微傳感器封裝件及其裝配的相關方法
【專利摘要】本申請公開一種微傳感器封裝件(10)，其包含微傳感器(12)和印刷電路板(PCB)(14)，或者包含微傳感器陣列和PCB(14)。微傳感器(12)包含具有相對的前表面和后表面的第一襯底(16)、在第一襯底(16)的前表面上的感測元件(12)以及設置在第一襯底(16)內并且電氣連接到感測元件(12)的直通芯片通孔(30、32)。PCB(14)包含第二襯底(38)，第一襯底(16)的后表面被鍵合到該第二襯底(38)。第二襯底(38)限定凹部(44)，鍵合焊盤(42)被設置在該凹部(44)內，并且微傳感器(12)的直通芯片通孔(30、32)電氣連接到PCB(14)的鍵合焊盤(42)。微傳感器封裝件(10)可以進一步包含墊片(48)，該墊片(48)被鍵合到PCB(14)并且可以圍繞微傳感器(12)的外部邊界并且具有與微傳感器(12)大致相同的厚度。
【專利說明】微傳感器封裝件及其裝配的相關方法

【背景技術】
[0001]本公開總體涉及傳感器，并且特別涉及傳感器封裝件及其裝配的相關方法。
[0002]物理量的測量常常被執(zhí)行以確定和理解物理現(xiàn)象的特性。例如，通常執(zhí)行噪聲的測量和噪聲的來源或起因來理解在噪聲的生成背后的物理現(xiàn)象。例如，可以執(zhí)行測量以識別噪聲來源于何處。
[0003]可以在設備的測試中執(zhí)行這種類型的分析。例如，可以針對飛行器發(fā)動機(例如噴射式發(fā)動機)來收集噪聲數據。所收集的噪聲數據可以被分析以確定該噴射式發(fā)動機內部和外部的什么組件產生了噪聲。這些不同的組件也可以被稱為組件噪聲源。
[0004]在噴射式發(fā)動機或由噴射式發(fā)動機產生的噴射排氣中，不同的結構或組件可以以不同頻率產生不同噪聲。例如，噴射式發(fā)動機的導管和入口內的不同表面可能在噴射式發(fā)動機的運行期間產生噪聲。例如，噴射式發(fā)動機的高速排氣流可以在發(fā)動機的運行期間產生噪聲。
[0005]可以用各種化合物或組件對表面進行處理以盡力減少噪聲。在該類型的示例中，可以用不同類型的表面對噴射式發(fā)動機進行測試，以便確定借助不同的處理方法是否降低了這些表面所產生的噪聲。
[0006]目前，擴音器陣列可以被用于收集噪聲數據。這種噪聲數據可以被處理以產生噪聲來源于何處的“圖像”，并且確定輻射噪聲的強度。在獲得該數據的過程中，聲音傳感器單元(例如，擴音器)可以被放置在不同的位置。借助目前的陣列設計，需要成百上千的陣列位置來覆蓋所有的聲音傳播路徑，這些聲音傳播路徑通過將數百個候選噪聲源位置連接到幾十個感興趣的測量點而形成。
[0007]多種不同類型的擴音器已經被研究以便用于其中這些擴音器應該滿足多種需求的空氣聲學應用中。微機電系統(tǒng)(MEMS)擴音器正在最近類型的擴音器中嶄露頭角。但是，目前沒有已知的方法來成本有效地封裝符合空氣聲學應用要求的MEMS傳感器。因此，可能期望的是具有將上述問題中的至少一些以及可能的其他問題考慮在內的微傳感器封裝件及其制造的相關方法。


【發(fā)明內容】

[0008]本公開的示例實施例總體定向于微傳感器封裝件及其裝配的相關方法。示例實施例的微傳感器可以被封裝以實現(xiàn)強健的、抗EMI (電磁干擾)以及(如果需要)對于單個傳感器或傳感器群組而言是超薄的超平齊(ultra-flush)安裝。該技術問題的解決方案可以實現(xiàn)眾多的傳感器部署方案，由此實現(xiàn)目前不可用的獨立傳感器和傳感器陣列的若干應用。例如，在擴音器的背景下，這些部署方案可以包含風洞測試段中的先前難以到達的位置處的大通道計數、高保真度噪聲源位置陣列的部署和/或用于飛行測試和測量方案的飛機機身的外表面上的相似陣列的部署。示例實施例提供的測量保真度可以是在先前能力之上的基本改進。示例實施例可以解決若干技術挑戰(zhàn)以實現(xiàn)所期望的傳感器封裝結果。
[0009]示例實施例的微傳感器封裝件及其裝配的相關方法可以解決多個技術挑戰(zhàn)。例如，示例實施例可以創(chuàng)建傳感器的超平齊安裝，使得其感測元件在最小化地破壞表面光滑性的情況下成為光滑表面的一部分，這包括將感測元件定位在光滑表面的平面中并且用表面和傳感器之間的微小間隙來定位感測元件。示例實施例也可以建立抗EMI封裝件，該抗EMI封裝件對于通常對EMI脆弱的高阻抗傳感器設計來說可能是特別重要的。
[0010]示例實施例可以進一步解決直通芯片通孔(through-chip via)附接問題,該問題包含密封傳感器背側腔體和通風通道的同時將傳感器鍵合到PCB (印刷電路板)。示例實施例也可解決上述多傳感器封裝件的技術挑戰(zhàn)，包括相對于彼此精確定位傳感器。此外，示例實施例可以創(chuàng)建合并前面提到的抗EMI特性和直通芯片通孔附接以及后表面密封的獨立傳感器封裝件。并且示例實施例可以解決制造微傳感器封裝件的方法中的技術挑戰(zhàn)。
