CN111816621A - 防水压力传感器及封装方法 - Google Patents

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李向光
付博
方华斌
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Abstract

本发明公开了一种防水压力传感器及封装方法，其中，防水压力传感器包括：电路板；外壳，安装在所述电路板上，所述外壳和所述电路板围合形成收容空间，所述外壳开设有点胶口；芯片，安装在所述电路板上且位于所述收容空间内；防水胶层，填充于所述收容空间内且覆盖所述芯片，所述防水胶层包括透明固体胶和填充于所述透明固体胶内不相溶的不透明颗粒。可采用CCD视觉检测系统或普通光学显微镜观察不透明颗粒的比例，然后与标准胶厚中的不透明颗粒比例对比，以实现防水胶层厚度是否在合理范围内的检测。

Description

防水压力传感器及封装方法
技术领域
本发明涉及半导体封装领域，具体涉及防水压力传感器及封装方法。
背景技术
随着科技的发展，压力传感器在消费电子中的应用越来越广泛，对于手机导航、无人机定高、健康监测(肺活量测量)等方面的应用越来越多，使用场景越来越广泛，消费者对产品性能的要求也越来越高，而这对于产品的防水性能提出了更高的要求。对于压力传感器来说，要实现高的防水等级和防水可靠性，在芯片上覆盖弹性胶是一种既方便实现防水性能又可以有效保护芯片的简单且实用的方法。
而覆盖芯片的胶水颜色是非常有讲究的，在这其中，比较常用的是透明色，透明色胶水反射光能力非常强。随着科技的发展，电子器件集成度越来越高，推动着防水压力传感器也朝着小尺寸的方向快速发展，而压力传感器是靠弹性凝胶表面形变感受压力变化，进而传导到内部芯片，转变为电信号的变化，实现压力检测。因此防水压力传感器产品对胶面异物比较敏感，而产品尺寸变小后，更对异物管控提出了更高的要求。而透明胶中的异物是比较容易检出的，使用透明硅凝胶可以有效提高产品良率，减少检验成本。
胶水厚度对产品性能影响较大，胶水太少时，不能达到防水效果，不能有效保护芯片；而胶太厚时，会造成产品性能产生漂移，影响测量准确性，同时有溢出外壳，污染产品的危险。但透明胶产品不易检验胶厚是否在合理范围内，这甚至易造成没有胶水覆盖芯片的产品流出产线，造成客户端严重质量问题。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种防水压力传感器及封装方法，旨在改善目前防水压力传感器不易检测胶厚是否在合理范围内的问题。
为实现上述目的，本发明提出一种防水压力传感器，包括：
电路板；
外壳，安装在所述电路板上，所述外壳和所述电路板围合形成收容空间，所述外壳开设有点胶口；
芯片，安装在所述电路板上且位于所述收容空间内；
防水胶层，填充于所述收容空间内且覆盖所述芯片，所述防水胶层包括透明固体胶和填充于所述透明固体胶内不相溶的不透明颗粒。
优选地，所述透明固体胶为硅凝胶，所述不透明颗粒为黑色氟橡胶或柔性石墨。
优选地，所述硅凝胶为硅酮或八甲基环四硅氧烷。
优选地，所述不透明颗粒为直径为0.1～1μm的球形颗粒。
优选地，所述电路板相背离的两面分别安装有互相电连接的第一焊盘和第二焊盘，所述第一焊盘设置在靠近所述芯片的位置且位于所述收容空间内，所述芯片与所述第一焊盘通过金属线电连接。
此外，本发明还提供了一种封装方法，用于封装上述所述的防水压力传感器，所述封装方法包括以下步骤：
将所述芯片粘接在所述电路板上；
将所述外壳安装在所述电路板上；
将透明液体胶和所述不透明颗粒混合，得到混合液体胶；其中，所述混合液体胶中的所述不透明颗粒的体积分数为0.5％～5％；
从所述外壳的所述点胶口将所述混合液体胶点胶至所述芯片上；
对所述混合液体胶进行固化处理，得到所述防水胶层。
优选地，所述将所述外壳安装在所述电路板上的步骤包括：
在所述外壳的底部划胶，然后粘贴至所述电路板，在150～280℃的温度下固化烘烤0.1～3h。
