CN100587430C - 一种基于基板的硅压阻式压力传感器封装结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于基板的硅压阻式压力传感器封装结构。其特征在于基板是一块有金属图形分布的双面基板，基板底部的金属图形为压力传感器与外界连接的输入输出端口，通过中间过孔和边缘半孔实现基板双面金属图形的电气互连；硅压阻式压力传感器芯片贴装在基板顶部，硅压阻式压力传感器芯片上的输入输出端用键合引线连接到基板顶部的金属图形上，实现硅压阻式压力传感器芯片与外界的电气互连；基板顶部粘接金属圈容纳芯片及键合引线。在金属圈内滴封包封胶，填充在硅压阻式压力传感器的四周，隔绝传感器芯片与外界环境的接触。这种封装结构可减少封装产生的机械应力，提供的封装结构广泛地应用到对机械应力敏感的MEMS器件封装中。

Description

一种基于基板的硅压阻式压力传感器封装结构

技术领域

本发明涉及一种硅压阻式压力传感器封装结构，更确切地说本发明是一种基于基板的硅压阻式压力传感器封装结构。属于微电子机械系统领域。

背景技术

公开号CN 1282868A的发明专利中公开了一种压力传感器，它包括一基础单元，一罩形金属容器和一弹性隔膜片。在基础单元上装有一传感器芯片。罩形金属容器固定在基础单元上，在罩形金属容器中密封有硅油。基础单元有一金属接头、一定位玻璃构件、一电极销和一不透气的密封玻璃构件。

如上所述，目前已有的硅压阻式压力传感器结构基本相同，主要由传感器芯片、底座、罩形金属容器、硅油、弹性膜片组成。一般通过焊接的方式将罩形金属容器、弹性膜片、底座焊接在一起形成密闭腔体，传感器芯片安装在底座上，在传感器芯片和外壳之间的密闭腔体内充满硅油，外界压力通过膜片和硅油传递到压力传感器芯片上。这样的压力传感器制造难度高、体积大、成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于基板的硅压阻式压力传感器封装结构，其工艺简单、体积小、性能良好、成本低廉。

本发明所提供的基于基板的硅压阻式压力传感器封装结构包括基板、硅压阻式压力传感器芯片、金属圈、粘接胶、包封胶、键合引线，其特征在于：硅压阻式压力传感器芯片是由硅材料组成的，所述的压力传感器芯片包括硅弹性膜、压力参考腔、硅压力敏感电阻、硅衬底框架，硅压阻式压力传感器芯片置于基板上面，硅压阻式压力传感器芯片与基板间填充粘接胶，粘接胶将压力传感器芯片固定在基板上；硅压阻式压力传感器芯片上覆盖有包封胶；基板上下两面的金属图形通过过孔互连；基板上部金属图形通过键合引线与硅压阻式压力传感器芯片互连，其底部金属图形作为硅压阻式压力传感器的输入输出端口，其输入输出端口至少在四个以上；在基板的顶部粘接金属圈，在基板顶部粘贴的金属圈内，容纳硅压阻式压力传感器芯片、键合引线和包封胶；

所述的包封硅压阻式压力传感器芯片的包封胶为硅凝胶，硅凝胶覆盖在硅压阻式压力传感器芯片上，即可把外界压力传递到硅压阻式压力传感器芯片上，也将硅压阻式压力传感器芯片与外界环境隔绝开；

所述的金属圈为刚性中空管，两边端口直径相同，金属圈端面粘接在封装基板顶部，中空部分容纳硅压阻式压力传感器芯片、键合引线以及包封胶；

所述的基板在金属图形中间位置有过孔连接基板两面的金属图形，在基板边缘的位置还有半孔连接两面的金属图形；

所述的贴装硅压阻式压力传感器芯片的粘接胶为硅橡胶。

本发明所述的基于基板的硅压阻式压力传感器封装结构的具体实现步骤：

1.在基板顶部放置芯片位置涂覆硅橡胶，贴装硅压阻式压力传感器芯片，加热固化；

2.用键合引线把硅压阻式压力传感器芯片输入输出端连接到基板顶部的金属图形上；

3.在基板顶部放置金属圈位置涂覆粘接剂，贴装金属圈，加热固化；

4.在金属圈内滴注硅凝胶，覆盖在硅压阻式压力传感器芯片四周。

由于采用了上述的封装结构，本发明所描述的硅压阻式压力传感器封装，与现有的技术相比，具有以下的优势：

1.芯片直接贴装在基板上，结构简单紧凑。与其他封装形式的压力传感器相比，本发明中所述硅压阻式压力传感器在封装体积和封装成本上有着明显的优势；

2.采用边缘半孔、中间过孔相结合连接基板两面金属图形的结构设计，更便于把硅压阻式压力传感器焊接到电路板上，并且增加了焊接的可靠性。本发明中所述硅压阻式压力传感器即可进行手工焊接又兼容表面贴装焊接；

3.在封装过程中，与硅压阻式压力传感器芯片接触的封装材料会对其产生机械应力作用，使其发生形变，造成压力传感器性能随之发生漂移。本发明中所述的硅压阻式压力传感器选用硅橡胶作为粘接胶，硅凝胶作为包封胶。硅橡胶和硅凝胶具有弹性模量小的特点，其柔软、富有弹性的特性，能够减少封装材料对硅压阻式压力传感器芯片产生的机械应力，从而尽可能地、有效地减少封装对其性能的影响；

