CN104665851A - 微型压力传感器及其封装方法 - Google Patents

Abstract

一种传感器领域的微型压力传感器及其封装方法，包括：封装结构壳体和由下而上依次设置于其内部的印刷电路转接板、微型压力传感器芯片以及用于抑制应力的加强板，其中：印刷电路转接板和加强板均为镂空结构且微型压力传感器芯片设置于镂空结构之间。本装置大大降低了微型压力传感器自身结构对其性能的影响，保证了微型压力传感器测量的准确性和稳定性。

Description

微型压力传感器及其封装方法

技术领域

本发明涉及的是一种传感器领域的技术，具体是一种用于医疗设备的微型压力传感器及其封装方法。

背景技术

随着人们生活节奏的加快以及饮食结构的不断改变，消化道疾病以呈逐年上升的趋势。消化道疾病往往被病人忽视，但多数人确诊时已到了疾病的晚期，采用常规的治疗方法已无效，只能借助于外科手术。究其原因，是传统的胃肠道检测方式是采用导管介入式检查，在检查过程中，病人要忍受生理及心理上的痛苦。因此，大多数胃肠道疾病患者都错过了治疗的最佳时期。

随着科技的进步，现已开发出新一代的胃肠道无创无痛检查系统——微型电子胶囊。美国SmartPill公司于2005年将其生产的SmartPill pH.p进行临床试验，并通过了美国食品药品管理局的认证。该产品可以测量人体胃肠道正常生理状态下的温度、压力和pH值。上海交通大学在2008年研制出了多参数遥测胶囊，该胶囊同样可以测量人体内温度、压力和pH值。

相关的研究表明，胃肠道内的温度、压力和pH值三个生理参数中，胃肠道的压力最能反映出胃肠道的健康状况。由此可见，微型电子胶囊设备中压力传感器的性能稳定性是至关重要的。然而，传统的压力传感器制作方法中，多采用温度补偿和对压力传感器保护来提高压力传感器的测量精度和稳定性，而忽视了压力传感器自身因素对其性能的影响；另一方面，在微型压力传感器的制作过程中，需要在很小的空间内装配多种组件，这就使得压力传感器的性能会受到其他组件的影响。

经过对现有技术的检索发现以下相关技术文献：

Mark Shaw等人撰写的学术论文“Package Design of Pressure Sensors for High VolumeConsumer Applications”，文中指出压力传感器的外壳、粘合剂等构成压力传感器模块的组件会对传感器的性能有很大的影响，文中通过有限元分析的方法分析了这些因素对压力传感器性能的影响，并通过实验验证了理论分析的结论。

CN103712735A公开(公告)日2014.04.09，公开了一种压力传感器保护装置及其组装方法，该技术将压力传感器置于中空的筒形结构中，通过该手段克服现有压力传感器易受外界力学扰动的缺陷。该技术虽然通过保护装置来避免外部力学扰动对压力传感器性能的影响，但是却忽视了其自身封装结构对压力传感器性能的影响。尤其是压力传感器应用于弱信号测量时，这种影响是非常明显的。

中国专利文献号CN203490024U公开(公告)日2014.03.19，公开了一种轮胎压力监测传感器，包括TPMS外壳、压力传感器芯体、PCB以及处理电路、电池、发射天线和金属盖板；压力传感器芯体包括管座、硅压阻敏感元件、传感器壳体、密封件、陶瓷体、压力感应传输介质、输出端子、金属感应膜片及保护罩；金属感应膜片承受压力，由压力感应传输介质传递到硅压阻敏感元件，最终由输出端子输出压力信号；密封件为O型圈，安装在传感器壳体上，起密封作用；陶瓷体和管座安装在传感器壳体上，起连接和支撑作用；保护罩从TPMS外壳上开通的一个大孔内透出，其上具有多个镂空开孔，保证压力测量不受影响的同时又对金属感应膜片进行保护。但该技术结构过于复杂，不合适在微型电子胶囊这种内部空间有限的设备中使用。此外，该技术中虽然采用金属盖板，但其主要作用是将传感器安装到轮毂上，而非抑制内部结构的形变。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种微型压力传感器及其封装方法，加强板与印刷电路转接板直接粘合，能够对印刷电路转接板和保护胶的形变起到抑制作用，大大降低了微型压力传感器自身结构对其性能的影响，进而提高压力传感器的性能，保证了微型压力传感器测量的准确性和稳定性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种微型压力传感器，包括：封装结构壳体和由下而上依次设置于其内部的印刷电路转接板、微型压力传感器芯片以及用于抑制应力的加强板，其中：印刷电路转接板和加强板均为镂空结构且微型压力传感器芯片设置于镂空结构之间。

