CN108996467A - 传感器封装结构及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种传感器封装结构及方法，涉及传感器封装技术领域，该传感器封装结构包括线路基板、ASIC芯片、第一胶体、MEMS压力传感器和第二胶体，所述第一胶体包括首尾相接的四个侧墙和位于所述侧墙内的封装胶体，四个所述侧墙的高度大于所述封装胶体的高度，所述封装胶体包覆所述ASIC芯片，所述MEMS压力传感器包括MEMS芯片和芯片管脚，所述MEMS芯片位于所述封装胶体的上表面，所述芯片管脚电性连接至所述线路基板，所述第二胶体包覆所述MEMS芯片和所述芯片管脚与所述线路基板之间的引线。该传感器封装结构在采用本发明提供的传感器封装方法进行封装时封装工序简单，能够实现小型化封装，而且在封装时对ASIC芯片和MEMS压力传感器的大小没有特殊要求。
Description
技术领域
本发明涉及传感器封装技术领域，特别涉及一种传感器封装结构及方法。
背景技术
压力传感器是能感受压力信号，并能按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出的电信号的器件或装置，微机电系统(Micro Electro Mechanical Systems；MEMS)传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器。MEMS传感器与传统的传感器相比，具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点，使得它可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。
基于以上特性，MEMS压力传感器在医疗、汽车、拍照领域都得到了应用，例如汽车领域的轮胎压力传感器，燃油压力传感器、发动机机油压力传感器、进气管道压力传感器。其中，MEMS压力传感器在应用时需要搭配一个专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit；ASIC)进行信号的调理，最终输出MEMS压力传感器电路需要的稳定可靠的信号，为了保护MEMS压力传感器和ASIC不被外界环境干扰，需要对MEMS压力传感器和ASIC进行封装。
现有MEMS压力传感器和ASIC的组合封装主要有以下两种方式，1、MEMS压力传感器单独封装，ASIC单独封装。2、MEMS压力传感器和ASIC叠层后封装。上述第一种封装方式对MEMS压力传感器和ASIC板并排封装，实现方式较为简单，但是MEMS压力传感器和ASIC板并排封装后，整体体积大，不能实现小型化的封装要求。第二种封装方式相对于第一种单独封装方式具有集成化高，可靠性高的优点，但是在封装ASIC时需要增加挡板以留出MEMS压力传感器封装的腔体，腔体区域内不被塑封料填充，之后在腔体内完成MEMS压力传感器贴片焊接，制作工序复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种传感器封装结构及方法，该传感器封装结构能够实现传感器的小型封装，该传感器封装方法工序简单。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明的第一方面提供一种压力传感器封装结构，包括线路基板、ASIC芯片、第一胶体、MEMS压力传感器和第二胶体；
所述第一胶体包括首尾相接的四个侧墙和位于所述侧墙内的封装胶体，四个所述侧墙的高度大于所述封装胶体的高度，所述封装胶体包覆所述ASIC芯片，所述MEMS压力传感器包括MEMS芯片和芯片管脚，所述MEMS芯片位于所述封装胶体的上表面，所述芯片管脚电性连接至所述线路基板，所述第二胶体包覆所述MEMS芯片和所述芯片管脚与所述线路基板之间的引线。
如上所述压力传感器封装结构，所述四个侧墙和所述封装胶体通过模具一体成型。
如上所述压力传感器封装结构，所述封装胶体的至少一个侧面与所述侧墙之间具有间隙，所述芯片管脚在所述间隙内电性连接至所述线路基板。
如上所述压力传感器封装结构，所述第一胶体材料为环氧树脂，所述第二胶体材料为软性硅胶。
如上所述压力传感器封装结构，还包括盖体，所述盖体位于所述第二胶体的上表面，所述盖体上具有开口。
