(57)【要約】【課題】  センサデバイスに関する装置及び関連する作成方法が提供される。【解決手段】  センサデバイスは、第１部分に形成された検出装置を有する第１部分及び第２構造を含むセンサ構造を含む。封止構造は、前記センサ構造と前記第２構造との間に挿入され、ここで、封止構造は、センサ構造の第１部分を囲む。封止構造は、第１部分の第１側に固定基準圧力を設け、第１部分の対向側は周囲圧力にさらされる。【選択図】  図１
2012225925.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサデバイスであって：
第１部分を含むセンサ構造であって、前記第１部分上に形成された検出装置を有する第１部分を含むセンサ構造；
第２構造；及び
前記センサ構造と前記第２構造との間に挿入される封止構造であって、当該封止構造は、前記第１部分の第１側に固定基準圧力を設けるために、前記センサ構造の前記第１部分を囲む、封止構造；
を含み、
前記第１部分の第２側は、周囲圧力にさらされる、
センサデバイス。
【請求項２】
前記封止構造は、前記センサ構造と前記第２構造との間に気密封止を供するために、前記センサ構造及び前記第２構造に結合された金属材料を含む、
請求項１に記載のセンサデバイス。
【請求項３】
前記第２構造は平坦な表面を有し、
前記金属材料は、前記平坦な表面に結合される、
請求項２に記載のセンサデバイス。
【請求項４】
前記封止構造は、前記第１部分の前記第１側の真空チャンバを画成する、
請求項１に記載のセンサデバイス。
【請求項５】
前記固定基準圧力は真空である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記センサ構造と前記第２構造との間に配置された導電性相互接続部を更に含み、
前記封止構造及び前記導電性相互接続部の各々は、前記センサ構造及び前記第２構造に結合された金属材料を含む、
請求項１に記載のセンサデバイス。
【請求項７】
前記導電性相互接続部は、前記検出装置に電気的に接続される、
請求項６に記載のセンサデバイス。
【請求項８】
前記検出装置からの電気信号に基づいて周囲圧力を示す圧力メトリックを決定する制御回路を更に備え、
前記第２構造は、当該第２構造上に形成された前記制御回路を有する集積回路ダイを含む、
請求項１に記載のセンサデバイス。
【請求項９】
前記制御回路と前記検出装置との間に電気的接続を供するための、前記センサ構造と前記集積回路ダイとの間に配置された導電性相互接続部を更に含む、
請求項８に記載のセンサデバイス。
【請求項１０】
前記周囲圧力と前記固定基準圧力との間の差に応答して、前記第１部分は撓む、請求項１に記載のセンサデバイス。
【請求項１１】
前記センサ構造が集積回路ダイを含み；
前記第１部分は、前記集積回路ダイのダイヤフラム領域を含み；
前記検出装置は、前記ダイヤフラム領域の前記第１側に形成され；かつ
前記封止構造は、前記第１部分の前記第１側に真空チャンバを画成する、
請求項１に記載のセンサデバイス。
【請求項１２】
圧力センサデバイスであって：
圧力センサ構造であって、当該圧力センサ構造の第１側に形成された検出装置を有するダイヤフラム領域を含む、圧力センサ構造；
前記ダイヤフラム領域を囲む金属材料であって、前記金属材料は、前記圧力センサ構造の前記第１側に結合される、金属材料；及び
平坦な表面を有する基板であって、前記金属材料は、固定基準圧力を有するチャンバを設けるために、前記基板の前記平坦な表面に結合される、基板；
を含む、圧力センサデバイス。
【請求項１３】
前記チャンバは、前記ダイヤフラム領域の前記第１側に配置され、
前記ダイヤフラム領域の第２側は、周囲圧力にさらされる、
請求項１２に記載の圧力センサデバイス。
【請求項１４】
前記基板は、半導体基板であって、当該半導体基板上に形成された特定用途向け集積回路を有する前記半導体基板を含み、
前記特定用途向け集積回路は、前記検出装置からの電気信号に基づいて、周囲圧力を示す圧力メトリックを決定するために、前記検出装置に接続される、
請求項１３に記載の圧力センサデバイス。
【請求項１５】
前記検出装置は、前記ダイヤフラム領域上に形成された複数のピエゾ抵抗素子を含み、
前記ピエゾ抵抗素子の抵抗は、前記ダイヤフラム領域の撓みによって影響され、
前記電気信号は、前記複数のピエゾ抵抗素子の抵抗によって影響される、
請求項１４に記載の圧力センサデバイス。
【請求項１６】
前記ダイヤフラム領域の前記第２側に形成された保護材料を更に含む、
請求項１３に記載の圧力センサデバイス。
【請求項１７】
前記圧力センサ構造と前記基板との間に配置された成形コンパウンドを更に含み、
前記成形コンパウンドは、前記金属材料を囲む、
請求項１２に記載の圧力センサデバイス。
【請求項１８】
前記固定基準圧力は真空である、請求項１２に記載の圧力センサデバイス。
【請求項１９】
センサデバイスであって：
ダイアフラム構造を含むセンサ構造であって、前記ダイアフラム領域上に形成された検出装置を有する、センサ構造；
基板；
前記センサ構造の第１側及び前記基板に結合された封止構造であって、当該封止構造は、前記センサ構造の前記第１側の前記ダイヤフラム領域を囲む、封止構造；及び
前記基板に結合されたキャッピング部材であって、当該キャッピング部材は、前記センサ構造の第２側に固定基準圧力を設けるために、前記センサ構造を覆う、キャッピング部材；
を含み、
前記基板は、当該基板内に形成された孔を含み、
前記ダイヤフラム領域は、前記ダイヤフラム領域の前記第１側を周囲圧力にさらすために、前記孔と並べられる、
センサデバイス。
【請求項２０】
前記検出装置からの電気信号に基づいて、前記周囲圧力を示す圧力メトリックを決定するために、集積回路ダイ上に形成された制御回路を有する、前記集積回路ダイを更に備え、
前記集積回路ダイは、前記基板に結合され、前記基板は、前記検出装置と前記制御回路との間の電気的接続を供する、
