊1608，金屬接合墊1608通過接合線1614連接到引線框架1612，引線框架1612延伸穿過殼體1613。接合線1614是細(xì)的并且容易壞。因此由基本上充滿凹穴1606的一層粘性凝膠1616保護接合線1614免于破裂。
[0053]在背側(cè)MEMS壓力感測元件1622的底部1620和凹穴1606的底部1624之間的一層粘合劑1618將MEMS壓力感測元件1622附接到凹穴1606的底部1624。粘合劑1618也在孔徑1628周圍提供密封，通過孔徑1628，流體能夠?qū)毫κ┘佑谛纬稍趬毫Ω袦y元件1622中的隔膜1632的背側(cè)1630。在再另一實施例中，共形涂層被用于容納并且保護接合線1614。
[0054]圖17描述圖16中示出的壓力傳感器模塊1600的第二和替代實施例。圖17中示出的壓力傳感器模塊1700與圖16中示出的傳感器模塊1600的不同之處僅在于:在ASIC 1604和MEMS壓力感測元件1622之間使用提供玻璃料接合件的玻璃料1702。接合線1614由粘性凝膠1616保護。
[0055]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會意識到，前面的描述僅用于說明的目的。在所附的權(quán)利要求中闡述本發(fā)明的真實范圍。
【主權(quán)項】
1.一種壓力傳感器裝置，包括: MEMS壓力感測元件，具有第一側(cè)和第二側(cè)，其中柔性隔膜和惠斯通電橋電路位于第一側(cè)上; 第一集成電路，包括具有第一側(cè)和第二側(cè)的基底、形成到第一側(cè)的預(yù)定部分中的電子電路和形成到第二側(cè)中的凹部，第一集成電路的第二側(cè)附接到MEMS壓力感測元件的第一側(cè)，第一集成電路的凹部和MEMS壓力感測元件的第一側(cè)定義基本上抽空的腔； 第一多個導(dǎo)電過孔，形成到第一集成電路基底中，使得第一多個過孔延伸穿過基底并且以電氣方式將MEMS壓力感測元件的惠斯通電橋電路連接到形成到第一集成電路的第一側(cè)中的電路。2.如權(quán)利要求1所述的壓力傳感器裝置，其中所述MEMS壓力感測元件在它的第一側(cè)上具有多個電接觸器，壓力傳感器裝置還包括: 一層二氧化硅，位于MEMS壓力感測元件的第一側(cè)和第一集成電路的第二側(cè)之間，所述一層二氧化硅形成MEMS壓力感測元件和集成電路之間的硅熔接接合件;和 金屬間化合物接合件，形成在至少一個導(dǎo)電過孔和在MEMS壓力感測元件的第一側(cè)上的電接觸器之間。3.如權(quán)利要求1所述的壓力傳感器裝置，其中所述MEMS壓力感測元件在它的第一側(cè)上具有多個電接觸器，壓力傳感器裝置還包括: 一層玻璃料，位于MEMS壓力感測元件的第一側(cè)和第一集成電路的第二側(cè)之間，所述一層玻璃料形成MEMS壓力感測元件和第一集成電路之間的接合件;和 焊料凸塊，位于至少一個導(dǎo)電過孔和在MEMS壓力感測元件的第一側(cè)上的電接觸器之間。4.如權(quán)利要求3所述的壓力傳感器裝置，其中所述一層玻璃料被圖案化以提供穿過所述一層玻璃料的至少一個介質(zhì)路徑，所述介質(zhì)路徑被配置為允許預(yù)定流體經(jīng)過所述介質(zhì)路徑并且到達形成到第一集成電路的第二側(cè)中的凹部。5.如權(quán)利要求1所述的壓力傳感器裝置，其中所述多個導(dǎo)電過孔對稱地分布在第一集成電路基底中。6.如權(quán)利要求1所述的壓力傳感器裝置，還包括:第二集成電路，附接到第一集成電路的第一側(cè)，第二集成電路包括具有第一側(cè)和第二側(cè)的基底以及形成到它的第一側(cè)的預(yù)定部分中的電子電路。7.如權(quán)利要求6所述的壓力傳感器裝置，還包括:第二多個導(dǎo)電過孔，形成到第二集成電路基底中，使得第二多個過孔延伸穿過第二集成電路的基底并且以電氣方式將第一集成電路的電路連接到第二集成電路的電路。8.如權(quán)利要求1所述的壓力傳感器裝置，其中所述第一集成電路基底包括第三垂直側(cè)，第三垂直側(cè)基本上與第一側(cè)和第二側(cè)正交，第二側(cè)還包括至少一個溝槽，所述至少一個溝槽被形成為延伸到所述凹部中并且延伸穿過第三垂直側(cè)。9.