TWI742603B - 一種具有空腔的感測器 - Google Patents
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Abstract
一種具有空腔的感測器,包含一基板、一腔體、一感測元件及一多孔凝膠材料,該腔體設置於該基板上且具有一腔壁以及一形成於該腔壁內的內部空間,該感測元件設置於該腔壁上,以及該多孔凝膠材料設置於該基板和該腔體之間,其中,該多孔凝膠材料具有一不低於80%的孔隙率,使該腔體的該內部空間和外界形成氣體連通,藉此形成氣體進出的通道、以平衡該具有空腔的感測器內的壓力,並增加該具有空腔的感測器的支撐性,降低習用使用固晶膠結合感測元件與基板之間的風險。
Description
本發明關於一種感測器,尤指一種設置有多孔凝膠材料且具有空腔的感測器。
感測器泛指根據物性、化性或環境中的變化而輸出訊號的元件,如電阻式感測器、壓電式感測器、熱電式感測器、電化學式感測器、微波式感測器等,而在前述感測器中,基於感測原理上的考量,有部分的感測器需要形成空腔結構。
如美國發明公告專利第US9,804,046號所揭示一種壓力感測器,包含一由模製料形成的空腔、一設置於該空腔內的控制管芯、以及一設置於該控制管芯上的壓力傳感器管芯,透過一絲焊相互連接該控制管芯以及該壓力傳感器管芯,且再透過一黏合劑進行點膠將該些管芯等元件黏著於一承載基板上。
或如美國發明公開專利第US2019/0336099A1號,揭示一種超聲裝置,包括一超聲換能器以及一進入孔,該超聲換能器包括一基底、一膜,其中該基底和該膜被設置為之間形成一密封腔,該進入孔穿過該膜,且該進入孔被構造成提供進入該密封腔的一通路。
以上述具備空腔結構的感測器來說,通常會利用一黏合劑使該空腔結構固定在一承載基板上,以便後續的封裝製程,實務上,該黏合劑通常採用一固晶膠。然而,於使用該黏合劑進行固定時,容易因該黏合劑的膠點太多而使該空腔結構形成密閉,進而容易在操作的過程中造成感測器發生破損;另一方面,若該黏合劑的膠點太少,則容易造成接合面的脫落。
本發明的主要目的在於解決習用具有空腔的感測器,因黏合劑的使用而容易造成感測器破損或脫落的問題。
為達上述目的,本發明提供一種具有空腔的感測器,包含一基板、一腔體、一感測元件以及一多孔凝膠材料。該腔體設置於該基板上且具有一腔壁以及一形成於該腔壁內的內部空間,該感測元件設置於該腔壁上,以及該多孔凝膠材料設置於該基板和該腔體之間,該多孔凝膠材料具有一不低於80%的孔隙率,使該腔體的該內部空間和外界形成氣體連通。
為達上述目的,本發明還提供另一種具有空腔的感測器,包含一基板、一腔體、一感測元件以及一多孔凝膠材料。該腔體設置於該基板上且具有一腔壁以及一形成於該腔壁內的內部空間,該感測元件設置於該腔體的一頂壁,以及該多孔凝膠材料,至少部分地設置於該內部空間之中。又,該多孔凝膠材料具有一被該腔壁包覆而未暴露於外界的第一表面以及一未被該腔壁包覆而暴露於外界的第二表面,其中,該多孔凝膠材料具有一不低於80%的孔隙率,使該腔體的該內部空間經由該第二表面和外界形成氣體連通。
藉此,本發明將該多孔凝膠類材料整合於該感測器中,並作為氣體和外界之間的通道,如此一來,由於氣體可以在該內部空間與外界之間進出,達到平衡該內部空間與外界之間氣壓,使得黏合劑的膠點可以充分地設置,以在不犧牲接合度的情況下仍能滿足感測功能的完整性。此外,本發明更可透過該多孔凝膠類材料填補腔體,以讓該腔體具備支撐性而不易破損,且更能維持該內部空間降低熱散失的功能。
有關本發明的詳細說明及技術內容,現就配合圖式說明如下:
請參閱『圖1』,本發明提供一種具有空腔的感測器,包含一基板10、一腔體20、一感測元件30、一多孔凝膠材料40以及一接著層50。在本發明中,該具有空腔的感測器可為任何具有一空腔結構的感測器,根據不同的使用需求,該具有空腔的感測器可以選擇為溫度感測器、氣體感測器、壓力感測器、胎壓計、麥克風等。在本發明中,該基板10的材料可以是金屬、玻璃、陶瓷、高分子或上述的複合材料,舉例來說,該基板10可以採矽晶圓、塑膠、印刷電路板(Printed circuit board,PCB)、玻璃纖維板、二氧化矽(SiO2)、或光阻等。
