CN102435226A - 用作双面传感器组件的装置 - Google Patents

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A·布里泽克
J·丹卡斯特
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Abstract

本发明涉及用作双面传感器组件的装置。一种传感器组件，且在一个实施例中为用于表面安装应用的传感器组件，其包括壳体和引线框，引线框具有用于将装置接纳于其上的上表面和下表面。传感器组件的实施例包括固定到上表面上的第一装置，以及固定到下表面上的第二装置，以便将第一装置和第二装置中的各个的连接垫定位成邻近引线框的一侧。传感器组件还包括引线，该引线以防止与壳体外的电路电性连接的方式定位在传感器组件中。引线具有邻近引线框的一侧的端部，其中连接垫定位在上表面和下表面上。端部构造成以独立于传感器组件的任何外部连接件而连接第一装置和第二装置的方式接纳来自于连接垫的连接件，例如，打线接合线。

Description

用作双面传感器组件的装置
技术领域
本文所公开的主题主要涉及传感器组件(或封装件，package)，并且更具体地涉及采用通过与传感器组件中的其它连接件相独立的连接件而电性地耦接(或联接)在一起的装置的传感器组件。
背景技术
采用半导体装置的传感器组件由于其小且紧凑的尺寸而用于各种应用。这种传感器组件的一个实例由胎压监测(″TPM″)系统采用，该系统使用传感器和传感器组件来监测尤其是机动车辆轮胎中的压力。这些系统提供安全警报来提醒驾驶员胎压较低。此外，TPM系统还可向驾驶员提供其它信息(例如，温度、加速度和速度)，这些信息可有助于正确地保持一致的胎压。这可带来许多益处，包括良好的燃料经济性和延长的轮胎寿命。
类似于上述TPM系统的系统通常采用感测、处理和传输数据至其它系统且通常传输至驾驶员的多个构件。一个构件为用于感测胎压且提供表示其的数据输出的压力传感器。另一构件为处理器，如专用集成电路(″ASIC″)，其响应于这些数据输出以及来自于其它构件的其它数据。这些构件可以传感器组件的形式封装在一起，其中的许多构造成使得它们能表面安装至其它基底例如印刷电路板上。
通常要求的是，以保持传感器组件在总体功能、操作和构造方面的灵活性的方式提供对构件的选择。同样期望的是在传感器组件的新型构造将达到降低材料和制造资源成本的同时，不会降低水准，且在新型传感器组件中实现一系列的可用功能性。
一些类型的传感器组件已将这些特定属性并入到相对较小的紧凑装置中。例如，存在具有安装到基底相反两侧上的传感器装置和处理装置的传感器组件。虽然这两个装置通过传感器组件内的引线(或引脚，lead)通信，但该装置安装到基底的相反两侧上。这种构造不但作用为组件尺寸的限制因素，而且还要求装置之间的互连距离较长，这会影响传感器组件的性能、功能性和灵活性。
因此，将会有利的是具有一种传感器组件，其能收集数据和信息，而且还能提供对于这些功能的进一步变化和扩展的平台。还将同样有利的是，对于此种传感器组件构造成用以减小组件特定区域上的机械应力，且提供通向环境的通路以便收集收据，而且还保护组件其它区域免受环境影响。此外，这种传感器组件还可进一步构造成在构件之间采用最短的互连长度，例如在传感器装置与处理装置之间的互连长度。
发明内容
在一个实施例中，一种传感器组件可包括基底，该基底可包括第一侧、上表面，以及与上表面成相反关系的下表面。传感器组件还可包括设置在上表面上的第一装置，该第一装置包括邻近基底第一侧的第一连接垫(pad)。传感器组件还可包括设置在下表面上的第二装置，该第二装置包括邻近基底第一侧的第二连接垫。传感器组件还可进一步包括与第二装置成包绕关系的壳体，该壳体包括将第一装置暴露于壳体外的环境的腔；以及耦接到第一连接垫和第二连接垫上的第一引线，该第一引线包括邻近第一侧的端部。此外，传感器组件的实施例可进一步描述为在其中，第一引线能以在第一装置与完全处于壳体内的第二装置之间形成连接的方式接纳来自于第一连接垫和第二连接垫中的各个的打线接合线(wirebond)。
