本发明一般地涉及装置和封装，并且在特定实施例中涉及用于嵌入式圆片级球栅阵列（ewlb）封装的系统和方法。
背景技术：
在传感器中常常使用将信号从一个域变换到另一域的换能器。被用作传感器的常见换能器是将压力差和/或压力改变变换成电信号的压力传感器。压力传感器具有许多应用，包括例如大气压感测、高度感测以及天气监测。
基于微机电系统（mems）的传感器包括使用微加工技术产生的一系列换能器。mems（诸如mems压力传感器）通过测量换能器中的物理状态的改变并传输信号以由连接到mems传感器的电子装置处理来从环境收集信息。可以使用与用于集成电路的那些技术类似的微加工制造技术来制造mems装置。
例如，mems装置可以被设计成起气体传感器、振荡器、谐振器、加速度计、陀螺仪、压力传感器、麦克风和/或微镜的作用。许多mems装置将电容性感测技术用于将物理现象转换成电信号。在此类应用中，传感器中的电容改变被使用接口电路变换成电压或电流信号。其他mems装置将电阻性感测技术用于将物理现象转换成电信号。在此类应用中，传感器中的电阻改变被使用接口电路变换成电压或电流信号。
一种类型的示例装置是气体传感器。某些气体传感器通过气体敏感层来测量电阻。例如，湿度传感器可以通过从空气吸收水分的敏感层来测量电阻。随着水分被吸收到敏感层中，层的电阻基于湿度而更改。此类湿度传感器还可以包括供气体传感器使用的加热元件。
针对与外部环境交互的换能器，装置封装可以影响性能。例如，装置封装可以提供到外部环境的开口和到装置封装内的各种感测装置（诸如气体传感器）的结构耦合或支撑。此类结构支撑或装置封装的实施方式为具有扩展性能特性的创新实施方式提供机会。
技术实现要素：
根据实施例，一种传感器封装包括：电绝缘基板，所述电绝缘基板包括位于其中的腔体；环境传感器；集成电路管芯，其被嵌入在所述电绝缘基板中；以及多个导电互连结构，其将所述环境传感器耦合到所述集成电路管芯。所述环境传感器被所述电绝缘基板支撑并被邻近所述腔体布置。
附图说明
为了更全面地理解本发明及其优点，现在参考结合附图得到的以下描述，在所述附图中：
图1图示实施例封装装置的系统框图；
图2a、2b、2c、2d、2e、2f、2g、2h和2i图示用于实施例封装装置的处理阶段的横截面视图；
图3a、3b、3c、3d、3e和3f图示用于实施例封装装置的处理阶段的横截面视图；
图4a、4b、4c、4d、4e和4f图示用于实施例封装装置的处理阶段的横截面视图；
图5a、5b、5c、5d、5e、5f、5g、5h和5i图示用于实施例封装装置的处理阶段的横截面视图；
图6图示形成实施例封装装置的实施例方法的流程图图解；以及
图7图示形成另一实施例封装装置的另一实施例方法的流程图图解。
不同图中的相应数字和符号一般地指代相应部分，除非另外指示。图被绘制以清楚地图示实施例的相关方面，并且未必按比例绘制。
具体实施方式
下面详细地讨论各种实施例的获得和使用。然而，应领会到的是本文中描述的各种实施例能应用在各种各样的特定背景下。所讨论的特定实施例仅仅说明用以获得和使用各种实施例的特定方式，并且不应在有限的范围内解释。
描述是关于特定背景下的各种实施例进行的，即气体传感器，并且更特别地嵌入式圆片级球栅阵列（ewlb）中的mems气体传感器。本文中描述的各种实施例中的某些包括ewlb封装、气体传感器、mems气体传感器、嵌入式加热元件、无硅ewlb基板封装以及ewlb封装中的没有硅基板的mems气体传感器。在其他实施例中，还可以根据如本领域中已知的任何方式将各方面应用于其他应用，所述其他应用涉及到具有任何类型的装置封装的任何类型的传感器或换能器。
在各种实施例中，气体传感器包括加热元件。例如，可以使用加热元件来将气体传感器重置，诸如通过蒸发吸收的气体，或者可以使用加热元件以便增加气体传感器的感测速度。在此类实施例中，当使用加热元件对敏感材料加热时，可以减小用于使用敏感材料感测某种气体的浓度的时间段。针对各种气体传感器，在加热元件附近的半导体基板（诸如硅基板）可以起用于加热元件的散热器的作用。此类结构可以导致浪费的能量或有限的性能。因此，根据各种实施例，在没有半导体基板的封装中形成或布置气体传感器。
根据各种实施例，一个或多个mems气体传感器被封装于ewlb封装中，该ewlb封装具有直接地在ewlb封装的模塑料（moldingcompound）中形成的腔体。所述一个或多个mems气体传感器紧挨着腔体形成。在此类实施例中，mems气体传感器未被附着到半导体基板（其包括在基板中的腔体），而是替代地被ewlb封装的模塑料支撑，其包括邻近或接触mems气体传感器的腔体。在某些此类实施例中，没有加热元件和气体敏感层附近的半导体基板的mems气体传感器可以由于封装装置的减少的热容量而包括改善的性能特性。
图1图示实施例封装装置100的系统框图，所述实施例封装装置100包括mems传感器102、专用集成电路（asic）104和封装108。根据各种实施例，mems传感器102包括一个或多个mems传感器单元。在特定实施例中，mems传感器102包括多个环境传感器，诸如八个环境传感器单元，如例如示出的那样。在某些实施例中，mems传感器102的环境传感器单元是气体传感器。在替换实施例中，mems传感器102的环境传感器单元是例如高度或压力传感器。mems传感器102通过电接口112与asic104以电学方式通信。此外，mems传感器102通过封装108中的开口106与周围环境流体连通。
根据各种实施例，封装108是支撑并包括mems传感器102和asic104的晶片。在特定实施例中，封装108是可以通过施加于mems传感器102和asic104的嵌入过程形成的嵌入式晶片。在此类实施例中，可以将封装108形成为包括mems传感器102和asic104的ewlb封装。因此，封装108可以包括嵌入材料，其围绕mems传感器102和asic104而同时提供用于mems传感器102与周围环境之间的流体连通的开口106。
