CN113498261A

CN113498261A - 能耦接到具有改进封装体的印刷电路板的环境温度传感器

Info

Publication number: CN113498261A
Application number: CN202110360722.8A
Authority: CN
Inventors: M·佩萨图罗; M·O·格西多尼
Original assignee: STMicroelectronics SRL
Current assignee: STMicroelectronics SRL
Priority date: 2020-04-02
Filing date: 2021-04-02
Publication date: 2021-10-12
Also published as: IT202000007009A1; EP3896727B1; EP3896727A1; US12025506B2; US20210310877A1; CN215222600U

Abstract

提供一种能耦接到具有改进封装体的印刷电路板的环境温度传感器。该环境温度传感器包括封装体，该封装体包括第一盖和绝缘结构。该绝缘结构由热绝缘材料形成，并且第一盖和绝缘结构限定第一腔。包括半导体器件并且该半导体器件生成指示温度的电信号。半导体器件固定在绝缘结构的顶部并且布置在第一腔内。封装体可以耦接到PCB，使得绝缘结构插入半导体器件与PCB之间。绝缘结构限定第二腔，该第二腔在半导体器件下方延伸并且横向开口。

Description

能耦接到具有改进封装体的印刷电路板的环境温度传感器

技术领域

本公开涉及一种环境温度传感器，其可以耦接到印刷电路板(PCB)，并且包括改进的封装体。

背景技术

众所周知，如今在PCB板上使用温度传感器来检测温度可能突然的局部升高是很常见的。例如，温度传感器集成在PCB中以检测集成在PCB中的热源附近的温度。在这种情况下，由对应的集成半导体电路形成的温度传感器热耦接到热源。

话虽如此，但是目前感觉需要能够使用配备PCB的温度传感器来测量外部温度，即环境温度。换句话说，感觉需要有可以集成在PCB中并且使得能够精确测量环境温度的可用温度传感器。然而，用于配备PCB的温度传感器的封装体通常不是为了优化与外界的热耦合而设计的。此外，由温度传感器提供的测量结果可能会受到PCB本身上的热源的影响。

发明内容

在各种实施例中，本公开提供了一种环境温度传感器，其将至少部分地克服现有技术的缺点。

在至少一个实施例中，提供了可耦接到印刷电路板(PCB)的环境温度传感器。该环境温度传感器包括封装体和半导体器件。该封装体包括第一盖和绝缘结构。该绝缘结构由热绝缘材料形成，并且第一盖和绝缘结构限定第一腔。半导体器件被配置为生成指示温度的电信号，并且半导体器件固定在绝缘结构上并且布置在第一腔内。封装体被配置为耦接到PCB，其中，绝缘结构被插入半导体器件与PCB之间，并且绝缘结构限定第二腔，该第二腔在半导体器件下方延伸并且横向开口。

在至少一个实施例中，提供了一种系统，其包括印刷电路板(PCB)和耦接到PCB的温度传感器。该温度传感器包括封装体和半导体器件。该封装体包括第一盖和绝缘结构。该绝缘结构由热绝缘材料形成，并且第一盖和绝缘结构限定第一腔。半导体器件被配置为生成指示温度的电信号，并且半导体器件被固定在绝缘结构上并且布置在第一腔内。封装体耦接到PCB，其中，绝缘结构插入半导体器件与PCB之间，并且绝缘结构限定第二腔，该第二腔在半导体器件下方延伸并且横向开口。

在至少一个实施例中，提供了一种方法，其包括将温度传感器耦接到印刷电路板(PCB)。温度传感器包括封装体和半导体器件。该封装体包括第一盖和绝缘结构。该绝缘结构由热绝缘材料形成，并且第一盖和绝缘结构限定第一腔。半导体器件被配置为生成指示温度的电信号，并且半导体器件被固定在绝缘结构上并且布置在第一腔内。封装体耦接到PCB，其中，绝缘结构被插入半导体器件与PCB之间，并且绝缘结构限定第二腔，该第二腔在半导体器件下方延伸并且横向开口。

附图说明

为了更好地理解本公开，现在将参考附图仅通过非限制性示例的方式来描述其优选实施例，其中：

图1是耦接到PCB的温度传感器的示意性截面图；

图2是图1所示的传感器的示意性透视图；

图3是图1和图2所示的传感器的移除了部分的示意性透视图；

图4是图1至图3所示的传感器的移除了部分的示意性顶视图；以及

图5是耦接到PCB的温度传感器的示意性截面图。

具体实施方式

图1和图2表示集成在PCB 2中的温度传感器1。

具体地，温度传感器1包括感测器件4，该感测器件4又包括半导体材料的管芯6，在该管芯内形成有敏感区域8和处理电路10，后者例如由对应的专用集成电路(ASIC)形成并且电耦接到敏感区域8。敏感区域8被配置为例如根据其所经受的温度而改变其电参数以生成对应的电信号，该电信号由处理电路10处理以生成输出信号，该输出信号指示由感测器件4检测的温度。