在另一实施例中，一种传感器组件用于安装到印刷电路板的表面上。该实施例的传感器组件可包括引线框(leadframe)，该引线框包括与放置区域成包绕关系的外缘，该放置区域具有第一侧、第二侧和一对相反的表面，该相反的表面包括上表面和与上表面成平面关系的下表面。传感器组件还可包括设置在上表面上的传感器，该传感器包括多个传感器装置，各传感器装置均包括邻近放置区域第一侧的连接垫。传感器组件还可包括设置在下表面上的处理装置，该处理装置包括邻近放置区域第一侧的连接垫，该处理装置用于处理来自于传感器装置的数据。传感器组件还可进一步包括包绕引线框的壳体，该壳体包括将处理装置与壳体外的环境密封的部分，以及使至少一个传感器装置暴露于环境的腔；以及多条引线，一条引线耦接到传感器装置的各连接垫上，各引线均包括邻近第一侧的端部。传感器组件可进一步描述为在其中，引线接纳来自于连接垫的打线接合线以便在传感器装置与完全处于壳体内的处理装置之间形成连接。
在又一实施例中，提供了一种用于制造传感器组件的方法。该方法可包括在一个步骤中形成引线框，该引线框包括与放置区域成包绕关系的外缘，该放置区域具有第一侧、上表面以及与上表面成平面关系的下表面。该方法还可包括在另一步骤中以将第一连接垫定位成邻近放置区域第一侧的方式将第一传感器装置安装到上表面上。该方法还可包括在又一步骤中以将第二连接垫定位成邻近放置区域第一侧的方式将处理装置安装到下表面上。该方法还可包括在再一步骤中以将处理装置与壳体外的环境隔离的方式通过包覆成型处理装置而形成壳体，以及将第一连接垫和第二连接垫打线接合到第一引线上，该第一引线包括邻近第一侧的端部。该方法还可进一步描述为在其中，第一引线接纳来自于第一连接垫和第二连接垫中的各个的打线接合线，以便在第一传感器装置与完全处于壳体内的处理装置之间形成连接。
附图说明
为了能详细理解本发明的特征的方式，可参照一些实施例对其详细描述，其中的一些实施例在附图中示出。然而，注意的是，附图仅示出了本发明的一些实施例，且因此不应认作是限制其范围，因为本发明的范围涵盖其它同等有效的实施例。附图不必按比例，且重点大体上置于阐释本发明的一些实施例的原理。
因此，为了进一步理解本发明，可参照以下详细说明结合附图研读，在附图中：
图1为在本发明的一个实施例中制成的传感器组件的一个实施例的简图的顶平面视图。
图2为图1中的传感器组件的侧平面视图。
图3为在本发明的一个实施例中制成的传感器组件的另一实施例的顶平面视图。
图4为图3中的传感器组件的侧平面视图。
图5为在本发明的一个实施例中制成的传感器组件的又一实施例的透视图。
图6为图5中的传感器组件的截面侧平面视图。
图7为图6中的传感器组件的截面的详细平面视图。
零件清单
100传感器组件
102壳体
104基底
106外缘
108横向侧
110后侧
112前侧
114放置区域
116上表面
118下表面
120内部连接区
122第一装置
124第二装置
126第一连接垫
128第二连接垫
130互连件
132外部连接件
200传感器组件
202壳体
204基底
212前侧
214放置区域
216上表面
218下表面
222第一装置
224第二装置
226第一连接垫
228第二连接垫
230连接件
232外部连接件
234第三装置
236第三连接垫
238引线
240引出线
242后分流条(tie bar)
244前分流条
246打线接合线
248引线框
250传感器
252端部
300传感器组件
302壳体
322第一装置
324第二装置
334第三装置
348引线框
354包覆成型部分
356腔
358包封凝胶
360插脚
362盖
364开孔
366壁
368搁架
具体实施方式
本书面说明使用了包括最佳模式的实例来公开本发明，且还使本领域的普通技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何所结合的方法。本发明可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域的普通技术人员所构思出的其它实例。如果这些其它实例具有与权利要求的字面语言并无不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无实质差异的同等结构元件，则认为这些实例处在权利要求的范围之内。
