CN102815174A - 压力传感器、汽车轮胎压力监测系统和压力传感器制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体技术，特别涉及一种用于检测汽车轮胎压力的压力传感器及其制造方法。按照本发明的实施例，压力传感器包含：支架；设置在所述支架上的芯片，其具有能够感测压力并产生对应于感测的压力的电信号的表面；设置在所述支架周围的引线脚，其与所述芯片耦合以使所述电信号输出至所述芯片外部的电路，其中，进一步包括覆盖所述表面的胶水保护层。按照本发明的实施例，通过在压力传感器的压力感测表面上涂覆胶水保护层即可达到保护目的，因此无需对压力传感器的结构作大的实质性改变，这降低了制造成本。另外由于覆盖胶水保护层可以采用已有工艺技术，因此进一步降低了成本。

Description

压力传感器、汽车轮胎压力监测系统和压力传感器制造方法
技术领域
本发明涉及半导体技术，特别涉及一种用于检测汽车轮胎压力的压力传感器及其制造方法。
背景技术
轮胎故障是突发性交通事故发生的重要原因。根据美国汽车工程师学会的调查，在美国每年有26万起交通事故是由于轮胎气压低或渗漏造成的，另外，每年75％的轮胎故障是由于轮胎渗漏或充气不足引起的。因此如何使车胎气压在苛刻恶劣的工况下保持足够的压力以及如何及时发现车胎漏气是防止爆胎和汽车安全行驶的关键，其中，行进中的胎压检测尤为重要。
图1为一种典型的压力传感器的示意图。如图1所示，该传感器100包括岛状结构或支架110、安装在支架110上的芯片120以及位于支架周围的引线脚130，其中芯片120上的电路通过导线140(例如金丝)与引脚线130电连接。相对于其它用途的集成电路芯片，压力传感器的钝化层较薄，并且由于感测压力的区域或表面需要直接与外部环境接触，因此无法用塑封料保护。对此，常用的方法是使用金属盖来保护芯片表面以及金丝，但是这种方法的缺点是产品在后期使用中将会出现很多可靠性问题，从而造成最终的电性能失效。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种压力传感器，其在有效保护感测压力的表面免遭外部环境影响的同时，保证压力测量有足够的灵敏度。
本发明的上述目的通过下列技术方案实现：
一种压力传感器，包含：
支架；
设置在所述支架上的芯片，设置在所述支架上的芯片，其具有能够感测压力并产生对应于感测的压力的电信号的表面；
设置在所述支架周围的引线脚，其与所述芯片耦合以使所述电信号输出至所述压力传感器外部的电路，
其特征在于，进一步包括覆盖所述表面的胶水保护层。
优选地，在上述压力传感器中，所述表面为应力薄膜，其上形成4只应变电阻以构成惠斯顿电桥。
优选地，在上述压力传感器中，所述芯片与所述引线脚通过导线连接，并且所述导线与所述芯片的接触部分被所述胶水保护层覆盖。
优选地，在上述压力传感器中，所述胶水保护层是电绝缘的。
优选地，在上述压力传感器中，所述胶水保护层的触变指数基本上大于4，并且厚度基本上在50-150微米的范围。
本发明的另一个目的是提供一种轮胎压力监测系统，其具有高的可靠性和检测灵敏度。
本发明的上述目的通过下列技术方案实现：
一种轮胎压力监测系统，包含：
压力传感器组件，其适于安装在轮胎内部，包含：
如上所述的压力传感器；
与所述压力传感器的引线脚耦合的微控制器，适于将所述压
力传感器输出的电信号封装为无线帧；以及
与所述微控制器耦合的无线发射装置，适于发送所述无线
帧；
中央接收器，适于接收所述无线发射装置发射的无线帧。
本发明的还有一个目的是提供一种压力传感器的制造方法，其能够制造出具有高可靠性和检测灵敏度的压力传感器。
本发明的上述目的通过下列技术方案实现：
一种压力传感器的制造方法，其特征在于，包括下列步骤：
在支架上安装芯片，所述芯片具有能够感测压力并产生对应于感测的压力的电信号的表面；
使所述芯片与引线脚通过导线连接；以及
用点胶机在所述表面涂覆胶水保护层。
优选地，在上述制造方法中，其中，所述点胶机包含针头和在所述针头端部设置的多个高度不等的针嘴，其中，靠近中心位置的针嘴的高度低于位于外围区域的针嘴的高度。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