如權(quán)利要求1所述的壓力傳感器裝置，還包括:基座，附接到MEMS壓力感測元件的第二側(cè)，所述基座包括孔徑，所述孔徑基本上與柔性隔膜對準(zhǔn)。10.一種壓力傳感器模塊，包括: 壓力傳感器裝置，包括: MEMS壓力感測元件，具有第一側(cè)和第二側(cè)，其中柔性隔膜和惠斯通電橋電路位于第一側(cè)上; 第一集成電路，包括具有第一側(cè)和第二側(cè)的基底、形成到第一側(cè)的預(yù)定部分中的電子電路和形成到第二側(cè)中的凹部，第一集成電路的第二側(cè)附接到MEMS壓力感測元件的第一側(cè)，第一集成電路的凹部和MEMS壓力感測元件的第一側(cè)定義基本上抽空的腔;和 第一多個導(dǎo)電過孔，形成到第一集成電路基底中，使得第一多個過孔延伸穿過基底并且以電氣方式將MEMS壓力感測元件的惠斯通電橋電路連接到形成到第一集成電路的第一側(cè)中的電路； 殼體，具有凹穴和壓力端口，凹穴包圍壓力傳感器裝置，壓力端口被配置為允許預(yù)定流體將壓力應(yīng)用于所述隔膜;和 引線框架，從在第一集成電路的第一側(cè)上的電接觸器延伸穿過殼體，在第一集成電路的第一側(cè)上的電接觸器包括焊料凸塊和導(dǎo)電粘合劑中的至少一種。11.如權(quán)利要求10所述的壓力傳感器模塊，還包括:一層粘合劑，位于第一集成電路和凹穴的內(nèi)表面之間，所述一層粘合劑被配置為將壓力傳感器裝置安裝到凹穴的內(nèi)表面并且基本上覆蓋在第一集成電路的第一側(cè)上的電接觸器。12.如權(quán)利要求10所述的壓力傳感器模塊，其中所述MEMS壓力感測元件在它的第一側(cè)上具有多個電接觸器，壓力傳感器裝置還包括: 一層二氧化硅，位于MEMS壓力感測元件的第一側(cè)和第一集成電路的第二側(cè)之間，所述一層二氧化硅形成MEMS壓力感測元件和第一集成電路之間的硅熔接接合件;和 金屬間化合物接合件，形成在至少一個導(dǎo)電過孔和在MEMS壓力感測元件的第一側(cè)上的電接觸器之間。13.如權(quán)利要求10所述的壓力傳感器模塊，其中所述MEMS壓力感測元件在它的第一側(cè)上具有多個電接觸器，壓力傳感器裝置還包括: 一層玻璃料，位于MEMS壓力感測元件的第一側(cè)和第一集成電路的第二側(cè)之間，所述一層玻璃料形成MEMS壓力感測元件和第一集成電路之間的接合件;和 焊料凸塊，位于至少一個導(dǎo)電過孔和在MEMS壓力感測元件的第一側(cè)上的電接觸器之間。14.如權(quán)利要求10所述的壓力傳感器模塊，其中所述一層玻璃料被圖案化以提供穿過所述一層玻璃料的至少一個介質(zhì)路徑，所述介質(zhì)路徑被配置為允許預(yù)定流體流到形成到第一集成電路的第二側(cè)中的所述凹部。15.如權(quán)利要求1O所述的壓力傳感器模塊，其中所述多個導(dǎo)電過孔對稱地分布在第一集成電路基底中。16.如權(quán)利要求10所述的壓力傳感器模塊，還包括:第二集成電路，附接到第一集成電路的第一側(cè)，第二集成電路包括具有第一側(cè)和第二側(cè)的基底以及形成到它的第一側(cè)的預(yù)定部分中的電子電路。17.如權(quán)利要求16所述的壓力傳感器模塊，還包括:第二多個導(dǎo)電過孔，形成到第二集成電路基底中，使得第二多個過孔延伸穿過第二集成電路的基底并且以電氣方式將第一集成電路的電路連接到第二集成電路的電路。18.如權(quán)利要求10所述的壓力傳感器模塊，其中第一集成電路基底包括第三垂直側(cè)，第三垂直側(cè)基本上與第一側(cè)和第二側(cè)正交，第二側(cè)還包括至少一個溝槽，所述至少一個溝槽被形成為延伸到所述凹部中并且延伸穿過第三垂直側(cè)。19.如權(quán)利要求10所述的壓力傳感器模塊，還包括:基座，附接到MEMS壓力感測元件的第二側(cè)，所述基座包括孔徑，所述孔徑基本上與柔性隔膜對準(zhǔn)。20.