环境保护的传感设备

相关申请

本申请是非临时专利申请，并且要求2018年4月9日提交的美国临时申请第62/655,047号的权益和优先权，其全文通过引用纳入本文。

背景技术

许多电子设备在各种条件下使用并且暴露于不同的外部环境。例如，许多电子设备(例如，传感器)可能会接触到外部环境(例如水、气体等)，这可能会使传感设备损坏。通常，电子设备的封装腔室增加，并填充有凝胶。凝胶保护电子设备免于损坏。不幸的是，增加封装腔室以用凝胶填充其会使包装尺寸增加，这提高了成本。此外，增加封装尺寸不利于使电子设备小型化以获得更小的占地面积和形状因素的目标。

由于随时间的老化，用凝胶填充封装腔室还会影响许多电子设备的性能，例如传感器。此外，由于增加更多的质量并使电子设备在安装过程中容易损坏，用凝胶填充封装腔室可能会影响电子设备(例如，传感器)的性能。

发明内容

因此，需要在不增加封装尺寸的情况下，保护电子设备不暴露于外部环境，例如水、气体等。此外，需要在不使用凝胶的情况下保护电子设备免于暴露于外部环境或由于暴露于外部环境而损坏，从而保持设备的性能。根据一些实施方式，在电子设备或所需组件上沉积共形膜，以保护电子设备或所需组件不会暴露于外部环境。应当理解，可以在设备

在一些实施方式中，设备包括包含传感器的管芯(die)。该设备还包括基材，该基材通过电耦合件来耦合至管芯。设备还包括包装容器。包装容器和基材形成管芯的壳体。包装容器包括开口，该开口使管芯的至少一部分暴露于壳体外部的环境。通过开口暴露于壳体外部环境的管芯、壳体内部、电耦合件以及基材的暴露表面均涂覆有共形膜。该共形膜防止液体(例如水、气体等)与管芯、电耦合件和基材的暴露表面接触。

应理解，在一些实施方式中，包装容器可以通过附接材料附接至基材。在一些实施方式中，附接材料涂覆有共形膜。根据一些实施方式，共形膜的厚度范围为

在一些实施方式中，管芯(die)可以使用管芯附接材料耦合至基材。在一些实施方式中，电耦合件包括引线接合件，其构造成将管芯电连接至基材。根据一些实施方式中，管芯是倒装芯片，并且电耦合件包括将管芯耦合至基材的焊料。

传感器可以选自下组：压力传感器、麦克风、或温度传感器。在一些实施方式中，设备还包括耦合至设备的附件。附件可以选自下组：垫圈或O形环。附件可以构造成将设备集成到第二设备，并且进一步使第二设备内部与外部环境分隔开。

通过以下附图、说明和所附权利要求书可以更好地理解本文中所述构思的这些特征和方面以及其他特征和方面。

附图说明

图1显示根据一些实施方式的单个管芯设备。

图2显示根据一些实施方式水平设置的两个管芯设备。

图3显示根据一些实施方式垂直堆叠的两个管芯设备。

图4A-4B显示根据一些实施方式的倒装芯片管芯设备。

图5A-5B显示根据一些实施方式水平设置的两个倒装芯片管芯。

图6A-6B显示根据一些实施方式垂直堆叠的两个倒装芯片管芯。

图7显示根据一些实施方式水平设置的分隔开的两个倒装芯片管芯设备。

图8显示根据一些实施方式垂直堆叠的分隔开的两个倒装芯片管芯设备。

图9A-9D显示了根据一些实施方式的耦合了附件的设备。

发明详述

在更详细描述多种实施方式前，本领域普通技术人员应当理解，因为在该实施方式中的元件可以改变，所述实施方式是没有限制的。同样应该理解的是，本文描述和/或显示的具体实施方式具有一些元件，所述元件可以容易地与具体实施方式分离、且可以任选地与若干其他实施方式中任一组合或替代本文所述的若干其他实施方式中任一的元件。

本领域普通技术人员还应当理解，本文所使用的术语是为了描述本发明特定的概念的目的，并且术语并非意在进行限制。除非另有说明，序数(例如，第一、第二、第三等)用于区分或识别在一组元件或步骤中的不同元件或步骤，而并不提供其实施方式的元件或步骤的顺序或数量限制。例如，“第一”、“第二”和“第三”元件或步骤并不需要一定以该顺序出现，并且其实施方式不需要一定限于三个元件或步骤。还应理解，除非另有说明，否则，任何标记例如“左”、“右”、“前”、“后”、“顶部”、“中间”、“底部”、“向前”、“反向”、“顺时针”、“逆时针”、“上”、“下”或其它类似术语(诸如“上部”、“下部”、“在……上方”、“在……下方”、“垂直”、“水平/横向”、“近端”、“远端”等)是为了方便而进行使用，并非意在暗示，例如，任何具体的固定位置、取向或方向。相反，这些标识用于反映，例如，相对位置、取向或方向。还应当理解，单数形式的“一个”、“一种”和“所述”包括复数含义，除非上下文另有明确说明。

