气体传感器封装件的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种气体传感器封装件。
【背景技术】
[0002]越来越多的气体传感器趋向于集成到半导体芯片中。鉴于这类气体传感器的细节及其操作，气体传感器芯片需要解决这些细节的封装件。
【发明内容】
[0003]因此，根据本发明的第一方面，提供了一种气体传感器封装件，所述气体传感器封装件包括气体传感器芯片，所述气体传感器芯片具有对其中的气体或成分敏感的层并且具有加热器。
[0004]气体传感器芯片、也称为芯片裸片可以包括半导体基底、诸如硅基底，处理电路可以集成到该半导体基底中。多个层，诸如CMOS层可以提供用于构造集成的处理电路。
[0005]气体传感器芯片优选具有前侧和后侧，其中敏感层优选布置在前侧处。敏感层可以布置在半导体基底的顶部上或在分配给半导体基底的层、诸如CMOS层之一的顶部上。如果集成的处理电路提供在相同的气体传感器芯片中，敏感层可以连接于其上以在集成的处理电路中预先处理来自敏感层的信号。集成的处理电路例如还可以控制稍后要介绍的加热器。
[0006]敏感层可以由对一种或更多种分析物敏感的材料制成。敏感层可以包括多个单独的层段，所述多个单独的层区段彼此挨着布置且彼此分开，以构造包括一组传感器单元的传感器阵列，其中传感器单元可以理解为可以被单独读取的气体传感器的单位。优选地，在传感器阵列的实施例中，所述层区段中的每一个或至少一些适合于对分析物并且特别是不同的分析物进行感应。分析物可以包括但不限于例如C02、N0X、乙醇、C0、臭氧、氨、甲醛、H20或二甲苯中的一种或更多种。
[0007]具体地，敏感层可以包括金属氧化物材料并且特别是半导体金属氧化物材料，并且具体地，可以在每个层区段包括不同成分的金属氧化物材料。金属氧化物材料一般可以包括氧化锡、氧化锌、氧化钛、氧化钨、氧化铟和氧化镓中的一种或更多种。这类金属氧化物可以用于分析物、诸如VOCs、一氧化碳、二氧化氮、甲烷、氨或硫化氢的检测。金属氧化物传感器基于气态分析物在敏感层的在大于100°C内并且具体在250°C与350°C之间的范围内的升高的温度下与金属氧化物层互相作用的构思。由于催化反应，敏感层的传导性会变化，该变化可以测量。由于分析物的化学性质在敏感层的高温下转换为电阻值，因此这类化学传感器也表示为高温化学电阻。优选地，借助于这样的气体传感器，可以至少关于气体传感器敏感的对象分析物的不存在或存在研究气体。
[0008]在另一实施例中，敏感层可以包括在一个实施例中可以对H20敏感的聚合物，使得传感器可以是湿度传感器。可以测量这种聚合物层的电容或电阻，以获得关于可以与敏感层互相作用的气体的信息。
[0009]因此，向气体传感器供应的气体可以借助于敏感层进行分析，即关于层敏感的化学物质或化合物是否存在并且哪一种存在于供应的气体中。在供应的气体中检测到的分析物的组合可能表示某一气味或某一气体。气体传感器的设计总是与气体传感器敏感要对多少不同的分析物和/或分析物的多少不同的特性有关。
[0010]为了支持通过敏感层的测量和/或支持气体传感器封装件的制造，提供了加热器、诸如电阻式加热器。在一个实施例中，需要加热器用于在气体测量之前和/或期间加热敏感层。这可以是例如当敏感层包括金属氧化物材料时的情况。在另一实施例中，可替代地或额外地，加热器可以用于在已经将敏感材料应用于气体传感器芯片之后软化敏感层，以构造敏感层。这可以是当敏感层包括聚合物时和/或当敏感层由包括金属氧化物的材料制成时的情况。
