CN115231508A - 复合防水膜、防水气压传感器以及封装工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了一种复合防水膜、防水气压传感器及传感器封装工艺，复合防水膜包括层叠设置的第一防水透气膜以及第二防水透气膜，所述第一防水透气膜与所述第二防水透气膜之间设置有连接层，所述连接层对所述第一防水透气膜与所述第二防水透气膜的边缘位置进行支撑；所述第一防水透气膜的表面设置有疏水涂层。本申请实施例的一个技术效果在于第一防水透气膜与第二防水透气膜依次对外界溶液中的化学分子/离子进行阻挡，进一步降低外界溶液中的化学分子/离子随水蒸气分子进入到产品内部的几率，从而减少防水压力传感器内部芯片被污染的可能性，降低影响产品性能的风险，提高产品的防水效果。
Description
技术领域
本申请属于气压传感器技术领域，具体地，本申请涉及一种复合防水膜、防水气压传感器以及封装工艺。
背景技术
防水型气压传感器是一种用来测量环境气压的器件，通过气压值来计算海拔高度，因此广泛应用在消费电子终端中。
目前防水气压传感器通常采用在产品内部灌注硅凝胶或在产品外部粘贴ePTFE防水透气膜来实现防水。其中，由于粘贴防水透气膜相比灌胶工艺更加简单方便，因此粘贴防水透气膜是后续防水型产品的一种主流形态。
但是，现有技术中采用的防水透气膜，由于蒸汽中含有离子，其穿过防水透气膜进入产品内部后，离子会再次凝结形成杂质，造成产品内部芯片的污染，存在影响产品性能的风险。
发明内容
本申请实施例的一个目的是提供一种复合防水膜、防水气压传感器以及传感器封装工艺的新技术方案。
根据本申请实施例的第一方面，提供了一种复合防水膜，包括层叠设置的第一防水透气膜以及第二防水透气膜，所述第一防水透气膜与所述第二防水透气膜之间设置有连接层，所述连接层对所述第一防水透气膜与所述第二防水透气膜的边缘位置进行支撑；
所述第一防水透气膜的表面设置有疏水涂层。
可选地，所述第二防水透气膜的表面设置有亲水涂层。
可选地，所述第一防水透气膜与所述第二防水透气膜的间距大于50μm。
可选地，所述第二防水透气膜设置有一层。
根据本申请实施例的第二方面，还提供了一种防水气压传感器，包括基板、芯片组件、外壳以及第一方面所述的复合防水膜，所述芯片组件放置于所述基板上，所述外壳罩设于所述芯片组件外周且安装于所述基板上，所述外壳开设有透气孔，所述复合防水膜盖设于所述透气孔上且与所述外壳连接。
可选地，所述透气孔与所述芯片组件错位设置。
可选地，所述透气孔倾斜设置，所述透气孔靠近所述基板的一端与所述芯片组件错位设置。
可选地，所述透气孔的直径为250μm-300μm。
根据本申请实施例的第三方面，还提供了一种应用于第二方面所述的防水压力传感器的封装工艺，包括以下步骤：提供基板、芯片组件、外壳以及由连接层以及至少两层防水透气膜组成的复合防水膜，连接层设置于相邻的防水透气膜之间，连接层与相邻的防水透气膜之间形成密封空间；
将芯片组件粘接在基板上；
用金线将芯片组件与基板、芯片组件之间进行引线键合；
将复合防水膜贴在外壳上，外壳开孔采用斜孔形式，可避免开孔正对的MEMS芯片的正表面。
在基板上划一圈导电胶，用于粘贴外壳；
将装配好的外壳贴在基板上并固化。
可选地，复合防水膜加工时，首先将第一防水透气膜与第二防水透气膜之间通过连接层粘接，得到预制防水膜，然后根据实际需要的尺寸对预制防水膜进行切割，得到复合防水膜。
本申请实施例的一个技术效果在于：通过设置由第一防水透气膜以及第二防水透气膜层叠连接形成的复合防水膜，并且在第一防水透气膜的表面设置疏水涂层。从而当外界溶液较少时，疏水涂层可以减少外界溶液在复合防水膜表面的附着，从而减少外界溶液中的化学分子/离子随水蒸气分子进入到产品内部的几率。此外，当外界溶液较多时，第一防水透气膜与第二防水透气膜依次对外界溶液中的化学分子/离子进行阻挡，进一步降低外界溶液中的化学分子/离子随水蒸气分子进入到产品内部的几率，从而减少防水压力传感器内部芯片被污染的可能性，降低影响产品性能的风险，提高产品的防水效果。
通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本申请的实施例，并且连同其说明一起用于解释本申请的原理。
