CN105236343B - 介质隔离式压力传感器封装结构 - Google Patents

Abstract

一种介质隔离式压力传感器封装结构，包括底座、设于底座内的腔体、暴露在腔体内的压力传感器封装模块以及充满所述腔体的介质。所述底座设有顶部及与顶部相对的底部。所述介质隔离式压力传感器封装结构还包括与所述底部相配合以密封所述腔体的衬底，所述衬底包括正面、与正面相对的背面、贯穿所述正面与背面的导线，所述压力传感器封装模块固定在所述正面上后，所述衬底与所述底部扣合并焊接在一起，所述压力传感器封装模块与所述导线通过引线键合连接。相较于现有技术，本发明的介质隔离式压力传感器封装结构的制程简单，且能够自动化大批量生产，节省了成本。

Description

介质隔离式压力传感器封装结构

技术领域

本发明涉及一种介质隔离式压力传感器封装结构，属于微电子机械系统及压力传感器等领域。

背景技术

压力传感器封装技术是实现压力传感器应用的核心技术，通常的压力传感器的封装形式是将压力敏感芯片通过直接粘接或者玻璃过渡粘接的方式封接在金属管壳或塑料管壳上，其压力敏感单元直接接触测量介质，适用于对没有腐蚀性、干净清洁的气体介质的压力测量。

但对于汽车机油、石油油井、化工、冶金等应用环境较为恶劣的环境下，其压力敏感单元不能直接接触测量介质，必须使用介质隔离式封装形式，将被测媒介与压力敏感单元隔离开来，再在外围加入调理电路和元器件来实现对具有腐蚀性媒介等恶劣环境下的压力测量，请参说明书附图图1所示的一种介质隔离式压力传感器封装结构900，其主要封装流程为：1. 压力敏感单元2’通过贴片3’、键合引线5’实现与传感器烧结底座1’的机械和电学连接；2. 将波纹膜片13’通过不锈钢环7’焊接到传感器烧结底座1’上；3. 充灌硅油或者橄榄油等隔离介质6’到传感器烧结底座1’中；4. 焊接封口介质充灌口；5. 将传感器焊接到带有调理电路和元器件的陶瓷电路板或者印刷电路板上；6. 测试校准。然而，正如图1所示，该介质隔离式压力传感器本身特殊的外形以及深腔结构，难以自动化大批量封装和校准测试。

鉴于上述问题，有必要提供一种新的介质隔离式压力传感器以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制造方便、一致性强的介质隔离式压力传感器封装结构。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种介质隔离式压力传感器封装结构，包括底座、设于底座内的腔体、暴露在腔体内的压力传感器封装模块以及充满所述腔体的介质，所述底座设有顶部及与顶部相对的底部，所述介质隔离式压力传感器封装结构还包括与所述底部相配合以密封所述腔体的衬底，所述衬底包括正面、与正面相对的背面、贯穿所述正面与背面的导线，所述压力传感器封装模块固定在所述正面上后，先将所述压力传感器封装模块与所述导线通过引线键合连接，再将所述衬底与所述底部扣合并焊接在一起。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述衬底包括卡扣于所述腔体内的第一部分及与所述底部通过平行缝焊或者激光焊接在一起的第二部分，所述第一部分的宽度小于第二部分的宽度。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述底座还包括安装于所述顶部的金属膜片，所述金属膜片通过氩弧焊焊接于所述顶部，所述腔体位于所述金属膜片的下方。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述金属膜片为波纹式不锈钢膜片。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述压力传感器封装模块通过粘合层黏贴并固定于所述衬底的正面上。