請求項１９に記載のセンサデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で述べられる本主題の実施形態は、一般的にはセンサに関するものであり、さらに詳しくは、本主題の実施形態の圧力センサの改良されるパッケージングに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
微小電気機械素子（ＭＥＭＳ）は様々な検出アプリケーションに広く使用される。例えば、半導体ダイ（又はそれの一部）に印加された圧力の量を示す電気信号を生成するために、ＭＥＭＳピエゾ抵抗圧力センサは半導体ダイに実装され得る。例えば、自動車アプリケーションのような過酷な動作環境に使用され得るように、これらのデバイスはしばしば、腐食性素子からの保護を提供し、デバイスの寿命に亘って比較的に高い信頼性を得られるような方法でパッケージングされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
封止構造を有するセンサデバイスを供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
センサデバイスであって：
第１部分を含むセンサ構造であって、前記第１部分上に形成された検出装置を有する第１部分を含むセンサ構造；
第２構造；及び
前記センサ構造と前記第２構造との間に挿入される封止構造であって、当該封止構造は、前記第１部分の第１側に固定基準圧力を設けるために、前記センサ構造の前記第１部分を囲む、封止構造；
を含み、
前記第１部分の第２側は、周囲圧力にさらされる、
センサデバイス。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本発明の１つの実施形態に従う、検出システムの断面図である。
【図２】本発明の１つの実施形態に従う、図１の検出システムのセンサ構造の上部表面における結合領域を示す上面図である。
【図３】本発明の１つの実施形態に従う、結合領域上に封止構造及び相互接続部を形成した後の、図２のセンサ構造の上面図である。
【図４】本発明の別の実施形態に従う、図１の検出システムとともに使用することに適しているセンサデバイスパッケージの断面図である。
【図５】本発明の別の実施形態に従う、図１の検出システムとともに使用することに適している別のセンサデバイスパッケージの断面図である。
【図６】本発明の別の実施形態に従う、別のセンサデバイスパッケージの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
本主題については、添付図面を合わせて考え、詳細な説明及び特許請求の範囲を参照することによって一層理解されうるであろう。尚、添付図面においては、類似の要素には同一の符号が付されている。
【０００７】
この後の詳細な説明は、実際は単に説明的なものであり、本出願の主題の実施形態及びそのような実施形態の使用を制限するよう意図されない。本文で使用されている“例示的な”という用語は、“例、事例、又は実例として役目を果たす”ことを意味する。ここで、「例示的」と述べられるいかなる実施は、必ずしも他の実施よりも望ましい、又は有利と解釈されない。さらに、先行技術分野、背景又はこの後の詳細な説明で説明される、如何なる説明された又は示唆された理論によって縛られることを意図しない。
【０００８】
本明細書に議論される技術及び原理は、半導体基板（又はダイ）のダイヤフラム領域に形成される検出装置を利用する検出デバイスに関する。下述により詳細に記載されるように、封止構造がダイヤフラム領域を囲み、取り囲み又は別の言い方では包囲し、センサ構造の半導体基板と別の半導体基板といった別の構造との間の気密封止を備える。例示的な実施形態において、封止構造は、ダイヤフラム領域の１つの側に固定圧力を設ける気密封止をもたらすセンサ構造及び他の構造に結合させる又は別の言い方では取り付ける、リング又は連続的なボディの材料として実現される。
【０００９】
図１が、センサ構造１０２と別の構造１０６との間に挿入されるセンサ構造１０２及び封止構造１０４を含む検出システム１００の例示的な実施形態を示す。下述により詳細に記載されるように、代表的な実施形態において、センサ構造１０２は、半導体基板１１０（又はダイ）のダイヤフラム領域１０８上に形成される圧力検出装置を含む微小電気機械素子（ＭＥＭＳ）圧力センサとして実現される。この点において、ダイヤフラム領域１０８は、取り囲んでいる半導体基板１１０の周囲に対して動かす、撓む又は別の言い方では移動することができる、半導体基板１１０の一部を参照する。下述により詳細に記載されるように、封止構造１０４がダイヤフラム領域１０８の周辺を取り囲む、別の言い方では包囲し、ダイヤフラム領域１０８の１つの側における構造１０２と１０６との間のチャンバ１１２内に固定基準圧力を設けるために構造１０２と１０６との間に気密封止を供し、同時に、ダイヤフラム領域１０８の反対側は、周囲圧力に曝される。
【００１０】
代表的な実施形態において、半導体基板１１０は、ダイヤフラム領域１０８を画成するための１つ又は複数の半導体製造工程ステップにさらされる、単結晶シリコン材料として実現される。この点において、半導体基板１１０にキャビティ１１４（又は開口）を形成し、同時に、エッチングされない半導体基板１１０の周囲部分の間に内部ダイヤフラム領域１０８を残すために、半導体基板１１０の表面１１１は、従来の方法でエッチングされてもよい。便宜のために、キャビティ１１４を形成するためにエッチングされた半導体基板１１０の表面１１１は、また、圧力センサ構造１０２の裏表面（又は裏側）としてここで参照され得るが、半導体基板１１０の反対の表面１１３は、また、圧力センサ構造１０２の上表面（又は上側）としてここで参照され得る。
【００１１】