优选地，所述从所述外壳的所述点胶口将所述混合液体胶点胶至所述芯片上的步骤包括：
将所述混合液体胶点胶至所述芯片上，采用真空烘箱进行脱泡处理。
优选地，所述脱泡处理的真空度为2～20Kpa，时间为5～30min，
优选地，所述对所述混合液体胶进行固化处理的步骤中，所述固化处理的烘烤温度为140～180℃，时间为1～3h。
在本发明的技术方案中，防水压力传感器包括电路板和安装在电路板上的外壳，外壳和电路板围合形成收容空间，且外壳开设有供点胶用的点胶口，电路板上安装有芯片，且芯片位于收容空间内，防水胶层填充于收容空间内且覆盖芯片，通过防水胶层表面形变感受压力变化，进而传导到内部芯片，转变为电信号的变化，实现压力检测。由于本发明的防水胶层包括透明固体胶和不透明颗粒，不透明颗粒填充在透明固体胶中，且与透明固体胶不相溶，可采用CCD(charge coupled device，电荷耦合器件)视觉检测系统或普通光学显微镜观察不透明颗粒的比例，然后与标准胶厚中的不透明颗粒比例对比，以实现防水胶层厚度是否在合理范围内的检测。
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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明一实施例的防水压力传感器的示意图；
图2为本发明一实施例的封装方法的流程图。
附图标号说明：
1 电路板 2 外壳
21 点胶口 3 收容空间
4 芯片 5 防水胶层
6 金属线
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
并且，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
如图1所示，本发明提出一种防水压力传感器，包括：
电路板1；
外壳2，安装在电路板1上，外壳2和电路板1围合形成收容空间3，外壳2开设有点胶口21；
芯片4，安装在电路板1上且位于收容空间3内；
防水胶层5，填充于收容空间3内且覆盖芯片4，防水胶层5包括透明固体胶和填充于透明固体胶内不相溶的不透明颗粒。
由于防水胶层5的透明固体胶内填充有不透明颗粒，不透明颗粒与透明固体胶不相溶，即可比较轻松的判断出防水压力传感器是否有胶水覆盖住芯片4，采用CCD视觉检测系统即可实现胶厚是否在合理范围内的自动检验，或用普通光学显微镜即可实现人工检验。CCD视觉检测系统是用工业相机代替人眼睛去完成识别、测量、定位和判断等功能，通过将CCD相机拍摄的照片上传至电脑，由电脑程序执行计算或判断等操作。采用CCD视觉检测系统检验较厚是否在合理范围内时，先将普通CCD相机拍摄的标准胶厚的防水压力传感器的图像上传到电脑，即为标准图像，由于形成防水胶层前透明液体胶和不透明颗粒充分混合，不透明颗粒的体积占比也较小，防水胶层中不透明颗粒会较分散地填充在透明固体胶中，因此标准图像中的防水胶层几乎能显示防水胶层的所有不透明颗粒(除了极个别位于下方的颗粒可能被遮挡住)，通过软件程序可计算该标准图像中不透明颗粒的投影面积，根据此标准图像在检验中对比，如拍摄的防水压力传感器的图片的不透明颗粒的投影面积限定在0-25％，当拍摄的防水压力传感器的图片的不透明颗粒的投影面积大于标准图像的25％时，则认定防水压力传感器的胶厚异常。普通光学显微镜人工检验如下：由于不透明颗粒的尺寸大小和形状都差不多相同，一般选择直径相同的球形颗粒，且不透明颗粒较分散地填充在透明固体胶中，因此可用肉眼通过普通光学显微镜观察防水胶层中不透明颗粒的数量，估算不透明颗粒的数量是否在合适范围内，根据视野中防水压力传感器芯片4上方不透明颗粒的多少判断，过多则说明胶太厚，太少则说明胶太薄或者无胶。如果不透明颗粒的尺寸相差比较大，也可以通过用普通光学显微镜观察不透明颗粒的投影，人工估算不透明颗粒的投影面积，如果投影面积太大则说明胶太厚，太少则说明胶太薄或者无胶。