作为本发明进一步改进的技术方案所述压力传感器封装模块为具有MEMS芯片的硅压阻式MEMS压力传感器封装模块、硅电容式样MEMS压力传感器封装模块、陶瓷电容式压力传感器封装模块或者压阻式压力传感器封装模块中的一种。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述压力传感器封装模块底部通过粘合层固定在所述衬底的正面，所述衬底还设有上下贯穿的导管，所述压力传感器封装模块底部设有贯通的通孔，所述导管与所述通孔对应导通将所述压力传感器封装模块内部与外界大气连通。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述压力传感器封装模块为同时具有MEMS芯片与ASIC芯片的集成压力传感器封装模块，所述集成压力传感器封装模块设有承载所述MEMS芯片与ASIC芯片的基座，所述基座设有第一面及与第一面相对的第二面，所述MEMS芯片贴合在第一面上，所述基座在第二面上设有若干焊盘，所述介质隔离式压力传感器封装结构还包括上下衔接所述基座与所述衬底的基板，所述基座通过所述焊盘固定在所述基板上。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述MEMS芯片设有通孔，所述基座还设有上下贯穿所述第一面及第二面的第一让位孔，所述基板设有与所述第一让位孔对应导通的第二让位孔，所述第一让位孔、第二让为孔以及所述通孔上下对应导通。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述第二面在所述第一让位孔的四周设有闭合环形焊环，所述基座焊接在所述基板上时，所述第一让位孔与第二让位孔四周通过焊锡密封连接所述环形焊环。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述基座为PCB板，所述基板为PCBA板。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述基座与所述基板为FR-4材质或者为陶瓷电路板。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述基板上设有沟槽或者切口，以及与所述基座的焊盘对应的焊接部，所述沟槽或者切口将所述焊接部分隔。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述基板为圆形或者方形。

相较于现有技术，本发明的介质隔离式压力传感器封装结构通过将衬底与底座分开设置，在将所述压力传感器封装模块固定且电性连接至衬底上后，再进行将衬底与底座焊接结合形成介质隔离式压力传感器封装结构，如此够在将所述介质隔离式压力传感器封装结构完成之前，先对压力传感器封装模块进行校准，然后再进行封装。如此设置，避免了组装好后再校准失效的几率，降低了底座及压力传感器封装模块的报废率。

附图说明

图1是传统介质隔离式压力传感器封装结构的剖面示意图。

图2是本发明介质隔离式压力传感器封装结构第一实施方式的剖面示意图。

图3是本发明介质隔离式压力传感器封装结构第二实施方式的剖面示意图。

图4是本发明介质隔离式压力传感器封装结构第三实施方式的剖面示意图。

图5是本发明介质隔离式压力传感器封装结构第四实施方式的剖面示意图。

图6是图4中压力传感器封装模块的背面示意图。

图7是图5中压力传感器封装模块的背面示意图。

图8是图4中压力传感器封装模块的剖面示意图。

图9是图5中压力传感器封装模块的剖面示意图。

图10是图4中基板的第一实施方式示意图。

图11是图4中基板的第二实施方式示意图。

图12是图4中基板的第三实施方式示意图。

图13是图4中基板的第四实施方式示意图。

图14是图5中基板的第一实施方式示意图.

图15是图5中基板的第二实施方式示意图。

具体实施方式

请参图2至图11所示，本发明揭示了一种利用介质隔离的方式把外界压力变化传递到压力传感器器模块（未标号）上，以实现对汽车机油压力、油井石油压力等有污染、有腐蚀性的恶劣环境下压力的直接测量的一种介质隔离式压力传感器封装结构100。

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述。

第一实施方式：请参图2所示的介质隔离式压力传感器封装结构100包括传感器底座1、设于传感器底座1内的腔体10、位于所述腔体10上方且与所述传感器底座1相固定并遮蔽所述腔体10的不锈钢波纹膜片13、位于所述腔体10下方且与所述传感器底座1相固定并遮蔽所述腔体10的衬底9、暴露在腔体10内的压力传感器封装模块2以及充满所述腔体10的介质6。

