CN219885674U - 一种防水气压传感器及阵列封装结构 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种防水气压传感器及阵列封装结构，防水气压传感器包括：基板，其设有静电泄放部；围坝，设于基板上；围坝和基板之间设有容置空间；基板包括面向容置空间的内壁；IC芯片，设于基板的内壁上；MEMS传感芯片，设于IC芯片的远离基板的一侧；其中，围坝贯穿设有围坝导电层，静电泄放部和围坝导电层电连接。本申请防水气压传感器的抗ESD干扰效果好，整体工作性能稳定。

Description

一种防水气压传感器及阵列封装结构

技术领域

本申请涉及微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)技术领域，具体涉及一种防水气压传感器及阵列封装结构。

背景技术

防水气压传感器通常包括MEMS传感器芯片以及与之电连接的功能集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)芯片。在防水气压传感器的运输或使用过程中，可能会有环境静电放电(Electro-Static Discharge，ESD)等情况。具有不同静电荷电位的物体由于直接接触或静电感应所引起静电荷的转移就形成了静电放电。尽管静电放电的静电荷总量通常很小，但放电的能量积累在防水气压传感器上很小的一个区域内，很有可能引起传感器功能不良，甚至损坏。

实用新型内容

本申请的目的是提供一种防水气压传感器，提高整体器件的ESD防护能力，增强器件的可靠性。

本申请提供的防水气压传感器，包括：

基板，所述基板上设有静电泄放部；

围坝，所述围坝设于所述基板上；所述围坝和所述基板之间设有容置空间；所述基板包括面向所述容置空间的内壁；

IC芯片，所述IC芯片设于所述基板的内壁上；

MEMS传感芯片，所述MEMS传感芯片设于所述IC芯片的远离所述基板的一侧；

其中，所述围坝贯穿设有围坝导电层，所述静电泄放部和所述围坝导电层电连接。

进一步地，所述静电泄放部的长度大于或者等于所述基板的厚度，所述静电泄放部的长度为所述静电泄放部在所述内壁和所述外壁之间延伸的距离，所述基板的厚度为所述内壁和所述外壁之间的垂直距离。

进一步地，所述围坝导电层和所述静电泄放部通过第一粘结剂电连接。

再进一步地，所述第一粘结剂为锡膏、环氧胶或银胶的任意一种。

进一步地，所述围坝至少贯穿开设一个轴孔，所述围坝导电层设于所述轴孔内。

进一步地，基板还具有外壁，所述外壁与所述内壁相对设置；所述静电泄放部贯穿所述内壁和所述外壁。

再进一步地，所述静电泄放部包括相互连接的第一基板导电部和第二基板导电部，所述第一基板导电部贯穿所述内壁和所述外壁，所述第二基板导电部设于所述外壁；所述第二基板导电部电耦合至外壳地。

进一步地，防水气压传感器还壳体，所述壳体盖设于所述围坝上，所述壳体设有气孔，所述气孔与所述容置空间连通。

进一步地，所述MEMS传感芯片和所述IC芯片电分别耦合至信号地，所述信号地为所述MEMS传感芯片和所述IC芯片通过所述信号地提供参考电位，所述信号地与所述外壳地隔离。

进一步地，所述壳体包括电磁屏蔽层，所述电磁屏蔽层电耦合到外壳地。

进一步地，所述内壁设有凹槽，所述凹槽设于所述围坝和IC芯片之间，所述第一粘结剂的至少部分位于所述凹槽靠近所述围坝的一侧。

再进一步地，所述第一粘结剂的至少部分位于所述凹槽内。

本申请还提供了一种防水气压传感器的阵列封装结构，包括：

基板单元，所述基板单元设有多个静电泄放部；

多个围坝单元，设于所述基板单元上，多个所述围坝单元与所述基板单元形成多个相互分隔的容置空间；

所述基板单元包括面向容置空间的内壁；

多个气压传感组件，分别设于对应的所述容置空间内，所述气压传感组件包括MEMS传感芯片和IC芯片；所述IC芯片设于所述基板单元的内壁上，所述MEMS传感芯片设于所述IC芯片的远离所述基板单元的一侧；

各个所述围坝单元贯穿设有围坝导电层；所述围坝导电层和所述静电泄放部电连接。

进一步地，所述阵列封装结构还包括壳体组件，所述壳体组件盖设于多个所述围坝单元上，所述壳体组件设有多个气孔，多个所述气孔与各所述容置空间对应连通。

进一步地，围坝导电层和静电泄放部通过第一粘结剂实现电连接。

进一步地，所述壳体组件设有电磁屏蔽层，所述电磁屏蔽层电耦合到外壳地。

进一步地，所述基板的内壁设有多个凹槽，多个所述凹槽位于各所述围坝单元和对应所述容置空间内的IC芯片之间，所述第一粘结剂的至少部分位于所述凹槽靠近所述围坝单元的一侧。

