CN113582127A - 压力传感器封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种压力传感器封装结构，其包括：封装体，具有第一表面及第二表面；至少一压力传感器芯片，设置在所述封装体内，所述压力传感器芯片的一表面具有压力敏感区及芯片电极，所述压力敏感区及所述芯片电极暴露于所述封装体的第一表面；外接电极，设置在所述封装体的第二表面；电连接结构，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，并将所述外部电极与所述重布线层电连接。本发明优点是，所述芯片电极经重布线层进行电学重新分布后通过导电连接件与外部电极连接，提高压力传感器封装结构的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及微电子机械系统领域，尤其涉及一种压力传感器封装结构。
背景技术
压力传感器是得到广泛应用的一类传感器，该类传感器通常用来感测压强或压力信号。随着微机电系统技术的发展，压力传感器的制造已经成为一项较为成熟的技术。压力传感器的一种封装方式是敏感薄膜正面感压，通过金属软线将传感器芯片的电极与支撑结构(管壳)的电极连接在一起。在封装时金属软线容易折断，导致压力传感器良率降低。
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，其能够大大提高所述压力传感器结构的可靠性。
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，包括：封装体，具有第一表面及第二表面；至少一压力传感器芯片，设置在所述封装体内，所述压力传感器芯片的一表面具有压力敏感区及芯片电极，所述压力敏感区及所述芯片电极暴露于所述封装体的第一表面；外接电极，设置在所述封装体的第二表面；电连接结构，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，并将所述外部电极与所述重布线层电连接。
进一步，所述压力传感器封装结构还包括弹性介质层，所述弹性介质层至少覆盖所述压力敏感区。
进一步，所述弹性介质层还全部或部分覆盖所述重布线层的表面及所述封装体暴露的第一表面。
进一步，所述弹性介质层背离所述封装体的表面为平面构型或穹顶构型。
进一步，所述弹性介质层背离所述封装体的表面具有凸起，所述凸起与所述压力敏感区对应。
进一步，所述压力传感器封装结构还包括第一隔离层，所述第一隔离层至少覆盖所述重布线层，所述弹性介质层全部或部分覆盖所述第一隔离层。
进一步，所述芯片电极设置在所述压力敏感区外围。
进一步，所述导电连接件为导电通孔或者导电柱。
进一步，所述压力传感器封装结构包括多个压力传感器芯片，所述压力传感器芯片之间通过所述重布线层电连接。
进一步，所述压力传感器芯片的所述表面暴露于所述封装体的所述第一表面。
进一步，所述外接电极包括多个外接焊盘及电学导体。
进一步，所述压力传感器封装结构还包括第二隔离层，所述第二隔离层至少覆盖所述电学导体，所述外接焊盘暴露于所述第二隔离层。
进一步，在所述外接焊盘背离所述封装体的表面设置有焊球。
进一步，所述压力传感器封装结构还包括至少一处理电路芯片，所述处理电路芯片设置在所述封装体内，且所述处理电路芯片与所述压力传感器芯片通过重布线层电连接。
进一步，所述处理电路芯片还通过所述重布线层及所述导电连接件与所述外部电极电连接。
本发明的优点在于，所述压力传感器芯片的芯片电极经重布线层进行电学重新分布后通过导电连接件与外部电极连接，从而避免芯片电极直接通过金属软线等结构连接至所述外部电极上，进一步避免了金属软线断裂的隐患，提高压力传感器封装结构的可靠性。
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俯视示意图；
图2是沿图1中A-A线的截面示意图；
图3是本发明压力传感器封装结构的第二具体实施方式的俯视示意图；
图4是沿图3中A-A线的截面示意图；
图5是本发明压力传感器封装结构的第三具体实施方式的俯视示意图；
图6是沿图5中A-A线的截面示意图；
图7是本发明压力传感器封装结构的第四具体实施方式的俯视示意图；
图8是沿图7中A-A线的截面示意图；
图9是本发明压力传感器封装结构的第五具体实施方式的仰视示意图；
图10是沿图9中A-A线的截面示意图；