所述传感器底座1为金属材质，一般优选不绣钢材质。所述传感器底座1环形绕置于所述腔体10周围，所述介质6充斥于整个腔体10内，其材质为硅油、橄榄油或者其他合适的介质。所述不锈钢波纹膜片13通过一不锈钢环7与所述顶部11共同夹持并焊接将所述不锈钢波纹膜片13固定密封在所述腔体10上方。所述传感器底座1设有顶部11及与顶部相对的底部12。所述衬底9为可伐合金，包括填充在所述腔体10内的第一部分91及与所述底部12固定在一起的第二部分92。所述第一部分91朝向所述腔体10的一侧为正面911、所述第二部分92朝向外界的一侧为背面921。所述第一部分91的宽度小于第二部分92的宽度。如此设置，方便所述衬底9密封所述腔体10的下部。所述衬底9还包括一贯穿所述正面91与背面92且固定在所述衬底9上的导线4以及上下衔接所述正面911与背面921的台阶部93。所述压力传感器封装模块2固定在所述衬底9的正面911上并暴露在所述腔体10内。所述衬底9第一部分91扣在所述传感器底座1的腔体10内，所述第二部分92通过所述台阶部93与所述底部12平行缝焊或者激光焊接在一起。如此焊接，使得焊接强度和密封性能大为提高，使得传感器量程更加宽泛。

所述压力传感器封装模块2在本实施方式中为仅具有MEMS芯片的绝压压力传感器封装模块，所述压力传感器封装模块2通过粘合层3固定在所述衬底9上。所述粘合层3为贴片胶。所述压力传感器封装模块2与所述导线4通过引线5键合连接。在本实施方式中，所述介质隔离式压力传感器封装结构100首先是将传感器底座1的顶部11焊接上将腔体10上部密封的不绣钢波纹膜片13，所述压力传感器封装模块2固定在所述衬底9的正面911上，并且将传感器模块的引线5与衬底9上的导线4键合连接，接着在所述腔体10内填充介质6，然后将所述衬底9的第一部分91扣持于所述腔体10内将所述腔体10下部密封，所述压力传感器封装模块2暴露在介质6中，最后将所述衬底9的台阶部93与所述传感器底座1的底部12相焊接而制得本发明第一实施方式中的介质隔离式压力传感器封装结构100。

如此设置，使得本发明第一实施方式中的介质隔离式压力传感器封装结构100能够在将所述衬底9封装至所述传感器底座1完成之前，先对压力传感器封装模块进行校准，然后再进行封装。如此设置，避免了组装好后再校准失效的几率，降低了金属材质传感器底座1的报废率，并且避免了如图1中所示介质隔离式压力传感器封装结构体积庞大而造成的检测不方便。

第二实施方式：请参图3所示的介质隔离式压力传感器封装结构100与第一实施方式的区别在于：所述压力传感器封装模块2为仅具有MEMS芯片的表压压力传感器封装模块，所述压力传感器封装模块的MEMS芯片底部具有通孔20，所述衬底9上设有与所述通孔20对应导通的导管94，所述导管将所述MEMS芯片内部与外界大气连通。

在第二实施方式中，所述介质隔离式压力传感器封装结构100同样是在所述衬底9封装至所述传感器底座1完成之前，先对压力传感器封装模块2进行校准，然后再进行封装，因此同样避免了组装好后再校准失效的几率，降低了金属材质传感器底座1的报废率。

请参图4所示为本发明第三实施方式，第三实施方式中的介质隔离式压力传感器封装结构100与第一实施方式的区别在于：所述压力传感器封装模块2’为同时具有MEMS芯片（未标号）与ASIC芯片（未标号）的集成压力传感器封装模块，另外还新增加了一用以电学互联所述压力传感器封装模块2’与所述衬底9的基板8。所述衬底9上的导线4与所述压力传感器封装模块2’通过该基板8达成电学联接。所述压力传感器封装模块2’设有承载所述MEMS芯片及ASIC芯片的基座21、通过表面贴装的工艺贴合在基座21上的顶部带孔的盖体22以及形成在盖体22与基座21之间的内腔23。所述盖体22与所述基座21配合将所述MEMS芯片及ASIC芯片封装在所述内腔23内，以便保护。所述MEMS芯片与ASIC芯片通过粘合层3贴合固定在所述基座21上，并且所述MEMS芯片与ASIC芯片通过引线5与所述基座21键合连接，并由此组成压力传感器封装模块2’。在本实施方式中，所述粘合层3为贴片胶。请结合图6、图8所示，所述基座21为PCB板，具有第一面211及与第一面相对的第二面212，所述第二面212上设置有若干焊盘2121。所述MEMS芯片与ASIC芯片贴合在所述第一面211上。所述盖体22为金属帽、塑料帽或者塑料外壳。所述基板8为PCBA板，设有贯穿的若干焊孔81。所述压力传感器封装模块2’通过所述基座21的第二面212上的焊盘2121与所述基板8对位焊接达成电学连接。所述基板8再通过焊锡24固定在衬底9上，并通过衬底9上的导线4对位插入所述焊孔81后焊接实现基座21与基板8的电学连接。