上述記載されるように、例示的な実施形態において、圧力検出装置は、キャビティ１１４に対向するダイヤフラム領域１０８の上表面１１３上に形成される。圧力検出装置は、電気信号を発生させる又は別の言い方では作り出すに構成され、該電気信号は、ダイヤフラム領域１０８の変位又は偏向の量によって影響され、よって、封止されたチャンバ１１２によってダイヤフラム領域１０８上に印加された固定基準圧力と比較して、ダイヤフラム領域１０８上にキャビティ１１４によって印加された圧力の量を示す。例えば、１つの実施形態に従って、圧力検出装置は、ホイートストンブリッジに構成される４つのピエゾ抵抗素子として実現されてもよく、ここでは、ホイートストンブリッジの一対の出力ノード間の電圧における、対応する差を作り出すために、ダイヤフラム領域１０８の変位又は偏向は、ピエゾ抵抗素子の抵抗に影響を及ぼす。ピエゾ抵抗素子は、従来の方法で形成され得、例えば、ダイヤフラム領域１０８の偏向に関連して変化するドープされた領域の抵抗を形成するために、ダイヤフラム領域１０８の上側に所望の導電性タイプのイオンを注入することによって形成されてもよい。例示的な実施形態において、キャビティ１１４における周囲圧力によって、ダイヤフラム領域１０８に印加された圧力を示す出力電圧信号を与えるために、ホイートストンブリッジの出力ノードは、対応する出力端子に電気的に接続される。
【００１２】
図２で最善に説明されるように、例示的な実施形態において、圧力検出装置の各出力端子は、検出装置に電気的に接続される半導体基板１１０の上表面１１３上に形成された、導電性結合領域２００（又は結合パッド）として実現される。下述により詳細に記載されるように、結合領域２００も導電性相互接続部１３０によって構造１０６上の対応する結合パッドに電気的に接続される。また、圧力センサダイ１１０の上表面１１３も、ダイヤフラム領域１０８の周辺を囲み又は別の言い方では取り囲み、封止構造を圧力センサダイ１１０へと結合することを補助する、結合領域２０２（又はここでは結合リングとして参照される）を含む。この点において、図２は、圧力センサダイ１１０の上表面１１３に封止構造１０４及び相互接続部１３０を結合する又は別の言い方では取り付ける前の、圧力センサ構造１０２の上面図を示す。図示されるように、結合領域２０２の周囲は、ダイアフラム領域１０８の周囲よりも長い。例示的な実施形態において、結合領域２００、２０２は、シリコンのような同一材料として実現され、同時に、圧力センサダイ１１０上に形成され得る。例えば、誘電体材料は、圧力センサ構造１０２の上表面１１３を覆って形成されてもよく、半導体基板１１０の下にあるシリコン材料の結合領域２００、２０２を露出するために、誘電体材料の一部は選択的に除去される（例えば、エッチングによって）。いくつかの実施形態において、結合パッド２００及び／又は結合リング２０２は、圧力センサダイ１１０の上表面１１３に形成された金属トレースとして実現され得る。
【００１３】
また図１を参照して、代表的な実施形態において、構造１０６は、下述により詳細記載されるように、ダイヤフラム領域１０８に印加されるキャビティ１１４内の周囲圧力の大きさを測定又は別の言い方では決定するために、圧力センサ構造１０２とインタフェースする、半導体基板（又はダイ）に形成された特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）又は他の制御回路を有する半導体基板として実現される。この点において、ＡＳＩＣ又は制御回路は、ダイヤフラム領域１０８上に形成された圧力検出装置からの出力電気信号（例えば、ホイートストンブリッジの出力ノードとの間の電圧差）を、対応する圧力基準へと変換し、圧力センサ構造１０２の動作に関連する追加的タスク及び／又は機能を実行するように構成される。実施形態に依存して、半導体基板１０６が、１つ又は複数のプロセッサ（又はマイクロプロセッサ）、１つ又は複数のコントローラ（又はマイクロコントローラ）、及び／又はそれに形成されるハードウェア、処理論理、回路機構若しくは部品を含んでもよい。便宜上、これらのものに限定されなく、半導体基板１０６は、また、ここで、集積回路ダイ又はＡＳＩＣダイとして参照され得、半導体基板１１０は、また、ここで、圧力センサダイとして参照され得る。例示的な実施形態において、圧力センサダイ１１０（例えば、図１の底部表面）に隣接するＡＳＩＣダイ１０６の表面は、圧力センサダイ１００における圧力検出装置及び／又は圧力検出システム１００の外部の他のデバイス又は部品へと／そこから、電気信号を与える及び／又は受信する入力／出力端子として機能する導電性結合パッドを含む。下述により詳細に記載されるように、ＡＳＩＣダイ１０６における結合パッドは、相互接続部１３０を介する圧力センサダイ１１０の上表面１１３上で、対応する結合パッド２００に電気的に接続される。さらに、より詳細に記載されるように、ＡＳＩＣダイ１０６は、封止構造１０４に相当する結合領域（又は結合リング）を含む。この点において、ＡＳＩＣダイ１０６における結合領域は、圧力センサダイ１１０の上表面１１３における結合領域を反映する。
【００１４】
これより図３を参照し、図１〜２を続けて参照して、例示的な実施形態において、封止構造１０４は、ダイヤフラム領域１０８と実質的に位置合わせられる中空内部を画成する非多孔質材料１２０のリング又は別の連続的なボディとして実現され、封止構造１０４は、ダイヤフラム領域１０８の上側に沿ってダイ１０６と１１０との間の気密封止チャンバ１１２を形成するためにダイヤフラム領域１０８の周辺を囲む又は別の言い方では包囲する。このように、チャンバ１１２が固定圧力を有し、該圧力はダイヤフラム領域１０８の裏側に印加された周囲圧力を測定する時、基準圧力として使用され得る。例示的な実施形態において、封止構造１０４は、気密封止を供するために圧力センサダイ１１０の上表面１１３及びＡＳＩＣダイ１０６の隣接する表面の両方に結合される又は別の言い方では取付けられる金属材料として実現される。この点において、例示的な実施形態において、ＡＳＩＣダイ１０６及び／又は圧力センサダイ１１０における結合領域は、封止構造の金属材料１２０に共晶接合できる材料として実現される。例えば、１つ又は複数の実施形態において、封止構造１０４の金属材料１２０は、結合リング２０２に堆積される又は別の方法でメッキされる金、アルミニウム、又は他の金属材料として実現され、よって、金属材料１２０と結合リング２０２との間で化学結合を形成する。この点において、図３が、圧力センサダイ１１０に結合された封止構造を形成した後の圧力センサ構造１０２の上面図を示す。