大体上参看附图，且尤其是图1至图7，提供了一种传感器组件的实施例，其包括定位在基底相反两侧上的装置。各装置均包括连接垫，其定位在邻近传感器组件的一部分的基底区或″互连性区域″中，该基底区或互连性区域未有效连接到传感器组件外的电路上。采用互连性区域会减少操作传感器组件所需的电性互连件的数目。即是说，本文公开和构思出的类型的传感器组件中使用的电性互连件的数目明显少于功能性相当的其它传感器组件中的电性互连件数目。这样减少互连件数目虽然对其自身很重要，但也减小了这些传感器组件的尺寸或覆盖区，使得相比于其它传感器组件覆盖区明显较小，且基本上不会有损功能性。
图1和图2中示出了在本发明的一个实施例中制成的传感器组件100的实施例的高水平简图。看到的是，传感器组件100可包括与基底104成包绕关系的壳体102，基底104具有外缘106，外缘106具有横向侧108、后侧110和前侧112。外缘106可限定放置区域114，放置区域114具有上表面116以及与上表面116相反的下表面118。放置区域114的上表面116和下表面118中的各个均包括内部连接区120，内部连接区120定位成邻近基底104的一侧(例如，横向侧108、后侧110和前侧112)。
传感器组件100还可包括第一装置122和第二装置124，第二装置124设置在基底104的与第一装置122相反的表面上。第一装置122和第二装置124中的各个分别包括第一连接垫126和第二连接垫128。传感器组件100还可包括互连性区域130，以及与互连性区域130不同的外部连接性区域132。这里，在图1的实例中看到的是，互连性区域130邻近基底104的前侧112。然而，可能期望在传感器组件100的一些实施例中，互连性区域130邻近其它侧(例如，横向侧108和后侧110)，以便还邻近内部连接区120。
注意的是，用语″前侧″、″后侧″和″横向侧″用于表示元件或对象例如传感器组件100、基底104和/或外缘106的侧部，且并未限制本公开内容的范围和大小。确切而言，且如结合本公开内容所构思出的传感器组件实施例所描述的那样，传感器组件的部分相对于外缘106且更具体的是相对于前侧、后侧和横向侧中的一个或多个而构造或定位。例如，尽管通常限定为这些部分中的一些或所有的相关位置，但其在一些实施例中将包括传感器组件的一个部分，例如内部连接区120，其相对于传感器组件的另一部分例如基底104的前侧112而定位。
更具体而言，在图1和图2的传感器组件100的实施例中看到，第一装置122和第二装置124分别定位在上表面116和下表面118上，以便第一连接垫126和第二连接垫128中的各个均邻近基底104的前侧112，且大致在内部连接区120内。这种构造容许第一连接垫126和第二连接垫128中的各个例如通过打线接合而连接到互连性区域130上。这继而又容许电信号在第一连接垫126与第二连接垫128之间传递。
互连性区域130，其更为详细的实例在图3和图7中且在下文描述，通常以有助于传导电信号的方式构成。它通常没有外部连接件，例如可接收、传输，或有助于传感器组件100内的部分与传感器组件100外的部分之间通信的那些连接件。尽管通常由传导性材料(例如，金属、传导性塑料等)制成，但同样认识到，互连性区域130的构造使得其可接纳、支承和以其它方式传导性地相互作用于连接元件(以及用于制造传感器组件的构件的相关材料)，例如从上文所述的第一连接垫和第二连接垫延伸的打线接合线。
在传感器组件100的一个实施例中，互连性区域130可定位在相对于内部连接区120的位置上，以便最大限度地减小第一装置122与第二装置124之间的互连长度。如图1中所示，该位置邻近前侧112，但还可构思出互连性区域130可部分地基于内部连接区120的位置而定位在其它位置。在一个实例中，该位置由互连尺寸ID限定，其中，互连尺寸ID计量从基底104的外缘106到与装置(例如，第一装置122和第二装置124)相连的互连性区域130所处位置的距离。