与现有技术相比，本申请所取得有益技术效果：

本申请提供的防水气压传感器，围坝导电层和静电泄放部电连接，抗ESD干扰效果好，整体工作性能稳定。

通过采用带有电磁屏蔽层的壳体，进一步增强了屏蔽外界电磁干扰的能力。

本申请提供的防水气压传感器的阵列封装结构,该封装结构形式可用于压力传感器、湿度传感器、化学传感器等多种MEMS微传感器芯片的封装,且不仅抗ESD干扰效果好，还具有能够实现批量整版封装、提高UPH(Unit Per Hour，每小时的产出数量)，且还有体积小、结构简单等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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是本申请第一实施方式提供的防水气压传感器的截面图；

图2是本申请第二实施方式提供的防水气压传感器的截面图；

图3是本申请第三实施方式提供的防水气压传感器的截面图；

图4是本申请第三实施方式提供的防水气压传感器的俯视图；

图5是本申请第三实施方式提供的防水气压传感器未加壳体和基板的截面图；

图6是本申请第四实施方式提供的防水气压传感器的阵列封装结构的截面图；

图7是本申请第四实施方式提供的防水气压传感器的阵列封装结构的俯视图；

图8是本实用阵列封装结构局部排布示意图一；

图9是本实用阵列封装结构局部排布示意图二。

附图标记：

1-基板、2-围坝、3-轴孔、4-防水密封胶、5-第一粘结剂、6-IC芯片、7-MEMS传感芯片、8-第一引线、9-第二引线；10-围坝导电层、11-静电泄放部、12-壳体、13-气孔、14-凹槽、15-第二粘结剂、16-第三粘结剂、17-壳体组件、18-基板单元、19-容置空间、20-围坝单元、101-内壁、102-外壁、1101-第一基板导电部、1102-第二基板导电部。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本申请。在各个附图中,相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见,附图中的各个部分没有按比例绘制。此外,可能未示出某些公知的部分。

应当理解,在描述器件的结构时,实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施方式一：

请参照图1所示，本实施方式提供了一种防水气压传感器，包括：

基板1，以及相对设于基板1上的围坝2；围坝2和基板1共同围成一个容置空间19；

基板1包括面向容置空间19的内壁101和与内壁101相对的外壁102。

防水气压传感器还包括IC芯片6和MEMS传感芯片7；IC芯片6设于基板1的内壁101上，MEMS传感芯片7设于IC芯片6的远离基板1的一侧；

围坝2设有贯穿的围坝导电层10；基板1上与围坝导电层10配合设有静电泄放部11，围坝导电层10和静电泄放部11电连接以提供静电泄放通道。

静电泄放(ESD)，也叫做静电释放，是静电荷从一个物体向另一个物体转移。

本实施例中，在基板1上贯穿设置静电泄放部11，与围坝2中的围坝导电层10电连接，可连接至外壳地，为静电提供泄放通路，起到ESD静电保护的作用，提高了防水气压传感器的可靠性。

外壳地(又称为屏蔽地)，即外壳接大地做保护地。

可选地，静电泄放部11贯穿内壁101和外壁102。

容置空间19内部可填充有覆盖MEMS传感芯片7和IC芯片6的防水密封胶4。防水密封胶4可采用弹性防水胶，弹性防水胶的填充高度应高于MEMS传感芯片7的高度低于围坝2的高度。MEMS传感芯片7为压力感测芯片，其上端面具有感知振膜，弹性防水胶对MEMS传感芯片7和IC芯片6以及第一引线8、第二引线9具有防水保护作用。

在一些实施例中，防水密封胶4还可以包括硬胶和填充在硬胶上方的弹性防水胶，硬胶填充在IC芯片6以及MEMS传感芯片7的四周以及或MEMS传感芯片7上端面以外的容置空间19内。硬胶为环氧基树脂或硅胶系列胶水。

具体实施例中，IC芯片6可以为ASCI芯片，但不限于此类芯片。

MEMS传感芯片7与IC芯片6之间通过第一引线8实现电连接，IC芯片6与基板1之间通过第二引线9实现电连接。第一引线8与第二引线9为金属线并采用引线键合工艺与对应设置的焊盘电连接。

