(57)【要約】【課題】オーバーモールドパッケージ内の容量性圧力センサを提供する。【解決手段】  オーバーモールド圧力センサパッケージが提供される。圧力センサダイ（Ｐセル）は、Ｐセルが成形封入材料によって生成される応力効果に耐えるための増強された剛性を有するようにキャッピングされる。Ｐセルキャップは、Ｐセルダイヤフラムから離れて位置する穴を有し、それによって、同時に湿気をダイヤフラムから離れて誘導しながら外部気体圧力がＰセルによって受けられ得る。ゲルが使用される必要はなく、代わりに、必要な場合にはＰセルダイヤフラムを過剰な湿気から保護するためにＰセル上に軟質フィルムが堆積されることができる。Ｐセルキャップは、たとえば、ダミー・シリコン・ウェハまたは機能的ＡＳＩＣの形態をとることができる。【選択図】  図２
2014032190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイスパッケージであって、
圧力センサダイであって、該圧力センサダイの第１の主面の或る領域内に配置される圧力変形可能ダイヤフラムを含む、圧力センサダイと、
前記圧力センサダイの前記第１の主面に付着される整形されたキャップウェハとを備え、
前記整形されたキャップウェハの一部分と、前記圧力センサダイの前記第１の主面の一部分との間に空洞が形成され、
前記圧力センサダイの前記第１の主面の前記部分は、前記圧力変形可能ダイヤフラムが配置される前記領域を含み、
前記整形されたキャップウェハは、前記空洞の外部の気体が前記空洞内に入ることを可能にするように構成される圧力入口を含む、半導体デバイスパッケージ。
【請求項２】
前記圧力入口は、前記圧力変形可能ダイヤフラムを含む前記領域でない前記圧力センサダイの前記第１の主面の前記部分と対向する、前記整形されたキャップウェハの領域内に位置する、請求項１に記載の半導体デバイスパッケージ。
【請求項３】
前記整形されたキャップウェハは前記空洞を形成するように整形されるシリコンウェハを含む、請求項１に記載の半導体デバイスパッケージ。
【請求項４】
前記整形されたキャップウェハは前記空洞を形成するように構成される外部形状を有する能動半導体デバイスを含む、請求項１に記載の半導体デバイスパッケージ。
【請求項５】
パッケージ基板と、
能動半導体デバイスであって、該能動半導体デバイスの第１の主面において前記パッケージ基板に接着して結合され、
前記圧力センサダイが該能動半導体デバイスの第２の主面に接着して結合され、
該能動半導体デバイスの前記第２の主面は該能動半導体デバイスの前記第１の主面と対向する、能動半導体デバイスと、
前記パッケージ基板の上および周囲、前記能動半導体デバイスの上および周囲、前記圧力センサダイの上および周囲、かつ前記整形されたキャップウェハの周囲にある封入材料とをさらに備える、請求項１に記載の半導体デバイスパッケージ。
【請求項６】
前記整形されたキャップウェハの上にある封入材料をさらに備え、該封入材料は、前記整形されたキャップウェハの前記圧力入口の上にパッケージ入口を設けるように形成される、請求項５に記載の半導体デバイスパッケージ。
【請求項７】
前記能動半導体デバイスは制御ダイを含み、
前記圧力センサダイは前記制御ダイに電気的に結合され、
前記制御ダイは前記圧力センサダイによって生成される信号を受信および処理するように構成される、請求項５に記載の半導体デバイスパッケージ。
【請求項８】
パッケージ基板であって、
前記圧力センサダイが、前記圧力センサダイの前記第１の主面に対向する前記圧力センサダイの第２の主面において該パッケージ基板に接着して結合される、パッケージ基板と、
前記パッケージ基板の上および周囲、前記圧力センサダイの上および周囲、かつ前記整形されたキャップウェハの周囲にある封入材料とをさらに備える、請求項１に記載の半導体デバイスパッケージ。
【請求項９】
前記圧力センサダイに電気的に結合される能動半導体デバイスをさらに備え、
前記能動半導体デバイスは前記圧力センサダイによって生成される信号を受信および処理するように構成され、
前記能動半導体デバイスの少なくとも一部分は前記封入材料によって封入される、請求項８に記載の半導体デバイスパッケージ。
【請求項１０】
前記能動半導体デバイスは前記整形されたキャップウェハを含む、請求項９に記載の半導体デバイスパッケージ。
【請求項１１】
前記整形されたキャップウェハの上にある封入材料をさらに備え、該封入材料は、前記整形されたキャップウェハの前記圧力入口の上にパッケージ入口を設けるように形成される、請求項１０に記載の半導体デバイスパッケージ。
【請求項１２】
パッケージ基板であって、
該パッケージ基板は基板圧力入口を備え、
前記整形されたキャップウェハは、前記基板圧力入口および前記整形されたキャップウェハの圧力入口が位置整合されるように、該パッケージ基板に接着して結合される、パッケージ基板と、
前記パッケージ基板の上および周囲、前記整形されたキャップウェハの上および周囲、かつ前記圧力センサダイの少なくとも一部分の周囲にある封入材料とをさらに備える、請求項１に記載の半導体デバイスパッケージ。
【請求項１３】
前記圧力センサダイに電気的に結合される能動半導体デバイスをさらに備え、
前記能動半導体デバイスは前記圧力センサダイによって生成される信号を受信および処理するように構成され、
前記能動半導体デバイスの少なくとも一部分は前記封入材料によって封入される、請求項１２に記載の半導体デバイスパッケージ。
【請求項１４】
前記能動半導体デバイスは、前記圧力センサダイの前記第１の主面に対向する前記圧力センサダイの第２の主面に接着して付着される、請求項１３に記載の半導体デバイスパッケージ。
【請求項１５】
前記能動半導体デバイスは前記整形されたキャップウェハを含む、請求項１３に記載の半導体デバイスパッケージ。
【請求項１６】
パッケージ半導体デバイスアセンブリを形成するための方法であって、該方法は、
前記パッケージ半導体デバイスアセンブリ内に具現化される表面を提供するステップと、