本实施例的防水压力传感器还可以使得采用3D显微镜检测胶厚的结果更准确。采用3D显微镜测量胶厚时，会先聚焦到底部的芯片4上，然后再聚焦到胶面的上部，两个差值就是胶厚。但当防水胶层5是透明胶时，3D显微镜聚焦胶面上部比较困难，因为胶面是透明的，光线会穿过胶面。当胶面的顶部有不透明颗粒时，聚焦胶面上部时，可以聚焦到上部的不透明颗粒，此时得到的胶厚测量值相对比较准确。
本实施例的不透明颗粒为深色颗粒，可以遮挡一部分光照，减小光照对芯片4的影响，增强防水胶层5的抗光噪能力，该不透明颗粒能够耐260℃以上的高温，以方便产品回流焊，且具有较好的柔性，因为感应压力变化是靠芯片4上面防水胶的形变，柔性好能够使得压力传感器对压力变化的感应更灵敏。由于本实施例的压力传感器中的防水胶层5以透明固体胶为主，在生产制作、校准测试、运输转运过程中，如果透明固体胶中有异物比较容易检出，不影响产品良率和检验成本。而且透过透明固体胶可以看到内部芯片4方向，即通过芯片4辨别产品方向，避免由于产品尺寸变小，而造成产品方向辨别困难，减少误判；上述产品方向是指产品测试、焊接时摆放的位置方向，因为产品背面每个Pad(焊盘)的定义是不一样的，当产品测试或者焊接到电路板上时，就需要识别产品的方向，从而使产品的Pad一一对应上电路板的焊盘。
具体地，透明固体胶为硅凝胶，例如硅酮或八甲基环四硅氧烷；不透明颗粒为黑色氟橡胶或柔性石墨。硅凝胶的模量较低且柔性好，可以有效防止压力迟滞，还可以保护芯片4。黑色的氟橡胶或柔性石墨不仅耐高温，且不与硅凝胶发生反应，且柔性好，可以进一步提高防水压力传感器的灵敏度。在其它实施例中，不透明颗粒还可以为紫色或深红色等其它颜色的颗粒。
不透明颗粒为直径为0.1～1μm的球形颗粒，球形颗粒没有棱角，不容易影响芯片4感应单元，且数量容易观察，有利于检测是否有防水胶层5以及胶厚是否在合理范围内。在其它实施例中，不透明颗粒也可以为规则多面体结构，例如正方体等形状。
电路板1相背离的两面分别安装有互相电连接的第一焊盘(图未示出)和第二焊盘(图未示出)，第一焊盘设置在靠近芯片4的位置且位于收容空间3内，芯片4与第一焊盘通过金属线6电连接。第二焊盘用于与产品(例如麦克风声压检测产品、汽车电子产品等)的电路板电连接，通过将芯片4连接到电路板1的第一焊盘上，然后通过电路板1背面的第二焊盘，连接到产品的电路板上，从而实现产品信号的传导。
此外，本发明还提供了一种封装方法，用于封装上述防水压力传感器，封装方法包括以下步骤：
S1、将芯片4粘接在电路板1上；
具体步骤为：在电路板1的表面点胶(环氧树脂或硅胶)，将芯片4粘接在点胶处，然后固化烘烤，再将金属线6的两端分别焊接至芯片4与第一焊盘；其中，电路板1的材料为环氧树脂玻璃纤维、氧化铝或氮化铝陶瓷基片。
S2、将外壳2安装在电路板1上；
该外壳2的材料可以选择钢，在外壳2的底部划银胶，将外壳2粘贴至电路板1，使得芯片4和第一焊盘均位于外壳2的内侧，在150～280℃的温度下固化烘烤0.1～3h。或者通过回流炉将外壳2回流焊接于电路板1，将钢网固定于印刷机，将刮刀装配到印刷机上，用锡膏搅拌刀将锡膏添加至钢网上，在电路板1的表面印刷锡膏；回流焊接是指利用焊膏(由焊料和助焊剂混合而成的混合物)将一个或多个电子元件连接到接触垫上之后，透过控制加温来熔化焊料以达到永久结合，可以用回焊炉、红外加热灯或热风枪等不同加温方式来进行焊接。本实施例的焊膏选择锡膏，首先检视电路板1，检查锡膏型号是否正确，固定钢网，将刮刀装配到印刷机上，印刷锡膏，后检。
S3、将透明液体胶和不透明颗粒混合，得到混合液体胶；
可以在透明液体胶中加入适量不透明颗粒，然后采用搅拌机搅拌均匀，使得不透明颗粒均匀分散于透明液体胶中，该透明液体胶的成分为硅酮或八甲基环四硅氧烷，不透明颗粒为黑色氟橡胶或柔性石墨。
S4、从外壳2的点胶口21将混合液体胶点胶至芯片4上；
采用点胶机将混合液体胶从点胶口21添加至外壳2内，使得混合液体胶覆盖芯片4、第一焊盘和金属线6。混合液体胶的量可根据具体需要选择，但是胶水太少时，不能达到防水效果，不能有效保护芯片4；而胶太厚时，会造成产品性能产生漂移，影响测量准确性，同时有溢出外壳2，污染产品的危险；因此需要根据具体的防水压力传感器确定混合液体胶的体积。