[0011 ] 根據例實施例的一個方面，提供一種微傳感器封裝件，其包含微傳感器和印刷電路板(PCB)。微傳感器包含具有相對的前表面和后表面的第一襯底、在第一襯底的前表面上的感測元件以及設置在第一襯底內并且電氣連接到感測元件的直通芯片通孔。PCB包含第二襯底，第一襯底的后表面被鍵合到該第二襯底。第二襯底限定凹部，鍵合焊盤被設置在該凹部內，并且微傳感器的直通芯片通孔被電氣連接到PCB的鍵合焊盤。在一個示例中，PCB可以包含設置在第二襯底內并且電氣連接到鍵合焊盤的通孔，該鍵合焊盤與電氣連接到鍵合焊盤的微傳感器的直通芯片通孔相對。
[0012]在一個示例中，微傳感器封裝件可以進一步包含被鍵合到PCB的墊片，并且該墊片可以圍繞微傳感器的外部邊界并且具有與微傳感器大致相同的厚度。在該示例中，第二襯底可以限定另一鍵合焊盤被設置在其中的另一凹部，并且墊片可以電氣連接到該另一鍵合焊盤。
[0013]在一個示例中，微傳感器的直通芯片通孔可以通過設置在鍵合焊盤上的凹部的開放體積內的導電鍵合劑電氣連接到鍵合焊盤。在該示例中，開放體積可以大于設置在其中的導電鍵合劑的體積。同樣在該不例中，第一襯底的后表面可以通過圍繞并且密封導電鍵合劑的粘合劑鍵合到PCB。
[0014]在一個示例中，微傳感器可以包括具有前表面和后表面的膜片，其中前表面由第一襯底的前表面的一部分限定，并且后表面由第一襯底的后表面的相應部分限定，腔體被限定在第一襯底內。在該示例中，第一襯底的后表面可以進一步限定將腔體連接到第一襯底的前表面的通風通道。并且第一襯底的后表面可以通過圍繞并且密封腔體或圍繞并且密封腔體和通風通道的粘合劑鍵合到PCB。
[0015]在文本和附圖中，公開一種微傳感器封裝件10，其包含:微傳感器12，其包含具有相對的前表面和后表面的第一襯底16、第一襯底16的前表面上的感測兀件，以及設置在第一襯底16內并且電氣連接到感測元件的直通芯片通孔30、32 ;以及印刷電路板14，其包含第二襯底38，第一襯底16的后表面鍵合到該第二襯底38，第二襯底38限定鍵合焊盤42被設置在其中的凹部40，微傳感器12的直通芯片通孔電氣連接到印刷電路板14的鍵合焊盤。
[0016]有利地，微傳感器封裝件10可以包含其中微傳感器12的直通芯片通孔30、32通過設置在鍵合焊盤42上的凹部40的開放體積內的導電鍵合劑46電氣連接到鍵合焊盤42，開放體積大于設置在其中的導電鍵合劑46的體積，并且其中第一襯底16的后表面通過圍繞并且密封導電鍵合劑46的粘合劑44鍵合到印刷電路板14。
[0017]有利地，微傳感器封裝件10可以進一步包含圍繞微處理器12的外部邊界并且被鍵合到印刷電路板14的墊片48，墊片48具有與微傳感器12大致相同的厚度。有利地，微傳感器封裝件10可以包含其中第二襯底38限定另一鍵合焊盤42被設置在其中的另一凹部，墊片48電氣連接到其它諸如該另一鍵合焊盤42。
[0018]有利地，微傳感器封裝件10可以包括其中微傳感器12包含具有前表面和后表面的膜片18,其中該前表面由第一襯底16的前表面的一部分限定,并且該后表面由第一襯底16的后表面的相應部分限定,腔體26被限定在第一襯底16內，并且其中第一襯底16的后表面通過圍繞并且密封腔體26的粘合劑44鍵合到印刷電路板14。
[0019]有利地，微傳感器封裝件10可以包括其中第一襯底16的后表面進一步限定將腔體26連接到第一襯底16的前表面的通風通道28，并且第一襯底16的后表面通過圍繞并且密封腔體26和通風通道28的粘合劑44鍵合到印刷電路板14。
[0020]有利地，微傳感器封裝件10可以包含其中印刷電路板18包含設置在第二襯底38內并且電氣連接到鍵合焊盤42的通孔，該鍵合焊盤42與電氣連接到鍵合焊盤42的微傳感器12的直通芯片通孔30、32相對。
[0021]在一個方面，微傳感器封裝件10包含微傳感器陣列，其中每個微傳感器包含具有相對的前表面和后表面的第一襯底16、第一襯底16的前表面上的感測兀件12以及設置在第一襯底16內并且電氣連接到感測元件12的直通芯片通孔30、32 ;以及印刷電路板14，其包含第二襯底38，第一襯底16的后表面鍵合到該第二襯底38，第二襯底38限定凹部40的陣列，鍵合焊盤42的相應陣列被設置該凹部40的陣列內，微傳感器陣列的每個微傳感器12的直通芯片通孔30、32電氣連接到鍵合焊盤42的陣列中的各個鍵合焊盤42。
[0022]有利地，微傳感器封裝件10可以包括其中對于微傳感器陣列的每個微傳感器12，直通芯片通孔30、32通過設置在各個鍵合焊盤42上的凹部40的開放體積內的導電鍵合劑46電氣連接到各個鍵合焊盤42，并且第一襯底16的后表面通過圍繞并且密封導電鍵合劑46的粘合劑44鍵合到印刷電路板14。
[0023]有利地，微傳感器封裝件10可以進一步包括圍繞微傳感器陣列中的微傳感器的外部邊界的陣列墊片68，該陣列墊片68被鍵合到印刷電路板并且具有與微傳感器大致相同的厚度。