圧力センサダイを前記表面の一部分に固定するステップであって、
前記圧力センサダイは該圧力センサダイの第１の主面において前記表面に固定され、
前記第１の主面と対向する前記圧力センサダイの第２の主面は、圧力変形可能ダイヤフラムを備える、固定するステップと、
整形されたキャップウェハを前記圧力センサダイの前記第２の主面に固定するステップであって、
前記整形されたキャップウェハの一部分と前記圧力センサダイの前記第２の主面の一部分との間に空洞が形成され、前記第２の主面の前記部分は前記圧力変形可能ダイヤフラムを備え、
前記整形されたキャップウェハは、前記空洞の外部の気体が前記空洞内に入ることを可能にするように構成される圧力入口を含む、固定するステップとを含む、方法。
【請求項１７】
前記圧力センサダイおよび前記整形されたキャップウェハの上および周囲に封入領域を形成するステップをさらに含み、
前記形成するステップは前記整形されたキャップウェハの前記圧力入口の上にパッケージ入口を設けるように実行され、
前記パッケージ入口は、前記封入材料の外部の気体が前記整形されたキャップウェハの前記圧力入口を通じて前記空洞内に入ることを可能にするように構成される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記封入領域を形成する前記ステップを、前記パッケージ入口を形成するためにフィルム補助成形技法を使用して実行するステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
タイヤ空気圧監視システムであって、
車両タイヤ内に据え付けられるように構成されるホイールモジュールであって、
１つまたは複数のセンサからの信号を処理するように構成されるプロセスコントローラと、
圧力センサダイであって、前記プロセスコントローラに結合されるとともに、該圧力センサダイの第１の主面の或る領域に配置される圧力変形可能ダイヤフラムを備える、圧力センサダイと、
前記圧力センサダイの前記第１の主面に接着して結合される整形されたキャップウェハであって、
該整形されたキャップウェハの一部分と、前記圧力センサダイの前記第１の主面の一部分との間に空洞が形成され、
前記圧力センサダイの前記第１の主面の前記部分は、前記圧力変形可能ダイヤフラムが配置される前記領域を含み、
該整形されたキャップウェハは、前記空洞の外部の気体が前記空洞内に入ることを可能にするように構成される圧力入口を含む、整形されたキャップウェハと、
前記プロセスコントローラに結合されるとともに、前記プロセスコントローラによって提供されるセンサ情報を送信するように構成される無線周波数（ＲＦ）送信機とを備える、ホイールモジュールを備える、タイヤ空気圧監視システム。
【請求項２０】
前記整形されたキャップウェハは前記空洞を形成するように整形されるシリコンウェハを含む、請求項１９に記載のタイヤ空気圧監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般的にはセンサパッケージに関し、より具体的には、オーバーモールドパッケージ内の容量性圧力センサを提供することに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な圧力センサパッケージングは、圧力センサダイ（「Ｐセル」）を、空洞型パッケージ内に配置することを含む。空洞パッケージは、不確定な様態でＰセルの性能を変える可能性がある、Ｐセルに対する応力を低減するか、またはなくす。Ｐセル、およびＰセルからパッケージ内の他の構成要素へとつながる電気コンタクトを保護するために、シリコーンゲルが使用される。ゲルは、Ｐセルおよび電気コンタクトが湿気、およびパッケージ外部の他の環境要素にさらされるのを防止する。
【０００３】
現在の設計の欠点は、ゲルの使用コストが一般的に高く、空洞スペースを満たすには相当量のゲルが必要とされることである。加えて、環境の急速な減圧が検知されている間、パッケージ内の容量信号に影響を与えるとともにゲルの密度を不確定な様態で変える気泡がゲル内に形成する可能性がある。
【０００４】
他のタイプの半導体デバイスパッケージは、封入材料オーバーモールド技法を使用してパッケージを製造しパッケージ構成要素を保護する。しかし、従来のオーバーモールドパッケージは、Ｐセルの表面に対して応力を発生させることによってＰセルの性能に悪影響を及ぼす可能性がある。これらの応力はＰセルダイヤフラムの変形能特性を不確定な様態で変え、それゆえ、Ｐセルを圧力を測定するために使用する能力に影響を与える可能性がある。
【０００５】
それゆえ、圧力を測定する能力に予測不能に影響を及ぼす応力からＰセルを保護しながら、保護ゲルの必要性を低減するか、またはなくす修正された圧力センサパッケージを提供することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
本発明は、添付の図面を参照することによってよりよく理解されることができ、その多数の目的、特徴、および利点が当業者に明らかとなる。
【０００７】
【図１】従来の空洞圧力センサパッケージの一例を示す簡略ブロック図。
【図２】処理の一例の一段階における、圧力センサ・デバイス・パッケージの断面を示す簡略ブロック図。
【図３】図２のものの処理の例の後続の段階における、圧力センサ・デバイス・パッケージの断面を示す簡略ブロック図。
【図４】図３のものの処理の例の後続の段階における、圧力センサ・デバイス・パッケージの断面を示す簡略ブロック図。
【図５】代替の実施形態の圧力センサ・デバイス・パッケージの断面を示す簡略ブロック図。
【図６】代替の実施形態の圧力センサ・デバイス・パッケージの断面を示す簡略ブロック図。
【図７】代替の実施形態の圧力センサ・デバイス・パッケージ７００の断面を示す簡略ブロック図。
【図８】代替の実施形態の圧力センサ・デバイス・パッケージの断面を示す簡略ブロック図。
