CN210089911U - 压力传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种压力传感器，压力传感器包括外壳，外壳具有容纳腔及与容纳腔连通的测量孔；基板固定设置在容纳腔内，基板具有相对设置的第一表面及第二表面，第一表面朝向测量孔；传感器芯片包括相对设置的测量端及电连接端，测量端朝向所述测量孔，电连接端具有至少一焊垫，电连接端通过一连接层固定连接在基板的第一表面上，连接层包括密封环及设置在密封环内的至少一导电连接块，导电连接块将焊垫与基板电连接，密封环分别与传感器芯片的电连接端及基板的第一表面连接。本实用新型优点是，不需要通过金线传输信号，提高了产品的可靠稳定性，且保证产品的密封性，实现全温区测量结果的准确性。

Description

压力传感器

技术领域

本实用新型涉及微电子机械系统领域，尤其涉及一种压力传感器。

背景技术

压力传感器是能感受压力信号并能按照一定的规律将压力信号转换成可用电信号的器件或装置，压力传感器通常由压力敏感元件和信号处理单元组成。

传统的机械式压力传感器，体积大，精度不高，成本高昂。基于微电子机械系统的压力传感器(MEMS压力传感器)，以集成电路技术实现高精度、低成本的大批量生产。MEMS压力传感器是以硅基薄膜为敏感元器件，受到压力时产生形变，可以利用压阻型压力传感器来测量这种形变，也可以通过电容感测两个面之间距离的变化来加以测量。

MEMS压力传感器常见生产工艺有正面进气、背面进气和充油介质隔离的方式。正面进气是指压力传感器芯片的敏感膜、引线键合直接裸露在待测介质中，仅能用于洁净气体的测量，极易受到测试介质的玷污和损坏，通常需要添加正面保护结构或者限制测试介质来保证正常使用。背面进气的方式是压力传感器芯片通过胶粘接，再通过金线或铝线实现电信号连接传输，待测试介质从压力传感器芯片背部接触到硅机体，避开了压力传感器芯片的膜片和引线键合部分。但是此种的方式仍无法使用于极端情况，如强腐蚀性气体、液体会对芯片粘结胶水产生腐蚀，且大颗粒的杂质容易堵住背面进气的气孔。充油介质隔离的方式是将压力传感器芯片封装于充满硅油的密闭结构中，外加压力通过硅油从不锈钢膜片传递到压力传感器芯片上，此方式的问题在于零部件多，工艺复杂，产品的成本非常高。

目前对于检测带有腐蚀性的气体或液体压力变化，通常是用介质隔离压力传感器，用此种设计的压力传感器存在以下不足之处：

(1)金属膜片制造工艺难度复杂，成本较高，且易损坏。当膜片变形就会影响压力传感器的输出精度，也会增加终端产品的成本。

(2)金属膜片与外端的金属环壁需要通过焊接形成一个壳体，在焊接难度大，膜片易损坏，存在漏气的风险。当焊接处理不当时，金属表面会氧化，会使得金属环壁与基板粘接不牢固，介质液体会有渗漏的风险。

(3)在极端高温或低温状态下，介质隔离的封装腔体内的介质液体会热胀冷缩，影响压力传感器的输出精度。

(4)缩小尺寸和体积是产品发展的趋势，采用介质隔离的封装方式，会占用较多的空间。

现有的MEMS压力传感器的生产封装工艺严重限制了其应用范围，且现有MEMS压力传感器不能耐受腐蚀性介质，同样限制了其应用范围。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种压力传感器，其能够不通过金线传输信号，提高了产品的可靠稳定性，且能够保证产品的密封性，实现全温区测量结果的准确性。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种压力传感器，其包括：一外壳，所述外壳具有一容纳腔及一与所述容纳腔连通的测量孔；一基板，固定设置在所述容纳腔内，所述基板具有相对设置的第一表面及第二表面，所述第一表面朝向所述测量孔；一传感器芯片，包括相对设置的测量端及电连接端，所述测量端朝向所述测量孔，所述电连接端具有至少一焊垫，所述电连接端通过一连接层固定连接在所述基板的第一表面上，所述连接层包括密封环及设置在所述密封环内的至少一导电连接块，所述导电连接块将所述焊垫与所述基板电连接，所述密封环分别与所述传感器芯片的电连接端及所述基板的第一表面连接。

