CN113582126B - 压力传感器封装结构及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种压力传感器封装结构及电子设备，所述压力传感器封装结构包括基板；柔性外壳，与所述基板围成密封腔体；压力传感器，设置在所述腔体内，所述压力传感器具有第一端及第二端，所述第一端朝向所述基板设置，且设置有外接电极，所述外接电极与所述基板电连接，所述第二端朝向所述柔性外壳的内侧上表面，所述第二端设置有压力敏感部及电连接部，在受到外界压力时，所述柔性外壳将力传递至所述压力敏感部，所述电连接部通过导电结构与所述外接电极电连接。本发明的优点在于，大大提高了压力传感器封装结构的可靠性，且扩大了压力传感器封装结构的使用范围。

Description

压力传感器封装结构及电子设备
技术领域
本发明涉及压力传感器封装领域，尤其涉及一种压力传感器封装结构及电子设备。
背景技术
压力传感器通过压力敏感单元感受压力信号，并按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出电信号，再由信号处理单元将电信号处理成对应需要的模拟输出或者数字输出形式。
随着社会经济的发展，压力传感器应用越来越广泛，现有的压力传感器封装结构已经不能满足需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种压力传感器封装结构及电子设备，其能够大大提高所述压力传感器封装结构的可靠性，且扩大压力传感器封装结构的使用范围。
为了解决上述问题，本发明提供了一种压力传感器封装结构，其包括：基板；柔性外壳，与所述基板围成密封腔体；压力传感器，设置在所述腔体内，所述压力传感器具有第一端及第二端，所述第一端朝向所述基板设置，且设置有外接电极，所述外接电极与所述基板电连接，所述第二端朝向所述柔性外壳的内侧上表面，所述第二端设置有压力敏感部及电连接部，在受到外界压力时，所述柔性外壳将力传递至所述压力敏感部，所述电连接部通过导电结构与所述外接电极电连接。
进一步，所述压力传感器包括封装体及位于所述封装体内的至少一压力传感器芯片，所述封装体具有第一表面及第二表面，所述压力传感器芯片的一表面具有压力敏感区及至少一芯片电极，所述压力敏感区暴露于所述封装体的第一表面，以作为所述压力敏感部，所述芯片电极设置在所述第一表面或者位于所述封装体内，以作为所述电连接部，所述外接电极设置在所述第二表面。
进一步，所述导电结构包括重布线层及导电连接件，所述重布线层设置在所述封装体的第一表面，并与所述芯片电极电连接，以将所述芯片电极进行电学重新分布，所述导电连接件贯穿所述封装体，并将所述外接电极与所述重布线层电连接。
进一步，所述压力传感器还包括隔离层，所述隔离层至少覆盖所述重布线层。
进一步，所述封装体包括依次设置的封装层及介质层，所述压力传感器芯片设置在所述封装层的表面，所述介质层覆盖所述压力传感器芯片，所述压力敏感区及所述芯片电极设置在所述压力传感器芯片背离所述封装层的表面，所述压力敏感区暴露于所述介质层，以作为所述压力敏感部，所述芯片电极设置在所述介质层内，以作为所述电连接部，所述外接电极设置在所述封装层背离所述介质层的表面。
进一步，所述导电结构包括导电连接件及导电线，所述导电连接件贯穿所封装层，并与所述外接电极电连接，所述导电线设置在所述介质层内，所述导电线将所述芯片电极与所述导电连接件电连接。
进一步，所述压力传感器包括至少一压力传感器芯片，所述压力传感器芯片具有第一表面及第二表面，所述第一表面具有压力敏感区及至少一芯片电极，所述压力敏感区暴露于所述压力传感器的第一端，以作为所述压力敏感部，所述芯片电极作为所述电连接部，所述外接电极设置在所述压力传感器芯片的所述第二表面，所述导电结构贯穿所述压力传感器芯片的外围区域，以将所述芯片电极与所述外接电极电连接。