【図９】本発明の実施形態と関連して使用可能なタイヤ空気圧監視システムを示す簡略ブロック図。  異なる図面において同じ参照符号が使用されている場合、これは、別途記載しない限り、同一の項目であることを示す。図面は必ずしも原寸に比例して描かれてはいない。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
オーバーモールド圧力センサパッケージが提供される。圧力センサダイ（Ｐセル）は、Ｐセルが成形封入材料によって生成される応力効果に耐えるための増強された剛性を有するようにキャッピングされる。Ｐセルキャップは、Ｐセルダイヤフラムから離れて位置する穴を有し、それによって、同時に湿気をダイヤフラムから離れて誘導しながら外部気体圧力がＰセルによって受けられ得る。ゲルが使用される必要はなく、代わりに、必要な場合にはＰセルダイヤフラムを過剰な湿気から保護するためにＰセル上に軟質フィルムが堆積されることができる。Ｐセルキャップは、たとえば、ダミー・シリコン・ウェハまたは機能的ＡＳＩＣの形態をとることができる。
【０００９】
図１は、従来の空洞圧力センサパッケージ１００の一例を示す簡略ブロック図である。空洞圧力センサパッケージ１００は、成形コンパウンド１１０によって形成される空洞を提供する。リード線１２０およびデバイスフラグ１３０を含むリードフレームが成形コンパウンド１１０によって封入される。リードフレームのリード線は、パッケージの外側の周縁に沿ってアクセス可能である。図示されているように、空洞パッケージ１００は空洞ＱＦＮパッケージであることができる。
【００１０】
上述のように、リード線１２０およびデバイスフラグ１３０を組み込んでいるリードフレームの実施形態は、ニッケルおよび金、またはニッケル、パラジウムおよび金をめっきされた銅である。成形コンパウンド１１０は、たとえば、シリカ充填エポキシ成形コンパウンド、プラスチック封入樹脂、硫化ポリフェニレン（ＰＰＳ）のような熱可塑性材料、および他のポリマー材料を含む、任意の適切な封入材料であることができる。
【００１１】
図１は、たとえば、特定用途向け集積回路または別のタイプの信号プロセッサの形態をとることができる制御ダイ１４０をさらに含む。圧力センサダイ（Ｐセル）１５０は制御ダイ１４０上に据え付けられ、感圧ダイヤフラム１５５を含む。感圧ダイヤフラム１５５は、Ｐセルの外部にあるダイヤフラムの表面に与えられる圧力に応答して変形可能である。Ｐセル１５０は、たとえば、ワイヤボンド１６０によって制御ダイ１４０に電気的に結合される。同様に、制御ダイ１４０は、ワイヤボンド１６５のようなワイヤボンドによってリードフレームの１つまたは複数のリード線に電気的に結合される。
【００１２】
電子構成要素（たとえば、制御ダイ１４０およびＰセル１５０）および電子的結合（たとえば、ワイヤボンド）を保護するために、空洞圧力センサパッケージ１００の空洞領域は、最も高い構成要素または電子的結合の高さを上回る高さまでシリコーンゲル１７０を充填される。空洞領域はその後、たとえば、外部流体圧がシリコーンゲル１７０を通じてＰセル１５０のダイヤフラム１５５と相互作用することを可能にするための入口１８５を含む圧力透過性カバー１８０を用いてキャッピングされる。
【００１３】
従来の空洞圧力センサパッケージは空洞領域全体がシリコーンゲルを充填されるため、消費されるゲルの量に関連してコストが増大している。また、上述のように、高圧下では、空洞内の気体が、たとえば、リード線１２０と成形コンパウンド１１０との接触面に形成される間隙内に押し込まれる可能性がある。急速減圧中、取り込まれた空気がシリコーンゲル内で気泡を形成する可能性があり、これによって、Ｐセルによって行われる測定の質に支障が出る可能性がある。
【００１４】
圧力センサデバイスのサイズの低減と圧力監視システム全体によって消費される電力量の低減との両方の試みにおいて、圧力監視デバイスはセンサとプロセッサとの間で電圧ベースの信号を使用することから、センサとプロセッサとの間で容量信号を使用するように移行してきている。これは、センサデバイス内のトランジスタがより少なくなるという利点を有し、これによって、センサデバイス（それゆえ、システム全体）のサイズおよびコストの両方が低減される。そのようなシステム内のプロセッサは、存在する場合はキャパシタンスから電圧への変換を実行する。容量信号ベースのシステムの欠点は、容量信号が環境変化に対してより影響を受けやすいということである。たとえば、シリコーンゲル内に気泡が形成される結果として、Ｐセル１５０から制御ダイ１４０によって受信される信号を変化させる寄生容量がもたらされる可能性がある。加えて、気泡はワイヤボンドのワイヤを動かす可能性がある。これらのワイヤは動きの影響を受けやすく、それゆえ、システムの物理的レイアウトを変化させ、これによっても受信データ信号が変化することになる。
【００１５】
図２は、本発明の一実施形態による、処理の一例の一段階における、圧力センサ・デバイス・パッケージ２００の断面を示す簡略ブロック図である。圧力センサ・デバイス・パッケージは、パッケージ基板を含む。図示されているように、パッケージ基板はフラグ２１０およびリード線２２０を含むリードフレームが設けられている。いくつかの実施形態では、リードフレームは処理工程中にホルダに付着される（図示せず）。制御ダイ２３０は、接着剤を使用してフラグ２１０に付着される。接着剤は、半導体パッケージング処理において使用される標準的なタイプのものであることができる。Ｐセル２４０が、フラグ２１０に付着される制御ダイ主面と対向する制御ダイの主面に付着される。Ｐセル２４０は、接着剤を使用して制御ダイ２３０に付着される。Ｐセル２４０は、ダイヤフラム２５０を含み、当該ダイヤフラムは、Ｐセル２４０の外部にあるダイヤフラム２５０の表面に対して発生する圧力に応答して変形可能である。
【００１６】
