CN116907720A - 无引线压力传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了压力传感器，该压力传感器包括安装在基板的顶表面上的管芯和专用集成电路(ASIC)。压力传感器可限定被配置为邻接基板的内部空间和底部开口。管芯和ASIC安装在内部空间内的基板的顶表面上。基板限定穿过其的第一孔，并且管芯在沿着与基板垂直的轴线的方向上限定穿过其的第二孔，第一孔和第二孔对准。围绕第一孔周向设置在基板的底表面上的金属阻挡层可至少部分地涂覆有焊接掩膜，以减少或防止不需要的材料流经金属阻挡层并流过第一孔。基板可包括位于被配置为与子板连通的底表面上的电气连接焊盘。

Description

无引线压力传感器

背景技术

在电路板领域中，压力传感器通常安装在电路板上以在应用中实现压力感测，这些应用包括但不限于透析设备、血液分析、离心分离、氧气和氮气分配、HVAC设备、数据存储、过程控制、工业机械、泵和机器人。此类压力传感器通常被配置为包括设置在化学蚀刻硅膜片上的电阻器(例如，压敏电阻器)，压力传感器被配置为使得压力变化在膜片和电阻器中引起应变。电阻值与所施加的应力成比例地变化，这就产生了电输出。通过所付出的努力、独创和创新，本公开的实施方案所包括的开发方案已经解决了许多已识别的问题，本文对这些开发方案的众多示例进行了详细的描述。

发明内容

本文所述的装置、系统和方法涉及压力传感器。在一些实施方案中，压力传感器可以包括安装在基板上的压力感测管芯和专用集成电路(ASIC)。在一些实施方案中，压力传感器还可包括压力传感器组件，该压力传感器组件包括至少部分地限定内部空间的外部壳体结构、被配置为邻接或支撑在基板上的底部开口以及被配置为允许材料、能量、力等从围绕压力传感器组件的外部的环境大气通过其传送的顶部开口。在一些实施方案中，内部空间可至少部分地由基板上设置有压力传感器组件的部分限定。在一些实施方案中，压力传感器组件可安装到基板上，使得压力感测管芯和ASIC位于内部空间内。在一些实施方案中，基板可以限定穿过其的第一孔(例如，压力计孔)。在一些实施方案中，压力感测管芯可在沿着与基板的表面垂直的轴线的方向上限定穿过其的第二孔。在一些实施方案中，压力感测管芯可以固定设置在基板的表面上，使得第一孔和第二孔至少部分地或完全对准。在一些实施方案中，内部空间可被配置为接纳和保持压力传递介质(诸如粘性凝胶或不可压缩介质)。

在一些实施方案中，压力传感器可被配置为可操作地联接到电路板(诸如印刷电路板或子板)、支撑在电路板上、安装到电路板、电联接到电路板、物理联接到电路板或以其他方式设置在电路板上。

根据一个实施方案，提供了一种用于感测压力的装置，该装置包括：传感器壳体，该传感器壳体设置在基板上，限定穿过基板的孔；压力传感器，该压力传感器支撑在传感器壳体内的基板的顶表面上；和一个或多个金属阻挡层，该一个或多个金属阻挡层周向围绕第一孔设置在基板的底表面上，一个或多个金属阻挡层至少部分地涂覆有焊接掩膜，其中一个或多个金属阻挡层被配置为将压力传感器的基板焊接到接收电路板上，并且其中，在将压力传感器的基板焊接到接收电路板期间或之后，焊接掩膜防止或减少物质流经一个或多个金属阻挡层。在一些实施方案中，压力传感器包括微机电系统(MEMS)。在一些实施方案中，MEMS传感器包括可变形膜并且被配置为测量与可变形膜的变形相关的电导变化。在一些实施方案中，装置可进一步包括专用集成电路(ASIC)，该ASIC可操作地联接到压力传感器并且被配置为至少基于电导变化来测量压力、压力变化或压差。在一些实施方案中，一个或多个金属阻挡层可包括围绕第一孔周向设置的同心金属阻挡层。在一些实施方案中，同心金属阻挡层包含导电金属或金属合金，该导电金属或金属合金包含锡、银、铜、金、铝、钙、铍、铑、镁、钼、铱、钨、锌、钴、镉、镍、钌、锂、铁、钯、锡、硒、钽、铌、钢、铬、铅、钒、锑、锆、钛、汞中的一者或多者或它们的组合。在一些实施方案中，装置可进一步包括一个或多个导电焊盘，该一个或多个导电焊盘被配置为电联接到接收电路板。在一些实施方案中，基板为FR4基板。在一些实施方案中，压力传感器被配置为测量大于或等于约1巴、约2巴、约3巴、约4巴、约5巴、约6巴、约7巴、约8巴、约9巴、约10巴、约11巴、约12巴、约13巴、约14巴或约15巴的任何表压或压差，包括其间的所有值和范围。在一些实施方案中，焊接掩膜包括通过图案丝网印刷到基板上的环氧液体、液态感光成像焊接掩膜(LPSM或LPI)油墨或干膜感光成像焊接掩膜(DFSM)中的一种。

