CN102589791B - 具有低成本封装的压力传感器 - Google Patents

Abstract

公开了一种压力传感器（10,110），可包括最小量的流质耦合封装。在一个说明性的实施例中，压力传感器组件（10,110）可包括具有前侧（14,114）和后侧（16,116）的压力感测管芯（12,112），以及压力感测隔膜（18,118）。所述压力传感器组件（10,110）可进一步包括具有安装侧（22,122）和感测侧（24,124）的外壳（20,120）。所述感测侧可限定压力端口（26,126）。所述压力感测管芯（12,112）可固定到所述外壳（20,120）使得所述压力感测隔膜（18,118）暴露给所述压力端口（26,126），并使得所述压力感测管芯（12,112）的前侧（14,114）可从所述外壳（20,120）的外侧接入。

Description

具有低成本封装的压力传感器

技术领域

当前公开一般地涉及压力传感器，并且更特别的，涉及具有低成本封装的压力传感器。

背景技术

压力传感器在广泛的各种应用中被使用，例如包括：商业、自动化、航天、工业、以及医疗应用。在许多应用中，压力传感器可通过通常形成在压力感测管芯上的感测元件检测压力，感测元件将由引入的压力所引起的机械应力转换为电输出信号。在这些应用的某些中，可能希望的是尽可能地降低压力传感器的成本。

发明内容

本公开一般地涉及压力传感器，并且更特别的，涉及用于感测例如气体或液体的介质的压力的压力传感器。在一个说明性的实施例中，压力传感器组件可包括具有前侧和后侧的压力感测管芯。压力传感器组件可进一步包括压力感测隔膜，该压力感测隔膜具有一个或多个与该压力感测隔膜相结合的压阻元件，用于感测在压力感测隔膜中压力引起的应力。两个或更多电焊盘可放置在压力传感器管芯的前侧上，并且两个或更多电焊盘中的每一个与一个或多个压阻元件电耦合。压力传感器组件可进一步包括具有安装侧和感测侧的外壳。该感测侧可限定压力端口。压力传感器管芯可固定到外壳使得压力传感器管芯的后侧面向外壳的感测侧，并且压力感测隔膜被暴露给压力端口。当如此固定时，压力感测管芯的前侧可接近外壳的安装侧而放置，并且可从外壳的外侧接入压力感测管芯的两个或多个电焊盘。在某些实例中，压力端口可包括延长的压力端口。

提供了前述的概要是为了方便总的理解当前公开的某些创新特征，并且不是为了作为完整的描述。本公开的完整理解可通过将完整的说明书、权利要求、附图和摘要作为整体来得到。

附图说明

本公开可通过结合附图考虑各个说明性实施例的随后描述而被更完整地理解，其中：图1为说明性的压力传感器的分解透视顶视图；

图2为图1的说明性的压力传感器的分解透视底视图；

图3为图1和图2的说明性的压力传感器的透视图；

图4为另一个说明性的压力传感器的分解透视顶视图；

图5为图4的说明性的压力传感器的分解透视底视图；以及

图6为图4和图5的说明性的压力传感器的透视图。

虽然本公开服从于各种修改和可替换形式，但其细节已经以附图中实例的方式示出并将详细描述。不过，应该理解的是，不试图将公开限制于在此描述的特定的说明性实施例。相反，则试图将覆盖所有落入本公开精神和范围内的修改、等同和替换。

具体实施方式

应当参考附图理解以下描述，其中在不同附图中的相似元件采用相同的编号。说明书和不必要进行缩放的附图描绘了说明性实施例并且不是为了限制公开的范围。描绘的说明性实施例仅是为了作为示范。任何说明性实施例的所选特征可被合并在附加的实施例中，除非明确指定为相反的情况。

如在此使用的术语“流质”不是为了限制为液体介质。相反，术语“流质”被认为是包含任何易于流动的物质，例如但不限于，液体和/或气体。

图1是说明性的压力传感器组件10的分解透视顶视图。该压力传感器组件10可包括配置为在压力感测管芯12和客户应用之间提供流质连通的端口外壳20。该外壳20可由塑料、聚酰胺、陶瓷、金属、或任何其它适合材料形成。虽然外壳20图示为具有大致正方形的外形，所想到的是，外壳20可具有任何期望的形状。外壳20可包括顶侧23和底侧25（在图2中更好地示出）。在某些实例中，外壳20可包括从顶侧23延伸至底侧25的压力端口26。该压力端口26可配置为允许在应用和压力传感器组件10的压力感测管芯之间的流质连通。虽然压力端口26图示为包括圆形孔，所想到的是，该压力端口26可如期望地适于包括各种接口选择和连接。例如，所想到的是，压力端口26可如期望地包括任何外形或尺寸，通常取决于手边的特定应用。进一步需所想到的是，在某些实施例中，外壳20可不包括端口26。当如此提供时，外壳20连同压力感测管芯的后侧可形成用于容纳参考压力的封闭空腔。