[0024]有利地，微傳感器封裝件10可以進一步包含包圍微傳感器12的相應微傳感器的外部邊界并且被鍵合到印刷電路板14的多個獨立墊片48，獨立墊片48具有與微傳感器12大致相同的厚度，其中陣列墊片68圍繞獨立墊片48和陣列中的微傳感器的外部邊界。
[0025]有利地，微傳感器封裝件10可以包括其中第二襯底38限定另一多個凹部44，另一多個鍵合焊盤42設置在該另一多個凹部44內，獨立墊片48被電氣連接到其他諸如該另一多個鍵合焊盤48的相應鍵合焊盤。
[0026]有利地，微傳感器封裝件10可以包括其中對于微傳感器陣列的每個微傳感器12,微傳感器12包括具有前表面和后表面的膜片18,該前表面由第一襯底16的前表面的一部分限定，并且該后表面由第一襯底16的后表面的相應部分限定，腔體被限定在第一襯底16內，并且其中對于微傳感器陣列的每個微傳感器12，第一襯底16的后表面通過圍繞并且密封腔體26的粘合劑44鍵合到印刷電路板18。
[0027]有利地，微傳感器封裝件10可以包括其中第一襯底16的后表面進一步限定將腔體26連接到第一襯底16的前表面的通風通道28，并且對于微傳感器陣列的每個微傳感器12，第一襯底16的后表面通過圍繞并且密封腔體26和通風通道28的粘合劑44鍵合到印刷電路板14。
[0028]有利地,微傳感器封裝件10可以包括其中對于微傳感器陣列中的一個或多個微傳感器12中的每個，印刷電路板14包含設置在第二襯底38內并且電氣連接到鍵合焊盤42的通孔，該鍵合焊盤42與電氣連接到鍵合焊盤42的微傳感器12的直通芯片通孔30、32相對。
[0029]在一個方面，公開了裝配微傳感器封裝件10的一種方法,該方法包括將微傳感器12機械鍵合到印刷電路板14,微傳感器12包含具有相對的前表面和后表面的第一襯底16、在第一襯底16的前表面上的感測元件12，以及設置在第一襯底16內并且電氣連接到感測元件12的直通芯片通孔30、32，印刷電路板14包含第二襯底38，該第二襯底38限定鍵合焊盤42被設置在其中的凹部44，并且將微傳感器12機械鍵合到印刷電路板14包括將第一襯底16的后表面鍵合到第二襯底38 ;以及將微傳感器12電氣鍵合到印刷電路板14，這包括將微傳感器12的直通芯片通孔30、32電氣鍵合到印刷電路板14的鍵合焊盤42。
[0030]有利地，該方法可以包括其中電氣鍵合包括用沉積在直通芯片通孔30、32或鍵合焊盤42上方的導電鍵合劑46將微傳感器12的直通芯片通孔30、32電氣鍵合到鍵合焊盤42，電氣鍵合后，導電鍵合劑46被設置在鍵合焊盤42上方的凹部的開放體積內，該開放體積大于被設置在其中的導電鍵合劑46的體積，并且其中機械鍵合和電氣鍵合同時發(fā)生，并且機械鍵合包括通過圍繞并且密封導電鍵合劑46的粘合劑44將第一襯底16的后表面機械鍵合到印刷電路板14。
[0031]有利地，該方法可以進一步包括將墊片48機械鍵合到印刷電路板14，微傳感器12和墊片48被機械鍵合到印刷電路板14，使得墊片48圍繞微傳感器12的外部邊界，墊片48具有與微傳感器12大致相同的厚度。
[0032]有利地，該方法可以進一步包含其中微傳感器12的機械和電氣鍵合包括將微傳感器陣列機械并且電氣鍵合到印刷電路板14，并且其中墊片48的機械鍵合包括將陣列墊片68機械鍵合到印刷電路板14，使得陣列墊片68圍繞微傳感器陣列中的微傳感器12的外部邊界。
[0033]有利地，該方法可以進一步包括其中墊片48的機械鍵合進一步包括將多個獨立墊片48機械鍵合到印刷電路板14，使得獨立墊片48圍繞微傳感器12的中的相應微傳感器的外部邊界，并且使得陣列墊片68圍繞獨立墊片48和陣列中的微傳感器12的外部邊界。
[0034]有利地，該方法可以進一步包含其中第二襯底38限定另一多個凹部，另一多個鍵合焊盤42設置在該另一多個凹部內，并且其中該方法進一步包括將獨立墊片48電氣鍵合到印刷電路板14，這包括將獨立墊片48電氣鍵合到其他諸如該另一多個鍵合焊盤42的相應鍵合焊盤。
[0035]有利地，該方法可以進一步包括其中微傳感器12包括具有前表面和后表面的膜片18,該前表面由第一襯底16的前表面的一部分限定,該后表面由第一襯底16的后表面的相應部分限定，腔體26被限定在該第一襯底16內，并且其中機械鍵合包括通過圍繞并且密封腔體26的粘合劑44將第一襯底16的后表面機械鍵合到印刷電路板14。
[0036]有利地，該方法可以進一步包括其中第一襯底16的后表面進一步限定將腔體26連接到第一襯底16的前表面的通風通道28，并且機械鍵合包括通過圍繞并且密封腔體26和通風通道28的粘合劑44將第一襯底16的后表面機械鍵合到印刷電路板14。
[0037]在示例實施例的其他方面，提供了包含微傳感器陣列的微傳感器封裝件和裝配微傳感器封裝件的方法。本文所論述的特征、功能以及優(yōu)點可以在各種示例實施例中被獨立或在其他的示例實施例中被組合。參考以下描述和附圖可以獲知其進一步的細節(jié)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]在已經以一般術語描述了本公開的示例實施例之后，現(xiàn)將參考附圖，附圖不一定按比例繪制，并且在附圖中:
[0039]圖la、圖1b以及圖1c(統(tǒng)稱“圖1”)是根據一個示例實施例的微傳感器封裝件的四分之一切割圖、俯視圖、以及放大的橫截面圖；
[0040]圖2和圖3是根據一個示例實施例的圖1的微傳感器封裝件在裝配的各種階段中的放大的橫截面圖；
[0041]圖4是根據一個示例實施例說明裝配微傳感器封裝件的方法中的各種步驟的流程圖；
[0042]圖5a和圖5b (統(tǒng)稱“圖5”)是根據示例實施例的包含傳感器陣列的微傳感器封裝件的透視圖；
[0043]圖6是示例飛行器生產和維護方法的流程圖；以及
[0044]圖7是示例飛行器的框圖。

【具體實施方式】
[0045]現(xiàn)將參考附圖在其后對本公開的一些實施例進行更加全面的描述，其中示出一些但并非本公開的所有實施例。事實上，本公開的不同實施例可以以多種不同的形式體現(xiàn)并且不應該被解釋為限于本文所闡述的實施例；相反，提供這些示例實施例使得本公開將是透徹和完整的，并且將向本【技術領域】內的技術人員全面地表達本公開的范圍。例如，可以參考本文中可能涉及的組件的尺寸。那些和其他的相似關系可以是絕對的或近似的以便對可能發(fā)生的變化(例如，由于工程公差等引起的變化)作出解釋。相同的參考編號在全文中指代相同的元件。
[0046]在本文中參考針對特定應用(例如，空氣聲學應用)制造的MEMS傳感器描述示例實施例。但是，應該理解的是，示例實施例可以同等地應用于航空航天工業(yè)以內和以外的其他應用。也應該理解的是，示例實施例可以同等地應用于基于MEMS的擴音器之外的微傳感器。
[0047]參考圖1，包括圖la、圖1b以及圖lc，其說明根據本公開的示例實施例的微傳感器封裝件10。圖1a和圖1b是微傳感器封裝件的四分之一切割圖和俯視圖。圖1c(以及同樣地，下文描述的圖2和圖3)是相對于圖1a和圖1b的放大的橫截面圖，以便捕捉到不能以其他方式通過真實橫截面圖捕捉到的封裝件的多個組件。
[0048]如顯不的，微傳感器封裝件可以包含具有相對的前表面和后表面的MEMS傳感器12(在該情況下為擴音器)，其中后表面被鍵合或者以其它方式被固定到印刷電路板(PCB) 14。同樣地，如上所示，所示的擴音器只是示例實施例的傳感器封裝件和裝配方法與之相關的許多傳感器的一個示例。同樣要注意，在圖1中以簡化的形式示出PCB，沒有示出PCB通常包括的其它跡線或電氣組件。
[0049]傳感器12的各種特征在本文中被示出和描述以便于理解示例實施例，但是該傳感器可以包含額外的或替換的特征。在一個示例中，該傳感器可以包含具有相對的前表面和后表面的襯底16 (第一襯底)，并且可以包含襯底16的前表面上的感測兀件。如在擴音器背景中所示的，感測元件可以是或者以其它方式包含圍繞膜片18(例如，圓形膜片)的外部邊界的層的堆疊(例如，層的環(huán)形堆疊)。該層的堆疊可以包含底部電極20和頂部電極22以及插入壓電材料24。在一個示例中，隨后，該膜片可以被配置為響應于傳入聲壓而偏轉，該偏轉進而可以使層的堆疊產生相應的輸出電壓。
[0050]膜片18可以具有由襯底的前表面的一部分限定的前表面和由襯底的后表面的相應部分限定的后表面，腔體26被限定在襯底內。在一個示例中，襯底的后表面可以進一步限定將腔體連接到襯底的前表面的通風通道28，以使膜片的兩個表面可以暴露于相同的靜態(tài)壓力。這可允許該傳感器(擴音器)測量動態(tài)壓力而免于感測靜態(tài)壓力。
[0051]為了捕獲由感測元件產生的輸出電壓，可以將其電氣連接到其他電子器件。然后，在一個示例中，傳感器12可以包含設置在襯底內并且電氣連接到感測元件的一個或多個直通芯片通孔。在一個示例中，傳感器可以包含通過相應的跡線34、36電氣連接到底部電極20和頂部電極22中相應的一個的兩個直通芯片通孔30、32。在襯底由娃形成的一個不例中，直通芯片通孔可以是直通硅通孔(TSV)。這些通孔可以實現(xiàn)到傳感器特別是到傳感器的感測元件的后表面電氣連接，而不是更一般的前表面電氣連接。示例實施例因此可以避免前表面電氣連接通常需要的引線鍵合，并且引線鍵合對于傳感器封裝件10的光滑前表面可能是脆弱且破壞性的。
[0052]同樣應該注意的是，可能存在未在本文中示出或描述并且在本公開的范圍之外的傳感器12的細節(jié)。也應該注意的是，圖1不是按比例繪制的。襯底16的前表面上的感測元件，特別是在一個示例中底部電極20和頂部電極22以及插入壓電材料24實際上可以相對于襯底的厚度薄的多。在一個示例中，相對于厚度大致為7微米的膜片18，以及厚度大致為400微米的襯底，感測元件可以具有大致2微米的厚度。因此，在期望的粗糙度大致為10微米或更少的傳感器封裝件10中，包括感測元件的傳感器的前表面可以具有小于幾微米的粗糙度。因此，感測元件可以很薄以至于包含膜片的傳感器的前表面可以被認為是光滑的。
