CN111024303B - 防水气压传感器及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种防水气压传感器及其制作方法，防水气压传感器包括壳体和基板，壳体固定在基板上方并与基板形成收容空间，在收容空间内的基板上方设有芯片，弹性防水胶填充在芯片上端面以上的收容空间，硬胶填充在弹性防水胶以外的收容空间。本发明中弹性防水胶的填充体积和胶厚大大减小，改善了只采用弹性防水胶填充内部残余气泡量多的缺点，使防水气压传感器性能稳定。

Description

防水气压传感器及其制作方法

技术领域

本发明涉及气压传感器技术领域，更为具体地，涉及一种防水气压传感器及其制作方法。

背景技术

现有的大多数防水气压传感器，在传感器内部通过填充弹性硅凝胶，通常可以达到50m到100m防水，量程(压力测量范围)可达到30kPa到150kPa。防水气压传感器除了可测量大气压强外，还可以测量一定水压/水深。

图4为现有技术中的防水气压传感器的封装结构的结构示意图。如图4所示，现有的防水气压传感器封装结构一般包括，包括壳体101和基板102，壳体101固定在基板102上方并与基板102形成收容空间，收容空间内的基板102上方固定有芯片103，芯片103与基板102上的电路通过金属引线电连接，芯片103周围的收容空间填充有弹性防水胶104，弹性防水胶104的填充高度应高于芯片103的高度低于壳体101的高度。芯片103为压力感测芯片，其上端面具有感知振膜，弹性防水胶104对芯片103和金属引线形成防水保护。

但是，目前常规的弹性防水胶硅凝胶灌封工艺要进行脱泡和固化。灌封硅凝胶时，在芯片的棱角处容易藏气泡，传感器灌封完硅凝胶后，要对硅凝胶进行脱泡处理，灌封的硅凝胶越厚，越不容易脱泡，即胶内残余气泡越难从胶内逸出。

当完成防水气压传感器所有的封装测试工艺后，即制作成成品后，由于硅凝胶非常软，当环境温度变化时，残余气泡会扩大或者缩小，导致气泡附近的硅凝胶发生变形，甚至芯片上方胶体厚度变化，影响胶内应力的分布情况，这样会导致防水气压传感器性能发生偏移，造成防水气压传感器性能不稳定。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种防水气压传感器及其制作方法，通过在硅凝胶下面填充硬胶，起到减少气泡形变的作用，从而减少硅凝胶的形变，使防水气压传感器性能稳定。

本发明提供的一种防水气压传感器，包括壳体和基板，所述壳体固定在所述基板上方并与所述基板形成收容空间，在所述收容空间内的基板上方设有芯片，在所述收容空间内填充有硬胶和弹性防水胶，且所述弹性防水胶填充在所述芯片上端面以上的收容空间，所述硬胶填充在所述弹性防水胶以外的收容空间。

优选的，所述弹性防水胶填充在所述芯片上端面的正上方。

优选的，所述弹性防水胶填充在所述芯片上端面的正上方和斜上方。

优选的，所述硬胶为硅胶胶水。

本发明还提供了一种防水气压传感器的制作方法，包括以下步骤：

S110：在所述基板上方固定所述芯片；

S120：将所述芯片与所述基板采用金属引线键合；

S130：在所述基板上方固定所述外壳，所述基板与所述外壳形成收容空间；

S140：在所述收容空间内填充硬胶，所述硬胶的填充高度低于所述芯片上端面，将所述硬胶脱泡和固化；

S150：在所述硬胶以外的收容空间填充所述弹性防水胶，将所述弹性防水胶脱泡和固化。

优选的，所述芯片包括MEMS芯片和IC芯片；其中，所述IC芯片固定在所述基板上方，所述MEMS芯片固定在所述IC芯片上方，所述MEMS芯片与所述IC芯片通过金属引线键合，所述IC芯片与所述基板上的电路通过金属引线键合。

优选的，所述芯片包括MEMS芯片和IC芯片；其中，所述IC芯片采用倒装焊固定在所述基板上方，所述MEMS芯片固定在所述IC芯片背面，所述MEMS芯片与所述基板上的电路通过金属引线键合。

优选的，所述硬胶固化后硬度为20A到60A。

优选的，在S140中，在所述芯片上端面正上方以外的收容空间填充硬胶。

优选的，在S140中，在所述芯片上端面正上方和斜上方以外的收容空间填充硬胶。

从上面的描述可知，本发明提供的防水气压传感器，采用在芯片上方感知振膜以上的空间填充弹性防水胶，其他空间填充硬胶，使弹性防水胶的填充体积和胶厚大大减小，改善了只采用弹性防水胶填充内部残余气泡量多，不易脱泡的缺点。从而降低了对MEMS芯片的影响，提升了防水气压传感器性能的稳定性。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为根据本发明实施例1的防水气压传感器的结构示意图；