在一个说明性的实施例中，压力感测管芯12可以是利用硅片和适合的制造技术所制造的微机械传感器元件。压力感测管芯12可包括一个或多个压力感测元件和/或利用适当的制造或印刷技术形成的其它电路（例如配平电路、信号调节电路等）。在某些情况下，压力感测管芯12可包括压力感测隔膜18，该压力感测隔膜18包括在其上形成的一个或多个感测元件，例如压阻感测部件，用于感测挠曲并以此感测压力感测隔膜18的顶和底侧之间的压力差异。压敏电阻可以这样的方式配置使得它们的电阻响应于压力感测隔膜18的挠曲而变化。在某些实例中，压力感测隔膜18可包括构建在微机械加工的硅隔膜结构中的压阻式惠斯通电桥。因此，当布置压力传感器组件10以使得压力端口26与流质介质处于流质连通时，压力传感器组件10的压力输出可对应于压敏电阻的电阻值的变化。

在某些实施例中，压力感测隔膜18可通过后侧蚀刻硅管芯来制造，不过，可如期望地使用任何适合的工艺。压力感测管芯12可包括后侧16和相对的前侧14（在图2中更好地示出）。感测管芯12的后侧16可利用粘合剂、密封、垫片、或任何其它适合的接合或密封机制32（例如焊接、共熔等）接合到外壳20。在某些实例中，压力感测管芯12可利用应力隔离粘合剂附着到外壳20，应力隔离粘合剂例如但不限于室温硫化（RTV）硅橡胶粘合剂。密封32可配置为将感测管芯12附着到外壳20，同时允许压力感测隔膜18暴露给由外壳20所限定的压力端口26。

图2示出了图1的说明性的压力传感器10的分解透视底视图。可以看出，外壳20的底侧25可包括安装侧表面22和感测侧表面24。如所示的，安装侧22通过一个或多个横侧壁28与感测侧22连接但向后隔开。在某些实施例中，安装侧22可限定开口使得感测侧24和侧壁28一起限定压力感测管芯空腔34。在某些实施例中，压力感测管芯12可安装在管芯空腔34内使得压力感测管芯12的后侧16面向和/或附着到外壳20的感测侧24的内表面。外壳20的感测侧24可限定包括压力端口26的壁，以使得当压力感测管芯12安装在管芯空腔34内时，压力端口26与压力感测隔膜18处于流质连通。在外壳20的感测侧24和压力感测管芯12的后侧16之间可布置密封32、粘合剂层、垫片、或其它密封机制以在管芯空腔34内固定管芯12。当压力感测管芯12固定在外壳的管芯空腔34之内时，可接近（在之下或之上）外壳20的安装侧22放置压力感测管芯12的前侧14。

压力感测管芯12可包括布置在管芯12的前侧14上的一个或多个电焊盘30。可如此布置电焊盘30以使得焊盘30可从外壳20的外侧接入。在某些实例中，电焊盘30可与压力感测隔膜18的一个或多个感测元件电连接。在某些实施例中，压力感测管芯12可包括四个电焊盘30，每个与包括感测压敏电阻的惠斯通电桥的四个连接点之一相连接。不过，所想到的是，压力感测管芯12可如期望地包括任何数量的电焊盘30。在某些实施例中，电焊盘30可以是0.7毫米乘0.3毫米，或任何其它适合的尺寸。这可使用户容易地使用例如焊膏溶液将压力感测组件10直接安装在印刷电路板（PCB）或其它接口或基板上。在另一个说明性实施例中，电焊盘30可以是相对小的，在其上附着有隆起焊盘使得压力传感器10可连接到PCB的特别接口。在某些情况下，电焊盘30可经过外壳20的安装侧22向外延伸，但这不是必需的。

图3为组合的图2的压力传感器10的透视图。可以看出，压力感测管芯12可被定尺寸和定形状以大致对应于外壳20的压力感测管芯空腔34的尺寸和形状。当组装时，在某些实例中，压力感测管芯12的前侧14可接近外壳20的安装侧22或大致在其附近被放置。不过，所想到的是，在某些实施例中，压力感测管芯12的前侧14可凹入管芯空腔34内或可超出外壳20的安装侧22向外延伸。可如此放置压力感测管芯12以使得电焊盘30被暴露，并在某些情况下，适合于直接焊接在PCB或其它基板上的对应焊盘上。虽然未在图3中描绘性示出，但压力感测管芯12可放置在管芯空腔34内使得压力感测隔膜18与压力接口26处于流质连通。当如此放置时，压力感测隔膜18可自由弯曲使得一个或多个压力感测元件可感测挠曲并因此感测压力感测隔膜18的顶和底侧之间的压力差异。