进一步，所述压力传感器还包括隔离层，所述隔离层设置在所述压力传感器芯片的第一表面，且至少覆盖所述芯片电极。
进一步，所述导电结构为导电柱或导电通孔。
进一步，所述柔性外壳的内侧上表面与所述压力敏感部接触，以将力传递至所述压力敏感部。
进一步，所述柔性外壳的内侧上表面与所述压力敏感部具有一预设距离，在受到外界压力时，所述柔性外壳发生形变使得所述柔性外壳的内侧上表面与所述压力敏感部接触，以将力传递至所述压力敏感部。
进一步，所述柔性外壳的内侧上表面和/或外侧上表面具有凸起，所述凸起设置为与所述压力敏感部对应。
进一步，所述柔性外壳边缘设置有至少一连接柱，所述基板具有至少一固定孔，所述连接柱穿过所述固定孔，以将所述柔性外壳固定在所述基板上。
本发明还提供一种电子设备，其包括容纳空间，所述容纳空间具有相对设置的承载侧壁及工作侧壁，如上所述的压力传感器封装结构设置在所述容纳空间内，所述承载侧壁承载所述压力传感器封装结构，所述工作侧壁与所述压力敏感部对应，外力通过所述工作侧壁作用在所述柔性外壳上，所述柔性外壳产生形变，以将力传导至所述压力敏感部。
本发明压力传感器封装结构外壳为柔性外壳，其在保护压力传感器的同时，还能够使压力传感器接收双面的力的变化，大大提高了压力传感器封装结构的使用范围，同时，柔性外壳量产尺寸一致性好，降低了压力传感器封装结构的误差，且成本低，便于量产；另外，本发明压力传感器封装结构的电连接部通过导电结构与外接电极电连接，大大提高了压力传感器封装结构的可靠性。
本发明电子设备采用上述压力传感器封装结构作为压力感应元件，大大提高了压力感应的可靠性及降低了电子设备的成本。
附图说明
图1是本发明压力传感器封装结构的第一具体实施方式的结构示意图；
图2是本发明压力传感器封装结构的第二具体实施方式的结构示意图；
图3是本发明压力传感器封装结构的第三具体实施方式的结构示意图；
图4是本发明压力传感器封装结构的第四具体实施方式压力传感器的结构示意图；
图5是本发明压力传感器封装结构的第五具体实施方式压力传感器的结构示意图；
图6是本发明电子设备的一具体实施方式的部分结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的压力传感器封装结构及电子设备的具体实施方式做详细说明。
图1是本发明压力传感器封装结构的第一具体实施方式的结构示意图，请参阅图1，所述压力传感器封装结构包括基板10、柔性外壳11及压力传感器12。
所述基板10能够承载所述压力传感器12，并与所述压力传感器12电连接，进而将所述压力传感器12与外部装置电连接。所述基板10包括但不限于印刷电路板(PCB)或者柔性电路板(FPC)。
所述柔性外壳11设置在所述基板10上，且与所述基板10围成密封腔体10A。所述柔性外壳11为具有弹性的外壳，其包括但不限于橡胶外壳或者硅胶外壳。
在该第一具体实施方式中，所述柔性外壳11边缘设置有至少一连接柱110，所述基板10具有至少一固定孔101。所述连接柱110穿过所述固定孔101，以将所述柔性外壳11固定在所述基板10上。进一步，所述连接柱110与所述固定孔101为过盈配合，以避免所述连接柱110自所述固定孔101中脱离。其中，所述连接柱110可与所述柔性外壳11一体成型。为了进一步避免所述连接柱110自所述固定孔101中脱离，所述连接柱110的末端设置有阻挡部112。所述阻挡部112限位所述连接柱110相对于所述固定孔101的位置，避免所述连接柱110从所述固定孔101中脱离。所述阻挡部112的形状包括但不限于半圆形或者楔形。
在本发明第二具体实施方式中，请参阅图2，其为本发明压力传感器封装结构的第二具体实施方式的结构示意图，所述柔性外壳11边缘并未设置连接柱，所述柔性外壳11通过粘结层13与所述基板10连接，以形成所述腔体10A。