所述的印刷电路转接板的镂空结构的几何尺寸大于所述的微型压力传感器芯片的几何尺寸，微型压力传感器置于所述的印刷电路转接板内，两者之间设有作为应力缓冲层的粘合剂且不相接触。

所述的加强板镂空结构与所述微型压力传感器上的压力敏感区域的尺寸相匹配，以通过该镂空结构实现与外界接触进而检测压力。

所述的微型压力传感器芯片采用四个扩散硅电阻构成惠斯顿电桥结构对温度漂移进行抑制，芯片内同时还内置了温度传感器，提供实时温度测量。

本发明涉及上述传感器的封装方法，包括以下步骤：

1)将微型压力传感器芯片置于印刷电路转接板的镂空空间内，并用粘合剂固定；

2)通过绑定线将微型压力传感器芯片和印刷电路转接板上的焊盘相连接，将引线焊接到印刷电路转接板上；

3)用绝缘保护胶对绑定线、绑定点和焊接点进行填充保护；

4)将加强板放置在微型压力传感器芯片和印刷电路转接板的上方，并用粘合剂固定；

5)将微型压力传感器芯片、印刷电路转接板和加强板所组成的结构置于封装结构壳体内并用粘合剂密封。

技术效果

与现有技术相比，本发明与现有技术相比，本发明提出的微型压力传感器，可以有效地抑制微型压力传感器结构中各个组件产生的应力对微型压力传感器自身性能的影响，进而提高微型压力传感的测量精度与稳定性。

附图说明

图1为本发明的微型压力传感器装置结构示意图。

图2为本发明的微型压力传感器印刷电路板和微型压力传感器的俯视图。

图3为本发明的微型压力传感器加强板的俯视图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例包括：微型压力传感器芯片1、印刷电路转接板2、用于绑定微型压力传感器芯片1和印刷电路转接板2的绑定线3、粘合剂4、绝缘保护胶5、用于抑制微型压力传感器内部不同组件之间应力的加强板6、将微型压力传感器芯片的信号引出的引线7和起到保护作用的封装结构壳体8。

所述的印刷电路转接板2设计成中间部分镂空的结构，其镂空结构的几何尺寸要略大于微型压力传感器芯片1的外壳几何尺寸，使的微型压力传感器芯片1的外侧面与印刷电路转接板2的内侧面之间形成一个间隙，这个间隙使用粘合剂4填充。这种组件之间非直接接触结构可以减小印刷电路转接板2对微型压力传感器芯片1的应力影响。镂空结构同时还可以降低微型压力传感器的整体高度，使其更适合应用于微型系统中。印刷电路转接板2的背面设计有焊盘，微型压力传感器芯片1通过绑定线3与焊盘相连接，再通过引线7便可以将微型压力传感器芯片1的信号传导出来。

所述的粘合剂4和绝缘保护胶5的热力学指标要与微型压力传感器芯片1的外壳相接近，这样的设计使得温度变化时，它们因温度变化而产生的形变与微型压力传感器芯片1基本一致，这样就可以大大降低对微型压力传感器芯片1性能的影响。同时，粘合剂4固化后可作为应力缓冲区，当外部应力通过印刷电路转接板2传递到粘合剂4时，大部分应力可以被粘合剂4缓冲卸掉，进一步降低外部因素对微型压力传感器芯片1性能的影响。

