CN101373158B - 流体压力传感器封装体 - Google Patents

Abstract

一种流体压力传感器封装体，其组装方便，并且能够基于不同的应用环境而具有不同类型的取样管。所述传感器封装体包括容置传感器芯片的密封壳体，所述传感器芯片用于感测导入到所述壳体中的流体的压力。取样管自所述壳体延伸并用于将流体引入至与所述传感器芯片接触。所述壳体具有顶部开口和侧壁，所述侧壁的内表面上形成有阶梯状肩部，所述阶梯状肩部用以支承取样管下端部的凸缘。凸缘通过密封件密封地结合在壳体的侧壁上。由于取样管是与壳体单独制备的构件，因此对于具有不同长度或直径的流体通道的各种取样管而言，所述壳体均可作为共用基座。

Description

流体压力传感器封装体

技术领域

本发明涉及一种流体压力传感器封装体(package)，尤其涉及一种利用半导体衬底形成的芯片对流体进行压力测量的传感器封装体。

背景技术

公开号为9-250964A的日本专利中公开了一种流体压力传感器封装体，其具有由半导体衬底(例如硅衬底)形成的传感器芯片。传感器芯片设计成包括膜片(diaphragm)和感测元件，所述感测元件将机械应力转换为电信号。传感器芯片容置在一壳体内，且使得传感器芯片的膜片暴露在通过自所述壳体一体延伸的取样管而引入的流体中。取样管具有流体通道，以将流体引入至与膜片接触。流体通道的长度和直径设计为与目标流体以及实际应用环境相符。由于取样管与壳体一体地模制，对于不同的应用环境必须准备具有不同形状取样管的各种传感器封装体。

发明内容

鉴于上述缺陷，本发明提供了一种流体压力传感器封装体，该流体压力传感器封装体组装容易，且能够基于不同的应用环境而具有不同类型的采样管。根据本发明的传感器封装体包括密封的壳体以及容置于所述壳体中的传感器芯片。传感器芯片由半导体衬底形成并具有膜片和感测元件，该感测元件用于感测导入到所述壳体中的流体的压力。取样管自壳体延伸，并具有流体通道以将流体引入至与膜片接触。壳体形成为具有底壁和侧壁，所述侧壁自底壁的周边延伸以在壳体的上端限定一顶部开口。侧壁的内表面上形成有阶梯状肩部。取样管的一个端部形成有凸缘，所述凸缘配合到壳体的顶部开口中，并位于阶梯状肩部上。凸缘通过密封件密封地结合在壳体的侧壁上。由于取样管为与壳体单独制备的构件，因此，对于具有不同长度或直径的流体通道的各种取样管而言，所述壳体均可作为共用基座。因此，在满足取样管尺寸的不同需求的同时，可以降低组装传感器封装体的成本。

优选地，传感器芯片通过粘结剂结合在壳体的底壁上。底壁形成有通气孔，所述通气孔将膜片与外界大气连通以释放膜片的背压。缘边(rim)形成在底壁的内表面上并且围绕通气孔，从而向外限定出用于容置粘结剂的空间。因此，可将粘结剂保持在合适的位置，并可防止粘结剂通过通气孔泄漏，从而能够可靠地将传感器芯片结合到壳体的底壁上。

缘边可以成形为具有类似于传感器芯片的形状的平面轮廓，从而可以容易地将粘结剂涂抹在用于将膜片的周边结合到底壁上的位置上。

壳体设计为还可容置有IC模块，所述IC模块用于对传感器芯片的输出进行处理并产生表示流体压力的信号。为了排布紧凑，IC模块和传感器芯片沿着壳体的第一维方向(first dimension)并排地设置在底壁上。壳体设有多个端子，所述端子相对于第一维方向设置在壳体的相对侧上，并且通过埋入到底壁中的各个引线电连接到IC模块上。与传感器芯片紧邻设置的所述端子中的至少两个端子通过平行的引线电连接到IC模块上，所述平行的引线彼此平行地经过传感器芯片的旁边。底壁设有凹槽，所述凹槽用于使得平行的引线之间间隔固定的间距，从而使得所述平行的引线绝缘。为了实现传感器封装体的紧凑结构，平行的引线密集封装在传感器芯片旁边的相对狭窄的区域中，与此同时在不破坏底壁与引线之间的密封的情况下，所述平行的引线彼此电绝缘并埋入到底壁中。当使用模具模制壳体(引线埋入壳体中)时，夹具延伸到底壁中以将平行的引线保持在适当位置从而将平行的引线埋入到预定位置中。在模制壳体之后，释放夹具以离开底壁中的凹槽。因此，通过在壳体的对应于平行引线的位置上、在底壁中设置凹槽，平行的引线可以成功地模制在壳体的底壁上的有限区域中，同时，所述平行的引线之间电绝缘。