请继续参阅图1，所述压力传感器12设置在所述腔体10A内。所述压力传感器12具有第一端12A及第二端12B。在第一具体实施方式中，所述第一端12A与所述第二端12B相对设置，所述第一端12A为所述压力传感器12的底端，所述第二端12B为所述压力传感器12的顶端。
所述第一端12A朝向所述基板10设置。在所述第一端12A设置有外接电极121。所述外接电极121与所述基板10电连接。所述外接电极121的数量及排布可根据所述压力传感器12的实际设计而设置。所述外接电极121包括但不限于锡球、电连接垫等导电结构。
所述第二端12B朝向所述柔性外壳11的内侧上表面。所述第二端12B设置有压力敏感部及电连接部。在受到外界压力时，所述柔性外壳11将力传递至所述压力敏感部，压力作用在所述压力敏感部上，所述压力传感器12会产生电信号，进而实现压力的测量。所述电连接部通过导电结构与所述外接电极121电连接，以将所述电信号传递至基板10。
在本具体实施方式中，所述压力传感器12包括封装体122及位于所述封装体122内的至少一压力传感器芯片123。在图1中仅绘示一个所述压力传感器芯片123，在本发明其他具体实施方式中，所述压力传感器12包括多个压力传感器芯片，多个所述压力传感器芯片沿平行所述第二端12B的方向上依次设置。
所述封装体122由绝缘材料制成，包括但不现有有机物或无机物，例如，硅，玻璃，环氧树脂，环氧树脂玻璃纤维布等。所述封装体122用于保护设置在其中的器件(例如，压力传感器芯片123)，且将所述器件与外部环境隔离。所述封装体122具有第一表面122A及第二表面122B。在本具体实施方式中，所述第一表面122A与所述压力传感器12的第二端12B对应，即为所述压力传感器12的上表面，所述第二表面122B与所述压力传感器12的第一端12A对应，即为所述压力传感器12的下表面。在本发明其他具体实施方式中，所述第一表面122A与第二表面122B也可为相邻的表面，例如，所述第一表面122A为所述封装体122的上表面，所述第二表面122B为所述封装体122的一个侧面。
所述压力传感器芯片123的一表面具有压力敏感区1231及至少一芯片电极1232。所述压力敏感区1231暴露于所述封装体122的第一表面122A，以作为所述压力敏感部，所述芯片电极1232设置在所述第一表面122A或者位于所述封装体122内，以作为所述电连接部。在本具体实施方式中，所述芯片电极1232设置在所述第一表面122A。在本发明其他具体实施方式中，例如在本发明第四具体实施方式中，所述芯片电极1232设置在所述封装体122内。进一步，所述芯片电极1232可围绕所述压力敏感区1231设置。所述压力敏感区1231的位置、所述芯片电极1232的位置及数量可根据实际情况设置，本发明对此不做限定
所述外接电极121设置在所述封装体122的第二表面122B。所述外接电极121通过导电结构与所述芯片电极1232电连接。
在第一具体实施方式中，所述导电结构包括重布线层124及导电连接件125。
所述重布线层124设置在所述封装体122的第一表面122A，并与所述芯片电极1232电连接，以将所述芯片电极1232进行电学重新分布。所述重布线层124包括但不限于重布线金属层。
所述导电连接件125贯穿所述封装体122，并将所述外接电极121与所述重布线层124电连接。其中，在本具体实施方式中，所述导电连接件125为导电柱，在本发明其他具体实施方式中，所述导电连接件125可为导电通孔。
进一步，在第一具体实施方式中，所述压力传感器12还包括隔离层126，所述隔离层126至少覆盖所述重布线层124。所述隔离层126作为电学隔离、机械保护或应力缓冲的介质层，其可由聚酰亚胺(PI)、油墨或双苯环丁烯(BCB)等材料形成。