本发明的第二方面提供一种压力传感器封装方法，包括以下步骤：
提供一线路基板；
将ASIC芯片与基板电性连接，将所述ASIC芯片置入一模具，并在所述模具内注入第一胶体形成首尾相接的四个侧墙和包覆所述ASIC芯片的封装胶体；
移除所述模具；
将MEMS压力传感器放置于所述封装胶体的上表面，将所述MEMS压力传感的多个芯片管脚均电性连接至所述基板，在所述四个侧墙围成的腔体内注入第二胶体，以使该第二胶体包覆MEMS压力传感器的MEMS芯片和芯片管脚与所述线路基板之间的引线。
如上所述压力传感器封装方法，所述第一胶体材料为塑封料，所述第二胶体材料为软性胶体。
如上所述压力传感器封装方法，所述封装胶体的上表面的面积大于所述MEMS压力传感器的MEMS芯片的下表面的面积。
如上所述压力传感器封装方法，所述封装胶体的至少一个侧面与所述侧墙之间具有间隙，所述芯片管脚在所述间隙内电性连接至所述线路基板。
如上所述压力传感器封装方法，所述MEMS压力传感器的数量为多个，多个所述MEMS压力传感器的MEMS芯片均位于所述封装胶体的上表面。
本发明的压力传感器封装结构包括线路基板、ASIC芯片、第一胶体、MEMS压力传感器和第二胶体，第一胶体包括首尾相接的四个侧墙和位于所述侧墙内的封装胶体，该传感器封装结构在成型时ASIC芯片封装于封装胶体内，首尾相接的四个侧墙在MEMS压力传感器封装时作为第二胶体的挡板，将所述MEMS压力传感器封装于四个侧墙形成的空腔内，该压力传感器封装结构采用阶梯式封装，体积小，封装工序简单，而且在封装时对ASIC芯片和MEMS压力传感器的大小没有特殊要求。
本发明的压力传感器封装方法中首尾相接的四个侧墙和包覆所述ASIC芯片的封装胶体通过模具一体成型，第二胶体填充于所述四个侧墙围成的腔体内，四个侧墙作为第二胶体的模具，减少了压力传感器封装过程中对压力传感器敏感部位增设挡板的工序，简化了整个封装制作工序，而且ASIC芯片和MEMS压力传感器采用阶梯式的封装，实现了封装体的小型化目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有MEMS压力传感器和ASIC板的封装结构示意图；
图2为现有MEMS压力传感器和ASIC板的封装结构示意图；
图3为本发明实施例提供的传感器封装结构在一视角下的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的传感器封装结构在一视角下的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的传感器封装结构在一视角下的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的传感器封装结构在一视角下的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的传感器封装结构在一视角下的结构示意图。
附图标记说明：
1－线路基板；
2－ASIC芯片；
3－第一胶体；
4－MEMS压力传感器；
5－第二胶体；
6－盖体；
7－开口
11－基板管脚；
31－侧墙；
32－封装胶体；
41－MEMS芯片；
42－引线。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，本文中使用的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
现有MEMS压力传感器和ASIC的组合封装主要有以下两种方式，1、MEMS压力传感器单独封装，ASIC单独封装，图1为现有MEMS压力传感器和ASIC的封装结构示意图，请参阅图1所示。2、MEMS压力传感器和ASIC叠层后封装，图2为现有MEMS压力传感器和ASIC的封装结构示意图，请参阅图2所示。上述第一种封装方式MEMS压力传感器和ASIC板并排封装，实现方式较为简单，但是MEMS压力传感器和ASIC板并排封装后，整体体积大，不能实现小型化的封装要求。第二种封装方式相对于第一种单独封装方式具有集成化高，可靠性高的优点，但是在封装ASIC时需要增加挡板以留出MEMS压力传感器封装的腔体，腔体区域内不被塑封料填充，之后在腔体内完成MEMS压力传感器贴片焊接，制作工序复杂。
以下对本申请中的部分用语进行解释说明，以便本领域技术人员理解。