[0053]傳感器封裝件10的挑戰(zhàn)可以是將通孔30、32連接到為傳感器12提供動力并且調整其輸出所需的電子器件，并且使傳感器的前表面與將成為傳感器前表面的一部分的傳感器封裝件的前表面平齊。在密封腔體26和通風孔28的同時實現(xiàn)上述挑戰(zhàn)可能是更大的挑戰(zhàn)。根據示例實施例，PCB 14可以包含可以限定一個或多個凹部40的襯底(第二襯底)38，相應的鍵合焊盤42可以被設置在該一個或多個凹部40內。凹陷的鍵合焊盤可以位于PCB上以允許傳感器或其組件與PCB之間的一個或多個電氣連接。這些凹陷的鍵合焊盤使得與密封的腔體/通風孔平齊的傳感器封裝件能夠實現(xiàn)。
[0054]傳感器12可以通過合適的粘合劑44 (例如環(huán)氧樹脂)機械地鍵合到PCB14，并且可以通過導電鍵合劑46電氣連接到PCB。合適的導電鍵合劑的示例包含焊料、導電(例如，銀的)環(huán)氧樹脂等。作為另一示例，導電鍵合劑可以包含金凸塊或螺柱以及合適的環(huán)氧樹月旨。在一個示例中，導電鍵合劑可以更特別地電氣連接通孔30、32和可以相互對齊的各個鍵合焊盤42。導電鍵合劑可以被設置在包含鍵合焊盤的凹部40內，并且可以以不超過其中的鍵合焊盤上方的各個凹部的開放體積的量被設置。粘合劑可以圍繞PCB前表面處的腔體26和通風孔28。粘合劑可以由此密封由導電鍵合劑產生的電氣連接，并且密封腔體和通風孔，并且它可以進一步提供傳感器和PCB之間的強健的鍵合。
[0055]在傳感器12的前表面和PCB14之間的邊界處可能存在階梯。為了對該階梯進行解釋并且創(chuàng)建帶有總體相對光滑表面的傳感器封裝件10，傳感器封裝件可以進一步包含圍繞傳感器的外部邊界并且被鍵合到PCB(例如通過合適的粘合劑44)的墊片48。墊片可以具有與傳感器大致相同的厚度以便整個傳感器封裝件在其包含傳感器膜片18的前表面上可以具有光滑的表面。墊片可以由導電材料(如，黃銅)構成，并且可以被電氣連接到傳感器接地以便它可以提供防電磁干擾(EMI)的保護。墊片因此可以被設置在PCB的凹陷的鍵合焊盤42上方，并且通過導電鍵合劑46被電氣連接到鍵合焊盤。在一個示例中，各個凹部40、鍵合焊盤以及導電鍵合劑可以如上所說明地相對于將傳感器的通孔30、32電氣連接到各個凹陷的鍵合焊盤來布置。同樣與上述相似，粘合劑可以密封由導電鍵合劑產生的電氣連接，并且可以提供墊片和PCB之間的強健的鍵合。
[0056]在一個示例中，傳感器12可以被完整地封裝為獨立單元，其中其腔體/通風孔26、28被密封。在這方面，PCB 14可以在其襯底38內進一步包含一個或多個通孔，兩個示例通孔50、52被示出。PCB通孔可以靠近一個或多個凹陷的鍵合焊盤42來設置，并且可以被電氣連接到一個或多個凹陷的鍵合焊盤42，該鍵合焊盤42與電氣地連接到各個凹陷的鍵合焊盤的傳感器的通孔30、32相對。傳感器封裝件10因此可以通過PCB通孔被電氣連接到另一電子組裝件。盡管未顯示，但在一個示例封裝件中，墊片48所電氣連接到的鍵合焊盤和傳感器接地之間的電氣連接可以由PCB上的跡線建立。
[0057]現(xiàn)在參考圖2和圖3，并且返回到圖lc，根據一個示例實施例，圖2和圖3以及圖1c涉及到包含傳感器12、PCB 14和墊片48的傳感器封裝件10的裝配。在一個示例中，傳感器封裝件的裝配之前可以是傳感器、PCB以及墊片的制造，其中每個可以根據多種不同工藝中(例如沉積和去除微機械工藝)的任何工藝來制造。更特別的，例如，傳感器的制造可以包含制造通過襯底16的一個或多個直通芯片通孔30、32，以及制造襯底的前表面上的感測元件，以及電氣連接感測元件到通孔。更特別地，制造一個示例的感測元件可以包含圖案化和蝕刻該傳感器的前表面以形成底部電極20和頂部電極22以及插入壓電材料24。傳感器的后表面可以被蝕刻以限定腔體26和通風孔28。如圖2和圖3中所示，虛線54表示在傳感器被制造之后可以在封裝期間產生的邊界，以密封腔體和通風孔。關于傳感器制造的其他的細節(jié)沒有與示例實施例密切相關，并且因此從本公開中省略。
[0058]在一個示例中，PCB 14的制造可以包括在襯底38中制造一個或多個通孔50、52，以及圖案化和蝕刻PCB的前表面以形成一條或多條跡線或其他電氣組件(未顯示)。PCB的前表面可以被進一步蝕刻以限定鍵合焊盤42可以被沉積在其中的一個或多個凹部40。與傳感器相似，關于PCB制造的其他細節(jié)沒有與示例實施例密切相關，并且因此從本公開中省略。
[0059]裝配傳感器12、PCB 14以及墊片48可以包括將導電鍵合劑46沉積在一個或多個通孔30、32、鍵合焊盤42和/或墊片上以便于它們的電氣連接，如上所說明的。如圖2和圖3中所示，在一個示例中，導電鍵合劑可以被沉積為球體，該球體可以被粘附(如，通過合適的環(huán)氧樹脂)到傳感器襯底16的后表面上的通孔上以便于它們電氣連接到各個PCB鍵合焊盤，并且可以被粘附到PCB鍵合焊盤的另一者上以便于其電氣連接到墊片。在圖2中，墊片可以同時通過導電鍵合劑電氣鍵合到PCB以及通過適當的粘合劑44機械鍵合到PCB。如顯示的，沉積為球體的導電鍵合劑可以在凹部40中被壓縮(例如，以形成凸塊或螺柱)，該凹部40具有稍微大于導電鍵合劑的體積的開放體積。