用作第一装置122和第二装置124的装置可基于对于传感器组件100的一个或多个期望功能来选择。例如，可期望的是，传感器组件100构造成用以测量一个或多个环境性质，如压力、加速度、温度、电流和电压。这些性质中的各个均可能需要可检测环境性质的单独装置或装置的组合。这些装置可包括具有诸如晶体管、电容器和电阻器的分立元件的集成电路，其组合选择成用以提供检测环境性质所需的功能性。这些装置的一些类型的更为详细的描述在下文中结合图3至图4予以提供。
例如，且参照图3和图4，示出了传感器组件200的另一实施例的顶视图(图3)和侧视图(图4)。这里，相似的数字用于表示结合图1和图2中的传感器组件100描述的类似构件，但数字增加100。仅出于示范的目的，传感器组件200可包括壳体202、带有放置区域214的具有上表面216和下表面218的基底204。传感器组件200还可包括具有第一连接垫226的第一装置222、具有第二连接垫228的第二装置224、连接性区域230，以及外部连接性区域232。传感器组件200还可包括具有第三连接垫236的第三装置234、多个引线238、多个引出线240、后分流条242，以及前分流条244。传感器组件200还可包括打线接合线246，该打线接合线246将连接垫226，228，236电性地耦接到引线238和引出线240上。
在传感器组件200的一个实施例中，基底204包括以将上表面216和下表面218置于大致平面(和/或平行)构造中的方式构成的引线框248。引线框248通常由金属带形成，使得多个引线框248制造在一起，其中，各引线框248沿后分流条242和前分流条244端对端地连结。这有助于各引线框248的去框(singulation)，从而容许如下文更为详细描述那样构造传感器组件200。
进一步描述可在上述传感器组件中使用的装置，一方面，第一装置222和第三装置234形成传感器250，该传感器250响应于壳体202周围环境中的环境性质。作为非限制性实例，第一装置222响应于环境中的压力变化，而第三装置234响应于加速度。此外，在传感器组件200的一个特定实现方式中，第一装置222为微机电系统(″MEMS″)装置，其实例为由General Electric(Fremont，CA)提供的背侧绝对压力(″BAPS″)传感器芯片(die)。第二装置224可为集成电路(″IC″)晶片，如专用集成电路(″ASIS″)晶片。它通常构造成与第一装置222和第三装置234通信，以便获取信息和数据，且更具体的是获取与环境性质相关的数据。
第一装置222、第二装置224和第三装置234(″装置″)使用常规工艺和材料而固定到放置区域214上。例如，这包括粘合剂、凝胶以及与装置和基底204相容的其它流体和/或流动材料。在传感器组件200的一些实现方式中，所选的材料其类型可为能耐受腐蚀性环境以及其它某些环境，这些其它环境以别的方式不利于未针对此种环境而特别选择的材料。
引线238定位在壳体202内，以便防止引线238与壳体202外的电路电性连接。尽管引线238的整体可全部地处于壳体202内，但传感器组件200的一些构造可引起引线238的一些局部和部分穿透壳体202。在一个实施例中，各引线238均包括邻近前侧212的端部252。这可将端部252定位在互连性区域230中。端部252适于接纳打线接合线246，其中，打线接合线246的放置可能需要与端部252(且通常是引线238)相容的粘合材料。这些材料选择成以便打线接合线246固定到端部252上且与端部252电性地耦接。如上文所述，连接垫(例如，第一连接垫226、第二连接垫228和第三连接垫236)、打线接合线246和端部252将装置电性地耦接在一起，且更具体的是将第二装置224耦接到第一装置222和第三装置234上。
引出线240也由可传导电信号的材料构成，且可接纳打线接合线，例如打线接合线246。在一个实例中，且于下文在图5至图7中更为清楚地示出，各引出线240均可与延伸出壳体202的外部支线(leg)、导体和插脚一体地形成或电性地耦接。这容许引出线240在第二装置224与壳体202外的电路之间传导电信号。
