CN111693207B - 一种油箱蒸汽压力传感器封装结构及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于压力传感器封装技术领域，具体涉及一种油箱蒸汽压力传感器封装结构及其制备工艺。具体结构为：信号调理芯片位于印刷电路板的上方；印刷电路板的焊盘与信号调理芯片的引脚通过焊锡连接；印刷电路板的中间开有方形通孔，压力传感器芯片非接触的置于印刷电路板的方形通孔中；印刷电路板的下方设有基板，印刷电路板、压力传感器芯片均通过贴片胶与基板相连；基板底部凹槽与壳体上的凸台配合安装定位；基板下方和壳体之间设有O型密封圈。本发明由于压力传感器芯片不需要焊接到印刷电路板板，阻隔了印刷电路板上应力传递到压力芯片，增加了传感器的测量精度，并能够显著的降低生产制造成本。

Description

一种油箱蒸汽压力传感器封装结构及其制备工艺

技术领域

本发明属于压力传感器封装技术领域，具体涉及一种油箱蒸汽压力传感器封装结构及其制备工艺。

背景技术

具有内燃机的车辆其存储液体燃料的燃料箱存储着及易挥发的液体燃料，如汽油、甲醇等，其中以汽油居多。这些燃料受到温度的影响(包含太阳能直射、地面热能辐射、油泵高温传到以及回油管回油温度加热)易蒸发成燃油蒸汽。无论是车辆处于行驶或停止状态，燃油蒸汽几乎始终存在。如果将这些燃油蒸汽直接排放到大气中，一方面会造成环境的严重污染，另一方面也造成了极大的经济损失。因此需要车辆存在一套系统能够将这些燃油蒸汽收集和利用，即称之为“蒸发排放管理系统”(EVAP:Evaporative EmissionSystem)。

油箱压力传感器在EVAP起着重要的作用，随着燃油的不断消耗，燃油箱内的液面将逐渐下降，燃油箱内将出现一定的真空度。若连接油箱和活性炭的油管堵塞，则没有空气进入补充，真空度会持续增加，燃油就不易被燃油泵抽出，轻则发动机熄火，重则会把燃油箱吸瘪。安装有油箱压力传感器EVAP，会通过油箱压力传感器检测油箱内过大的真空度，及时提醒驾驶员，防止此类故障的发生。

发明内容

为了降低振动、冲击和外界温度变化对油箱压力传感器输出信号的影响，提高传感器输出信号精度，本发明提供了一种油箱蒸汽压力传感器封装结构，包括：壳体，印刷电路板，信号调理芯片，压力传感器芯片，贴片胶，基板；

信号调理芯片位于印刷电路板的上方；印刷电路板的焊盘与信号调理芯片的引脚通过焊锡连接；印刷电路板与壳体固定连接；

印刷电路板的中间开有方形通孔，压力传感器芯片非接触的置于印刷电路板的方形通孔中；

印刷电路板的下方设有基板，印刷电路板、压力传感器芯片均通过贴片胶与基板相连；

基板的底部设有凹槽，与壳体上的凸台配合安装定位；基板的下方和壳体之间设有O型密封圈9。

进一步地，所述印刷电路板的方形通孔，边长要大于压力传感器芯片边长2～3mm。

进一步地，所述印刷电路板的材料为FR-4，四角有圆形小孔，小孔和壳体的四个柱子用热铆固定。

进一步地，在印刷电路板和基板粘接形成的空腔中灌入绝缘保护胶，覆盖整个压力传感器芯片，减少冲击振动和杂质对压力传感器芯片的影响，增加使用寿命。

进一步地，壳体上还设有金属接插件，印刷电路板上的焊盘和金属接插件通过Al线绑定相连，具体为：每个焊盘上都绑定有三根焊线分别与金属接插件的3个端子相连，防止信号中断。

