专利名称：传感器器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有传感器芯片、电路芯片以及插入其间的膜型粘合剂的传感器器件。
背景技术：
诸如加速度传感器和/或角速度传感器等常规传感器包括具有粘合部分的电路芯片、层叠在该电路芯片的粘合部分上的传感器芯片，以及置于该电路芯片与传感器芯片之间的膜型粘合剂。
在这种类型的常规传感器中，为了通过将实现的尺寸最小化来减小制造成本，采用在电路芯片上装配传感器芯片的叠层结构。
粘接电路芯片的上表面和传感器芯片的下表面的粘合剂是含有例如BN(氮化硼)或Ag(银)的无机填料的膜型聚酰亚胺粘合剂。
所述包括填料的膜型粘合剂用于维持电路芯片和传感器芯片的粘合强度，以及当把传感器放入高温环境中时的粘合剂的弹性。
然而，根据本发明的发明人进行的研究，用包括填料的膜型粘合剂粘合在电路芯片上的传感器芯片具有以下问题。
包括例如大约重量百分比为10％的高密度填料的膜型粘合剂趋向于在填料中具有由内聚力(cohesion)所造成的块。结果，当将传感器芯片按压到电路芯片上以便将其粘合到电路芯片上时，通过填料中的结块压迫电路芯片的表面，传感器芯片的下侧损坏了电路芯片。由于这一过程所造成的损坏可能导致电路芯片的性能下降和故障。
发明内容
考虑到上述问题，本发明的一个目的是提供一种具有传感器芯片、电路芯片以及置于其间的膜型粘合剂的传感器，以及制造该传感器器件而不损坏电路芯片的方法。
为了达到上述目的，本发明的传感器具有这样的结构，其中，通过所述置入的含有重量百分比为91±3％聚酰亚胺且不含填料的膜型粘合剂来把传感器芯片层叠在电路芯片的粘合部分上面。
在含有重量百分比为91±3％(即，重量百分比为88％到94％)的聚酰亚胺且不含填料的膜型粘合剂中，防止了由内聚力所造成的填料块的形成。
因此，利用所述置入的膜型粘合剂可以把传感器芯片粘合到电路芯片上，而又不会对用来制造传感器器件的电路芯片的表面/内部电路造成破坏。
结果，根据本发明，可以制造具有其上布置有传感器芯片的电路芯片的传感器器件，而不会对电路芯片造成破坏。
在膜型粘合剂中含有的聚酰亚胺的密度范围为91±3％重量百分比的原因是基于本发明的发明人进行研究的结果。
当膜型粘合剂(例如，环氧树脂)中除了聚酰亚胺之外的硬化成分的量不足时，粘合剂作为整体其强度变得不足。当硬化成分量太大时，尽管粘合剂作为整体具有足够的强度，但是粘合剂的表面粘合强度下降。
根据发明人的研究，膜型粘合剂的硬化成分优选在9±3的重量百分比范围内，以保持作为整体的强度以及表面粘合强度。通过试验，发明人确认该粘合剂提供了足够的粘合强度。
因此，该膜型粘合剂含有重量百分比为9±3％的硬化成分，并且由此聚酰亚胺的量，所述膜型粘合剂的其余成分，在重量百分比为91±3％的范围内。
本发明中的粘合剂的厚度优选为50μm或更小。
从下面通过参照附图进行的详细说明，本发明的其它目的、特征和优点将更加显而易见，其中附图简述
图1是根据本发明实施例的传感器器件的截面侧视图；以及图2是说明图1中的传感器的硬化成分重量百分比和膜型粘合剂的剥离强度之间的关系的图。
优选实施例的详细说明下面是参考附图对本发明的实施例进行的说明。
在图1中以截面图示出了用作加速度传感器S1的传感器器件。所述加速度传感器S1，例如，用于汽车的安全气囊器件。