在本具体实施方式中，所述柔性外壳11内侧上表面与所述压力敏感区1231接触，以将压力传递至所述压力敏感区1231。进一步，由于所述隔离层126的存在，当所述柔性外壳11的内侧上表面为平面时，其并不能与所述压力敏感区1231接触，因此，在所述柔性外壳11的内侧上表面与所述压力敏感区1231对应的位置设置有凸起111，所述凸起111与所述压力敏感区1231接触，以将压力传递至所述压力敏感区1231，提高所述压力传感器的灵敏度。
可选地，在本具体实施方式中，在所述柔性外壳11的外侧上表面具有凸起112，所述凸起112设置为与所述压力敏感区1231对应，在所述压力传感器封装结构检测压力时，所述凸起112提供足够的弹性形变，进而有效地进行力的传导，所述凸起112可作为对准标记，以提高所述压力传感器芯片的灵敏度。
可以理解的是，在本发明其他具体实施方式中，所述柔性外壳11内侧上表面也可不与所述压力敏感区1231接触，只有在所述柔性外壳11受力后，所述柔性外壳11的内侧上表面才会与所述压力敏感区接触。例如，请参阅图3，其为本发明压力传感器封装结构的第三具体实施方式的结构示意图，在第三具体实施方式中，所述柔性外壳11内侧上表面与所述压力敏感区1231具有一预设距离，即所述柔性外壳110内侧上表面与所述压力敏感区1231之间具有一间隙，在受到外界压力时，所述柔性外壳11发生形变，所述柔性外壳11的内侧上表面与所述压力敏感区1231接触，以将压力传递至所述压力敏感区1231。其中，在第三具体实施方式中，在所述柔性外壳11的外侧上表面设置有与所述压力敏感区1231对应的凸起112，以提高所述压力传感器的灵敏度。进一步，在其他具体实施方式中，在所述柔性外壳11的内侧上表面也设置凸起，以提高所述压力传感器的灵敏度。
本发明压力传感器封装结构的外壳为柔性外壳，其在保护压力传感器的同时，还能够使压力传感器接收双面的力的变化。具体地说，所述压力传感器结构正面受到的力能够通过所述柔性外壳传递至所述压力传感器的压力敏感部；所述压力传感器封装结构背面(即基板侧)受到的力也能够通过拉扯或者挤压所述柔性外壳而作用于所述压力传感器的压力敏感部，大大提高了压力传感器封装结构的使用范围，同时，柔性外壳量产尺寸一致性好，降低了压力传感器封装结构的误差，且成本低，便于量产。
另外，本发明压力传感器封装结构的电连接部通过导电结构与所述外接电极电连接，相较于传统的打线式连接，本发明连接方法可靠性更高，不易断裂。
本发明还提供一第四具体实施方式。所述第四具体实施方式与所述第一具体实施方式的区别在于，所述封装体的结构不同。
请参阅图4，其为本发明压力传感器封装结构第四具体实施方式的压力传感器的结构示意图，在第四具体实施方式中，所述封装体122包括依次设置的封装层1221及介质层1222。所述封装层1221由绝缘材料制成，包括但不现有有机物或无机物，例如，硅，玻璃，环氧树脂，环氧树脂玻璃纤维布等。所述介质层1222作为电学隔离、机械保护或应力缓冲的介质层，其可由聚酰亚胺(PI)、油墨或双苯环丁烯(BCB)等材料形成。
其中，所述介质层1222的上表面为所述封装体122的第一表面122A，所述封装层1221的下表面为所述封装体122的第二表面122B。所述压力传感器芯片123设置在所述封装层1221的表面，所述介质层1222覆盖所述压力传感器芯片123。所述压力敏感区1231及所述芯片电极1232设置在所述压力传感器芯片123背离所述封装层1221的表面。所述压力敏感区1231暴露于所述介质层1222，以作为所述压力敏感部。所述芯片电极1232设置在所述介质层1222内，以作为所述电连接部。所述外接电极121设置在所述封装层1221背离所述介质层1222的表面。所述芯片电极1232通过导电结构与所述外接电极121电连接。