进一步，所述密封环围成一个间隔区，多个所述焊垫间隔设置在所述间隔区内。

进一步，所述密封环围成多个间隔区，所述导电连接块分别设置在所述间隔区内。

进一步，所述压力传感器还包括一密封构件，所述密封构件设置在所述基板的第一表面与所述外壳之间，并环绕包围所述测量孔及所述传感器芯片，以密封所述容纳腔。

进一步，所述基板的第一表面具有一环槽，所述密封构件设置在所述环槽内。

进一步，所述基板内设置有至少一贯穿所述基板的导电柱，所述基板的第二表面上设置有导电线路层，所述导电柱的两端分别与所述导电连接块及所述导电线路层连接。

进一步，所述压力传感器还包括至少一功能器件，所述功能器件设置在所述基板的第二表面，并与所述导电线路电连接，所述传感器芯片通过所述导电连接块、所述导电柱及所述导电线路与所述功能器件电连接。

进一步，所述外壳包括：一固定件，包括一第一腔室及一延伸段，所述基板设置在所述第一腔室内，所述测量孔设置在所述延伸段，并与所述第一腔室连通；一铆压支撑垫块，其第一端设置有一第二腔室，第二端设置有至少一引脚，所述第一端置于所述第一腔室内，且所述第一端抵压所述基板的第二表面，使所述基板的第一表面与所述第一腔室的底面接触，以固定所述基板，所述功能器件被密封于所述第二腔室内且与所述引脚电连接。

本实用新型的优点在于，所述压力传感器芯片倒装焊接在基板上，并通过密封环密封，该压力传感器可直接接触被测介质，且不需要通过金线传输信号，提高了产品的可靠稳定性，有效的延长了压力传感器的使用寿命。另外，本实用新型压力传感器可以保证产品的密封性，实现全温区测量结果的准确性。

附图说明

图1是本实用新型压力传感器的一具体实施方式的结构示意图；

图2是图1中A处的放大示意图；

图3是压力传感器的连接层的一结构示意图；

图4是压力传感器的连接层的另一结构示意图；

图5是本实用新型压力传感器的另一具体实施方式的结构示意图；

图6是本实用新型封装方法的一具体实施方式的步骤示意图；

图7A～图7F是本实用新型封装方法的该具体实施方式的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型提供的压力传感器的具体实施方式做详细说明。

图1是本实用新型压力传感器的一具体实施方式的结构示意图，图2是图1中A处的放大示意图。请参阅图1及图2，本实用新型压力传感器包括一外壳10、一基板20及一传感器芯片30。

所述外壳10具有一容纳腔11及一测量孔12。所述测量孔12与所述容纳腔11连通。在应用所述压力传感器进行测量时，所述测量孔12作为所述压力传感器的进气孔。40

所述基板20固定设置在所述容纳腔11内，所述基板20具有相对设置的第一表面20A及第二表面20B，所述第一表面20A朝向所述测量孔12。所述基板20包括但不限于双面陶瓷基板。

所述传感器芯片30为MEMS传感器芯片，其包括相对设置的测量端30A及电连接端30B。所述测量端30A朝向所述测量孔12。即所述测量孔12暴露出所述传感器芯片30的测量端30A，以使得在测量时被测介质能够通过所述测量孔12作用于所述测量端30A。所述电连接端30B具有至少一焊垫(附图中未绘示)，所述焊垫作为所述传感器芯片30与外界连接的焊点。