MEMS传感芯片7通过第二粘结剂15与IC芯片6粘结固定，IC芯片6通过第三粘结剂16与基板1粘结固定。

在一些实施例中，进一步地，静电泄放部11的长度大于或者等于基板1的厚度，静电泄放部11的长度为静电泄放部11在内壁101和外壁102之间延伸的距离，基板1的厚度为内壁101和外壁102之间的垂直距离。

静电泄放部11等于基板1的厚度，如静电泄放部11垂直贯穿基板1，且静电泄放部11的上端面和下端面分别与内壁101和外壁102的端面持平。

静电泄放部11的长度大于基板1的厚度，如静电泄放部11与水平方向具有一定地倾斜角度，或者静电泄放部11在内壁101和外壁102之间弯曲延伸等，可进一步增加导电面积，提高ESD防护效果。

具体实施例中，围坝导电层10和静电泄放部11通过第一粘结剂5实现电连接。第一粘结剂5为具有导电性的粘结剂，可以为锡膏、环氧胶或银胶的任意一种。

在一些实施例中，为了增加围坝2和基板1之间粘结度，提高稳定性，可利用具有导电性的第一粘结剂5粘结围坝导电层10和静电泄放部11，同时再利用其他粘结强度更高的绝缘性粘结剂粘结围坝2和基板1上除去电连接部分的其他部分，有助于时提高导电性能的同时增强粘接强度。

在一些实施例中，为了增大静电泄放部11的接地的面积，提高抗ESD干扰效果，静电泄放部11包括相互连接的第一基板导电部1101和第二基板导电部1102，第一基板导电部1101贯穿内壁101和外壁102，第二基板导电部1102设于外壁102。

可选地，第二基板导电部1102电耦合至外壳地，外壳地接地。通过将第二基板导电部1102电耦合至外壳地，将静电干扰通过外壳地消除,对基板1也不会产生干扰。

实施方式二：

请参照图2所示，本实施方式提供了一种防水气压传感器，与实施方式一所提供的一种防水气压传感器的主要区别在于：

防水气压传感器还包括设于容置空间19上方，并与围坝2相抵接的壳体12，壳体12设有与容置空间19连通的气孔13，目的是实现外界和容置空间19内部气压导通。

壳体12的作用包括保护防水密封胶4。需要说明的是，在一些实施例中，为了提高传感器的ESD防护能力，优选地，壳体12可以包括电磁屏蔽层，电磁屏蔽层耦合到外壳地，外壳地接地。

电磁屏蔽层可以是由导电材料形成的线路，也可以是壳体12本身。电磁屏蔽层为壳体12本身是指壳体12自身可导电，例如金属壳体，这种情况下，整个壳体12作为电磁屏蔽层，形成法拉第笼，可以提高抗ESD干扰效果，同时能够屏蔽外界电磁信号干扰。

在一些实施例中，MEMS传感芯片7和IC芯片6电耦合至信号地，信号地为MEMS传感芯片7和IC芯片6提供参考电位，信号地与外壳地隔离，防止信号干扰。

实施方式三：

图3是本申请防水气压传感器第三实施方式的截面图，与实施方式一所提供的一种防水气压传感器的主要区别在于：

基板1的内壁101设有凹槽14，凹槽14位于围坝2和IC芯片6之间，第一粘结剂5的至少部分位于凹槽14靠近围坝2的一侧。

通过设置凹槽14，防止粘结围坝2或者粘结IC芯片6的胶水或锡膏蔓延或互连。

在一些实施例中，多余地第一粘结剂5能够流入凹槽14中，即第一粘结剂5的至少部分位于凹槽14内。

第一粘结剂5实现围坝导电层10和静电泄放部11电连接，通过增加凹槽14，不仅可防止胶水或锡膏蔓延或互连，还增大了导电面积，更加有利于释放静电电荷，提高ESD防护效果。图4是实施方式三未加壳体12和基板1的结构截面图。

图5是俯视图。从图4、图5可以清楚地看出，围坝2设置于凹槽14地外侧，围坝2上设置至少一个轴孔3，轴孔3中设置围坝导电层10。

具体实施例中，围坝2上至少贯穿开设一个轴孔3，围坝导电层10设于轴孔3内。

为了增加屏蔽干扰信号的能力，在一些实施例中，围坝2上贯穿开设多个轴孔3。多个轴孔3内均设置围坝导电层10，基板1上与各轴孔3的对应位置设静电泄放部11，将各个围坝导电层与对应的静电泄放部之间完成电连接。

在一些实施例中，静电泄放部11可以为贯穿基板1的导电过孔，在过孔孔壁上涂覆有金属(如铜等)实现导电功能；或者，静电泄放部11也可以设置为贯穿基板1的内壁101和外壁102的金属导电柱等。

