TWI409919B - 真空氣密之有機構裝載體與感測器元件構裝 - Google Patents

Description

真空氣密之有機構裝載體與感測器元件構裝

本發明是有關於一種構裝載體與感測器元件構裝，且特別是有關於一種真空氣密之有機構裝載體與感測器元件構裝。

目前感測器之構裝技術，由於需要考慮到感測動件之震動阻尼對振動頻率與感測訊號雜訊比之效應，一般皆設計感測動件需要在高負壓之環境來作動，以降低因空氣分子碰撞間所造成之能量損耗，進而提高感測動件之感測品質因子(quality factor)與增強感測訊號雜訊比。因此感測器元件之構裝必須提供感測器元件在一個穩定之高負壓空間，也就是說感測構裝中之感測空間之壓力環境，不能隨時間之改變而洩漏致構裝體外部，進而改變構裝體內之感測空間壓力，氣密構裝需求為此一類感測器元件之基本設計需求，實際之應用元件如震盪器、射頻開關、陀螺儀......等等。

低溫共燒多層陶瓷載體(Low temperature cofired ceramic，LTCC)由於本身材料具有相當之緻密性，因此對於氣體穿透之阻擋能力強，多年來一直為傳統感測器元件之氣密構裝所採用。

然而，當使用低溫共燒多層陶瓷載體時，每個感測器元件構裝都需要逐一進行製作。

本發明提出一種有機構裝載體，包括具有第一表面的一有機基材、一導電電路層以及一無機氣密絕緣層。導電電路層位於第一表面上，並暴露出部分第一表面。至於無機氣密絕緣層則至少覆蓋暴露的第一表面，以達到有機構裝載體全面性之氣密隔絕作用。

本發明再提出一種感測器元件構裝，包括上述有機構裝載體、一導電性罩、一感測器元件以及一金屬接合材料。導電性罩則覆蓋上述有機基材的第一表面，以藉由導電性罩與上述有機構裝載體達到全面性之氣密隔絕作用並因而形成一氣密空間。上述感測器元件就置於氣密空間內並與上述導電電路層電性耦合。另外，金屬接合材料位在有機基材與導電性罩之間，以接合兩者。

基於上述，本發明利用一具絕緣隔離之氣密封材，來進行有機基材之全面氣密化，並可搭配氣密金屬封合材料在如真空之條件下，完成有機構裝載體之氣密構裝。由於本發明之有機構裝載體可應用於需要氣密構裝之應用領域，如感測器元件構裝，所以可降低傳統多層陶瓷基材氣密構裝之成本。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1A是依照本發明之第一實施例的一種感測器元件構裝的剖面示意圖。圖1B是第一實施例的另一種感測器元件構裝的剖面示意圖。

請先參照圖1A，其中顯示一有機構裝載體100、一導電性罩102、一感測器元件104以及一金屬接合材料106。其中的有機構裝載體100可參照本圖與圖2，圖2是圖1A的II部位之放大圖。

在有機構裝載體100中包括具有第一表面108a和第二表面108b的一有機基材108、一導電電路層110以及一無機氣密絕緣層112。導電電路層110位於第一表面108a上，並暴露出部分第一表面108a。而且，導電電路層110包括至少一導電層114與一氣密封環墊(sealing pad)116，導電層114與氣密封環墊116基本上是同一材料層，只是在有機基材108上的位置與功用不同。上述感測器元件104則例如震盪元件或感測晶片等感測器元件。至於無機氣密絕緣層112則至少覆蓋暴露的第一表面108a，以達到有機構裝載體100全面性之氣密隔絕作用。

本文中的「無機氣密絕緣層」是指質材緻密能減緩氣體分子穿透率並同時具絕緣及溼氣阻隔效應之材料。舉例來說，無機氣密絕緣層112的材料可以是無機(Inorganic)之玻璃、陶瓷、氮化鋁、氧化矽、氧化鋁等。此外，無機氣密絕緣層112還可如圖所示延伸覆蓋部分的導電電路層110，以便進一步確保氣密效果。