所述电连接端30B通过一连接层40固定连接在所述基板20的第一表面20A上。即所述传感器芯片30以倒装焊的方式固定在所述基板20的第一表面20A上。图3是所述连接层40的一结构示意图。请参阅图3，所述连接层40包括密封环41及设置在所述密封环41内的至少一导电连接块42。所述导电连接块42将所述焊垫与所述基板20电连接。所述导电连接块42的数量与所述传感器芯片30的焊垫的数量对应。在附图3中示意性地绘示四个导电连接块42。所述密封环41分别与所述传感器芯片30的电连接端30B及所述基板20的第一表面20A连接。所述密封环41、所述传感器芯片30的电连接端30B及所述基板20的第一表面20A形成一密封腔，以将所述导电连接块42与所述焊垫的连接处、所述导电连接块42及所述导电连接块42与所述基板20的连接处密封，从而避免外界腐蚀性介质腐蚀所述导电连接块42。所述密封环41保护所述导电连接块42，且能够达到气密性的要求，该种封装形式能够保证所述传感器芯片的灵敏度。

在本具体实施方式中，所述密封环41围成一个间隔腔，多个所述导电连接块42均设置在该间隔腔内，相邻的导电连接块42间隔设置，以避免所述导电连接块42彼此导通。图4是所述连接层40的另一结构示意图，请参阅图4，在本实用新型另一具体实施方式中，所述密封环41围成多个间隔区，所述导电连接块42分别设置在所述间隔区内，其能够进一步增加密封性，以进一步避免外界腐蚀性介质腐蚀所述导电连接块42。

进一步，请继续参阅图1，所述压力传感器还包括一密封构件50，所述密封构件50设置在所述基板20的第一表面20A与所述外壳10之间，并环绕包围所述测量孔12及所述传感器芯片30。所述密封构件50能够密封所述容纳腔11，以避免腐蚀性介质进入所述容纳腔11而腐蚀所述容纳腔11内的器件。进一步，所述基板20的第一表面20A具有一环槽，所述密封构件50设置在所述环槽内。在本具体实施方式中，所述密封构件50为密封料涂覆在所述环槽内后固化而形成的密封结构，在本实用新型另一具体实施方式中，请参阅图5，所述密封构件50为O形圈，O形圈设置在所述环槽内。

进一步，所述基板20内设置有至少一贯穿所述基板20的导电柱22，所述基板20的第二表面20B上设置有导电线路层(附图中未绘示)，所述导电柱22的两端分别与所述导电连接块42及所述导电线路层连接。所述传感器芯片30通过所述导电连接块42、所述导电柱22及所述导电线路层电连接至所述基板20的第二表面20B。其中，可在所述基板20上形成过孔，在所述过孔中填充导电材料而形成所述导电柱22。所述导电柱22的材料包括但不限于金属、陶瓷或玻璃釉。

进一步，所述压力传感器还包括至少一功能器件60。在本具体实施方式中，所述功能器件为信号处理芯片(ASIC芯片)及所述导电线路层的各种元器件。所述功能器件60设置在所述基板20的第二表面20B，并与所述导电线路层电连接，所述传感器芯片30通过所述导电连接块41、所述导电柱22及所述导电线路层与所述功能器件60电连接。所述功能器件60进一步通过导线或者柔性线路板61与外部的引脚电连接，以将电信号传递至处理器。

进一步，所述外壳10包括一固定件101及一铆压支撑垫块102。所述固定件101及所述铆压支撑垫块102扣合形成所述容纳腔11。

所述固定件101包括一第一腔室101A及一延伸段101B，所述测量孔12设置在所述延伸段101B，并与所述第一腔室101A的底部连通。所述基板20置于所述第一腔室101A的底部，所述第一表面20A与所述第一腔室101A的底部接触，所述传感器芯片30暴露于所述测量孔12。在所述基板20的第一表面20A与所述第一腔室101A的底部之间设置有所述密封构件50。进一步，在所述延伸段101B的外壁设置有螺纹结构，以将所述传感器芯片固定在外部结构上。

