CN113517235A - 一种具有空腔的传感器 - Google Patents
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Abstract
一种具有空腔的传感器，包含一基板、一腔体、一感测元件及一多孔凝胶材料，该腔体设置于该基板上且具有一腔壁以及形成于该腔壁内的一内部空间，该感测元件设置于该腔壁上，并且该多孔凝胶材料设置于该基板和该腔体之间，其中，该多孔凝胶材料具有不低于80％的孔隙率，使该腔体的该内部空间和外界形成气体连通，由此形成气体进出的通道、以平衡该具有空腔的传感器内的压力，并增加该具有空腔的传感器的支撑性，降低通常使用固晶胶结合感测元件与基板之间的风险。
Description
技术领域
本发明涉及一种传感器，尤指一种设置有多孔凝胶材料且具有空腔的传感器。
背景技术
传感器泛指根据物理性质、化学性质或环境中的变化而输出信号的元件，如电阻式传感器、压电式传感器、热电式传感器、电化学式传感器、微波式传感器等，而在前述传感器中，基于感测原理上的考虑，有部分的传感器需要形成空腔结构。
如美国发明专利公告第US9,804,046号所披露的一种压力传感器，包含由模制材料形成的一空腔、设置于该空腔内的一控制管芯、以及设置于该控制管芯上的一压力传感器管芯，通过一丝焊相互连接该控制管芯以及该压力传感器管芯，且再通过一黏合剂进行点胶以将这些管芯等元件黏附于一承载基板上。
或如美国发明专利公开第US2019/0336099A1号所披露的一种超声装置，该超声装置包括一超声换能器以及一进入孔，该超声换能器包括一基底、一膜，其中该基底和该膜被设置为之间形成一密封腔，该进入孔穿过该膜，且该进入孔被构造成提供进入该密封腔的一通路。
以上述具备空腔结构的传感器来说，通常会利用一黏合剂使该空腔结构固定在一承载基板上，以便后续的封装过程，实际上，该黏合剂通常采用一固晶胶。然而，在使用该黏合剂进行固定时，容易因该黏合剂的胶点太多而使该空腔结构形成密闭，进而容易在操作的过程中造成传感器发生破损；另一方面，若该黏合剂的胶点太少，则容易造成接合面的脱落。
发明内容
本发明的主要目的在于解决常用的具有空腔的传感器因黏合剂的使用而容易造成传感器破损或脱落的问题。
为达上述目的，本发明提供一种具有空腔的传感器，包含一基板、一腔体、一感测元件以及一多孔凝胶材料。该腔体设置于该基板上且具有一腔壁以及形成于该腔壁内的一内部空间，该感测元件设置于该腔壁上，以及该多孔凝胶材料设置于该基板和该腔体之间，该多孔凝胶材料具有不低于80％的孔隙率，使该腔体的该内部空间和外界形成气体连通。
为达上述目的，本发明还提供另一种具有空腔的传感器，包含一基板、一腔体、一感测元件以及一多孔凝胶材料。该腔体设置于该基板上且具有一腔壁以及形成于该腔壁内的一内部空间，该感测元件设置于该腔体的一顶壁，并且该多孔凝胶材料至少部分地设置于该内部空间之中。此外，该多孔凝胶材料具有被该腔壁包覆而未暴露于外界的一第一表面以及未被该腔壁包覆而暴露于外界的一第二表面，其中，该多孔凝胶材料具有不低于80％的孔隙率，使该腔体的该内部空间经由该第二表面和外界形成气体连通。
由此，本发明将该多孔凝胶类材料整合于该传感器中，并作为气体和外界之间的通道，如此一来，由于气体可以在该内部空间与外界之间进出，使该内部空间与外界之间的气压达到平衡，使得黏合剂的胶点可以充分地设置，以在不牺牲接合度的情况下仍能满足感测功能的完整性。此外，本发明更可通过该多孔凝胶类材料填补腔体，以让该腔体具备支撑性而不易破损，且降低该内部空间的热散失。
附图说明
图1是本发明第一实施例第一示例的结构剖视示意图。
图2是本发明第一实施例第二示例的结构剖视示意图。
图3是本发明第一实施例第三示例的结构剖视示意图。
图4是本发明第二实施例第一示例的结构剖视示意图。
图5是本发明第二实施例第二示例的结构剖视示意图。
图6是本发明第二实施例第三示例的结构剖视示意图。
具体实施方式
有关本发明的详细说明及技术内容，现就配合附图说明如下：
