CN112897452B - 传感器芯片、传感器和电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种传感器芯片、传感器和电子设备，其中，传感器芯片包括：基板；集成电路，所述集成电路设于所述基板上，所述集成电路设有通孔；第一电极，所述第一电极设于所述基板，并位于所述通孔内；第二电极，所述第二电极在所述通孔内与所述第一电极相对设置形成电容结构；以及防水膜层，所述防水膜层设置于所述集成电路背离所述基板的表面。本发明技术方案使传感器芯片防水效果好的同时，简化封装工艺，降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及传感设备技术领域，特别涉及一种传感器芯片、传感器和电子设备。
背景技术
随着电子设备技术的发展，消费者往往会对电子设备的使用性能提出更高的要求。在电子设备的使用过程中，常常会由于水汽的进入影响而对其内部的电气结构造成损坏，特别是传感器一旦由被水汽进入后，会影响电子设备的灵敏度，大大降低消费者的使用体验。
通常情况下，会对传感器使用贴防水膜进行密封，或，灌入灌封胶进行防水密封。而防水贴膜的生产工艺较为复杂，成本较高；灌封胶在封装时需要将外壳内的传感器完全浸没，以使传感器的表面与空气隔绝，为了对传感器上的振膜精度影响较小，灌封胶的材料选取以及灌封过程要求严格，使得操作过程复杂，且技术难度较大。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种传感器芯片，旨在使传感器芯片的防水效果好的同时，简化封装工艺，降低成本。
为实现上述目的，本发明提出的传感器芯片，所述传感器芯片包括：
基板；
集成电路，所述集成电路设于所述基板上，所述集成电路设有通孔；
第一电极，所述第一电极设于所述基板，并位于所述通孔内；
第二电极，所述第二电极在所述通孔内与所述第一电极相对设置形成电容结构；以及
防水膜层，所述防水膜层设置于所述集成电路背离所述基板的表面，并且封堵所述通孔。
可选地，所述防水膜层通过化学气相沉积方法沉积于所述集成电路的表面。
可选地，所述防水膜层为氮化硅。
可选地，所述防水膜的厚度为h，h≥3μm。
可选地，所述第二电极位于所述集成电路通孔的顶端罩盖所述通孔，所述第二电极背离所述基板的表面与所述集成电路背离所述基板的表面齐平；或者，
所述第二电极与所述通孔的顶端之间具有间隙，所述防水膜层覆盖在所述集成电路的表面并且向所述通孔内延伸，充满所述间隙。
可选地，还包括引线和焊盘，所述焊盘设于所述基板背离所述集成电路的表面，所述引线一端连接所述集成电路，另一端穿过所述基板，连接所述焊盘。
本发明还提出一种传感器，所述传感器包括外壳和传感器芯片；
所述传感器芯片包括：
基板；
集成电路，所述集成电路设于所述基板上，所述集成电路设有通孔；
第一电极，所述第一电极设于所述基板，并位于所述通孔内；
第二电极，所述第二电极在所述通孔内与所述第一电极相对设置形成电容结构；以及
防水膜层，所述防水膜层设置于所述集成电路背离所述基板的表面，并且封堵所述通孔。
所述外壳围合形成容纳腔，所述传感器芯片封装于所述容纳腔内。
可选地，所述外壳包括相对设置的顶壁和底壁，所述顶壁设有贯通孔，所述底壁设有电连接部，所述传感器的集成电路电性连接于所述电连接部。
可选地，所述容纳腔内设有底部填充胶，所述底部填充胶填充于所述传感器芯片和所述底壁之间的电性连接区域。
可选地，所述底壁为陶瓷结构。
本发明还提出一种电子设备，所述电子设备包括传感器；
所述传感器包括外壳和传感器芯片；
所述传感器芯片包括：
基板；
集成电路，所述集成电路设于所述基板上，所述集成电路设有通孔；
第一电极，所述第一电极设于所述基板，并位于所述通孔内；
第二电极，所述第二电极在所述通孔内与所述第一电极相对设置形成电容结构；以及
防水膜层，所述防水膜层设置于所述集成电路背离所述基板的表面，并且封堵所述通孔。
本发明技术方案的传感器芯片中，防水膜层设置于集成电路背离基板的表面，并且封堵通孔，防水膜层不仅能对集成电路的表面进行保护，防止水汽和灰尘直接侵蚀集尘电路的表面，使得集成电路的表面具有防水功能，还能保护通孔内的第二电极，使第二电极也具备防水和防尘的效果，避免外界水汽和灰尘对第二电极的侵蚀，能保护传感器芯片内部结构不被腐蚀和氧化。
在传统灌胶过程中，为了使得覆盖于第二电极的灌封胶对第二电极的灵敏性影响较小，对灌封胶的性能和灌胶过程都需要严格控制，使得灌胶过程操作复杂，且灌封胶成本较高，本申请技术方案的传感器上的第二电极已经由防水膜层进行密封，在后续的封装过程中，无需再对第二电极的表面进行密封，该第二电极能够通过覆盖其上的防水膜层较好的获取环境的压力变化，使得后续对传感器的封装过程简单、且整体成本降低。
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为本发明传感器一实施例的结构示意图；