[0060]在一個示例中，墊片48和傳感器12可以同時被鍵合到PCB 14。在另一示例中，墊片可以先于傳感器被鍵合。在該另一示例中，通過首先將墊片鍵合到PCB，墊片可以提供引導以便將傳感器鍵合到PCB。與墊片相似，在圖3中，傳感器可以同時通過導電鍵合劑電氣鍵合到PCB并且通過適當的粘合劑44機械鍵合到PCB，這可以產生圖1c所示的傳感器封裝件。同樣與上文類似，被沉積為球體的導電鍵合劑可以在各個凹部40內被壓縮，該各個凹部40中的每個可以具有稍微大于導電鍵合劑的體積的開放體積。
[0061]圖4根據本公開的一個示例實施例說明裝配微傳感器封裝件10的方法56中的各種步驟。如方框58和方框60所示，該方法可以包括將微傳感12機械鍵合和電氣鍵合到印刷電路板14,這在一個不例中可以同時發(fā)生。微傳感器可以包含具有相對的前表面和后表面的第一襯底16、第一襯底的前表面上的感測元件以及設置在第一襯底內并且電氣連接到感測元件的直通芯片通孔30、32(—個或多個)。在一個示例中，在期望的粗糙度約為10微米或更少的傳感器封裝件中，微傳感器可以具有粗糙度小于幾微米的前表面。印刷電路板可以包含限定凹部40的第二襯底38，鍵合焊盤42被設置在凹部40內。
[0062]將微傳感器12機械鍵合到印刷電路板14可以包括將第一襯底16的后表面鍵合到第二襯底38。并且將微傳感器電氣鍵合到印刷電路板可以包括將微傳感器的直通芯片通孔30、32電氣鍵合到印刷電路板的鍵合焊盤42。
[0063]在一個示例中，電氣鍵合可以包括用沉積在直通芯片通孔或者鍵合焊盤上的導電鍵合劑46將微傳感器12的直通芯片通孔30、32電氣鍵合到鍵合焊盤42，其后導電鍵合劑被設置在鍵合焊盤上方的凹部的開放體積內。接著，機械鍵合可以包括通過圍繞并且密封導電鍵合劑的粘合劑44將第一襯底16的后表面機械鍵合到印刷電路板14。
[0064]在一個示例中，如方框62和方框64中所示，該方法可以進一步包含將墊片48機械鍵合并且電氣鍵合到印刷電路板14，該過程可以發(fā)生在將傳感器12鍵合到印刷電路板之前、之后或者與其同時發(fā)生。在該示例中，微傳感器和墊片可以被機械鍵合到印刷電路板，使得墊片圍繞微傳感器的外部邊界，并且墊片可以具有與微傳感器大致相同的厚度。同樣在該示例中，第二襯底可以限定另一凹部，另一鍵合焊盤被設置在該另一凹部內。隨后，電氣鍵合可以包括將墊片電氣鍵合到第二襯底的另一鍵合焊盤。
[0065]在一個不例中，微傳感器12可以包含具有前表面和后表面的膜片18,該前表面由第一襯底16的前表面的一部分限定，并且該后表面由第一襯底的后表面的相應部分限定，腔體26被限定在第一襯底16內。在該示例中，第一襯底的后表面可以進一步限定連接腔體到第一襯底的前表面的通風通道28。隨后，機械鍵合可以包括通過圍繞并且密封腔體和通風通道的粘合劑44將第一襯底的后表面機械鍵合到印刷電路板14。
[0066]現(xiàn)在轉向圖5，雖然傳感器封裝件10可以包含被鍵合到PCB 14的單個傳感器12，但是在另一示例中，可以將傳感器陣列鍵合PCB。在該另一示例中的PCB可以包含凹陷的鍵合焊盤42的陣列(包含鍵合焊盤的相應陣列的凹部40的陣列)以便于到各個傳感器的電氣連接。同樣在該另一示例中，封裝件可以包含圍繞陣列中的傳感器的一個或多個墊片。例如，如圖5a所示，封裝件可以包含圍繞陣列中的各個傳感器的多個獨立墊片48，并且可以額外地包含單個陣列墊片66，如果不是圍繞所有的獨立墊片和各個傳感器，則該陣列墊片66圍繞其中的至少一些。在另一示例中，如圖5b中所示，封裝件可以包含單個陣列墊片68，在沒有各個獨立墊片的情況下，如果不是圍繞陣列中的所有傳感器，則該單個陣列墊片圍繞其中的至少一些。
[0067]在一個示例中，如圖5a所示，陣列墊片66可以被制造成包含具有獨立墊片48和各個傳感器12的形狀的切口，并且墊片和傳感器可以被設置在該切口中。在另一示例中，如圖5b所示，在沒有獨立墊片的情況下，陣列墊片68可以被制造成包含具有傳感器的形狀的切口，并且傳感器可以被布置在該切口中。包含傳感器陣列的傳感器封裝件可以用與上述類似的方式裝配，并且可以包括同時或者逐個地將所有的傳感器鍵合到PCB。在一個示例中，陣列墊片可以在傳感器陣列和任何獨立墊片之前被鍵合。陣列墊片可以因此提供引導以便于將傳感器和任何獨立墊片鍵合到PCB 14。在更特別的示例中，陣列墊片可以提供引導以便于鍵合獨立墊片，這進而可以提供引導以便于鍵合傳感器。但是，在任何情況下，通過包括使用穿過傳感器的通孔的背側電氣連接，陣列中的傳感器可以相對于彼此更精確地定位。
