CN112291690B - 压力传感器 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例涉及压力传感器。提供了压力传感器及其制造方法。压力传感器可以包括：无盖结构，限定用于密封环境的内部腔室并且呈现孔；芯片，包括能够在外部压力的基础上变形的隔膜，芯片以与孔对应的方式安装在无盖结构的外部，使得隔膜封闭密封环境；以及电路系统，被配置为基于隔膜的变形来提供压力测量信息。制造至少一个压力传感器的方法可以包括：准备具有腔的叠层结构，腔通过孔与外部环境流体连通，使得叠层结构具有施加在其上的电路系统；从外部侧将芯片安装到与孔相对应的叠层结构上，芯片包括能够在外部压力的基础上变形的隔膜，隔膜封闭腔的内部环境；以及施加密封材料以在由隔膜、密封材料和叠层结构限定的空间内获得密封环境。

Description

压力传感器
技术领域
本公开的实施例总体上涉及压力传感器。
背景技术
压力传感器(例如，麦克风)可以例如通过测量隔膜的变形来感测压力(和声音)。在示例中，压力传感器可以具有内部密封环境，其可以准许压力的测量。电路系统通常被插入密封环境中。
密封环境通常由具有底壁、侧壁和盖子的结构围住。隔膜通常被安装在隔膜芯片上。隔膜芯片和电路系统通常都被焊接到壁上，该壁然后附接到结构的侧壁，并且用作盖子，其中隔膜芯片和电路系统保持在密封环境内。
然而，应当指出，该配置可能具有缺点。首先，将盖子附接到结构的侧壁并不容易，因为侧壁的厚度大大减小，并且即使使用先进技术也很难“猜测”壁的位置。进一步地，由于侧壁与盖子之间的机械连接本质上不太牢固，所以这种配置能够很容易被破坏。
寻求解决方案以提高简单性和可靠性。
发明内容
根据一个方面，提供了一种压力传感器(例如，麦克风或声学换能器)，包括：
无盖结构，限定用于密封环境的内部腔室并且呈现孔；
芯片，其包括能够在外部压力的基础上而变形的隔膜，该芯片以与对应的方式被安装在无盖结构的外部，使得隔膜封闭密封环境；以及
电路系统，其被配置为基于隔膜的变形来提供压力测量信息。
由于芯片在结构外部，所以无需制作盖子(没有盖子要粘结到结构的侧壁)。
特别地，顶板(ceiling floor)可以与该结构一体形成，这避免了施加外部盖子的必要。
芯片可以经由稳定且可靠的倒装芯片连接被附接到结构，该倒装芯片连接既是机械连接又是电连接。
胶或膜可以施加到结构的顶壁上(尤其是顶壁的外表面上)，以密封内部环境。
该电路系统可以被施加到底壁，这准许节省底壁中的空间。
根据一个方面，提供了一种用于制造至少一个(例如，如上所述和/或如下所述的)压力传感器的方法，该方法包括：
准备具有腔(例如，腔室)的叠层结构，该腔通过孔与外部环境流体连通，使得叠层结构具有被施加在其上的电路；
从外部侧将芯片安装到与孔相对应的叠层结构上，该芯片包括能够在外部压力的基础上变形的隔膜，该隔膜封闭腔的内部环境；以及
插入密封材料以便在由隔膜、密封材料以及叠层结构限定的空间内获得密封环境。
因而，可以获得无盖结构。
密封材料可以施加在顶壁的外部侧上，因此简化了制造过程(不必将盖子粘结到结构的侧壁上)。
根据一方面，提供了一种制造至少一个压力传感器(例如，麦克风和/或换能器)的方法，该方法包括：
准备具有腔的叠层结构，该腔通过孔与外部环境流体连通，使得叠层结构具有施加在其上的电路系统；
从外部侧将芯片安装到与孔相对应的叠层结构上，该芯片包括能够在外部压力的基础上变形的隔膜，该隔膜封闭腔的内部环境；以及
施加密封材料以便在由隔膜、密封材料和叠层结构限定的空间内获得密封环境。
可以制造单个结构，该单个结构是用于多个压力传感器的多个结构的前体。可以例如对应于侧壁模拟多个结构，以便获得多个结构和/或压力传感器。
根据一个方面，插入密封材料可以包括：通过胶或其他密封材料将芯片密封到叠层结构，胶或其他密封材料占据芯片与叠层结构之间的间隙。
根据一个方面，其中插入密封材料可以包括：通过从外部将膜施加到芯片上来将芯片密封到叠层结构。