温度传感器1进一步包括封装体20，封装体20又包括第一盖22和第一绝缘结构24，该第一盖22例如由金属材料(例如，不锈钢)或绝缘材料(例如，塑料或环氧树脂)形成，该第一绝缘结构24例如由热绝缘材料和电绝缘材料(诸如选自陶瓷、氧化铝或双马来酰亚胺-三嗪(BT)树脂的材料)形成。

第一绝缘结构24包括主体34，该主体34具有平行六面体的形状，并且在顶部和底部分别由顶表面S1和底表面S2限定。

第一盖22置于第一绝缘结构24上并且机械地耦接到顶表面S1，以便与第一绝缘结构24一起限定腔26，在下文中称为管芯腔26。管芯6被容纳在封闭的腔26内，并且例如经由胶水或管芯附着膜(DAF)类型的所谓干膜或焊锡膏(未示出)固定到第一绝缘结构24的顶表面S1。

更详细地，温度传感器1包括固定区域25，其确保第一盖22与第一绝缘结构24之间的机械耦接。例如，固定区域25由胶水或焊锡膏形成。此外，固定区域25具有环形形状，并且布置在顶表面S1上，从而直接接触地完全围绕第一盖22的底部，第一盖22的底部接触顶表面S1。这并不意味着一般性的任何损失，第一盖22没有孔，以此方式使得管芯腔26封闭。

腔30在第一绝缘结构24的主体34内延伸，在下文中称为去耦腔30。去耦腔30基本上具有平行六面体的形状，四个臂35在该平行六面体内延伸；更确切地，去耦腔30具有形状像平行六面体的包络(envelope)(即，包覆物(encumbrance))，该包络在顶部和底部分别由顶部内表面S3和底部内表面S4限定，该顶部内表面S3和底部内表面S4是平面的并且以一定距离插入顶表面S1与底表面S2之间。顶表面S1、底表面S2、顶部内表面S3和底部内表面S4彼此平行。

四个臂35与主体34形成一个单件，并且如前所述，在去耦腔30内延伸。这并不意味着一般性的任何损失，臂35具有相同的形状，并且每个臂35从臂35的对应周边边缘开始，即从臂35的对应周边部分开始向去耦腔30的中心延伸。换句话说，臂35形成去耦腔30的形状。

另外，在顶视图(图4)中，第一对臂35沿由去耦腔30限定的矩形形状的第一对角线以一定距离且对称的方式延伸，而第二对臂35沿由去耦腔30限定的矩形形状的第二对角线以一定距离且对称的方式延伸。另外，臂35具有等于顶部内表面S3与底部内表面S4之间的距离的厚度。换句话说，每个臂35直接接触地插入顶部内表面S3与底部内表面S4之间。

如在图4中可以再次看到的，管芯6相对于臂35横向错开；即，它位于在主体34的相对于臂35横向交错的部分上。臂35在组装期间(例如，在管芯附接和引线接合步骤中)为系统提供机械支撑和稳健性，并且可以构成电链路的位置(site)。此外，臂35赋予刚性，使得去耦腔30随时间保持其形状，并且因此保持其热去耦管芯6和PCB 2的能力。

去耦腔30具有横向开口A，该横向开口面向第一绝缘结构24的主体34的侧壁P。横向开口A将去耦腔30设置为与外界流体连通。

封装体20进一步包括多个导电材料的第一焊盘40，其在底表面S2下方延伸，并且将被电连接到存在于PCB 2上的对应电端子(未示出)。此外，封装体20包括多个引线接合42，其使得能够经由插入对应的电链路44(图1中仅示意性地表示其中的两个)，将存在于管芯6上的对应的导电焊盘(未示出)连接到对应的第一焊盘40，该电链路延伸穿过第一绝缘结构24的主体34。在实践中，引线接合42各自将管芯6的对应的导电焊盘(未示出)连接到对应的电链路44。通过引线接合42、电链路44和第一焊盘40，处理电路10可以将输出信号提供给外界，尤其是提供给配备PCB 2的其他电子组件(未示出)。

在使用中，第一绝缘结构24的主体34的底表面S2面向PCB 2。因此，第一绝缘结构24插入PCB 2与管芯6之间。另外，由于第一绝缘结构24由热绝缘材料形成的事实，并且由于由去耦腔30实现的进一步的绝缘功能，在感测器件4与存在于PCB 2上的可能热源之间获得良好的热去耦。具体地，通过第一绝缘结构24中横向开口A的存在进一步改善了所述去耦，该横向开口A使得空气或其他气体/液体冷却剂能够在去耦腔30内循环。

