CN116143063A - 一种mems压力传感器封装结构与压力传感器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种MEMS压力传感器封装结构，属于MEMS传感器领域。该结构设计中实现了MEMS芯片、MEMS时钟芯片、信号调理芯片的多芯片封装，在同一管壳内完成MEMS封装，压缩器件体积，实现了高度集成，从而极大地降低了产品成本，扩大产品使用范围；且缩短引线距离，可有效提高信号质量和降低外界干扰带来的影响。

Description

一种MEMS压力传感器封装结构与压力传感器

技术领域

本申请涉及MEMS传感器领域，具体涉及一种MEMS压力传感器封装结构与压力传感器。

背景技术

压力传感器目前在工业自动化、石油化工、航空航天、电力、医疗、汽车等行业应用非常广泛。

压力芯体是制造压力传感器及变送器的核心部件，作为一种高性能的敏感器件可以很方便的进行信号放大处理，装配成标准信号输出到变送器，将压力敏感器件即压力MEMS芯片封装到一定材料的基座中，外加压力通过不锈钢膜片、内部密封然后充油，通过硅油传递到MEMS芯片上，MEMS芯片不直接接触被测介质，形成压力测量的全固态结构，所以适用于各种环境、包括恶劣的腐蚀介质环境。

然而，MEMS芯片外加氟橡胶圈进行压力可靠密封装配，然后将MEMS芯片测量值以频率、电压、电流等电信号传输出去，因此不可避免地带来体积大、重量大和成本高的问题。

发明内容

本申请提供了一种MEMS压力传感器封装结构与压力传感器，可以优化MEMS压力传感器的封装性能。

一方面，本申请提供了一种MEMS压力传感器封装结构，该结构包括：封装体10、MEMS芯片20、芯片组30和电性连接件，所述芯片组30包括MEMS时钟芯片31和信号调理芯片32；

所述芯片组30集成于所述封装体10内部，所述电性连接件的一端与所述芯片组30连接，所述电性连接件的另一端引出所述封装体10外进行外部连接。

可选的，所述MEMS时钟芯片31与所述MEMS芯片20集成为一颗芯体，或，所述MEMS时钟芯片31与所述MEMS芯片20和所述信号调理芯片32集成为一颗芯体。

可选的，所述MEMS芯片20、所述MEMS时钟芯片31和所述信号调理芯片32并列放置通过所述电性连接件互连；或，

所述MEMS芯片20、所述MEMS时钟芯片31和所述信号调理芯片32叠加放置通过所述电性连接件互连。

可选的，所述MEMS时钟芯片31用于所述MEMS芯片20的频率读取参考，所述MEMS时钟芯片31还用于对所述MEMS芯片20进行温度补偿。

可选的，所述电性连接件包括引线41和引线柱42；

所述引线41穿过所述引线柱42与外部连接，所述引线柱42穿过所述封装体10；

所述MEMS芯片20、所述MEMS时钟芯片31和所述信号调理芯片32之间通过所述引线41互连。

可选的，所述封装体10为陶瓷材质；

在所述陶瓷材质下，所述封装体10的热膨胀系数与所述MEMS芯片20的热膨胀系数之差低于预设差值。

可选的，所述封装体10由陶瓷基体11和陶瓷盖12组成；

所述陶瓷基体11形成有腔室，所述MEMS芯片20和所述芯片组30位于所述腔室内，所述陶瓷盖12位于所述MEMS芯片20和所述芯片组30的上方且用于对所述腔室进行封闭。

另一方面，本申请提供了一种MEMS压力传感器，MEMS压力传感器包括：MEMS芯片、MEMS时钟芯片、信号调理芯片、连接件和外壳；

所述MEMS芯片用于感知待测环境的压力，并产生相应输出信号；

所述信号调理芯片用于对所述MEMS芯片的输出信号进行信号处理输出高精度模拟或数字电信号。

可选的，所述MEMS压力传感器封装结构具有绝缘性能。

本申请提供的一种MEMS压力传感器封装结构与压力传感器，可实现MEMS芯片、MEMS时钟芯片、信号调理芯片的多芯片封装，在同一管壳内完成MEMS封装，压缩器件体积，缩短信号到执行器之间的距离，可有效减小信号和外界干扰带来的各种影响。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示意出了本申请实施例提供的一种MEMS压力传感器封装结构的结构示意图；