根据一方面，插入密封材料可以包括：将密封材料插入在结构的顶壁的外部表面上。
压力传感器可以是微机电系统(MEMS)。
附图说明
图1至图5b示出了压力传感器(例如，麦克风)的示例。
图6a至图8b示出了用于制造压力传感器(例如，麦克风)的中间步骤的示例。
图9a至图17c示出了压力传感器(例如，麦克风)的变体以及用于制造压力传感器的中间过程的示例。
图18示出了制造至少一个压力传感器的方法。
图19a至图19c示出了压力传感器的部件的示例。
具体实施方式
图1至图5b示出了压力传感器10的示例。压力传感器10可以用于将压力测量转换为电信号。压力测量可以是例如压力测量或指示压力随时间变化的测量。压力传感器10可以是麦克风(或可以是麦克风的一部分)，其因此可以将声波(例如，声音超声等)转换成电信号。压力传感器10可以是微机电系统(MEMS)。压力传感器10可以向外部设备提供压力测量信息和/或计算压力测量信息。压力传感器10可以具有介于1.5mm与2mm之间的平面尺寸(例如，大约1.7mm)和介于0.6mm与10mm之间的厚度(例如，大约0.8mm)。(图4中的厚度表示为竖直尺寸)。
压力传感器10可以包括无盖结构30。无盖结构30可以是叠层结构。无盖结构30可以是合成材料(例如，纤维增强(富集)树脂)。无盖结构30可以为盒状。无盖结构30可以具有平行六面体形状或柱形形状。无盖结构30可以是中空的。无盖结构30可以例如呈现多个壁31，32，33和34(例如，以两两方式平行)。例如，结构30可以呈现底壁34或电路系统侧壁34。底壁34或电路系统侧壁34可以放置在结构30的电路系统侧30b(例如，背侧30b)处。结构30可以呈现孔壁31或顶壁31，其可以被放置在结构30的隔膜侧30a处。壁31和34可以通过间隙空间(例如，腔室或后空间62)彼此间隔开。底壁34可以平行于顶壁31。
结构30可以包括至少一个侧壁(例如，32，33)，该侧壁还可以限定间隙(例如，腔室62)。至少两个侧壁可以彼此平行。
一般而言，结构30可以限定内部腔室62(后空间、腔)(例如，在壁31-34内界定)。尽管如此，但是结构30可以呈现孔63。例如，孔63(例如，位于孔侧30a处)可以呈现于壁31中。
压力传感器10可以包括芯片20。芯片20可以是MEMS芯片。
芯片20可以是或包括MEMS设备21。MEMS设备21可以提供用作可变间隙电容器的压力测量，该可变间隙电容器基于压力来修改电容。MEMS设备21可以被集成在叠层结构30中，以形成无盖封装麦克风。
图19a至图19c示出了MEMS设备21的示例。图19a示出了MEMS设备21(例如，图1的MEMS设备21)。为了说明第一变体和第二变体，图19b和图19c示出了根据图19a的线A-A的两个不同的横截面视图。MEMS设备21可以包括隔膜24和至少一个背板25。
MEMS设备21可以具有一个背板25(图19b)。在一些示例中，背板25可以比隔膜24更内部(例如，背板25可以比隔膜24更靠近孔63)。在一些示例中，背板25可以比隔膜24更外部(例如，背板25可以比隔膜24更不靠近孔63)。
MEMS设备21可以具有两个背板25(图19c)。在一些示例中，隔膜24可以插入在两个背板25之间。第一背板25可以比隔膜24更内部(例如，第一背板25可以比隔膜24更靠近孔63)，而第二背板25可以比隔膜24更外部(例如，第二背板25可以比隔膜24更不靠近孔63)。
隔膜24和至少(多个)背板25可以通过其间插置的间隙26彼此分开。
(多个)背板25可以是导体材料。
(多个)背板25可以具有通孔，其用于准许流体连通(从外部环境或从内部环境)到达隔膜24的表面。
隔膜24可以是压敏隔膜。隔膜24可以采用合成材料，例如，亚硝酸硅。隔膜24可能由于压力(例如，诸如声音、超声等之类的声压)而变形。不同的压力可能导致不同的变形(例如，对于更大的外部压力的更大的变形)。隔膜24可以被固定到结构30，特别是对应于隔膜24的边缘。隔膜24可以例如以与声波相关联的方式振动。隔膜24可以是导体材料。