图1为本申请实施例提供的防水气压传感器的整体结构示意图。
其中：1、复合防水膜；11、第一防水透气膜；12、第二防水透气膜；13、连接层；2、基板；3、芯片组件；4、外壳；41、透气孔；5、导电胶；6、ASIC芯片；7、MEMS芯片；8、粘片胶。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
现有技术中，防水气压传感器广泛采用在产品外部粘贴ePTFE防水透气膜来实现防水效果。采用贴膜方案可以实现防水效果，但是在一些化学浸泡试验的条件下，溶液中的化学物质仍会依附在水蒸汽分子上，穿过防水透气膜进入到产品内部。当这些水蒸气分子附着在芯片表面时，会造成芯片表面的污染，存在影响产品性能的风险；
参照图1，本申请提供一种防水气压传感器，包括基板2、芯片组件3、外壳4以及复合防水膜1。芯片组件3放置于基板2上，外壳4罩设于芯片组件3外周且安装于基板2上，外壳4开设有透气孔41，复合防水膜1盖设于透气孔41上且与外壳4粘接连接。其中，复合防水膜1不仅可以应用于防水气压传感器，还可以应用于其他任何防水型产品。
参照图1，复合防水膜1包括层叠设置的第一防水透气膜11以及第二防水透气膜12，第一防水透气膜11与第二防水透气膜12之间设置有连接层13，连接层13对第一防水透气膜11与第二防水透气膜12的边缘位置进行支撑。连接层13环绕第一防水透气膜11与第二防水透气膜12的边缘位置分布，连接层13采用密封胶实现与第一防水透气膜11与第二防水透气膜12的密封连接。第一防水透气膜11与第二防水透气膜12之间间隔设置，且与连接层13共同形成与外界气压平衡的内部空间。
具体地，第一防水透气膜11以及第二防水透气膜12沿着外界溶液进入防水气压传感器的方向依次分布。参照图1，第一防水透气膜11位于第二防水透气膜12的上表面。外界溶液首先与第一防水透气膜11接触。
可选的，第二防水透气膜12位于第一防水透气膜11靠近芯片组件3的一侧。第二防水透气膜12可以设置有一层，也可以设置有多层，本申请不对第二防水透气膜12的数量进行限制。
可选地，第一防水透气膜11的表面设置有疏水涂层。具体地，疏水涂层涂覆于第一防水透气膜11远离第二防水透气膜12的一侧，也即图1所示的第一防水透气膜11的上表面。疏水涂层也可以涂覆于第一防水透气膜11的两侧。疏水涂层可选用氟碳涂料中PTFE、FEP、ECTE、ETFE、PFA等，以及其它合成高分子熔体聚合物如聚烯烃、聚碳酸酯、聚酰胺等材料，本申请不对疏水涂层的种类及厚度进行限定。
现有技术中采用的单层膜结构，在一些化学浸泡试验的条件下，溶液中的化学物质会依附在水蒸汽分子上，并穿过防水透气膜进入到产品内部。以氯化钠溶液为例，单层防水透气膜可阻止氯化钠溶液进入到内部，但仍会有部分水蒸气分子穿过单层防水透气膜(水分子内可能携带着溶解的Na离子和Cl离子)进入到产品内部。随着时间推移，两种离子会再进行结合，析出氯化钠晶体并附着在产品内部的芯片表面，对于具有膜结构的芯片，例如气压传感器感应芯片，芯片表面附着物质会影响膜的灵敏度，造成芯片性能降低。同时还会造成芯片表面的污染，存在影响产品性能的风险。
而本申请中通过设置由第一防水透气膜11以及第二防水透气膜12层叠连接形成的复合防水膜1，并且在第一防水透气膜11的表面设置疏水涂层。从而当复合防水膜1表面堆积的外界溶液较少时，疏水涂层可以减少外界溶液在复合防水膜1表面的附着，具体为图1所示的第一防水透气膜11的上表面。从而减少外界溶液中的化学分子/离子随水蒸气分子进入到第一防水透气膜11与第二防水透气膜12之间的几率，从而提高对产品内部芯片的防护效率。
此外，当复合防水膜1表面堆积的外界溶液较多时，部分携带化学离子的水蒸气分子渗透进入第一防水透气膜11与第二防水透气膜12之间，水蒸气分子在第二防水透气膜12表面凝结，其携带的化学离子在第二防水透气膜12靠近第一防水透气膜11的表面析出，也即图1所示的第二防水透气膜12的上表面。第二防水透气膜12的设置进一步实现了对水蒸气及其携带的化学离子的阻挡，从而减少水蒸气及化学离子进入产品内部的可能性，从而减少产品内部芯片被污染的可能性，降低产品性能被影响的风险，提高产品对化学物质及水蒸气的防护效果。