图2为图1中传感器芯片的结构示意图。
附图标号说明：
| 标号 | 名称 | 标号 | 名称 |
| 100 | 传感器 | 31 | 基板 |
| 10 | 外壳 | 311 | 引线 |
| 11 | 顶壁 | 313 | 焊盘 |
| 111 | 贯通孔 | 33 | 集成电路 |
| 13 | 底壁 | 331 | 通孔 |
| 131 | 电连接部 | 333 | 第一电极 |
| 15 | 容纳腔 | 335 | 第二电极 |
| 20 | 底部填充胶 | 337 | 防水膜层 |
| 30 | 传感器芯片 |
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
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。另外，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。
结合图1和图2，本发明提供一种传感器芯片30，该传感器芯片30可以为压力传感器、速度传感器或麦克风等电容传感器中的传感器芯片30。
传感器芯片30包括基板31、以及设于基板31上的集成电路33，集成电路33上设有通孔331。传感器芯片30还包括第一电极333和第二电极335，第一电极333设于基板31，并位于集成电路33上形成的通孔331内部，第二电极335设置于通孔331内，且与第一电极333相对设置形成电容结构；相对设置的第一电极333与第二电极335之间形成空腔，当环境压力产生变化时，第二电极335产生振动，使得第一电极333与第二电极335之间的距离发生变化，传感器芯片30输出变化的电信号，以对环境压力的变化进行检测。
上述集成电路33、第一电极333、第二电极335均是通过常用的传感器芯片30生产工艺制作而成。第一电极333可以是电容电极，第二电极335可以是电容敏感膜片，相对设置的第一电极333和第二电极335组合形成MEMS芯片，集成电路33内集成由ASIC芯片，MEMS芯片和ASIC芯片电性连接，能够共同对环境压力的变化进行检测。本发明技术方案的传感器芯片将MEMS芯片和ASIC芯片进行了集成，使两者结构更加紧凑。
该传感器芯片30还包括防水膜层337，防水膜层337设置于集成电路33背离基板31的表面，并且封堵通孔331。该防水膜层337不仅能对集成电路33的表面进行保护，防止水汽和灰尘直接侵蚀集成电路33的表面，使得集成电控33的表面具有防水功能，还能保护通孔331内的第二电极335，使得第二电极335也具备防水和防尘的效果，避免外界水汽和灰尘对第二电极335的侵蚀，能保护传感器芯片30内部结构不被腐蚀和氧化。
第二电极335可以位于集成电路33的通孔331的顶端罩盖通孔331，第二电极335背离基板31的表面与集成电路33背离基板31的表面齐平。
第二电极335还可以与通孔331的顶端之间具有间隙，即，第二电极335背离基板31的表面低于集成电路33背离基板31的表面，防水膜层337覆盖在集成电路33的表面并且向通孔331内延伸，充满间隙。
防水膜层337可以直接设置于第二电极335背离基板31的表面，具体地，该防水膜层337可以直接沉积于第二电极335背离基板31的表面，同时沉积于集成电路33背离基板31的表面。防水膜层337与集成电路33之间不需要另外设置胶水或其他粘贴结构，同理，防水膜层337与第二电极335之间也不需要另外设置胶水或其他粘贴结构。可以使得传感器100在具有表面防水功能的同时，厚度较小。
该防水膜层337直接设置于集成电路33的表面，防水膜层337与集成电路33之间不需要另外设置胶水或其他粘贴结构，同理，防水膜层337与第二电极335之间也不需要另外设置胶水或其他粘贴结构。可以使得传感器芯片30在具有表面防水功能的同时，厚度较小。
在传统灌胶过程中，为了使得覆盖于第二电极335的灌封胶对第二电极335的灵敏性影响较小，对灌封胶的性能和灌胶过程都需要严格控制，使得灌胶过程操作复杂，且灌封胶成本较高，本申请技术方案的传感器芯片30上的第二电极335已经由防水膜层337进行密封，在后续的封装过程中，无需再对第二电极335的表面进行密封，该第二电极335能够通过覆盖其上的防水膜层337较好的获取环境的压力变化，使得后续对传感器芯片30的封装过程简单、且整体成本降低。
防水膜层337可以通过化学气相沉积方法沉积于集成电路33的表面。防水膜层337还可以通过电镀的方式进行沉积。该防水膜层337的材料具体可以为氮化硅。通过化学气相沉积形成的防水膜层337厚度为h，该防水膜层337的厚度满足h≥3μm，相较于其他防水膜层337的设置方式，该防水膜层337的厚度大大减小，对第二电极335的灵敏度影响较小。
传感器芯片30还包括引线311和焊盘313，焊盘313设于基板31背离集成电路33的表面，引线311一端连接集成电路33，另一端穿过基板31，连接焊盘313。