根据另一个实施方案，提供了一种用于制造压力传感器组件的方法，该方法包括：提供设置在基板上的传感器壳体，限定穿过基板的孔；提供压力传感器，该压力传感器支撑在传感器壳体内的基板的顶表面上；围绕第一孔将一个或多个金属阻挡层周向设置到基板的底表面上，一个或多个金属阻挡层至少部分地涂覆有焊接掩膜；以及利用一个或多个金属阻挡层将压力传感器的基板焊接到接收电路板，其中，一旦基板已被焊接到接收电路板，焊接掩膜就被配置为在将压力传感器的基板焊接到接收电路板期间或之后防止或减少物质流经一个或多个金属阻挡层。在一些实施方案中，压力传感器包括微机电系统(MEMS)。在一些实施方案中，MEMS传感器包括可变形膜并且被配置为测量与可变形膜的变形相关的电导变化。在一些实施方案中，方法还可包括：提供专用集成电路(ASIC)，该ASIC可操作地联接到压力传感器并且被配置为至少基于电导变化来测量压力、压力变化或压差。在一些实施方案中，一个或多个金属阻挡层包括围绕第一孔周向设置的同心金属阻挡层。在一些实施方案中，同心金属阻挡层包含导电金属或金属合金，该导电金属或金属合金包含锡、银、铜、金、铝、钙、铍、铑、镁、钼、铱、钨、锌、钴、镉、镍、钌、锂、铁、钯、锡、硒、钽、铌、钢、铬、铅、钒、锑、锆、钛、汞中的一者或多者或它们的组合。在一些实施方案中，方法还可包括：提供一个或多个导电焊盘，该一个或多个导电焊盘被配置为电联接到接收电路板。在一些实施方案中，基板可为FR4基板。在一些实施方案中，压力传感器被配置为测量任何绝对压力、表压或压差，如上所述。在一些实施方案中，焊接掩膜包括通过图案丝网印刷到基板上的环氧液体、液态感光成像焊接掩膜(LPSM或LPI)油墨或干膜感光成像焊接掩膜(DFSM)中的一种。

根据另一个实施方案，提供了一种压力传感器，该压力传感器包括：基板，该基板限定穿过其的第一孔；传感器组件，该传感器组件支撑在基板的顶表面上并限定内部空间；压力感测管芯，该压力感测管芯限定穿过其的第二孔，压力感测管芯设置在基板的顶表面上，使得第一孔和第二孔至少部分地对准；微机电系统(MEMS)传感器，该MEMS传感器支撑在内部空间内的基板的顶表面上，MEMS传感器包括可变形膜并且被配置为测量与可变形膜的变形相关的电导变化；专用集成电路(ASIC)，该ASIC可操作地联接到MEMS传感器并且被配置为至少基于电导变化来测量压力、压力变化或压差；和一个或多个金属阻挡层，该一个或多个金属阻挡层周向围绕第一孔设置在基板的底表面上，一个或多个金属阻挡层至少部分地涂覆有焊接掩膜，其中一个或多个金属阻挡层被配置为将压力传感器的基板焊接到接收电路板上，并且其中，在将压力传感器的基板焊接到接收电路板期间或之后，焊接掩膜防止或减少物质流经一个或多个金属阻挡层。

附图说明

构成描述一部分的附图说明了本发明的实施方案，并与描述一起用于解释本发明的原理。

图1A示出了根据本发明的一个实施方案的被配置为安装在电路板上的无引线压力传感器。

图1B示出了被配置为安装在电路板上的双列直插式封装(DIP)压力传感器。

图1C示出了被配置为安装在电路板上的表面贴装技术(SMT)压力传感器。

图1D示出了被配置为安装在电路板上的单列直插式封装(SIP)压力传感器。

图2示出了根据本发明的一个实施方案的无引线压力传感器的剖视图。

图3A示出了根据本发明的一个实施方案的无引线压力传感器的剖视图。

图3B示出了根据本发明的一个实施方案的被配置为支撑无引线压力传感器的基板的仰视图。

图4A示出了根据本发明的一个实施方案的无引线压力传感器的剖视图。

图4B示出了根据本发明的一个实施方案的被配置为支撑无引线压力传感器的基板的仰视图。

具体实施方式

应当理解的是，尽管以下公开和讨论了一个或多个实施方案的示例性实施方式，但是可以采用任何数量的技术(无论是当前己知的还是尚不存在的技术)来实现所公开的系统和方法。本公开决不应当限于下文所示的示例性实施方式、附图和技术，而是可以在所附权利要求书的范围以及其等同物的全部范围内进行修改。以下对至少一个示例性实施方案的描述实际上仅为示例性的，而绝非旨在限制本发明及其应用或用途。

相关领域的普通技术人员已知的技术和设备可以不作详细讨论，但是在合适的情况下，这些技术和设备应当被认为是描述的一部分。在本文示出和讨论的所有示例中，任何具体的值都应理解为仅仅是示例性的，而非限制性的。因此，示例性实施方案的其他示例可具有不同的值。应当注意的是，附图中类似的附图标号和字母表示类似的项目，因此，一旦在附图中定义了项目，就不需要在附图中进一步讨论。

以下术语的简要定义适用于整个申请：

术语“包括”意指包括但不限于，并且应以在专利上下文中通常使用的方式加以解释；

短语“在一些实施方案中”、“在一个实施方案中”、“根据一个实施方案”等一般意指跟在该短语后的特定特征、结构或特性可包括在本发明的至少一个实施方案中，并且可包括在本发明的多于一个实施方案中(重要的是，此类短语不一定是指相同的实施方案)；

如果本说明书将某物描述为“示例性的”或“示例”，则应当理解为是指非排他性的示例；术语“约”或“大约”等在与数字一起使用时，可意指具体数字，或另选地，如本领域技术人员所理解的接近该具体数字的范围；并且

如果本说明书陈述了部件或特征“可以”、“能够”、“能”、“应当”、“将”、“优选地”、“有可能地”、“通常”、“任选地”、“例如”、“经常”或“可能”(或其他此类词语)被包括或具有特性，则该特定部件或特征不是必须被包括或具有该特性。此类部件或特征可任选地包括在一些实施方案中，或可排除在外。

压力传感器通常安装在电路板上以在应用中实现压力感测，这些应用包括但不限于透析设备、血液分析、离心分离、氧气和氮气分配、HVAC设备、数据存储、过程控制、工业机械、泵和机器人。此类压力传感器通常被配置为包括设置在化学蚀刻硅膜片上的电阻器(例如，压敏电阻器)，压力传感器被配置为使得压力变化在膜片和电阻器中引起应变。电阻值与所施加的应力成比例地变化，这就产生了电输出。然而，此类压力传感器通常因暴露于粉尘和其他污染物、高压条件等而易于损坏。