接下来参看图5和图6，示出了传感器组件300又一实施例的顶视图(图5)和截面视图(图6)。再次的是，如上文结合图3和图4所述，相似的数字在图5和图6中用于表示相似的构件，但数量增加了100。看到的是，例如，传感器组件300可包括与第一装置322、第二装置324和第三装置334成包绕关系的壳体302。壳体302还可包括包覆成型部分354，以及其中设置有包封凝胶358的腔356。传感器组件300还可包括插脚360和盖362，该盖362具有使腔356的内部暴露于包绕壳体302的环境的开孔364。
包覆成型部分354可通过包覆成型传感器组件300的各种构件而形成。例如，这包括包覆成型第二装置324和引线框348，以便保护传感器组件300的这些部分。同样，腔356构造为壳体302的并非包覆成型而为敞开的部分，以便将第一装置322和第三装置334暴露于环境中。在结合图7的详细视图示出和描述的传感器组件300的一个实施例中，腔356形成为具有壁366，以及延伸到腔356中的搁架368。尽管搁架368的尺寸可变化，但在一个实例中，搁架368构造成以便延伸到腔356中一定量，其防止包封凝胶358溢出和流出腔356。
更具体而言，包封凝胶358沉积在腔356中，以便覆盖第一装置322和第三装置334。它可向这些装置322，334提供一定程度的保护，而通常不会妨碍装置322，334以及传感器组件300的功能性。示例性材料包括但不限于硅酮、基于硅酮的复合材料，以及其任何组合、衍生物和合成物。这些材料通常具有粘性容许将材料分送到腔356中的第一状态，以及粘性大于第一状态粘性的第二状态。这种第二状态通常是一定类型的处理例如固化、干燥、冷却等的结果。例如，可期望的是包封凝胶358足够柔韧以容许第一装置322和第三装置334中的一个或多个响应于环境性质方面的变化，例如，环境压力的变化。
大体上继续阐述图5至图7中所示的传感器组件300的实施例，且更具体而言是按照具有类似于传感器组件100，200，300(″传感器组件″)的特征的传感器组件的制造来阐述，传感器组件的构造可如下文那样实现。通过非限制性实例，ASIC晶片可固定到引线框放置区域的相应下表面上，以便将其连接垫定位在一侧附近而与类似地定位成邻近引线框同一侧的引线相连。打线接合线从ASIC连接垫附接到对应的引线上，且具体是附接到互连性区域中的引线端部上。
壳体然后可通过包覆成型ASIC晶片和引线框而形成，使ASIC晶片与环境密封。这也形成了传感器安装在其中的腔，以及在本文所述的装置实例中，压力传感器(″BAPS″)和加速计固定到引线框的放置区域的上表面上。还优选的是，BAPS和加速计的连接垫定位在邻近引线框同一侧的内部连接区中而作为ASIC晶片的连接器垫。BAPS和加速计的连接垫利用打线接合线而打线接合到引线端部上，从而形成电性连接。
包封凝胶在腔中沉积在BAPS和加速计上。这例如可通过使凝胶经受紫外线而固化。盖使用密封剂如环氧树脂密封剂或具有与本文所述和构思出的装置相容的粘合性质的其它适合材料而固定到腔的开口上。
传感器组件的制造还可包括将传感器组件与其它传感器组件去框的步骤。例如，在未裁切的形式中，相邻传感器组件的引线框可通过一个或多个分流条相连，该分流条断开、隔断，或以其它方式分开以形成单独的传感器组件。去框使用公知的方法进行，且因此本文并未详细描述。
在一个实施例中，从壳体向外延伸的插脚可由传感器组件的引出线形成。例如，引出线可变形，以便以容许插脚连接到外部电路上的此种方式来定形插脚。此种电路例如可定位在印刷电路板和/或半导体装置上。
鉴于上文，上述制造技术以及本文构思出的用于制造传感器组件的其它工艺可采用提供多个引线框的常规模制技术。尽管本领域的普通技术人员通常懂得这些技术和工艺，但可开发出的且用于制造传感器组件以便包括本文所公开的这些实施例的构想的其它步骤、工艺和技术也适当地落在本公开内容的范围和精神内。例如，传感器组件的其它实施例可包括除本文所述的装置之外或不同于本文所述装置的装置。这可能需要形成传感器组件的零件和部分的其它、新的和/或不同材料的构造(和构造方法)。在一个实例中，该工艺、材料和方法可与传感器装置和ASIC装置的放置相容，以便将这些装置的连接垫定位在内部连接区内，且从而定位它们以便连接到互连性区域上。