隔膜24可以与至少一个背板25一起形成(多个)电容器(在两个背板的情况下，实际上获得两个电容器)。在图1至图17c中，数字21可以被理解为是指MEMS设备21，其包括例如隔膜24、背板25和间隙26。(多个)背板25可以被固定到结构30。(多个)背板25可以是刚性元件。借助于隔膜24的变形，隔膜24与(多个)背板25之间的距离(间隙26)可以改变，因此改变了由隔膜24和(多个)背板25形成的(多个)电容器的(多个)电容。因此，可以将已经引起隔膜24变形的压力(例如，声压)转换为电信号，该电信号随着(多个)电容器的(多个)背板25的电容的改变而改变。
另外或备选地，隔膜24可以是电阻器(在这种情况下，可以避免背板)。电阻器的电阻可以根据隔膜的变形而改变，该隔膜的变形又遵循压力。
在图19a至图19c的示例中，可以同时测量隔膜24的电阻和在隔膜24与(多个)背板25之间获得的电容器的电容。在这种情况下，可以组合电阻和电容以形成阻抗。通过测量与隔膜24相关联的阻抗，可以获得压力信息(例如，表示声波的电信号)。
一般而言，附图标记21可以被理解为是指基于隔膜的MEMS设备，其准许在与隔膜24的变形相关联的至少一个电参数(电容、电阻、阻抗等)的修改的基础上来确定压力信息。以下示例可以理解为包括上述MEMS设备21(至少包括隔膜24)的至少一个示例，即使没有详细示出不同的元件(例如，隔膜和(多个)背板)。
芯片20(包括MEMS设备21)可以被安装在结构30上，以便位于结构30的外部。芯片20可以从结构30的外部侧安装。例如，芯片20可以对应于壁31的外部侧31a安装。芯片20可以位于结构30的内部腔室62的外部。
应当指出，因而，可以更容易地执行将芯片20安装到结构30上的操作，同时可以有利地减小结构30的尺寸(特别是结构30的厚度)。
特别地，当孔壁31与无盖结构30一体集成(例如，与壁32和/或33一体集成)时，不需要在将芯片20安装到结构30上时向结构30施加盖子。因而，孔壁31与结构30的壁32和33之间不需要胶或接合剂。
隔膜24可以与结构30协作以限定由内部腔室62、孔63内的空间和/或孔63与MEMS设备21的隔膜24之间的空间64所形成的内部环境60。
电路系统40可以存在于例如由结构30支撑的压力传感器10中。在图1至图5b的示例中，电路系统40被施加到电路系统侧壁34上(在这种情况下，电路系统40可以嵌入(例如)围住在电路系统壁34内)。电路系统40可以是专用集成电路(ASIC)。电路系统40可以是或包括或被连接到微处理器。电路系统40可以是数字设备或模拟设备，或者可以包括数字部分和模拟部分。电路系统40可以基于与隔膜24的变形相关联的电信号来提供(例如，在输出中)压力测量信息。电路系统40可以生成与压力相关联的数字电信号或模拟电信号，其可以表示例如由传感器10所经受的声音或超声波。
芯片20可以通过电连接(例如，41-43)被连接到电路系统40。
电连接可以包括例如通孔连接43。可以在电路系统壁中获得通孔连接43。可以在侧壁33中获得通孔连接43，其中通孔沿着压力传感器10的厚度方向延伸通过壁33的尺寸(例如，通过壁33的延伸)。
电连接可以包括平面连接42，例如平面连接42沿着结构30的壁31和34的平面方向延伸。
可以存在电连接41，以用于将芯片20(例如，隔膜24和/或背板25)电连接到电路系统40和/或输出端口(例如，焊盘)45。应当理解，连接41可能是倒装芯片连接。倒装芯片连接(也称为受控折叠芯片连接(C4))可以基于将芯片20的端子通过已经沉积到端子41和/或41a上的凸点焊接到结构30上的端子41a。因而，芯片20不仅可以电连接到电路系统40，而且芯片20可以稳定地机械地固定到结构30。因为从外部安装芯片20，所以这特别有利。因而，获得了增加了制造的简单性。