陶瓷封装1用作加速度传感器S1的基底，以及用于在适合于测量的位置(例如在汽车的驾驶座底部)粘合传感器S1的附加装置。加速度传感器S1包括一个设置在陶瓷封装1上的电路芯片3。将由硅型树脂制成的液态粘合剂2置于陶瓷封装1和电路芯片3之间。
在本实施例中，粘合剂2包含由树脂等制成的珠子2a。珠子2a用来确定粘合剂2的厚度以便使电路芯片3的上表面相对于陶瓷封装1来说是平的。换句话说，珠子2a用作“垫片(spacer)”。
通过公知的半导体制造工艺，在硅衬底上形成由MOS晶体管或双极型晶体管制成的电路芯片3。电路芯片3具有诸如用于输出的电流处理等功能。
电路芯片3的上表面具有被保留作为用于支撑传感器芯片5的区域的粘合部分3a。传感器芯片5层叠在粘合部分3a上。在粘合部分3a和传感器芯片5之间加入膜型粘合剂4。膜型粘合剂4由聚酰亚胺制成且不包括填料。
膜型粘合剂4的厚度在10到50μm之间的范围内，以便保持足够的弹性。在优选实施例中，所述膜型粘合剂包括大约20μm的厚度。
如果粘合剂4的厚度太厚(例如，100μm)，则变得缺少弹性且在高温环境下容易变形。
因此，在碰撞或类似情况期间施加于车辆的冲击可以在到达传感器芯片5之前被膜型粘合剂4吸收。这将导致加速度传感器S1作出错误的加速度测量。由此，膜型粘合剂4的厚度的上限确定为50μm。基于所需要的粘合强度，该厚度的下限确定为10μm。
本实施例中的膜型粘合剂4含有重量百分比为91±3％的聚酰亚胺和重量百分比为9±3％的硬化成分。在优选实施例中，所述硬化成分包括环氧树脂。
传感器芯片5用作检测加速度的元件。例如，传感器芯片5具有一条以梳状结构形成在硅衬底上的梁，其为公知类型，所述梁检测与施加的加速度成比例的移动电极和固定电极之间的静态电容(电信号)的变化。
键合引线6、7分别将传感器芯片5和电路芯片3，以及电路芯片3和陶瓷封装1电连接在一起。在优选实施例中，键合引线6、7可以由金、铝或任何其它适当的材料制成。
通过键合引线6把来自传感器芯片5的电信号(静态电容中的变化)发送到电路芯片3。通过C/V转换电路，电路芯片3把该电信号转换为电压信号(加速度信号)。然后通过键合引线7，电路芯片3把该信号输出到陶瓷封装1上的电极(未示出)。
通过一条通孔(未示出)，该电极电连接到陶瓷封装1的背面的电极。陶瓷封装1可以是例如由具有层叠的且通过加入导体连接在一起以形成电路的多层陶瓷层的封装制成。
陶瓷封装1的背面上的电极还连接到诸如ECU等的外部电路(未示出)。通过该连接，加速度传感器S1把加速度信号输出到外部电路。
在这种情况下，在陶瓷封装1的上表面上布置一个覆盖构件(未示出)，以便把传感器芯片5密封于其中。所述覆盖构件保护传感器芯片5不受湿度和机械应力的影响。
现在将解释加速度传感器S1的制造工艺。
把其上布置有粘合剂2的陶瓷封装1与电路芯片3结合。然后将粘合剂2硬化。粘合剂2被制备成含有珠子2a，所述珠子用来通过将粘合剂层2形成得平滑，来使电路芯片3的高度变平。
然后，将电路芯片3与传感器芯片5结合。有两种方法可用来结合所述芯片。
在一种方法中，在把膜型粘合剂4粘合到晶圆的背面之后，采用划片切割机使传感器芯片5与晶圆分离。然后拾取分离的传感器芯片5并装配到电路芯片3上。
在第二种方法中，采用划片切割机使传感器芯片5与晶圆分离，以便与以传感器芯片5的尺寸制备的膜型粘合剂4相结合。然后按顺序地把传感器芯片5和膜型粘合剂4放置到电路芯片3上。
