CN108529551A - 气压传感器及其封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭露了一种气压传感器，包括：外壳、电路板、MEMS传感器芯片、ASIC芯片和薄膜；其中，所述MEMS传感器芯片和所述ASIC芯片设置在所述电路板上；以及，所述外壳包括至少一个开口端；所述外壳与所述电路板形成容纳所述MEMS传感器芯片和所述ASIC芯片的封装结构；所述封装结构包括空腔体以及设置在所述封装结构上的导通孔，所述导通孔连通所述空腔体和外界环境；所述薄膜设置于所述封装结构的表面上，覆盖所述导通孔。本发明还揭露了一种气压传感器的封装方法。根据本发明的气压传感器，避免了灰尘、水滴等杂质进入导通孔后可能发生的堵塞，或者进入到空腔体内影响各种电子元器件正常工作。
Description
技术领域
本发明涉及一种气压传感器及其封装方法，尤其涉及一种MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)气压传感器的和气压传感器封装的方法。
背景技术
气压传感器在现代社会中发挥着越来越重要的作用，气压传感器市场的应用需求巨大。基于MEMS技术的气压传感器可以提高气压传感器性能以及降低成本因而成为被广泛研究、开发与使用的一类器件。MEMS气压传感器的精确度和可靠性依赖于气压传感器的封装过程。
在基于MEMS技术的传感器封装的过程中，一方面需要外壳起到对芯片的保护作用，另外一方面需要感知外界环境的变化以及实现电信号引出的功能，因此不能把MEMS芯片密封在封装的外壳内，需要在外壳上保留与外界直接相连的通路用以感知光、热、气压、力等物理信息。MEMS气压传感器要求外壳既有开口可以感知外界气压，又要屏蔽干扰信号。然而在一些恶劣的使用环境下，例如水滴或者灰尘会通过气压传感器外壳上的开口进入到气压传感器内部，这一方面干扰了结构精密的传感器，同时还有可能堵塞开口进而导致气压传感器失效。
发明内容
鉴于现有技术中存在的一个或者多个问题，本发明解决提出了一种气压传感器。本发明的技术方案是这样实现的：
一种气压传感器，包括：外壳、电路板、MEMS传感器芯片、ASIC芯片和薄膜；其中，所述MEMS传感器芯片和所述ASIC芯片设置在所述电路板上；以及，所述外壳包括至少一个开口端；所述外壳与所述电路板形成容纳所述MEMS传感器芯片和所述ASIC芯片的封装结构；所述封装结构包括空腔体以及设置在所述封装结构上的导通孔，所述导通孔连通所述空腔体和外界环境；所述薄膜设置于所述封装结构的表面上，覆盖所述导通孔。
根据本发明的另外一个方面提供了一种气压传感器的封装方法，包括：将金属板冲压成多个外壳；所述多个外壳之间通过连接筋连接；所述多个外壳分别包括导通孔；在所述多个外壳的包括所述导通孔的表面上喷胶；将薄膜冲切并压靠在所述多个外壳的包含所述导通孔的表面上；冲切打断所述多个外壳之间相互连接的连接筋；将外壳与预先已经封装在一起的电路板、MEMS传感器芯片和ASIC芯片进行封装。
根据本发明提出的包括覆盖导通孔的薄膜的气压传感器，避免了某些场合下灰尘、水滴等杂质进入导通孔后可能发生的堵塞，或者进入到空腔体内影响电路板上各种电子元器件正常工作等情况。根据本发明的气压传感器的封装方法实现了对包括覆盖导通孔的薄膜的多个气压传感器的批量封装，本封装方法成本低、效率高，同时提升了气压传感器10器件的成品率和每小时生产量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明一种实施方式的气压传感器的示意图；
图2是根据本发明一种实施方式的气压传感器的剖面视图；
图3是根据本发明一种实施方式的气压传感器的外壳的仰视图；
图4是根据本发明一种实施方式的气压传感器的外壳的剖面视图；
图5是根据本发明一种实施方式的气压传感器的剖面的局部放大视图；
图6是根据本发明另一种实施方式的气压传感器的生产方法的流程图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
如图1至5所示，本发明的一个实施方式揭露了一种气压传感器10，包括电路板20、MEMS传感器芯片40、ASIC(Application Specific Integrated Circuit，特定用途集成电路)芯片50及外壳30。外壳30固定在电路板20上，并与电路板20共同形成气压传感器10的外部封装结构。其中，外壳30的形状可以为圆柱体、长方体或其他不规则形状，在本实施方式中，外壳20为长方体，且棱边的交界处均设置有倒圆角，可以防止外壳20遭到外界破坏。
在本实施方式中，电路板20上的电路布图包括ASIC输出端导线、ASIC输入端导线，ASIC芯片50设置在电路板20上，并使其输出端与ASIC输出端导线电连接，以及输入端与ASIC输入端导线电连接在一起，从而将ASIC芯片50连接到电路板20的电路布图中。