根据各种实施例，开口106被示意性地描绘，并且其可以包括相对于mems传感器102遍及整个封装108布置的多个开口，并且特别地其可以包括用于mems传感器102内的每个传感器单元的开口。此外，在某些实施例中，开口106包括膜110。在某些实施例中，膜110是气体可渗透而液体不可渗透的。因此，在某些实施例中，封装装置100可以称为防水的。例如，在特定实施例中，膜110包括气体可渗透的疏水结构。膜110的结构还可以是疏油或疏脂的。因此，在各种实施例中，膜110可以允许气体穿过开口106，同时阻止或限制液体通过开口106。在替换实施例中，省略了膜110。
在各种实施例中，在气体，诸如例如水蒸气、一氧化碳或二氧化碳穿过开口106时，mems传感器102可以感测这些气体的浓度。在特定实施例中，mems传感器102包括用于不同气体类型诸如例如水蒸气、一氧化碳以及二氧化碳的不同传感器单元。可以用对不同特定气体敏感的不同功能元件来实现用于不同气体类型的传感器单元。例如，在mems传感器102中包括八个传感器单元的实施例中，mems传感器102可以对八个不同气体敏感，以便分别地在八个传感器单元处感测所述八个不同气体中的每一个的浓度。在各种实施例中，传感器单元可以对超过一种类型的气体敏感。在特定实施例中，不同传感器单元可以均对多个气体敏感，其中，传感器单元信号的和对于不同气体而言是不同的。在此类实施例中，通过监测mems传感器102中的不同传感器单元的组合输出，可以诸如通过使用例如主成分分析来确定不同气体的组或特定气体的浓度。根据各种实施例，mems传感器102可以是具有多个传感器单元的单个管芯，或者mems传感器102可以是多个管芯，每个管芯包括一个或多个传感器单元。
根据各种实施例，由mems传感器102的一个或多个传感器单元生成的感测信号通过电接口112被传送到asic104。在此类实施例中，感测信号可以是由mems传感器102的一个或多个传感器单元生成的模拟电信号。asic104接收感测信号并通过外部接口114将感测信号提供给处理器116，其是封装108的可选外部元件。在各种实施例中，asic104包括缓冲器或放大器、模数转换器或总线接口电路。在此类实施例中，asic104可以缓冲或放大感测信号，将感测信号变换成数字信号，或者使用接口协议（诸如总线协议）通过外部接口114提供信号。asic104还可以通过外部接口114来接收控制信息，诸如用于校准或表征序列的初始化命令。
在各种实施例中，asic104是与mems传感器102分离的半导体管芯，所述mems传感器102可以包括多个传感器单元作为单独管芯。处理器116可以是与连接到相同系统的封装108分离的单元。例如，在移动计算单元（诸如例如智能电话、智能手表、平板计算机或膝上型计算机）中可以将处理器116附着到与封装108相同的印刷电路板（pcb）。在某些实施例中，处理器116是数字信号处理器（dsp）。在其他实施例中，处理器116是通用处理器，诸如微处理器。在仍然另外的实施例中，处理器116是现场可编程门阵列（fpga）。
在下文中提供了不同实施例封装装置的另外的描述。此类描述适用于具有mems传感器102和asic104的封装装置100的不同实施例实施方式。
图2a、2b、2c、2d、2e、2f、2g、2h和2i图示用于实施例封装装置的制造序列的处理阶段或步骤的横截面视图。图2a图示包括气体传感器芯片200a、200b和200c及asic202的处理阶段或步骤。根据各种实施例，气体传感器芯片200a包括基板204a、气体感测区206a以及边界区208a；气体传感器芯片200b包括基板204b、气体感测区206b以及边界区208b；并且气体传感器芯片200c包括基板204c、气体感测区206c以及边界区208c。
根据各种实施例，可以包括任何数目的气体传感器芯片。如示出的那样，三个气体传感器芯片——气体传感器芯片200a、200b以及200c被包括在图2a的结构中，并且因此被包括在封装装置中。在其他实施例中，仅包括单个气体传感器芯片——气体传感器芯片200a。在另外的实施例中，仅包括两个气体传感器芯片——气体传感器芯片200a和200b。在某些实施例中，包括超过三个气体传感器，诸如从八个至十六个气体传感器芯片。在各种实施例中，可以包括任何数目的气体传感器芯片，诸如数十个、数百个或者甚至数千个气体传感器芯片。
在各种实施例中，基板204a、204b以及204c可以是半导体基板。在特定示例实施例中，基板204a、204b以及204c是硅基板。在其他实施例中，基板204a、204b以及204c例如由其他半导体材料诸如碳或锗或者半导体化合物材料诸如砷化镓、磷化铟、硅锗或碳化硅来形成。在替换实施例中，基板204a、204b和204c由非半导体材料（诸如基于聚合物的材料或金属）形成。例如，在各种不同实施例中，基板204a、204b和204c可以由可结构化（structurable）的光致抗蚀剂、玻璃、铜或铝形成。
气体感测区206a、206b和206c在基板204a、204b和204c的顶部上形成。在此类实施例中，气体感测区206a、206b和206c包括有源（active）气体敏感层。此外，边界区208a、208b和208c可以围绕气体感测区206a、206b和206c并包括无源层。在于2015年6月26日提交的且题为“graphenegassensorformeasuringtheconcentrationofcarbondioxideingasenvironments”的美国申请号14/751,660和于2015年6月24日提交的且题为“systemandmethodforamemstransducer”的美国申请号14/749,102中可以找到用于气体感测区206a、206b和206c的各种气体传感器实施方式的另外的细节，所述美国申请号两者都通过引用以其整体并入本文中。
在各种实施例中，asic202在图2a中被包括作为单独的半导体管芯。可以如上文参考图1中的asic104描述的那样实现asic202，并且在本文中不提供另外的描述。