在第三实施方式中，本发明的介质隔离式压力传感器100的压力传感器模块2’是通过先将MEMS芯片及ASIC芯片封装在PCB板制成的基座21上，并通过一盖体22封装从而达成一封装模块，如此设置，可以利用现有成熟的封装工艺实现大规模封装生产，并且可以实现批量化的自动校准和测试，另外通过PCBA板制成的基板8与所述压力传感器模块2’达成与所述衬底9的电学连接，如此在将所述衬底9组装至传感器底座1上前完成校准测试，避免了组装好后再校准失效的几率，降低了金属外壳和塑料连接器的报废率，达到降低成本的目的。

请参图5所示为本发明第四实施方式，第四实施方式中的介质隔离式压力传感器封装结构100与第三实施方式的区别在于：所述压力传感器封装模块2’的MEMS芯片底部具有通孔20，所述基座21具有与所述通孔20对应导通的第一让位孔210，所述基板8具有与所述通孔20、所述第一让位孔210上下对应的第二让位孔82。所述衬底9上设有与所述通孔20、第一让位孔210、第二让位孔82对应导通的导管94，所述导管94将所述MEMS芯片内部与外界大气连通。请结合图7、图9所示，所述基座21的第二面212上对应所述第一让位孔210的四周设有闭合环形焊环213，所述基座21焊接在所述基板8上时，所述第一让位孔210与第二让位孔82四周通过焊锡连接所述环形焊环213从而达成密封效果。

在第四实施方式中，本发明的介质隔离式压力传感器100的压力传感器模块2’与第三实施方式的制成过程相同，同样是先将MEMS芯片及ASIC芯片封装在PCB板制成的基座21上，并通过一盖体22封装从而达成一封装模块，如此设置，可以利用现有成熟的封装工艺实现大规模封装生产，并且可以实现批量化的自动校准和测试，另外通过PCBA板制成的基板8与所述压力传感器模块2’达成与所述衬底9的电学连接，如此在将所述衬底9组装至传感器底座1上前完成校准测试，避免了组装好后再校准失效的几率，降低了金属外壳和MEMS、ASIC的报废率，达到降低成本的目的。

请参图10至图13所示为本发明对应第三实施方式中绝压压力传感器模块2’的基板8的四种不同的实施例。所述基板8，即PCBA板可以为方形或者圆形。并且所述基板8还设有位于中间位置处用以与所述基座21上的焊盘2121对应的焊接部83，以及位于边缘处的所述焊孔81，所述焊孔81用以与所述导线4固定和电连接。或者所述基板8还设有切口84或者沟槽84，所述切口或者沟槽84将所述焊盘83分隔，用来实现组装过程中的应力隔离和释放。

请参图14至图15所示为本发明对应第四实施方式中表压压力传感器模块2’的基板8的两种不同实施例，所述基板8包括位于中间位置处用以与所述基座21上的焊盘2121对应的焊接部83、位于边缘处的所述焊孔81、位于焊接部83之间的贯穿所述基板8的第二让位孔82以及位于第二让位孔82周围的密封环85。所述焊孔81用以与所述导线4固定和电连接。当基座21焊接至所述基板8上时，所述基座21的第一让位孔210与基板8的第二让位孔82对应导通，所述密封环85用于密封以实现与压力传感器封装模块2、2’的导通及密封。

本发明中第三、第四实施方式中的基座21、基板9可以使用FR-4的材质，也可以使用陶瓷电路板。所述基板9为大规模生产的各种类型的PCBA板；所述不锈钢传感器底座1只需简单机械加工即可完成，无需进行引线的烧结。