本实施方式中，MEMS传感器芯片40及ASIC芯片50设置于电路板20上。MEMS传感器芯片40可选地为电容式压力传感器，所述ASIC芯片50与MEMS传感器芯片40匹配，用于对应于由MEMS传感器芯片40感测的压力的电输出，进而可以得到MEMS传感器芯片40所感应的气压数值。
MEMS传感器芯片40固定在外部封装内部的位于ASIC芯片50上方的位置，且MEMS传感器芯片40与ASIC芯片50在电路板20上的投影至少部分地重叠。优选地，在本实施方式中MEMS传感器芯片40位于ASIC芯片50的正上方的位置。
MEMS传感器芯片40与ASIC输入端导线电连接在一起，使得MEMS传感器芯片40输出的电信号通过ASIC输入端导线传递到ASIC芯片50上，通过ASIC芯片50对MEMS传感器芯片40输出的电信号进行放大，以便后续处理。其中，MEMS传感器芯片40可以直接固定在ASIC芯片50的上端面，也可以固定在外壳30上，在本实施方式中，所述MEMS传感器芯片40设置在ASIC芯片50的上端面上，这样从整体上降低了整个气压传感器10的产品尺寸，从而节省外部封装的空间，使得产品可以做得更小，满足现在电子产品小型化的发展趋势。
外壳30包括至少一个开口端，外壳30的内部包括空腔体21，电路板20与外壳30形成一个可放置MEMS传感器芯片40及ASIC芯片50的外部封装结构，例如电路板20与外壳30通过SMT(Surface Mounted Technology，表面贴装工艺)安装在一起。进一步地，该外部封装上设置有连通外界的导通孔22，MEMS传感器芯片40通过导通孔22与外界环境连接。导通孔22可以设置在外壳30上，也可以设置在电路板20上，在本实施方式中，导通孔22设置于外壳30上。根据所描述的封装结构，气压传感器10既可以保护所述电路板20上的MEMS传感器芯片40及ASIC芯片50，同时又不影响电路板20上感应元件与外界接触，实现感应外界环境气压值的功能。
如图所示，气压传感器10还包括薄膜23，薄膜23设置在封装结构上覆盖导通孔22。在本实施方式中，薄膜23设置在外壳30上。具体地，薄膜23可以设置在外壳30的外表面，也可以设置在外壳30的内表面，在本实施方式中，薄膜23设置在外壳30的内表面上，即朝向空腔体包含导通孔22的内表面。薄膜23为具有防水透气性特性的薄膜，使得空腔体21和外接环境连通，电路板20上感应元件可以感应外界环境的气压值。在本实施方式中，薄膜23为ePTFE材质构成(expanded Polytetrafluoroethylene，膨体聚四氟乙烯)。进一步地，薄膜23紧密地贴合在外壳30上，例如可以通过粘合胶24粘贴在外壳上。
根据本实施方式的气压传感器10，采用单独设计的ASIC芯片50，简化了气压传感器10的结构和连接方式，使得气压传感器10的制造工艺简单，制成效率高，以及实现了低生产成本。外壳30优选地采用金属材料制成，则增强了外壳30的强度，避免电路板20上的MEMS传感器芯片40及ASIC芯片50受到外界的撞击而损坏。与此同时，包括覆盖导通孔22的薄膜23的气压传感器10，在某些使用场景下避免了灰尘、水滴等杂质进入导通孔22后可能发生的堵塞，或者进入到空腔体21内影响电路板20上各种电子元器件正常工作等情况。
如图6所示，本发明的另外一个实施方式揭露了一种气压传感器10的封装方法，在本实施方式中，外壳30由金属材料制成，导通孔22设置于外壳30上。该生产方法包括以下步骤，
外壳30冲压步骤101：根据外壳30的形状和结构，金属板作为原材料经过多次冲压工序后形成包含导通孔22的外壳30；外壳30可以单独生产也可以批量生产，在本实施方式中，通过冲压成型一次性生产多个外壳30。在经过冲压成型后，多个外壳30之间相互通过连接筋连接。在本实施方式中，完成多个外壳30冲压成型后，保留连接筋。
喷胶步骤102：在外壳30的表面上喷粘合胶。具体地，在外壳30的包括导通孔22的一个侧面的表面上喷胶。在本实施方式中，优选地在包括导通孔22的侧面的内表面(朝向空腔体21)上喷胶。进一步地，可以使用四喷头或者六喷头的喷胶机对多个外壳30进行批量喷胶。在本实施方式中，粘合胶24优选地采用硅胶，该硅胶耐的热温度大于260摄氏度。
薄膜23粘贴步骤103：将薄膜23粘贴于经过喷胶后的外壳30的内表面，覆盖导通孔22。在本实施方式中，使用冲切头将薄膜23压靠至外壳30的内表面上，薄膜23在冲切头压力作用下与硅胶粘合，从而覆盖导通孔22。优选地，薄膜23由ePTFE材质构成。为了实现批量生产，还使用多个冲切头同时将薄膜23压靠至涂有硅胶外壳30的内表面上。优选地，薄膜23在压入多个外壳30之前为整张ePTFE膜，多个冲切头先将整张ePTFE膜冲裁，随后多个冲切头将冲裁后形成的多个薄膜23分别压靠并贴膜在多个外壳30的内表面上。为使薄膜23更好地粘贴在覆盖导通孔22，在步骤102中，喷胶机在外壳30的包括导通孔22的侧面的内表面上围绕导通孔22喷胶。