その後、封止構造１０４の金属材料１２０は、結合リング２０２に対応する又は別の言い方では反映する、ＡＳＩＣダイ１０６の隣接する表面における結合パッドに共晶接合される。この方法において、ダイ１０６、１１０は、封止構造１０４の金属材料１２０によって互いに取り付けられる又は別の方法では結合される。図１及び３で最善に説明されるように、封止構造１０４を備える金属材料１２０がダイヤフラム領域１０８を囲み又は別の言い方では包囲し、金属材料１２０とダイ１０６、１１０との間の結合が、気密密封されているチャンバ１１２をもたらすように、封止構造１０４の周囲はダイヤフラム領域１１４の周囲より大きい。別の実施形態において、金属材料１２０を圧力センサダイ１１０上で結合リング２０２に共晶接合する前に、金属材料１２０とＡＳＩＣダイ１０６との間の化学結合を形成するために、封止構造１０４の金属材料１２０は、ＡＳＩＣダイ１０６上に堆積又は別の方法ではメッキされる。他の実施形態において、封止構造１０４が形成され、次に、圧力センサダイ１１０及びＡＳＩＣダイ１０６の表面に同時に共晶接合される。つまり、ダイ１０６、１１０は同一工程ステップの一部として封止構造１０４に同時に結合され得る。
【００１５】
また図１〜３を参照して、例示的な実施形態において、相互接続部１３０は、封止構造１０４に利用された同一の金属材料１２０として実現され、ダイ１０６、１１０との間の相互接続部１３０がダイ１０６、１１０に封止構造１０４を結合するために使用された同一工程ステップの一部として形成され得るように、相互接続部１３０に利用された結合パッド２００は、封止構造１０４の結合リング２０２と同一材料として実現される。例えば、１つの実施形態に従って、相互接続部１３０を圧力センサダイ１１０に結合するために、相互接続部１３０は、結合パッド２００上にメッキ又は別の方法では堆積される金材料として実現され得、封止構造１０４がＡＳＩＣダイ１０６に結合されることと同時に、相互接続部１３０は、ＡＳＩＣダイ１０６における対応する結合パッドに続いて結合される。或いは、相互接続１３０はＡＳＩＣダイ１０６に形成され、次に、圧力センサダイ１１０に結合されてもよい。他の実施形態において、相互接続結合パッド２００は、封止構造結合リング２０２に使用される材料と異なる材料として実現されてもよく、及び／又は相互接続部１３０は、封止構造１０４に使用される材料と異なる導電性材料を用いて実現されてもよく、しかしながら、このような実施形態において、相互接続部１３０は、依然として、封止構造１０４と同時にダイ１０６、１１０に結合されてもよいことが言及されるべきである。図１及び３で説明された実施形態において、導電性相互接続部１３０は、封止構造１０４の周囲外に配置されるが、他の実施形態において、導電性相互接続部は封止構造１０４の周囲内であるが、ダイヤフラム領域１０８の周囲外に配置されても良い。
【００１６】
例示的な実施形態において、ダイ１０６、１１０は、封止されたチャンバ１１２が、真空で封止構造１０４によって設けられるように、真空チャンバ内に互いに共晶接合される（例えば、固定基準圧力が真空に対応する）。上述記載されたように、１つ又は複数の実施形態において、金属材料１２０は、圧力センサダイ１１０の上表面１１３上で（真空チャンバの内側又は外側のいずれかで）、パッド２００及び結合リング２０２に結合され、次に、圧力センサダイ１１０は、真空チャンバに転送され、それに結合された結合構造１０４及び相互接続部１３０は、封止される真空チャンバ１１２を供するために、次にＡＳＩＣダイ１０６に共晶接合され得る。別のさらなる他の実施形態において、封止構造１０４を形成するために、金属材料１２０は、先ずＡＳＩＣダイ１０６（真空チャンバの内側又は外側のいずれかで）に結合され得、次に、ＡＳＩＣダイ１０６は、真空チャンバに転送され得、そこに取り付けられた封止構造１０４は、封止された真空チャンバ１１２を形成するために、その後、圧力センサダイ１１０に結合され得る。
【００１７】
説明及び記載の容易さのために、図１〜３は、検出システム１００の簡易的代表を示し、図１〜３は、本出願の範囲及びここで述べられた主題を、如何なる方法でも限定することを意図しないということが、理解されるべきである。この点において、本主題は、ダイ形態で圧力センサダイ１１０がＡＳＩＣダイ１０６に結合されているという文脈で記載されるが、実用的な実施形態において、検出システム１００は、圧力センサダイ１１０及びＡＳＩＣダイ１０６を得るために後に切断されるウェハを用いて形成されても良い。例えば、図４の文脈で下記により詳細に記載されるように、ウェハに形成された圧力センサ構造１０２に関する複数の例を有するウェハは、ウェハに形成された圧力センサ構造１０２の動作を支持し、図１で説明された検出システム１００の複数の例を得るために切断されるように構成されたＡＳＩＣ又は他の制御回路の複数の例を含むウェハに取付けられてもよい。
【００１８】
図４は、図１の検出システム１００をパッケージングするためのフラット・ノーリード（flat no lead）センサデバイス４００の例示的な実施形態を示す。封止された真空チャンバ１１２を形成するために、図１〜３の文脈で上述記載されたような方法でダイ１０６、１１０を結合した後、より詳細に下述記載されるように、圧力センサダイ１１０への及びからの導電性ワイヤ結合４１０を形成するために使用される圧力センサダイ１１０の上表面１１３の周辺部分を露出するために、ＡＳＩＣダイ１０６は鋸断される（例えば、切断を先立って露出するために鋸断を実行することによって）。圧力センサデバイスパッケージ４００の作成が、圧力センサダイ１１０の裏表面１１１を、例えば、互いに付着するためにエポキシ又はシリコン接着剤を用いて、リードフレーム構造４０２に取付ける、結合させる又は別の方法では、はめ込むことによって続く。例示的な実施形態において、圧力センサダイ１１０は、リードフレーム構造４０２の内部ダイフラッグ部分４０４に取付けられる又は別の方法では結合される。この点において、ダイフラッグ４０４は、ダイフラッグ４０４に形成された孔部４０８を含み、圧力センサデバイスパッケージ４００の周囲圧力が、キャビティ１１４に入り、ダイヤフラム領域１０８と相互作用できる圧力ベントを供するために、孔４０８が、ダイヤフラム領域１０８に対して実質的に位置を合わせられる及び／又は中心に配置されるように、圧力センサダイ１１０は、ダイフラッグ４０４上に配置される。