可选地，第二防水透气膜12的表面设置有亲水涂层。具体地，亲水涂层设置于第二防水透气膜12靠近第一防水透气膜11的一侧。也即在图1中第二防水透气膜12的上表面设置有亲水涂层。当第二防水透气膜12设置有多层时，至少一层第二防水透气膜12靠近第一防水透气膜11的一侧表面涂覆有亲水涂层。亲水涂层也可以涂覆于第二防水透气膜12的两侧表面。
具体地，亲水涂层可以采用纳米亲水涂料等材料在第二防水透气膜12表面涂覆而成，本申请不对亲水涂层的材料及厚度进行具体限定。
本申请实施例中第二防水透气膜12用于对穿过第一防水透气膜11的水蒸气分子进行阻挡，其中第二防水透气膜12上表面设置的亲水涂层，有利于将更多的水蒸气分子拦截在第二防水透气膜12靠近第一防水透气膜11一侧的表面，也即图1中第二防水透气膜12的上表面。从而减少外界溶液中的化学分子/离子随水蒸气分子穿过第二防水透气膜12的几率，进一步减少外界溶液中的化学分子/离子在防水压力传感器内部进行结合并析出晶体的可能性，从而减少防水压力传感器内部芯片被污染的可能性，降低影响产品性能的风险，提高产品的防水效果。
可选地，第一防水透气膜11与第二防水透气膜12的间距大于50μm。其中，当第二防水透气膜12设置有多层时，相邻的第二防水透气膜12之间的间距也大于50μm。
本申请中，第一防水透气膜11与第二防水透气膜12之间的间距过小，也即连接层13的厚度过小，不易加工，同时导致第一防水透气膜11与第二防水透气膜12之间的连接强度低，连接处的密封效果差。当第一防水透气膜11与第二防水透气膜12的间距大于50μm时，有利于提高复合防水膜1的密封性与连接强度。
可选地，第二防水透气膜12设置有一层。复合防水膜1由一层第一防水透气膜11与一层第二防水透气膜12共同组成。
第二防水透气膜12的数量越多，复合防水膜1的防水效果越好，但是复合防水膜1的透气性能会变差，降低防水气压传感器需要对外界气压的感知灵敏度。因此，本申请实施例中将第二防水透气膜12设置有一层，可以实现复合防水膜1的防水效果与透气效果的平衡，保证防水气压传感器的防水性能的同时，提高防水气压传感器对于外界气压变化的灵敏度。
可选地，透气孔41与芯片组件3错位设置。其中，透气孔41的数量、位置及形状根据实际需要进行设置，本申请不对此进行限定。
参照图1，在垂直于基板2方向上，透气孔41开设于芯片组件3投影范围外侧。从而即使有水蒸汽分子穿过复合防水膜1进入外壳4内部，此时透气孔41会将进入外壳4内部的水蒸汽分子导流至非芯片区，从而即使水蒸气分子中析出氯化钠等晶体，仍然可以降低晶体直接掉落并附着在芯片组件3上的可能性，从而提高对芯片组件3的防护效果，从而保证防水气压传感器的使用效果。
可选地，透气孔41倾斜设置，透气孔41靠近基板2的一端与芯片组件3错位设置。参照图1，透气孔41设置为倾斜通孔，透气孔41靠近芯片组件3的一端为下端口，透气孔41远离芯片组件3的一端为上端口。其中，透气孔41的下端口在基底上的投影位于芯片组件3的投影范围外，透气孔41的上端口在基底上的投影位于芯片组件3的投影范围内。
由于透气孔41的上端口需要被复合防水膜1除连接层13外的区域覆盖，因此，如果透气孔41垂直于外壳4上表面开设，要满足将进入外壳4内部的水蒸汽分子导流至非芯片区，需要扩大复合防水膜1除连接层13外的区域，同时也需要扩大外壳4上表面的面积。因此，本申请实施例通过将透气孔41倾斜设置，可以减小外壳4所需体积，也即减小防水压力传感器的整体的体积，实现仪器精密化。
可选地，透气孔41的直径为250μm-300μm。
具体地，当透气孔41直径过小时，透气孔41的加工难度大，且容易导致芯片组件3对外界气压变化感知不准确。而透气孔41的直径过大时，由于该透气孔41对应复合防水膜1的位置处，复合防水膜1处于悬空状态。因此透气孔41直径增大会增大复合防水膜1悬空的面积，从而导致复合防水膜1的支撑性减弱，在高压环境下容易发生形变，使得复合防水膜1容易发生破裂。因此本申请透气孔41的直径设置于250μm-300μm之间，实现复合防水膜1透气效果与支撑效果的平衡。
本申请还公开了一种应用于防水压力传感器的封装工艺，包括以下步骤：提供基板2、芯片组件3、外壳4以及由连接层13以及至少两层防水透气膜组成的复合防水膜1，连接层13设置于相邻的防水透气膜之间，连接层13与相邻的防水透气膜之间形成密封空间；