关于此点，底壁也可沿着平行引线的长度方向设有两个间隔开的凹槽，所述两个凹槽中的一个凹槽朝向壳体的内部开口，所述两个凹槽中的另一个凹槽朝向壳体的外部开口。由此，当模制壳体时，相关的夹具在两个纵向间隔开的位置上对平行的引线施加向上和向下的力，从而将平行的引线分别压向模具的互补部分。由此相对较长尺寸的引线也可成功地模制在壳体的底壁中，并且彼此电绝缘，同时不会破坏通过底壁的密封。

此外，凸缘可以成形为具有与壳体的顶部开口相符的圆形外周。在本发明中，可利用固定分配器在围绕取样管的轴线旋转壳体时在凸缘的周边施加密封件。

通过参照附图对优选实施例的详细说明，本发明的上述和其他优点以及特征将会更加显而易见。

附图说明

图1为根据本发明第一实施例的流体压力传感器封装体的正视图；

图2为上述传感器封装体的俯视图；

图3为上述传感器封装体的分解剖视图；

图4为上述传感器封装体的仰视图；

图5为上述传感器封装体的侧视图；

图6为应用在上述传感器封装体中的壳体的俯视图；

图7为壳体的俯视图，其中传感器芯片和IC模块自壳体中移除；

图8为沿着图6中的线8-8的剖视图；

图9A和图9B为分别装配有不同取样管的上述传感器封装体的剖视图；

图10为根据上述实施例的变型的壳体的俯视图；

图11为沿着图10中的线11-11的剖视图；

图12为根据上述实施例的另一个变型的壳体的俯视图；

图13为沿着图12中的线13-13的剖视图；

图14为沿着图12中的线14-14的剖视图；

图15为根据本发明第二实施例的流体压力传感器封装体的正视图；以及

图16为示出了将取样管密封接合到壳体上的方法的示意图。

具体实施方式

参照图1至图5，其示出了根据本发明第一实施例的流体压力传感器封装体。传感器封装体主要包括壳体20和取样管80，所述取样管80与所述壳体20单独地形成并且装配在所述壳体20上，以将目标流体引入到所述壳体中。壳体20由塑性材料模制成顶部开口的箱体，该箱体具有底壁21和自底壁周边直立的侧壁26，从而在壳体上端限定出矩形顶部开口28。在壳体20中容置有传感器芯片40，该传感器芯片由例如硅的半导体衬底形成，并具有矩形膜片42和感测元件(没有示出)，所述感测元件由多个压电电阻器组成，所述电阻器的电阻与膜片的变形程度成比例地变化，而所述膜片的变形程度受引入到壳体20中的流体的影响。

壳体20还容置有IC模块50，所述IC模块50用于对输出进行处理，即对来自传感器芯片40的电阻进行处理，以确定流体压力。如图6所示，IC模块50和传感器芯片40并排安装在底壁21上，并且通过粘合漆包线而彼此电连接。IC模块50安装在具有多条引线61至68的引线框60上，如图7所示，所述引线通过底壁21延伸，以限定出各个端子71至78的阵列，所述阵列用于与外部电路连接，所述外部电路表示或利用探测到的流体压力。端子71至78的阵列相对于IC模块50和传感器芯片40设置的方向露出到壳体20的相对侧上。

如图8所示，在传感器芯片40的周边形成有向下凸伸的支脚44，在所述支脚44上，传感器芯片40通过管芯连接粘结剂(bond adhesive)30(例如填料浸渍硅树脂)固定在底壁21上。粘结剂围绕通气孔22设置，所述通气孔22延伸穿过底壁21，以使膜片42的背面与外界大气连通，从而释放膜片42的背压。围绕通气孔22形成有缘边23，所述缘边23凸伸到底壁21的内表面上，以由通气孔22向外限定出一个用于保持粘结剂30的空间。因此，粘结剂30被保持在不会流入到通气孔22中的位置，以成功地将传感器芯片40固定在底壁21上。缘边23的尺寸形成为在膜片42的背面侧具有足够的空间，从而不会妨碍膜片42的可允许的变形。