S5、对混合液体胶进行固化处理，得到防水胶层5。
可采用UV光照固化或加热烘烤固化，使得透明液体胶转变为透明固体胶，不透明颗粒分散在透明固体胶中，得到防水胶层5。采用加热烘烤固化时，对混合液体胶固化处理的烘烤温度为140～180℃，时间为1～3h。
其中，混合液体胶中的不透明颗粒的体积分数为0.5％～5％，即混合液体胶的体积为100mL时，不透明颗粒的总体积为0.5～5mL，固化后对于不同的胶，防水胶层5的体积相对于混合液体胶的体积会有3％～10％的变化。本实施例的防水胶层5中不透明颗粒的占比少，且每个不透明颗粒的尺寸较小，为0.1～1μm的球形颗粒，不透明颗粒的添加不会影响防水压力传感器的检验，当异物落入防水胶层5上时，透明固体胶中的异物是比较容易检出的，如果透明固体胶中有气泡也容易看出，可透过透明固体胶看到内部芯片4方向，避免由于产品尺寸太小，而造成产品方向辨别困难，减少误判。另外，填充在透明固体胶中的不透明颗粒可以遮挡一部分光照，能减小光照对芯片4的影响，增强了防水胶层5的抗光噪能力。
更细化地，从外壳2的点胶口21将混合液体胶点胶至芯片4上的步骤包括：将混合液体胶点胶至芯片4上，采用真空烘箱进行脱泡处理，脱泡处理的真空度为2～20Kpa，时间为5～30min。即点胶后，先对混合液体胶进行脱泡处理再固化，能够将防水胶层5中的气泡去除，进一步提高防水胶层5的性能。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书所作的等效变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种防水压力传感器，其特征在于，包括：
电路板；
外壳，安装在所述电路板上，所述外壳和所述电路板围合形成收容空间，所述外壳开设有点胶口；
芯片，安装在所述电路板上且位于所述收容空间内；
防水胶层，填充于所述收容空间内且覆盖所述芯片，所述防水胶层包括透明固体胶和填充于所述透明固体胶内不相溶的不透明颗粒。
2.如权利要求1所述的防水压力传感器，其特征在于，所述透明固体胶为硅凝胶，所述不透明颗粒为黑色氟橡胶或柔性石墨。
3.如权利要求1所述的防水压力传感器，其特征在于，所述硅凝胶为硅酮或八甲基环四硅氧烷。
4.如权利要求1所述的防水压力传感器，其特征在于，所述不透明颗粒为直径为0.1～1μm的球形颗粒。
5.如权利要求1所述的防水压力传感器，其特征在于，所述电路板相背离的两面分别安装有互相电连接的第一焊盘和第二焊盘，所述第一焊盘设置在靠近所述芯片的位置且位于所述收容空间内，所述芯片与所述第一焊盘通过金属线电连接。
6.一种封装方法，其特征在于，用于封装如权利要求1～5中任一项所述的防水压力传感器，所述封装方法包括以下步骤：
将所述芯片粘接在所述电路板上；
将所述外壳安装在所述电路板上；
将透明液体胶和所述不透明颗粒混合，得到混合液体胶；其中，所述混合液体胶中的所述不透明颗粒的体积分数为0.5％～5％；
从所述外壳的所述点胶口将所述混合液体胶点胶至所述芯片上；
对所述混合液体胶进行固化处理，得到所述防水胶层。
7.如权利要求6所述的封装方法，其特征在于，所述将所述外壳安装在所述电路板上的步骤包括：
在所述外壳的底部划胶，然后粘贴至所述电路板，在150～280℃的温度下固化烘烤0.1～3h。
8.如权利要求6所述的封装方法，其特征在于，所述从所述外壳的所述点胶口将所述混合液体胶点胶至所述芯片上的步骤包括：
将所述混合液体胶点胶至所述芯片上，采用真空烘箱进行脱泡处理。
9.如权利要求8所述的封装方法，其特征在于，所述脱泡处理的真空度为2～20Kpa，时间为5～30min。
10.如权利要求6～9中任一项所述的封装方法，其特征在于，所述对所述混合液体胶进行固化处理的步骤中，所述固化处理的烘烤温度为140～180℃，时间为1～3h。
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