MEMS传感器，是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器。
ASIC，是一种为专门目的而设计的集成电路。是指应特定用户要求和特定电子系统的需要而设计、制造的集成电路。ASIC的特点是面向特定用户的需求，ASIC在批量生产时与通用集成电路相比具有体积更小、功耗更低、可靠性提高、性能提高、保密性增强、成本降低等优点。
下面结合具体实施例对本发明提供的压力传感器封装结构及方法进行详细介绍。
实施例一：
图3为本发明实施例提供的压力传感器封装结构在一视角下的结构示意图，图4为本发明实施例提供的压力传感器封装结构在一视角下的结构示意图。请参阅图3、4所示，本实施例的压力传感器封装结构包括线路基板1、ASIC板2、第一胶体3、MEMS压力传感器4、第二胶体5；所述第一胶体3包括首尾相接的四个侧墙31和位于所述侧墙内的封装胶体32，四个所述侧墙31的高度大于所述封装胶体32的高度，所述封装胶体32包覆所述ASIC板2，所述MEMS压力传感器4包括MEMS芯片41和芯片管脚，所述MEMS芯片41位于所述封装胶体32的上表面，所述芯片管脚电性连接至所述线路基板1，所述第二胶体5包覆所述MEMS芯片41和所述芯片管脚与所述线路基板之间的引线42。
本实施例中，首尾相接的四个侧墙31的内部形成一腔体，其中侧墙为底部宽顶部窄的梯形侧墙，牢固性更好，封装胶体位于四个侧墙31形成的腔体内，第二胶体包覆所述MEMS芯片41和所述芯片管脚，第二胶体填充于四个侧墙形成的腔体内，本实施例中将ASIC板以及MEMS压力传感器封装的目的是使ASIC板以及MEMS压力传感器不被外部环境干扰以及使其能在多种空间受限场景中使用。其中，第一胶体3一般为塑封胶，所述第二胶体5用于封装MEMS压力传感器4，第二胶体5在传感器工作过程中传导外界的压力，第二胶体5一般为软性保护胶，本实施例对所述第一胶体3和第二胶体5的具体形式不做特殊限制。
本实施例中，第二胶体5的上表面与四个所述侧墙31的上表面共平面，在封装结构受到外界压力时，能够很好的接收外界压力信号。
本实施例的压力传感器封装结构包括线路基板、ASIC芯片、第一胶体、MEMS压力传感器和第二胶体，第一胶体包括首尾相接的四个侧墙和位于所述侧墙内的封装胶体，该传感器封装结构在成型时ASIC芯片封装于封装胶体内，首尾相接的四个侧墙在MEMS压力传感器封装时作为第二胶体的挡板，将所述MEMS压力传感器封装于四个侧墙形成的空腔内，该压力传感器封装结构采用阶梯式封装，体积小，封装工序简单，而且在封装时对ASIC芯片和MEMS压力传感器的大小没有特殊要求。
实施例二：
本实施例具有与实施例一相似的整体结构，不同的是本实施例在实施例一的基础上进一步提供了压力传感器封装结构的具体结构。
本实施例中，所述四个侧墙31和所述封装胶体32通过模具一体成型，制作工序简单。
进一步地，所述封装胶体31的至少一个侧面与所述侧墙31之间具有间隙，所述芯片管脚在所述间隙内电性连接至所述线路基板1，本实施例提供了封装胶体与首尾相接的四个侧墙位置的具体关系。图4为本发明实施例提供的压力传感器封装结构在一视角下的结构示意图，请参阅图4所示，封装胶体31与右边侧墙之间具有间隙，基板管脚11分布在上述间隙内。图5为本发明实施例提供的压力传感器封装结构在一视角下的结构示意图，请参阅图5所示，封装胶体31与图中上边、下边、右边侧墙之间具有间隙，基板管脚11分布在上述间隙内。图6为本发明实施例提供的压力传感器封装结构在一视角下的结构示意图，请参阅图6所示，封装胶体31与四个侧墙之间均具有间隙，基板管脚11分布在上述间隙内。可见，本实施例的设计规避了MEMS压力传感器4芯片管脚与基板管脚11之间连线的限制，扩展了芯片管脚与所述线路基板之间的引线42的灵活性。
进一步地，所述第一胶体3材料为环氧树脂，所述第二胶体5材料为软性胶体。本实施例第一胶体3材料为环氧树脂，能够将ASIC板牢固的固定在线路基板1上，第二胶体5材料为软性胶体能够很好地传递外界压力。可选地，本实施例中所述第二胶体5材料为紫外光固化型硅胶或者热固化型硅胶。
进一步地，本实施例中，为了进一步保护压力传感器封装结构，所述第二胶体5的上表面设置有盖体6，所述盖体6上具有开口7，能够很好地传递外界压力。
实施例三：
本实施例提供一种传感器封装方法，包括以下步骤：