請繼續參照圖1A，導電性罩102覆蓋住有機基材108的第一表面108a，因此藉由導電性罩102與有機構裝載體100就能達到全面性之氣密隔絕作用並因而形成一氣密空間118，其中導電性罩102例如金屬罩。上述感測器元件104就置於氣密空間118內並與導電電路層110之導電層114電性耦合；譬如當感測器元件104是震盪元件時，可經由一導電體120如導電膠(例如銀膠)使感測器元件104與導電電路層110之導電層114電性相連。另外，在有機基材108與導電性罩102之間設有上述金屬接合材料106以接合兩者，且此一金屬接合材料106可與氣密封環墊116和導電性罩102將氣密空間118完全封住，以防止氣體從有機基材108與導電性罩102之間進出氣密空間118，其中金屬接合材料106的材料包括純金屬或合金。

在本實施例中，有機基材108例如有纖維補強之印刷電路板或者如聚醯亞胺(PI)基板般的軟板。有機基材108之第二表面108b上還可設置背面導線122、和貫通有機基材108之導電通孔124等線路。然而，本發明之有機構裝載體100並不限用印刷電路板，所以只要具有覆蓋住自導電電路層110暴露出的有機基材108的第一表面108a之無機氣密絕緣層112，都能達到全面氣密的效果。假使覆蓋有機基材108表面的是有機聚合物材料與無機材料的複合層結構，溼氣會從有機聚合物材料與無機材料之間的接合處漏到氣密空間118而無法達到氣密效果。

至於圖1B使用與圖1A相同的元件符號代表相同的構件。請參照圖1B，其中的感測器元件104是感測晶片(sensing chip)，所以可改由金屬焊線126(如Au焊線、Al焊線或Cu焊線)，使感測器元件104與導電電路層110之導電層114電性相連。

圖3是依照本發明之第二實施例的一種感測器元件構裝的剖面示意圖，其中使用跟第一實施例一樣的元件符號表示相同或類似的構件。

請參照圖3，第二實施例與第一實施例之差異在於導電性罩是由一覆板300與一金屬鍍層302構成，其中覆板300具有一凹部300a，並與有機構裝載體100形成氣密空間118，而金屬鍍層302則至少覆蓋覆板300具有凹部300a的那個表面，以防止氣體從覆板300進出氣密空間118。覆板300包括以聚合物為母材的覆板，如有纖維補強之印刷電路板。

圖4是依照本發明之第三實施例的一種感測器元件構裝的剖面示意圖，其中使用跟第一實施例一樣的元件符號表示相同或類似的構件。

請參照圖4，第三實施例與第一實施例之差異在於有機構裝載體400多了一層位於無機氣密絕緣層112表面的金屬補強層402，以達到補強無機氣密絕緣層112之韌性(toughness)的作用，且金屬補強層402本身亦能增進氣密效果。上述金屬補強層402與導電電路層110必須互不接觸而呈現絕緣的狀態。另外，在無機氣密絕緣層112與金屬補強層402之間還可設置另一層金屬黏著層404(如Ni/Au)，以增進無機氣密絕緣層112與金屬補強層402間的附著性。金屬黏著層404、無機氣密絕緣層112、金屬補強層402都具有溼氣阻隔之特性。

上述各實施例中的有機構裝載體除可作為感測器元件的構裝載體，還可應用於其他有氣密需求的構裝領域，而不限於此。

圖5A與圖5B分別是圖4的A部位與B部位之放大圖。在圖5A中，可明顯看出無機氣密絕緣層112延伸覆蓋到部分的導電層114上，並由金屬補強層402與導電層114夾著無機氣密絕緣層112，以便同時達到氣密與增進韌性的效果。而在圖5B中則顯示無機氣密絕緣層112延伸覆蓋到部分的氣密封環墊116上，並且由金屬接合材料106將有機基材108與導電性罩102之間完全封合，故可防止氣體從有機基材108與導電性罩102之間進出氣密空間。