实施方式四：

请参照图6，一种防水气压传感器的阵列封装结构，包括：

基板单元18；

多个围坝单元20，设于基板单元18上，多个围坝单元20与基板单元18形成多个相互分隔的容置空间19；

基板单元18包括面向容置空间19的内壁101和与内壁101相对的外壁102；

多个气压传感组件，分别设于对应的容置空间19内，气压传感组件包括MEMS传感芯片7和IC芯片6；IC芯片6设于基板单元18的内壁101上，MEMS传感芯片7设于IC芯片6的远离基板单元18的一侧；容置空间19内部填充有覆盖MEMS传感芯片7和IC芯片6的防水密封胶4；

围坝单元20设有贯穿的围坝导电层10；基板单元18上与围坝导电层10配合设有贯穿内壁101和外壁102的静电泄放部11，围坝导电层10和静电泄放部11电连接以提供静电泄放通道。

在一些实施例中，阵列封装结构还包括壳体组件17，所述壳体组件17盖设于多个所述围坝单元20上，所述壳体组件17设有多个气孔13，多个所述气孔13与各所述容置空间19对应连通。

进一步地，静电泄放部11的长度大于或者等于基板1的厚度，静电泄放部11的长度为静电泄放部11在内壁101和外壁102之间延伸的距离，基板1的厚度为内壁101和外壁102之间的垂直距离。

可选地，围坝导电层10和静电泄放部11通过第一粘结剂5实现电连接。

本申请防水气压传感器的抗ESD干扰效果好，整体工作性能稳定；通过采用设有电磁屏蔽层的壳体12，进一步增强了屏蔽外界电磁干扰的能力。

为了便于理解封装结构，请参照图8、图9。如图8所示，在基板单元18上面向容置空间19的内壁101上设置多个气压传感组件，气压传感组件包括MEMS传感芯片7和IC芯片6。内壁101上可设置焊盘，用于电连接MEMS传感芯片7和IC芯片6。

优选地，焊盘是通过采用淀积、光刻、反应离子刻蚀等工艺制作而成。

在一些具体实施例中，基板单元18为PCB板，每个气压传感组件与PCB板电连接。

然而本申请实施例并不限于此，本领域技术人员可以根据需要对基板单元18的构成以及气压传感组件的电连接方式进行其他设置。

图9示出贴装好围坝单元20后的封装结构，围坝单元20能够支撑壳体组件17、形成容置空间19容纳防水胶，保护气压传感组件和其他组件。

在图9示出的封装结构上，贴张壳体组件17后获得如图7所示的封装结构。壳体组件17能够保护防水密封胶4，进一步地，可包括电磁屏蔽层用于ESD防护。

壳体组件17上设置的与容置空间19对应连通的多个气孔13，用于实现外界和容置空间19内的气压导通。

在一些实施例中，基板单元18的内壁101设有凹槽14，凹槽14位于各围坝单元20和对应容置空间19内的IC芯片6之间，第一粘结剂5的至少部分位于凹槽14靠近围坝单元20的一侧。

通过凹槽14，可防止粘结围坝单元20或者粘结气压传感组件的胶水或锡膏蔓延或互连，还增大了静电泄放通道的导电面积，更加有利于释放静电电荷，提高ESD防护效果。

可以理解的是，本申请提供的防水气压传感器的封装结构，经过切割后得到各个防水气压传感器。

本申请提供的防水气压传感器的封装结构,该封装结构形式可用于压力传感器、湿度传感器、化学传感器等多种MEMS微传感器芯片的封装,且封装结构具有能够实现批量整版封装、提高UPH(Unit Per Hour，每小时的产出数量)，且还有体积小、结构简单等优点。

综上所述,以上仅为本申请的较佳实施例而已,不应以此限制本申请的范围,即凡是依本申请权利要求书及申请说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应仍属本申请专利涵盖的范围内。

Claims (18)

1.一种防水气压传感器，其特征在于，包括：

基板(1)，所述基板(1)设有静电泄放部(11)；

围坝(2)，所述围坝(2)设于所述基板(1)上；所述围坝(2)和所述基板(1)之间设有容置空间(19)；所述基板(1)具有朝向所述容置空间(19)的内壁(101)；