通过上述两种方法中的任何一个把传感器芯片5和电路芯片3以及加入的膜型粘合剂4结合起来。然后通过加热陶瓷封装1和电路芯片3来间接地加热膜型粘合剂4。
因此通过使传感器芯片5挤压电路芯片3以硬化膜型粘合剂4，来把传感器芯片5粘合到电路芯片3的粘合部分3a。
在本实施例中，膜型粘合剂4在其中不含有填料。即，没有什么通过内聚力而形成块。因此，当在电路芯片3的表面上粘合传感器芯片5时，膜型粘合剂4不会对电路芯片3的表面造成损坏。
然后通过引线键合所述键合引线6、7来完成加速度传感器S1的制造。
通过使用不含填料的膜型粘合剂4粘合电路芯片3和传感器芯片5来制造本实施例的加速度传感器S1。因此可以使膜型粘合剂4制成是“无块”的。
因此，可以把传感器芯片5粘合到电路芯片3，而不会造成否则会由膜型粘合剂4所导致的对电路芯片3的损坏。
换句话说，在加速度传感器S1的制造工艺中，防止了电路芯片3在布置传感器芯片5的区域中被损坏。
在本实施例中，把膜型粘合剂4中的聚酰亚胺的含量限制在重量百分比为91±3％的范围内的原因如下。
如上所述，本实施例中使用的膜型粘合剂4是作为主要成分的聚酰亚胺和诸如环氧树脂等硬化成分的混合物。
发明人分析了膜型粘合剂4的硬化成分的含量与粘合强度之间的关系。使用环氧树脂来作为所述硬化成分，并且测量粘合强度来作为“剥离强度”。“剥离强度”指的是抵抗施加于所述粘合部分的剥离力所需要的强度。
在240℃的温度下测量所述剥离强度。传感器芯片5的尺寸，即，膜型粘合剂4的粘合区的尺寸，为5mm乘5mm。试验结果在图2的曲线图中示出。
图2的曲线图示出了粘合剂的硬化成分的含量(重量百分比)和剥离强度(kgf/mm)之间的关系。
当硬化成分的含量落入9±3％重量百分比的范围内，即，在6％的重量百分比和12％的重量百分比之间时，保持膜型粘合剂4的剥离强度。换句话说，这种状态下的膜型粘合剂4提供了足够的粘合强度。
当硬化成分的含量处于9±3％重量百分比的范围之外时，剥离强度急剧下降。小于上述范围的硬化成分的含量引起内聚失效。大于上述范围的硬化成分的含量引起膜型粘合剂4的表面失效。
这是因为当硬化成分的含量小于9±3％重量百分比的范围时，膜型粘合剂4作为整体不具有足够的强度。此外，当硬化成分大于上述范围时，膜型粘合剂4作为整体确实提供了足够的强度，但是表面粘合强度变得不够。
通过试验，发明人证实，当硬化成分含量在9±3％重量百分比的范围内时，膜型粘合剂4既可以提供足够的作为整体的强度，又可以提供足够的表面粘合强度。结果，膜型粘合剂4可以提供足够的粘合强度。
基于试验结果，在本实施例中，将膜型粘合剂4中的硬化成分含量限制在9±3％重量百分比的范围内，并且把聚酰亚胺的含量限制在91±3％重量百分比的范围内。
本实施例中的膜型粘合剂4的厚度等于或小于50μm，或更优选地等于20μm。
在通过加入的电路芯片3和膜型粘合剂4，把施加于加速度传感器S1(即，陶瓷封装1)的冲击安全地转移到传感器芯片5这个方面，这种厚度的膜型粘合剂4正确地工作。
在本实施例中，膜型粘合剂4由聚酰亚胺型材料制成。这确保了传感器芯片5和电路芯片3之间足够的粘合强度。
使用膜型粘合剂4替代液态粘合剂用于在电路芯片3的粘合部分3a上粘合传感器芯片5，保护电路芯片3不受低分子量内容物(weightcontent)的渗出所造成的污染。
更具体地，由渗出所造成的电路芯片3的污染意味着由于在粘合部分3a附近低分子量内容物所造成的污染而导致的引线键合灵敏度(dexterity)等的恶化。