为了密封压力传感器10内的环境60，可以使用密封技术。例如，胶22(或膜)或另一密封部件可以用于占据芯片与结构30之间的间隙65。胶22可以由热固性材料制成。胶22可以由填充有填充剂的环氧树脂制成。间隙65可以理解为由胶22(或膜)的一部分补充，该部分从外部(沿径向平面方向)包围MEMS设备21与孔63之间的间隙64。密封间隙65可以具有径向延伸，该径向延伸大于孔63的径向延伸，以便封闭环境60。借助于胶22或膜或其他密封材料，封闭环境60(由元件62，63和64形成)。
由于密封件，所以密封环境60和外部环境之间不存在流体连通。因而，包含在密封环境60内的气体被困在封闭环境60内并且不能向外流动，而外部环境内的气体不能流入密封环境60内。在一些示例中，密封环境60的内部压力可以是参考压力，用于在隔膜24变形后获得可靠的压力测量信息。
从图4中可以看出，胶22或膜或其他密封元件所占据的体积可以占据比胶22所占据的密封间隙65更大的空间。然而，这并不是个问题，因为结构30外部的胶22所占据的空间不会过多地增加(特别是在厚度方向上不会过度增加)压力传感器10的延伸。特别地，当芯片20的径向延伸小于结构30的径向延伸(例如，壁31的延伸和/或在平面方向上)时，胶22可以占据围绕芯片20的外部周向空间，而不会引起麻烦或不会增加压力传感器10的厚度方向。胶22或覆盖膜或另一密封材料还可以有助于将电连接(例如，连接41和/或41a和/或42)电绝缘，否则该电连接会被暴露。因此，除了密封效果之外，还实现了适当的电绝缘。
图9a示出了压力传感器10的示例，其中仅示出了一些部分。对应于孔63的箭头63'是指空间64，63和62之间的流体连通。
图9b示出了压力传感器(例如，麦克风和/或声学换能器)的变体10'，其中孔是多重孔(例如，多个通孔63a，其像通孔一样沿着厚度方向延伸，因此准许空间64与腔室62之间由箭头63'表示的流体连通)。
图10至图12示出了压力传感器(例如，麦克风和/或声学换能器)的变体10”，其中膜1022被放置在结构30上(例如，顶壁31上)。膜1022可以是环氧树脂，或更一般地，是合成材料。膜1022可以由树脂基或热固性材料制成。膜1022可以包括以下各项中的至少一项：
顶壁31上(或上方)的顶壁部分102231；
MEMS设备21上(或上方)的MEMS设备部分102221；
安装部分102265，其将顶壁部分102231与MEMS设备部分102221(例如，连续)连接。
膜1022可以密封封闭环境60并且像密封件22一样操作。
翻转开口端口1050可以例如通过激光切割操作到膜1022(例如，到MEMS设备部分102221)。因而，来自环境的压力改变可以被传送到MEMS设备21。
图13示出了压力传感器(例如，麦克风和/或声学换能器)的变体10”'，其示出了芯片(例如，MEMS芯片)20和电路系统40，该变体具有可以彼此独立地实现的方面。第一方面是连接41可以例如通过倒装芯片被连接直接在芯片20与电路系统40之间实现。第二方面(其可以与第一方面组合)是电路系统40可以位于腔室62内，而非被围住在底壁34中。电路系统40可以例如通过翻转芯片连接或通过通孔连接被固定到底壁34，例如，以到达输出端口(例如，焊盘)45。本文中，在腔室62在平面(例如，横向、径向)尺寸小于结构30的平面(例如，横向、径向)尺寸的60％的部分中获得的意义上说，(多个)壁32'和33'可以为块状。因而，结构30在本文中具有块状形状，这增加了鲁棒性。
图14示出了压力传感器(例如，麦克风和/或声学换能器)的变体10””，其中腔室62的平面(例如，横向、径向)尺寸大于孔63的平面(例如，横向、径向)尺寸(与图13相反，其中腔室62的平面尺寸与孔63的平面尺寸相同)。