在一些实施方案中，压力传感器可以包括板载压力传感器(诸如放大的板载压力传感器和未放大的板载压力传感器)。市场上有各种端口配置和电气输出类型(如：无引线封装、双列直插式封装(DIP)、表面贴装技术(SMT)封装和/或单列直插式封装(SIP)等)的板载压力传感器。如图1A至图1D分别所示，压力传感器可以根据各种安装选项(包括但不限于无引线封装件10、DIP封装件20、SMT封装件30和SIP封装件40)来安装。

然而，无引线压力传感器的一个可能的缺点是它们通常可能无法用于压差测量应用，因为无引线压力传感器没有测量多个压力点的双端口，并且不能在另一侧增加附加端口，因为此类附加端口会阻挡压力传感器与接收电路板的电联接。

因此，本文提供了用于具有更高耐久性的无引线压力传感器的装置、系统和方法。在一些实施方案中，压力传感器可以包括安装在基板上的压力感测管芯和专用集成电路(ASIC)。在一些实施方案中，压力传感器还可包括压力传感器组件，该压力传感器组件包括至少部分地限定内部空间的外部壳体结构、被配置为邻接或支撑在基板上的底部开口以及被配置为允许材料、能量、力等从围绕压力传感器组件的外部的环境大气通过其传送的顶部开口。在一些实施方案中，内部空间可至少部分地由基板上设置有压力传感器组件的部分限定。在一些实施方案中，压力传感器组件可安装到基板上，使得压力感测管芯和ASIC位于内部空间内。在一些实施方案中，基板可以限定穿过其的第一孔(例如，压力计孔)。在一些实施方案中，压力感测管芯可在沿着与基板的表面垂直的轴线的方向上限定穿过其的第二孔。在一些实施方案中，压力感测管芯可以固定设置在基板的表面上，使得第一孔和第二孔至少部分地或完全对准。在一些实施方案中，内部空间可被配置为接纳和保持压力传递介质(诸如粘性凝胶或不可压缩介质)。

在一些实施方案中，压力传感器可焊接到电路板诸如子板上。例如，在焊接过程中，液态焊膏、来自焊接过程的烟雾或其他污染物会因各种原因流入FR4基板底部的压力计孔中，并且往往会改变传感器性能，这不是预期的并且还可能妨碍传感器的运行。在一些实施方案中，压力传感器可包括安装在FR4基板上的压力管芯和ASIC，该FR4基板具有压力端口以密封介质压力。在一些实施方案中，FR4基板可限定穿过其的表孔，以从压力管芯的背面提供大气压力和压差入口。在一些实施方案中，FR4基板在底部设有铜焊盘以建立与压力传感器的电气连接。在一些实施方案中，突出的铜特征部可形成为FR4设计的一部分，但不与也由相同的铜箔层制成的电气连接焊盘接触，并且突出的铜材料覆盖有保护性焊接掩膜层。在一些实施方案中，此类突出的铜特征部可在表压孔和电气连接焊盘之间形成阻挡层。当例如使用回流工艺将压力传感器设备焊接到电路板上时，过多的焊料、来自焊接过程的烟雾或其他污染物可流过表压孔的可能性增加。在一些实施方案中，焊接掩膜和铜阻挡层可减少或阻止来自回流工艺的任何碎屑、污染物和过量材料流经焊点，并且防止此类污染物和材料意外进入表压孔中。

在一些实施方案中，无引线压力传感器可包括基板/印刷电路板(PCB)，该基板/PCB具有铜阻挡层，该铜阻挡层覆盖有底侧上的表压孔周围的保护性焊接掩膜。在一些实施方案中，压力传感器可包括没有焊接掩膜的第二铜阻挡层，用于在表压孔周围形成密封，这使得在底侧上添加第二端口/压力源以用于压差测量。

在一些实施方案中，压力传感器可包括压阻硅压力传感器，该压阻硅压力传感器提供比率模拟或数字输出，用于读取在指定的整个压力范围和温度范围内的压力。在一些实施方案中，可使用板载专用集成电路(ASIC)针对传感器偏差、灵敏度、温度效应和精度误差(包括非线性度、可重复性和滞后性)来校准压力传感器并对温度进行补偿。压力的校准输出值以大约1kHz(模拟)和2kHz(数字)更新。

干燥气体选项：输入端口限于非腐蚀性、非离子介质(例如，干燥空气、气体)并且不应暴露于冷凝作用下。气体限于与高温聚酰胺、硅酮、氧化铝陶瓷、硅、金和玻璃相容的介质。

液态介质选项：包括附加的基于硅酮的凝胶涂层以保护端口P1下方的电子器件，这使得其能用于非腐蚀性液体(例如，水和盐水)以及会发生冷凝的应用中。由于端口P2被设计成用于非腐蚀性液体，因此该选项通常适用于湿湿压差感测。

在一些实施方案中，此类压力传感器可测量表压和/或压差。在一些实施方案中，压力传感器可被配置为实现在双端口设备上的湿/湿操作。在一些实施方案中，此类压力传感器可被配置为用于宽压力范围，诸如约1毫巴至约10巴(约6kPa至1MPa或约1psi至约150psi)或更大。在一些实施方案中，压力传感器可具有在约1mm×约1mm、约2mm×约2mm、约3mm×约3mm、约4mm×约4mm、约5mm×约5mm、约6mm×约6mm、约7mm×约7mm、约8mm×约7mm、约8mm×约8mm、约9mm×约9mm、约10mm×约10mm或更大范围内的一般配置。在一些实施方案中，此类压力传感器可在约-20℃至约85℃的温度范围内保持校准。在一些实施方案中，压力传感器可使用单个电源(例如，3.3Vdc、5.0Vdc等)供电和运行。在一些实施方案中，来自此类压力传感器的输出可包括比率模拟输出、I2C-输出、SPI兼容的16位数字输出等。在一些实施方案中，此类压力传感器可满足各种标准诸如IPC/JEDEC J-STD-020D，可以符合REACH或RoHS等。在一些实施方案中，压力传感器可包括在基硅中的腔体上方具有可移动膜的硅管芯。