該腔體20設置於該基板10上,該腔體20包含一腔壁21以及一內部空間22,該內部空間22形成於該腔壁21內,該腔壁21包含一側壁211以及一設置於該側壁211上的頂壁212,該感測元件30設置該頂壁212上,在本實施例中,該側壁211採用一矽材料,該頂壁212採用一絕緣材料。該多孔凝膠材料40設置於該基板10和該腔體20之間,該多孔凝膠材料40具有ㄧ介於500m
2/g至1200m
2/g之間的比表面積、一大於80%的孔隙率。在一實施例中,該孔隙率介於88%至99.8%之間,該多孔凝膠材料40具有一介於0.01 g/cm
3至0.2 g/cm
3之間的密度,以及一低於0.035 W/m-K的熱傳導值。該多孔凝膠材料40可為一矽基材料或一疏水材料,其中,該矽基材料選自於矽氧烷化合物、水玻璃與矽酸鈉等矽基化合物所組成的群組,舉例來說,該多孔凝膠材料40包括一矽基化合物以及一和該矽基化合物混合的添加物,該添加物擇自於單層奈米碳管、多層奈米碳管、多層石墨烯及其組合所組成的群組。藉此,利用該多孔凝膠材料40的多孔性,氣體容易通過該腔體20的該內部空間22,而在該內部空間22和外界60之間進出流通,以此平衡該具有空腔的感測器內部的氣壓。
該接著層50包括一第一接著層51以及一第二接著層52,該第一接著層51接著於該多孔凝膠材料40和該基板10之間,該第二接著層52接著於該腔體20以及該多孔凝膠材料40之間,且該多孔凝膠材料40以及該接著層50分別可為層狀或環狀等不同結構形式。其中,該接著層50係選自貼合膠帶、貼合膜、晶圓黏結薄膜、晶片黏結薄膜(Die Attach Film)、FOD(Fingerprint On Display)膜、FOW(Film Over Wire)膜、固晶膠或其他黏貼材料。
『圖1』至『圖3』為本發明第一實施例的不同態樣,而『圖4』至『圖6』為本發明第二實施例的不同態樣。
如『圖1』所示,於本發明第一實施例的第一態樣,該多孔凝膠材料40成形為一層狀或一片狀,該層狀從該腔體20的該側壁211的一側端延伸至另一側端;該第一接著層51也成形為一層狀或片狀,該層狀從該腔體20的該側壁211的一側端延伸至另一側端,換言之,該多孔凝膠材料40和該第一接著層51的在XY平面上的二維幾何形狀相對應;該第二接著層52設置於該多孔凝膠材料40和該側壁211之間並對應該側壁211成形為一環狀,該第二接著層52和該側壁211在XY平面上的二維幾何形狀相對應。氣體可如『圖1』的箭頭所示離開或進入該腔體20內。
如『圖2』所示,於本發明第一實施例的第二態樣,該多孔凝膠材料40、該第一接著層51均成形為一層狀或一片狀且和該基板10在XY平面上的二維幾何形狀相對應;該第二接著層52設置於該多孔凝膠材料40和該側壁211之間並對應該側壁211成形為一環狀,該第二接著層52和該側壁211在XY平面上的二維幾何形狀相對應。氣體可如『圖2』的箭頭所示離開或進入該腔體20內。
如『圖3』所示,於本發明第一實施例的第三態樣,該多孔凝膠材料40、該第一接著層51、該第二接著層52均成形為一環狀且和該側壁211在XY平面上的二維幾何形狀相對應。氣體可如『圖3』的箭頭所示離開或進入該腔體20內。
如『圖4』所示,於本發明第二實施例的第一態樣,該多孔凝膠材料40包括一第一部分41以及一第二部分42,該第一部分41設置於該內部空間22,該第二部分42設置於該基板10和該腔體20之間,該第一部分41具有一第一表面411,該第二部分42具有一第二表面421,該第一表面411被包覆而未暴露於外界60,該第二表面421未被包覆而暴露於外界60。在本實施例中,該多孔凝膠材料40的該第二部分42成形為一層狀或一片狀,該層狀從該腔體20的該側壁211的一側端延伸至另一側端;該第一接著層51也成形為一層狀或一片狀,該層狀從該腔體20的該側壁211的一側端延伸至另一側端,換言之,該多孔凝膠材料40的該第二部分42和該第一接著層51的在XY平面上的二維幾何形狀相對應;該第二接著層52設置於該多孔凝膠材料40的該第二部分42和該側壁211之間並對應該側壁211成形為一環狀,該第二接著層52和該側壁211在XY平面上的二維幾何形狀相對應。本實施例中,該第一部分41的該第一表面411被該側壁211、該頂壁212、該第二接著層52以及該第二部分42包覆而沒有直接和外界60連通,該第二部分42的該第二表面421(即外側面)未被包覆,該第一部分41和該第二部分42相連接而供氣體可如『圖4』的箭頭所示離開或進入該腔體20內。