図３は、本発明の一実施形態による、処理の例の後続の段階における、圧力センサ・デバイス・パッケージ２００の断面を示す簡略ブロック図である。圧力透過性キャップ３１０が、ダイヤフラム２５０の含むＰセル２４０の主面に付着される。キャップ３１０は、ダイヤフラム２５０およびＰセルの主面の別の部分を包含する空洞領域３２０を画定する。キャップ３１０は、外部流体圧がＰセル２４０のダイヤフラム２５０と相互作用することを可能にする入口３３０をさらに含む。キャップ３１０は、たとえば、キャップ入口３３０を含むようにエッチングによって形成されるとともに、空洞領域３２０を画定するようにエッチングされるシリコンダイであることができる。キャップは、下記により十分に説明されるように、封入によって生成される、Ｐセルダイヤフラムに対する応力効果を低減するか、またはなくすために、および、Ｐセルの領域内で封入によって生成される力をダイヤフラムから離れて分散させるために、十分な剛性を提供する材料から成る。
【００１７】
制御ダイ２３０は、フラグ２１０に付着される制御ダイ主面と対向する制御ダイの主面上に配置される多数のボンドパッド（図示せず）を含む。制御ダイボンドパッドのうちの１つまたは複数は、ワイヤボンド３４０によってＰセル２４０の主面上の対応するボンドパッドに電気的に結合される。同様に、制御ダイボンドパッドのうちの１つまたは複数は、ワイヤボンド３５０によってリードフレーム上のリード線２２０に電気的に結合される。
【００１８】
図４は、本発明の一実施形態による、処理の例の後続の段階における、圧力センサ・デバイス・パッケージ２００の断面を示す簡略ブロック図である。成形材料が図３に示されているリードフレーム、制御ダイ、Ｐセル、およびワイヤボンドに被着され、これらの構造を成形材料内に封入するとともにパネルを形成する封入材料４１０を形成する。成形材料は、キャップ入口３３０を含むキャップ３１０の領域の上にパッケージ入口４２０を生成するように形成される。
【００１９】
パッケージ入口４２０が生成されるように封入材料を形成するための１つの方法は、当該技術分野において既知であるフィルム補助成形技術である。たとえば、フィルム補助成形は、整形されたピンをダイの上部に対して、ピンと成形コンパウンドとの間に可撓性フィルムを用いて押圧することによって実行されることができる。成形コンパウンドは、ピンが押圧されるいかなるロケーションにも流れ出さない。パッケージ２００について、ピンは、パッケージ入口４２０を形成するのに適した形状のものであることができ、キャップ入口３３０を含む領域の上で押圧される。
【００２０】
フィルム補助成形封入材料を使用してパネルを形成した後、圧力センサパッケージが単離されて、所望の用途によって任意の追加の処理を受けることができる。
【００２１】
上述のように、キャップ３１０は構造的に剛性である。この剛性は、Ｐセルによって行われる容量性圧力測定に対して予測不能な影響を有し得る、封入材料によってＰセル２４０に加えられる応力に抗する助けとなる。さらに、Ｐセルの、封入材料と接している表面の面積が、キャップによって被覆されている面積だけ低減され、これもあり得る応力効果を低減する。したがって、Ｐセルは有用性を失うことなくキャップおよび封入材料の両方によって保護される。さらに、流体入口（たとえば、３１０および４２０）はＰセルダイヤフラム２５０からずれており、ダイヤフラムが外部流体（たとえば、タイヤ気体）内の存在する湿気に直接さらされることが回避される。ダイヤフラムを湿気から保護するための別の機構は、Ｐセル上にキャップを配置する前にＰセルのキャップ３１０によって被覆される領域の上に配置される薄膜を含む。膜のタイプは、たとえば、化学気相成長されるパリレンを含むことができる。
【００２２】
図５は、本発明の一実施形態による、代替の実施形態の圧力センサ・デバイス・パッケージ５００の断面を示す簡略ブロック図である。パッケージ５００の構成要素は、システム２００に設けられているものを含むが、成形材料が図３に示されているリードフレーム、制御ダイ、Ｐセル、キャップ、およびワイヤボンドに被着されており、これらの構造を成形材料内に封入する封入材料５１０が形成されているが、３１０の上面が露出したままになっている、という点が異なっている。封入材料は、当該技術分野において既知のフィルム補助成形技術を使用してこのように形成されることができ、成形コンパウンドは、キャップ３１０の上部の上に形成されるのを妨げられ、キャップ入口３３０が露出したまま残される。
【００２３】
図５に示されているシステムの、図４に示されているシステムにまさる１つの利点は、キャップ３１０の上部の主面の上にオーバーモールド領域がないため、パッケージ５００のパッケージ全体の厚さがパッケージ２００のものよりも薄くなることができるということである。加えて、パッケージ５００においてはキャップ３１０全体がオーバーモールドされないため、Ｐセル／キャップ構造が受ける応力レベルは、パッケージ２００における完全にオーバーモールドされた構造よりも低いものであり得る。
【００２４】
図６は、代替の実施形態の圧力センサ・デバイス・パッケージ６００の断面を示す簡略ブロック図である。フラグ６１０およびリード線６２０を含むリードフレームが設けられている。圧力センサダイ（Ｐセル）６３０が、半導体パッケージング処理において使用される標準的なタイプのものである接着剤を使用してフラグ６１０に付着される。Ｐセル６３０は、ダイヤフラム６３５を含み、当該ダイヤフラムは、Ｐセル６３０の外部にあるダイヤフラム６３５の表面に対して発生する圧力に応答して変形可能である。
【００２５】
整形された制御ダイ６４０が、フラグ６１０に付着されるＰセル主面と対向するＰセルの６３０主面に付着される。整形された制御ダイ６４０が、ダイヤフラム６３５を含む、Ｐセル６３０の主面の一部を包含する空洞領域６４５を画定するように形成される。整形された制御ダイ６４０は、制御ダイ６４０がＰセル６３０に付着されると外部流体圧がダイヤフラム６３５と相互作用することを可能にすることができるキャップ入口６５０を提供するようにも形成される。整形された制御ダイ６４０の空洞および入口の特徴部は、たとえば、エッチング、穿孔、およびレーザ穿孔を含む、当該技術分野において既知の様々な方法において提供されることができる。整形された制御ダイ６４０は、ワイヤボンド６６５によってＰセル６３０の主面上のコンタクトに電気的に結合される。制御ダイ６４０は、１つまたは複数のワイヤボンド６６０によってフラグ６２０にも電気的に結合される。
