CN101657709A - 压力传感器方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种压力传感器设备和成形所述压力传感器设备的方法。提供一种包括顶侧和底侧的基板201(例如印刷电路板)。压力换能器(243)可被直接结合到基板(201)的顶侧上，其中所述基板包括形成电镀通孔(553)的基板壁，所述通孔允许被感测到的介质通过从而与压力换能器(243)的背面接触。此后，带有一体端口(551)的金属支座(504)被结合到基板(201)的底侧上，由此形成采用板上芯片封装工艺的压力传感器(500)，这样就消除了进行电镀或涂覆从而允许压力换能器(243)与金属支座(504)之间粘附的需求。压力换能器例如可包括硅或者结合到玻璃上的硅。金属支座可设有与阀门例如施克拉德阀紧密配合的功能部件。

Description

压力传感器方法和设备

相关专利申请的交叉引用

本专利申请要求于2007年4月13日提交的美国临时专利申请No.60/911,554的优先权，所述美国临时专利申请在此作为参考而被整体引用。

技术领域

本发明的实施例主要涉及压力传感器和压力换能器。本发明的实施例还涉及采用板上芯片封装工艺(chip-on-board)的部件和构型。本发明的实施例进一步涉及采用板上芯片封装工艺的压力传感器组件。

背景技术

在压力感测领域中已经使用了多种工艺和装置。压力传感器通常被使用和配置在需要对压力变化进行监测和响应于压力变化的地方。压力传感器一般用在汽车、航空航天、商业、工业以及消耗装置等多种应用场合中。

迫切需要这样的运行环境，在所述运行环境中，要求压力传感器在这些应用场合中以高精度和再现性运行。极端热状态例如包括范围从160C到-55C的热冲击、暴露于苛刻的和/或导电介质中、在不改变校准的情况下耐受较高的超压(耐压)循环、以及经受住高峰值压力(破裂压力)从而防止系统不发生潜在地灾难性泄漏。

对于依靠使用包括设置在经过蚀刻的硅隔膜上面的压阻硅的压力换能器(或感测元件)的压力传感器而言，用于在这样的环境中运行的最具有成本效率的解决方案是采用所谓的“背面”感测。利用这种布置，仅传感器中暴露于所述介质中的零件是压力换能器的电隔离的阴模侧，使用粘结剂将换能器压模结合到基板上面且最后基板自身结合。

图1-4示出了现有技术压力传感器设备构型的实例。图1示出了现有技术的采用板上芯片封装工艺直接装配的压力传感器设备100的剖视图。图1所示的构型大体上包括借助于压模附接粘结剂104附接到印刷电路板(PCB)基板106上面的压力换能器/压模102。在图1所示的构型中还示出了多条接合线110。压力传感器设备100的底部部分包括壳体108。另外还包括顶盖105或保护部分。图1所示的构型主要用于图示背景技术且仅用于启发目的且不被视为是所披露实施例的限制性特征。

图2示出了另一现有技术传感器设备200的侧剖视图。图3示出了现有技术传感器系统400的一部分，其中传感器设备200可得以实施，同时图4示出了具有现有技术传感器设备200的传感器系统400的放大视图。作为对比，图2-4示出了在下文中得到更详细描述的经过改进的传感器设备500。请注意在图2-4中，大体上采用相同的附图标号表示相同或相似的零件或元件。现有技术传感器设备通常包括与一条或多条接合线204、255和257相关联的印刷电路板(PCB)201。电子部件212能够经由接合线255和257与印刷电路板201相连通。类似地，电子部件243能够经由接合线204与印刷电路板201相连通。

粘合剂或胶粘剂209通常用以相对于印刷电路板201而言保持接触夹202。胶粘剂208还可用以将部件243保持在支座204上面。另外，盖或壳体203环绕部件243和212。粘合剂可用以将部件212保持在印刷电路板201上面。压力传感器设备200包括支座204，在所述支座204内设置且配置有端口251。如图3所示，支座204可由刚性材料207制成，所述刚性材料优选为金属例如铝，从而确保支座204是刚性的。图4中的截面402大体上构成了接头而区域404中可包括螺纹。区域207和402一起可构成阀门例如施克拉德阀(Schrader valve)。图2-4的现有技术构型中所示出的端口251朝向支座204的区域261进行延伸并且延伸进入到支座204的区域261中。区域261因此延伸通过印刷电路板201的剖面，从而提供有限区域用于实现部件的附接。