图2示意出了本申请实施例提供的另一种MEMS压力传感器封装结构的结构示意图；

图3示意出了图2中MEMS压力传感器封装结构的平面示意图。

实施方式

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例

请参考图1，其示出了本申请一个示意性实施例提供的MEMS压力传感器封装结构的示意图。

首先，介绍MEMS压力传感器封装结构的组成。

MEMS压力传感器封装结构包括，封装体10、MEMS芯片20、芯片组30和电性连接件。

其次，介绍MEMS压力传感器封装结构的内部连接关系。

如图1所示，芯片组30集成于封装体10内部，电性连接件的一端与芯片组30连接，电性连接件的另一端引出封装体10外进行外部连接。

再者，介绍MEMS压力传感器封装结构的特殊性能。

如图1所示，封装体10的热膨胀系数与MEMS芯片20的热膨胀系数之差低于预设差值，封装体10的热膨胀系数与芯片组30热膨胀系数之差低于预设差值，预设差值用于表征封装体10的热膨胀系数与MEMS芯片20和芯片组30的热膨胀系数接近。

在本申请中，提供了一种MEMS压力传感器封装结构。实现了MEMS芯片、MEMS时钟芯片、信号调理芯片的多芯片封装，在同一管壳内完成MEMS封装，压缩器件体积，实现了高度集成，从而极大地降低了产品成本，扩大产品使用范；且缩短信号到执行器之间的距离，可有效减小信号和外界干扰带来的影响。

实施例

进一步的，如图2所示，其示出了本申请另一个示意性实施例提供的MEMS压力传感器封装结构的示意图。

可选的，如图3芯片组30包括MEMS时钟芯片31和信号调理芯片32。

MEMS时钟芯片31与MEMS芯片20集成为一颗芯体，或，MEMS时钟芯片31与MEMS芯片20和信号调理芯片32集成为一颗芯体。

可选的，MEMS芯片20、MEMS时钟芯片31和信号调理芯片32并列放置通过电性连接件互连；或，MEMS芯片20、MEMS时钟芯片31和信号调理芯片32叠加放置通过电性连接件互连。

可选的，MEMS时钟芯片31用于MEMS芯片20的频率读取参考，MEMS时钟芯片31还用于对MEMS芯片20进行温度补偿。

在一种可能的实施方式中，以陶瓷管壳作为封装基体，但并不对封装基体的材质进行限定，同时集成了MEMS芯片、ASIC信号调理芯片，封装好的芯片以脉冲形式输出，脉冲反应了频率值，压力的变化会引起谐振频率的变化，通过外围读频电路即可反应出压力值。既提升了稳定性，又简化了封装方案，实现了高度集成，从而极大地降低了产品成本，扩大产品使用范围。

可选的，如图3所示，电性连接件包括引线41和引线柱42。

引线41穿过引线柱42与外部连接，引线柱42穿过封装体10。

MEMS芯片20、MEMS时钟芯片31和信号调理芯片32之间通过引线41互连。

可选的，封装体10由陶瓷基体11和陶瓷盖12组成。

陶瓷基体11形成有腔室，MEMS芯片20和芯片组30位于腔室内，陶瓷盖12位于MEMS芯片20和芯片组30的上方且用于对腔室进行封闭。

本申请实施例中，进一步公开了电性连接件和封装体的具体组成。进一步带来的技术效果为，MEMS芯片内部或陶瓷管壳封装内部，可集成MEMS时钟芯片，作为频率读取的参考，由于参考时钟发生器靠近MEMS芯片，两者温度梯度小，利用温度对两者性能影响的相关性，可以对传感器进行有效的温度补偿；此外该结构设计中，芯片封装材料选用与芯片硅材料热膨胀系数接近的陶瓷，封装体热导率高、电绝缘强度高、热冲击实验和温度循环实验后不产生损伤且机械强度高，关联的芯片和电路不受周围环境影响。

实施例

上述实施例提供了一种MEMS压力传感器封装结构，具体的，可应用至MEMS压力传感器中。

MEMS压力传感器包括MEMS芯片、MEMS时钟芯片、信号调理芯片、连接件和外壳。各个芯片之间通过连接件相连。

一种可能的实施方式中，MEMS芯片用于感知待测环境的压力，并产生相应输出信号；信号调理芯片用于对MEMS芯片的输出信号进行信号处理输出高精度模拟或数字电信号。

具体的，信号调理芯片用于将MEMS压力传感器封装结构输出信号进行电信号的转换，如将传感器输出的微弱信号转换成频率、电压、电流等便于测量的电信号，且输出信号精度高。