按照本发明的实施例，通过在压力传感器的压力感测表面上涂覆胶水保护层即可达到保护目的，因此无需对压力传感器的结构作大的实质性改变，这降低了制造成本。另外由于覆盖胶水保护层可以采用已有工艺技术，因此进一步降低了成本。
从结合附图的以下详细说明中，将会使本发明的上述和其它目的及优点更加完全清楚。
附图说明
图1为按照现有技术的压力传感器的示意图。
图2为按照本发明一个实施例的压力传感器的示意图。
图3为图2所示压力传感器的剖面示意图。
图4为按照本发明一个实施例的汽车轮胎压力监测系统的示意图。
图5为按照本发明一个实施例的压力传感器制造方法的工作流程图。
图6为按照本发明一个实施例的压力传感器制造方法的示意图。
图7为图6所示制造方法中所使用的点胶机的局部示意图。
具体实施方式
下面通过参考附图描述本发明的具体实施方式来阐述本发明。但是需要理解的是，这些具体实施方式仅仅是示例性的，对于本发明的精神和保护范围并无限制作用。
在本说明书中，“耦合”一词应当理解为包括在两个单元之间直接传送能量或信号的情形，或者经一个或多个第三单元间接传送能量或信号的情形，而且这里所称的信号包括但不限于以电、光和磁的形式存在的信号。另外，“包含”和“包括”之类的用语表示除了具有在说明书和权利要求书中有直接和明确表述的单元和步骤以外，本发明的技术方案也不排除具有未被直接或明确表述的其它单元和步骤的情形。
值得指出的是，出于示意清楚的需要，附图不一定按照所表示单元或部件的实际尺寸和相对比例绘制，因此附图尺寸和比例不构成对本发明的保护范围的限定。
压力传感器
图2为按照本发明一个实施例的压力传感器的示意图。
参见图2，该压力传感器200包含支架210、安装在支架220上的芯片220以及位于支架周围的引线脚230。在本实施例中，芯片220一般采用硅材料作为衬底，在衬底表面利用微机电系统(MEMS)技术形成力敏薄膜，该薄膜在压力下会产生变形，从而导致感测电路(例如由形成在薄膜区域的、被连接成惠斯顿测量电桥形式的应变电阻构成的电路)的电阻发生相应的变化，这样，通过测量感测电路产生的电压信号即可确定压力的大小。但是需要指出的是，本发明并不局限于在上述基于压阻式力敏原理的压力传感器上应用，本领域内的技术人员通过阅读本说明书中将会认识到，本发明也适合于其它类型的压力传感器(例如包括但不限于电容式压力传感器)。
在图2所示的实施例中，芯片220的感测电路通过导线240(例如金丝)与引脚线230电连接，从而将与所感测压力对应的电信号传送到芯片外部的电路，例如无线发射装置(未画出)。接着，该无线发射装置将电信号发送至汽车轮胎压力监测系统的中央接收器以作后续的处理。
在本实施例中，为了保护芯片220的力敏薄膜或感测压力的表面遭受外部空气和湿气的腐蚀而性能变坏，在该表面上覆盖一层胶水保护层250。值得指出的是，导线240与芯片220的接触部分或焊接部分一般位于感测压力的表面，因此胶水保护层250也覆盖住该接触部分。
图3为图2所示压力传感器的剖面示意图。由图3可见，芯片220例如通过粘合的方式被安装在支架210上，芯片220的表面连同导线240与芯片220的接触部分240a被胶水保护层250覆盖。
可以采用多种材料作为胶水保护层。材料的选择可能需要考虑多种因素，例如出于下面将要进一步描述的制造工艺方面的考虑，可以选择触变指数较大(例如大于4)的材料。另外，为了保护芯片和导线免遭损伤，可选用绝缘胶水。
为了既对感测压力的表面提供有效的保护，又能保证足够的检测灵敏度，优选方式下是将胶水保护层250的厚度设置在50-150微米的范围内。
汽车轮胎压力监测系统
图4为按照本发明一个实施例的汽车轮胎压力监测系统的示意图。
参见图4，汽车轮胎压力监测系统400包含安装在轮胎内部(例如胎壁上)的压力传感器组件410和位于轮胎外部的中央接收器420。
压力传感器组件410包括作为传感元件的压力传感器410A、微控制器410B和无线发射装置410C，其中，微控制器410B与压力传感器410A和无线发射装置410C耦合。在本实施例中，压力传感器410A例如可采用图2和3所示的结构，其对轮胎内的气压进行检测，该检测信号经引线脚输出至微控制器410B。微控制器410B将接收的电信号封装为无线帧并经无线发射装置410C发射。