除非另有限定，在本文中使用所有技术和科学术语均与实施方式所涉及领域的普通技术人员的通常理解一致。

因此，需要在不增加封装腔室的情况下，保护电子设备不暴露于外部环境，例如，液体如水、气体等。此外，需要在不使用凝胶的情况下保护电子设备免于暴露于外部环境或由于暴露于外部环境而损坏，从而保持设备的性能。

根据一些实施方式，在电子设备或所需组件上沉积共形膜，以保护电子设备或所需组件不会暴露于外部环境。应当理解，可以在设备完全组装之后并且在校准之前沉积共形膜，从而简化了制造过程和成本。换言之，由于完全组装的设备在后处理过程中涂覆有共形膜，因此成本最低。

共形膜的使用可以使设备实现在较深水深(例如大于1.5m)处防水。应理解，尽管参考电子设备防水对实施方式进行了描述，但是，实施方式不应解释为限于此。例如，使用共形膜可以保护设备不受任何外部环境(如气体、液体等)的影响。应当理解，该设备可以是传感器，例如压力传感器、麦克风、扬声器、温度传感器等，或者其可以是患者可摄取的医疗装置，其中，该装置暴露于人体内的内部环境中。

现在参考图1，显示了根据一些实施方式的单个管芯设备。设备包括基材110和使用管芯附接材料120附接至基材110的管芯130。管芯附接物120提供机械附接。管芯附接材料120可以是如下中的任一：例如，软粘合剂、软硅胶、RTV、环氧树脂等。在一些实施方式中，基材可以是PCB或类似包装基材。应理解，在一些实施方式中，管芯130可以使用电耦合件电耦合至基材110。管芯130可以是传感器，例如，压力传感器、温度传感器、麦克风等。在该实施方式中，电耦合通过引线接合件132进行，该引线接合件将管芯130电耦合到位于基材110上的接合垫112。壳体单元150可以附接至基材110，以形成管芯130的壳体。在一些实施方式中，壳体单元150通过附接材料(例如，焊料、环氧树脂胶等)附接至基材110。壳体单元150可以包括开口152，所述开口152使得即使管芯130位于壳体单元150的内部环境154内，管芯130也会暴露于设备的外部环境156。应理解，在一些实施方式中，壳体单元150可以是包装容器，用于在其中容纳电子组件，例如，传感器、管芯等。

应理解，为了保护设备和其中的电子组件免受外部环境影响，暴露表面可以涂覆有共形膜140。共形膜140可以是聚对二甲苯或包含玻璃粉末或陶瓷粉末的聚合物。共形膜140的厚度可以小于5微米。在一些实施方式中，共形膜140的厚度范围可以为

根据一些实施方式，共形膜140沉积在暴露表面上，例如，管芯130、管芯附接物120、基材110、接合垫112、引线接合件132、壳体单元150的内部、附接材料或其任意组合。还应理解，在一些实施方式中，壳体单元150的部分或全部外部表面也可以涂覆有共形膜140(此处并未显示)。沉积共形膜140能够防水并保护电子设备或任何敏感电子组件免于暴露于外部环境156，如水、气体或其他液体。

应理解，在所示实施方式中，耦合至基材110的壳体单元150在其中形成了用于电子组件的壳体。然而，应理解，在一些实施方式中，壳体单元150还可以容纳并保存基材110的外部表面，例如底表面、侧表面等(此处未显示，但是显示于图4B、5B、6B中)。

现在参考图2，显示了根据一些实施方式水平设置的两个管芯设备。图2基本类似于图1。在该实施方式中，第二管芯230通过管芯附接物220耦合至基材110。在一些实施方式中，管芯附接物220可以类似于管芯附接物120。应理解，管芯130可以是传感器，如上文所述，而管芯230可以是不同的传感器或任意其它类型的电子设备，例如，CMOS等。