4.包封的硅凝胶填充在硅压阻式压力传感器芯片的四周，既可以传递压力，又起到了密闭作用，保护压力传感器芯片及键合引线免受外界环境的影响。这样既不需要像其它压力传感器一样形成密闭腔体，也不需要填充硅油；

5.在封装基板的顶部粘接金属圈，起到支撑保护的作用，有效地防止硅压阻式压力传感器芯片、键合引线和硅凝胶因受外力挤压碰撞而损坏。

由此可见，本发明提供的封装结构，减少封装产生的机械应力，从而有效减少封装对敏感器件性能的影响，提供的封装结构可以广泛地应用到界些应力敏感地MEMS器件封装中。

附图说明

图1硅压阻式压力传感器剖视图

图2硅压阻式压力传感器俯视图

图3硅压阻式压力传感器底视图

图中各数字代表的含义为：

1 基板  2 过孔  3 半孔  4 硅压阻式压力传感器芯片  5 键合引线  6 粘接胶硅橡胶  7 金属圈  8 硅弹性膜  9 压力参考腔  10 压敏电阻  11 硅框架  12 包封胶硅凝胶。

具体实施方式

下面仅结合附图对本发明实现步骤作一详细说明，以进一步阐明本发明的实质性特点和显著的进步。

本发明提供的基于基板的硅压阻式压力传感器的封装结构如图1-3所示：

基板1是一块有金属图形分布的双面基板，基板的底部金属图形为压力传感器与外界连接的输入输出端口，通过中间过孔2和边缘半孔3实现基板双面金属图形的电气互连。粘接胶6把硅压阻式压力传感器芯片4贴装在基板顶部，硅压阻式压力传感器芯片上的输入输出端用键合引线5连接到基板顶部的金属图形上，从而最终实现硅压阻式压力传感器芯片与外界的电气互连。在基板顶部粘接金属圈7以保护硅压阻式压力传感器芯片及键合引线，在金属圈内滴注有包封胶12，隔绝硅压阻式压力传感器芯片与外界环境的接触。其中的硅压阻式压力传感器芯片由硅材料组成，该芯片包括硅弹性膜8、压力参考腔9、硅压力敏感电阻10、硅衬底框架11。

这种硅压阻式压力传感器封装具有的结构特征如下：

在所述硅压阻式压力传感器封装结构中，基板在金属图形中间位置有过孔连接基板两面的金属图形，在金属图形的边缘位置还有半孔连接两面的金属图形。基板底部的金属图形至少构成四个以上的输入输出端口。

在所述硅压阻式压力传感器封装结构中，贴装硅压阻式压力传感器芯片的粘接胶采用硅橡胶。

在所述硅压阻式压力传感器中，包封硅压阻式压力传感器芯片的包封胶采用硅凝胶。

在所述硅压阻式压力传感器中，金属圈为刚性中空管，两面端口直径相同，金属圈的一个端面粘接在基板顶部，中空部分容纳硅压阻式压力传感器芯片、键合引线以及包封胶。

Claims (9)

1、一种基于基板的硅压阻式压力传感器封装结构，包括基板、硅压阻式压力传感器芯片、金属圈、键合引线，其特征在于：

(1)基板是一块有金属图形分布的双面基板，基板底部的金属图形为压力传感器与外界连接的输入输出端口，通过中间过孔和边缘半孔实现基板双面金属图形的电气互连；

(2)硅压阻式压力传感器芯片贴装在基板顶部，硅压阻式压力传感器芯片上的输入输出端用键合引线连接到基板顶部的金属图形上，从而最终实现硅压阻式压力传感器芯片与外界的电气互连；

(3)基板顶部粘接金属圈，容纳硅压阻式压力传感器芯片及键合引线。

2、按权利要求1所述的基于基板的硅压阻式压力传感器封装结构，其特征在于基板底部的金属图形至少构成四个以上输入输出端口。

3、按权利要求1所述的基于基板的硅压阻式压力传感器封装结构，其特征在于硅压阻式压力传感器芯片贴装在基板顶部是通过粘接胶实现的。

4、按权利要求3所述的基于基板的硅压阻式压力传感器封装结构，其特征在于所述的粘接胶为硅橡胶。

5、按权利要求1所述的基于基板的硅压阻式压力传感器封装结构，其特征在于所述的金属圈为刚性中空管，两面端口的直径相同。

6、按权利要求1或5所述的基于基板的硅压阻式压力传感器封装结构，其特征在于一个在金属圈内滴封包封胶，填充在硅压阻式压力传感器的四周，从而隔绝硅压阻式压力传感器芯片与外界环境的接触。

7、按权利要求1、3或6所述的基于基板的硅压阻式压力传感器封装结构，其特征在于所述的硅压阻式压力传感器芯片由硅材料组成，所述的芯片包括硅弹性模、压力参考腔、硅压力敏感电阻和硅衬底框架。

8、按权利要求6所述的基于基板的硅压阻式压力传感器封装结构，其特征在于所述的包封胶为硅凝胶。

9、按权利要求1所述的基于基板的硅压阻式压力传感器封装结构，其特征在于所述的封装结构应用于对机械应力敏感的MEMS器件封装中。

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