图15示出了压力传感器(例如，麦克风和/或声学换能器)的变体10””，其中通过导线49获得芯片(例如，MEMS芯片)20与电路40和/或至少一个输出端口(焊盘)45之间的电连接。即使有线连接通常不如倒装芯片连接可靠，但这不是问题，因为导线49可以简单嵌入密封材料22中(例如，被围住在其中，例如，完全被其覆盖)。因此，虽然确保了电连接的稳定性和绝缘性，但是仅依靠胶22就可以将芯片20粘结到结构30(因此简化了制造过程)。在任何情况下，都可以增加电连接的数目而无需执行太多的倒装芯片连接。
图16a和图16b示出了压力传感器(例如，麦克风和/或声学换能器)的变体10”””，其中网状形状的保护网罩1626被施加在MEMS设备21上。保护罩1626可以是金属材料。保护罩1626可以是非金属材料。保护罩1626可以通过间隙21'与MEMS设备21分开。保护网罩1626可以保护隔膜24免受大颗粒滴的影响。
图17a至图17c示出了压力传感器(例如，麦克风和/或声学换能器)的另一示例10”””'。可以看出，结构30在厚度方向上可以具有延伸，其与芯片(例如，MEMS芯片)20的延伸类似。
具体参考图6a至图8b对制造方法1800(图18所示)进行解释。
方法1800可以是准备或制造压力传感器(例如，上文所讨论的压力传感器10以及/或是如上所述和/或如下所述的另一压力传感器)的方法。
方法1800可以包括：准备叠层结构30或630(其可以是上文所讨论的无盖结构30或无盖结构30的前体)的至少一个步骤1810。然而，当制造(多个)压力传感器10时，叠层结构630可以包括用于制造多个压力传感器10的多个结构30。在步骤1810结束时，结构30或630可以如图6a和图6b中一样出现。
可以执行准备叠层结构30或630的步骤1810，使得叠层结构30或630具有至少一个腔62(例如，上方的后空间或腔室62)，其通过孔63与外部环境流体连通。因而，在这个步骤1810中，叠层结构30或630是敞开的，并且至少一个腔62可以与外部环境流体连通。在该步骤中，例如，在叠层期间，电路系统40可以被施加到叠层结构630或30上(电路系统40可以被嵌入(例如，被围住)结构630或30的壁的材料中)。
叠层结构630或30可以例如通过叠层壁(例如，顶壁31和34)来准备，以使得它们呈现壁32和33的前体632和633。前体632和633可以在平面方向中延伸，可以彼此一体集成。前体632和633可以彼此相邻和/或集成和/或与外部景象基本上没有区别。因而，结构630的几个单个结构30似乎具有前体632和633，该前体632和633分别与相邻结构30的前体633和632相邻。
电路系统40可以被施加到结构630。例如，电路系统40可以被嵌入(例如，围住)在壁34中(例如，在叠层期间)。孔腔62和/或孔63可以例如通过钻孔(例如，激光钻孔或机械钻孔)获得。
根据示例，当准备时，还可以准备电连接(例如，41-43)。例如，在壁34上和/或在一个前体633上执行通孔43。通孔43可以例如通过在蚀刻了结构630或30的壁(或壁的前体)之后插入导电材料来获得。可以制作平面连接41a，42以及输入/输出焊盘(端口)45。(参考图9b的示例，当准备叠层结构时，还可以执行准备通孔63a的步骤。)
根据示例(参见图7a和图7b)，可以提供从外部侧将芯片20安装到叠层结构30或630上的至少一个步骤1820。芯片20可以包括MEMS设备21。MEMS设备21可以包括隔膜24，该隔膜24可以在外部压力的基础上而变形，该隔膜可以对应于孔63放置。MEMS设备21还可以包括背板25(例如，用于与隔膜24形成电容)。因而，隔膜24可以是封闭内部环境62的元件。
芯片20可以例如通过倒装芯片连接(例如，通过使芯片20的端子和/或结构30上的端子41a凸头)而连接，以便将倒装芯片电气地和/或机械地连接到要制造的压力传感器10的其他部分。(参考图15的示例，在将芯片20安装在结构30上的步骤中，可能存在以下步骤：通过导线49执行电连接，并且当施加密封材料时(可以是胶22)，还覆盖导线49，使得导线49一旦固化就被围住在胶中。)