图4为另一个说明性的压力传感器组件110的分解透视顶视图。该压力传感器组件110可包括配置为在压力感测管芯112和客户应用之间提供流质连通的端口外壳120。该外壳120可由塑料、聚酰胺、陶瓷、金属、或任何其它适合材料形成。虽然外壳120图示为具有大致正方形的外形，所想到的是，外壳120可具有任何期望的外形。外壳120可包括顶侧123和底侧125（在图5中更好地示出）。在某些实例中，外壳120可包括从顶侧123延伸至底侧125的压力端口126。该压力端口126可配置允许在应用和压力传感器组件110的压力感测管芯之间的流质连通。

在某些实例中，压力接口126可是延长结构136。例如，延长结构136可以是从外壳120的顶侧123远离延伸的大致管状的构件。所想到的是，压力端口126可包括各种接口选择和连接。例如，延长结构136可包括肘状物，或可呈现任何其它期望的构造或外形。进一步所想到的是，压力端口126可包括带螺纹或带刺的区域以方便连接到设备。进一步所想到的是，在某些实施例中，外壳120可以根本不包括如以上描述的端口126。

在一个说明性实施例中，压力感测管芯112可以是利用硅片和适合的制造技术所制造的微机械传感器元件。压力感测管芯112可包括一个或多个压力感测元件和/或利用适当的制造或印刷技术形成的其它电路（例如配平电路、信号调节电路等）。在某些情况下，压力感测管芯112可包括压力感测隔膜118，该压力感测隔膜118包括在其上形成的一个或多个感测元件，例如压阻感测部件，用于感测挠曲并以此感测压力感测隔膜118的顶和底侧之间的压力差异。压敏电阻可以这样的方式配置使得它们的电阻响应于压力感测隔膜118的挠曲而变化。在某些实例中，压力感测隔膜118可包括构建在微机械加工的硅隔膜结构中的压阻式惠斯通电桥。因此，当如此布置压力传感器组件110以使得压力端口126与流质介质处于流质连通时，压力传感器组件110的压力输出可对应于压敏电阻的电阻值的变化。

在某些实施例中，压力感测隔膜118可通过后侧蚀刻硅管芯来制造，不过，所想到的是，可如期望地使用任何适合的工序。压力感测管芯112可包括后侧116和相对的前侧114。感测管芯112的后侧116可利用粘合剂、垫片、密封、或任何其它适合的接合或密封机制132（例如焊接、共熔等）接合到外壳120。在某些实例中，压力感测管芯112可利用应力隔离粘合剂附着到外壳120上，应力隔离粘合剂例如但不限于室温硫化（RTV）硅橡胶粘合剂。密封132可配置为将感测管芯112附着到外壳120，同时允许压力感测隔膜118暴露给由外壳120所限定的压力端口126。

图5示出了图4的说明性的压力传感器110的分解透视底视图。外壳120的底侧125可包括安装侧表面122和感测侧表面124。安装侧122通过一个或多个横侧壁28与感测侧22连接并隔开一段距离。在某些实施例中，安装侧122可限定开口使得感测侧124和侧壁128限定压力感测管芯空腔134。在某些实施例中，压力感测管芯112可安装在管芯空腔134内使得管芯112的后侧116面向和/或附着到外壳120的感测侧124的内表面。外壳120的感测侧124可限定包括压力端口126的壁以使得当压力感测管芯112安装在管芯空腔134内时，压力端口126与压力感测隔膜118处于流质连通。可在外壳120的感测侧124和压力感测管芯112的后侧116之间布置密封132、垫片和/或粘合剂层以在管芯空腔134内固定管芯112。当压力感测管芯112固定在外壳的管芯空腔134之内时，可接近（在之下或之上）外壳120的安装侧122放置压力感测管芯112的前侧114。

压力感测管芯112可包括布置在管芯112的前侧114上的一个或多个电焊盘130。可放置电焊盘130使得焊盘130可从外壳120的外侧接入。电焊盘130可与压力感测隔膜118的一个或多个感测元件电耦合。在某些实施例中，压力感测管芯112可包括四个电焊盘130，每个与包括感测压敏电阻的惠斯通电桥的四个连接点之一相连接。不过，所想到的是，压力感测管芯112可如期望地包括任何数量的电焊盘130。在某些实施例中，电焊盘130可以是0.7毫米乘0.3毫米，或任何其它适合的尺寸。这可允许用户使用例如焊膏溶液将压力感测组件110直接安装在印刷电路板（PCB）或其它接口或基板上。在另一个说明性实施例中，电焊盘130可以是相对小的，在其上附着有隆起焊盘使得压力传感器110可连接到PCB的特别接口。在某些情况下，电焊盘130可经过外壳120的安装侧122向外延伸，但这不是必需的。

