压力传感器及其封装方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种压力传感器及其封装方法，属于微电子机械系统及压力传感器等领域。
【背景技术】
[0002]目前玩具、手机、平板电脑、遥控器等消费类电子产品越来越朝着智能化方向发展，在其中增加了越来越多种的传感器以能够感知更多的物理量。其中对于由人体尤其手指等接触产生的应力或压力的测量需求也逐渐增多。
[0003]对于这种应用的传感器提出了一些特殊要求，首先需要将压力或应力有效的传递给压力传感器芯片的薄膜，其次还要保护芯片上的薄膜、引线等各个部分不被损坏，再一个还需要保持较小的体积使得能满足便携式消费类电子产品越来越小型化的趋势。
[0004]基于薄膜的压力传感器芯片已经比较成熟，这种芯片应用于测量接触力时有一些缺点。一是薄膜一般在几十微米以下，测量流体压力的情况下，还可以胜任；但直接测量人体尤其手指的直接力时，力会直接传递到薄膜上，这个力一般很大，薄膜非常容易损坏。二是压力传感器芯片封装时需要引线，而引线一般都在薄膜上方，这样如果直接接触人体或手指等，将很容易将引线损坏。因此目前的办法都是通过封装将力转换成流体压力再作用在薄膜上，即对薄膜进行了隔离。但目前的封装技术，要么保护过度，使得直接接触的应力不能有效传递给压力传感器芯片的薄膜，且体积会过大。要么保护不到位，不能有效保护芯片易于损坏的部分。要么工艺过于复杂。
[0005]美国专利US 6，401，545提出了一种保护压力传感器芯片薄膜的封装方法，该专利采用在封装时制作一个坝来隔离芯片的不同部位，坝的一边是压力传感器芯片的敏感膜，并在敏感膜上采用一种较软的材料以保证力的传递，另外一种较硬的材料可以保护芯片四周的焊盘以及引线等，制作一个坝是胶繁琐的，而且较为柔软的材料虽然容易将力传递到薄膜，但也容易使得膜损坏。
[0006]美国专利US 7，148,881提出的方法是在压力传感器四周做一个空腔体，力作用在腔体外部，使得腔体发生变形，产生体积变化，进而产生压力变化再传递到传感器表面。这种方法的缺点是封装工艺复杂，而且体积较大。
[0007]中国专利ZL200810021732.3提出的是不同区域采用不同性质材料的方法，并且提出了一种力传递的方法，分别用于传递力以及保护焊盘和打线，共需要三种材料，使得工艺过于复杂。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种使得传感器芯片的敏感膜不易损坏，且焊盘、引线等受到保护的压力传感器及其封装方法。
[0009]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:一种压力传感器的封装方法，其包括如下步骤: (a).提供压力传感器芯片的半成品，所述压力传感器芯片的半成品包括衬底、腔体以及与所述腔体相配合的敏感膜，所述敏感膜能够随着外力的作用而发生变化，所述衬底能够在所述敏感膜过度变形时阻挡所述敏感膜，从而使所述敏感膜不易破裂；
(b).在所述敏感膜上制作出有图形的保护层，用于保护所述敏感膜不被腐蚀；
(c).采用碱性溶液对所述衬底进行腐蚀，并在没有所述腔体的一侧腐蚀出台阶；
(d).去除所述保护层，然后在所述敏感膜上以及所述台阶上淀积绝缘层，并在所述绝缘层上制作第一焊盘以及与所述第一焊盘相连接的引线；
(e).提供具有第二焊盘的基板以及具有第三焊盘的集成电路芯片，并将所述集成电路芯片附着在所述基板上，同时露出所述第二焊盘，以及将将所述压力传感器芯片附着在所述集成电路芯片上，同时露出所述第三焊盘；
(f).接着采用引线键合的工艺将所述第二焊盘与所述第三焊盘通过第一金属线电气连接在一起，以及将所述第一焊盘与所述第三焊盘通过第二金属线电气连接在一起；
(g).采用注塑成型工艺将硬质材料包裹在所述集成电路芯片、所述第一焊盘、所述第二焊盘、所述第三焊盘、所述第一金属线以及所述第二金属线上。
[0010]作为本发明进一步改进的技术方案，在步骤(b)中，所述保护层是通过采用淀积、光刻、反应离子刻蚀工艺制作而成的。
[0011]作为本发明进一步改进的技术方案，在步骤(C)中，所述碱性溶液是四甲基氢氧化铵(TMAH)或者氢氧化钾(KOH)溶液。
[0012]作为本发明进一步改进的技术方案，在步骤(d)中，所述保护层是采用干法或湿法腐蚀的方法而去除的。
[0013]作为本发明进一步改进的技术方案，在步骤(e)中，再采用点胶、芯片键合工艺将所述集成电路芯片附着在所述基板上；再采用点胶、芯片键合工艺将所述压力传感器芯片附着在所述集成电路芯片上。
[0014]作为本发明进一步改进的技术方案，在步骤(f)中，所述第二金属线的线弧高度不超过所述敏感膜。
[0015]作为本发明进一步改进的技术方案，在步骤(g)中，所述硬质材料为树脂。