在该实施方式中，管芯230可以通过引线接合件232和接合垫212电耦合至基材110。应理解，管芯130和230可以垂直耦合至基材110，但是其相对于彼此水平设置。此外，应理解，尽管管芯130和230都使用引线接合件132、232和接合垫112、212耦合到基材110，但是实施方式不应被解释为限于此。例如，管芯230可以是倒装芯片，通过焊珠电耦合至基材110，而管芯130可以通过引线接合件132和接合垫112电耦合到基材110。

如参考图1所讨论的，用共形膜140涂覆各种暴露表面(例如，壳体单元150的内表面、基材110的暴露表面、管芯附接件120和220的暴露表面、管芯130和230的暴露表面、引线接合件132和232的暴露表面、接合垫112和212的暴露表面或其任何组合)。应理解，在一些实施方式中，壳体单元150的至少部分外部表面也可以涂覆有共形膜140。因此，在暴露表面上形成的共形膜140形成了针对外部环境156(例如水、空气或其它液体和气体)的保护层。

现在参考图3，显示了根据一些实施方式垂直堆叠的两个管芯设备。图3显示了类似于图2的实施方式，不同的是，管芯230垂直耦合至管芯130，管芯130垂直耦合至基材110。管芯230可以通过电耦合件320电耦合至管芯130。电耦合件320可以是通过焊珠连接的倒装芯片结构或引线接合件。应理解，电耦合件320还可以包括管芯附接材料，以使管芯230附接至管芯130。在一些实施方式中，管芯230可以例如通过引线接合件等电耦合至基材110，而无需与管芯130直接电连接(未显示)。在某些替代性实施方式中，引线接合件可以被电耦合件320替代。在一些实施方式中，管芯230通过管芯附接材料附接至管芯130，而从管芯230至基材的电连接通过其它引线接合件实现。

现在参考图4A-4B，显示了根据一些实施方式的倒装芯片管芯设备。图4A类似于图1。在该实施方式中，管芯430可以是传感器，如上文所述，并且其可以通过管芯附接物420耦合至基材110。然而，在该实施方式中，管芯430可以是倒装芯片，并且可以通过管芯附接物420以电方式和机械方式连接至基材。更具体地说，倒装芯片连接部470将管芯430连接至基材110。在一些实施方式中，倒装芯片连接部470包括用于将管芯430电连接到基材110的传导垫(conductive pad)474。管芯钝化层472覆盖管芯430和传导垫474。焊料凸部476形成在传导垫474上方。任选地，管芯附接物420可以包括机械附接物，例如RTV，或者焊珠或焊珠之外的其它软材料。图4B类似于图4A，不同的是，壳体单元150容纳基材110的至少一些外部表面，例如，底表面、侧表面或其任意组合等。在该实施方式中，壳体单元150与管芯430、管芯附接物420以及共形膜140一起封装基材110。

现在参考图5A-5B，显示了根据一些实施方式水平设置的两个倒装芯片管芯。图5A类似于图2和4A。在该实施方式中，管芯530通过管芯附接物520耦合至基材110。管芯附接物520可以类似于管芯附接物120，如上文所述。应理解，管芯430和管芯530是倒装芯片设备，并通过焊珠电耦合至基材110。应理解，管芯530可以电连接至基材110，类似于管芯430的倒装芯片连接部470。然而，应理解，在一些实施方式中，一个管芯可以不同方式电耦合。例如，一个管芯可以是倒装芯片设备，并且通过焊珠进行电连接，而另一管芯可以通过引线接合件和接合垫进行电连接。图5B类似于图5A，不同的是，壳体单元150容纳基材110的至少一些外部表面，例如，底表面、侧表面或其任意组合等。在该实施方式中，壳体单元150与管芯430和530、管芯附接物420和520以及共形膜140一起封装基材110。

现在参考图6A-6B，显示了根据一些实施方式垂直堆叠的两个倒装芯片管芯。图6A类似于图3和4A。在该实施方式中，管芯530垂直堆叠于管芯430上。管芯530通过电耦合件620电耦合至管芯430。在一些实施方式中，电耦合件620包括管芯附接材料，用于将管芯530连接至管芯430。应理解，管芯430和管芯530是倒装芯片设备。管芯530通过焊珠电耦合至管芯430，而管芯430通过焊珠电耦合至基材110。应理解，管芯530可以电连接至管芯430，类似于管芯430的倒装芯片连接部470。然而，应理解，在一些实施方式中，一个管芯可以不同方式电耦合。例如，一个管芯可以是倒装芯片设备，并且通过焊珠进行电连接，而另一管芯可以通过引线接合件和接合垫进行电连接。在一些实施方式中，管芯530可以通过焊珠电耦合至管芯430，而管芯430可以通过引线接合件和接合垫电耦合至基材110。图6B类似于图6A，不同的是，壳体单元150容纳基材110的至少一些外部表面，例如，底表面、侧表面或其任意组合等。在该实施方式中，壳体单元150与管芯430和530、管芯附接物420、电耦合件620以及共形膜140一起封装基材110。