图6为组合的图5的压力传感器110的透视图。可以看出，压力感测管芯112可被定尺寸和定形状以大致对应于压力感测管芯空腔134的尺寸和形状。当组装时，在某些实例中，压力感测管芯112的前侧114可接近外壳120的安装侧122或大致在其附近放置。不过，所想到的是，在某些实施例中，压力感测管芯112的前侧114可凹入管芯空腔134内或可超出外壳120的安装侧122向外延伸。可如此放置压力感测管芯112使得电焊盘130被暴露并适合于直接焊接到PCB或其它基板上的对应焊盘。虽然未在图6中明确示出，但压力感测管芯112可放置在管芯空腔134内使得压力感测隔膜118与压力接口126处于流质连通。当如此放置时，压力感测隔膜118可自由弯曲使得一个或多个压力感测元件可感测挠曲并因此感测压力感测隔膜118的顶和底侧之间的压力差异。

本领域技术人员将认识到本公开可以通过除了在此所描述和想到的特定实施例之外的各种形式来表明。因此，可在不偏离当前公开的范围和精神的情况下，在形式和细节上产生偏离。

Claims (10)

1.一种压力传感器组件（10,110），包括：

压力端口外壳（20，120），包括感测侧（24,124）和安装侧（22,122），其中所述感测侧（24,124）包括穿过所述外壳（20,120）的所述感测侧（24,124）延伸的压力端口（26,126）；

所述压力端口外壳（20,120）进一步包括压力感测管芯空腔（34,134）；

压力感测管芯（12,112），具有第一侧（16,116）和相对的第二侧（14,114），所述压力感测管芯（12,112）位于所述压力感测管芯空腔（34,134）中并且其的所述第一侧（16,116）固定到所述压力端口外壳（20,120）的所述感测侧（24,124），所述压力感测管芯（12,112）具有暴露给所述压力端口（26,126）的压力感测隔膜（18,118），所述压力感测管芯（12,112）进一步包括在所述第二侧（14,114）上的两个或更多电焊盘；以及

所述压力感测管芯（12,112）的所述第二侧（14,114）背对所述压力端口外壳（20,120）的所述感测侧（24,124）并朝向所述安装侧（22,122），并且所述压力感测管芯（12,112）的两个或更多电焊盘（130）经过外壳（20,120）的安装侧(22, 122)向外延伸并且可从所述外壳（20,120）的外侧接入，使得所述两个或更多电焊盘（30，130）能电学地和物理地直接连接到另一个基板上的两个或更多对应的焊盘。

2.根据权利要求1所述的压力传感器组件（10,110），进一步包括在所述压力感测管芯（12,112）的所述第一侧（16,116）和所述外壳（120）之间的密封（32,132），其中所述密封（32,132）被配置为将所述压力感测管芯（12,112）的压力感测隔膜（18,118）暴露给由所述外壳（120）的所述感测侧（24,124）限定的所述压力端口（26,126）。

3.根据权利要求1所述的压力传感器组件（10,110），其中所述压力感测管芯（12,112）通过粘合剂（32，132）固定到所述外壳（20,120）。

4.根据权利要求3所述的压力传感器组件（10,110），其中所述粘合剂（32，132）为应力隔离粘合剂。

5.根据权利要求4所述的压力传感器组件（10,110），其中所述粘合剂（32，132）为室温硫化（RTV）硅橡胶粘合剂。

6.根据权利要求1所述的压力传感器组件（10,110），其中所述压力端口（26,126）是从接近所述压力感测管芯（12,112）的所述第一侧（16,116）延伸并远离所述压力感测管芯（12, 112）的延长压力端口（26,126）。

7.根据权利要求6所述的压力传感器组件（10,110），其中至少一部分所述延长压力端口（26,126）的形状为管状。

8.根据权利要求1所述的压力传感器组件（10,110），其中所述外壳（20,120）的所述安装侧（22,122）打开以允许所述压力感测管芯（12,112）被插入并固定到所述外壳（20,120）的内表面。

9.根据权利要求8所述的压力传感器组件（10,110），其中所述压力感测管芯（12,112）被固定到所述外壳（20,120）的所述感测侧的内表面。

10.根据权利要求8所述的压力传感器组件（10,110），其中：

所述外壳（20,120）包括从所述外壳（20,120）的所述感测侧延伸到所述安装侧的侧壁（128）。