图2b图示包括载体基板210、嵌入材料212、气体传感器芯片200a、200b和200c以及asic202的处理阶段或步骤。根据各种实施例，气体传感器芯片200a、200b和200c及asic202被翻转并放置在载体基板210上。在此类实施例中，可以使用拾放技术（诸如通过使用表面安装技术（smt）组件放置系统）将气体传感器芯片200a、200b和200c及asic202放置在载体基板210上。一旦气体传感器芯片200a、200b和200c及asic202被布置在载体基板210上，嵌入材料212就围绕气体传感器芯片200a、200b和200c及asic202形成并将其嵌入。
在各种实施例中，在嵌入过程中形成嵌入材料212。例如，可以根据嵌入式圆片级球栅阵列（ewlb）过程来沉积嵌入材料212。在此类实施例中，可以使用注塑成型来沉积嵌入材料212。在另外的实施例中，可以使用施加于载体基板210的表面并熔化以形成嵌入材料212的嵌入微粒来沉积嵌入材料212。在其他实施例中，可以将嵌入材料212沉积为液体嵌入材料。
根据各种实施例，嵌入材料212包括电绝缘材料。在某些实施例中，嵌入材料212是聚合物。在另外的实施例中，嵌入材料212选自包括环氧树脂、层压件和塑料的材料的组。在其他实施例中，嵌入材料212是玻璃，诸如硅酸盐玻璃等。例如，嵌入材料212是硼硅酸盐玻璃、磷硅酸盐玻璃或硼磷硅酸盐玻璃中的一种。在仍然其他实施例中，嵌入材料212是具有陶瓷颗粒的陶瓷或聚合物成型材料。在各种实施例中，嵌入材料212是电绝缘装埋或嵌入材料。
在各种实施例中，载体基板210是临时基板，诸如晶片或芯片。在此类实施例中，载体基板210可以由结构材料形成。例如，在不同实施例中，载体基板210由半导体、金属、玻璃或聚合物材料形成。具体地，载体基板210在某些实施例中可以是塑料，或者在其他实施例中可以是玻璃，诸如氧化硅。
图2c图示包括在嵌入材料212上形成并耦合气体传感器芯片200a、200b和200c以及asic202的重分配层（rdl）214的处理阶段或步骤。在形成嵌入材料212之后，去除载体基板210并形成rdl214以将气体传感器芯片200a、200b或200c或asic202耦合在一起。在此类实施例中，rdl214包括隔离层216和导电层218。在此类实施例中，在气体传感器芯片200a、200b或200c或者asic202上的电接触的点之间形成导电层218。导电层218的各种导电迹线通过隔离层216（其是电绝缘的）相互电隔离且与非故意接触点电隔离。
在各种实施例中，隔离层216是电介质材料，诸如氧化物、氮化物或聚合物。在特定实施例中，隔离层216是聚酰亚胺。在某些实施例中，导电层218是金属，诸如铝、铜、钛、镍或金。在替换实施例中，导电层218是导电非金属，诸如掺杂半导体或导电聚合物。
另外的实施例可以包括接触焊盘220。可以遍及该结构形成任何数目的接触焊盘（诸如接触焊盘220）以形成例如到气体传感器芯片200a、200b或200c或者asic202的电接触。在各种实施例中，可以将接触焊盘220形成为附加金属（诸如铝、铜、钛、镍或金）层。在其他实施例中，接触焊盘220可以使用硅化物过程由金属硅化物形成。在仍然另外的实施例中，接触焊盘220由焊料形成。
图2d图示包括图2c的结构外加结构材料222的处理阶段或步骤。根据各种实施例，可以在结构上形成结构材料222并将其图案化以使气体感测区206a、206b和206c被暴露并为制成的封装提供结构支撑。在此类实施例中，结构材料222是玻璃（诸如二氧化硅）或基于聚合物的材料。在其他实施例中，省略结构材料222。
图2e图示包括已从顶侧（相对于图示的图）将嵌入材料212薄化之后的图2d的结构的处理阶段或步骤。薄化过程分别使气体传感器芯片200a、200b和200c的基板204a、204b和204c暴露。在各种实施例中，使用晶片薄化过程来去除嵌入材料212，诸如通过使用研磨剂或使用化学机械抛光（cmp）来研磨。
图2f图示包括已施加选择性刻蚀以去除基板204a、204b和204c并形成腔体224a、224b和224c之后的图2e的结构的处理阶段或步骤。根据各种实施例，使用湿法刻蚀过程或等离子体刻蚀过程来去除基板204a、204b和204c。在此类实施例中，刻蚀过程可以是用于选择性地刻蚀基板204a、204b和204c的材料的选择性刻蚀。在各种实施例中，可以在使基板204a、204b和204c暴露于刻蚀剂的同时，在结构（未示出）上形成附加保护或掩蔽层，诸如包括光致抗蚀剂材料。
在去除基板204a、204b和204c并形成腔体224a、224b和224c之后，气体感测区206a、206b和206c仍然保持作为气体传感器芯片200a、200b或200c的功能部分。在此类实施例中，气体传感器芯片200a、200b或200c可以称为无基板气体传感器芯片或不具有基板的气体传感器芯片。
图2g图示包括图2f的结构外加盖膜226的处理阶段或步骤。根据各种实施例，在嵌入材料212和腔体224a、224b和224c上形成盖膜226。在此类实施例中，将盖膜226图案化以形成开口228从而使腔体224a、224b和224c及气体感测区206a、206b和206c暴露。在某些实施例中，盖膜226由半导体材料（诸如硅）形成。在其他实施例中，盖膜226可以例如由玻璃（诸如二氧化硅）形成。在此类实施例两者中，可以在半导体或氧化物层上沉积金属层作为屏蔽物。在另外的实施例中，使用塑料材料或模制化合物来形成盖膜226。在其他实施例中，使用金属、金属化塑料或复合材料来形成盖膜226。
图2h图示包括图2g的结构的处理阶段或步骤，其图示在结构材料222中形成的附加接触焊盘221。根据各种实施例，可以形成接触焊盘220和接触焊盘221以提供到完成的封装中的各种组件的电接触。可以在形成rdl214时形成接触焊盘220。在另外的实施例中，通过将结构材料222的部分图案化并沉积接触焊盘221来形成接触焊盘221。在此类实施例中，接触焊盘221可以以与接触焊盘220类似的方式形成，并且其可以包括与如上文参考接触焊盘220描述的相同的材料中的任何材料。在各种实施例中，在去除基板204a、204b和204c之后形成接触焊盘221。此外，接触焊盘221可以被具体地指定以识别用来提供到气体感测区206a、206b和206c中的加热元件的电连接的接触焊盘。