将芯片粘接在基板2上(基板2材料可以是FR4、BT或者陶瓷)，对于分立芯片，即ASIC芯片6及MEMS芯片7，ASIC芯片6和MEMS芯片7可以并排放置，也可以堆叠放置。二者堆叠放置时，先将ASIC芯片6粘贴在基板2上，再将MEMS芯片7粘贴在ASIC芯片6上；对于集成单芯片，也即只有一个芯片时，只需将芯片粘贴在基板2上。
用金线将芯片组件3与基板2、芯片组件3之间进行引线键合；
将复合防水膜1贴在外壳4上，外壳4开孔采用斜孔形式，避免开孔正对的MEMS芯片7的正表面。
在基板2上划一圈导电胶5，用于粘贴外壳4；
将装配好的外壳4贴在基板2上并固化。
可选地，复合防水膜1加工时，首先将第一防水透气膜11与第二防水透气膜12之间通过连接层13粘接，得到预制防水膜，然后根据实际需要的尺寸对预制防水膜进行切割，得到复合防水膜1。
相比单独切割第一防水透气膜11与第二防水透气膜12之后、再进行粘接的方式，通过本申请公开的方式得到的复合防水膜1，采用一次切割成型方式，加工效率高，且第一防水透气膜11与第二防水透气膜12对应位置的精确度高。
虽然已经通过例子对本申请的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本申请的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本申请的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本申请的范围由所附权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种复合防水膜，其特征在于，包括层叠设置的第一防水透气膜(11)以及第二防水透气膜(12)，所述第一防水透气膜(11)与所述第二防水透气膜(12)之间设置有连接层(13)，所述连接层(13)对所述第一防水透气膜(11)与所述第二防水透气膜(12)的边缘位置进行支撑；
所述第一防水透气膜(11)的表面设置有疏水涂层。
2.根据权利要求1所述的复合防水膜，其特征在于，所述第二防水透气膜(12)的表面设置有亲水涂层。
3.根据权利要求1所述的复合防水膜，其特征在于，所述第一防水透气膜(11)与所述第二防水透气膜(12)的间距大于50μm。
4.根据权利要求1所述的复合防水膜，其特征在于，所述第二防水透气膜(12)设置有一层。
5.一种防水气压传感器，其特征在于，包括基板(2)、芯片组件(3)、外壳(4)以及权利要求1-4任一所述的复合防水膜(1)，所述芯片组件(3)放置于所述基板(2)上，所述外壳(4)罩设于所述芯片组件(3)外周且安装于所述基板(2)上，所述外壳(4)开设有透气孔(41)，所述复合防水膜(1)盖设于所述透气孔(41)上且与所述外壳(4)连接。
6.根据权利要求5所述的防水气压传感器，其特征在于，所述透气孔(41)与所述芯片组件(3)错位设置。
7.根据权利要求5所述的防水气压传感器，其特征在于，所述透气孔(41)倾斜设置，所述透气孔(41)靠近所述基板(2)的一端与所述芯片组件(3)错位设置。
8.根据权利要求5所述的防水气压传感器，其特征在于，所述透气孔(41)的直径为250μm-300μm。
9.一种应用于权利要求5-8任一所述的防水气压传感器的封装工艺，其特征在于，包括以下步骤：
提供基板(2)、芯片组件(3)、外壳(4)以及由连接层(13)以及至少两层防水透气膜组成的复合防水膜(1)，连接层(13)设置于相邻的防水透气膜之间，连接层(13)与相邻的防水透气膜之间形成密封空间；
将芯片组件(3)粘接在基板(2)上；
用金线将芯片组件(3)与基板(2)、芯片组件(3)之间进行引线键合；
将复合防水膜(1)贴在外壳(4)上，外壳(4)开孔采用斜孔形式，可避免开孔正对的MEMS芯片(7)的正表面；
在基板(2)上划一圈导电胶(5)，用于粘贴外壳(4)；
将装配好的外壳(4)贴在基板(2)上并固化。
10.根据权利要求9所述的封装工艺，其特征在于，复合防水膜(1)加工时，首先将第一防水透气膜(11)以及第二防水透气膜(12)之间通过连接层(13)粘接，得到预制防水膜，然后根据实际需要的尺寸对预制防水膜进行切割，得到复合防水膜(1)。
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