在一些实施方案中，焊料可包括无铅SnAgCu焊料，该无铅SnAgCu焊料针对焊料回流应用具有约217℃至约221℃的熔化温度。例如，SnAgCu无铅焊料可包括包含介于约95.5％至96.5％之间的Sn、介于约3.0％至4.0％之间的Ag以及介于约0.5％至0.7％之间的Cu的合金。在一些实施方案中，可使用任何其他合适的焊料，诸如银、铜、金、铝、钙、铍、铑、镁、钼、铱、钨、锌、钴、镉、镍、钌、锂、铁、钯、锡、硒、钽、铌、钢、铬、铅、钒、锑、锆、钛、汞或它们的组合等。

在一些实施方案中，焊料掩膜材料可以包括被配置为覆盖电路板上的导电迹线、电气连接和玻璃增强环氧层压板(例如，FR4)等的任何合适的涂层。例如，在一些实施方案中，焊料掩膜材料可包括通过图案丝网印刷到电路板/PCB上的环氧树脂液体、液态感光成像焊接掩膜(LPSM或LPI)油墨和干膜感光成像焊接掩膜(DFSM)。焊接掩膜可防止涂覆的金属部件(诸如焊料、迹线、导电焊盘、连接器等)腐蚀或氧化。在一些实施方案中，在形成金属阻挡层(诸如围绕穿过FR4基板的孔(例如，表压孔)的铜阻挡层)的过程中或之后，可防止氧化和/或腐蚀，并可防止污染物(诸如焊料、液体、气体、细小颗粒等)的流动。如果允许此类污染物经过阻挡层并进入孔中，则它们会导致压力传感器损坏或无法运行，并且会导致压力传感器的整体耐久性和稳定性降低。

现在参见图2，可提供一种用于压力感测的装置10。装置10包括设置在基板100上的传感器壳体102。在一些实施方案中，装置10还可包括围绕传感器壳体102的顶端处的开口设置的介质保持环104，该顶端与传感器壳体102的底端相对。传感器壳体102和/或基板100的至少一部分可限定传感器壳体102的内部空间106。内部空间106可被配置为保持介质诸如粘性、凝胶状、固体状或以其他方式不可压缩的流体。在一些实施方案中，压力传感器管芯108可设置在内部空间106中的基板100上。在一些实施方案中，可限定穿过基板100的孔107。在一些实施方案中，压力传感器管芯108可包括膜109诸如微机电系统(MEMS)膜，其被配置为将膜109的压致变形与电导变化关联起来。在一些实施方案中，膜109可与孔107基本上对准，使得膜109的任一侧上的大气压(P1，P2)可引起膜109的变形。在一些实施方案中，装置10可包括一个或多个金属阻挡层120、126，该金属阻挡层围绕孔107周向设置在基板的底表面上。在一些实施方案中，一个或多个金属阻挡层120、126可至少部分地涂覆有焊接掩膜122、124，其中一个或多个金属阻挡层120、126被配置为将装置10的基板100焊接到接收电路板130。在一些实施方案中，焊接掩膜122、124和金属阻挡层120、126可以在将装置10的基板100焊接到接收电路板130期间或之后防止或减少物质流经一个或多个金属阻挡层120、126。

在一些实施方案中，装置10可进一步包括专用集成电路110(ASIC 110)，该ASIC可操作地联接(例如，利用焊线)到压力传感器管芯108并且被配置为至少基于电导变化来测量压力、压力变化或压差。在一些实施方案中，一个或多个金属阻挡层120、126可包括围绕第一孔107周向设置的同心金属阻挡层。在一些实施方案中，同心金属阻挡层可包含导电金属或金属合金，该导电金属或金属合金包含锡、银、铜、金、铝、钙、铍、铑、镁、钼、铱、钨、锌、钴、镉、镍、钌、锂、铁、钯、锡、硒、钽、铌、钢、铬、铅、钒、锑、锆、钛、汞中的一者或多者或它们的组合。在一些实施方案中，装置10可进一步包括一个或多个导电焊盘128、129，该一个或多个导电焊盘被配置为电联接到接收电路板130。在一些实施方案中，基板100为FR4基板。在一些实施方案中，压力传感器管芯108可被配置为测量从1毫巴以下至15巴以上的任何表压或压差，如上文所述。在一些实施方案中，焊接掩膜122、124可包括通过图案丝网印刷到基板上的环氧液体、液态感光成像焊接掩膜(LPSM或LPI)油墨或干膜感光成像焊接掩膜(DFSM)中的一种。

现在参见图3A，可提供一种用于压力感测的装置20。装置20包括设置在基板200上的传感器壳体202。在一些实施方案中，装置20还可包括设置在传感器壳体202内部的介质保持环204。在一些实施方案中，传感器壳体202和/或基板200的至少一部分可限定传感器壳体202的内部空间206。204的内部空间可被配置为保持介质诸如粘性、凝胶状、固体状或以其他方式不可压缩的流体等。在一些实施方案中，压力传感器管芯208可设置在204的内部空间中的基板200上。在一些实施方案中，可限定穿过基板200的孔207。在一些实施方案中，压力传感器管芯208可包括膜209诸如微机电系统(MEMS)膜，其被配置为将膜209的压致变形与电导变化关联起来。在一些实施方案中，膜209可与孔207基本上对准，使得膜209的任一侧上的压力可引起膜209的变形。在一些实施方案中，装置20可包括围绕孔207周向设置在基板200的底表面上的金属阻挡层220。在一些实施方案中，金属阻挡层220可至少部分地涂覆有焊接掩膜222和电气连接焊盘228a-228f，该电气连接焊盘被配置为将装置20的基板200焊接到接收电路板(未示出)。在一些实施方案中，焊接掩膜222和金属阻挡层220可在将装置20的基板200焊接到接收电路板期间和之后防止或减少物质流入孔207中。