请参阅图1，本发明提供一种具有空腔的传感器，包含一基板10、一腔体20、一感测元件30、一多孔凝胶材料40以及一粘合层50。在本发明中，该具有空腔的传感器可为任何具有一空腔结构的传感器，根据不同的使用需求，该具有空腔的传感器可以选择为温度传感器、气体传感器、压力传感器、胎压计、麦克风等。在本发明中，该基板10的材料可以是金属、玻璃、陶瓷、高分子或上述的复合材料，举例来说，该基板10可以采用硅晶圆、塑料、印刷电路板(Printed circuit board，PCB)、玻璃纤维板、二氧化硅(SiO2)或光阻等。
该腔体20设置于该基板10上，该腔体20包含一腔壁21以及一内部空间22，该内部空间22形成于该腔壁21内，该腔壁21包含一侧壁211以及设置于该侧壁211上的一顶壁212，该感测元件30设置该顶壁212上，在本实施例中，该侧壁211采用一硅材料，该顶壁212采用一绝缘材料。该多孔凝胶材料40设置于该基板10和该腔体20之间，该多孔凝胶材料40具有介于500m2/g至1200m2/g之间的比表面积、大于80％的孔隙率。在一实施例中，该孔隙率介于88％至99.8％之间，该多孔凝胶材料40具有介于0.01g/cm3至0.2g/cm3之间的密度，以及低于0.035W/m-K的热传导值。该多孔凝胶材料40可为一硅基材料或一疏水材料，其中，该硅基材料选自于硅氧烷化合物、水玻璃与硅酸钠等硅基化合物所组成的组，举例来说，该多孔凝胶材料40包括一硅基化合物以及和该硅基化合物混合的一添加物，该添加物选自于单层纳米碳管、多层纳米碳管、多层石墨烯及其组合所组成的组。由此，利用该多孔凝胶材料40的多孔性，气体容易通过该腔体20的该内部空间22，而在该内部空间22和外界60之间进出流通，以此平衡该具有空腔的传感器内部的气压。
该粘合层50包括一第一粘合层51以及一第二粘合层52，该第一粘合层51粘合于该多孔凝胶材料40和该基板10之间，该第二粘合层52粘合于该腔体20以及该多孔凝胶材料40之间，且该多孔凝胶材料40以及该粘合层50分别可为层状或环状等不同结构形式。其中，该粘合层50是选自贴合胶带、贴合膜、晶圆粘结薄膜、晶片粘结薄膜(Die Attach Film)、FOD(Fingerprint On Display，屏幕指纹)膜、FOW(Film Over Wire，线包覆)膜、固晶胶或其他黏贴材料。
图1至图3为本发明第一实施例的不同示例，而图4至图6为本发明第二实施例的不同示例。
如图1所示，于本发明第一实施例的第一示例，该多孔凝胶材料40成形为一层状或一片状，该层状从该腔体20的该侧壁211的一侧端延伸至另一侧端；该第一粘合层51也成形为一层状或片状，该层状从该腔体20的该侧壁211的一侧端延伸至另一侧端，换言之，该多孔凝胶材料40和该第一粘合层51的在水平平面上的二维几何形状相对应；该第二粘合层52设置于该多孔凝胶材料40和该侧壁211之间并对应该侧壁211成形为一环状，该第二粘合层52和该侧壁211在水平平面上的二维几何形状相对应。气体可如图1的箭头所示地离开或进入该腔体20内。
如图2所示，于本发明第一实施例的第二示例，该多孔凝胶材料40、该第一粘合层51均成形为一层状或一片状且和该基板10在水平平面上的二维几何形状相对应；该第二粘合层52设置于该多孔凝胶材料40和该侧壁211之间并对应该侧壁211成形为一环状，该第二粘合层52和该侧壁211在水平平面上的二维几何形状相对应。气体可如图2的箭头所示地离开或进入该腔体20内。
如图3所示，于本发明第一实施例的第三示例，该多孔凝胶材料40、该第一粘合层51、该第二粘合层52均成形为一环状且和该侧壁211在水平平面上的二维几何形状相对应。气体可如图3的箭头所示地离开或进入该腔体20内。
如图4所示，于本发明第二实施例的第一示例，该多孔凝胶材料40包括一第一部分41以及一第二部分42，该第一部分41设置于该内部空间22中，该第二部分42设置于该基板10和该腔体20之间，该第一部分41具有一第一表面411，该第二部分42具有一第二表面421，该第一表面411被包覆而未暴露于外界60，该第二表面421未被包覆而暴露于外界60。在本实施例中，该多孔凝胶材料40的该第二部分42成形为一层状或一片状，该层状从该腔体20的该侧壁211的一侧端延伸至另一侧端；该第一粘合层51也成形为一层状或一片状，该层状从该腔体20的该侧壁211的一侧端延伸至另一侧端，换言之，该多孔凝胶材料40的该第二部分42和该第一粘合层51在水平平面上的二维几何形状相对应；该第二粘合层52设置于该多孔凝胶材料40的该第二部分42和该侧壁211之间并对应该侧壁211成形为一环状，该第二粘合层52和该侧壁211在水平平面上的二维几何形状相对应。本实施例中，该第一部分41的该第一表面411被该侧壁211、该顶壁212、该第二粘合层52以及该第二部分42包覆而没有直接和外界60连通，该第二部分42的该第二表面421(即外侧面)未被包覆，该第一部分41和该第二部分42相连接，从而使气体可如图4的箭头所示地离开或进入该腔体20内。