图2i图示包括封装气体传感器装置290的最终处理阶段或步骤。根据各种实施例，封装气体传感器装置290包括图2h的结构外加焊球229和介质分离膜230。在此类实施例中，封装气体传感器装置290是ewlb封装，其可以包括在系统中以便与封装气体传感器装置290的气体传感器功能集成。例如，在各种实施例中，可以将封装气体传感器装置290附着到蜂窝电话、平板计算机、膝上型计算机、智能家庭装置或汽车组件的印刷电路板（pcb）。
根据各种实施例，可以将焊球229布置为球栅阵列（bga）或连接盘栅格阵列（lga）。在某些实施例中，介质分离膜230是气体可渗透、液体不可渗透的膜。例如，介质分离膜230是气体可渗透的疏水、疏油或疏脂网格。在某些实施例中，介质分离膜230是具有小开口的聚合物网格，所述小开口具有比液态水滴小得多的直径。例如，介质分离膜230可以是gore-tex织物。在其他实施例中，省略介质分离膜230。
如上文描述的，封装气体传感器装置290是无基板或不包括与气体感测区206a、206b和206c有关的基板的封装装置。替代地，封装气体传感器装置290包括在嵌入材料212中的腔体224a、224b和224c，并且气体感测区206a、206b和206c被嵌入材料212直接地支撑。在此类实施例中，气体感测区206a、206b和206c附近不存在半导体基板可以通过由于去除气体感测区206a、206b和206c附近的半导体基板而减小热容量来改善使用气体感测区206a、206b和206c中的集成加热器对气体敏感层的加热。在此类实施例中，asic202被嵌入在嵌入材料212中，并且可以包括基板，诸如半导体基板，但是气体感测区206a、206b和206c是无基板的或者不包括基板。
各种实施例包括对上文参考图2a-2i描述的过程和结构的修改。下文中参考其他图来描述此类实施例修改中的某些。上文参考共同编号参考标记而包括的材料、层或处理步骤的描述在下文中也适用，并且为了简洁起见而未重复。
图3a、3b、3c、3d、3e和3f图示用于实施例封装装置的处理阶段的横截面视图。图3a图示包括基板204a、204b和204c及asic202的处理阶段或步骤。在此类实施例中，例如可以将基板204a、204b和204c提供为利用没有气体传感器组件的假（dummy）基板。上文参考图2a描述的其他细节适用于图3a的结构的共同编号的元件。具体地，基板204a、204b和204c可以包括如上文描述材料中的任何材料。在特定实施例中，当基板204a、204b和204c被提供为假基板时，基板204a、204b和204c可以由能够被使用选择性去除（诸如选择性刻蚀）去除的任何牺牲材料形成，例如，与载体基板210和嵌入材料212一起。例如，如上文描述的，基板204a、204b和204c可以由非半导电材料（诸如基于聚合物的材料或金属）形成。在特定实施例中，基板204a、204b和204c由可结构化光致抗蚀剂形成。在另一实施例中，基板204a、204b和204c由水溶性材料形成。
图3b图示包括载体基板210、嵌入材料212、基板204a、204b和204c以及asic202的处理阶段或步骤。上文参考图2b描述的细节适用于图3b的结构的共同编号的元件。
图3c图示包括隔离层234和导电层236作为在嵌入材料212上形成并提供到asic202的电耦合的rdl232的部分的处理阶段或步骤。根据各种实施例，可以形成rdl232以便在rdl232的部分中包括气体传感器。在此类实施例中，基板204a、204b和204c是假基板，并且在形成rdl232的过程期间形成气体传感器的结构。因此，rdl232的处理继续进行以便形成气体敏感区、隔离区以及加热元件。
根据各种实施例，隔离层234是电绝缘层。隔离层234包括上文参考图2c-2i中的隔离层216描述的材料中的任何材料。在各种实施例中，在隔离层234上形成导电层236并将其图案化（诸如通过使用光刻过程）以形成图案化区238a、238b和238c。在此类实施例中，导电层236中的图案化区238a、238b和238c形成用于气体传感器结构的加热元件。在某些实施例中，图案化区238a、238b和238c可以包括蛇形或类似的电阻性结构。导电层236包括上文参考图2c-2i中的导电层218描述的材料中的任何材料。
图3d图示包括隔离层240和导电层242作为rdl232的附加部分的处理阶段或步骤。根据各种实施例，隔离层240是电绝缘层。隔离层240包括上文参考图2c-2i中的隔离层216描述的材料中的任何材料。在各种实施例中，在隔离层240上形成导电层242并将其图案化（诸如通过使用光刻过程）以形成图案化区244a、244b和244c。在此类实施例中，导电层242中的图案化区244a、244b和244c形成用于气体传感器结构的感测元件。图案化区244a、244b和244c可以包括交替感测指状物或类似的叉指感测结构。导电层242包括上文参考图2c-2i中的导电层218描述的材料中的任何材料。
在各种实施例中，当通过图案化区238a、238b和238c提供电流时，提供为导电层236中的图案化区238a、238b和238c的用于气体传感器结构的加热元件加热提供为导电层242中的图案化区244a、244b和244c的感测元件。在此类实施例中，隔离层240提供导电层236与导电层242之间的电绝缘。
根据某些实施例，可以在图3d的处理阶段或步骤之后去除基板204a、204b和204c（未示出）。在此类实施例中，当基板204a、204b和204c由可以选择性地去除的牺牲材料（诸如可结构化光致抗蚀剂）形成时，可以在rdl232中形成释放孔，并且通过选择性刻蚀或溶解来去除基板204a、204b和204c。