图2为根据本发明实施例2的防水气压传感器的结构示意图；

图3为根据本发明实施例3的防水气压传感器的结构示意图；

图4为现有技术中的防水气压传感器的封装结构示意图；

图5为根据本发明实施例4的防水气压传感器的制作方法的流程图；

其中，101-壳体、102-基板、103-芯片、104-弹性防水胶、105-硬胶、106-MEMS芯片、107-IC芯片。

在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

实施例1

图1为根据本发明实施例1的防水气压传感器的结构示意图。

如图1所示，本实施例提出的防水气压传感器。针对填充弹性防水胶易残留气泡且残留气泡影响传感器性能的问题，在现有的防水气压传感器封装结构的基础进行了改进。

具体的，本实施例提供的防水气压传感器包括壳体101和基板102，壳体101固定在基板102上方并与基板102形成收容空间，在收容空间内的基板102上方设有芯片107，在收容空间内填充有硬胶105和弹性防水胶104，且弹性防水胶104填充在芯片103上端面以上的收容空间，硬胶105填充在弹性防水胶104以外的收容空间。

在收容空间内填充弹性防水胶104的同时填充硬胶105，但是在芯片103上端面的感知振膜上方的空间内不能有硬胶105填充，芯片103上端面的感知振膜以上必须填充弹性防水胶104。

结合图1，本实施例中硬胶105可填充在芯片103的四周，硬胶105整体填充高度低于芯片103上端面，硬胶105上方填充弹性防水胶104。

硬胶105可选为硅胶系列胶水，且固化后硬度优选为邵氏A硬度(20-60)。在此硬度范围内，硬胶105固化后内部残余气泡难以导致硬胶105变形且气泡无法溢出，所以硬胶105内部残余气泡不会影响防水气压传感器的性能；同时此硬度范围内不会对芯片103及基板102形成大的内部应力，也使金属引线可以承受高压不易损坏。硬胶105还可采用环氧基树脂。弹性防水胶104可采用硅凝胶。

芯片103可包括MEMS芯片106和IC芯片107。MEMS芯片106可以是MEMS电阻气压芯片或者MEMS电容气压芯片。

IC芯片107固定在基板102上方，MEMS芯片106固定在IC芯片107上方，MEMS芯片106与IC芯片107通过金属引线键合，IC芯片107与基板102上的电路通过金属引线键合。

IC芯片107还可采用倒装焊固定在基板102上方，MEMS芯片106固定连接IC芯片107背面，MEMS芯片106与基板102上的电路通过金属引线键合。

本实施例的加工工艺过程：

先将芯片103固定在基板上，进行金属引线键合，再粘接固定金属外壳101，然后进行硬胶105的填充，将硬胶105罐装到不高于芯片103上端面感知振膜的位置后，停止罐装，脱泡、固化硬胶105，最后进行弹性防水胶104的灌封、脱泡与固化。

实施例2

图2为根据本发明实施例2的防水气压传感器的结构示意图。

如图2所示，本实施例提出的防水气压传感器，在实施例1的基础上，在芯片103上端面感知振膜正上方的收容空间内填充弹性防水胶104，这样弹性防水胶104的形状成柱形，硬胶105填充在芯片103的四周，以及弹性防水胶104以外的空间。

本实施例的加工工艺过程：

先将芯片103固定在基板102上，进行金属引线键合，再粘接固定金属外壳101，然后进行硬胶105的填充，将硬胶105罐装在芯片103上端面感知振膜的正上方以外的收容空间内，脱泡、固化硬胶105，最后在芯片103上端面感知振膜的正上方进行弹性防水胶104的灌封、脱泡与固化。

实施例3

图3为根据本发明实施例3的防水气压传感器的结构示意图。

如图3所示，本实施例提出的防水气压传感器，在实施例1的基础上，在芯片103上端面感知振膜正上方和斜上方的收容空间内填充弹性防水胶104，这样弹性防水胶104的形状成台形，硬胶105填充在芯片103的四周，以及弹性防水胶104以外的空间。

本实施例的加工工艺过程：

先将芯片103固定在基板102上，进行金属引线键合，再粘接固定金属外壳101，然后进行硬胶105的填充，将硬胶105罐装在芯片103上端面感知振膜的正上方和斜上方以外的收容空间内，脱泡、固化硬胶，最后在芯片103上端面感知振膜的正上方和斜上方进行弹性防水胶104的灌封、脱泡与固化。