在传感器芯片40固定到底壁21上，并且传感器芯片40电连接到IC模块50上之后，在IC模块50、传感器芯片40和引线上方涂覆接合涂层树脂(JCR)34，以密封在各个引线和底壁21之间可能存在的任何空隙。

如图7和图8所最佳示出的，由于封装体的紧凑布置，部分引线需要穿过传感器芯片40旁侧的狭窄区域。所述部分引线为引线61至63，其围绕传感器芯片40自IC模块50彼此平行地延伸至紧邻IC模块50设置的端子71至73。如图8所最佳示出的，为了在底壁或壳体20中模制引线时，使狭窄区域中的平行的引线61至63电绝缘，以及使引线与底壁21之间没有间隙，在壳体20中模制引线或引线框60时，底壁21设计成具有凹槽24以容置叉状夹具。叉状夹具用于与平行引线61至63接合从而在所述引线之间保持预定间距，以及用于将引线压向模具的互补部分(complementary portion)，由此防止各个引线因模具内的模内流动性而产生横向偏移，以及防止在引线与模制的底壁21之间产生间隙。如图8所示，移除夹具而导致的凹槽24成形为具有在邻近的引线之间延伸的锥形沟槽25。

再次参照图3，取样管80形成为具有沿着取样管80的轴线延伸的流体通道84，并且在取样管80的下端部形成有向外延伸的凸缘82，所述凸缘82装配在壳体20的顶部开口中，并且通过密封件88固定在所述顶部开口上。壳体20在侧壁26的内表面中形成有阶梯状肩部27，所述阶梯状肩部27支承凸缘82。围绕凸缘82施加密封件88，以将凸缘82密封地接合在侧壁上，且使得密封板90夹置在凸缘82与阶梯状肩部27之间。密封板90由薄金属板形成，以密封凸缘82与阶梯状肩部27之间的连接，并且密封板90形成为具有与流体通道84同轴的中间开口94，以将流体引入到壳体20中，从而使得流体与传感器芯片40接触。

由于取样管80形成为与壳体分离的构件以改进取样管80，因此，如图9A和图9B所示，对于长度和/或直径不同的各种取样管而言，设置有感测电路组件的壳体20均可用作共用基座，由此使得可以装配对于实际应用环境而言结构最佳的传感器封装体。

图10和图11示出了上述实施例的一个变型，此变型与上述实施例的不同之处仅在于，缘边23成形为具有与传感器芯片40相似的矩形顶面。相同的部件由相同的附图标记来表示并且省略对其的重复描述。矩形缘边23形成用于粘结剂30的定位空间，所述粘结剂仅位于传感器芯片40的支脚44之下，由此可简化传感器芯片40在底壁21上的粘结。

图12至图14示出了上述实施例的另一个变型，此变型与上述实施例的不同之处仅在于，底壁21上形成有两个凹槽25，所述两个凹槽25沿着引线61至63的长度方向间隔开，其中一个凹槽25朝向壳体的内部开口，另一个凹槽25朝向壳体的外部开口。通过此设计，可以成功地防止相对较长尺寸的引线发生横向偏移。此外，与其中一个凹槽25相关的叉状夹具用于将引线向上压向模具的一部分，与此同时，与其中另一个凹槽相关的叉状夹具用于将引线向下压向模具的另一部分。因此，在模制壳体期间，可以防止引线61至63自预定位置垂直偏移，并且能因此保持在适当的位置中。

图15和图16示出了根据本发明第二实施例的流体压力传感器封装体，其基本与上述实施例相同，不同之处在于，壳体20成形为具有圆形顶部开口，以容置取样管的圆形凸缘。通过此种结构，固定分配器100可以在围绕壳体20的竖直轴线旋转壳体20的同时围绕凸缘的周边施加密封件，由此简化传感器封装体的组装。同样的部件由相同的附图标记来表示并且省略对其的重复描述。

Claims (7)