图3e图示包括图3d的结构外加焊球246和焊球248的处理阶段或步骤。根据各种实施例，焊球246可以包括接触导电层236的任何数目的焊球（请注意，仅示出了单个焊球246）。在此类实施例中，焊球246可以提供到asic202和到在导电层236的部分中形成的加热元件的电接触。类似地，焊球248可以包括接触导电层242的任何数目的焊球（请注意，仅示出了单个焊球248）。在此类实施例中，焊球248可以提供到在导电层242的部分中形成的感测元件的电接触。根据各种实施例，可以将焊球246和焊球248布置为bga或lga。
图3f图示包括封装气体传感器装置292的最终处理阶段或步骤。根据各种实施例，封装气体传感器装置292包括在已经从顶侧（相对于图示的图）薄化嵌入材料212之后、在已经施加选择性刻蚀以去除基板204a、204b和204c并在嵌入材料212中形成腔体224a、224b和224c之后、以及在形成气体敏感区252a、252b和252c之后的图3e的结构。在此类实施例中，封装气体传感器装置292是包括气体传感器250a、250b和250c的ewlb封装，其可以包括在系统中以便与封装气体传感器装置292的气体传感器功能集成。例如，在各种实施例中，可以将封装气体传感器装置292附着到蜂窝电话、平板计算机、膝上型计算机、智能家庭装置或汽车组件的印刷电路板（pcb）。根据各种实施例，可以如上文参考图2e描述的那样去除嵌入材料212，并且可以如上文参考图2f描述的那样去除基板204a、204b和204c。如上文参考图3d描述的那样，在替换实施例中，可以替换地通过在rdl232中形成的释放孔来去除基板204a、204b和204c。在此类替换实施例中，可以省略嵌入材料212的薄化。
在各种实施例中，气体传感器250a、250b和250c由隔离层234、导电层236（具有图案化区238a、238b和238c）、隔离层240、导电层242（图案化区244a、244b和244c）以及气体敏感区252a、252b和252c形成。在此类实施例中，气体敏感区252a、252b和252c可以包括对不同气体浓度敏感的材料。在特定实施例中，气体敏感区252a、252b和252c由被用金属氧化物纳米颗粒功能化的石墨烯形成。在仍然更特定实施例中，气体敏感区252a、252b和252c由被用金属氧化物纳米颗粒功能化的碳纳米管（cnt）形成。在其他实施例中，气体敏感区252a、252b和252c直接地由金属氧化物形成。在各种实施例中，用来实现气体敏感区252a、252b和252c的金属氧化物包括二氧化锡（sno2）、氧化镓（ga2o3）、氧化锌（zno）、三氧化钨（wo3）、五氧化二钒（v2o5）或氧化钴（ii、iii）（co3o4）。在某些其他实施例中，可以使用这些材料的其他氧化物。在另外的替换实施例中，还可以使用其他材料氧化物。
在各种实施例中，可以将不同功能化的材料（诸如上文描述的氧化物）包括在气体敏感区252a、252b和252c中的每一个中，使得气体敏感区252a、252b和252c均对不同类型的气体浓度敏感。如上文参考图2a中的气体传感器芯片200a、200b和200c描述的，可以包括任何数目的气体传感器，诸如超过三个或少于三个气体传感器250a、250b和250c。因此，在各种实施例中，封装气体传感器装置292可以包括例如三个、五个、八个、十个、十二个、十六个或二十四个对相同气体或不同气体敏感的气体传感器。在此类实施例中，气体传感器可以包括冗余传感器（其中封装气体传感器装置292中的两个或更多气体传感器对相同气体浓度敏感）或多样化传感器（其中封装气体传感器装置292中的气体传感器中的每一个对不同气体浓度敏感）。
因此，根据各种实施例，气体传感器250a、250b和250c分别在腔体224a、224b和224c下面、直接在封装气体传感器装置292的rdl232中形成。虽然在本文中已呈现了用于形成气体传感器250a、250b和250c的材料和过程中的某些，但是用于气体感测元件的另外的结构和方法在如上文中并入的美国申请号14/751,660和美国申请号14/749,102中被描述。在各种实施例中，设想到用针对气体传感器（诸如rdl232中的气体传感器250a、250b和250c）的实施例方法和结构对此类气体感测元件进行的各种修改和组合。
在某些实施例中，封装气体传感器装置292不包括覆盖腔体224a、224b和224c的盖膜或在气体敏感区252a、252b和252c下面的介质分离膜（如图3f中图示的）。在其他实施例中，封装气体传感器装置292包括如上文参考图2i中的封装气体传感器装置290描述的盖膜226（未示出）或介质分离膜230（未示出）。
图4a、4b、4c、4d、4e和4f图示用于实施例封装装置的处理阶段的横截面视图。图4a图示包括基板204a、204b和204c及asic202的处理阶段或步骤。在此类实施例中，例如可以将基板204a、204b和204c提供为没有气体传感器组件的假基板。在各种实施例中，分别地在基板204a、204b和204c的底面（相对于图示的示图）上形成停止层256a、256b和256c。例如停止层256a、256b和256c可以包括氧化物或氮化物，诸如氧化硅或氮化硅。在其他实施例中，停止层256a、256b和256c包括碳。上文参考图2a描述的其他细节适用于图3a的结构的共同编号的元件。
图4b图示包括载体基板210、嵌入材料212、基板204a、204b和204c以及asic202的处理阶段或步骤。上文参考图2b描述的细节适用于图4b的结构的共同编号的元件。
图4c图示包括隔离层234和导电层236作为在嵌入材料212上形成并提供到asic202的电耦合的rdl232的部分的处理阶段或步骤。上文参考图2c和3c描述的细节适用于图4c的结构的共同编号的元件，外加用于隔离层234和导电层236的图案化修改。
根据各种实施例，将隔离层234被图案化以形成分别地使停止层256a、256b和256c暴露的开口258a、258b和258c。在将隔离层234图案化之后，形成导电层236并将其图案化（诸如通过使用光刻过程）以形成图案化区260a、260b和260c。在此类实施例中，导电层236中的图案化区260a、260b和260c形成用于气体传感器结构的感测元件。图案化区260a、260b和260c可以包括交替的感测指状物或类似的叉指感测结构。因此，图4a-4f的气体传感器结构被形成其中气体敏感区面朝上（相对于图示的图），如与图3a-3f的气体传感器结构相反，其被形成其中气体敏感区面朝下（相对于图示的图）。