根据示例，可以提供施加(例如，沉积、接合、粘结、焊接等)密封材料22或1022以在由隔膜24、密封材料22和叠层结构30或630限定的空间内获得密封环境60的至少一个步骤1830(图8a和图8b)。密封材料可以是例如胶22或膜。一旦施加密封材料，环境内部的气体就不能向外部流动，反之亦然，并且密封环境60与外部环境之间的流体连通不太可能。值得注意的是，当密封材料是膜1022(参见图10至图12)时，可以执行激光切割(例如，激光钻孔)以获得翻转开口端口1050。
当结构是由多个结构30形成的结构630时，因此可以对结构630进行分割。例如，可以例如对应于相邻壁前体632，633来锯切叠层结构630。通过将结构630分割成多个结构30，可以获得结构30的壁32和33。进一步地，获得了不同的压力传感器10。
参考图10至图12的示例，在施加密封材料的步骤1830中可以包括以下步骤：在结构1033上施加膜1022(参见上文)，并且在这种情况下，激光切割以获得翻转开口1050。
上文的示例已经被解释为是指压力传感器，诸如麦克风和声学换能器(例如，MEMS麦克风和声学换能器)。电路系统40可以被配置为通过将(多个)声压的波(例如，声音、超声等)转换成电信号来提供压力测量信息。可以(例如，通过焊盘45)输出并且(例如，经由天线或有线连接)传输电信号，和/或将其存储在存储单元中。因此，可以使用电信号(例如，通过扬声器)在远程位置和/或随后的时刻再现声音。
上述示例可以由MEMS部件体现，以获得MEMS压力传感器，诸如MEMS麦克风和MEMS声学换能器。例如，在上述示例中的任一示例中，芯片20可以是MEMS芯片，和/或隔膜24可以是MEMS隔膜(并且可以是MEMS设备21的一部分)。
上述示例可以实现几个优点。
例如，无需将盖施加到结构的侧壁上。可以参考图4。胶22(或膜1022)可以施加到顶壁31的外侧31a，该顶壁31呈现处比壁32和33n在厚度平面径向方向上明显大的多的延伸。因此，在本实施例中，施加胶非常容易。(相比之下，难以将盖子施加到壁32和33上：胶仅应当对应于壁32和壁33的小延伸而放置在盖子上，这很困难并且会产生易碎结构。)
进一步地，例如，当电路系统40施加到底壁34或与顶壁31不同的壁时，平面径向方向上的延伸减小。
进一步地，通过避开盖子，(多个)侧壁(例如，33)还可以用于通孔，其可以准许具有内部导体43，从而最大程度地利用空间。
使用倒装芯片连接的使用可以准许具有良好的机械连接和电气连接。
当使用电线49时(参见图15和图16a)，电线49可以容易地被胶覆盖，该胶当固化时提供良好的绝缘和机械保护。
可以轻易执行膜1022的施加，并且可以通过激光切割(钻孔)很容易切割膜1022。

Claims (16)

1.一种压力传感器(10)，包括：
无盖结构，限定用于密封环境(60)的内部腔室(62)并且呈现孔(63)；
芯片(20)，包括能够在外部压力的基础上变形的隔膜(24)，所述芯片(20)以与所述孔(63)对应的方式被安装在所述无盖结构(30)的外部，使得所述隔膜(24)封闭所述密封环境(60)；以及
电路系统(40)，被配置为基于所述隔膜(24)的所述变形来提供压力测量信息，
其中所述芯片(20)和所述电路系统(40)被放置在所述无盖结构的不同壁(31，34)处。
2.根据权利要求1所述的压力传感器，其中所述芯片(20)通过倒装芯片连接(41)机械连接到所述无盖结构(30)，以将所述芯片(20)电连接到所述电路系统(40)。
3.根据权利要求1或2所述的压力传感器，其中所述芯片(20)被接合到所述无盖结构(30)，从而防止所述密封环境(60)与外部环境之间的流体连通。
4.根据权利要求3所述的压力传感器，其中所述芯片(20)通过胶(22)被接合到所述无盖结构(30)，所述胶(22)占据所述芯片(20)与所述无盖结构(30)之间的间隙(65)。