通孔331内的第一电极333电性连接集成电路33，集成电路33通过引线311和焊盘313连接外部电路，从而能将第一电极333检测到的电信号变化传输到外部电路。
本发明还提出一种传感器100，所述传感器100包括传感器芯片30。该传感器芯片30的具体结构参照上述实施例，由于本传感器100采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
该传感器100的外壳10围合形成容纳腔15，传感器芯片30封装于容纳腔15内，外壳10对内部传感器芯片30进行保护和支撑。
外壳10包括相对设置的顶壁11和底壁13，顶壁11设有贯通孔111，底壁13设有电连接部131，传感器芯片30的集成电路33电性连接于电连接部131。传感器100的外壳10对内部传感器芯片30进行保护，防止传感器芯片30出现损坏，外壳10上设置的电连接部131能够将传感器芯片30获取到的电信号输送至外部电路。具体地，底壁13于容纳腔15内的表面设有第一焊接部，底壁13背离容纳腔15的表面设有第二焊接部，底壁13还设有连通第一焊接部和第二焊接部的导线，该导线穿设于底壁13。
位于容纳腔15内的传感器芯片30上的焊盘313电性连接第一焊接部，该第二焊接部用于电性连接外部电路，从而传感器芯片30获取到的环境压力变化产生的电信号传输至外部电路。
应用该传感器芯片30结构的传感器100只需将传感器芯片30与外壳10电连接的区域进行防水密封即可。在本实施例中，只需要将基板31背离集成电路33的表面与底壁13于容纳腔15内的表面之间进行防水密封。该防水密封结构可以采用底部填充胶20，即，向容纳腔15内注入底部填充胶20，底部填充胶20只需要没过基板31面向底壁13的表面，使底部填充胶20将传感器芯片30与底壁13电性连接的区域进行填充和包裹，该底部填充胶20可以采用普通的硅胶或环氧胶，无需对底部填充胶20的材料进行严格要求，只要该底部填充胶20能外部水汽进行隔绝，且不对传感器芯片30与底壁13造成应力效果即可。
底壁13可以选择为陶瓷结构，对内部传感器芯片30进行保护。
本发明还提出一种电子设备，所述电子设备包括传感器100。该传感器100的具体结构参照上述实施例，由于本电子设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，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)
1.一种传感器芯片，其特征在于，所述传感器芯片包括：
基板；
集成电路，所述集成电路设于所述基板上，所述集成电路设有通孔；
第一电极，所述第一电极设于所述基板，并位于所述通孔内；
第二电极，所述第二电极在所述通孔内与所述第一电极相对设置形成电容结构；以及
防水膜层，所述防水膜层设置于所述集成电路背离所述基板的表面，并且封堵所述通孔；
所述防水膜层通过化学气相沉积方法沉积于所述集成电路的表面，所述第一电极是电容电极，所述第二电极是电容敏感膜片，相对设置的所述第一电极和所述第二电极组合形成MEMS芯片，所述集成电路内集成有ASIC芯片。
2.如权利要求1所述的传感器芯片，其特征在于，所述防水膜层为氮化硅。
3.如权利要求2所述的传感器芯片，其特征在于，所述防水膜层的厚度为h，h≥3μm。
4.如权利要求1所述的传感器芯片，其特征在于，所述第二电极位于所述集成电路通孔的顶端罩盖所述通孔，所述第二电极背离所述基板的表面与所述集成电路背离所述基板的表面齐平；或者，
所述第二电极与所述通孔的顶端之间具有间隙，所述防水膜层覆盖在所述集成电路的表面并且向所述通孔内延伸，充满所述间隙。
5.如权利要求1至4中任一项所述的传感器芯片，其特征在于，还包括引线和焊盘，所述焊盘设于所述基板背离所述集成电路的表面，所述引线一端连接所述集成电路，另一端穿过所述基板，连接所述焊盘。
6.一种传感器，其特征在于，所述传感器包括外壳和如权利要求1至5中任一项所述的传感器芯片，所述外壳围合形成容纳腔，所述传感器芯片封装于所述容纳腔内。
7.如权利要求6所述的传感器，其特征在于，所述外壳包括相对设置的顶壁和底壁，所述顶壁设有贯通孔，所述底壁设有电连接部，所述传感器的集成电路电性连接于所述电连接部。
8.如权利要求7所述的传感器，其特征在于，所述容纳腔内设有底部填充胶，所述底部填充胶填充于所述传感器芯片和所述底壁之间的电性连接区域。
9.如权利要求7所述的传感器，其特征在于，所述底壁为陶瓷结构。
10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求6至9中任一项所述的传感器。
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2021
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