1.一种流体压力传感器封装体，包括：

密封的壳体(20)；

传感器芯片(40)，其容置在所述壳体中以感测引入到所述壳体中的流体的压力，所述传感器芯片由半导体衬底形成并具有膜片(42)和感测元件；

取样管(80)，其自所述壳体延伸并具有流体通道(84)，所述流体通道用于将流体引入至与所述膜片接触；

其中所述壳体形成为具有底壁(21)和侧壁(26)，所述侧壁自所述底壁的周边延伸以在所述壳体的上端限定一顶部开口(28)，在所述侧壁的内表面上形成有阶梯状肩部(27)，并且

在所述取样管的一个端部形成有凸缘(82)，所述凸缘配合到所述壳体的所述顶部开口中，并位于所述阶梯状肩部上，

所述凸缘通过密封件(88)密封地结合在所述壳体的侧壁上，并且

其中所述传感器芯片通过粘结剂(30)结合在所述壳体的底壁上，

所述底壁形成有通气孔(22)，所述通气孔将所述膜片与外界大气连通以释放所述膜片的背压，

所述底壁的内表面上形成有缘边(23)，所述缘边围绕所述通气孔以在所述通气孔附近限定一空间，用于在所述空间的内部容置所述粘结剂。

2.如权利要求1所述的流体压力传感器封装体，其中

所述缘边成形为具有类似于所述传感器芯片的形状的平面轮廓。

3.如权利要求1所述的流体压力传感器封装体，其中

所述壳体包括IC模块(50)，所述IC模块用于对所述传感器芯片的输出进行处理并产生表示流体压力的信号；

所述IC模块和所述传感器芯片沿着所述壳体的第一维方向并排设置在所述底壁上，

所述壳体设有多个端子(71-78)，所述端子相对于所述第一维方向设置在所述壳体的相对侧上，并且通过部分埋入所述底壁中的各个引线(61-68)电连接到所述IC模块上，

与所述传感器芯片相邻设置的所述端子(71-73)中的至少两个端子通过平行的引线(61-63)电连接到所述IC模块上，所述平行的引线彼此平行地经过所述传感器芯片的旁边，

所述底壁设有凹槽(24)，所述凹槽使得所述平行的引线之间以间隔恒定距离的方式彼此绝缘。

4.如权利要求3所述的流体压力传感器封装体，其中

所述底壁设有两个所述凹槽(24)，所述凹槽(24)沿着所述平行的引线(61-63)的长度方向间隔开，两个所述凹槽中的一个凹槽朝向所述壳体的内部开口，两个所述凹槽中的另一个凹槽朝向所述壳体的外部开口。

5.如权利要求1所述的流体压力传感器封装体，其中

所述凸缘成形为具有与所述壳体的顶部开口相符的圆形外周。

6.一种流体压力传感器封装体，包括：

密封的壳体(20)；

传感器芯片(40)，其容置在所述壳体中以感测引入到所述壳体中的流体的压力，所述传感器芯片由半导体衬底形成并具有膜片(42)和感测元件；

取样管(80)，其自所述壳体延伸并具有流体通道(84)，所述流体通道用于将流体引入至与所述膜片接触；

其中所述壳体形成为具有底壁(21)和侧壁(26)，所述侧壁自所述底壁的周边延伸以在所述壳体的上端限定一顶部开口(28)，在所述侧壁的内表面上形成有阶梯状肩部(27)，并且

在所述取样管的一个端部形成有凸缘(82)，所述凸缘配合到所述壳体的所述顶部开口中，并位于所述阶梯状肩部上，

所述凸缘通过密封件(88)密封地结合在所述壳体的侧壁上，并且

其中所述壳体包括IC模块(50)，所述IC模块用于对所述传感器芯片的输出进行处理并产生表示流体压力的信号；

所述IC模块和所述传感器芯片沿着所述壳体的第一维方向并排设置在所述底壁上，

所述壳体设有多个端子(71-78)，所述端子相对于所述第一维方向设置在所述壳体的相对侧上，并且通过部分埋入所述底壁中的各个引线(61-68)电连接到所述IC模块上，

与所述传感器芯片相邻设置的所述端子(71-73)中的至少两个端子通过平行的引线(61-63)电连接到所述IC模块上，所述平行的引线彼此平行地经过所述传感器芯片的旁边，

所述底壁设有凹槽(24)，所述凹槽使得所述平行的引线之间以间隔恒定距离的方式彼此绝缘。

7.如权利要求6所述的流体压力传感器封装体，其中

所述凸缘成形为具有与所述壳体的顶部开口相符的圆形外周。

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