进一步地，压力传感器芯片的薄膜上有四个扩散硅电阻连接而成的惠斯通电桥，它根据外界施加在膜片上的压力输出相应的电压来进行压力测量。

进一步地，所述基板的材料为陶瓷、玻璃或硅片，面积是压力传感器芯片面积的9倍以上；用于抑制应力。

进一步地，壳体的材料为尼龙，所述O型密封圈9的材料为全氟橡胶。

进一步地，压力传感器芯片上的焊盘与印刷电路板上的焊盘通过Au线绑定实现电气连接，每个焊盘上绑定有两根Au线，防止信号中断。

本发明还提供了一种油箱蒸汽压力传感器封装结构的制备工艺，步骤如下：

(1)采用SMT工艺将信号调理芯片和相应的电容电阻焊接在印刷电路板上，之后用贴片胶将基板粘贴于印刷电路板下方，基板的中心和印刷电路板的方形通孔的中心重合。

(2)将压力传感器芯片的底部涂上贴片胶，接着将贴片胶置于步骤(1)得到的印刷电路板的方形通孔中间并与底下基板粘接，形成传感单元。

(3)将步骤(2)得到的传感单元运用引线键合方法将Au线键合在压力传感器芯片的焊盘和印刷电路板的焊盘上，实现压力传感器芯片和印刷电路板的信号连接，并在印刷电路板的通孔中注入绝缘保护胶，绝缘保护胶覆盖整个压力传感器芯片。

(4)在传感器塑料壳体的底部加上O型密封圈，接着用热铆的方式将步骤(3)得到的传感单元铆压在塑料壳体中得到无盖的油箱蒸汽压力传感器。

(5)将步骤(4)中得到的无盖油箱蒸汽压力传感器用引线键合的方式将Al线焊接在印刷电路板的焊盘和金属接插件上，得到有电气连接的无盖油箱蒸汽压力传感器。

(6)用贴片胶将基板粘贴在步骤(5)得到的有电气连接的无盖油箱蒸汽压力传感器上，通过高温固化的方式得到最终的油箱蒸汽压力传感器。

本发明所述的封装结构可将印刷电路板和塑料壳体变形对芯片的影响降到最低，大大降低了油箱压力传感器自身结构对芯片输出的影响，进而提高了传感器的性能，保证了油箱压力传感器测量的准确性和稳定性。

本发明有益效果为

本发明提出的油箱蒸汽压力传感器，基板的使用可以有效抑制传感器中各个组件产生的应力对压力传感器芯片的影响。压力传感器芯片上涂敷的绝缘保护胶可以防止冲击振动和杂质损坏压力传感器芯片，进而提高油箱蒸汽压力传感器的测量精度和使用寿命。

附图说明

图1为油箱蒸汽压力传感器的整体装配图；

图2为油箱蒸汽压力传感器的内部结构剖面图；

图3为压力感应芯片安装处结构放大图；

其中，1-壳体、2-金属接插件、3-印刷电路板、4-信号调理芯片、5-绝缘保护胶、6-压力传感器芯片、7-贴片胶、8-基板、9-O型密封圈。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图2所示，本实例包括：壳体1，金属接插件2，FR-4印刷电路板3，信号调理芯片4，绝缘保护胶5，压力传感器芯片6，贴片胶7，基板8，O型密封圈9。

信号调理芯片4的型号为MLX90328，主要用于传感器芯片的温度补偿；信号调理芯片4位于印刷电路板3的上方；印刷电路板3的焊盘与信号调理芯片4的引脚通过焊锡连接；印刷电路板3与壳体1固定连接；印刷电路板3的中间开有方形通孔，压力传感器芯片6非接触的置于印刷电路板3的方形通孔中；印刷电路板3的下方设有基板8，印刷电路板3、压力传感器芯片6均通过贴片胶7与基板8相连；基板8的底部设有凹槽，与壳体1上的凸台配合安装定位；基板8的下方和壳体1之间设有O型密封圈9。

所述印刷电路板3的方形通孔，边长要大于压力传感器芯片6边长2～3mm，使得压力传感器芯片的外侧与印刷电路板的内侧之间形成一个间隙，这个间隙使用绝缘保护胶5填充，胶水覆盖整个压力传感器芯片6，胶水上层距离压力芯片顶部2～3mm。这种组件之间非直接接触结构可以减小印刷电路板对压力传感器芯片的应力影响。通孔结构还能降低油箱蒸汽压力传感器内部结构的整体高度，使内部结构更加紧凑。