在一些实施方案中，装置20可进一步包括专用集成电路210(ASIC 210)，该专用集成电路可操作地联接(例如，利用焊线)到压力传感器管芯208并且被配置为至少基于电导变化来测量压力、压力变化或压差。在一些实施方案中，金属阻挡层220可包括围绕孔207周向设置的同心金属阻挡层。在一些实施方案中，同心金属阻挡层可包含导电金属或金属合金，该导电金属或金属合金包含锡、银、铜、金、铝、钙、铍、铑、镁、钼、铱、钨、锌、钴、镉、镍、钌、锂、铁、钯、锡、硒、钽、铌、钢、铬、铅、钒、锑、锆、钛、汞中的一者或多者或它们的组合。在一些实施方案中，压力传感器管芯208可被配置为测量从1毫巴以下至15巴以上(包括其间的所有值和范围)的任何表压或压差，如上文所述。在一些实施方案中，焊接掩膜222可包括通过图案丝网印刷到基板上的环氧液体、液态感光成像焊接掩膜(LPSM或LPI)油墨或干膜感光成像焊接掩膜(DFSM)中的一种。

从细节A可以看出，压力传感器管芯208可安装在基板200上，使得穿过压力传感器管芯208的孔至少基本上与穿过基板200的孔207对准。在一些实施方案中，铜金属阻挡层220可部分地或完全地围绕穿过基板200的孔207设置在基板200的底侧上。金属阻挡层220可在金属阻挡层220的一侧、两侧或两侧以及接触表面上涂覆有焊料掩膜材料。

图3B示出了基板200的底表面。在一些实施方案中，装置20还可包括一个或多个导电焊盘228a-228f，这些导电焊盘被配置为电联接到接收电路板。在一些实施方案中，基板200为FR4基板。在一些实施方案中，焊接掩膜可涂覆在基板200和/或接收电路中的一些或全部上。如从图3B可见，金属阻挡层220可设置在基板200的底表面上并且围绕孔207周向取向。

现在参见图4A，可提供一种用于压力感测的装置30。装置30包括限定内部空间306的传感器壳体302，该内部空间被配置为保持介质诸如粘性、凝胶状、固体状或以其他方式不可压缩的流体。在一些实施方案中，压力传感器管芯308可设置在内部空间306中的基板300上。在一些实施方案中，可限定穿过基板300的孔307。在一些实施方案中，压力传感器管芯308可包括膜309诸如微机电系统(MEMS)膜，其被配置为将膜的压致变形与电导变化关联起来。在一些实施方案中，压力传感器管芯308可与孔307基本上对准，使得压力传感器管芯308的任一侧上的压力可引起膜的变形。在一些实施方案中，装置30可包括围绕孔307周向设置在基板300的底表面上的第一金属阻挡层320。在一些实施方案中，装置30还可包括第二金属阻挡层326，该第二金属阻挡层围绕孔307设置并且其直径大于第一金属阻挡层320的直径。在一些实施方案中，金属阻挡层320、326可至少部分地涂覆有焊接掩膜322，其中金属阻挡层320、326可被配置为将装置30的基板300焊接到接收电路板330。在一些实施方案中，焊接掩膜322和金属阻挡层可在将装置30的基板300焊接到接收电路板330期间或之后防止或减少物质流经金属阻挡层320、326。

在一些实施方案中，装置30还可包括专用集成电路310(ASIC 310)，该ASIC可操作地联接到压力传感器管芯308并且被配置为至少基于电导变化来测量压力、压力变化或压差。在一些实施方案中，金属阻挡层320可包括围绕孔307周向设置的同心金属阻挡层。在一些实施方案中，同心金属阻挡层可包含导电金属或金属合金，该导电金属或金属合金包含锡、银、铜、金、铝、钙、铍、铑、镁、钼、铱、钨、锌、钴、镉、镍、钌、锂、铁、钯、锡、硒、钽、铌、钢、铬、铅、钒、锑、锆、钛、汞中的一者或多者或它们的组合。在一些实施方案中，压力传感器管芯308可被配置为测量从1毫巴以下至15巴以上(包括其间的所有值和范围)的任何表压或压差，如上文所述。在一些实施方案中，焊接掩膜322可包括通过图案丝网印刷到基板上的环氧液体、液态感光成像焊接掩膜(LPSM或LPI)油墨或干膜感光成像焊接掩膜(DFSM)中的一种。

从细节B可以看出，压力传感器管芯308可安装在基板300上，使得穿过压力传感器管芯308的孔至少基本上与穿过基板300的孔307对准。在一些实施方案中，铜金属阻挡层320可部分地或完全地围绕穿过基板300的孔307设置。金属阻挡层320可在金属阻挡层320的一侧、两侧或两侧以及接触表面上涂覆有焊料掩膜材料。从细节C可以看出，压力传感器管芯308被示出为包括间隔件，该间隔件可包括由玻璃、硅、陶瓷等构成的约束层或应力隔离层。在一些实施方案中，压力传感器管芯308可安装在不具有或限定孔(诸如孔307)的基板300上。

图4B示出了基板300的底表面。在一些实施方案中，装置30还可包括一个或多个导电焊盘328a-328f，这些导电焊盘被配置为电联接到接收电路板330。在一些实施方案中，基板300为FR4基板。在一些实施方案中，焊接掩膜可涂覆在基板300和/或接收电路板330中的一些或全部上。如从图4B可见，金属阻挡层320、326可设置在基板300的底表面上并且围绕孔307周向取向。在一些实施方案中，金属阻挡层320可至少部分地涂覆有焊接掩膜322，其中金属阻挡层326然后可被配置为将装置30的基板300焊接和压力密封到接收电路板330。