【００１９】
図示されたように、ダイ１０６、１１０、及びリード４０６との間の電気的接続部を供するために、導電性ウィヤ結合４１０は、圧力センサダイ１１０の上表面１１３の露出周辺部分と、リードフレーム構造４０２のリード部分４０６における位置との間に形成される。このように、電気信号は、圧力センサダイ１１０における圧力検出装置及び／又はリード４０６においてＡＳＩＣダイ１０６上に形成されたＡＳＩＣへと供されてもよく、及び／又は、そこから受信されてもよい。図示されてないが、圧力センサダイ１１０の上表面１１３は、ダイ１０６、１１０及びリード４０６との間の適切電気的相互接続部を供するために、相互接続部１３０とワイヤ結合４１０との間の信号を送るために利用されるということが言及されるべきである。この点において、いくつかの実施形態において、いくつかの相互接続部１３０及び結合パッド２００は、ＡＳＩＣダイ１０６へと／からリード４０６から／へと信号を送るするためだけに利用され得る。
【００２０】
ダイ１０６、１１０及びワイヤ結合４１０をカプセル化するために、ワイヤ結合４１０の形成後、熱硬化性エポキシ成形化合物のような成形コンパウンド４１２が、ダイ１０６、１１０（例えば、成形剤を移動させることによって）の上方に形成される。この点において、成形コンパウンド４１２は、封止されたチャンバ１１２外にある、ダイ１０６と１１０との間の如何なる空間を充填し、環境要素からダイ１０６、１１０の表面上の回路及び／又は部品を保護する。図示されたように、成形コンパウンドは、圧力センサダイ１１０とＡＳＩＣダイ１０６との間に配置され、封止構造１０４を囲み、今度は、成形コンパウンド４１２が、封止されたチャンバ１１２を貫通又は別の方法では干渉することを防止し、それによって、ダイ１０６、１１０が成形コンパウンド４１２によってカプセル化された後、封止されたチャンバ１１２を真空で維持する。
【００２１】
当業者が理解するように、他の電気部品及び／又はシステムと結合させるために、図４の圧力センサデバイスパッケージ４００は、回路基板又は別の電子基板に取付けられてもよい。この点において、好ましくは、その上に取付けられた圧力センサデバイスパッケージ４００を有する回路基板（又は電子基板）が、対応する孔又は圧力ベントを含み、それは孔４０８の位置と実質的に合わせられる、又は別の方法では、ダイヤフラム領域１０８を偏向させる又は別の方法ではそれに影響を及ぼすために、圧力センサデバイスパッケージ４００の周りの周囲圧力が、孔４０８を介してキャビティ１１４に入ることができるように構成された、孔又は圧力ベントである。
【００２２】
１つ又は複数の実施形態に従って、圧力センサデバイスパッケージ４００の作成は、圧力センサウェハの上表面（例えば、圧力センサダイ１１０を得るために切断されるウェハ）で、ＡＳＩＣウェハの下部表面（例えば、ＡＳＩＣダイ１０６を得るために切断されるウェハ）に、結合領域（又はパッド）を形成し、次に、ウェハを互いに共晶接合することによって達成される。例えば、シリコン結合パッドは、それぞれのダイ１０６、１１０の入力／出力端子の位置に対応する位置でウェハに形成されてもよく、シリコン結合リングはそれぞれのダイヤフラム領域１０８を囲むように形成されてもよい。シリコン結合領域を形成した後、相互接続部１３０及び封止構造１０４は、シリコン結合パッドに金（例えば、金属材料１２０）をメッキする又は別の方法では堆積することによって、圧力センサウェハ上に形成され得る。圧力センサウェハ上に封止構造１０４及び相互接続部１３０を形成した後、圧力センサデバイスパッケージ４００の作成は、真空チャンバに圧力センサウェハ及びＡＳＩＣウェハを配置し、ＡＳＩＣウェハの下部表面における結合領域を、圧力センサウェハ上の金材料１２０と位置と合わせ、圧力センサウェハにおける金材料１２０を、ＡＳＩＣウェハにおける結合パッドに共晶接合する（例えば、熱圧縮接合）ために真空チャンバを加熱しながら、ウェハを互いに抑えることによって続く。このように、封止構造１０４は、それぞれのダイヤフラム領域１０８の上面における真空チャンバ１１２を気密封止し、かつ画成し、同時に、相互接続部１３０を形成する。ウェハが結合される後、ＡＳＩＣウェハの一部は、ワイヤ結合４１０を取り付けるために用いられるであろう圧力センサウェハの領域を露出するために、露出するために鋸断する工程を実行されることによって除去され、次に、各々のＡＳＩＣダイ１０６に共晶接合された圧力センサダイ１１０を得るために、ＡＳＩＣウェハ及び圧力センサウェハは切断される。圧力センサデバイスパッケージ４００の作成は、次に、リードフレーム構造４０２に、圧力センサダイ１１０の裏表面１１１を取り付ける又は別の方法では結合し、リード４０６と圧力センサダイ１１０との間のワイヤ結合４１０を形成し、ダイ１０６、１１０上に熱硬化性エポキシ成形コンパウンド４１２を適用する又は別の方法では形成することによって完成され得る。
【００２３】
図４の圧力センサデバイスペッケージ４００の１つの利点は、ＡＳＩＣダイ１０６が圧力センサダイ１００に取付けられているおかげで、圧力センサデバイスパッケージ４００の領域設置面積が低減されることである。同時に、実質的に平面であるＡＳＩＣダイ１０６のおかげで、圧力センサデバイスパッケージ４００の高さが、実質的に増加されない。さらに、相互接続部１３０を除いて、ダイ１０６、１１０との間のワイヤ結合又は他の手段の必要がない。
【００２４】