图4d图示包括隔离层240、导电层242以及隔离层264作为rdl232的附加部分的处理阶段或步骤。根据各种实施例，在隔离层240上形成导电层242并将其图案化（诸如通过使用光刻过程）以形成图案化区262a、262b和262c。在此类实施例中，导电层242中的图案化区262a、262b和262c形成用于气体传感器结构的加热元件。在某些实施例中，图案化区262a、262b和262c可以包括蛇形或类似的电阻性结构。
在各种实施例中，当通过图案化区262a。262b和262c提供电流时，作为导电层242中的图案化区262a、262b和262c提供的用于气体传感器结构的加热元件加热作为导电层236中的图案化区260a、260b和260c提供的感测元件。在此类实施例中，隔离层240提供导电层236与导电层242.之间的电绝缘。此外，隔离层264在导电层242上形成并为用于气体传感器结构的加热元件提供附加电绝缘和保护，所述加热元件作为导电层242中的图案化区262a、262b和262c被提供。隔离层264包括上文参考图2c-2i中的隔离层216描述的材料中的任何材料。
图4e图示包括图4d的结构外加焊球266和焊球268的处理阶段或步骤。根据各种实施例，焊球266可以包括接触导电层236的任何数目的焊球（请注意，仅示出了单个焊球266）。在此类实施例中，焊球246可以提供到asic202和到在导电层236的部分中形成的感测元件的电接触。类似地，焊球268可以包括接触导电层242的任何数目的焊球（请注意，仅示出了单个焊球268）。在此类实施例中，焊球268可以提供到在导电层242的部分中形成的加热元件的电接触。根据各种实施例，可以将焊球266和焊球268布置为bga或lga。
图4f图示包括封装气体传感器装置294的最终处理阶段或步骤。根据各种实施例，封装气体传感器装置292包括在已经从顶侧开始（相对于图示的图）薄化嵌入材料212之后、在已经施加选择性刻蚀以去除基板204a、204b和204c并在嵌入材料212中形成腔体224a、224b和224c之后、在已经施加选择性刻蚀以去除停止层256a、256b和256c之后、以及在形成气体敏感区252a、252b和252c之后的图4e的结构。在此类实施例中，封装气体传感器装置294是包括气体传感器270a、270b和270c的ewlb封装，其可以被包括在系统中以便与封装气体传感器装置294的气体传感器功能集成。例如，在各种实施例中，可以将封装气体传感器装置294附着到蜂窝电话、平板计算机、膝上型计算机、智能家庭装置或汽车组件的印刷电路板（pcb）。
根据各种实施例，可以如上文参考图2e描述的那样去除嵌入材料212，并且可以如上文参考图2f描述的那样去除基板204a、204b和204c。在各种实施例中，还使用选择性刻蚀过程来刻蚀停止层256a、256b和256c。在此类实施例中，可以如上文参考图2f描述的那样但使用不同的刻蚀剂作为用于基板204a、204b和204c的刻蚀剂来执行用于去除停止层256a、256b和256c的选择性刻蚀过程。在各种实施例中，基于各层的材料来选择被用于基板204a、204b和204c及用于停止层256a、256b和256c的刻蚀剂，如将由本领域的技术人员容易领会到的那样。此类刻蚀剂可以包括用于例如湿法化学刻蚀过程的刻蚀剂（诸如氢氧化钾（koh）或四甲基氢氧化铵（tmha）），或者用于干法（等离子体）化学刻蚀过程的刻蚀剂。在某些实施例中，取决于用于基板204a、204b和204c或停止层256a、256b和256c的材料还可以使用溶剂。
在各种实施例中，在去除基板204a、204b和204c并形成腔体224a、224b和224c之后，在腔体224a、224b和224c中在导电层236的图案化区260a、260b和260c上形成气体敏感区252a、252b和252c。在此类实施例中，气体传感器270a、270b和270c在rdl232中形成并包括如上文参考图3f中的气体传感器250a、250b和250c描述的材料和特征，但是被定向其中气体敏感区252a、252b和252c分别地布置在腔体224a、224b和224c中在rdl232的顶侧上（相对于图示的图），如与对于气体传感器250a、250b和250c被布置在rdl232的底侧上（相对于图示的图）相反。
在某些实施例中，封装气体传感器装置294不包括覆盖腔体224a、224b和224c的盖膜或在隔离层264下面的介质分离膜（如图4f中图示的）。在其他实施例中，封装气体传感器装置294包括如上文参考图2i中的封装气体传感器装置290描述的盖膜226（未示出）或介质分离膜230（未示出）。
图5a、5b、5c、5d、5e、5f、5g、5h和5i图示用于实施例封装装置的处理阶段的横截面视图。图5a图示包括基板204a、204b和204c及asic202的处理阶段或步骤。上文参考图4a描述的细节适用于图5a的结构的共同编号的元件。
图5b图示包括附着到晶片272并放置在载体基板210上的基板204a、204b和204c的处理阶段或步骤（asic202在图5b中未图示）。根据各种实施例，晶片272被用作用于基板204a、204b和204c的布置和放置的载体晶片。在此类实施例中，可以在晶片层处的晶片272上形成基板204a、204b和204c或将其图案化。在其他实施例中，基板204a、204b和204c在被单独地形成之后被附着到晶片272。晶片272由与基板204a、204b和204c相同的材料形成。在其他实施例中，晶片272由与基板204a、204b和204c不同的材料形成。
