[发明专利]半导体输入控制装置

说明书

关联申请的交叉引用

本申请要求提交于2006年5月22日的60/802,276号美国临时申请的权益， 该文献为各种目的被全篇援引包含于此。本申请也是提交于2004年12月28的 11/025,642号专利申请的部分延续。

发明背景

发明领域

本发明涉及半导体输入控制装置、微型机电系统(MEMS)、传感器，更具体 地涉及多种应用的一维(1D)、二维(2D)和三维(3D)力传感器，尤其涉及消费 品和其它应用中的鼠标和微型操纵杆。

背景

基于柔性隔膜上带应力敏感器件的微切削加工硅片的3D力传感器是已知的。 现有技术使用带粘结于金属弹性件的应力敏感器件的硅片，所述金属弹性件具有用 来施加外力的金属杆或金属销。这些力传感器的封装一般是复杂、大型和昂贵的。

然而，需要一种三维输入力控制装置，它是低成本、小型、可靠、稳定的， 它提供X、Y、Z敏感性之间选定的比率、低横轴灵敏度、用CMOS的集成工艺、缩 放、对施加外力的简单解决方案、所施加的力和挠曲的可选择整合以及大量应用场 合下的制造性。其实例是消费者市场和应用，例如蜂窝电话、便携式游戏机、数字 照相机等将用户触觉力输入作为用户界面的一部分的装置。

发明概述

披露了适于例如蜂窝电话、便携式游戏装置和其它手持电子装置的大量应用 场合的低成本力输入控制装置。

该装置包括：力传感器晶片，它形成在半导体衬底中并包含响应所施加的外 力提供电输出信号的力传感器，以及倒装或引线焊接的连接元件；至少一个信号调 节和处理集成电路，它提供来自力传感器的输出信号的调节和处理；封装件，它包 封住力传感器晶片的至少一部分并包括耦合于传感器晶片并用于将外力传至力传 感器晶片的力传递元件；以及按钮，它机械地耦合于封装件的力传递元件以为界面 提供外力。

附图简述

图1是具有不带衬底的倒装型力传感器晶片并具有直接按钮模制物的3D输入 装置的图。

图2是具有不带衬底的倒装型力传感器晶片并具有安装于封装件的力传递元 件的外部按钮的3D力输入控制装置的图。

图3是具有安装在球栅阵列(BGA)衬底上的倒装型力传感器晶片并具有安装 于封装件的力传递元件的外部按钮的3D输入控制装置的图。

图4是具有安装在平栅形阵列(LGA)衬底上的倒装型力传感器晶片并具有安 装于封装件的力传递元件的外部棒形按钮的3D输入控制装置的图。

图5是具有倒装型力传感器晶片和层叠在BGA衬底上的引线焊接的ASIC的3D 输入控制装置的图。

图6是具有倒装型力传感器晶片和层叠在LGA衬底上的引线焊接的ASIC的3D 输入控制装置的图。

图7是具有倒装型力传感器晶片和位于BGA衬底上的一个平面内的引线焊接 的ASIC的3D输入控制装置的图。

图8是具有倒装型力传感器晶片和位于LGA衬底上的一个平面内的引线焊接 的ASIC的3D输入控制装置的图。

图9是具有通过通孔安装在PCB式衬底上的引线焊接力传感器晶片以及位于 同一衬底的一个平面内的引线焊接ASIC的3D输入控制装置的图，该3D输入控制 装置还以机械和电气方式连接于帽式覆块并包含外部接触垫。

图10是与图9装置相似的图，其中衬底和帽之间的内腔由保护性塑性材料填 充。

图11是与图10装置相似的图，其中在传感器晶片的表面上具有附加的凝胶 团。

图12是具有与安装在PCB式衬底上的ASIC力传感器晶片形成一体的引线焊 接的3D输入控制装置的图，PCB式衬底也以机械和电气方式连接于帽并用塑性材 料填充，并在传感器晶片的表面上具有附加的凝胶团。

图13是具有安装在陶瓷封装件内并在晶片的表面上具有凝胶团的引线焊接的 力传感器晶片和封装件密封腔的3D输入控制装置的图。

图14是具有通过通孔安装在金属衬底上的引线焊接的力传感器晶片以及引线 焊接于外部导线和帽式覆块ASIC的3D输入控制装置的图。

图15是与图14装置相同的图，其中衬底和帽之间的内腔由保护性塑性材料 填充。

图16是与图15装置相同的图，其中在传感器晶片的表面上具有附加的凝胶 团。