図５は、図１の検出システム１００をパッケージングするセンサデバイスパッケージ５００の別の実施形態を示す。図５で示された実施形態において、１つ又は複数の導電性相互接続部５０２（又はビア）は、１つ又は複数の相互接続部１３０へ電気接続を供するＡＳＩＣダイ１０６に形成される。封止された真空チャンバ１１２を形成するために図１〜３の文脈で上述記載されたような方法でダイ１０６、１１０を結合した後、熱硬化性エポキシ成形コンパウンドのような成形コンパウンド５１２は、図４の文脈で上述された同様の方法で、ダイ１０６、１１０を取り囲んで、形成される。成形コンパウンド５１２は、キャビティ１１４に形成される又は別の方法では圧力センサダイ１１０の裏表面１１１又はＡＳＩＣダイ１０６の反対側に形成されることを防止する。成形コンパウンド５１２が形成される後、保護材料５０４の層は圧力センサダイ１１０の裏表面１１１に形成される。保護材料５０４はパリレンのような化学的抵抗性材料は望ましく、該化学的抵抗性材料は、真空堆積又は別の適切な堆積工程によって圧力センサダイ１１０の裏表面１１１及び取り囲んでいる成形コンパウンド５１２に堆積される。このように、環境要素から圧力センサ構造１０２を保護するために、保護材料５０４及び成形コンパウンド５１２が、圧力センサ構造１０２をカプセル化する。例示的な実施形態において、ダイヤフラム領域１０８上に形成された保護材料５０４が、ダイヤフラム領域１０８を目に見えて偏向させない又は別の方法では偏向に影響を及ぼさないように、保護材料５０４の層の厚さは約１０マイクロン未満である。
【００２５】
説明された実施形態において、半田ボール５０６が、ビア５０２に接触している又は別の方法では位置を調整されている、ＡＳＩＣダイ１０６の露出した表面上に形成される。当業者に理解されるように、他の電気部品及び／又はシステムと相互作用するために、圧力センサデバイスパッケージ５００を、回路基板又は別の電子基板に、後で取り付けるために、半田ボール５０６は、利用され得る。このように、圧力センサ構造１０２の裏表面１１１、したがってキャビティ１１４は、圧力センサデバイスパッケージ５００の周りの周囲圧力にさらされ、一方で、ＡＳＩＣダイ１０６の反対側（例えば、図２の下部表面）は、回路基板によって保護される。圧力センサデバイスパッケージ５００の外部の電気部品によってアクセスされる必要がある、圧力センサダイ１１０から電気信号は、相互接続部１３０、５０２、ＡＳＩＣダイ１０６及び／又は回路基板による、このような外部部品に送られ得るということが言及されるべきである。
【００２６】
１つ又は複数の実施形態において、圧力センサデバイスパッケージ４００の作成の文脈で上述されたように、圧力センサデバイスパッケージ５００の作成は、ウェハ形態でダイ１０６、１１０を、先ず、互いに結合することによって達成される。１つの実施形態に従って、ウェハが結合される後、ＡＳＩＣダイ１０６に共晶接合される圧力センサダイ１１０を得るためにウェハは切断され、熱硬化性エポキシ成形コンパウンド５１２は、ダイ１０６と１１０との間に形成される。熱硬化性エポキシ成形コンパウンド５１２を形成する後、パッケージ５００の作成は、真空堆積（例えば、物理蒸着）によって、圧力センサダイ１１０の裏表面１１１及び取り囲んでいる成形コンパウンド５１２上に、保護材料５０４を正確に堆積することによって続く。ダイ１０６、１１０の結合された対を、ウェハから得られたダイ１０６、１１０の隣接した結合された対から、分離するために保護材料５０４を堆積した後、ダイ１０６、１１０が切断される又は別の方法ではまた単一化されるように、成形コンパウンド５１２は、ウェハから得られたダイ１０６、１１０の隣接している結合された対を取り付け得るということが理解されるであろう。別の実施形態に従って、ウェハが結合される後、ウェハを切断する前に、保護材料５０４は、圧力センサウェハの裏表面１１１に正確に堆積される。ウェハを切断した後、熱硬化性エポキシ成形コンパウンド５１２は、ダイ１０６、１１０との間に形成され、結合された対のダイ１０６、１１０を、ウェハから得られたダイ１０６、１１０の隣接している結合された対から分離するために、ダイ１０６、１１０は、切断される又は別の方法ではまた単一化される。実施形態に依存して、半田ボール５０６は、ＡＳＩＣウェハを切断する前に又は後に、ＡＳＩＣダイ１０６上に形成されてもよい。
【００２７】
図５の圧力センサデバイスパッケージ５００の１つの利点は、ＡＳＩＣダイ１０６が圧力センサダイ１１０に取付けられているおかげで、圧力センサデバイスパッケージ５００の領域設置面積が低減することである。同時に、ＡＳＩＣダイ１０６が実質的に平面であるおかげで、圧力センサデバイスパッケージ５００の高さは実質的に増加されない。また、相互接続部１３０を除く、ダイ１０６、１１０との間のワイヤ結合又は他のルーティングの必要がない。さらに、圧力センサデバイスパッケージ５００が、回路基板（又は別の電子基板）と相互接続するための、リードフレーム、ワイヤ結合、又は他の部品及び／又は回路を要しなく、実際的であると理解されるであろうが、半田ボール５０６は、回路基板に取り付けられる前に、圧力センサデバイスパッケージ５００を、別の電子基板又は半導体基板（例えば、インタポーザ）に取付けるために使用されてもよい。保護材料５０４はまた、化学物質又は他の環境要素に対する抵抗性を提供し、それによって、圧力センサデバイスパッケージ５００が、過酷な環境で利用されることを可能にする。
【００２８】
図６は、圧力センサ構造１０２、封止構造１０４、及びＡＳＩＣダイ１０６を含む検出システムを適切にパッケージする、センサデバイスパッケージ６００の別の実施形態を示す。この実施形態において、ＡＳＩＣダイ１０６は、封止構造１０４又は圧力センサダイ１１０に結合されない又は別の方法では取付けられない。寧ろ、図６のセンサデバイスパッケージ６００は、インタポーザ構造６０２に結合された、取り付けられた又は別の方法では、はめこまれた、ダイ１０６、１１０を有するインタポーザ６０２を含み、ここで、封止構造１０４は、圧力センサダイ１１０の上表面１１３とインタポーザ構造６０２との間に配置され、それによって、圧力センサダイ１１０及びインタポーザ構造６０２を結合させる又は別の方法では取り付ける。上述されたように、封止構造１０４は、ダイ１０６、１１０とインタポーザ構造６０２との間に相互接続部６０４、６０６を形成するために使用され得る、金属材料１２０として実現される。この点について、金属材料１２０は、ダイ１０６、１１０の両方を、インタポーザ構造６０２に結合させ、ここで、ＡＳＩＣダイ１０６は、相互接続部６０４によってインタポーザ６０２に取付けられ、圧力センサダイ１１０は、封止構造１０４及び相互接続部６０６によってインタポーザ構造６０２に取付けられる。