【００２６】
成形材料がリードフレーム、Ｐセル、制御ダイ、およびワイヤボンドに被着され、これらの構造を成形材料内に封入するとともにパネルを形成する封入材料６７０を形成する。図４のように、成形材料は、キャップ入口６５０を含む整形された制御ダイ６４０の領域の上にパッケージ入口６８０を生成するように形成される。上述のように、パッケージ入口６８０が生成されるように封入材料を形成するための１つの方法は、当該技術分野において既知であるフィルム補助成形技術である。
【００２７】
図６に示されている実施形態の利点は、整形された制御ダイがＰセルキャップの機能を兼ねるためにパッケージ設計がより薄くなることを含む。したがって、Ｐセルの領域内に積層される構成要素がより少なくなる。図６に示されている実施形態の第２の利点は、積層される必要がある構成要素がより少ないため、この実施形態の作製に含まれる工程がより少ないことである。したがって、処理はより迅速に、より経済的に実行されることができる。しかしながら、空洞領域６４５およびキャップ入口６５０を作成するために、アセンブリをパッケージする前に追加の処理が制御ダイ６４０の形成に含まれる。
【００２８】
図７は、代替の実施形態の圧力センサ・デバイス・パッケージ７００の断面を示す簡略ブロック図である。いくつかの圧力検知用途は、パッケージフラグまたはパッケージ基板を通じて設けられる裏面圧力入口によってより有用になる。図７は、本発明の実施形態の利点をも組み込みながら、そのような裏面圧力入口を提供する圧力センサ・デバイス・パッケージを示す。吸気口７３０を含むパッケージ基板７１０が設けられる。
【００２９】
Ｐセルキャップ７４０が、接着剤を使用してパッケージ基板７１０に付着される。Ｐセルキャップ７４０は、空洞領域７４７、および、外部流体圧が空洞領域に入ることを可能にすることができるキャップ入口７４５が画定されるように形成される。キャップ３１０と同様に、Ｐセルキャップ７４０は、空洞領域およびキャップ入口の特徴部を含むようにエッチング、または他の様態で処理されるシリコンダイから成ることができる。Ｐセルキャップ７４０は、キャップ入口７４５が吸気口７３０と位置整合され、空洞領域７４５がパッケージ基板の表面から外方に面するように、パッケージ基板７１０上に据え付けられる。
【００３０】
Ｐセル７５０は、圧力変形可能ダイヤフラム７５５が空洞領域７４７内に位置するように、Ｐセルキャップ７４０に付着される。制御ダイ７６０は、Ｐセルキャップ７４０から外方に面するＰセル７５０の主面に付着される。制御ダイ７６０とＰセル７５０との間の電気的結合は、接合された主面に沿った付着領域においても作成されることができる。制御ダイ７６０は、ワイヤボンド７７０を使用することによってパッケージ基板７１０上のコンタクトとも電気的に結合されることができる。
【００３１】
成形材料がパッケージ基板、Ｐセルキャップ、Ｐセル、制御ダイ、およびワイヤボンドに被着され、これらの構造を成形材料内に封入する封入材料７８０を形成する。成形材料は、上述されたタイプの材料を含むことができる。
【００３２】
図８は、代替の実施形態の圧力センサ・デバイス・パッケージ８００の断面を示す簡略ブロック図である。センサ・デバイス・パッケージ７００と同様に、センサ・デバイス・パッケージ８００は、パッケージフラグまたはパッケージ基板を通じて設けられる裏面圧力入口を含む。吸気口８３０を含むパッケージ基板８１０が設けられる。
【００３３】
整形された制御ダイ８４０が、吸気口８３０が整形された制御ダイ上に形成されるキャップ入口８４５と位置整合されるように、パッケージ基板８１０に付着される。整形された制御ダイ８４０はさらに、空洞領域８４７を画定するように成形される。キャップ入口８４５は、外部流体圧が空洞領域８４７内に入るのを可能にすることができる。整形された制御ダイ８４０の空洞および入口の特徴部は、たとえば、エッチング、穿孔、およびレーザ穿孔を含む、当該技術分野において既知の様々な方法において提供されることができる。
【００３４】
Ｐセル８５０が、圧力変形可能ダイヤフラム８５５が空洞領域８４７内に位置するように、整形された制御ダイ８４０に付着される。Ｐセル８５０は、電気コンタクトパッドが、制御ダイ８４０に付着される主面と対向するＰセル主面上でアクセス可能であるように構成される。これらの電気コンタクトパッドは、ワイヤボンド８７０を使用して整形された制御ダイ８４０の主面上の電気コンタクトに電気的に結合される。整形された制御ダイ８４０は、ワイヤボンド８６０を使用してパッケージ基板８１０上のコンタクトにも電気的に結合される。
【００３５】
図６に示されている実施形態に関して上述したように、図８における代替的な実施形態の利点は、制御ダイがＰセルキャップの機能を兼ねるためにパッケージ設計がより薄くなり、作製に含まれる工程がより少なくなり、作製がより迅速かつより経済的になることを含む。しかし、図６に示されている実施形態と同様に、空洞領域およびキャップ入口を作成するために、パッケージングの前に追加の処理が制御ダイ８４０の形成に含まれる。加えて、Ｐセル８５０は、電気コンタクトが変形可能ダイヤフラム８５５とは対向する主面上に設けられるという点で、不規則な設計を必要とし得る。
【００３６】
図９は、本発明の実施形態と関連して使用可能なタイヤ空気圧監視システム９００を示す簡略ブロック図である。タイヤ空気圧監視システム（ＴＰＭＳ）９００は、２つの部分、すなわち、ホイールモジュール９０５と受信機部分９５５とを含む。ホイールモジュール９０５は一般的には、車両の１つまたは複数のタイヤ内に位置し、一方で受信機部分９４５はタイヤの外側に含まれる。
【００３７】