以上圖式均為剖面圖，因此為了能更詳細地說明本發明，請見以下圖6A至圖6C，其是製作本發明之一種有機構裝載體之流程示意圖。請先參照圖6A，其中的第(1)部分是上視圖、第(2)部分是第(1)部分之II-II’線段之剖面圖。在圖6A中，有機基材600的第一表面600a與第二表面600b分別具有導電電路層602和604，並暴露出部分第一表面600a。其中，導電電路層602包括導電層606a、606b與一氣密封環墊(sealing pad)608。此外，在有機基材600可以設置導電通孔610，以電性耦接導電電路層602和604。上述導電通孔610以及第二表面600b上的導電電路層604並非必要構件，僅取決於電路上的設計而定。

然後，請參照圖6B，其中的第(1)部分是上視圖、第(2)部分是第(1)部分之II-II’線段之剖面圖。在圖6B中，一層無機氣密絕緣層612形成在暴露出的第一表面600a上，且無機氣密絕緣層612還延伸覆蓋部分的導電電路層602之導電層606a、606b與氣密封環墊608。無機氣密絕緣層612的材料可參照上述實施例。

之後，請參照圖6C，其中的第(1)部分是上視圖、第(2)部分是第(1)部分之II-II’線段之剖面圖。在圖6C中，可選擇在無機氣密絕緣層612上依序形成金屬黏著層614與金屬補強層616，且為確保金屬補強層616與金屬黏著層614不會接觸到導電電路層602，可使金屬補強層616與金屬黏著層614的尺寸略小於無機氣密絕緣層612。

以上製程僅為說明本發明之有機構裝載體的詳細結構，但並非用以限制本發明的製作流程。

此外，如果第一或第三實施例之導電性罩是金屬罩，還可先用沖床(press)之類的方式將一整塊金屬片700製成有多個方型罩體702的結構，如圖7。然後，在有機構裝載體704上分別安裝多個感測器元件(未繪示)，待封合後可沿圖7的虛線將一整個金屬片700與有機構裝載體704切斷，而直接形成多個感測器元件構裝。以圖7為例，單次製程就能完成9個感測器元件構裝，因此本發明能夠大量製作，比傳統用陶瓷或玻璃等基板製作感測器元件構裝時，大幅節省製程時間。至於切割的(虛線)位置，為達氣密效果，需從方型罩體702之間有金屬接合材料的位置直接切，切斷後的單個感測器元件構裝就像圖1或圖4所示。

綜上所述，本發明將原先不具備阻隔氣體洩漏穿透功效之有機基材，以氣密絕緣層披覆在其表面自金屬層暴露的區域，因此可達到載體整體表面式地氣體滲透阻隔效果。另外，還可在氣密絕緣層上覆蓋增進韌性之金屬補強層。在有了具整體表面式地氣體滲透阻隔功效之有機構裝載體後，還可再進一步衍生至具氣密需求之感測器元件構裝。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、400、704．．．有機構裝載體

102．．．導電性罩

104．．．感測器元件

106．．．金屬接合材料

108、600．．．有機基材

108a、600a．．．第一表面

108b、600b．．．第二表面

110、602、604．．．導電電路層

112、612．．．無機氣密絕緣層

114、606a、606b．．．導電層

116、608．．．氣密封環墊

118．．．氣密空間

120．．．導電體

122．．．背面導線

124、610．．．導電通孔

126．．．金屬焊線

300．．．覆板

300a．．．凹部

302．．．金屬鍍層

402、616．．．金屬補強層

404、614．．．金屬黏著層

700．．．金屬片

702．．．方型罩體

圖1A是依照本發明之第一實施例的一種感測器元件構裝的剖面示意圖。

圖1B是依照本發明之第一實施例的另一種感測器元件構裝的剖面示意圖。

圖2是圖1的II部位之放大圖。

圖3是依照本發明之第二實施例的一種感測器元件構裝的剖面示意圖。

圖4是依照本發明之第三實施例的一種感測器元件構裝的剖面示意圖。

圖5A與圖5B分別是圖4的A部位與B部位之放大圖。

圖6A至圖6C是製作本發明之一種有機構裝載體之流程示意圖。

圖7顯示大量製作本發明之感測器元件構裝的立體簡圖。

100．．．有機構裝載體

108．．．有機基材

108a．．．第一表面

108b．．．第二表面

112．．．無機氣密絕緣層

114．．．導電層

122．．．背面導線

124．．．導電通孔

Claims (16)