在各种实施例中，晶片272使用圆片级放置系统来提供基板204a、204b和204c在载体基板210上的放置。在此类实施例中，使用圆片级对准过程来完成晶片272与载体基板210的对准。在圆片级对准过程期间，由于到晶片272的物理附着而维持基板204a、204b和204c之间的位置和空间关系。因此，在不使用拾放技术（诸如通过使用smt组件放置系统）的情况下，使用圆片级放置将基板204a、204b和204c布置在载体基板210上。在特定实施例中，圆片级放置系统与某些拾放技术相比可以不太耗时且更便宜。
图5c图示包括去除晶片272之后的图5b的结构的处理阶段或步骤（在图5c中未图示asic202）。根据各种实施例，通过晶片薄化过程来去除晶片272。晶片薄化过程包括从顶侧（相对于图示的图）进行的cmp。在其他实施例中，晶片薄化过程包括选择性湿法刻蚀。一旦晶片272被去除，就完成基板204、204b和204c在载体基板210上的布置。
图5d图示包括图5c的结构与附着到载体基板210的asic202的处理阶段或步骤。使用拾放技术（诸如通过使用smt组件放置系统）将asic202附着到载体基板210。在此类实施例中，asic202可以仅包括用于放置在载体基板210上的单个半导体管芯。因此，用于asic202的放置努力与基板204a、204b和204c相比可以是小的，所述基板204a、204b和204c可以包括任何数目的基板芯片（虽然仅图示了三个），如上文参考其他图描述的那样。在替换实施例中，asic202可以包括超过一个放置在载体基板210上的半导体管芯。
图5e图示包括载体基板210、嵌入材料212、基板204a、204b和204c以及asic202的处理阶段或步骤。上文参考图4b描述的细节适用于图5e的结构的共同编号的元件。
图5f图示包括隔离层234和导电层236作为在嵌入材料212上形成并提供到asic202的电耦合的rdl232的部分的处理阶段或步骤。上文参考图4c描述的细节适用于图5f的结构的共同编号的元件。
图5g图示包括隔离层240、导电层242以及隔离层264作为rdl232的附加部分的处理阶段或步骤。上文参考图4d描述的细节适用于图5g的结构的共同编号的元件。
图5h图示包括图5g的结构外加焊球266和焊球268的处理阶段或步骤。上文参考图4e描述的细节适用于图5h的结构的共同编号的元件。
图5i图示包括封装气体传感器装置294的最终处理阶段或步骤。上文参考图4f描述的细节适用于图5i的结构的共同编号的元件。根据各种实施例，图5a-5i图示如上文参考图4a-4f描述的用于封装气体传感器装置294的处理阶段，其中已代替拾放技术而使用晶片272实现了基板204a、204b和204c的放置。在另外的实施例中，可以将如上文参考图2a-2i描述的用于形成封装气体传感器装置290的过程、或者如上文参考图3a-3f描述的用于形成封装气体传感器装置292的过程类似地修改成包括晶片272以用于放置基板204a、204b和204c。
根据各种实施例，如上文参考图2a-2i、3a-3f、4a-4f以及5a-5i描述的封装气体传感器装置290、封装气体传感器装置292以及封装气体传感器装置294是如上文参考图1描述的具有mems传感器102和asic104的封装装置100的各种实施例实施方式。
图6图示形成实施例封装装置的实施例方法300的流程图图解。根据各种实施例，方法300包括步骤305、310、315、320、325、330和335。步骤305包括在载体基板上布置假图案化结构。假图案化结构例如是半导体基板。步骤310包括在载体基板上布置集成电路（ic）管芯。ic管芯可以是asic管芯。在步骤310之后，步骤315包括将假图案化结构和ic管芯中嵌入在模塑料中。例如，假图案化结构和ic管芯可以通过形成重组晶片封装的ewlb过程被嵌入。
根据各种实施例，步骤320包括去除载体基板。步骤325包括邻近假图案化结构的第一表面形成气体传感器。可以在第一表面处在rdl中形成气体传感器。在不同实施例中，气体传感器被形成具有面对假图案化结构或背对假图案化结构的气体敏感材料。步骤330包括通过使模塑料薄化来使假图案化结构的第二表面暴露。第二表面与第一表面相对。步骤335包括通过刻蚀假图案化结构而在模塑料中形成腔体。例如，使用选择性湿法或干法刻蚀来去除假图案化结构。
在各种实施例中，可以将方法300修改成包括附加步骤，或者可以按不同次序执行步骤。在另外的实施例中，对于方法300的实施例封装装置，可以形成任何数目的腔体和气体传感器。例如，可以形成两个、四个、五个、八个、十个、十二个、十六个、二十个、二十四个或更多气体传感器和相应腔体。
图7图示形成另一实施例封装装置的另一实施例方法340的流程图图解。根据各种实施例，方法340包括步骤345、350、355、360、365、370和375。步骤345包括在假图案化结构的第一表面上形成气体传感器。假图案化结构例如是半导体基板。步骤350包括在载体基板上布置假图案化结构。在步骤350之后，步骤355包括在载体基板上布置ic管芯。ic管芯可以是asic管芯。
根据各种实施例，步骤360包括将假图案化结构和ic管芯中嵌入在模塑料中。例如，假图案化结构和ic管芯可以通过形成重组晶片封装的ewlb过程被嵌入。步骤365包括去除载体基板。此外，步骤370包括通过使模塑料薄化来使假图案化结构的第二表面暴露。第二表面与第一表面相对。步骤375包括通过刻蚀假图案化结构而在模塑料中形成腔体。例如，使用选择性湿法或干法刻蚀来去除假图案化结构。
在各种实施例中，可以将方法340修改成包括附加步骤，或者可以按不同次序执行步骤。在另外的实施例中，对于方法340的实施例封装装置，可以形成任何数目的腔体和气体传感器。例如，可以形成两个、四个、五个、八个、十个、十二个、十六个、二十个、二十四个或更多气体传感器和相应腔体。
根据实施例，一种传感器封装包括：电绝缘基板，所述电绝缘基板包括位于其中的腔体；环境传感器；集成电路管芯，其被嵌入在所述电绝缘基板中；以及多个导电互连结构，其将所述环境传感器耦合到所述集成电路管芯。所述环境传感器被所述电绝缘基板支撑并被邻近所述腔体布置。其他实施例包括相应系统和设备，其均被配置成执行各种实施例方法。