ホイールモジュール９０５は、ホイールモジュールの電源に結合される電力管理回路９１０を含む。電力管理回路９１０は、アナログインターフェース９１５、プロセスコントローラ９３５、および無線周波数（ＲＦ）送信機９４０を別個に給電する。さらに、圧力センサ９２０、温度センサ９２５、および１つまたは複数の種々のセンサ９３０が、電力管理回路９１０から直接、またはアナログインターフェース９１５を通じてのいずれかで電力を受け取ることができる。圧力センサ９２０の入出力は、アナログインターフェース９１５の第１の信号入出力に接続される。温度センサ９２５の入出力は、アナログインターフェース９１５の第２の信号入出力に接続される。種々のセンサ９３０の入出力は、アナログインターフェース９１５の第３の信号入出力に接続される。アナログインターフェース９１５は、プロセスコントローラ９３５の入出力にさらに接続される。また、プロセスコントローラ９３５の入出力は、ＲＦ送信機９４０の入出力に結合される。ＲＦ送信機９４０は、ＲＦ信号を送信するためのアンテナを有し、当該ＲＦ信号はＲＦ受信機９５０のアンテナによって受信される。ＲＦ周波数として使用される周波数の例は、例としてのみ、３００ＭＨｚ〜１ＧＨｚである。
【００３８】
受信機部分９４５は、ＲＦ受信機９５０と、プロセッサ９５５と、ディスプレイ９６０とを含む。ＲＦ受信機９５０の出力はプロセッサ９５５の入力に接続される。ディスプレイ９６０はプロセッサ９５５の出力に接続される。
【００３９】
動作時、ホイールモジュール９０５は車両タイヤ内に据え付けられる。圧力センサ９２０は、当該圧力センサが電源投入されると、タイヤ空気圧を検知するように機能する。圧力センサ９２０は、図４〜図８に示されているもののような、本発明の一実施形態を含むことができる。同様に、温度センサ９２５は、当該温度センサが電源投入されると、タイヤ内の空気の温度を検知するように機能する。温度測定は、可変キャパシタンス、可変抵抗、またはダイオード電圧を使用して行われることができる。種々のセンサ９３０は、必要に応じて、追加の環境および性能データを測定するように構成されることができる。アナログインターフェース９１５は、様々なセンサの出力のアナログ−デジタル変換を実行するように機能する。加えて、アナログインターフェース９１５は、クロック同期および制御信号をセンサに提供すること、基準電圧を提供するとともに圧力および温度測定値に関連付けられるセンサ誤差および非直線性誤差の補正を実行すること、および、センサによって提供される差分キャパシタンス測定値を解釈することのような、他の機能を実行することができる。プロセスコントローラ９３５は、所与の時間間隔をおいて圧力および温度測定値を収集するとともに、そのデータを第２の時間間隔をおいてＲＦ送信機９４０を介して送信するように構成されることができる。さらに、ホイールモジュール内のバッテリ電力を管理するために、プロセスコントローラ９３５は、電力管理回路を使用して、ホイールモジュールの他の構成要素から選択的に電源を接続および接続解除することができる。電力管理回路９１０は、様々な低電力モードおよびタイミング・センス・パラメータを実装するために、内部に組み込まれる電力節約ロジックおよび機能を含むことができる。
【００４０】
プロセスコントローラ９３５は付加的に、タイヤが運動しているときに、タイヤの圧力および温度のみに基づいて、または種々のセンサのうちの１つまたは複数に応答して、識別を目的として論理回路またはメモリ内のソフトウェアコードを含むことができる。タイヤが運動中であるか否かの判定に応答して、プロセスコントローラ９３５は、様々なセンサによる測定の速度およびＲＦ送信機９４０の送信速度によって求められるすべてのバッテリ電力消費に対する制御を提供することができる。プロセスコントローラ９３５は、圧力センサ９２０によって指示される圧力レベルを監視して、タイヤ空気圧が所定の値以下になるか、または第２の所定の値以上になると、低または高圧警告信号をＲＦ送信機９４０に提供することができる。圧力警告信号はＲＦ受信機９５０によって受信され、プロセッサ９５５によって処理されて、車両のユーザに、タイヤ空気圧が所定値を下回って下降しているか、または上回って上昇していることを知らせる。たとえば、プロセッサ９５５が空気漏れが存在すること（たとえば、タイヤ空気圧が所定の閾値を下回って下降していること）を検出すると、可視的または可聴的のいずれかの警告が、ディスプレイ９６０に送信される。プロセッサ９５５は、ソフトウェアを記憶するためのＲＯＭのようなプログラム可能メモリを有するマイクロコントローラとして、または説明されている方法を実装するためのハードウェアロジックを有する状態機械として実装されることができる。
【００４１】
上述の実施形態によって提供される圧力センサ・デバイス・パッケージは、圧力センサダイに対するパッケージング応力を低減するか、またはなくすオーバーモールドパッケージ設計を提供するという利点を有する。これは、Ｐセル上に追加の剛性構造を含むことと、パッケージ封入材料に対して露出されるＰセルの外表面積を低減することとの両方によって、Ｐセルキャップまたは整形された制御ダイによってＰセルの保護が提供されることによって、行われる。加えて、上記の実施形態の空洞設計は、湿気にさらされる機会を低減すること、および、保護を必要とする面積を低減することによって、シリコーンゲルの必要を低減するか、またはなくす。これによって、圧力センサ・デバイス・パッケージを構築するためのコストも低減される傾向にある。
【００４２】
ここまでで、圧力センサダイであって、当該圧力センサダイの第１の主面の或る領域内に配置される圧力変形可能ダイヤフラムを有する、圧力センサダイと、圧力センサダイの第１の主面に付着される整形されたキャップウェハとを含む半導体デバイスパッケージが提供されたことを諒解されたい。整形されたキャップウェハの一部分と、圧力センサダイの第１の主面の一部分との間に空洞が形成される。圧力センサダイの第１の主面の当該部分は、圧力変形可能ダイヤフラムが配置される領域を含み、整形されたキャップウェハは、空洞の外部の気体が空洞内に入ることを可能にするように構成される圧力入口を含む。
【００４３】