图1-4中所示出的现有技术构型所存在的一个问题在于：这样的设计需要在前面所述的状态下可靠地进行操作并且使用具有高强度和耐化学性的附接材料。将应力敏感压模(例如压力换能器)刚性装配到例如印刷电路板上面可能会引入较大的组件应力，其中压模与印刷电路板之间的热膨胀系数明显不匹配，这样就可能会产生输出误差、无再现性且潜在的机械损伤。

已公知的压力传感器设计包括使用借助于粘合剂或环氧树脂装配到金属支座上面的Si压阻压模。这种金属支座不仅用作基板或基座，而且当被组装在最终产品设计中时还用于例如与汽车HVAC系统中的施克拉德阀紧密配合。这些金属支座典型地由已公知对于氧而言具有较强亲合性且在暴露于开放环境中时快速形成氧化物且不利地影响粘附效果的铝制成。其它情况下，必须实施电镀或涂覆从而允许硅压模与金属支座之间粘附在一起。本技术领域的普通电镀使用铬并且该材料在许多国家包括欧洲是禁止使用的。从电镀工艺中除去这种材料并没有考虑到感测压模与支座之间的较强结合的问题。因此，为了克服这一问题，我们相信解决方案存在于经过改进的压力传感器方法和系统的实施过程中，在本文中对此进行了更加详细地披露。

发明内容

下面的总结用于有利于理解对于所披露实施例而言独特的一些创新特征，而不是旨在进行完全地描述。可以通过阅读整个说明书、权利要求书、附图以及摘要从而获得对所述实施例的多个方面的全面了解。

因此，本发明的一个方面在于提供一种经过改进的压力传感器设备和成形所述压力传感器设备的方法。

本发明的另一个方面在于提供一种用于采用板上芯片封装工艺的压力传感器的经过改进的组件。

如下面所述，现在可实现前述方面和其它目的和优点。本发明披露了一种压力传感器设备和成形所述压力传感器设备的方法。提供一种包括顶侧和底侧的基板(例如印刷电路板)。压力换能器可被直接结合到基板的顶侧上，其中所述基板包括形成电镀通孔的基板壁，所述通孔允许被感测到的介质通过从而与压力换能器的背面接触。此后，带有一体端口的金属支座被结合到基板的底侧上，由此形成采用板上芯片封装工艺的压力传感器，其中消除了进行电镀或涂覆从而允许压力换能器与金属支座之间粘附的需求。压力换能器例如可包括硅。金属支座可设有与阀门例如施克拉德阀紧密配合的功能部件。压力换能器优选主要由硅(例如硅零件)配置而成，所述压力换能器能够可选地结合到玻璃上面从而为压力传感器设备提供一些组件应力隔离。

附图说明

下面对构成本说明书一部分的附图进行说明，在各个附图中使用相似的附图标号表示相同或功能相似的元件。附图中进一步示出了本发明的实施例，与下面的详细说明在一起对所披露的实施例进行解释说明。

图1示出了现有技术的采用板上芯片封装工艺直接装配的方法和系统的剖视图；

图2示出了另一现有技术的压力传感器设备的侧剖视图；

图3示出了现有技术压力传感器系统的一部分，其中图2所示压力传感器设备可得以实施；

图4示出了图3所示压力传感器系统的放大视图；

图5示出了根据另一优选实施例可实施的经过改进的压力传感器设备的结合侧的视图；和

图6示出了根据一个优选实施例的图5所示的经过改进的压力传感器设备的侧剖视图。

具体实施方式

在这些非限制性实例中所讨论的特定值和构型可发生改变且被引用仅用于图示至少一个实施例且不是旨在限制本发明的保护范围。

下面参见附图，特别是参见图5，图中示出了根据一个优选实施例可实施的压力传感器设备500的结合侧的视图。另外，图6示出了根据一个优选实施例的图5所示的压力传感器设备500的侧剖视图。注意到在图5和图6中使用相同的附图标号表示相同或相似的零件或元件。另外，图5和图6示出了在图2-4现有技术视图中同样示出的部件。然而可意识到：图5和图6示出了这些部件用以展示改进之处和压力传感器设备500与现有技术设备200之间的差别。

图5和图6所示出的压力传感器设备500通常包括成形在基板201上面的一个或多个压力换能器243，所述基板例如可以是印刷电路板(PCB)基板。所述压力传感器设备500还包括与粘合剂209和胶粘剂208相关联的接触夹202。盖203也可以被设置为压力传感器设备500的一部分。电气部件212和压力换能器243一般被附接到基板201上面。另外，一个或多个电气部件211(例如ASIC)可被设置在与压力换能器243和电气部件212相关联的基板201上面。注意到：所述电气部件212也可以是ASIC或另一合适的电气部件。