5.根据权利要求3所述的压力传感器，其中所述芯片(20)通过从外部施加到所述芯片(20)上的膜(1022)被接合到所述无盖结构(30)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的压力传感器，还包括网状形状的保护网罩(1626)，所述保护网罩(1626)被施加在所述隔膜(24)上。
7.根据前述权利要求中任一项所述的压力传感器，其中所述孔(63)位于与所述无盖结构(30)一体集成的孔壁(31)中。
8.根据前述权利要求中任一项所述的压力传感器，其中所述芯片(20)包括微机电系统MEMS设备(21)，所述MEMS设备(21)包括所述隔膜(24)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的压力传感器，还被配置为麦克风或声学换能器，其中所述电路系统(40)被配置为将声压转换为电信号。
10.一种用于制造至少一个压力传感器(10)的方法(1800)，所述方法包括：
准备(1810)具有腔(62)的叠层结构(30，630)，所述腔(62)通过孔(63)与外部环境流体连通，使得所述叠层结构(30，630)具有被施加于所述叠层结构(30，630)的电路系统(40)；
从外部侧将芯片(20)安装到与所述孔(63)相对应的所述叠层结构(30，630)上，所述芯片(20)包括能够在外部压力的基础上变形的隔膜(24)，所述隔膜(24)封闭所述腔(62)的内部环境；以及
施加(1830)密封材料(22，122)以在由所述隔膜(24)、所述密封材料(22)以及所述叠层结构(30，630)限定的空间内获得密封环境(60)，
其中所述芯片(20)和所述电路系统(40)被放置在所述叠层结构的不同壁处。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述叠层结构(630)被细分为多个结构(30)，所述方法是将每个结构配置为呈现腔(62)和孔(63)并且具有安装在该结构上的芯片(20)和电路系统(40)，其中所述叠层结构(630)包括不同的结构(30)，所述不同的结构(30)具有彼此一体的相邻壁前体(632，633)，所述方法还包括：
通过切割与所述相邻壁前体(632，633)相对应的所述叠层结构(630)来分割所述多个结构(30)，从而形成所述结构(30)的壁(32，33)。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其中安装包括：以倒装芯片连接将所述芯片(20)机械连接到所述叠层结构(30，630)，以将所述芯片(20)电连接到所述电路系统(40)。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其中施加密封材料(22，122)包括：将所述芯片(20)接合到所述叠层结构(30，630)以防止所述密封环境(60)与外部环境之间的流体连通。
14.根据权利要求13所述的方法，其中施加密封材料(22)包括：通过胶(22)或其他密封材料将所述芯片(20)密封到所述叠层结构(30，630)，所述胶(22)或所述其他密封材料占据所述芯片(20)与所述叠层结构(30，630)之间的间隙(65)。
15.根据权利要求13所述的方法，其中施加密封材料(22)包括：通过从外部向所述芯片(20)施加膜(1022)来将所述芯片(20)密封到所述叠层结构(30，630)。
16.根据权利要求10至15中任一项所述的方法，其中施加密封材料(22)包括：在所述结构(30)的顶壁(31)的外部表面(31a)上施加密封材料。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0331591A1 (fr) * 1988-03-01 1989-09-06 HORLOGERIE PHOTOGRAPHIQUE FRANCAISE (société anonyme) Capsule électroacoustique à membrane piézoélectrique