一種壓力傳感器模塊，包括: 壓力傳感器裝置，包括: MEMS壓力感測元件，具有第一側(cè)和第二側(cè)，其中柔性隔膜和惠斯通電橋電路位于第一側(cè)上; 第一集成電路，包括具有第一側(cè)和第二側(cè)的基底、形成到第一側(cè)的預(yù)定部分中的電子電路和形成到第二側(cè)中的凹部，第一集成電路的第二側(cè)附接到MEMS壓力感測元件的第一側(cè)，第一集成電路的凹部和MEMS壓力感測元件的第一側(cè)定義基本上抽空的腔;和 第一多個導(dǎo)電過孔，形成到第一集成電路基底中，使得第一多個過孔延伸穿過所述基底并且以電氣方式將MEMS壓力感測元件的惠斯通電橋電路連接到形成到第一集成電路的第一側(cè)中的電路； 殼體，具有凹穴和壓力端口，凹穴包圍壓力感測裝置，壓力端口被配置為允許預(yù)定流體將壓力應(yīng)用于所述隔膜； 引線框架，從凹穴內(nèi)部延伸穿過殼體； 接合線，從在第一集成電路的第一側(cè)上的電接觸器延伸到引線框架； 粘合劑層，位于MEMS壓力感測元件的第二側(cè)和凹穴的內(nèi)表面之間，穿過凹穴的內(nèi)表面形成壓力端口，粘合劑層包圍壓力端口并且將壓力端口密封到MEMS壓力感測元件的第二側(cè)。21.如權(quán)利要求20所述的壓力傳感器模塊，還包括:一層凝膠，位于凹穴內(nèi)部并且基本上覆蓋壓力傳感器裝置。22.如權(quán)利要求20所述的壓力傳感器模塊，還包括:共形涂層，位于壓力傳感器裝置、接合線和引線框架的至少一部分上方。23.如權(quán)利要求22所述的壓力傳感器模塊，還包括:一層玻璃料，位于MEMS壓力感測元件和第一集成電路之間，其中所述一層玻璃料被圖案化以提供穿過所述一層玻璃料的至少一個介質(zhì)路徑，所述介質(zhì)路徑被配置為允許預(yù)定流體經(jīng)過所述介質(zhì)路徑到達形成到第一集成電路的第二側(cè)中的凹部。24.如權(quán)利要求20所述的壓力傳感器模塊，其中所述MEMS壓力感測元件在它的第一側(cè)上具有多個電接觸器，壓力傳感器裝置還包括: 一層二氧化硅，位于MEMS壓力感測元件的第一側(cè)和集成電路的第二側(cè)之間，所述一層二氧化硅形成MEMS壓力感測元件和第一集成電路之間的硅熔接接合件;和 金屬間化合物接合件，形成在至少一個導(dǎo)電過孔和在MEMS壓力感測元件的第一側(cè)上的電接觸器之間。25.如權(quán)利要求20所述的壓力傳感器模塊，其中所述MEMS壓力感測元件在它的第一側(cè)上具有多個電接觸器，壓力傳感器裝置還包括: 一層玻璃料，位于MEMS壓力感測元件的第一側(cè)和第一集成電路的第二側(cè)之間，所述一層玻璃料形成MEMS壓力感測元件和第一集成電路之間的接合件;和 焊料凸塊，位于至少一個導(dǎo)電過孔和在MEMS壓力感測元件的第一側(cè)上的電接觸器之間。26.如權(quán)利要求20所述的壓力傳感器模塊，其中所述多個導(dǎo)電過孔對稱地分布在第一集成電路基底中。27.如權(quán)利要求20所述的壓力傳感器模塊，還包括:第二集成電路，附接到第一集成電路的第一側(cè)，第二集成電路包括具有第一側(cè)和第二側(cè)的基底以及形成到它的第一側(cè)的預(yù)定部分中的電子電路。28.如權(quán)利要求27所述的壓力傳感器模塊，還包括:第二多個導(dǎo)電過孔，形成到第二集成電路基底中，使得第二多個過孔延伸穿過第二集成電路的基底并且以電氣方式將第一集成電路的電路連接到第二集成電路的電路。29.如權(quán)利要求20所述的壓力傳感器模塊，其中第一集成電路基底包括第三垂直側(cè)，第三垂直側(cè)基本上與第一側(cè)和第二側(cè)正交，第二側(cè)還包括至少一個溝槽，所述至少一個溝槽被形成為延伸到所述凹部中并且延伸穿過第三垂直側(cè)。30.如權(quán)利要求20所述的壓力傳感器模塊，還包括:基座，附接到MEMS壓力感測元件的第二側(cè)，所述基座包括孔徑，所述孔徑基本上與柔性隔膜對準(zhǔn)。
【文檔編號】G01L19/14GK106052941SQ201610217262
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年4月8日 公開號201610217262.2, CN 106052941 A, CN 106052941A, CN 201610217262, CN-A-106052941, CN106052941 A, CN106052941A, CN201610217262, CN201610217262.2
【發(fā)明人】J-H.A.邱, R.C.科斯伯格, S-H.S.陳
【申請人】大陸汽車系統(tǒng)公司