【００２９】
例示的な実施形態において、インタポーザ構造６０２は、電子基板として実現され、ここで、該電子基板は、ＡＳＩＣダイ１０６上に形成された制御回路と圧力センサダイ１１０上に形成された検出装置との間の電気接続を備えるために、ダイ１０６、１１０との間で、圧力センサデバイスパッケージ６００に対して外部の電気システム又は部品へと／からの、電気信号を送るように構成される。例えば、実施形態に依存して、インタポーザ構造６０２は、シリコン基板のような半導体基板又はガラス基板若しくはセラミック基板のような別の適切な電子基板として実現されてもよい。図示されたように、インタポーザ構造６０２は、インタポーザ構造６０２内に形成された導電性相互接続部６０８（又はビア）を含み、ダイ１０６、１１０へと／から電気接続を供するために、半田ボール６１０は、ビア６０８上に形成される又はそれと合致される。図５の文脈で上述されたように、当業者によって理解れるであろうように、圧力センサデバイスパッケージ６００を、他の電子部品及び／又はシステムと相互作用させるために、回路基板又は別の電子基板に取付けるよう、半田ボール６１０が利用され得る。例示的な実施形態において、インタポーザ構造６０２は、インタポーザ６０２内に形成された孔６１２を含み、ここで、圧力センサデバイスパッケージ６００を囲んでいる周囲圧力が、ダイヤフラム領域１０８の上面と相互作用することを可能にする圧力ベントを供するために、孔６１２が、ダイヤフラム領域１０８の上面の位置に関して実質的に合わせされる又は中心に配置されるように、圧力センサダイ１１０は、インタポーザ構造６０２に対して配置される。図４の文脈で上述されたように、それに取付けられた圧力センサデバイスパッケージ６００を有する回路基板（又は電子基板）は、好ましくは、圧力センサデバイスパッケージ６００を取り囲んでいる周囲圧力が、ダイヤフラム領域１０８を偏向させる又は別の方法では影響を及ぼすことができるように構成された、ホール６１２で又は別の方法で実質的に調整される圧力弁と又は対応するホールを含む。
【００３０】
例示的な実施形態において、ダイ１０６、１１０を、インタポーザ構造６０２に結合させる又は別の方法では取り付けた後、ダイ１０６、１１０を覆い、カバーするキャッピング部材６２０は、気密密封されたチャンバ６１４を画成するために、インタポーザ構造６０２の表面に結合される、取り付けられる又は別の方法では、はめ込まれる。例えば、キャッピング部材６２０は、インタポーザ構造６０２に気密封止を形成するために半田又はガラスフリットを用いて、インタポーザ構造６０２に気密密封されるガラス又はセラミックリッド構造として実現され得る。上述されたように、基準圧力として使用され得る圧力センサダイ１１０の裏表面１１１に固定圧力を設けるために、チャンバ６１４が封止構造１０４及びキャッピング部材６２０によって封止されるように、封止構造１０４はまた、圧力センサダイ１１０の上表面１１３とインタポーザ構造６０２との間の気密封止を供する。例示的な実施形態において、封止構造１０４及びキャッピング部材６２０によって画成されたチャンバ６１４が真空であるように、キャッピング部材６２０は、真空チャンバ内のインタポーザ構造６０２に結合される。このように、ダイヤフラム領域１０８の裏側は、真空基準圧力にさらされ、同時に、ダイヤフラム領域１０８の上側は、圧力センサデバイスパッケージ６００を取り囲む周囲圧力にさらされる。
【００３１】
１つ又は複数の実施形態において、インタポーザウェハ（例えば、インタポーザ構造６０２の複数の例を有するウェハ）、圧力センサダイ１１０の上表面、及びＡＳＩＣダイ１０６の下部表面に結合領域を形成することによって、圧力センサデバイスパッケージ６００の作成が始まる。インタポーザウェハ上に結合領域を形成した後、相互接続部６０４、６０６及び封止構造１０４は、例えば、インタポーザウェハに化学結合された、封止構造１０４及び相互接続部６０４、６０６を形成するために、結合領域に金属材料１２０をメッキする又は別の方法では堆積することによって、インタポーザウェハ上に形成され得る。センサデバイスパッケージ６００の作成は、圧力センサダイ１１０の上表面１１３における結合領域及び／又はＡＳＩＣダイ１０６の下部表面における結合領域を、インタポーザウェハ上の金属材料１２０で位置を合わせること、インタポーザウェハにそれぞれのダイ１０６、１１０を圧縮し、同時に、インタポーザウェハ上の金属材料１２０を、ＡＳＩＣダイ１０６及び／又は圧力センサダイ１１０上の結合領域に、共晶接合するために加熱する（例えば、熱圧縮接合）ことによって続く。この点において、特定実施形態の必要に依存して、ダイ１０６、１１０は、インタポーザウェハに同時に又は異なる時間に独立して結合され得るということが、言及されるべきである。例示的な実施形態において、インタポーザウェハにダイ１０６、１１０を結合した後、半田、ガラスフリット、又は他の密封封止を供することが可能である材料が、インタポーザウェハ上の、各々のインタポーザ構造６０２の周囲に形成される又は別の方法では適用される。インタポーザウェハは、その後、真空チャンバ内に配置され、キャッピング部材６２０の複数の例を含む構造（例えば、キャッピング部材のウェハ）は、インタポーザ構造の周囲の気密密封材料と並べられ、インターポーザウェハ及びキャッピング部材構造は、インターポーザ構造６０２にキャッピング部材６２０を結合させる又は別の方法では取り付けるよう、かつ、圧力センサダイ１１０の裏側に気密真空チャンバを供するために、圧縮される。キャッピング部材６２０をインタポーザ構造６０２に取り付けた後、半田ボール６１０は、インタポーザウェハ上に形成され、圧力センサデバイスパッケージ６００の例を得るために、インタポーザウェハ及びキャッピング部材構造は、切断される。
【００３２】