上記の実施形態の１つの態様は、圧力入口が、圧力変形可能ダイヤフラムを含む領域でない圧力センサダイの第１の主面の部分と対向する、整形されたキャップウェハの領域内に位置することを可能にする。別の態様では、整形されたキャップウェハは空洞を形成するように整形されるシリコンウェハである。また別の態様では、整形されたキャップウェハは空洞を形成するように構成される外部形状を有する能動半導体デバイスである。
【００４４】
上記の実施形態の別の態様では、半導体デバイスパッケージは、パッケージ基板と、能動半導体デバイスであって、当該能動半導体デバイスの第１の主面においてパッケージ基板に接着して結合され、圧力センサダイが当該能動半導体デバイスの第２の主面に接着して結合され、当該能動半導体デバイスの第２の主面は当該能動半導体デバイスの第１の主面と対向する、能動半導体デバイスと、パッケージ基板の上および周囲、能動半導体デバイスの上および周囲、圧力センサダイの上および周囲、かつ整形されたキャップウェハの周囲にある封入材料とをさらに含む。さらなる態様では、半導体デバイスパッケージは、整形されたキャップウェハの上にある封入材料をさらに含み、封入材料は、整形されたキャップウェハの圧力入口の上にパッケージ入口を設けるように形成される。別のさらなる態様では、能動半導体デバイスは制御ダイであり、圧力センサダイは制御ダイに電気的に結合され、制御ダイは圧力センサダイによって生成される信号を受信および処理するように構成される。
【００４５】
上記の実施形態の別の態様では、半導体デバイスパッケージは、パッケージ基板であって、圧力センサダイが、圧力センサダイの第１の主面に対向する圧力センサダイの第２の主面において当該パッケージ基板に接着して結合される、パッケージ基板と、パッケージ基板の上および周囲、圧力センサダイの上および周囲、かつ整形されたキャップウェハの周囲にある封入材料とをさらに含む。さらなる態様では、半導体デバイスパッケージは、圧力センサダイに電気的に結合される能動半導体デバイスをさらに含み、圧力センサダイによって生成される信号を受信および処理するように構成される能動半導体デバイス、および能動半導体デバイスの少なくとも一部分は封入材料によって封入される。またさらなる態様では、能動半導体デバイスは整形されたキャップウェハである。なおさらなる態様では、半導体デバイスパッケージは、整形されたキャップウェハの上にある封入材料をさらに含み、封入材料は、整形されたキャップウェハの圧力入口の上にパッケージ入口を設けるように形成される。
【００４６】
上記の実施形態の別の態様では、半導体デバイスパッケージは、パッケージ基板であって、当該パッケージ基板は基板圧力入口を含み、整形されたキャップウェハは、当該基板圧力入口および整形されたキャップウェハの圧力入口が位置整合されるように、当該パッケージ基板に接着して結合される、パッケージ基板と、パッケージ基板の上および周囲、整形されたキャップウェハの上および周囲、かつ圧力センサダイの少なくとも一部分の周囲にある封入材料とをさらに含む。さらなる態様では、半導体デバイスパッケージは、圧力センサダイに電気的に結合される能動半導体デバイスをさらに含み、当該能動半導体デバイスは圧力センサダイによって生成される信号を受信および処理するように構成され、能動半導体デバイスの少なくとも一部分は封入材料によって封入される。またさらなる態様では、能動半導体デバイスは、圧力センサダイの第１の主面に対向する圧力センサダイの第２の主面に接着して付着される。別のさらなる態様では、能動半導体デバイスは整形されたキャップウェハである。
【００４７】
別の実施形態では、パッケージ半導体デバイスアセンブリを形成するための方法が提供される。方法は、パッケージ半導体デバイスアセンブリ内に具現化される表面を提供するステップと、圧力センサダイを上記表面の一部分に固定するステップと、整形されたキャップウェハを圧力センサダイの第２の主面に固定するステップとを含む。圧力センサダイは当該圧力センサダイの第１の主面において上記表面に固定される。第１の主面と対向する圧力センサダイの第２の主面は、圧力変形可能ダイヤフラムを含む。整形されたキャップウェハの一部分と圧力センサダイの第２の主面の一部分との間に空洞が形成され、第２の主面の当該部分は圧力変形可能ダイヤフラムを含む。整形されたキャップウェハは、空洞の外部の気体が空洞内に入ることを可能にするように構成される圧力入口を含む。
【００４８】
上記の実施形態の１つの態様は、圧力センサダイおよび整形されたキャップウェハの上および周囲に封入領域を形成するステップをさらに含み、当該形成するステップは整形されたキャップウェハの圧力入口の上にパッケージ入口を設けるように実行され、当該パッケージ入口は、封入材料の外部の気体が整形されたキャップウェハの圧力入口を通じて空洞内に入ることを可能にするように構成される。上記の実施形態の別の態様は、上記封入領域を形成するステップを、パッケージ入口を形成するためにフィルム補助成形技法を使用して実行するステップをさらに含む。
【００４９】
別の実施形態は、車両タイヤ内に据え付けられるように構成されるホイールモジュールであって、当該ホイールモジュールは、１つまたは複数のセンサからの信号を処理するように構成されるプロセスコントローラと、圧力センサダイであって、プロセスコントローラに結合されるとともに、当該圧力センサダイの第１の主面の或る領域に配置される圧力変形可能ダイヤフラムを含む、圧力センサダイと、圧力センサダイの第１の主面に接着して結合される整形されたキャップウェハと、プロセスコントローラに結合されるとともに、プロセスコントローラによって提供されるセンサ情報を送信するように構成される無線周波数送信機とを備える、ホイールモジュールを含むタイヤ空気圧監視システムを提供する。整形されたキャップウェハの一部分と、圧力センサダイの第１の主面の一部分との間に空洞が形成される。圧力センサダイの第１の主面の上記部分は、圧力変形可能ダイヤフラムが配置される領域を含む。整形されたキャップウェハは、空洞の外部の気体が空洞内に入ることを可能にするように構成される圧力入口を含む。この実施形態の１つの態様では、整形されたキャップウェハは、空洞を形成するように整形されるシリコンウェハを含む。