另外，以上实施例仅用于说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，对本说明书的理解应该以所属技术领域的技术人员为基础，尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，所属技术领域的技术人员仍然可以对本发明进行修改或者等同替换，而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (14)

1.一种介质隔离式压力传感器封装结构，包括底座、设于底座内的腔体、暴露在腔体内的压力传感器封装模块以及充满所述腔体的介质，所述底座设有顶部及与顶部相对的底部，其特征在于：所述介质隔离式压力传感器封装结构还包括与所述底部相配合以密封所述腔体的衬底，所述衬底包括正面、与正面相对的背面、贯穿所述正面与背面的导线，所述压力传感器封装模块固定在所述正面上后，先将所述压力传感器封装模块与所述导线通过引线键合连接，再将所述衬底与所述底部扣合并焊接在一起。

2.如权利要求1所述的介质隔离式压力传感器封装结构，其特征在于：所述衬底包括卡扣于所述腔体内的第一部分及与所述底部通过平行缝焊或者激光焊接在一起的第二部分，所述第一部分的宽度小于第二部分的宽度。

3.如权利要求1所述介质隔离式压力传感器封装结构，其特征在于：所述底座还包括安装于所述顶部的金属膜片，所述金属膜片通过氩弧焊焊接于所述顶部，所述腔体位于所述金属膜片的下方。

4.如权利要求3所述的介质隔离式压力传感器封装结构，其特征在于：所述金属膜片为波纹式不锈钢膜片。

5.如权利要求1所述的介质隔离式压力传感器封装结构，其特征在于：所述压力传感器封装模块通过粘合层黏贴并固定于所述衬底的正面上。

6.如权利要求1所述的介质隔离式压力传感器封装结构，其特征在于：所述压力传感器封装模块为具有MEMS芯片的硅压阻式MEMS压力传感器封装模块、硅电容式样MEMS压力传感器封装模块、陶瓷电容式压力传感器封装模块或者压阻式压力传感器封装模块中的一种。

7.如权利要求6所述的介质隔离式压力传感器封装结构，其特征在于：所述压力传感器封装模块底部通过粘合层固定在所述衬底的正面，所述衬底还设有上下贯穿的导管，所述压力传感器封装模块底部设有贯通的通孔，所述导管与所述通孔对应导通将所述压力传感器封装模块内部与外界大气连通。

8.如权利要求1所述的介质隔离式压力传感器封装结构，其特征在于：所述压力传感器封装模块为同时具有MEMS芯片与ASIC芯片的集成压力传感器封装模块，所述集成压力传感器封装模块设有承载所述MEMS芯片与ASIC芯片的基座，所述基座设有第一面及与第一面相对的第二面，所述MEMS芯片贴合在第一面上，所述基座在第二面上设有若干焊盘，所述介质隔离式压力传感器封装结构还包括上下衔接所述基座与所述衬底的基板，所述基座通过所述焊盘固定在所述基板上。

9.如权利要求8所述介质隔离式压力传感器封装结构，其特征在于：所述MEMS芯片设有通孔，所述基座还设有上下贯穿所述第一面及第二面的第一让位孔，所述基板设有与所述第一让位孔对应导通的第二让位孔，所述第一让位孔、第二让为孔以及所述通孔上下对应导通。

10.如权利要求9所述的介质隔离式压力传感器封装结构，其特征在于：所述第二面在所述第一让位孔的四周设有闭合环形焊环，所述基座焊接在所述基板上时，所述第一让位孔与第二让位孔四周通过焊锡密封连接所述环形焊环。

11.如权利要求8所述的介质隔离式压力传感器封装结构，其特征在于：所述基座为PCB板，所述基板为PCBA板。

12.如权利要求8所述的介质隔离式压力传感器封装结构，其特征在于：所述基座与所述基板为FR-4材质或者为陶瓷电路板。

13.如权利要求8所述的介质隔离式压力传感器封装结构，其特征在于：所述基板上设有沟槽或者切口，以及与所述基座的焊盘对应的焊接部，所述沟槽或者切口将所述焊接部分隔。

14.如权利要求8所述的介质隔离式压力传感器封装结构，其特征在于：所述基板为圆形或者方形。