提供一线路基板；
将ASIC板与线路基板电性连接，将所述ASIC板置入一模具，并在所述模具内注入第一胶体形成首尾相接的四个侧墙和包覆所述ASIC板的封装胶体；
移除所述模具；
将MEMS压力传感器放置于所述封装胶体的上表面，将所述MEMS压力传感的多个芯片管脚均电性连接至所述基板，在所述四个侧墙围成的腔体内注入第二胶体，以使该第二胶体包覆MEMS压力传感器的MEMS芯片和芯片管脚与所述线路基板之间的引线。
本实施例的压力传感器封装方法中首尾相接的四个侧墙和包覆所述ASIC芯片的封装胶体通过模具一体成型，第二胶体填充于所述四个侧墙围成的腔体内，四个侧墙作为第二胶体的模具，减少了压力传感器封装过程中对压力传感器敏感部位增设挡板的工序，简化了整个封装制作工序，而且ASIC芯片和MEMS压力传感器采用阶梯式的封装，实现了封装体的小型化目的。
进一步地，所述第一胶体材料为环氧树脂，所述第二胶体材料为软性胶体。
进一步地，所述封装胶体的上表面的面积大于所述微机电系统压力传感器芯片下表面的面积。
进一步地，所述封装胶体的至少一个侧面与所述侧墙之间具有间隙，所述芯片管脚在所述间隙内电性连接至所述线路基板。
图7为本发明实施例提供的传感器封装结构在一视角下的结构示意图，请参阅图7所示，本实施例中，所述MEMS压力传感器4包括两个，两个所述MEMS压力传感器4的MEMS芯片均位于所述封装胶体的上表面。在压力传感器封装结构制作时，封装胶体可根据实际情况调整大小，当MEMS压力传感器4的面积较大，或者需要封装多个MEMS压力传感器4时，可以适当加大封装胶体32的体积，从而增大封装胶体32上表面的面积，满足多个MEMS压力传感器4的封装。
本实施例中在注入第二胶体后还包括在整个封装体的上表面封装盖体，进一步保护整个封装体。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种传感器封装结构，其特征在于：
包括线路基板、ASIC芯片、第一胶体、MEMS压力传感器和第二胶体；
所述第一胶体包括首尾相接的四个侧墙和位于所述侧墙内的封装胶体，四个所述侧墙的高度大于所述封装胶体的高度，所述封装胶体包覆所述ASIC芯片，所述MEMS压力传感器包括MEMS芯片和芯片管脚，所述MEMS芯片位于所述封装胶体的上表面，所述芯片管脚电性连接至所述线路基板，所述第二胶体包覆所述MEMS芯片和所述芯片管脚与所述线路基板之间的引线。
2.根据权利要求1所述的传感器封装结构，其特征在于：
所述四个侧墙和所述封装胶体通过模具一体成型。
3.根据权利要求1所述的传感器封装结构，特征在于：
所述封装胶体的至少一个侧面与所述侧墙之间具有间隙，所述芯片管脚在所述间隙内电性连接至所述线路基板。
4.根据权利要求1所述的传感器封装结构，其特征在于：
所述第一胶体材料为环氧树脂，所述第二胶体材料为软性硅胶。
5.根据权利要求1所述的传感器封装结构，其特征在于：还包括盖体，所述盖体位于所述第二胶体的上表面，所述盖体上具有开口。
6.一种传感器封装方法，特征在于，包括以下步骤：
提供一线路基板；
将ASIC芯片与基板电性连接，将所述ASIC芯片置入一模具，并在所述模具内注入第一胶体形成首尾相接的四个侧墙和包覆所述ASIC芯片的封装胶体；
移除所述模具；
将MEMS压力传感器放置于所述封装胶体的上表面，将所述MEMS压力传感的多个芯片管脚均电性连接至所述基板，在所述四个侧墙围成的腔体内注入第二胶体，以使该第二胶体包覆MEMS压力传感器的MEMS芯片和芯片管脚与所述线路基板之间的引线。
7.根据权利要求6所述的传感器封装方法，其特征在于：
所述第一胶体材料为环氧树脂，所述第二胶体材料为软性硅胶。
8.根据权利要求6所述的传感器封装方法，其特征在于：
所述封装胶体的上表面的面积大于所述MEMS压力传感器的MEMS芯片的下表面的面积。
9.根据权利要求6所述的传感器封装方法，其特征在于：所述封装胶体的至少一个侧面与所述侧墙之间具有间隙，所述芯片管脚在所述间隙内电性连接至所述线路基板。
10.根据权利要求6所述的传感器封装方法，其特征在于：所述MEMS压力传感器的数量为多个，多个所述MEMS压力传感器的MEMS芯片均位于所述封装胶体的上表面。
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