在一些实施方案中，无引线压力传感器可包括基板/印刷电路板(PCB)，该基板/PCB具有铜阻挡层，该铜阻挡层覆盖有底侧上的表压孔周围的保护性焊接掩膜。在一些实施方案中，压力传感器可包括没有焊接掩膜的第二铜阻挡层，用于在表压孔周围形成密封，这使得在底侧上添加第二端口/压力源以用于压差测量。例如，第二压力端口340可安装在基板上以实现压差(例如，P1对P2)的测量。在一些实施方案中，同心环将压力传感器焊接到基板或将基板焊接到接收电路板。在一些实施方案中，同心环还形成密封，使得穿过第二压力端口340的压力可在没有任何泄漏路径的情况下有效地传送到压力管芯308。在一些实施方案中，第二压力端口340可根据任何合适的粘合方法(诸如，通过标准粘合、使用一种或多种粘合剂、焊接、热熔合、熔融粘合或它们的组合等)联接到接收电路板。

根据其他实施方案，可提供一种制造用于压力感测的装置(诸如，装置10、装置20或装置30)的方法。在一些实施方案中，方法可包括：提供设置在基板100、200、300上的传感器壳体102、202、302，任选地限定穿过基板的孔107、207、307。在一些实施方案中，方法还可包括：提供支撑在传感器壳体102、202、302内的基板100、200、300的顶表面上的压力传感器管芯108、208、308。在一些实施方案中，方法还可包括：将一个或多个金属阻挡层120、126、220、320、326设置在基板100、200、300的底表面上，例如围绕第一孔107、207、307周向设置。在一些实施方案中，一个或多个金属阻挡层120、126、220、320、326可至少部分地涂覆有焊接掩膜122、124、222、322。在一些实施方案中，方法还可包括：利用一个或多个金属阻挡层120、126、220、320、326将压力传感器装置10、20、30的基板100、200、300焊接到接收电路板130、330。在一些实施方案中，一旦基板100、200、300已焊接到接收电路板130、330，焊接掩膜122、124、222、322就被配置为在将压力传感器装置10、20、30的基板100、200、300焊接到接收电路板130、330期间或之后防止或减少物质流经一个或多个金属阻挡层120、126、220、320、326。在一些实施方案中，压力传感器装置10、20、30可包括微机电系统(MEMS)。在一些实施方案中，MEMS传感器可包括可变形膜并且被配置为测量与可变形膜的变形相关的电导变化。在一些实施方案中，方法还可包括：提供专用集成电路110、210、310(ASIC 110、210、310)，该ASIC可操作地联接到压力传感器管芯108、208、308并且被配置为至少基于电导变化来测量压力、压力变化或压差。在一些实施方案中，一个或多个金属阻挡层120、126、220、320、326包括围绕第一孔107、207、307周向设置的同心金属阻挡层。在一些实施方案中，同心金属阻挡层包含导电金属或金属合金，该导电金属或金属合金包含锡、银、铜、金、铝、钙、铍、铑、镁、钼、铱、钨、锌、钴、镉、镍、钌、锂、铁、钯、锡、硒、钽、铌、钢、铬、铅、钒、锑、锆、钛、汞中的一者或多者或它们的组合。在一些实施方案中，方法还可包括：提供一个或多个导电焊盘128、129、228a-228f、328a-328f，这些一个或多个导电焊盘被配置为电联接到接收电路板130、330。在一些实施方案中，基板100、200、300可为FR4基板。在一些实施方案中，压力传感器组件10、20、30被配置为测量从1毫巴以下至15巴以上(包括其间的所有值和范围)的任何表压或压差，如上文所述。在一些实施方案中，焊接掩膜122、124、222、322包括通过图案丝网印刷到基板上的环氧液体、液态感光成像焊接掩膜(LPSM或LPI)油墨或干膜感光成像焊接掩膜(DFSM)中的一种。

本文所述的装置、系统和方法涉及压力传感器。在一些实施方案中，压力传感器可以包括安装在基板上的压力感测管芯和专用集成电路(ASIC)。在一些实施方案中，压力传感器还可包括压力传感器组件，该压力传感器组件包括至少部分地限定内部空间的外部壳体结构、被配置为邻接或支撑在基板上的底部开口以及被配置为允许材料、能量、力等从围绕压力传感器组件的外部的环境大气通过其传送的顶部开口。在一些实施方案中，内部空间可至少部分地由基板上设置有压力传感器组件的部分限定。在一些实施方案中，压力传感器组件可安装到基板上，使得压力感测管芯和ASIC位于内部空间内。在一些实施方案中，基板可以限定穿过其的第一孔(例如，压力计孔)。在一些实施方案中，压力感测管芯可在沿着与基板的表面垂直的轴线的方向上限定穿过其的第二孔。在一些实施方案中，压力感测管芯可以固定设置在基板的表面上，使得第一孔和第二孔至少部分地或完全对准。在一些实施方案中，内部空间可被配置为接纳和保持压力传递介质(诸如粘性凝胶或不可压缩介质)。在一些实施方案中，不可压缩介质可包括食品级凝胶。

在一些实施方案中，压力传感器可被配置为可操作地联接到电路板(诸如印刷电路板或子板)、支撑在电路板上、安装到电路板、电联接到电路板、物理联接到电路板或以其他方式设置在电路板上。

根据一个实施方案，提供了一种用于感测压力的装置，该装置包括：传感器壳体，该传感器壳体设置在基板上，限定穿过基板的孔；压力传感器，该压力传感器支撑在传感器壳体内的基板的顶表面上；和一个或多个金属阻挡层，该一个或多个金属阻挡层周向围绕第一孔设置在基板的底表面上，一个或多个金属阻挡层至少部分地涂覆有焊接掩膜，其中一个或多个金属阻挡层被配置为将压力传感器的基板焊接到接收电路板上，并且其中，在将压力传感器的基板焊接到接收电路板期间或之后，焊接掩膜防止或减少物质流经一个或多个金属阻挡层。在一些实施方案中，压力传感器包括微机电系统(MEMS)。在一些实施方案中，MEMS传感器包括可变形膜并且被配置为测量与可变形膜的变形相关的电导变化。在一些实施方案中，装置可进一步包括专用集成电路(ASIC)，该ASIC可操作地联接到压力传感器并且被配置为至少基于电导变化来测量压力、压力变化或压差。在一些实施方案中，一个或多个金属阻挡层可包括围绕第一孔周向设置的同心金属阻挡层。在一些实施方案中，同心金属阻挡层包含导电金属或金属合金，该导电金属或金属合金包含锡、银、铜、金、铝、钙、铍、铑、镁、钼、铱、钨、锌、钴、镉、镍、钌、锂、铁、钯、锡、硒、钽、铌、钢、铬、铅、钒、锑、锆、钛、汞中的一者或多者或它们的组合。在一些实施方案中，装置可进一步包括一个或多个导电焊盘，该一个或多个导电焊盘被配置为电联接到接收电路板。在一些实施方案中，基板为FR4基板。在一些实施方案中，压力传感器被配置为测量从1毫巴以下至15巴以上(包括其间的所有值和范围)的任何表压或压差，如上文所述。在一些实施方案中，焊接掩膜包括通过图案丝网印刷到基板上的环氧液体、液态感光成像焊接掩膜(LPSM或LPI)油墨或干膜感光成像焊接掩膜(DFSM)中的一种。