如图5所示，于本发明第二实施例的第二示例，该多孔凝胶材料40的该第二部分42、该第一粘合层51均成形为一层状或一片状且和该基板10在水平平面上的二维几何形状相对应；该第二粘合层52设置于该多孔凝胶材料40的该第二部分42和该侧壁211之间并对应该侧壁211成形为一环状，该第一粘合层51和该侧壁211在水平平面上的二维几何形状相对应。气体可如图5的箭头所示地离开或进入该腔体20内。
如图6所示，于本发明第二实施例的第三示例，该多孔凝胶材料40设置于该内部空间22，该多孔凝胶材料40的高度h1大于该侧壁211的高度h2，使得该多孔凝胶材料40形成有被包覆而未暴露于外界60的一第一表面411以及未被包覆而暴露于外界60的一第二表面421，该粘合层50设置于该多孔凝胶材料40和该基板10之间以固定该多孔凝胶材料40。气体可如图6的箭头所示地离开或进入该腔体20内。
本发明利用将该多孔凝胶类材料整合在该传感器中，如此一来，由于气体可以在该内部空间与外界之间进出，使该内部空间与外界之间的气压达到平衡，使得黏合剂的胶点可以充分地设置，以在不牺牲接合度的情况下仍能满足感测功能的完整性。此外，本发明更可通过该多孔凝胶类材料填补腔体，以让该腔体具备支撑性而不易破损，且降低该内部空间的热散失。
Claims (10)
1.一种具有空腔的传感器，其特征在于，包含：
一基板；
一腔体，设置于所述基板上且具有一腔壁以及形成于所述腔壁内的一内部空间；
一感测元件，设置于所述腔壁上；以及
一多孔凝胶材料，设置于所述基板和所述腔体之间，其中，所述多孔凝胶材料具有不低于80％的孔隙率，使所述腔体的所述内部空间和外界形成气体连通。
2.根据权利要求1所述的具有空腔的传感器，其特征在于，所述腔壁包括一侧壁以及设置于所述侧壁上的一顶壁。
3.根据权利要求2所述的具有空腔的传感器，其特征在于，还包括设置于所述基板和所述多孔凝胶材料之间的一第一粘合层以及设置于所述多孔凝胶材料和所述侧壁之间的一第二粘合层。
4.根据权利要求2所述的具有空腔的传感器，其特征在于，所述多孔凝胶材料成形为从所述腔体的所述侧壁的一底端延伸至另一端的层状。
5.根据权利要求2所述的具有空腔的传感器，其特征在于，所述多孔凝胶材料成形为对应所述腔体的所述侧壁的环状。
6.一种具有空腔的传感器，其特征在于，包含：
一基板；
一腔体，设置于所述基板上且具有一腔壁以及形成于所述腔壁内的一内部空间；
一感测元件，设置于所述腔体的一顶壁；以及
一多孔凝胶材料，设置于所述基板和所述腔体之间，所述多孔凝胶材料至少部分地设置于所述内部空间之中，所述多孔凝胶材料具有被所述腔壁包覆而未暴露于外界的一第一表面以及未被所述腔壁包覆而暴露于外界的一第二表面，其中，所述多孔凝胶材料具有不低于80％的孔隙率，使所述腔体的所述内部空间经由所述第二表面和外界形成气体连通。
7.根据权利要求6所述的具有空腔的传感器，其特征在于，还包括设置于所述基板和所述多孔凝胶材料之间的一第一粘合层。
8.根据权利要求6所述的具有空腔的传感器，其特征在于，还包括设置于所述多孔凝胶材料和所述腔壁之间的一第二粘合层。
9.根据权利要求1或6所述的具有空腔的传感器，其特征在于，所述多孔凝胶材料具有介于500m2/g至1200m2/g之间的比表面积与介于0.01g/cm3至0.2g/cm3之间的密度。
10.根据权利要求1或6所述的具有空腔的传感器，其特征在于，所述多孔凝胶材料包括一硅基化合物以及和所述硅基化合物混合的一添加物，所述添加物选自于单层纳米碳管、多层纳米碳管、多层石墨烯及其组合所组成的组。
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