[0068]本公開的示例實施例可以在各種潛在應用中獲得使用，特別是在運輸工業(yè),包含諸如航空航天應用、海運應用以及汽車應用。因此，現(xiàn)在參考圖6和圖7，示例實施例可以被使用在如圖6中所示的飛行器制造和維護方法70和如圖7中所示的飛行器86的背景中。在預生產期間，示例方法可以包含飛行器的規(guī)格和設計72以及材料采購74。在一個示例中，飛行器的規(guī)格和設計可以包含技術開發(fā)和產品定義，這進而可以包含示例實施例可以被運用在其中的測試和評估組件。示例實施例也可以在技術和產品開發(fā)測試期間被運用在諸如測試設施(例如，風洞)的測試模型和/或墻壁或其它可安裝位置上的模型比尺測試中。
[0069]在生產期間，進行飛行器的組件和子配件制造76和系統(tǒng)整合78。之后，飛行器可以經過校驗和交付80以便于投入使用82。當由顧客使用時，飛行器定期進行日常維修和維護84(也可以包含改進、重新配置、翻新等等)。
[0070]方法70的每個過程可以由系統(tǒng)集成商、第三方和/或操作者(如，顧客)來執(zhí)行或完成。為了本說明書的目的，系統(tǒng)集成商可以包含不限于任何數量的飛行器制造商以及主系統(tǒng)承包商；第三方可以包含但不限于任何數量的銷售商、轉包商以及供應商；并且操作者可以是航空公司、租賃公司、軍事實體、服務組織等等。
[0071]如圖7所示，由示例方法70生產的飛行器86可以包含帶有多個系統(tǒng)90和內部92的機身88。高級系統(tǒng)的不例可以包含推進系統(tǒng)94、電氣系統(tǒng)96、液壓系統(tǒng)98或環(huán)境系統(tǒng)100中的一個或多個。還可以包含任何數量的其他系統(tǒng)。雖然顯示的是航空航天示例，但是本公開的原理可以被應用到其他的工業(yè)，如汽車工業(yè)。
[0072]如上建議的，本文呈現(xiàn)的裝置和方法在制造和維護方法70的任何一個或多個階段中被采用。例如，對應于生產過程76的組件或子配件可以按照與飛行器86在使用時生產的組件或子配件類似的方式被生產或制造。同樣地，一個或多個裝置實施例、方法實施例或者其組合可以在生產階段76和78中使用，例如，以充分加快飛行器的裝配或者降低飛行器的成本。類似地，裝置實施例、方法實施例或者其組合中的一個或多個可以在飛行器使用時被利用，例如但不限于，以便維修和維護84。
[0073]受益于上述說明和相關附圖所呈現(xiàn)的教導內容的本發(fā)明所屬領域的技術人員將想得到本文所闡述的發(fā)明的許多修改和其它實施方式。因此，應當理解，本發(fā)明不限于所公開的【具體實施方式】，并且所附權利要求的范圍旨在將修改和其它實施方式包括在內。此外，雖然上述說明和相關附圖描述了在元件和/或功能的某些示例性組合的背景中的示例性實施方式，然而，應當認識到在不偏離所附權利要求的范圍的情況下，可以由可替換的實施方式來提供元件和/或功能的不同組合。在這方面，例如，不同于上述明確描述的元件和/或功能的不同組合也是可預期的，其可能在一些所附權利要求中被闡述。雖然本文采用了具體的術語，但是其僅用于通用和描述性意義，并非為了限制的目的。
【權利要求】
1.一種微傳感器封裝件(10),其包括: 微傳感器(12)，所述微傳感器(12)包括: 第一襯底(16),其具有相對的前表面和后表面； 在所述第一襯底(16)的所述前表面上的感測元件；以及 直通芯片通孔(30、32)，其設置在所述第一襯底(16)內并且電氣連接到所述感測元件；以及 印刷電路板(14)，其包含第二襯底(38)，所述第一襯底(16)的所述后表面被鍵合所述第二襯底(38)，所述第二襯底(38)限定凹部(40)，鍵合焊盤(42)被設置在所述凹部(40)內，所述傳感器(12)的所述直通芯片通孔被電氣連接到所述印刷電路板(14)的所述鍵合焊盤。
2.根據權利要求1所述的微傳感器封裝件(10)，其中所述微傳感器(12)的所述直通芯片通孔(30、32)通過設置在所述鍵合焊盤(42)上方的所述凹部(40)的開放體積內的導電鍵合劑(46)電氣連接到所述鍵合焊盤(42)，所述開放體積大于被設置在其內的所述導電鍵合劑(46)的體積，以及 其中所述第一襯底(16)的所述后表面通過圍繞并且密封所述導電鍵合劑(46)的粘合劑(44)鍵合到所述印刷電路板(14)。
3.根據權利要求1或者權利要求2任一項所述的微傳感器封裝件(10)，其進一步包括: 墊片(48)，其圍繞所述微傳感器(12)的外部邊界并且被鍵合到所述印刷電路板(14)，所述墊片(48)具有與所述微傳感器(12)大致相同的厚度。
4.根據權利要求3所述的微傳感器封裝件(10)，其中所述第二襯底(38)限定另一凹部，另一鍵合焊盤(42)被設置在所述另一凹部內，所述墊片(48)被電氣連接到所述另一鍵合焊盤(42)。
5.根據權利要求1-4中任一項所述的微傳感器封裝件(10)，其中所述微傳感器(12)包含具有前表面和后表面的膜片(18)，所述前表面由所述第一襯底(16)的所述前表面的一部分限定，所述后表面由所述第一襯底(16)的所述后表面的相應部分限定，腔體(26)被限定在所述第一襯底(16)內，以及 其中所述第一襯底(16)的所述后表面通過圍繞并且密封所述腔體(26)的粘合劑(44)鍵合到所述印刷電路板(14)。