以这种方式，对于第一近似，由敏感区域8仅根据围绕第一盖22的空气(或可能的液体)的温度(即，以基本上与存在于PCB 2上的组件生成的热无关的方式)生成电信号。因此，由处理电路10提供的输出信号有效地指示其中设置了温度传感器1的介质的温度，而不受存在于PCB 2上的热源的影响。

图5示出了现在参考相对于图1至图4所示的实施例的差异来描述的不同的实施例。

封装体20包括第二绝缘结构50，该第二绝缘结构50包括例如由绝缘材料(诸如选自陶瓷、氧化铝或BT树脂中的材料)形成的容器52。另外，容器52具有在顶部开口的中空平行六面体的形状。换句话说，容器52在底部和横向限定腔55，在下文中称为耦接腔55。

更详细地，容器52包括底壁58，该底壁58在底部和顶部分别由第一壁表面59和第二壁表面60限定。

此外，第一绝缘结构24和盖22，并且因此管芯6布置在耦接腔55中，使得第一绝缘结构24的主体34的底表面S2面向第一壁表面59。具体地，第一焊盘40置于第一壁表面59上，与第一壁表面59直接接触。另外，第二绝缘结构50包括多个第二导电焊盘64，该第二导电焊盘64固定到容器52并且在第二壁表面60下方延伸。

第二导电焊盘64电连接到存在于PCB 2上的对应的电端子(未示出)以及对应的第一焊盘40。具体地，每个第二焊盘64通过对应的电连接件66电连接到对应的第一焊盘40，该电连接件66延伸穿过容器52的底壁58。因此，由处理电路10生成的输出信号通过第二焊盘64提供给PCB 2。

第二绝缘结构50进一步包括第二盖70，该第二盖70可以具有平面形状，例如由导热材料(例如，钢)形成，并且例如通过胶水或焊锡膏(未示出)机械地耦接到容器52，以便封闭耦接腔55。

更详细地，第二盖70以一定距离置于第一盖22上。此外，第二盖70被多个孔72穿过(图5中示出了其中的两个)，这些孔72例如具有圆柱形的形状并且将耦接腔55与外界流体连通。

实际上，第二绝缘结构50的存在使得能够进一步改善感测器件4的敏感区域8与PCB 2之间的热去耦。实际上，除了第一绝缘结构24之外，容器52的由绝缘材料制成的一部分(尤其是底壁58)被插入PCB 2与管芯6之间。另外，孔72使得能够在外界与耦接腔55之间进行气体/液体的交换，从而改善外界与感测器件4之间的热耦接。

本温度传感器提供的优点从前面的描述中清楚地显现出来。具体地，本温度传感器包括封装体，该封装体使得能够将其集成在PCB板上，同时确保温度感测器件与存在于PCB板上的热源的良好热绝缘，从而能够正确地测量温度传感器所在的介质(流体)的温度。

最后，很清楚，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对本文所描述和示出的内容进行修改和变化。

例如，管芯6与第一焊盘40和(如果存在的话)第二焊盘64之间的电耦接可以不同于已经描述的管芯6与第一焊盘40和(如果存在的话)第二焊盘64之间的电耦接。例如，代替引线接合42，芯片6可以通过布置在管芯6下方的凸块(未示出)耦接到电链路44，该电链路44穿过第一绝缘结构24的主体34。

同样，可以使用不同类型的电端子代替导电焊盘。

去耦腔30可以具有一个以上的侧开口。

最后，臂35的数量和形状可以不同于已经描述的臂35的数量和形状；臂35甚至可能不存在。

可以组合上述各种实施例以提供进一步的实施例。可以根据以上详细描述对实施例进行这些和其他改变。通常，在以下权利要求书中，所使用的术语不应被解释为将权利要求限制为说明书和权利要求书中所公开的具体实施例，而是应被解释为包括所有可能的实施例以及这样的权利要求所具有的等同物的全部范围。因此，权利要求不受公开内容的限制。

Claims

1.一种能耦接到印刷电路板PCB的环境温度传感器，所述环境温度传感器包括：

封装体，包括第一盖和绝缘结构，所述绝缘结构由热绝缘材料形成，并且所述第一盖和所述绝缘结构限定第一腔；以及

半导体器件，被配置为生成指示温度的电信号，所述半导体器件被固定在所述绝缘结构上，并且被布置在所述第一腔内；

其中所述封装体被配置为通过所述绝缘结构耦接到所述PCB，所述绝缘结构被插入所述半导体器件与所述PCB之间，并且其中所述绝缘结构限定第二腔，所述第二腔在所述半导体器件下方延伸，并且横向开口。