所述印刷电路板3的材料为FR-4，四角有圆形小孔，小孔和壳体1的四个柱子用热铆固定。

壳体1的材料为尼龙，壳体1上还设有金属接插件2；印刷电路板3上的焊盘和金属接插件2通过Al线绑定相连，具体为：每个焊盘上都绑定有三根焊线分别与金属接插件2的3个端子相连，将调理好的信号传导出去，防止信号中断。

压力传感器芯片6的薄膜上有四个扩散硅电阻连接而成的惠斯通电桥，它根据外界施加在膜片上的压力输出相应的电压来进行压力测量。

所述基板8的材料为陶瓷，面积是压力传感器芯片6面积的9倍以上；用于抑制应力。

所述O型密封圈9的材料为全氟橡胶。

压力传感器芯片6上的焊盘与印刷电路板3上的焊盘通过Au线绑定实现电气连接，每个焊盘上绑定有两根Au线，防止传感器因振动导致Au线脱落。

本发明的一种油箱蒸汽压力传感器封装结构的制备工艺，步骤如下：

(1)采用SMT工艺将信号调理芯片4和相应的电容电阻焊接在印刷电路板3上，之后用贴片胶7将基板8粘贴于印刷电路板3下方，基板8的中心和印刷电路板3的方形通孔的中心重合。

(2)将压力传感器芯片6的底部涂上贴片胶7，接着将贴片胶7置于步骤(1)得到的印刷电路板3的方形通孔中间并与底下基板8粘接，形成传感单元。

(3)将步骤(2)得到的传感单元运用引线键合方法将Au线键合在压力传感器芯片6的焊盘和印刷电路板3的焊盘上，实现压力传感器芯片6和印刷电路板3的信号连接，并在印刷电路板3的通孔中注入绝缘保护胶5，绝缘保护胶5覆盖整个压力传感器芯片6。

(4)在传感器塑料壳体1的底部加上O型密封圈9，接着用热铆的方式将步骤(3)得到的传感单元铆压在塑料壳体1中得到无盖的油箱蒸汽压力传感器。

(5)将步骤(4)中得到的无盖油箱蒸汽压力传感器用引线键合的方式将Al线焊接在印刷电路板3的焊盘和金属接插件2上，得到有电气连接的无盖油箱蒸汽压力传感器。

(6)用贴片胶7将基板8粘贴在步骤(5)得到的有电气连接的无盖油箱蒸汽压力传感器上，通过高温固化的方式得到最终的油箱蒸汽压力传感器。

所述的贴片胶7和绝缘保护胶5的热力学指标要与压力传感器芯片的材料相接近，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压力传感器芯片基本一致，这样就可以大大降低温度对压力传感器芯片的影响。同时，贴片胶7固化后可作为应力缓冲区，当外部应力通过印刷电路板传递到贴片胶7时，大部分应力可以被贴片胶7缓冲卸掉，进一步降低外部因素对压力传感器芯片的性能影响。

所述基板8的热力学特性同样应与压力传感器芯片的材质相接近，同时具有一定的刚性，可采用陶瓷材料加工制作基板。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。因为基板具有一定的刚性，它便可以对这些变形起到一定的抑制作用，进而降低其它结构对压力传感器芯片性能的影响。

Claims (9)

1.一种油箱蒸汽压力传感器封装结构的制备工艺，所述油箱蒸汽压力传感器封装结构包括：壳体(1)，印刷电路板(3)，信号调理芯片(4)，压力传感器芯片(6)，贴片胶(7)，基板(8)；