本书面描述使用了包括最佳方式的实例来公开本发明，并且还使本领域的普通技术人员能够制造和使用本发明。本发明可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域的普通技术人员所构思出的其它实例。如果这些其它实例具有与权利要求的字面语言并无不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无实质差异的同等结构元件，则认为这些实例处在权利要求的范围之内。

Claims (10)

1.一种传感器组件(100)，包括：
基底(104)，所述基底(104)包括第一侧(112)、上表面(116)以及与所述上表面(116)成相反关系的下表面(118)；
设置在所述上表面(116)上的第一装置(122)，所述第一装置(122)包括邻近所述基底(104)的第一侧(112)的第一连接垫(126)；
设置在所述下表面(118)上的第二装置(124)，所述第二装置(124)包括邻近所述基底(104)的第一侧(112)的第二连接垫(128)；
与所述第二装置(124)成包绕关系的壳体(102)，所述壳体(102)包括使所述第一装置(122)暴露于所述壳体外的环境的腔(356)；以及
第一引线(238)，所述第一引线(238)耦接到所述第一连接垫(126)和所述第二耦接垫(128)上，所述第一引线(238)包括邻近所述第一侧(112)的端部(252)，
其中，所述第一引线(238)以在所述第一装置(122)与完全处于所述壳体(102)内的所述第二装置(124)之间形成连接的方式接纳来自于所述第一连接垫(126)和所述第二连接垫(128)中的各个的打线接合线。
2.根据权利要求1所述的传感器组件(100)，其特征在于，所述传感器组件(100)还包括耦接到所述第二装置(124)上的引出线(240)，其中，所述引出线(240)以容许在所述第二装置(124)与所述壳体(102)外的电路之间电性连接的方式延伸到所述壳体(102)外。
3.根据权利要求1所述的传感器组件(100)，其特征在于，所述第一装置(122)构造成用以从所述环境获取数据。
4.根据权利要求3所述的传感器组件(100)，其特征在于，所述传感器组件(100)还包括：
设置在所述上表面(216)上的第三装置(234)，所述第三装置(234)包括邻近所述基底(104)的第一侧(112)的第三连接垫(236)；以及
耦接到所述第三连接垫(236)上的第三引线(238)，所述第三引线(238)包括邻近所述第一侧(112)的端部(252)，
其中，所述第三引线(238)以在所述第三装置(234)与完全处于所述壳体(102)内的所述第二装置(124)之间形成连接的方式接纳来自于所述第三连接垫(236)和所述第二装置(124)的打线接合线。
5.根据权利要求4所述的传感器组件(100)，其特征在于，所述第三引线(238)耦接到所述第二装置(124)上。
6.根据权利要求1所述的传感器组件(100)，其特征在于，所述传感器组件(100)还包括：
设置在所述腔(356)中的包封凝胶(358)，所述包封凝胶(358)包括容许在所述第一装置(122)与所述环境之间通信的材料；以及
定位在所述包封凝胶(358)上的盖(362)，所述盖(362)包括使所述腔(356)暴露于所述环境的开孔(364)。
7.根据权利要求6所述的传感器组件(100)，其特征在于，所述材料具有第一状态，以及粘性大于所述第一状态的粘性的第二状态。
8.根据权利要求6所述的传感器组件(100)，其特征在于，所述腔(356)包括邻近所述上表面(116)的下部、远离所述下部延伸的壁(366)，以及设置在所述壁(366)上的与所述下部相对的搁架(368)，所述搁架(368)包括延伸到所述腔(356)中的至少一个表面。
9.根据权利要求1所述的传感器组件(100)，其特征在于，所述第一装置(122)用于感测压力，以及所述第二装置(124)用于测量加速度。
10.根据权利要求9所述的传感器组件(100)，其特征在于，所述第一装置(122)包括背侧绝对压力(″BAPS″)传感器装置。
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