[0016]作为本发明进一步改进的技术方案，所述封装方法在所述步骤(g)之后还包括如下步骤:
(h).最后再在所述硬质材料以及所述敏感膜上再制作一层软质材料的隔离层。
[0017]作为本发明进一步改进的技术方案，在步骤(h)中，所述软质材料为硅胶。
[0018]本发明还揭示了一种压力传感器，其包括具有第二焊盘的基板、附着在所述基板上且具有第三焊接盘的集成电路芯片以及附着在所述集成电路芯片上的压力传感器芯片，所述压力传感器芯片包括衬底、扁平的腔体以及与所述腔体相配合的敏感膜，所述敏感膜能够随着外力的作用而发生变化；所述压力传感器芯片在封装前具有位于一侧的台阶、淀积在所述敏感膜以及所述台阶上的绝缘层、位于所述台阶的所述绝缘层上的第一焊盘以及与所述第一焊盘相连接的引线，所述第二焊盘与所述第三焊盘通过第一金属线电气连接在一起，所述第一焊盘与所述第三焊盘通过第二金属线电气连接在一起，其中所述压力传感器还包括包裹在所述集成电路芯片、所述第一焊盘、所述第二焊盘、所述第三焊盘、所述第一金属线以及所述第二金属线上的硬质材料。
[0019]作为本发明进一步改进的技术方案，所述台阶包括底面、顶面以及连接所述底面与所述顶面的倾斜面，至少部分所述绝缘层覆盖在所述底面、所述倾斜面以及所述顶面上。
[0020]作为本发明进一步改进的技术方案，所述第二金属线的线弧高度不超过所述敏感膜。
[0021]作为本发明进一步改进的技术方案，所述第一焊盘高于所述第三焊盘，所述第三焊盘高于所述第二焊盘，所述第一焊盘、所述第二焊盘以及所述第三焊盘均低于所述敏感膜。
[0022]作为本发明进一步改进的技术方案，所述压力传感器还包括覆盖在所述硬质材料以及所述敏感膜上的软质材料的隔离层。
[0023]作为本发明进一步改进的技术方案，所述硬质材料为树脂，所述软质材料为硅胶。
[0024]相较于现有技术，本发明的压力传感器及其封装方法，所述衬底能够在所述敏感膜过度变形时阻挡所述敏感膜，从而使所述敏感膜不易破裂，从而使压力传感器可以直接与手指等接触。另外，通过设置包裹在所述集成电路芯片、所述第一焊盘、所述第二焊盘、所述第三焊盘、所述第一金属线以及所述第二金属线上的硬质材料，能够对其起到保护作用。通过设置台阶，一方面能够起到保护作用，另一方面也能够使压力传感器做得更薄。
【附图说明】
[0025]图1是本发明所提供的压力传感器芯片的半成品的示意图。
[0026]图2是在图1的基础上制作保护层后的示意图。
[0027]图3是在图2的基础上腐蚀出台阶的示意图。
[0028]图4是在图3的基础上淀积绝缘层，制作第一焊盘以及引线的示意图。
[0029]图5是将图4中的压力传感器芯片与集成电路芯片以及基板相附着后的示意图。
[0030]图6是在图5的基础上注塑硬质材料后的示意图。
[0031]图7是在图6的基础上形成软质材料隔离层后的示意图。
【具体实施方式】
[0032]请参图1至图7所示，本发明揭示了一种压力传感器的封装方法，其包括如下步骤:
(a).提供压力传感器芯片的半成品1，所述压力传感器芯片的半成品I包括衬底11、腔体12以及与所述腔体12相配合的敏感膜13，所述敏感膜13能够随着外力的作用而发生变化；
(b).在所述敏感膜上制作出有图形的保护层14，用于保护所述敏感膜13不被腐蚀；
(c).采用碱性溶液对所述衬底11进行腐蚀，并在没有所述腔体12的一侧腐蚀出台阶
15 ；
(d).去除所述保护层14，然后在所述敏感膜13上以及所述台阶15上淀积绝缘层16，并在所述绝缘层16上制作第一焊盘17以及与所述第一焊盘17相连接的引线18 ;
(e).提供具有第二焊盘21的基板2以及具有第三焊盘31的集成电路芯片3，并将所述集成电路芯片3附着在所述基板2上，同时露出所述第二焊盘21，以及将将所述压力传感器芯片附着在所述集成电路芯片3上，同时露出所述第三焊盘31 ; (f).接着采用引线键合的工艺将所述第二焊盘21与所述第三焊盘31通过第一金属线32电气连接在一起，以及将所述第一焊盘17与所述第三焊盘31通过第二金属线33电气连接在一起；
(g).采用注塑成型工艺将硬质材料4包裹在所述集成电路芯片3、所述第一焊盘17、所述第二焊盘21、所述第三焊盘31、所述第一金属线32以及所述第二金属线33上；
(h).最后再在所述硬质材料4以及所述敏感膜13上再制作一层软质材料的隔离层5。
[0033]请参图1所示，在本发明图示的实施方式中，所述压力传感器芯片主要是采用SENSA工艺制作的。所述腔体12呈扁平状，以具备较小的高度，这样在所述敏感膜13受到外力作用而变形时，较大的变形会被所述衬底11阻挡住，从而使所述敏感膜13不易破裂，可以更容易耐受外界应力，于是可以直接耐受比如手指等外界物理的直接施压。
[0034]请