信号调理芯片(4)位于印刷电路板(3)的上方；印刷电路板(3)的焊盘与信号调理芯片(4)的引脚通过焊锡连接；印刷电路板(3)与壳体(1)固定连接；

印刷电路板(3)的中间开有方形通孔，压力传感器芯片(6)非接触的置于印刷电路板(3)的方形通孔中；

印刷电路板(3)的下方设有基板(8)，印刷电路板(3)、压力传感器芯片(6)均通过贴片胶(7)与基板(8)相连；

基板(8)的底部设有凹槽，与壳体(1)上的凸台配合安装定位；基板(8)的下方和壳体(1)之间设有O型密封圈(9)；

其特征在于：制备工艺的步骤如下：

(1)采用SMT工艺将信号调理芯片(4)和相应的电容电阻焊接在印刷电路板(3)上，之后用贴片胶(7)将基板(8)粘贴于印刷电路板(3)下方，基板(8)的中心和印刷电路板(3)方形通孔的中心重合；

(2)将压力传感器芯片(6)的底部涂上贴片胶(7)，接着将贴片胶(7)置于步骤(1)得到的印刷电路板(3)方形通孔中间并与底下基板(8)粘接，形成传感单元；

(3)将步骤(2)得到的传感单元运用引线键合方法将Au线键合在压力传感器芯片(6)的焊盘和印刷电路板(3)的焊盘上，实现压力传感器芯片(6)和印刷电路板(3)的信号连接，并在印刷电路板(3)的通孔中注入绝缘保护胶(5)，绝缘保护胶(5)覆盖整个压力传感器芯片(6)；

(4)在传感器塑料壳体(1)的底部加上O型密封圈(9)，接着用热铆的方式将步骤(3)得到的传感单元铆压在塑料壳体(1)中得到无盖的油箱蒸汽压力传感器；

(5)将步骤(4)中得到的无盖油箱蒸汽压力传感器用引线键合的方式将Al线焊接在印刷电路板(3)的焊盘和金属接插件(2)上，得到有电气连接的无盖油箱蒸汽压力传感器；

(6)用贴片胶(7)将基板(8)粘贴在步骤(5)得到的有电气连接的无盖油箱蒸汽压力传感器上，通过高温固化的方式得到最终的油箱蒸汽压力传感器。

2.如权利要求1所述的油箱蒸汽压力传感器封装结构的制备工艺，其特征在于：所述印刷电路板(3)的方形通孔，边长要大于压力传感器芯片(6)边长2～3mm；所述印刷电路板(3)的材料为FR-4，四角有圆形小孔，小孔和壳体(1)的四个柱子用热铆固定。

3.如权利要求1所述的油箱蒸汽压力传感器封装结构的制备工艺，其特征在于：在印刷电路板(3)和基板(8)粘接形成的空腔中灌入绝缘保护胶(5)，覆盖整个压力传感器芯片(6)。

4.如权利要求1所述的油箱蒸汽压力传感器封装结构的制备工艺，其特征在于：壳体(1)上还设有金属接插件(2)，印刷电路板(3)上的焊盘和金属接插件(2)通过Al线绑定相连。

5.如权利要求4所述的油箱蒸汽压力传感器封装结构的制备工艺，其特征在于：印刷电路板(3)的每个焊盘上都绑定有三根焊线分别与金属接插件(2)的3个端子相连。

6.如权利要求1所述的油箱蒸汽压力传感器封装结构的制备工艺，其特征在于：压力传感器芯片(6)的薄膜上有四个扩散硅电阻连接而成的惠斯通电桥，它根据外界施加在膜片上的压力输出相应的电压来进行压力测量。

7.如权利要求1所述的油箱蒸汽压力传感器封装结构的制备工艺，其特征在于：所述基板(8)的材料为陶瓷、玻璃或硅片，面积是压力传感器芯片(6)面积的9倍以上。

8.如权利要求1所述的油箱蒸汽压力传感器封装结构的制备工艺，其特征在于：壳体(1)的材料为尼龙，所述O型密封圈(9)的材料为全氟橡胶。

9.如权利要求1所述的油箱蒸汽压力传感器封装结构的制备工艺，其特征在于：压力传感器芯片(6)上的焊盘与印刷电路板(3)上的焊盘通过Au线绑定实现电气连接，每个焊盘上绑定有两根Au线。

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