1. 一種有機構裝載體，包括：一有機基材，具有一第一表面；一導電電路層，位於該第一表面上，並暴露出部分該第一表面；一無機氣密絕緣層，至少覆蓋暴露的該第一表面，以達到有機構裝載體全面性之氣密隔絕作用；一金屬補強層，位於該無機氣密絕緣層表面，以達到補強該無機氣密絕緣層之韌性的作用且同時具有溼氣阻隔效應；以及一金屬黏著層，位在該無機氣密絕緣層與該金屬補強層之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之有機構裝載體，其中該無機氣密絕緣層包括延伸覆蓋部分的該導電電路層。
3. 如申請專利範圍第1項所述之有機構裝載體，其中該導電電路層包括至少一導電層以及一氣密封環墊(sealing pad)。
4. 如申請專利範圍第1項所述之有機構裝載體，其中該無機氣密絕緣層的材料包括無機之玻璃、陶瓷、氮化鋁、氧化矽或氧化鋁。
5. 如申請專利範圍第1項所述之有機構裝載體，其中該有機基材包括聚醯亞胺(PI)基板或有纖維補強之印刷電路板。
6. 一種感測器元件構裝，包括： 一有機構裝載體，包括：一有機基材，具有一第一表面；一導電電路層，位於該第一表面上，並暴露出部分該第一表面；一無機氣密絕緣層，至少覆蓋暴露的該第一表面，以達到有機構裝載體全面性之氣密隔絕作用；一金屬補強層，位於該無機氣密絕緣層表面，以達到補強該無機氣密絕緣層之韌性的作用並具有溼氣阻隔效應，且該金屬補強層與該導電電路層互不接觸；以及一金屬黏著層，位在該無機氣密絕緣層與該金屬補強層之間；一導電性罩，覆蓋該有機基材的該第一表面，以藉由該導電性罩與該有機構裝載體達到全面性之氣密隔絕作用並因而形成一氣密空間；一感測器元件，置於該氣密空間內並與該導電電路層電性耦合；以及一金屬接合材料，位在該有機基材與該導電性罩之間，以接合該有機基材與該導電性罩。
7. 如申請專利範圍第6項所述之感測器元件構裝，其中該無機氣密絕緣層包括延伸覆蓋部分的該導電電路層。
8. 如申請專利範圍第6項所述之感測器元件構裝，其中該感測器元件包括震盪元件或感測晶片。
9. 如申請專利範圍第8項所述之感測器元件構裝，更 包括多條金屬焊線，以電性耦合該導電電路層與該感測晶片。
10. 如申請專利範圍第8項所述之感測器元件構裝，更包括至少一導電體，以電性耦合該導電電路層與該震盪元件。
11. 如申請專利範圍第6項所述之感測器元件構裝，其中該導電電路層包括至少一導電層以及一氣密封環墊。
12. 如申請專利範圍第11項所述之感測器元件構裝，其中該金屬接合材料包括位在該有機基材上的該氣密封環墊與該導電性罩之間。
13. 如申請專利範圍第6項所述之感測器元件構裝，其中該無機氣密絕緣層的材料包括無機之玻璃、陶瓷、氮化鋁、氧化矽或氧化鋁。
14. 如申請專利範圍第6項所述之感測器元件構裝，其中該有機基材包括聚醯亞胺(PI)基板或有纖維補強之印刷電路板。
15. 如申請專利範圍第6項所述之感測器元件構裝，其中該導電性罩包括金屬罩。
16. 如申請專利範圍第6項所述之感測器元件構裝，其中該導電性罩包括：一覆板，具有一凹部，以與該有機構裝載體形成該氣密空間；以及一金屬鍍層，至少覆蓋該覆板具有該凹部的表面。