尽管作为本发明的一个实例说明了加速度传感器S1，但是应当注意，本发明还可应用于角速度传感器、压力传感器、温度传感器或光传感器。
即，用于上述实施例的传感器装置中的传感器芯片还可以是角速度传感元件、压力传感元件、温度传感元件或光传感元件。
上述实施例中的电路芯片还可以由MOS晶体管、双极型晶体管、存储器电路或其它任何电路制成。
尽管在第一实施例中膜型粘合剂4由聚酰亚胺制成，但是用于所述粘合剂的材料还可以是环氧树脂、丙烯酸或其它类似的材料。
权利要求
1.一种传感器器件(S1)包括具有粘合部分(3a)的电路芯片(3)；以及层叠在所述电路芯片(3)的粘合部分(3a)上的传感器芯片(5)，其中通过含有重量百分比为91±3％的聚酰亚胺且不含填料的膜型粘合剂(4)来粘合所述电路芯片(3)和所述传感器芯片(5)。
2.如权利要求1所述的传感器器件(S1)，其中所述膜型粘合剂(4)的厚度小于或等于50μm。
3.如权利要求2所述的传感器器件(S1)，其中所述膜型粘合剂(4)的厚度约为20μm。
4.如权利要求1所述的传感器器件(S1)，其中所述膜型粘合剂(4)包括重量百分比为9±3％的硬化成分。
5.如权利要求4所述的传感器器件(S1)，其中所述硬化成分包括环氧树脂。
6.如权利要求1所述的传感器器件(S1)，进一步包括支撑其上的所述电路芯片(3)和所述传感器芯片(5)的封装(1)。
7.如权利要求6所述的传感器器件(S1)，其中粘合剂层(2)将所述电路芯片(3)粘合到所述封装(1)。
8.如权利要求7所述的传感器器件(S1)，其中所述粘合剂层(2)包括珠子(2a)，该珠子(2a)用来相对于所述封装(1)拉平电路芯片(3)。
9.一种制造传感器器件(S1)的方法，包括将膜型粘合剂(4)的第一侧涂敷到传感器芯片(5)；通过将膜型粘合剂(4)的第二侧挤压到电路芯片(3)上，来把传感器芯片(5)粘合到电路芯片(3)，其中所述膜型粘合剂(4)包含重量百分比为91±3％的聚酰亚胺，而不包含填料。
10.如权利要求9所述的制造传感器器件(S1)的方法，其中所述膜型粘合剂(4)的厚度小于或等于50μm。
11.如权利要求10所述的制造传感器器件(S1)的方法，其中所述膜型粘合剂(4)的厚度约为20μm。
12.如权利要求9所述的制造传感器器件(S1)的方法，其中所述膜式粘合剂(4)包括重量百分比为9±3％的硬化成分。
13.如权利要求12所述的制造传感器器件(S1)的方法，其中所述硬化成分包括环氧树脂。
14.如权利要求9所述的制造传感器器件(S1)的方法，进一步包括用粘合剂层(2)将电路芯片(3)粘合到封装(1)。
15.如权利要求14所述的制造传感器器件(S1)的方法，其中所述粘合剂层(2)包括珠子(2a)，该珠子(2a)用来相对于所述封装(1)拉平所述电路芯片(3)。
全文摘要
传感器器件(S1)包括电路芯片(3)和传感器芯片(5)。电路芯片(3)具有一个粘合部分(3a)。传感器芯片(5)层叠在电路芯片(3)的粘合部分(3a)上。通过含有重量百分比为91±3％的聚酰亚胺且不含填料的膜型粘合剂(4)来粘合电路芯片(3)和传感器芯片(5)。
文档编号G01P15/08GK1667421SQ20051005474
公开日2005年9月14日 申请日期2005年3月11日 优先权日2004年3月11日
发明者池泽敏哉, 田中昌明 申请人:株式会社电装