进一步，在第四具体实施方式中，所述导电结构包括导电连接件127及导电线128。所述导电连接件127贯穿所封装层1221，并与所述外接电极121电连接。所述导电连接件127可为导电柱或者导电通孔。所述导电线128位于所述介质层1222内，所述导电线128的一端与芯片电极1232电连接，另一端与所述导电连接件127电连接，即所述芯片电极1232与所述导电连接件127通过导电线128电连接。
本发明还提供一第五具体实施方式。所述第五具体实施方式与所述第一具体实施方式的区别在于，所述芯片电极与所述外接电极的连接方式不同。具体地说，请参阅图5，其为本发明压力传感器封装结构的第五具体实施方式压力传感器的结构示意图，在该第五具体实施方式中，所述压力传感器包括至少一压力传感器芯片123。在所述压力传感器芯片123外是否具有封装体，本具体实施方式不做限定。
所述压力传感器芯片123具有第一表面123A及第二表面123B，所述第一表面123A对应所述压力传感器的第二端，所述第二表面123B对应所述压力传感器的第一端。所述第一表面123A具有压力敏感区1231及至少一芯片电极1232。所述压力敏感区1231暴露于所述压力传感器的第一端。所述压力敏感区1231作为所述压力敏感部，所述芯片电极1232作为所述电连接部。所述外接电极121设置在所述压力传感器芯片123的所述第二表面123B。导电结构1234贯穿所述压力传感器芯片123的外围区域，以将所述芯片电极1232与所述外接电极121电连接。在本第五具体实施方式中，所述导电结构采用硅通孔(TSV)技术形成，其直接贯穿所述压力传感器芯片123的外围区域，以将所述芯片电极1232与所述外接电极121电连接。所述导电结构包括但不限于导电柱或导电通孔。
进一步，在第五具体实施方式中，所述压力传感器12还包括隔离层129，所述隔离层129设置在所述压力传感器芯片123的第一表面123A，且至少覆盖所述芯片电极1232。所述隔离层129作为电学隔离、机械保护或应力缓冲的介质层，其可由聚酰亚胺(PI)、油墨或双苯环丁烯(BCB)等材料形成。所述压力敏感区1231未被所述隔离层129覆盖，以使得所述压力敏感区1231暴露于所述压力传感器的第二端。
本发明还提供一种采用上述压力传感器封装结构的电子设备。图6是本发明电子设备的一具体实施方式的部分结构示意图，请参阅图6及图1，所述电子设备包括容纳空间60，所述容纳空间60具有相对设置的工作侧壁60A及承载侧壁60B。与上述压力传感器封装结构相同的压力传感器封装结构61设置在所述容纳空间60内。所述承载侧壁60B承载所述压力传感器封装结构61，并将其与所述电子设备电连接，将所述压力传感器封装结构的电信号传递至电子设备。所述工作侧壁60A对应所述压力敏感部。外力F通过所述工作侧壁60A作用在所述柔性外壳11上，所述柔性外壳11产生形变，以将力传导至所述压力敏感部，进而所述压力传感器实现对压力的测量。所述工作侧壁60A可设置为一按键，以能够在力的作用下移动，进而能够实现力的传递。
所述电子设备包括但不限于移动终端、计算机、数字广播终端、消息收发设备、游戏控制台、平板设备、医疗设备、健身设备或个人数字助理等。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种压力传感器封装结构，其特征在于，包括：
基板；
柔性外壳，与所述基板围成密封腔体；
压力传感器，设置在所述腔体内，所述压力传感器具有第一端及第二端，所述第一端朝向所述基板设置，且设置有外接电极，所述外接电极与所述基板电连接，所述第二端朝向所述柔性外壳的内侧上表面，所述第二端设置有压力敏感部及电连接部，在受到外界压力时，所述柔性外壳将力传递至所述压力敏感部，所述电连接部通过导电结构与所述外接电极电连接，所述柔性外壳的内侧上表面与所述压力敏感部之间具有一间隙。