薄膜23固化步骤104：为使薄膜23完全地固化在外壳30上，可以将外壳30烘烤加热。具体地，在本实施方式中，在恒温烤箱中烘烤加热多个外壳30，烘烤加热温度范围为120摄氏度至125摄氏度；烘烤加热时间为1至1.5个小时。
连接筋冲压打断步骤105：冲压打断多个外壳30之间相互连接的连接筋，并修剪外壳30上剩余的连接筋，从而形成包含覆盖导通孔22的薄膜23的气压传感器10的外壳30。
可选地，在冲压打断连接筋之前，还可以使用光学检测方式检测薄膜23是否完全地粘贴在外壳30的内表面上。
气压传感器10系统级封装步骤106：将外壳30与预先已经封装在一起的电路板20、MEMS传感器芯片40和ASIC芯片50封装成气压传感器10。例如可以采用金属外壳SMT贴装工艺将外壳30与电路板20封装在一起。
本实施方式的气压传感器10的封装方法，使得包括覆盖导通孔22的薄膜23的气压传感器10，在某些使用场景下避免了灰尘、水滴等杂质进入导通孔22后可能发生的堵塞，或者进入到空腔体21内影响电路板20上各种电子元器件正常工作等情况。同时，采用该封装方法，实现了对包括覆盖导通孔22的薄膜23的多个气压传感器10的批量封装，本封装方法成本低、效率高，同时提升了气压传感器10器件的成品率和UPH(units per hour，每小时生产量)。
以上仅为本发明的较佳实施方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种气压传感器(10)，其特征在于，包括：
外壳(30)、电路板(20)、MEMS传感器芯片(40)、ASIC芯片(50)和薄膜(23)；其中，所述MEMS传感器芯片(40)和所述ASIC芯片(50)设置在所述电路板(20)上；以及，
所述外壳(30)包括至少一个开口端；所述外壳(30)与所述电路板(20)形成容纳所述MEMS传感器芯片(40)和所述ASIC芯片(50)的封装结构；所述封装结构包括空腔体(21)以及设置在所述封装结构上的导通孔(22)，所述导通孔(22)连通所述空腔体(21)和外界环境；
所述薄膜(23)设置于所述封装结构的表面上，覆盖所述导通孔(22)。
2.如权利要求1所述的气压传感器(10)，其特征在于，所述导通孔(22)设置在所述外壳(30)上。
3.如权利要求2所述的气压传感器(10)，其特征在于，所述薄膜(23)设置于所述外壳(30)的包含所述导通孔(22)的内表面上。
4.如权利要求3所述的气压传感器(10)，其特征在于，所述ASIC芯片(50)设置在所述电路板(20)上；所述电路板(20)包括ASIC输出端导线、ASIC输入端导线；所述ASIC芯片(50)分别连接所述ASIC输出端导线、ASIC输入端导线；所述MEMS传感器芯片(40)设置在所述电路板(20)上，所述MEMS传感器芯片(40)与所述ASIC输入端导线连接。
5.如权利要求4所述的气压传感器(10)，其特征在于，所述MEMS传感器芯片(40)设置在所述ASIC芯片(50)上方。
6.如权利要求1至5中任意一项所述的气压传感器(10)，其特征在于，所述外壳(30)为金属材质。
7.如权利要求1至6中任意一项所述的气压传感器(10)，其特征在于，所述薄膜(23)为膨体聚四氟乙烯材质。
8.一种气压传感器(10)的封装方法，其特征在于，包括：
将金属板冲压成多个外壳(30)；所述多个外壳(30)之间通过连接筋连接；所述多个外壳(30)分别包括导通孔(22)；
在所述多个外壳(30)的包括所述导通孔(22)的表面上喷胶；
将薄膜冲切并压靠在所述多个外壳(30)的包含所述导通孔(22)的表面上；
冲切打断所述多个外壳(30)之间相互连接的连接筋；
将外壳(30)与预先已经封装在一起的电路板(20)、MEMS传感器芯片(40)和ASIC芯片(50)进行封装。
9.如权利要求8所述的气压传感器(10)的封装方法，其特征在于，所述封装方法还包括：将薄膜冲切并压靠在所述多个外壳(30)的包括所述导通孔(22)的表面上之后，将所述多个外壳(30)烘烤加热。
10.如权利要求9所述的气压传感器(10)的封装方法，其特征在于，所述薄膜(23)为膨体聚四氟乙烯材质。
11.如权利要求8至10任意一项所述的气压传感器(10)的封装方法，其特征在于，使用表面封装技术将所述外壳(30)安装至所述电路板(20)上。
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