现在参考图7，显示了根据一些实施方式水平设置的分隔开的两个倒装芯片管芯设备。图7类似于图5A，其中管芯732和734类似于管芯430和530，并且相对于彼此水平设置，并且垂直设置在基材710上。基材710可以类似于基材110，如上文所述。管芯732通过管芯附接物722耦合至基材710，并且管芯734通过管芯附接物724附接至基材710。管芯附接物722和724类似于管芯附接物420和520，如上文所述。在一些实施方式中，管芯732和734是倒装芯片设备，并且使用焊料凸部电连接至基材710，类似于图4A、5A和6A中所述。在该实施方式中，壳体单元740可完全包围管芯732和734。换言之，不同于如上所述的具有开口的其它实施方式，图7显示了通过完全包封使壳体单元740内的电子组件不会暴露于外部环境156的实施方式。由此，图7所述的设备可能适合用作可摄取医疗装置，以保护内部电子组件不受外部环境(例如，人体内的内部环境)影响。壳体单元740的外部可以涂覆有共形膜140，从而保护壳体不暴露于外部环境156。应理解，在一些实施方式中，管芯732和/或管芯734可以使用引线接合件和接合垫电耦合至基材710(未显示)。应理解，虽然共形膜显示为连续膜，在一些实施方式中，共形膜可以在其中具有一个或多个中断部，例如，用于连接至其它设备的电连接部等。

现在参考图8，显示了根据一些实施方式垂直堆叠的分隔开的两个倒装芯片管芯设备。图8类似于图7，不同的是，管芯734和732垂直堆叠，如参考图3和6A所述。在一些实施方式中，管芯734通过电耦合件824电耦合至管芯732。电耦合件824可以类似于参考图1-7在上文中描述的其它电耦合件。应理解，管芯734可以电连接至管芯732，类似于管芯430的倒装芯片连接部470。应理解，虽然共形膜显示为连续膜，在一些实施方式中，共形膜可以在其中具有一个或多个中断部，例如，用于连接至其它设备的电连接部等。

还应理解，图1-8已经对一个管芯和一个基材或两个管芯和一个基材进行了描述。然而，一个或两个管芯的实施方式的描述用于说明性目的，并不是意图对范围进行限制。例如，在一些实施方式中，可以使用三个或更多个管芯。

现在参考图9A-9C，显示了根据一些实施方式的耦合了附件的设备。图9A显示了设备922，其与以上关于图1-8描述的类似。附件912(例如垫圈)可以形成在设备922的外侧上，从而形成内部915部分，以将设备922与外部917部分分隔开。附件912使设备922能够集成为单个设备。附件912进一步分隔内部915与外部环境(例如外部917)。图9B类似于图9A。在该实施方式中，设备924与以上关于图1-8描述的类似。附件914(例如O形环)可以形成在设备924的外侧上，从而形成内部915部分，以将设备922与外部917部分分隔开。附件914使设备924能够集成为单个设备。附件914进一步分隔内部915与外部环境(例如外部917)。图9C类似于图9A。在该实施方式中，设备926与以上关于图1-8描述的类似。附件916(例如O形环)可以形成在设备926的上表面上，从而形成内部915部分，以将设备926与外部917部分分隔开。附件916使设备926能够集成为单个设备。附件916进一步分隔内部915与外部环境(例如外部917)。图9D显示了如上所述的传感器设备的示例性横截面，所述传感器设备用附件(例如，垫圈/O形环990)集成在另一设备980内。应理解，垫圈/O形环990用较粗的线表示，以将其从设备980中划出。垫圈/O形环990防止设备980的内部环境暴露于外部环境156。

尽管实施方式已经通过特定示例进行了描述和/或显示，并且尽管已经非常详细地描述了这些实施方式和/或示例，但是申请人无意将实施方式的范围约束或以任何方式限制成如此细节。实施方式的额外调整和/或修改对于该实施方式以及其更广范围内所涉及领域的技术人员而言是显而易见的，实施方式可以包括这些调整和/或修改。因此，在不背离本文中所述范围和精神的情况下，可以偏离上述实施方式和/或实施例。如上所述实施方式和其它实施方式在所附权利要求的范围内。