实施例4

图5为根据本发明实施例4的防水气压传感器的制作方法的流程图。

如图5所示，本实施例提供了一种防水气压传感器的制作方法，用于制作实施例1中的防水气压传感器，包括以下步骤：

S110：在基板上方固定芯片；

S120：将芯片与基板采用金属引线键合；

S130：在基板上方固定外壳，基板与外壳形成收容空间；

S140：在收容空间内填充硬胶，所述硬胶的填充高度低于芯片上端面的感知振膜，将硬胶脱泡和固化；

S150：在硬胶以外的收容空间填充弹性防水胶，将弹性防水胶脱泡和固化。

芯片包括MEMS芯片和IC芯片。

步骤S110的过程具体包括，将IC芯片固定在基板上方，MEMS芯片固定在IC芯片上方，MEMS芯片与IC芯片通过金属引线键合，IC芯片与基板上的电路通过金属引线键合。

步骤S110的过程还可以是，将IC芯片采用倒装焊固定在基板上方，MEMS芯片固定在IC芯片背面，MEMS芯片与基板上的电路通过金属引线键合。

在步骤S130中，硬胶固化后硬度可为20A到60A。

在步骤S140中，硬胶可填充在芯片的四周，硬胶整体填充高度低于芯片上端面，硬胶上方填充弹性防水胶。

实施例5

本实施例的防水气压传感器制作方法用于制作实施例2中的防水气压传感器。在实施例4的基础上，步骤S140中，硬胶可填充在芯片上端面正上方以外的收容空间，将硬胶脱泡和固化。硬胶上方再填充弹性防水胶，弹性防水胶成柱形，将弹性防水胶脱泡和固化。

实施例6

本实施例的防水气压传感器制作方法用于制作实施例3中的防水气压传感器。在实施例4的基础上，步骤S140中，硬胶可填充在芯片上端面正上方和斜上方以外的收容空间，将硬胶脱泡和固化。硬胶上方再填充弹性防水胶，弹性防水胶成台形，将弹性防水胶脱泡和固化。

如上参照附图以示例的方式描述根据本发明的防水气压传感器及其制作方法。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的防水气压传感器及其制作方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (9)

1.一种防水气压传感器，包括壳体和基板，所述壳体固定在所述基板上方并与所述基板形成收容空间，在所述收容空间内的基板上方设有芯片，其特征在于，

所述芯片包括相互连接的MEMS芯片和IC芯片，其中，所述IC芯片固定在所述基板上方，所述MEMS芯片固定在所述IC芯片上方；

在所述收容空间内填充有硬胶和弹性防水胶，所述硬胶填充在所述芯片的四周或所述芯片上端面以外的收容空间，所述弹性防水胶填充在所述硬胶的上方；且所述弹性防水胶填充在所述芯片的上端面的感知振膜上方的收容空间，所述弹性防水胶为台形或者柱形；

所述硬胶为环氧基树脂或硅胶系列胶水。

2.如权利要求1所述的防水气压传感器，其特征在于，所述弹性防水胶填充在所述芯片上端面的正上方。

3.如权利要求1所述的防水气压传感器，其特征在于，所述弹性防水胶填充在所述芯片上端面的正上方和斜上方。

4.一种如权利要求1所述的防水气压传感器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S110：在所述基板上方固定所述芯片；其中，所述芯片包括相互连接的MEMS芯片和IC芯片，所述IC芯片固定在所述基板上方，所述MEMS芯片固定在所述IC芯片上方，所述MEMS芯片与所述IC芯片导通；

S120：将所述IC芯片与所述基板固定；

S130：在所述基板上方固定所述壳体，所述基板与所述壳体形成收容空间；

S140：在所述收容空间内填充硬胶，所述硬胶的填充高度低于所述芯片上端面，将所述硬胶脱泡和固化，以使所述硬胶填充在所述芯片的四周或所述芯片上端面以外的收容空间；

S150：在所述硬胶以外的收容空间填充所述弹性防水胶，将所述弹性防水胶脱泡和固化，所述弹性防水胶填充在所述芯片的上端面的感知振膜上方，所述弹性防水胶为台形或者柱形。

5.如权利要求4所述的防水气压传感器的制作方法，其特征在于，

所述MEMS芯片与所述IC芯片通过金属引线键合，所述IC芯片与所述基板上的电路通过金属引线键合。

6.如权利要求4所述的防水气压传感器的制作方法，其特征在于，

所述IC芯片采用倒装焊固定在所述基板上方，所述MEMS芯片固定在所述IC芯片背面，所述MEMS芯片与所述基板上的电路通过金属引线键合。

7.如权利要求4所述的防水气压传感器的制作方法，其特征在于，所述硬胶固化后硬度为20A到60A。

8.如权利要求4所述的防水气压传感器的制作方法，其特征在于，在S140中，在所述芯片上端面正上方以外的收容空间填充硬胶。

9.如权利要求4所述的防水气压传感器的制作方法，其特征在于，在S140中，在所述芯片上端面正上方和斜上方以外的收容空间填充硬胶。

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