所述铆压支撑垫块102的第一端设置有一第二腔室102A，第二端设置有至少一引脚102B。所述第一端与所述第二端相对设置。所述第一端设置在所述第一腔室101A内，所述铆压支撑垫块102的第一端与所述基板20的第二表面20B接触，所述功能器件60被密封于所述第二腔室102A内且与所述引脚102B电连接。在制作所述压力传感器时，铆压所述第一腔室101A的侧壁，以使得所述第一腔室101A的侧壁抵压所述第一端的外壁，使所述铆压支撑垫块102的第一端抵压所述基板20的第二表面20B，使所述基板20的第一表面20A与所述第一腔室101A的底面接触，以固定所述基板20。

本实用新型压力传感器可直接接触被测介质，且不需要通过金线传输信号，提高了产品的可靠稳定性，有效的延长了压力传感器的使用寿命，能够保证产品的密封性，实现全温区测量结果的准确性。

本实用新型还提供一种上述的压力传感器的封装方法。图6是本实用新型封装方法的一具体实施方式的步骤示意图。图7A～图7F是本实用新型封装方法的该具体实施方式的工艺流程图。

在本具体实施方式中，所述封装方法包括一在基板400上形成导电柱402的步骤。在本实用新型其他具体实施方式中，也可不形成所述导电柱402，而是形成其他导电结构。形成所述导电柱402的步骤具有包括如下步骤：

请参阅步骤S40及图7A，在所述基板400上形成贯穿所述基板400的过孔401。其中，可采用光刻及刻蚀的方法形成所述过孔401。

请参阅步骤S41及图7B，在所述过孔401中填充导电材料，形成导电柱402。所述导电材料包括但不限于金属、陶瓷或玻璃釉。

形成所述导电柱402后，所述封装方法包括如下步骤：

请参阅步骤S42及图7C，在所述基板400的第一表面400A上涂布形成连接层410。其中，可采用丝网印刷的方法形成所述连接层410，或者采用点胶或者划胶的方法形成所述连接层410。所述连接层410包括密封环411及设置在所述密封环411内的至少一导电连接块412。所述连接层410的图案包括但不限于图4及图5所示的连接层的结构。所述密封环411的材质为密封浆料，所述导电连接块412的材质为导电焊料。在本具体实施方式中，所述导电连接块412对应所述导电柱402并与所述导电柱402连接。

请参阅步骤S43及图7D，将传感器芯片420的电连接端与所述连接层410连接。其中，所述密封环411分别与所述传感器芯片420的电连接端及所述基板400的第一表面400A连接，所述导电连接块412与所述电连接端的焊垫连接。

可选地，在步骤S43之前，还包括一对所述连接层410进行预烧结的步骤。以去除密封浆料及导电焊料中的有机溶剂，便于传感器芯片420的电连接端与所述连接层410的连接。

请参阅步骤S44，固化所述连接层410，以将所述传感器芯片420固定在所述基板400的第一表面400A上。其中，可采用高温固化的方式固化所述连接层410。

进一步，所述封装方法还包括一密封步骤。具体地说，在所述基板400的第一表面400A具有一环槽403，在所述基板400的第一表面400A上涂布形成所述连接层410的步骤还包括：在所述环槽403中涂覆密封料，其中，可采用丝网印刷的方法涂覆所述密封料。进一步，固化所述连接层410的步骤还包括固化所述环槽403中的密封料以形成密封构件404。所述密封构件环绕包围所述测量孔及所述传感器芯片，以密封所述容纳腔。在本实用新型其他具体实施方式中，也可在执行步骤S46之前，在所述环槽403中放置一O型圈，以密封所述容纳腔。

可选地，请参阅步骤S45及图7E，在所述基板400的第二表面400B设置至少一功能器件430及导电线路层(附图中未绘示)。在本具体实施方式中，所述功能器件430通过所述导电线路层440及所述导电柱402与所述传感器芯片420电连接。其中，所述功能器件包括ASIC芯片，ASIC芯片通过SMT工艺连接在基板400上，使ASIC芯片固定。所述导电线路层440包括厚膜电路及密封釉层。形成所述导电线路层的方法为，在基板400的第二表面400B印刷厚膜电路，在厚膜电路上刷上密封釉，使密封釉覆盖厚膜电路。所述密封釉保护基板400上的厚膜电路应用在多种介质中而不受侵蚀。