根据另一个实施方案，提供了一种用于制造压力传感器组件的方法，该方法包括：提供设置在基板上的传感器壳体，限定穿过基板的孔；提供压力传感器，该压力传感器支撑在传感器壳体内的基板的顶表面上；围绕第一孔将一个或多个金属阻挡层周向设置到基板的底表面上，一个或多个金属阻挡层至少部分地涂覆有焊接掩膜；以及利用一个或多个金属阻挡层将压力传感器的基板焊接到接收电路板，其中，一旦基板已被焊接到接收电路板，焊接掩膜就被配置为在将压力传感器的基板焊接到接收电路板期间或之后防止或减少物质流经一个或多个金属阻挡层。在一些实施方案中，压力传感器包括微机电系统(MEMS)。在一些实施方案中，MEMS传感器包括可变形膜并且被配置为测量与可变形膜的变形相关的电导变化。在一些实施方案中，方法还可包括：提供专用集成电路(ASIC)，该ASIC可操作地联接到压力传感器并且被配置为至少基于电导变化来测量压力、压力变化或压差。在一些实施方案中，一个或多个金属阻挡层包括围绕第一孔周向设置的同心金属阻挡层。在一些实施方案中，同心金属阻挡层包含导电金属或金属合金，该导电金属或金属合金包含锡、银、铜、金、铝、钙、铍、铑、镁、钼、铱、钨、锌、钴、镉、镍、钌、锂、铁、钯、锡、硒、钽、铌、钢、铬、铅、钒、锑、锆、钛、汞中的一者或多者或它们的组合。在一些实施方案中，方法还可包括：提供一个或多个导电焊盘，该一个或多个导电焊盘被配置为电联接到接收电路板。在一些实施方案中，基板可为FR4基板。在一些实施方案中，压力传感器被配置为测量从1毫巴以下至15巴以上(包括其间的所有值和范围)的任何表压或压差，如上文所述。在一些实施方案中，焊接掩膜包括通过图案丝网印刷到基板上的环氧液体、液态感光成像焊接掩膜(LPSM或LPI)油墨或干膜感光成像焊接掩膜(DFSM)中的一种。

根据另一个实施方案，提供了一种压力传感器，该压力传感器包括：基板，该基板限定穿过其的第一孔；传感器组件，该传感器组件支撑在基板的顶表面上并限定内部空间；压力感测管芯，该压力感测管芯限定穿过其的第二孔，压力感测管芯设置在基板的顶表面上，使得第一孔和第二孔至少部分地对准；微机电系统(MEMS)传感器，该MEMS传感器支撑在内部空间内的基板的顶表面上，MEMS传感器包括可变形膜并且被配置为测量与可变形膜的变形相关的电导变化；专用集成电路(ASIC)，该ASIC可操作地联接到MEMS传感器并且被配置为至少基于电导变化来测量压力、压力变化或压差；和一个或多个金属阻挡层，该一个或多个金属阻挡层周向围绕第一孔设置在基板的底表面上，一个或多个金属阻挡层至少部分地涂覆有焊接掩膜，其中一个或多个金属阻挡层被配置为将压力传感器的基板焊接到接收电路板上，并且其中，在将压力传感器的基板焊接到接收电路板期间或之后，焊接掩膜防止或减少物质流经一个或多个金属阻挡层。

为了提供全面的理解，已描述了某些示例性实施方案；然而，本领域的普通技术人员应当理解的是，可对本文所述的系统、装置和方法进行调整和修改以提供用于其他合适应用的系统、装置和方法，并且在不脱离本文所述的系统、装置和方法的范围的情况下，可进行其他添加和修改。

本文所述的实施方案已被具体示出和描述，但应当理解的是，可在形式和细节上进行各种改变。除非另外指明，否则所示实施方案可被理解为提供了某些实施方案的不同细节的示例性特征，因此，除非另外指明，否则可在不脱离所公开的系统或方法的情况下以其他方式组合、分离、互换和/或重新布置所示的特征、组件、模块和/或方面。另外，组件的形状和尺寸也是示例性的，并且除非另外指明，否则可在不影响本公开的公开和示例性的系统、装置或方法的范围的情况下进行改变。

尽管本文已说明和描述了特定实施方案，但本领域的普通技术人员将认识到，经调整以实现相同目的的任何布置可替代所展示的特定实施方案。许多调整对于本领域的普通技术人员来说将是显而易见的。因此，本申请旨在涵盖任何调整或变型。

上述具体实施方式包括对附图的参考，这些附图形成具体实施方式的一部分。这些附图以举例说明的方式示出了可以实践的具体实施方案。这些实施方案在本文中也被称为“示例”。此类示例可包括除所示或所述的元件之外的元件。然而，本发明人还设想了其中仅提供所示或所述的那些元件的示例。此外，本发明人还设想了使用相对于特定示例(或其一个或多个方面)或相对于本文所示或所述的其他示例(或其一个或多个方面)所示或所述的那些元件(或其一个或多个方面)的任何组合或排列的示例。

