封装电子装置中的密封腔制造方法及图纸

本申请案涉及封装电子装置中的密封腔。电子装置(100)包含封装衬底(102)、电路组合件(103)，及外壳(110)。所述电路组合件(103)安装在所述封装衬底(102)上。所述电路组合件(103)包含形成于装置衬底(104)中的第一密封腔(106)。所述外壳(110)安装在所述封装衬底(102)上以在所述电路组合件(103)周围形成第二密封腔(114)。

Sealing Cavity in Packaging Electronic Device

The present application relates to a sealing chamber in an encapsulated electronic device. The electronic device (100) comprises a package substrate (102), a circuit assembly (103), and a housing (110). The circuit assembly (103) is mounted on the packaging substrate (102). The circuit assembly (103) comprises a first sealing chamber (106) formed in a device substrate (104). The housing (110) is mounted on the packaging substrate (102) to form a second sealing chamber (114) around the circuit assembly (103).

【技术实现步骤摘要】
封装电子装置中的密封腔
本申请案的实施例涉及一种电子装置，及封装电子装置中的密封腔。
技术介绍
各种应用要求保持密封腔的完整性以确保适当的设备操作。举例来说，对于预期保持低内部压力的外壳，外壳中的渗漏可允许气体进入，所述气体稀释或污染外壳的内容物至外壳内容物不再可用于预期目标的程度。在一个具体应用中，芯片级原子钟的波导包含选定蒸气，并且要求保持预定的渗漏率以确保蒸气的压力及时钟的适当操作。
技术实现思路
本文公开一种用于控制及监视到半导体装置的密封腔中的渗漏的技术。在一个实施例中，电子装置包含封装衬底、电路组合件及外壳。电路组合件安装在封装衬底上。电路组合件包含形成于装置衬底中的第一密封腔。外壳安装在封装衬底上以在电路组合件周围形成第二密封腔。在另一实施例中，时钟产生器包含第一气密密封腔、时钟产生电路及外壳。第一气密密封腔形成于第一衬底中。第一气密密封腔包含双极分子。时钟产生电路经配置以将信号驱动到第一气密密封腔中，并且以双极分子的量子旋转状态迁移的频率生成输出时钟信号。外壳包围第一气密密封腔及时钟产生电路。外壳形成第二气密密封腔。在另一实施例中，电子装置包含封装衬底、电路组合件、第一压力传感器、第二压力传感器及外壳。电路组合件安装在封装衬底上。电路组合件包含第一密封腔。第一密封腔包含形成于装置衬底中的沟道，及结合到装置衬底的密封板。第一压力传感器耦合到密封板，并且经配置以根据密封板的位移测量第一密封腔内的压力。外壳安装在封装衬底上以在电路组合件周围形成第二密封腔。第二压力传感器耦合到外壳，并且经配置以根据外壳的位移测量第二密封腔内的压力。附图说明为了详细描述各种实例，现在将参考附图，其中：图1展示根据各种实施例的经封装以向芯片级空腔提供极低渗漏的电子装置的图式；图2说明根据各种实施例的在图1的电子装置中的渗漏情况；图3展示根据各种实施例的外腔的渗漏率与内腔的渗漏率的关系，其中内腔安置于电子装置的外腔内；图4展示根据各种实施例的外腔的容积与内腔的渗漏率的关系，其中内腔安置于电子装置的外腔内；图5展示未包围在第二外腔中的第一空腔的随时间的压力；图6展示根据各种实施例的内腔及外腔的随时间的压力，其中内腔安置于电子装置的外腔内；图7展示根据各种实施例的经封装以向芯片级空腔提供极低渗漏的电子装置的图式，所述芯片级空腔包含用于监视装置的空腔中的压力的传感器；图8展示根据各种实施例的气密地密封形成于半导体衬底中的空腔的密封板的压力相关位移；及图9展示根据各种实施例的用于确定电子装置的内腔或外腔内的压力的共振特征追踪。具体实施方式特定的术语在整个以下描述及权利要求书中用于指代特定的系统组件。如所属领域的技术人员将了解，不同当事人可用不同名称来指代组件。本文并不意欲对名称不同而非功能不同的组件进行区分。在以下讨论中并且在权利要求书中，术语“包含”及“包括”以一种开放式方式使用，并且因此应解释为意指“包含，但不限于……”。此外，术语“耦合”意指间接或直接的有线或无线连接。因此，如果第一装置耦合到第二装置，则所述连接可能是通过直接连接，或通过经由其它装置及连接的间接连接。叙述“基于”意指“至少部分基于”。因此，如果X基于Y，则X可为Y及任何数目个其它因数的函数。在合理的使用寿命(例如，3到10年)内保持毫米波芯片级原子钟(mmWCSAC)的可靠操作要求时钟的部分在稳定的气密密封环境中操作。举例来说，随时间的可靠操作可能需要具有极低渗漏率(例如，1E-14atm-cc/s)的晶片级气密密封件。不利的是，建立及验证具有此低渗漏率的晶片级气密腔超出了常规封装技术的能力。即使将来可制造此类系统，测试密封性达到此水平仍然是常规测试设施的极限。如果mmWCSAC内的压力或湿度偏离制造规格太远，则mmWCSAC的准确度可能受影响。因此，密封性及封装对于实现mmWCSAC技术非常重要。本文公开的电子装置向形成于半导体材料中的空腔提供极低的渗漏率。与此空腔相关联的气密密封不能够支持所需的渗漏率。相反地，电子装置包含包围空腔及与空腔相关联的电路的外壳。由外壳提供次级气密密封，所述次级气密密封结合与空腔相关联的气密密封操作以提供极低的渗漏率。本文公开的电子装置的实施例还包含测量空腔中的压力的传感器，及测量外壳中的压力的传感器。在电子装置的各个实施例中，传感器是应变计或声换能器。图1展示根据各个实施例的经封装以向芯片级空腔提供极低渗漏的电子装置100的图式。在一些实施例中，电子装置100是时钟产生器，例如，mmWCSAC。电子装置100包含封装衬底102、电路组合件103，及外壳110。电路组合件103安装到封装衬底102。封装衬底102由陶瓷或其它合适材料形成。电路组合件103包含装置衬底104、密封板112，及控制电路108。装置衬底104结合到封装衬底102。装置衬底104包含空腔106。空腔106通过将沟道蚀刻到装置衬底104中形成。在一些实施例，举例来说，mmWCSAC的实施例中，空腔106的表面镀有金属以形成波导并且空腔含有双极分子。举例来说，空腔106的一些实施例含有蒸汽形式的水分子。通过控制存在于空腔106中的双极分子的数目，空腔106的内部压力在制造时设定成最佳值。在实施mmWCSAC的电子装置100的实施例中，双极分子的量子旋转状态迁移的频率用作由装置100生成的时钟信号的频率参考。如果空腔106内的压力从制造时设定的最佳值变化过量，则时钟信号的准确度可能受到影响。密封板112结合到装置衬底104以气密密封空腔106。在一些实施例中，密封板112是介电(例如，玻璃)隔膜。控制电路108结合到电镀到密封板106顶部的金属。在实施mmWCSAC的电子装置100的实施例中，控制电路108包含时钟产生电路以将信号驱动到空腔106中，从空腔106接收信号，及处理从空腔106接收的信号以生成时钟信号，所述时钟信号被锁定到空腔106中包含的双极分子的量子旋转状态迁移的频率。为了提供至少三年的装置使用寿命，电子装置100的实施例确保到空腔106中的极低渗漏率。降低电子装置100的性能的主要渗漏是从周围环境到空腔106中。如果假设电子装置100的性能可接受空腔106内的压力加倍，则可确定空腔106的可接受渗漏率。空腔106的渗漏率单独可确定为：ΔP＝(Pext-Pint)(1-e-Lt/V)(1)其中：ΔP是随时间空腔中的压力变化；Pext是空腔外部的压力；Pint是空腔的内部压力；L是到空腔的渗漏率；V空腔的容积；及t是时间。空腔106单独必须具有极低渗漏率以将腔内压力保持在可接受范围内。电子装置100的实施例允许通过将外壳110安置在电路组合件103周围来放松空腔106的渗漏率。在电子装置100的一些实施例中，外壳110安装到封装衬底102以在装置衬底102及控制电路108周围形成气密密封空腔114。因此，在电子装置100中，形成于装置衬底104中的空腔106包围在由外壳110形成的外腔114内。在一些实施例中，外壳110是金属、玻璃，或另一种材料，或材料的组合。对于电子装置100的嵌套腔，两个空腔106及114的渗漏率耦合为：其中：ΔP1是外腔114中的压力变化；Pext外腔114外部的压力；P1是外腔114的内部压力；L1是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电子装置，其包括：封装衬底；电路组合件，其安装在所述封装衬底上，所述电路组合件包括形成于装置衬底中的第一密封腔；及外壳，其安装在所述封装衬底上以在所述电路组合件周围形成第二密封腔。