请参阅步骤S46及图7F，将所述基板400置于所述外壳450的容纳腔内，并密封，所述传感器芯片420与测量孔460对应。在本具体实施方式中，所述外壳包括一固定件451及一铆压支撑垫块452。所述固定件451包括一第一腔室451A及一延伸段451B，所述测量孔460设置在所述延伸段451B，并与所述第一腔室451A的底部连通。所述铆压支撑垫块452的第一端设置有一第二腔室452A，第二端设置有至少一引脚452B。在该步骤中，将所述基板400置于所述第一腔室451A的底部，所述第一表面400A与所述第一腔室451A的底部接触，所述传感器芯片420暴露于所述测量孔460；所述铆压支撑垫块452的第一端设置在所述第一腔室451A内，且所述铆压支撑垫块452的第一端与所述基板400的第二表面400B接触，所述功能器件60被密封于所述第二腔室452A内且与所述引脚101A电连接。在本步骤中，铆压所述第一腔室451A的外侧壁，所述第一腔室451A的内侧壁弯折并挤压所述第一端的外壁，从而使所述铆压支撑垫块452的第一端抵压所述基板400的第二表面400B，所述基板400的第一表面400A与所述第一腔室451A的底面接触，进而固定所述基板400。

本实用新型提供了一种工艺简单的压力传感器的封装方法，以高的性价比实现MEMS压力传感器在恶劣环境及介质中稳定可靠地工作。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种压力传感器，其特征在于，包括：

一外壳，所述外壳具有一容纳腔及一与所述容纳腔连通的测量孔；

一基板，固定设置在所述容纳腔内，所述基板具有相对设置的第一表面及第二表面，所述第一表面朝向所述测量孔；

一传感器芯片，包括相对设置的测量端及电连接端，所述测量端朝向所述测量孔，所述电连接端具有至少一焊垫，所述电连接端通过一连接层固定连接在所述基板的第一表面上，所述连接层包括密封环及设置在所述密封环内的至少一导电连接块，所述导电连接块将所述焊垫与所述基板电连接，所述密封环分别与所述传感器芯片的电连接端及所述基板的第一表面连接。

2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述密封环围成一个间隔区，多个所述焊垫间隔设置在所述间隔区内。

3.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述密封环围成多个间隔区，所述导电连接块分别设置在所述间隔区内。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的压力传感器，其特征在于，所述压力传感器还包括一密封构件，所述密封构件设置在所述基板的第一表面与所述外壳之间，并环绕包围所述测量孔及所述传感器芯片，以密封所述容纳腔。

5.根据权利要求4所述的压力传感器，其特征在于，所述基板的第一表面具有一环槽，所述密封构件设置在所述环槽内。

6.根据权利要求1～3任意一项所述的压力传感器，其特征在于，所述基板内设置有至少一贯穿所述基板的导电柱，所述基板的第二表面上设置有导电线路层，所述导电柱的两端分别与所述导电连接块及所述导电线路层连接。

7.根据权利要求6所述的压力传感器，其特征在于，所述压力传感器还包括至少一功能器件，所述功能器件设置在所述基板的第二表面，并与所述导电线路电连接，所述传感器芯片通过所述导电连接块、所述导电柱及所述导电线路与所述功能器件电连接。

8.根据权利要求7所述的压力传感器，其特征在于，所述外壳包括：

一固定件，包括一第一腔室及一延伸段，所述基板设置在所述第一腔室内，所述测量孔设置在所述延伸段，并与所述第一腔室连通；

一铆压支撑垫块，其第一端设置有一第二腔室，第二端设置有至少一引脚，所述第一端置于所述第一腔室内，且所述第一端抵压所述基板的第二表面，使所述基板的第一表面与所述第一腔室的底面接触，以固定所述基板，所述功能器件被密封于所述第二腔室内且与所述引脚电连接。

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