CN216386066U - 一种自带温度补偿的压力传感器芯片的封装结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自带温度补偿的压力传感器芯片的封装结构，PCB板上设有调理电路芯片，调理电路芯片通过粘接胶层粘接有温度补偿MEMS压力芯片，所述温度补偿MEMS压力芯片包括电桥电阻、温度补偿电阻，温度补偿电阻与电桥电阻在同一片晶圆上，由温度敏感材料以同批材料特性、同样的流片工艺制程中采用MEMS压力传感器压力薄膜上制作而成；温度补偿MEMS压力芯片、调理电路芯片外围的PCB板上设有金属防护体，金属防护体内设有密封用的防水胶层。本实用新型的封装结构中温度补偿MEMS压力芯片的温度补偿电阻具有与惠斯通电桥的同等温度系数，采集到压力值与温度值时输出时序近似相等，从而提升了MEMS压力传感器的精度。

Description

一种自带温度补偿的压力传感器芯片的封装结构

技术领域

本实用新型属于压力传感器技术领域，具体是涉及一种自带温度补偿的压力传感器芯片的封装结构。

背景技术

目前市面上压阻传感器是采用惠斯通电桥为基础，在半导体硅片上刻蚀腔体以形成膜片，在膜片上制作具有压力感应的电桥，当膜片受外界压力时发生形变，对感应电桥产生压电效应，这种压电效应具有比较线性的输出。现有技术中，该压电效应在不同温度下的输出线性的补偿电路缺少或者补偿电路与惠斯通电桥温度采集信号的同步性差，导致当前MEMS压力传感器存在不同温度下的精度问题和响应度不同步的问题。本实用新型申请为了解决该压电效应在不同温度下的输出线性的补偿电路，达到与惠斯通电桥几乎同步的温度采集信号，以作为后段对该压力传感器的温压补偿的关键数据输出依据和计算，弥补当前MEMS压力传感器的不同温度的精度问题和响应度的影响。本实用新型所制作的产品可应用于人工智能、智能装备、机器人、无人机、汽车等对快速响应及反馈有要求的领域，解决过去传统的压力传感器在补偿调校时因温度迟滞所带来出厂时采集原始数据的不稳定和不准确性而导致整体精度不准确的一大难题，同时解决了传感器生产厂家在传感器调校时等待温度稳定过程的时间浪费，加快产品的制作周期，提升了生产效率，降低了生产成本。

发明内容

本实用新型的目的在于针对上述问题，提供一种自带温度补偿的压力传感器芯片的封装结构，通过在同一片晶圆上，以同批材料特性、同样的流片工艺制程中采用MEMS压力传感器压力薄膜上制作具有温度特性的铂金材料温度感应电阻，实现基础原始准确的信号同步采集，从而达到MEMS压力传感器的精度提升，响应度增快时也不损失更多的由温度迟滞所带来的压力测量精度。

本实用新型的技术方案是这样实现的。

一种自带温度补偿的压力传感器芯片的封装结构，包括PCB板，所述PCB板上设有调理电路芯片，其特征在于：所述调理电路芯片通过粘接胶层粘接有温度补偿MEMS压力芯片，所述温度补偿MEMS压力芯片包括电桥电阻、温度补偿电阻，所述温度补偿电阻与电桥电阻在同一片晶圆上，由温度敏感材料以同批材料特性、同样的流片工艺制程中采用MEMS压力传感器压力薄膜上制作而成；所述调理电路芯片与PCB板之间，温度补偿MEMS压力芯片与调理电路芯片之间，分别通过金线形成电性连接；所述温度补偿MEMS压力芯片、调理电路芯片外围的PCB板上设有金属防护体，金属防护体内设有密封温度补偿MEMS压力芯片、调理电路芯片的防水胶层。

进一步地，所述的温度敏感材料为铂金材料。

进一步地，所述的调理电路芯片型号为NSA2300，温度补偿电阻的一端与输入电源正极相连，另一端与调理电路芯片的外部参考温度输入端相连。

进一步地，所述粘接胶层为弹性微珠与硅胶混合体，弹性微珠采用10～50um直径的石英基材，有效地对温度补偿MEMS压力芯片的硅传感器基底与底部支撑进行隔离及材料本身受热应力影响较小。

进一步地，所述自带温度补偿的压力传感器芯片的封装结构的外部尺寸长宽高为3.4 mm *3.4 mm *2.6mm。

进一步地，所述温度补偿MEMS压力芯片的每个电桥电阻阻值为5.6kΩ，温度补偿电阻阻值为5.3kΩ。

其技术原理是：温度补偿MEMS压力芯片由热效应的温度敏感材料（比如铂金属材料）通过微机电工艺制作而成，温度补偿电阻与压力芯片的惠斯通电桥在同一硅材上，具有与惠斯通电桥的同等温度系数，当采集到压力值与温度值的时候，它们的输出时序是近似相等的，不存在有时差的现象，此时我们将所采集到的压力输出时的温度作为温度补偿的依据，同理，在调校时采集三个或更多点的温度时的不同压力点作为温度及压力校准，将所有系数通过内部设定的计算修正公式里，所得到和表现的即为同步温度与压力实时测量值。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的封装结构中温度补偿MEMS压力芯片的温度补偿电阻与电桥电阻在同一片晶圆上，由温度敏感材料以同批材料特性、同样的流片工艺制程中采用MEMS压力传感器压力薄膜上制作而成，具有与惠斯通电桥的同等温度系数，当采集到压力值与温度值的时候，它们的输出时序是近似相等的，不存在有时差的现象，从而达到MEMS压力传感器的精度提升，响应度增快时也不损失更多的由温度迟滞所带来的压力测量精度。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为图2的局部放大图。