6.根據權利要求5所述的微傳感器封裝件(10),其中所述第一襯底(16)的所述后表面進一步限定連接所述腔體(26)到所述第一襯底(16)的所述前表面的通風通道(28)，并且所述第一襯底(16)的所述后表面通過圍繞并且密封所述腔體(26)和通風通道(28)的粘合劑(44)鍵合到所述印刷電路板(14)。
7.根據權利要求1-6中任一項所述的微傳感器封裝件(10)，其中所述印刷電路板(14)包含設置在所述第二襯底(38)內并且電氣連接到所述鍵合焊盤(42)的通孔，所述鍵合焊盤(42)與電氣連接到所述鍵合焊盤(42)的所述微傳感器(12)的所述直通芯片通孔(30、32)相對。
8.—種裝配微傳感器封裝件(10)的方法，其包括: 將微傳感器(12)機械鍵合到印刷電路板(14)，所述微傳感器(12)包含具有相對的前表面和后表面的第一襯底(16)、在所述第一襯底(16)的所述前表面上的感測兀件(12)以及設置在所述第一襯底(16)內并且電氣連接到所述感測元件(12)的直通芯片通孔(30、32)，所述印刷電路板(14)包含限定凹部(44)的第二襯底(38)，鍵合焊盤(42)被設置在所述凹部(44)內，并且將所述微傳感器(12)機械鍵合到所述印刷電路板(14)包括將所述第一襯底(16)的所述后表面鍵合到所述第二襯底(38);以及 將所述微傳感器(12)電氣鍵合到所述印刷電路板(14)，其包括將所述微傳感器(12)的所述直通芯片通孔(30、32)電氣鍵合到所述印刷電路板(14)的所述鍵合焊盤(42)。
9.根據權利要求8所述的方法，其中所述電氣鍵合包括通過沉積在所述直通芯片通孔(30.32)或鍵合焊盤(42)上的導電鍵合劑(46)將所述微傳感器(12)的所述直通芯片通孔(30.32)電氣鍵合到所述鍵合焊盤(42)，在所述電氣鍵合之后，所述導電鍵合劑(46)被設置在所述鍵合焊盤(42)上方的所述凹部的開放體積內，所述開放體積大于被設置在其內的所述導電鍵合劑(46)的體積，以及 其中所述機械鍵合和電氣鍵合同時發(fā)生，并且所述機械鍵合包括通過圍繞并且密封所述導電鍵合劑(46)的粘合劑(44)將所述第一襯底(16)的所述后表面機械鍵合到所述印刷電路板(14)。
10.根據權利要求8或權利要求9中任一項所述的方法，其進一步包括: 將墊片(48)機械鍵合到所述印刷電路板(14)，所述微傳感器(12)和墊片(48)被機械鍵合到所述印刷電路板(14)使得所述墊片(48)圍繞所述微傳感器(12)的外部邊界，所述墊片(48)具有與所述微傳感器(12)大致相同的厚度。
11.根據權利要求10所述的方法，其中所述微傳感器(12)的所述機械鍵合和電氣鍵合包括將微傳感器陣列機械鍵合并且電氣鍵合到所述印刷電路板(14)，以及 其中所述墊片(48)的機械鍵合包括將陣列墊片￠8)機械鍵合到所述印刷電路板(14)，使得所述陣列墊片￠8)圍繞所述微傳感器陣列中的所述微傳感器(12)的外部邊界。
12.根據權利要求11所述的方法，其中所述墊片(48)的機械鍵合進一步包括將多個獨立墊片(48)機械鍵合到所述印刷電路板(14)，使得所述獨立墊片(48)圍繞所述微傳感器(12)中的相應的微傳感器的外部邊界，并且使得所述陣列墊片￠8)圍繞所述獨立墊片(48)和陣列中的微傳感器(12)的外部邊界。
13.根據權利要求12所述的方法，其中所述第二襯底(38)限定另一多個凹部，另一多個鍵合焊盤(42)被設置在所述另一多個凹部內，并且其中所述的方法進一步包括: 將所述獨立墊片(48)電氣鍵合到所述印刷電路板(14)，其包括將所述獨立墊片(48)電氣鍵合到所述另一多個鍵合焊盤(42)中的相應鍵合焊盤。
14.根據權利要求8-13中任一項所述的方法，其中所述微傳感器(12)包含具有前表面和后表面的膜片(18)，所述前表面由所述第一襯底(16)的所述前表面的一部分限定，所述后表面由所述第一襯底(16)的所述后表面的相應部分限定，腔體(26)被限定在所述第一襯底(16)內，以及 其中所述機械鍵合包括通過圍繞并且密封所述腔體(26)的粘合劑(44)將所述第一襯底(16)的所述后表面機械鍵合到所述印刷電路板(14)。
15.根據權利要求14所述的方法，其中所述第一襯底(16)的所述后表面進一步限定連接所述腔體(26)到所述第一襯底(16)的所述前表面的通風通道(28)，并且所述機械鍵合包括通過圍繞并且密封所述腔體(26)和通風通道(28)的粘合劑(44)將所述第一襯底(16)的所述后表面機械鍵合到所述印刷電路板(14)。
【文檔編號】B81B7/00GK104334492SQ201380026772
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2013年3月18日 優(yōu)先權日:2012年6月15日
【發(fā)明者】J·R·安德布林克, M·賽普拉克, D·P·亞歷山大, T·N·里根, J·C·梅洛伊 申請人:波音公司