2.根据权利要求1所述的温度传感器，其中所述第二腔沿着所述半导体器件和所述PCB的方向是封闭的。

3.根据权利要求1所述的温度传感器，其中所述绝缘结构由前表面和后表面限定，所述前表面被插入所述半导体器件与所述后表面之间，并且其中所述第二腔在所述前表面与所述后表面之间延伸一距离。

4.根据权利要求3所述的温度传感器，进一步包括：多个第一电端子，被电连接到所述半导体器件，并在所述后表面上延伸。

5.根据权利要求4所述的温度传感器，进一步包括：多个电链路，至少部分地在所述绝缘结构中延伸，并且被配置为将所述半导体器件电连接到所述第一电端子。

6.根据权利要求1所述的温度传感器，其中所述封装体进一步包括：热绝缘材料的容器，所述容器限定第三腔，所述第一盖、所述绝缘结构和所述半导体器件被布置在所述第三腔内部，并且其中所述封装体被配置为通过容器的一部分耦接到所述PCB，所述容器的一部分被插入所述绝缘结构与所述PCB之间。

7.根据权利要求6所述的温度传感器，进一步包括：多个第二电端子，被电连接到所述半导体器件，并且被固定到所述容器，其中所述第二电端子被配置为耦接到所述PCB。

8.根据权利要求6所述的温度传感器，其中所述封装体进一步包括：第二盖，所述第二盖封闭所述第三腔，并且被至少一个孔穿过，所述至少一个孔被配置为将所述第三腔设置为与外部环境流体连通。

9.根据权利要求1所述的温度传感器，其中所述第一盖没有孔，并且由导热材料形成。

10.根据权利要求1所述的温度传感器，其中所述第二腔在底部和顶部分别由顶部内表面和底部内表面限定，并且其中所述绝缘结构包括至少一个臂，所述臂具有细长形状，并且从所述第二腔的外围部分向所述第二腔的中心部分延伸，所述臂被直接接触地插入所述顶部内表面与所述底部内表面之间。

11.根据权利要求1所述的温度传感器，其中所述半导体器件包括管芯，专用集成电路被形成在所述管芯中。

12.一种系统，包括：

印刷电路板PCB；以及

温度传感器，被耦接到所述PCB，所述温度传感器包括：

封装体，包括第一盖和绝缘结构，所述绝缘结构由热绝缘材料形成，所述第一盖和所述绝缘结构限定第一腔；以及

其中所述封装体通过所述绝缘结构被耦接到所述PCB，所述绝缘结构被插入所述半导体器件与所述PCB之间，并且其中所述绝缘结构限定第二腔，所述第二腔在所述半导体器件下方延伸，并且横向开口。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述绝缘结构由前表面和后表面限定，所述前表面被插入所述半导体器件与所述后表面之间，并且其中所述第二腔在所述前表面与所述后表面之间延伸一距离。

14.根据权利要求13所述的系统，进一步包括：

多个第一电端子，被电连接到所述半导体器件，并且在所述后表面上延伸；以及

多个电链路，至少部分地在所述绝缘结构中延伸，并且被配置为将所述半导体器件电连接到所述第一电端子。

15.根据权利要求12所述的系统，其中所述封装体进一步包括：热绝缘材料的容器，所述容器限定第三腔，所述第一盖、所述绝缘结构和所述半导体器件被布置在所述第三腔内部，并且其中所述封装体通过容器的一部分被耦接到所述PCB，所述容器的一部分被插入所述绝缘结构与所述PCB之间。

16.根据权利要求15所述的系统，进一步包括：多个第二电端子，被电连接到所述半导体器件，并且被固定到所述容器，其中所述第二电端子被配置为耦接到所述PCB。

17.根据权利要求15所述的系统，其中所述封装体进一步包括：第二盖，所述第二盖封闭所述第三腔，并且被至少一个孔穿过，所述至少一个孔被配置为将所述第三腔设置为与外部环境流体连通。

18.根据权利要求12所述的系统，其中所述第二腔在底部和顶部分别由顶部内表面和底部内表面限定，并且其中所述绝缘结构包括至少一个臂，所述臂具有细长形状，并且从所述第二腔的外围部分向所述第二腔的中心部分延伸，所述臂被直接接触地插入所述顶部内表面与所述底部内表面之间。

19.一种方法，包括：

将温度传感器耦接到印刷电路板PCB，所述温度传感器包括：

其中所述封装体通过所述绝缘结构被耦接到所述PCB，所述绝缘结构被插入所述半导体器件与所述PCB之间，并且其中所述绝缘结构限定第二腔，所述第二腔在所述半导体器件下方延伸并且横向开口。

20.根据权利要求19所述的方法，进一步包括：

电连接所述半导体器件与在所述绝缘结构的后表面上延伸的多个第一电端子之间的多个电链路，所述多个电链路至少部分地在所述绝缘结构中延伸。