图11是本发明压力传感器封装结构的第六具体实施方式的截面示意图。
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俯视示意图，图2是沿图1中A-A线的截面示意图，请参阅图1及图2，本发明压力传感器封装结构包括封装体10、至少一压力传感器芯片11、外接电极12及电连接结构13。
所述封装体10由绝缘材料制成，包括但不限于有机物或无机物，例如，硅，玻璃，环氧树脂，环氧树脂玻璃纤维布等。所述封装体10用于保护设置在其中的器件(例如，压力传感器芯片11)，且将所述器件与外部环境隔离。所述封装体10具有第一表面10A及第二表面10B。在本具体实施方式中，所述第一表面10A与所述第二表面10B相对设置，即所述第一表面10A为所述封装体10的上表面，所述第二表面10B为所述封装体10的下表面。在本发明其他具体实施方式中，所述第一表面10A与所述第二表面10B也可为相邻的表面，例如，所述第一表面10A为所述封装体10的上表面，所述第二表面10B为所述封装体10的一个侧面。
所述压力传感器芯片11设置在所述封装体10中。在本具体实施方式中，所述传感器封装结构包括一个所述压力传感器芯片11。在本发明其他具体实施方式中，所述传感器封装结构包括多个所述压力传感器芯片11，多个所述压力传感器芯片11可按照预设的排布方式分布在封装体10内。例如，多个所述压力传感器芯片11两两对称设置在所述封装体10内。在图1中，所述压力传感器芯片11部分被遮挡，则以虚线绘示所述压力传感器芯片11。
所述压力传感器芯片11的一表面具有压力敏感区110及芯片电极111。例如，在所述压力传感器芯片11的上表面具有所述压力敏感区110及芯片电极111。所述压力敏感区110设置在所述压力传感器芯片11的中部，其对外界压力或者压强敏感，用于感应压力或者压强。所述压力传感器芯片11包括多个所述芯片电极111，所述芯片电极111设置在所述压力敏感区110的外围。例如，在本具体实施方式中，所述压力敏感区110设置在所述压力传感器芯片11的中央，四个芯片电极位于所述压力敏感区110的外围，且设置在所述压力传感器芯片11的四个角。所述压力敏感区110的位置、所述芯片电极111的位置及数量可根据实际情况设置，本发明对此不做限定。
其中，所述压力敏感区110及所述芯片电极111暴露于所述封装体10的第一表面10A。即所述封装体10并未覆盖所述压力敏感区110及所述芯片电极111。进一步，在本具体实施方式中，所述压力传感器芯片11的上表面全部暴露于所述封装体10的第一表面10A，即所述压力传感器芯片11的上表面全部未被所述封装体10覆盖。
所述外接电极12设置在所述封装体10的第二表面10B。所述外接电极12用于传感器封装结构与外部装置(例如PCB板)的焊接。其中，所述传感器封装结构可包括多个所述外接电极12，所述外接电极12按预设分布方式分布在所述封装体10的第二表面10B。例如，所述外接电极12对称设置在所述封装体10的第二表面10B的四角等。
所述电连接结构13包括重布线层131及导电连接件132。在图1中，所述重布线层131被遮挡，则以虚线绘示所述重布线层131。
所述重布线层131设置在所述封装体10的第一表面10A上，并与所述芯片电极111电连接，以将所述芯片电极111进行电学重新分布。所述重布线层131包括但不限于重布线金属层。进一步，所述压力传感器封装结构还包括第一隔离层14，所述第一隔离层14至少覆盖所述重布线层131。所述第一隔离层14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，所述第一隔离层14不仅覆盖所述重布线层131，还覆盖所述封装体10的全部第一表面10A及所述压力传感器芯片11的部分表面，以将所述重布线层131及所述芯片电极111与外界环境隔离。其中，所述压力敏感区110并未被所述第一隔离层14覆盖，以避免所述第一隔离层14影响所述压力敏感区110的性能。在本发明其他具体实施方式中，所述第一隔离层14可覆盖所述重布线层131、覆盖所述封装体10的部分第一表面10A及所述压力传感器芯片11的部分表面。
所述导电连接件132贯穿所述封装体10，并将所述外部电极12与所述重布线层131电连接。进一步，所述导电连接件132可为导电通孔或者导电柱，本发明对此不进行限定。例如，在本具体实施方式中，所述导电连接件132为导电柱，所述导电柱可为金属柱。