【００５０】
本発明を実装する装置は、大部分について、当業者に既知の電子コンポーネントおよび回路から成っているため、本発明の基礎となる概念の理解および評価のために、ならびに本発明の教示を分かりにくくせず当該教示から注意を逸らさせないために、回路の詳細は上記で例示されているように必要と考えられる範囲を超えては説明されない。
【００５１】
その上、本明細書および特許請求の範囲における「正面（ｆｒｏｎｔ）」、「裏（ｂａｃｋ）」、「上部（ｔｏｐ）」、「底（ｂｏｔｔｏｍ）」、「上（ｏｖｅｒ）」、「下（ｕｎｄｅｒ）」などの用語は、存在する場合、説明を目的として使用されており、必ずしも永久的な相対位置を記述するために使用されてはいない。このように使用される用語は、本明細書に記載されている本発明の実施形態がたとえば、本明細書において例示または他の様態で記載されている以外の方向で動作することが可能であるように、適切な状況下で置き換え可能であることが理解される。
【００５２】
「プログラム」という用語は、本明細書において使用される場合、コンピュータシステム上での実行のために設計される一連の命令として定義される。プログラム、またはコンピュータプログラムは、サブルーチン、関数、プロシージャ、オブジェクトメソッド、オブジェクトインプリメンテーション、実行可能アプリケーション、アプレット、サーブレット、ソースコード、オブジェクトコード、共有ライブラリ／動的ロードライブラリ、および／または、コンピュータシステム上での実行のために設計される他の一連の命令を含み得る。
【００５３】
上記の実施形態のうちのいくつかは、規定通り、様々な異なる情報処理システムを使用して実装することができる。たとえば、図９およびその説明は、例示的な情報処理アーキテクチャを記載しているが、この例示的なアーキテクチャは本発明の様々な態様の説明における有用な参照を提供するためにのみ提示されている。無論、このアーキテクチャの記載は説明の目的のために簡略化されており、これは、本発明に従って使用することができる多くの異なる種類の適切なアーキテクチャのうちのほんの１つにすぎない。論理ブロック間の境界は例示にすぎないこと、および、代替的な実施形態は、論理ブロックもしくは回路要素を融合し、または様々な論理ブロックもしくは回路要素に対する代替的な機能の分解を課してもよいことを、当業者は認識しよう。
【００５４】
したがって、本明細書において描写したアーキテクチャは例示にすぎないこと、および、事実、同じ機能を達成する多くの他のアーキテクチャを実装することができることは理解されたい。要約すると、ただし依然として明確な意味で、同じ機能を達成するための構成要素の任意の構成が、所望の機能が達成されるように効果的に「関連付けられる」。したがって、本明細書における、特定の機能を達成するために結合される任意の２つの構成要素は互いに「関連付けられる」とみなすことができ、それによって、中間の構成要素またはアーキテクチャにかかわりなく、所望の機能が達成される。同様に、そのように関連付けられる任意の２つの構成要素も、所望の機能を達成するために互いに「動作可能に接続されている」または「動作可能に結合されている」とみなすことができる。
【００５５】
さらに、上述の動作の機能間の境界は例示にすぎないことを当業者は認識しよう。複数の動作の機能を単一の動作に組み合わせることができ、かつ／または単一の動作の機能を追加の動作に分散させることができる。その上、代替的な実施形態は、特定の動作の複数のインスタンスを含んでもよく、動作の順序は様々な他の実施形態においては変更してもよい。
【００５６】
本明細書において、具体的な実施形態を参照して本発明を説明したが、添付の特許請求の範囲に明記されているような本発明の範囲から逸脱することなく様々な改変および変更を為すことができる。たとえば、記載されているＰセルキャップは、封入材料によって与えられる応力を分散しながら、空洞形成領域および流体入口を含むように整形されることができる様々な材料から作成されることができる。したがって、本明細書および図面は限定的な意味ではなく例示とみなされるべきであり、すべてのこのような改変が本発明の範囲内に含まれることが意図されている。本明細書において具体的な実施形態に関して記載されているいかなる利益、利点、または問題に対する解決策も、任意のまたはすべての請求項の重要な、必要とされる、または基本的な特徴または要素として解釈されるようには意図されていない。
【００５７】
本明細書において使用される場合、「結合されている」という用語は、直接結合または機械的結合に限定されるようには意図されていない。
【００５８】
さらに、本明細書において使用される場合、「１つ（“ａ”ｏｒ“ａｎ”）」という用語は、１つまたは２つ以上として定義される。さらに、特許請求の範囲における「少なくとも１つの」および「１つ以上の」のような前置きの語句の使用は、不定冠詞「１つの（“ａ”ｏｒ“ａｎ”）」による別の請求項要素の導入が、このように導入された請求項要素を含む任意の特定の請求項を、たとえ同じ請求項が前置きの語句「１つ以上の」または「少なくとも１つの」および「１つの（“ａ”ｏｒ“ａｎ”）」のような不定冠詞を含む場合であっても、１つだけのこのような要素を含む発明に限定することを暗示するように解釈されるべきではない。同じことが、定冠詞の使用についても当てはまる。
【００５９】
別途記載されない限り、「第１の」および「第２の」のような用語は、そのような用語が説明する要素間で適宜区別するように使用される。したがって、これらの用語は必ずしも、このような要素の時間的なまたは他の優先順位付けを示すようには意図されていない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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