所述的加强板6的热力学特性同样应与微型压力传感器芯片1的外壳相接近，同时应具有一定的刚性，可采用钛(或者钛合金)金属材料加工制作加强板6。当温度变化时，不同材料由于它们的热参数存在差异，它们产生的热力学形变也不尽相同，相互接触的结构之间便会出现应力。因为加强板6具有一定的刚性，它便可以对这些形变起到一定的抑制作用，进而降低其他结构对微型压力传感器芯片1性能的影响。

所述的封装结构壳体8为圆柱状结构，其顶部为类半球面结构，表面光滑，边缘无明显棱角。封装结构壳体8还要求具有良好的防水性，对酸碱有一定的抗腐蚀性，这样可以保证微型压力传感器可以在人体胃肠道等复杂环境中正常工作。

本发明所提供的微型压力传感器的组装方法如下：

首先将微型压力传感器芯片1放置于印刷电路转接板2的镂空空间内，并用粘合剂4固定；通过绑定线3将微型压力传感器芯片1和印刷电路转接板2上的焊盘相连接；将引线7焊接到印刷电路转接板2上；用绝缘保护胶5对绑定线3、绑定点和焊接点进行保护；将加强板6放置在微型压力传感器芯片1和印刷电路转接板2的上方，并用粘合剂4固定；将微型压力传感器芯片1、印刷电路转接板2和加强板6所组成的结构放置到封装结构壳体8内部，用粘合剂4密封固定。

由上述实施例可看出，本发明所提供的微型压力传感器可以应用于微型医学检测系统中，对特定区域进行压力测量。该微型压力传感器可以有效地抑制热应力引起的形变对微型压力传感器性能的影响，经实验验证本发明所提供的微型压力传感器相比传统产品，可将热应力对压力传感器性能的影响降低80％以上。特别是对微弱信号的检测具有较高的实际应用价值。

Claims (9)

1.一种微型压力传感器，其特征在于，包括：封装结构壳体和由下而上依次设置于其内部的印刷电路转接板、微型压力传感器芯片以及用于抑制应力的加强板，其中：印刷电路转接板和加强板均为镂空结构且微型压力传感器芯片设置于镂空结构之间。

2.根据权利要求1所述的微型压力传感器，其特征是，所述的印刷电路转接板的镂空结构的几何尺寸大于所述的微型压力传感器芯片的几何尺寸，微型压力传感器置于所述的印刷电路转接板内，两者之间设有作为应力缓冲层的粘合剂且不相接触。

3.根据权利要求2所述的微型压力传感器，其特征是，所述的加强板镂空结构与所述微型压力传感器上的压力敏感区域的尺寸相匹配，以通过该镂空结构实现与外界接触进而检测压力。

4.根据权利要求1所述的微型压力传感器，其特征是，所述的印刷电路转接板背面设有焊盘，该焊盘与微型压力传感器芯片间通过绑定线实现连接，该绑定线位于印刷电路转接板的底部。

5.根据上述任一权利要求所述的微型压力传感器，其特征是，所述的印刷电路转接板的底部与封装结构壳体的内壁之间、加强板的顶部与封装结构壳体的内壁之间均设有绝缘保护胶。

6.根据权利要求1所述的微型压力传感器，其特征是，所述的印刷电路转接板上设有信号引出线。

7.根据权利要求1所述的微型压力传感器，其特征是，所述的微型压力传感器芯片采用四个扩散硅电阻构成惠斯顿电桥结构对温度漂移进行抑制，芯片内同时还内置了温度传感器，提供实时温度测量。

8.根据权利要求1所述的微型压力传感器，其特征是，所述的封装结构壳体外表面光滑无棱角且内外部相互隔离。

9.一种根据上述任一权利要求所述微型压力传感器的封装方法，包括以下步骤：

1)将微型压力传感器芯片置于印刷电路转接板的镂空空间内，并用粘合剂固定；

2)通过绑定线将微型压力传感器芯片和印刷电路转接板上的焊盘相连接，将引线焊接到印刷电路转接板上；

3)用绝缘保护胶对绑定线、绑定点和焊接点进行填充保护；

4)将加强板放置在微型压力传感器芯片和印刷电路转接板的上方，并用粘合剂固定；

5)将微型压力传感器芯片、印刷电路转接板和加强板所组成的结构置于封装结构壳体内并用粘合剂密封。