中央接收器420将自无线发射装置410C接收的信号解封装以提取出轮胎压力的测量数据并提供给汽车电子控制系统。
压力传感器的制造方法
图5为按照本发明一个实施例的压力传感器制造方法的工作流程图。
如图5所示，首先在步骤510中，通过例如粘合方式将压力传感器芯片安装在支架上。该芯片表面已经利用微机电系统(MEMS)技术形成力敏薄膜和感测电路。
接着，在步骤520中，用导线(例如金丝)将芯片上的感测电路与引线脚连接起来。例如可以通过点焊方式将导线的两端固定在芯片和引线脚上。
随后在步骤530中，用点胶机在芯片表面涂覆胶水保护层。常用点胶机的工作原理为，压缩空气送入胶瓶，将胶压进与活塞室相连的进给管中，当活塞处于上冲程时，活塞室中填满胶，当活塞向下推进滴胶针头时，胶从针嘴压出，其中，滴出的胶量由活塞下冲的距离决定。在本实施例中，胶水经针嘴被压入到芯片的表面。图6为按照本发明一个实施例的压力传感器制造方法的示意图。由图可见，在涂覆时，点胶机610的针嘴设置于芯片220表面的上方，胶水620经针嘴到达表面后，将扩散开来以覆盖整个表面。在本实施例中，通过控制胶水量，可以使芯片220的表面连同导线240与芯片220的接触部分240a被所需厚度的胶水层覆盖。借助胶水自身的流动性以及胶水颗粒的尺寸，可以保证覆盖厚度的均匀一致。优选方式下，可选用触变指数大于4的胶水，这可以保证在停止注射后胶水不会从针嘴向下溢出以及在压力作用下点胶机能够均匀地点出所需要的胶水量。
图7为图6所示制造方法中所使用的点胶机的局部示意图。如图7所示，在本实施例中，点胶机的针头610a在其端部设置多个高度不等的针嘴610b，其中，靠近中心位置的针嘴的高度低于外围针嘴的高度，从而起到在点胶的同时保护芯片的目的。
由于可以在不背离本发明基本特征的精神下，以各种形式实施本发明，因此本实施方式是说明性的而不是限制性的，由于本发明的范围由所附权利要求定义，而不是由说明书定义，因此落入权利要求的边界和界限内的所有变化，或这种权利要求边界和界限的等同物因而被权利要求包涵。

Claims (11)

1.一种压力传感器，包含：
支架；
设置在所述支架上的芯片，其具有能够感测压力并产生对应于感测的压力的电信号的表面；
设置在所述支架周围的引线脚，其与所述芯片耦合以使所述电信号输出至所述芯片外部的电路，
其特征在于，进一步包括覆盖所述表面的胶水保护层。
2.如权利要求1所述的压力传感器，其中，所述表面为应力薄膜，其上形成4只应变电阻以构成惠斯顿电桥。
3.如权利要求1所述的压力传感器，其中，所述芯片与所述引线脚通过导线连接，并且所述导线与所述芯片的接触部分被所述胶水保护层覆盖。
4.如权利要求1所述的压力传感器，其中，所述胶水保护层是电绝缘的。
5.如权利要求1所述的压力传感器，其中，所述胶水保护层的触变指数基本上大于4，并且厚度基本上在50-150微米的范围。
6.一种轮胎压力监测系统，包含：
压力传感器组件，其适于安装在轮胎内部，包含：
如权利要求1-5中任意一项所述的压力传感器；
与所述压力传感器的引线脚耦合的微控制器，适于将所述压力传感器输出的电信号封装为无线帧；以及
与所述微控制器耦合的无线发射装置，适于发送所述无线帧；
中央接收器，适于接收所述无线发射装置发射的无线帧。
7.一种压力传感器的制造方法，其特征在于，包括下列步骤：
在支架上安装芯片，所述芯片具有能够感测压力并产生对应于感测的压力的电信号的表面；
使所述芯片与引线脚通过导线连接；以及
用点胶机在所述表面涂覆胶水保护层。
8.如权利要求7所述的制造方法，其中，在涂覆胶水保护层的步骤中，所述导线在所述表面的焊接部分也被胶水保护层涂覆。
9.如权利要求7所述的制造方法，其中，所述胶水保护层是电绝缘的。
10.如权利要求7所述的制造方法，其中，所述胶水保护层的触变指数基本上大于4，并且厚度基本上在50-150微米的范围。
11.如权利要求7所述的制造方法，其中，所述点胶机包含针头和在所述针头端部设置的多个高度不等的针嘴，其中，靠近中心位置的针嘴的高度低于位于外围区域的针嘴的高度。
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