在本具体实施方式中，所述压力传感器封装结构仅具有一个压力传感器芯片11，在本发明其他具体实施方式中，当所述压力传感器封装结构具有多个压力传感器芯片11时，所述压力传感器芯片11之间可通过重布线层进行电连接。
在本发明压力传感器封装结构中，所述压力传感器芯片11的芯片电极111经重布线层131进行电学重新分布后通过导电连接件132与外部电极12连接，从而避免芯片电极111直接通过金属软线等结构连接至所述外部电极12上，进一步避免了金属软线断裂的隐患，提高压力传感器封装结构的可靠性。
本发明压力传感器封装结构还提供一第二具体实施方式。所述第二具体实施方式与所述第一具体实施方式的区别在于，所述压力传感器封装结构还包括弹性介质层。图3是本发明压力传感器封装结构第二具体实施方式的俯视示意图，图4是沿图3中A-A线的截面示意图，请参阅图3及图4，在第二具体实施方式中，所述压力传感器封装结构还包括弹性介质层20。所述弹性介质层20覆盖所述压力敏感区110。在外力的作用下，所述弹性介质层20能够发生形变，从而可以将力传导给所述压力敏感区110。具体地说，在外界压力的作用下(压力的施加方向如图4中箭头所示)，弹性介质层20被压缩发生弹性形变，进而将压力传导至所述压力敏感区110。所述弹性介质层20采用弹性材料制成，例如，橡胶、硅胶等易于受力压缩变形的材料。
进一步，在第二具体实施方式中，为了密封所述压力敏感区110，所述弹性介质层20不仅覆盖所述压力敏感区110，还覆盖所述压力敏感区110外周的第一隔离层14的部分区域。
进一步，在第二具体实施方式中，所述弹性介质层20背离所述封装体10的表面为穹顶构型，即所述弹性介质层20正对所述压力敏感区110的区域凸起，以提供足够的弹性形变，进而有效地进行力的传导。
在本发明第二具体实施方式中，在压力敏感区110上设置弹性介质层20作为力传导介质，所述弹性介质层20受力发生弹性形变，进而能够有效地将压力传导至所述压力敏感区，大大提高了压力传感器芯片11的灵敏度。
本发明压力传感器封装结构还提供一第三具体实施方式。所述第三具体实施方式与所述第二具体实施方式的区别在于，所述弹性介质层20不仅覆盖所述压力敏感区110，还覆盖所述第一隔离层14的全部表面。图5是本发明压力传感器封装结构第三具体实施方式的俯视示意图，图6是沿图5中A-A线的截面示意图，请参阅图5及图6，在第三具体实施方式中，所述弹性介质层20不仅覆盖所述压力敏感区110，还覆盖所述第一隔离层14的全部表面，即在本具体实施方式中，所述弹性介质层20上表面即为所述压力传感器封装结构的上表面。
在第三具体实施方式中，所述弹性介质层20背离所述封装体10的表面为平面构型，而在本发明其他具体实施方式中，所述弹性介质层20背离所述封装体10的表面为具有凸起的构型。例如，在本发明第四具体实施方式中，请参阅图7及图8，图7是本发明压力传感器封装结构第四具体实施方式的俯视示意图，图8是沿图7中A-A线的截面示意图，所述弹性介质层20背离所述封装体10的表面具有凸起201，所述凸起201与所述压力敏感区110对应，以在所述压力敏感区110对应区域提供足够的弹性形变，进而有效地进行力的传导。
本发明压力传感器封装结构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二具体实施方式的区别在于，所述外接电极12包括多个外接焊盘及电学导体，部分所述外接焊盘之间通过所述电学导体电连接。图9是本发明压力传感器封装结构第五具体实施方式的仰视示意图，图10是沿图9中A-A线的截面示意图，请参阅图9及图10，在第五具体实施方式中，所述外接电极12包括多个外接焊盘121及电学导体122。例如，所述外接焊盘121设置在所述封装体10的第二表面10B的四个角，在本发明其他具体实施方式中，所述外接焊盘121可采用其他排布方式分布。部分所述外接焊盘121之间通过所述电学导体122电连接。所述外接焊盘121用于外部焊接。所述电学导体122被遮挡，则在图9中采用虚线绘示。
进一步，所述压力传感器封装结构还包括第二隔离层，所述第二隔离层至少覆盖所述电学导体，所述外接焊盘暴露于所述电学导体。具体地说，在本发明第五具体实施方式中，所述压力传感器封装结构包括第二隔离层50，所述第二隔离层50不仅覆盖所述电学导体122，还覆盖所述封装体10的暴露的第二表面10B，所述外接焊盘121暴露于所述第二隔离层50。所述第二隔离层50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。