CN1086368A (zh) * 1992-10-27 1994-05-04 Tdk株式会社 压电变换器
CN1387740A (zh) * 1999-09-06 2002-12-25 微电子有限公司 压力传感器
CN107084806A (zh) * 2016-02-15 2017-08-22 意法半导体股份有限公司 包封在弹性材料中的压力传感器与包括压力传感器的系统
CN109417671A (zh) * 2016-07-08 2019-03-01 欧姆龙株式会社 Mems结构及具有mems结构的电容式传感器、压电型传感器、声音传感器

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6522762B1 (en) * 1999-09-07 2003-02-18 Microtronic A/S Silicon-based sensor system
KR101152071B1 (ko) * 2007-08-02 2012-06-11 놀레스 일렉트로닉스 아시아 피티이 리미티드 Ｍｅｍｓ 센서를 포함하는 전자 음향 변환기
WO2009041463A1 (ja) * 2007-09-25 2009-04-02 Alps Electric Co., Ltd. 半導体圧力センサ
TWI444052B (zh) * 2009-12-17 2014-07-01 Ind Tech Res Inst 電容式傳感器及其製造方法
US8375560B2 (en) * 2011-02-22 2013-02-19 Taiwan Carol Electronics Co., Ltd. Method for manufacturing a condenser microphone
WO2014061263A1 (ja) * 2012-10-17 2014-04-24 株式会社鷺宮製作所 圧力センサおよび、それを備えるセンサユニット
US10006824B2 (en) * 2014-09-29 2018-06-26 Invensense, Inc. Microelectromechanical systems (MEMS) pressure sensor having a leakage path to a cavity
JP2016102737A (ja) * 2014-11-28 2016-06-02 セイコーエプソン株式会社 電子デバイス、物理量センサー、圧力センサー、振動子、高度計、電子機器および移動体
JP6762896B2 (ja) * 2017-03-22 2020-09-30 アズビル株式会社 圧力センサチップ、圧力発信器、および圧力センサチップの製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0331591A1 (fr) * 1988-03-01 1989-09-06 HORLOGERIE PHOTOGRAPHIQUE FRANCAISE (société anonyme) Capsule électroacoustique à membrane piézoélectrique
CN1086368A (zh) * 1992-10-27 1994-05-04 Tdk株式会社 压电变换器
CN1387740A (zh) * 1999-09-06 2002-12-25 微电子有限公司 压力传感器
CN107084806A (zh) * 2016-02-15 2017-08-22 意法半导体股份有限公司 包封在弹性材料中的压力传感器与包括压力传感器的系统
CN109417671A (zh) * 2016-07-08 2019-03-01 欧姆龙株式会社 Mems结构及具有mems结构的电容式传感器、压电型传感器、声音传感器

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