可选的，MEMS压力传感器封装结构具有绝缘性能。封装体具有良好的绝缘性性能，可保护MEMS芯片、MEMS时钟芯片、信号调理芯片，使得芯片免受外部力、热、化学等有害因素的损伤或干扰；此外，封装体封装形成的腔体，可以消除顶部和四周存在的热应力，达到减小应力对器件性能的影响。

对于本申请而言，压力传感器主要是指一种单晶硅谐振式MEMS压力传感器。

单晶硅谐振式压力传感器的工作原理为：外界压差传递到内部的单晶硅谐振梁，谐振梁在压力的作用下产生了一对跟随压力变化的差动的频率信号，将这对差动的频率信号通过电子电路收集、放大和软件补偿处理后，就得到压力信号的线性输出。相较于电容式压力传感器和单晶硅电阻式压力传感器，其主要的优势体现在温度和静压补偿环节中。

需要说明的是，上述MEMS压力传感器的说明仅为举例说明，并不对实际的传感器类型做限定。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种MEMS压力传感器封装结构，其特征在于，该结构包括：封装体（10）、MEMS芯片（20）、芯片组（30）和电性连接件，所述芯片组（30）包括MEMS时钟芯片（31）和信号调理芯片（32）；

所述芯片组（30）集成于所述封装体（10）内部，所述电性连接件的一端与所述芯片组（30）连接，所述电性连接件的另一端引出所述封装体（10）外进行外部连接。

2.根据权利要求1所述的MEMS压力传感器封装结构，其特征在于，

所述MEMS时钟芯片（31）与所述MEMS芯片（20）集成为一颗芯体，或，所述MEMS时钟芯片（31）与所述MEMS芯片（20）和所述信号调理芯片（32）集成为一颗芯体。

3.根据权利要求1所述的MEMS压力传感器封装结构，其特征在于，

所述MEMS芯片（20）、所述MEMS时钟芯片（31）和所述信号调理芯片（32）并列放置通过所述电性连接件互连；或，

所述MEMS芯片（20）、所述MEMS时钟芯片（31）和所述信号调理芯片（32）叠加放置通过所述电性连接件互连。

4.根据权利要求1所述的MEMS压力传感器封装结构，其特征在于，所述MEMS时钟芯片（31）用于所述MEMS芯片（20）的频率读取参考，所述MEMS时钟芯片（31）还用于对所述MEMS芯片（20）进行温度补偿。

5.根据权利要求1所述的MEMS压力传感器封装结构，其特征在于，所述电性连接件包括引线（41）和引线柱（42）；

所述引线（41）穿过所述引线柱（42）与外部连接，所述引线柱（42）穿过所述封装体（10）；

所述MEMS芯片（20）、所述MEMS时钟芯片（31）和所述信号调理芯片（32）之间通过所述引线（41）互连。

6.根据权利要求1至5任一所述的MEMS压力传感器封装结构，其特征在于，所述封装体（10）为陶瓷材质；

在所述陶瓷材质下，所述封装体（10）的热膨胀系数与所述MEMS芯片（20）的热膨胀系数之差低于预设差值。

7.根据权利要求6所述的MEMS压力传感器封装结构，其特征在于，所述封装体（10）由陶瓷基体（11）和陶瓷盖（12）组成；

所述陶瓷基体（11）形成有腔室，所述MEMS芯片（20）和所述芯片组（30）位于所述腔室内，所述陶瓷盖（12）位于所述MEMS芯片（20）和所述芯片组（30）的上方且用于对所述腔室进行封闭。

8.一种MEMS压力传感器，其特征在于，所述MEMS压力传感器包括：MEMS芯片、MEMS时钟芯片、信号调理芯片、连接件和外壳；

所述MEMS芯片用于感知待测环境的压力，并产生相应输出信号；

所述信号调理芯片用于对所述MEMS芯片的输出信号进行信号处理输出高精度模拟或数字电信号。

9.根据权利要求7所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述MEMS压力传感器封装结构具有绝缘性能。

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