进一步，在本发明第五具体实施方式中，所述外接焊盘121为平面焊盘，则在所述外接焊盘121背离所述封装体10的表面设置有焊球51，以便于所述压力传感器封装结构应用在高密度、小尺寸的环境中。
本发明压力传感器封装结构还提供一第六具体实施方式。所述第六具体实施方式与所述第二具体实施方式的区别在于，所述压力传感器封装结构还包括至少一处理电路芯片。图11是本发明压力传感器封装结构第六具体实施方式的截面示意图，请参阅图11，在第六具体实施方式中，所述压力传感器封装结构包括一个处理电路芯片60，所述处理电路芯片60设置在所述封装体10内。所述处理电路芯片60的电极与所述压力传感器芯片11的芯片电极111之间通过重布线层131电连接。所述处理电路芯片60包括但不限于专用集成电路(ASIC)芯片。其中，在本具体实施方式中，所述第一隔离层14还覆盖所述处理电路芯片60的表面。进一步，在第六具体实施方式中，所述处理电路芯片60还通过所述重布线层131及所述导电连接件132与所述外部电极12电连接。
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 (15)
1.一种压力传感器封装结构，其特征在于，包括：
封装体，具有第一表面及第二表面；
至少一压力传感器芯片，设置在所述封装体内，所述压力传感器芯片的一表面具有压力敏感区及芯片电极，所述压力敏感区及所述芯片电极暴露于所述封装体的第一表面；
外接电极，设置在所述封装体的第二表面；
电连接结构，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，并将所述外部电极与所述重布线层电连接。
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，所述压力传感器封装结构还包括弹性介质层，所述弹性介质层至少覆盖所述压力敏感区。
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，所述弹性介质层还全部或部分覆盖所述重布线层的表面及所述封装体暴露的第一表面。
4.根据权利要求2或3所述的压力传感器封装结构，其特征在于，所述弹性介质层背离所述封装体的表面为平面构型或穹顶构型。
5.根据权利要求2或3所述的压力传感器封装结构，其特征在于，所述弹性介质层背离所述封装体的表面具有凸起，所述凸起与所述压力敏感区对应。
6.根据权利要求3所述的压力传感器封装结构，其特征在于，所述压力传感器封装结构还包括第一隔离层，所述第一隔离层至少覆盖所述重布线层，所述弹性介质层全部或部分覆盖所述第一隔离层。
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，所述芯片电极设置在所述压力敏感区外围。
8.根据权利要求1所述的压力传感器封装结构，其特征在于，所述导电连接件为导电通孔或者导电柱。
9.根据权利要求1所述的压力传感器封装结构，其特征在于，所述压力传感器封装结构包括多个压力传感器芯片，所述压力传感器芯片之间通过所述重布线层电连接。
10.根据权利要求1所述的压力传感器封装结构，其特征在于，所述压力传感器芯片的所述表面暴露于所述封装体的所述第一表面。
11.根据权利要求1所述的压力传感器封装结构，其特征在于，所述外接电极包括多个外接焊盘及电学导体。
12.根据权利要求11所述的压力传感器封装结构，其特征在于，所述压力传感器封装结构还包括第二隔离层，所述第二隔离层至少覆盖所述电学导体，所述外接焊盘暴露于所述第二隔离层。
13.根据权利要求11所述的压力传感器封装结构，其特征在于，在所述外接焊盘背离所述封装体的表面设置有焊球。
14.根据权利要求1所述的压力传感器封装结构，其特征在于，所述压力传感器封装结构还包括至少一处理电路芯片，所述处理电路芯片设置在所述封装体内，且所述处理电路芯片与所述压力传感器芯片通过重布线层电连接。
15.根据权利要求14所述的压力传感器封装结构，其特征在于，所述处理电路芯片还通过所述重布线层及所述导电连接件与所述外部电极电连接。
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