図６の圧力センサデバイスパッケージ６００の１つの利点は、キャッピング部材６２０に協働して基準圧力を設ける方法で、圧力センサ構造１０２が、封止構造１０４によってインタポーザ構造６０２に結合され、圧力センサ構造１０２が、ダイ１１０の裏側に制限ウェハを要しない、ということである。キャッピング部材はまた、環境要素からの保護を提供し、よって、圧力センサデバイスパッケージ６００を過酷な環境で利用、することを可能にする。また、ダイ１０６、１１０は互いに結合されず、ダイ１０６、１１０を、互いに独立して、作成する、切断する、及びインタポーザ構造６０２に結合することができる。
【００３３】
簡潔のために、ＭＥＭＳデバイス、圧力検出、ピエゾ抵抗性圧力センサ及び／又は関連する較正方法、電圧検出、半導体及び／又は集積回路作成、デバイスパッケージング、並びに本主題の他の機能的態様に関する従来技術は、本明細書には詳細には記載されない。また、複数の専門用語もまた、参照だけのためであって、したがって、制限する意図なく、本明細書で使用され得る。例えば、「第１」及び「第２」及び構造を参照する他の数字に関する専門用語は、そうでないことが文脈で明確に示されないなら、あるシーケンス又は順番を意味しない。
【００３４】
結論として、本発明の例示的な実施形態に従って構成されるシステム、デバイス、及び方法は以下に関する。
【００３５】
センサデバイスに関する例示的な装置が供される。センサデバイスにおいて、その上に形成された検出装置を有する第１部分、第２構造及びセンサ構造と第２構造との間に挿入された封止構造を含むセンサ構造を含む。第１部分の第１側の固定基準圧力を設けるために、封止構造は、センサ構造の第１部分を囲み、ここで、第１側に対向する第１部分の第２側は、周囲圧力にさらされる。１つの実施形態において、封止構造は、センサ構造と第２構造との間に気密封止を供するために、センサ構造及び第２構造に結合された金属材料を備える。更なる実施形態において、第２構造は、平坦な表面を有し、ここで、金属材料は、平坦な表面に結合される。別の実施形態において、封止構造は、第１部分の第１側の真空チャンバを画成する。別の実施形態に従って、固定基準圧力は、真空である。更に別の実施形態において、センサデバイスは、センサ構造と第２構造との間に配置された導電性相互接続部を含み、ここで、封止構造及び導電性相互接続部の各々は、センサ構造及び第２構造に結合された金属材料を備える。導電性相互接続部は、検出装置に電気的に接続される。別の実施形態において、第２構造は、その上に形成された制御回路を有する集積回路ダイを備え、ここで、制御回路は、検出装置からの電気信号に基づいて、周囲圧力を示す圧力メトリックを決定するように構成される。更なる実施形態において、制御回路と検出装置との間の電気接続を供するために、導電性相互接続部は、センサ構造と集積回路ダイとの間に配置される。別の実施形態に従って、周囲圧力と固定基準圧力との間の差に応答して、第１部分が撓む。別の更なる実施形態において、センサ構造は、集積回路ダイを含み、第１部分は、集積回路ダイのダイヤフラム領域を含み、検出装置は、ダイヤフラム領域の第１側に形成され、封止構造は、第１部分の第１側の真空チャンバを画成する。
【００３６】
別の例示的な実施形態において、圧力センサデバイスに関する装置は、圧力センサ構造の第１側に形成された検出装置を有するダイヤフラム領域、圧力センサ構造の第１側に結合されダイヤフラム領域を囲む金属材料、平坦な表面を有する基板を含む圧力センサを含み、ここで、固定基準圧力を有するチャンバを設けるために、金属材料は、基板の平坦な表面に結合される。１つの実施形態において、チャンバは、ダイヤフラム領域の第１側に配置され、ダイヤフラム領域の第２側は、周囲圧力にさらされる。更なる実施形態において、基板は、その上に形成された特定用途向け集積回路を有する半導体基板を含み、ここで、検出装置からの電気信号に基づいて、周囲圧力を示す圧力メトリックを決定するために、特定用途向け集積回路は検出装置に接続される。別の更なる実施形態において、検出装置は、ダイヤフラム領域上に形成された複数のピエゾ抵抗素子を含み、ピエゾ抵抗性素子の抵抗は、ダイヤフラム領域の偏向によって影響され、電気信号は複数のピエゾ抵抗性素子の抵抗によって影響される。別の実施形態において、保護材料は、ダイヤフラム領域の第２側に形成される。別の更なる実施形態において、成形コンパウンドは、成形コンパウンドが、金属材料を囲むように、圧力センサ基板と基板との間に配置される。別の更なる実施形態に従って、固定基準圧力は真空である。
【００３７】
センサデバイスの別の例示的な実施形態は、その上に形成された検出装置を有するダイヤフラム領域、基板、センサ構造の第１側及び基板に結合された封止構造、及び基板に結合されたキャッピング部材を含むセンサ構造を含む。封止構造は、センサ構造の第１側のダイヤフラム領域を囲み、センサ構造の第２側に固定基準圧力を設けるために、キャッピング部材がセンサ構造を覆い、基板は、中に形成された孔を含み、ここで、ダイヤフラム領域の第１側を周囲圧力にさらすために、ダイヤフラム領域は、孔と並べられる。１つの実施形態において、集積回路ダイは、基板に結合され、ここで、集積回路ダイは、検出装置からの電気信号に基づいて周囲圧力を示す圧力メトリックを決定するために、制御回路を含み、基板は、検出装置と制御回路との間の電気的接続を供する。
【００３８】
先述の詳細な説明では、少なくとも一つの例示的な実施形態が示されてきたが、種々の変更が存在するということが理解されるべきである。また、本明細書で述べられた一つ又は複数の例示的な実施形態は、クレーム化された本主題の範囲、応用、又は構成を、いかなる方法においても、制限することを意図しない。寧ろ、戦術の詳細な説明は、述べられた一つ又は複数の実施形態を実施するための簡便な指針を当業者に提供するものである。特許請求の範囲によって定義された範囲から逸脱することなく、要素の機能及び配置において、本特許出願を出願するときに、従来に対応する物及び予測できる物を含む、種々の変更がなされ得るということが理解されるであろう。
【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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