在各种实施例中，所述腔体包括在所述电绝缘基板中的多个腔体，所述环境传感器包括多个环境传感器，其中，所述多个环境传感器中的每个环境传感器被所述电绝缘基板支撑并被邻近所述多个腔体中的一个腔体布置，并且所述多个导电互连结构将所述多个环境传感器耦合到所述集成电路管芯。
在各种实施例中，所述多个环境传感器包括多个气体传感器。在某些实施例中，所述多个气体传感器中的每个气体传感器包括被暴露于所述多个腔体中的一个腔体的气体敏感层。此外，所述多个腔体中的每个腔体可以通过电绝缘基板从电绝缘基板的第一表面延伸至电绝缘基板的第二表面，其中所述第一表面与所述第二表面相对。在附加实施例中，所述传感器封装还包括覆盖所述多个腔体的电绝缘基板的第一表面上的盖层，其中所述盖层包括在流体上（fluidically）耦合到所述多个腔体的多个开口，并且其中所述多个环境传感器被布置在所述电绝缘基板的第二表面处。在此类实施例中，所述多个开口可以包括疏水开口。
在各种实施例中，所述电绝缘基板包括模塑料。在其他实施例中，所述电绝缘基板包括玻璃或陶瓷。在某些实施例中，所述传感器封装还包括在所述多个导电互连结构上的结构支撑层。所述传感器封装还可以包括：多个接触焊盘，其被耦合到所述多个导电互连结构；以及多个焊接元件，其被耦合到所述多个接触焊盘。在某些此类实施例中，所述焊接元件被布置为球栅阵列（bga）或连接盘栅格阵列（lga）。在另外的实施例中，所述传感器封装还包括覆盖所述多个环境传感器的气体可渗透膜，其中所述气体可渗透膜包括疏水结构。
根据实施例，一种形成传感器封装的方法包括：在载体基板上布置假图案化结构，在载体基板上布置集成电路管芯，将所述假图案化结构和所述集成电路管芯嵌入在电绝缘材料中，去除载体基板，邻近假图案化结构的第一表面形成环境传感器，通过使电绝缘材料薄化来使假图案化结构的第二表面暴露，以及通过刻蚀假图案化结构在电绝缘材料中形成腔体。假图案化结构的第二表面与假图案化结构的第一表面相对。其他实施例包括相应系统和设备，其均被配置成执行各种实施例方法。
在各种实施例中，形成环境传感器包括形成气体传感器。在某些实施例中，形成气体传感器包括形成具有面对假图案化结构的气体敏感层的气体传感器。在其他实施例中，形成气体传感器包括形成具有背对假图案化结构的气体敏感层的气体传感器。
在各种实施例中，在载体基板上布置假图案化结构包括在载体基板上布置多个假图案化结构，邻近假图案化结构的第一表面形成气体传感器包括形成多个气体传感器，并且通过刻蚀假图案化结构在电绝缘材料中形成腔体包括通过刻蚀所述多个假图案化结构在电绝缘材料中形成多个腔体。在此类实施例中，邻近所述多个假图案化结构中的一个假图案化结构的第一表面形成所述多个气体传感器中的每个气体传感器。在某些实施例中，所述多个假图案化结构中的每个假图案化结构包括硅假基板。在另外的实施例中，在载体基板上布置所述多个假图案化结构包括使用拾放技术来放置所述多个假图案化结构中的每个假图案化结构。在仍然另外的实施例中，在载体基板上布置所述多个假图案化结构包括用假图案将假晶片图案化，将假晶片放置在载体基板上，以及使假晶片薄化以在载体基板上形成所述多个假图案化结构。
在各种实施例中，形成气体传感器包括形成加热元件，形成电绝缘层，在电绝缘层上形成导电结构，以及在导电结构上形成气体敏感层。在某些实施例中，所述方法还包括形成被耦合到环境传感器和集成电路管芯的多个导电互连结构。所述方法还可以包括形成覆盖电绝缘材料中的腔体的盖层，其中所述盖层包括连接到腔体的开口。
在各种实施例中，将假图案化结构和集成电路管芯嵌入在电绝缘材料中包括将假图案化结构和集成电路管芯嵌入在模塑料中。在某些实施例中，将假图案化结构和集成电路管芯嵌入在模塑料中包括使用嵌入式圆片级球栅阵列（ewlb）过程来形成重组晶片。在其他实施例中，将假图案化结构和集成电路管芯嵌入在电绝缘材料中包括将假图案化结构和集成电路管芯嵌入在玻璃或陶瓷中。
根据实施例，一种形成传感器封装的方法包括：在假图案化结构的第一表面上形成环境传感器，在载体基板上布置假图案化结构，在载体基板上布置集成电路管芯，将所述假图案化结构和所述集成电路管芯嵌入在电绝缘材料中，去除载体基板，通过使电绝缘材料薄化来使假图案化结构的第二表面暴露，以及通过刻蚀假图案化结构在电绝缘材料中形成腔体。假图案化结构的第二表面与假图案化结构的第一表面相对。其他实施例包括相应系统和设备，其均被配置成执行各种实施例方法。
在各种实施例中，所述方法还包括形成覆盖电绝缘材料中的腔体的盖层，其中，所述盖层包括连接到腔体的开口。在某些实施例中，形成环境传感器包括形成气体传感器。在附加实施例中，在假图案化结构的第一表面上形成气体传感器包括形成多个气体传感器，在载体基板上布置假图案化结构包括在载体基板上布置所述多个假图案化结构，以及通过刻蚀假图案化结构在电绝缘材料中形成腔体包括通过刻蚀所述多个假图案化结构在电绝缘材料中形成多个腔体。在此类实施例中，所述多个气体传感器中的每个气体传感器被形成在多个假图案化结构中的一个假图案化结构的第一表面上。在另外的实施例中，所述多个假图案化结构中的每个假图案化结构包括硅假基板。
在各种实施例中，将假图案化结构和集成电路管芯嵌入在电绝缘材料中包括将假图案化结构和集成电路管芯嵌入在模塑料中。在此类实施例中，将假图案化结构和集成电路管芯嵌入在模塑料中可以包括使用嵌入式圆片级球栅阵列（ewlb）过程来形成重组晶片。在其他实施例中，将假图案化结构和集成电路管芯嵌入在电绝缘材料中包括将假图案化结构和集成电路管芯嵌入在玻璃或陶瓷中。
本文中所述的各种实施例的优点可以包括封装气体传感器装置，其不具有邻近加热元件的基板，导致减小的热容量和改善的热性能。各种实施例的另外的优点可以包括小封装尺寸、低处理成本以及稳健性封装装置。
虽然已参考说明性实施例描述了本发明，但不意图以限制性意义解释本描述。在参考本描述时，对说明性实施例的各种修改和组合以及本发明的其他实施例对于本领域的技术人员而言将是显而易见的。因此，意图所附权利要求包含任何此类修改或实施例。
本文用于企业家、创业者技术爱好者查询，结果仅供参考。