本文档中提及的所有出版物、专利和专利文档的全部内容通过引用并入本文，如同通过引用单独并入一样。如果在本文档与通过引用并入的那些文档之间的用法不一致，则在所并入的参考文献中的用法应被认为是对本文档的用法的补充；对于无法调和的不一致，以在本文档中的用法为准。

在本文档中，如专利文档中常见的，术语“一个”或“一种”用于包括一个或多于一个，而与“至少一个”或“一个或多个”的任何其他情况或用途无关。在本文档中，除非另外指明，否则术语“或”用于指非排他性的或，使得“A或B”包括“A但不是B”、“B但不是A”以及“A和B”。在本文档中，术语“包括”和“在其中”用作相应术语“包含”和“其中”的通俗英语等同物。另外，在以下权利要求书中，术语“包括”和“包含”是开放式的，即系统、装置、制品或过程，该过程包括除了那些在权利要求书中的此类术语之后列出的元件之外的元件，仍然被认为落入该权利要求书的范围内。此外，在以下权利要求书中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标签，并非旨在对其对象施加数字要求。

在本具体实施方式中，各种特征可以被组合在一起以简化本公开。这不应理解为意图是公开的未要求保护的特征对于任何权利要求都是必不可少的。相反，本发明主题可少于公开的特定实施方案的所有特征。因此，以下权利要求书据此并入具体实施方式中，其中每个权利要求本身作为单独的实施方案，并且预期此类实施方案可以各种组合或排列方式彼此组合。应当参考所附权利要求书以及此类权利要求书所赋予的等价物的全部范围来确定实施方案的范围。

Claims (10)

1.一种装置，包括：

压力传感器，所述压力传感器在传感器壳体内支撑在基板的顶表面上，其中所述基板限定孔；和

一个或多个金属阻挡层，所述一个或多个金属阻挡层围绕所述孔周向设置在所述基板的底表面上，

其中所述一个或多个金属阻挡层被配置为将所述压力传感器的所述基板焊接到接收电路板，其中所述一个或多个金属阻挡层包括围绕所述孔周向设置的第一金属阻挡层和围绕所述第一金属阻挡层周向设置的第二金属阻挡层，并且其中所述第二金属阻挡层与所述第一金属阻挡层同心。

2.根据权利要求1所述的装置，其中在将所述压力传感器的所述基板焊接到所述接收电路板期间或之后，所述焊接掩膜防止或减少物质流经所述一个或多个金属阻挡层。

3.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述压力传感器包括微机电系统(MEMS)，所述MEMS传感器包括可变形膜并且被配置为测量与所述可变形膜的变形相关的电导变化。

4.根据权利要求3所述的装置，还包括：

专用集成电路(ASIC)，所述专用集成电路(ASIC)可操作地联接到所述压力传感器并且被配置为至少基于所述电导变化来测量压力、压力变化或压差。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一金属阻挡层和所述第二金属阻挡层中的至少一者包含导电金属或金属合金，所述导电金属或金属合金包含锡、银、铜、金、铝、钙、铍、铑、镁、钼、铱、钨、锌、钴、镉、镍、钌、锂、铁、钯、锡、硒、钽、铌、钢、铬、铅、钒、锑、锆、钛、汞中的一者或多者或它们的组合。

6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，还包括：

一个或多个导电焊盘，所述一个或多个导电焊盘被配置为电联接到所述接收电路板。

7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述基板是含FR4的基板，并且其中所述第二金属阻挡层至少部分地涂覆有所述焊接掩膜，并且在所述压力传感器与所述含FR4的基板的顶侧之间形成气密密封，所述第一金属阻挡层未涂覆所述焊接掩膜中的任何焊接掩膜。

8.根据权利要求1所述的装置，其中所述压力传感器是第一压力传感器，并且其中第二压力传感器设置在所述基板的底侧上，使得能够测量压差作为由所述第一压力传感器测量的压力与由所述第二压力传感器测量的压力的比较结果，所述压力传感器被配置为测量高达15巴的压差。

9.一种制造根据前述权利要求中任一项所述的装置的方法，所述方法包括：

将所述传感器壳体设置在所述基板上；

将所述压力传感器设置在所述传感器壳体内的所述基板的顶表面上；

围绕所述孔将所述一个或多个金属阻挡层周向设置到所述基板的底表面上；以及

利用所述一个或多个金属阻挡层将所述压力传感器的所述基板焊接到所述接收电路板，

其中所述一个或多个金属阻挡层包括围绕所述孔周向设置的第一金属阻挡层和围绕所述第一金属阻挡层周向设置的第二金属阻挡层，并且

其中所述第二金属阻挡层与所述第一金属阻挡层同心。

10.一种压力传感器，包括：

基板，所述基板限定穿过其的第一孔；

传感器组件，所述传感器组件支撑在所述基板的顶表面上并限定内部空间；

压力感测管芯，所述压力感测管芯限定穿过其的第二孔，所述压力感测管芯设置在所述基板的顶表面上，使得所述第一孔和所述第二孔至少部分地对准；

微机电系统(MEMS)传感器，所述微机电系统(MEMS)传感器在内部空间内支撑在所述基板的顶表面上，所述MEMS传感器包括可变形膜并且被配置为测量与所述可变形膜的变形相关的电导变化；

专用集成电路(ASIC)，所述专用集成电路(ASIC)可操作地联接到所述MEMS传感器并且被配置为至少基于电导变化来测量压力、压力变化或压差；和

一个或多个金属阻挡层，所述一个或多个金属阻挡层周向围绕所述第一孔设置在所述基板的底表面上，

其中所述一个或多个金属阻挡层包括围绕所述第一孔周向设置的第一金属阻挡层和围绕所述第一金属阻挡层周向设置的第二金属阻挡层，

其中所述第二金属阻挡层与所述第一金属阻挡层同心，并且

其中所述一个或多个金属阻挡层被配置为将所述压力传感器的基板焊接到接收电路板。