【技术特征摘要】
2017.09.06 US 15/696,2451.一种电子装置，其包括：封装衬底；电路组合件，其安装在所述封装衬底上，所述电路组合件包括形成于装置衬底中的第一密封腔；及外壳，其安装在所述封装衬底上以在所述电路组合件周围形成第二密封腔。2.根据权利要求1所述的电子装置，其中所述第一密封腔包括形成于所述装置衬底中的沟道，及结合到所述装置衬底的密封板。3.根据权利要求2所述的电子装置，其进一步包括压力传感器，其耦合到所述密封板并且经配置以根据所述密封板的位移测量所述第一密封腔内的压力。4.根据权利要求2所述的电子装置，其中所述密封板包括介电隔膜。5.根据权利要求2所述的电子装置，其进一步包括：声传感器，其耦合到所述密封板并且经配置以测量所述密封板的振动；及控制电路，其耦合到所述声传感器，所述控制电路经配置以根据所述密封板的机械谐波特征确定所述第一密封腔内的压力。6.根据权利要求1所述的电子装置，其进一步包括压力传感器，其耦合到所述外壳并且经配置以根据所述外壳的位移测量所述第二密封腔内的压力。7.根据权利要求1所述的电子装置，其进一步包括：声传感器，其耦合到所述外壳并且经配置以测量所述外壳的振动；及控制电路，其耦合到所述声传感器，所述控制电路经配置以根据所述外壳的机械谐波特征确定所述第二密封腔内的压力。8.根据权利要求1所述的电子装置，其中所述第一密封腔是毫米波芯片级原子钟的波导。9.一种时钟产生器，其包括：第一气密密封腔，其形成于第一衬底中并且含有双极分子；时钟产生电路，其经配置以：将信号驱动到所述第一气密密封腔中；及以所述双极分子的量子旋转状态迁移的频率生成输出时钟信号；外壳，其包围所述第一气密密封腔及所述时钟产生电路，所述外壳形成第二气密密封腔。10.根据权利要求9所述的时钟产生器，其进一步包括第二衬底；其中所述外壳结合到所述第二衬底以在所述第一衬...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·J·弗吕林，J·A·赫布佐默，S·J·雅各布斯，B·S·库克，J·F·哈洛斯，R·朗，
申请(专利权)人：德州仪器公司，
类型：发明
国别省市：美国,US