还可以设置一条或多条与基板201和压力换能器243相连的接合线204。所述压力传感器设备500还包括被构造用以在其内包括端口551的金属支座504。注意到：压力换能器243优选主要由硅(例如硅零件)构造而成，所述压力换能器能够可选地结合到玻璃上面从而为压力传感器设备500提供一些组件应力隔离。在如图6所示出的构型中，金属支座504在基板201处截止而不是延伸穿过基板，如前面所述的现有技术压力传感器设备200的情况一样。端口551可与另一间隙或通孔553相连通，而金属支座504自身不包括这样的区域，所述区域例如是相对于如图2中所示的现有技术压力传感器设备200的前面所述的区域。经过改进的压力传感器设备500代表了相对于图2所示现有技术构型而言的改进，这是因为更加易于保持金属支座504与基板201的结合或密封且不需要使用涂层。注意到：在图6中，线555将印刷电路板201与金属支座504区分开。

压力传感器设备500是基于板上芯片封装工艺的，从而免去了将压力换能器243结合到金属支座504上面的已公知工艺。压力传感器设备500基于这样一种设计，其中压力换能器243直接结合到带有电镀通孔553的基板201(例如印刷电路板)的顶侧上面，所述通孔允许感测到的介质通过从而接触压力换能器243的背面。注意到：根据具体设计考虑因素，压力换能器243例如可由硅或硅和玻璃形成。金属支座504被构造具有一体端口251。然后，金属支座504被结合到印刷电路板或基板201的底侧上面。

应该意识到：上面所披露的多种变型与其它特征和功能或者其它可选方式可根据需要结合到许多其它系统或应用中。同样，在由本发明权利要求书限定的保护范围内，本领域的技术人员可作出多种当前未预见到的或未预期到的其它可选方式、变型、改变或改进。

Claims (10)

1、一种构造采用板上芯片封装工艺的压力传感器的方法，所述方法包括以下步骤：

提供具有顶侧和底侧的基板；

将压力换能器直接结合到所述基板的所述顶侧上，其中所述基板包括形成电镀通孔的基板壁，所述通孔允许被感测到的介质通过从而与所述压力换能器的背面接触；

此后，将金属支座结合到所述基板的所述底侧上，由此形成采用板上芯片封装工艺的压力传感器，这样就消除了进行电镀或涂覆从而允许所述压力换能器与所述金属支座之间粘附的需求。

2、根据权利要求1所述的方法，其中所述基板包括印刷电路板(PCB)。

3、根据权利要求1所述的方法，进一步包括主要由硅构造所述压力换能器。

4、根据权利要求3所述的方法，进一步包括将所述压力换能器可选地结合到玻璃上面从而为压力换能器提供组件应力隔离。

5、根据权利要求1所述的方法，进一步包括构造所述金属支座以包括与阀门紧密配合的功能部件。

6、根据权利要求1所述的方法，其中所述金属支座包含铝。

7、根据权利要求1所述的方法，其中所述金属支座包括在其内成形的一体端口。

8、一种采用板上芯片封装工艺的压力传感器设备，所述压力传感器设备包括：

具有顶侧和底侧的基板；

被直接结合到所述基板的所述顶侧上的压力换能器，其中所述基板包括形成电镀通孔的基板壁，所述通孔允许被感测到的介质通过从而与所述压力换能器的背面接触；

将金属支座结合到所述基板的所述底侧上，由此形成所述采用板上芯片封装工艺的压力传感器设备，这样就消除了进行电镀或涂覆从而允许所述压力换能器与所述金属支座之间粘附的需求。

9、一种采用板上芯片封装工艺的压力传感器设备，所述压力传感器设备包括：

具有顶侧和底侧的印刷电路板；

被直接结合到所述印刷电路板的所述顶侧上的压力换能器，其中所述印刷电路板包括形成电镀通孔的印刷电路板壁，所述通孔允许被感测到的介质通过从而与所述压力换能器的背面接触；

利用一体端口将金属支座结合到所述印刷电路板的所述底侧上，由此形成所述采用板上芯片封装工艺的压力传感器设备，这样就消除了进行电镀或涂覆从而允许所述压力换能器与所述金属支座之间粘附的需求。

10、根据权利要求8所述的设备，其中所述压力换能器主要由硅构造而成并且所述压力换能器可选地结合到玻璃上面从而为压力换能器提供组件应力隔离。

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