2.根据权利要求1所述的压力传感器封装结构，其特征在于，所述压力传感器包括封装体及位于所述封装体内的至少一压力传感器芯片，所述封装体具有第一表面及第二表面，所述压力传感器芯片的一表面具有压力敏感区及至少一芯片电极，所述压力敏感区暴露于所述封装体的第一表面，以作为所述压力敏感部，所述芯片电极设置在所述第一表面或者位于所述封装体内，以作为所述电连接部，所述外接电极设置在所述第二表面。
3.根据权利要求2所述的压力传感器封装结构，其特征在于，所述导电结构包括重布线层及导电连接件，所述重布线层设置在所述封装体的第一表面，并与所述芯片电极电连接，以将所述芯片电极进行电学重新分布，所述导电连接件贯穿所述封装体，并将所述外接电极与所述重布线层电连接。
4.根据权利要求3所述的压力传感器封装结构，其特征在于，所述压力传感器还包括隔离层，所述隔离层至少覆盖所述重布线层。
5.根据权利要求2所述的压力传感器封装结构，其特征在于，所述封装体包括依次设置的封装层及介质层，所述压力传感器芯片设置在所述封装层的表面，所述介质层覆盖所述压力传感器芯片，所述压力敏感区及所述芯片电极设置在所述压力传感器芯片背离所述封装层的表面，所述压力敏感区暴露于所述介质层，以作为所述压力敏感部，所述芯片电极设置在所述介质层内，以作为所述电连接部，所述外接电极设置在所述封装层背离所述介质层的表面。
6.根据权利要求5所述的压力传感器封装结构，其特征在于，所述导电结构包括导电连接件及导电线，所述导电连接件贯穿所封装层，并与所述外接电极电连接，所述导电线设置在所述介质层内，所述导电线将所述芯片电极与所述导电连接件电连接。
7.根据权利要求1所述的压力传感器封装结构，其特征在于，所述压力传感器包括至少一压力传感器芯片，所述压力传感器芯片具有第一表面及第二表面，所述第一表面具有压力敏感区及至少一芯片电极，所述压力敏感区暴露于所述压力传感器的第一端，以作为所述压力敏感部，所述芯片电极作为所述电连接部，所述外接电极设置在所述压力传感器芯片的所述第二表面，所述导电结构贯穿所述压力传感器芯片的外围区域，以将所述芯片电极与所述外接电极电连接。
8.根据权利要求7所述的压力传感器封装结构，其特征在于，所述压力传感器还包括隔离层，所述隔离层设置在所述压力传感器芯片的第一表面，且至少覆盖所述芯片电极。
9.根据权利要求7所述的压力传感器封装结构，其特征在于，所述导电结构为导电柱或导电通孔。
10.根据权利要求1～9任意一项所述的压力传感器封装结构，其特征在于，所述柔性外壳的内侧上表面与所述压力敏感部接触，以将力传递至所述压力敏感部。
11.根据权利要求1～9任意一项所述的压力传感器封装结构，其特征在于，所述柔性外壳的内侧上表面与所述压力敏感部具有一预设距离，在受到外界压力时，所述柔性外壳发生形变使得所述柔性外壳的内侧上表面与所述压力敏感部接触，以将力传递至所述压力敏感部。
12.根据权利要求1～9任意一项所述的压力传感器封装结构，其特征在于，所述柔性外壳的内侧上表面和/或外侧上表面具有凸起，所述凸起设置为与所述压力敏感部对应。
13.根据权利要求1～9任意一项所述的压力传感器封装结构，其特征在于，所述柔性外壳边缘设置有至少一连接柱，所述基板具有至少一固定孔，所述连接柱穿过所述固定孔，以将所述柔性外壳固定在所述基板上。
14.一种电子设备，其特征在于，包括容纳空间，所述容纳空间具有相对设置的承载侧壁及工作侧壁，如权利要求1～13任一项所述的压力传感器封装结构设置在所述容纳空间内，所述承载侧壁承载所述压力传感器封装结构，所述工作侧壁与所述压力敏感部对应，外力通过所述工作侧壁作用在所述柔性外壳上，所述柔性外壳产生形变，以将力传导至所述压力敏感部。
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