[0011]在优选实施例中，气体传感器芯片可以包括支持敏感层的操作的额外特征，例如悬置的膜状物以实现热绝缘。在此实施例中，敏感层和加热器可以布置在或这样的膜状物上或其中。在优选实施例中，膜状物通过蚀刻来制造，诸如干蚀刻或湿蚀刻或要不然从气体传感器芯片的后侧去除材料，诸如大块基底材料，由此产生到气体传感器芯片中的凹口。气体传感器芯片在凹口之上的其余材料形成可以由CMOS层和/或大块基底材料的某些部分形成的膜状物。
[0012]气体传感器芯片安装到芯片衬垫。芯片衬垫可以由导电和导热的材料、诸如金属制成。在一个示例中，气体传感器芯片可以附接到芯片衬垫，使得气体传感器芯片的基底可以经由芯片衬垫接地。芯片衬垫可以具有与气体传感器芯片的足迹几乎相等的足迹。在已经将气体传感器芯片安装到芯片衬垫之后，气体传感器芯片的凹入部分和芯片衬垫形成在膜状物之下的腔室。在操作期间通过膜状物中的加热器产生的热可以经由腔室中的气体传递到充当散热片的芯片衬垫。在一个实施例中，孔或另一种类的通道提供在芯片衬垫中、用于在压力平衡的情况下在其中通过给腔室通风，并且用于从腔室中去除湿气。一般来说，孔可以例如通过蚀刻、穿孔、激光钻削、机械钻削等芯片衬垫和/或载体来制作。
[0013]在另一实施例中，包括集成的处理电路、例如ASIC的其它芯片可以也安装到相同载体的相同或不同芯片衬垫。以例如接合线形式的电连接件可以电连接气体传感器芯片与其它芯片。
[0014]除了芯片衬垫外，还提供了接触衬垫，所述接触衬垫用于直接或经由如在上面指出的其它芯片、优选经由气体传感器芯片与接触衬垫之间的电连接件电接触气体传感器封装件并且具体是气体传感器芯片。接触衬垫优选由与芯片衬垫相同的材料制成，并且优选布置在与芯片衬垫相同的平面中。接触衬垫由导电材料制成，并且作为用于电接触的触脚暴露于环境中。
[0015]在一个实施例中，接触衬垫和芯片衬垫由引线框制造。接触衬垫可以由导电平台或相互电隔离的引线来代表。这样的引线框可以充当用于气体传感器芯片的载体。
[0016]模塑料可以应用于气体传感器芯片安装到其上的这种载体。模塑料优选为具有填充颗粒的环氧树脂，该填充颗粒例如可以是玻璃。模塑料至少部分地包围和/或封装气体传感器芯片。在模塑料中提供开口，用于允许被测量的气体进入气体传感器芯片的敏感层。模塑料封装并且因此基本上覆盖除敏感层之外的气体传感器芯片，使得来自气体传感器芯片本身、来自气体传感器芯片与载体之间的粘合剂、或来自载体本身等的渗气不对测量有任何影响，因为相比于帽封装壳体，这些元件不与敏感层共有共同的体积，例如，在该气体传感器芯片中，帽、载体和在这些元件之间的任何粘合剂公用共有的体积。这样的共同体积也称为这样的封装件内的死体积，并且特别地由于操作敏感层所需的加热来自这些元件中的任一个的渗气会短暂地或甚至持久地影响测量。然而，在本实施例中，死体积减小，并限制对敏感层的任何渗气影响。因此，优选的是，一方面敏感层并且另一方面载体、气体传感器芯片和在其之间的任何粘合剂不共有共同的体积。
[0017]为了制造开口，在模塑过程中所使用的模具可以具有突出部。在这种情况下，可以在模塑期间保护气体传感器芯片免受机械冲击，并且用于指定的敏感层的区域可以通过优选弹性层来密封，所述弹性层布置在该区域中的气体传感器芯片的顶部上和/或布置在其