IC芯片(6)，所述IC芯片(6)设于所述基板(1)的内壁(101)上；

MEMS传感芯片(7)，所述MEMS传感芯片(7)设于所述IC芯片(6)的远离所述基板(1)的一侧；

其中，所述围坝(2)贯穿设有围坝导电层(10)，所述静电泄放部(11)和所述围坝导电层(10)电连接。

2.根据权利要求1所述的防水气压传感器，其特征在于，所述静电泄放部(11)的长度大于或者等于所述基板(1)的厚度。

3.根据权利要求1所述的防水气压传感器，其特征在于，所述围坝导电层(10)和所述静电泄放部(11)通过第一粘结剂(5)电连接。

4.根据权利要求3所述的防水气压传感器，其特征在于，所述第一粘结剂(5)为锡膏、环氧胶或银胶中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的防水气压传感器，其特征在于，所述围坝(2)至少贯穿开设一个轴孔(3)，所述围坝导电层(10)设于所述轴孔(3)内。

6.根据权利要求1所述的防水气压传感器，其特征在于，所述基板(1)具有外壁(102)，所述外壁(102)与所述内壁(101)相对设置；所述静电泄放部(11)贯穿所述内壁(101)和所述外壁(102)。

7.根据权利要求6所述的防水气压传感器，其特征在于，所述静电泄放部(11)包括相互连接的第一基板导电部(1101)和第二基板导电部(1102)，所述第一基板导电部(1101)贯穿所述内壁(101)和所述外壁(102)，所述第二基板导电部(1102)设于所述外壁(102)，所述第二基板导电部(1102)电耦合至外壳地。

8.根据权利要求7所述的防水气压传感器，其特征在于，所述MEMS传感芯片(7)和所述IC芯片(6)分别电耦合至信号地，所述MEMS传感芯片(7)和所述IC芯片(6)通过所述信号地提供参考电位；所述信号地与所述外壳地隔离。

9.根据权利要求1所述的防水气压传感器，其特征在于，所述防水气压传感器还包括壳体(12)，所述壳体(12)盖设于所述围坝(2)上，所述壳体(12)设有气孔(13)，所述气孔(13)与所述容置空间(19)连通。

10.根据权利要求9所述的防水气压传感器，其特征在于，所述壳体(12)包括电磁屏蔽层，所述电磁屏蔽层电耦合到外壳地。

11.根据权利要求3所述的防水气压传感器，其特征在于，所述内壁(101)设有凹槽(14)，所述凹槽(14)设于所述围坝(2)和IC芯片(6)之间，所述第一粘结剂(5)的至少部分位于所述凹槽(14)靠近所述围坝(2)的一侧。

12.根据权利要求11所述的防水气压传感器，其特征在于，所述第一粘结剂(5)的至少部分位于所述凹槽(14)内。

13.根据权利要求1所述的防水气压传感器，其特征在于，所述容置空间(19)内部填充有覆盖所述IC芯片(6)和MEMS传感芯片(7)的防水密封胶(4)。

14.一种防水气压传感器的阵列封装结构，其特征在于，包括：

基板单元(18)；所述基板单元(18)上设有多个静电泄放部(11)；

多个围坝单元(20)，设于所述基板单元(18)上，多个所述围坝单元(20)与所述基板单元(18)之间设有多个相互分隔的容置空间(19)；

所述基板单元(18)包括面向容置空间(19)的内壁(101)；

多个气压传感组件，分别设于对应的所述容置空间(19)内，所述气压传感组件包括IC芯片(6)和MEMS传感芯片(7)；所述IC芯片(6)设于所述基板单元(18)的内壁(101)上，所述MEMS传感芯片(7)设于所述IC芯片(6)的远离所述基板单元(18)的一侧；

各个所述围坝单元(20)贯穿设有围坝导电层(10)；所述围坝导电层(10)和所述静电泄放部(11)电连接。

15.根据权利要求14所述阵列封装结构，其特征在于，所述围坝导电层(10)和所述静电泄放部(11)通过第一粘结剂(5)实现电连接。

16.根据权利要求15所述阵列封装结构，其特征在于，所述基板单元(18)的内壁(101)设有多个凹槽(14)，多个所述凹槽(14)设于各所述围坝单元(20)和对应所述容置空间(19)内的IC芯片(6)之间，所述第一粘结剂(5)的至少部分位于所述凹槽(14)靠近所述围坝单元(20)的一侧。

17.根据权利要求14所述阵列封装结构，其特征在于，所述阵列封装结构还包括壳体组件(17)，所述壳体组件(17)盖设于多个所述围坝单元(20)上，所述壳体组件(17)设有多个气孔(13)，多个所述气孔(13)与各所述容置空间(19)对应连通。

18.根据权利要求17所述阵列封装结构，其特征在于，所述壳体组件(17)设有电磁屏蔽层，所述电磁屏蔽层电耦合到外壳地。