图4为本实用新型的电路结构图。

在图中，1、PCB板，2、调理电路芯片，3、温度补偿MEMS压力芯片，4、金线，5、粘接胶层，6、金属防护体，7、防水胶层，31、电桥电阻，32、温度补偿电阻。

具体实施方式

下面通过实施例以及说明书附图对本实用新型的技术方案做进一步地详细说明。

如图1-4所示，本实用新型的一种自带温度补偿的压力传感器芯片的封装结构，包括PCB板1，长宽高尺寸为3.4 mm *3.4 mm *1.0mm，所述PCB板1上设有型号为NSA2300的调理电路芯片2，所述调理电路芯片2通过粘接胶层5粘接有温度补偿MEMS压力芯片3，所述温度补偿MEMS压力芯片3包括电桥电阻31、温度补偿电阻32，所述温度补偿电阻32与电桥电阻31在同一片晶圆上，是由铂金材料以同批材料特性、同样的流片工艺制程中采用MEMS压力传感器压力薄膜上制作而成的温度感应电阻，温度补偿电阻32的一端与输入电源正极相连，另一端与调理电路芯片2的外部参考温度输入端相连；所述调理电路芯片2与PCB板1之间，温度补偿MEMS压力芯片3与调理电路芯片2之间，分别通过金线4形成电性连接；所述温度补偿MEMS压力芯片3、调理电路芯片2外围的PCB板1上设有金属防护体6，金属防护体6内设有密封温度补偿MEMS压力芯片3、调理电路芯片2的防水胶层7，金属防护体6的高度为1.6mm，防水胶层7的厚度略小于金属防护体6的高度。

所述粘接胶层5为弹性微珠与硅胶混合体，弹性微珠采用10-50um直径的硅基材，有效的对温度补偿MEMS压力芯片3的硅传感器基底与底部支撑进行隔离。

所述温度补偿MEMS压力芯片的4个电桥电阻阻值均为5.6kΩ，温度补偿电阻阻值为5.3kΩ。

温度补偿MEMS压力芯片3由热效应的温度敏感材料（比如铂金属材料）通过微机电工艺制作而成，温度补偿电阻32与压力芯片的惠斯通电桥在同一硅材上，具有与惠斯通电桥的同等温度系数，当采集到压力值与温度值的时候，它们的输出时序是近似相等的，不存在有时差的现象，此时我们将所采集到的压力输出时的温度作为温度补偿的依据，同理，在调校时采集三个或更多点的温度时的不同压力点作为温度及压力校准，将所有系数通过内部设定的计算修正公式里，所得到和表现的即为同步温度与压力实时测量值。因此，本实用新型的封装结构，提升了MEMS压力传感器的精度，解决了当前MEMS压力传感器存在不同温度下的精度问题和响应度不同步的问题。如图4所示，本实用新型采用温度补偿MEMS压力芯片3中的温度补偿电阻32（电阻R5）输入到调理电路芯片2的外部参考温度端口，而现有技术中，调理电路芯片2一般从温度偏差量端口连接温度补偿电路，或者选择内置温度传感器作为输入，温度补偿电路与压力传感器芯片不在同一电路芯片，因而不能同步，造成误差大。

以上所述是本实用新型的优选实施例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，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，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种自带温度补偿的压力传感器芯片的封装结构，包括PCB板，所述PCB板上设有调理电路芯片，其特征在于：所述调理电路芯片通过粘接胶层粘接有温度补偿MEMS压力芯片，所述温度补偿MEMS压力芯片包括电桥电阻、温度补偿电阻，所述温度补偿电阻与电桥电阻在同一片晶圆上，由温度敏感材料以同批材料特性、同样的流片工艺制程中采用MEMS压力传感器压力薄膜上制作而成；所述调理电路芯片与PCB板之间，温度补偿MEMS压力芯片与调理电路芯片之间，分别通过金线形成电性连接；所述温度补偿MEMS压力芯片、调理电路芯片外围的PCB板上设有金属防护体，金属防护体内设有密封温度补偿MEMS压力芯片、调理电路芯片的防水胶层。

2.根据权利要求1所述的自带温度补偿的压力传感器芯片的封装结构，其特征在于：所述的温度敏感材料为铂金材料。

3.根据权利要求1所述的自带温度补偿的压力传感器芯片的封装结构，其特征在于：所述的调理电路芯片型号为NSA2300，温度补偿电阻的一端与输入电源正极相连，另一端与调理电路芯片的外部参考温度输入端相连。

4.根据权利要求1所述的自带温度补偿的压力传感器芯片的封装结构，其特征在于：所述粘接胶层为弹性微珠与硅胶混合体，弹性微珠采用10～50um直径的硅基材。

5.根据权利要求1所述的自带温度补偿的压力传感器芯片的封装结构，其特征在于：其外部尺寸长宽高为3.4 mm *3.4 mm *2.6mm。

6.根据权利要求1所述的自带温度补偿的压力传感器芯片的封装结构，其特征在于：所述温度补偿MEMS压力芯片的每个电桥电阻阻值为5.6kΩ，温度补偿电阻阻值为5.3kΩ。

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