如『圖5』所示,於本發明第二實施例的第二態樣,該多孔凝膠材料40的該第二部分42、該第一接著層51均成形為一層狀或一片狀且和該基板10在XY平面上的二維幾何形狀相對應;該第二接著層52設置於該多孔凝膠材料40的該第一部分41和該側壁211之間並對應該側壁211成形為一環狀,該第一接著層51和該側壁211在XY平面上的二維幾何形狀相對應。氣體可如『圖5』的箭頭所示離開或進入該腔體20內。
如『圖6』所示,於本發明第二實施例的第三態樣,該多孔凝膠材料40設置於該內部空間22,該多孔凝膠材料40的一高度h1大於該側壁211的一高度h2,使得該多孔凝膠材料40形成有一被包覆而未暴露於外界60的第一表面411以及一未被包覆而暴露於外界60的第二表面421,該接著層50設置於該多孔凝膠材料40和該基板10之間以固定該多孔凝膠材料40。氣體可如『圖6』的箭頭所示離開或進入該腔體20內。
本發明利用該多孔凝膠類材料在該感測器中,如此一來,由於氣體可以在該內部空間與外界之間進出,達到平衡該內部空間與外界之間氣壓,使得黏合劑的膠點可以充分地設置,以在不犧牲接合度的情況下仍能滿足感測功能的完整性。此外,本發明更可透過該多孔凝膠類材料填補腔體,以讓該腔體具備支撐性而不易破損,且更能維持該內部空間降低熱散失的功能。
10:基板
20:腔體
21:腔壁
211:側壁
212:頂壁
22:內部空間
30:感測元件
40:多孔凝膠材料
41:第一部分
411:第一表面
42:第二部分
421:第二表面
50:接著層
51:第一接著層
52:第二接著層
60:外界
『圖1』,本發明第一實施例的第一態樣的結構剖視示意圖。
『圖2』,本發明第一實施例的第二態樣的結構剖視示意圖。
『圖3』,本發明第一實施例的第三態樣的結構剖視示意圖。
『圖4』,本發明第二實施例的第一態樣的結構剖視示意圖。
『圖5』,本發明第二實施例的第二態樣的結構剖視示意圖。
『圖6』,本發明第二實施例的第三態樣的結構剖視示意圖。
10:基板
20:腔體
21:腔壁
211:側壁
212:頂壁
22:內部空間
30:感測元件
40:多孔凝膠材料
50:接著層
51:第一接著層
52:第二接著層
60:外界
Claims (10)
- 一種具有空腔的感測器,包含:一基板;一腔體,設置於該基板上且具有一腔壁以及一形成於該腔壁內的內部空間;一感測元件,設置於該腔壁上;以及一多孔凝膠材料,設置於該基板和該腔體之間,其中,該多孔凝膠材料具有一不低於80%的孔隙率,使該腔體的該內部空間和外界形成氣體連通。
- 如請求項1所述的具有空腔的感測器,其中該腔壁包括一側壁以及一設置於該側壁上的頂壁。
- 如請求項2所述的具有空腔的感測器,其中還包括一設置於該基板和該多孔凝膠材料之間的第一接著層以及一設置於該多孔凝膠材料和該側壁之間的第二接著層。
- 如請求項2所述的具有空腔的感測器,其中該多孔凝膠材料係成形為一從該腔體的該側壁的一底端延伸至另一端的層狀。
- 如請求項2所述的具有空腔的感測器,其中該多孔凝膠材料係成形為一對應該腔體的該側壁的環狀。
- 一種具有空腔的感測器,包含:一基板;一腔體,設置於該基板上且具有一腔壁以及一形成於該腔壁內的內部空間;一感測元件,設置於該腔體的一頂壁;以及一多孔凝膠材料,設置於該基板和該腔體之間,該多孔凝膠材料至少部分地設置於該內部空間之中,該多孔凝膠材料具有一被該腔壁包覆而未暴露於外界的第一表面以及一未被該腔壁包覆而暴露於外界的第二表面,其中,該多孔 凝膠材料具有一不低於80%的孔隙率,使該腔體的該內部空間經由該第二表面和外界形成氣體連通。
- 如請求項6所述的具有空腔的感測器,其中還包括一設置於該基板和該多孔凝膠材料之間的第一接著層。
- 如請求項6所述的具有空腔的感測器,其中還包括一設置於該多孔凝膠材料和該側壁之間的第二接著層。
- 如請求項1或6所述的具有空腔的感測器,其中該多孔凝膠材料具有一介於500m2/g至1200m2/g之間的比表面積與一介於0.01g/cm3至0.2g/cm3之間的密度。
- 如請求項1或6所述的具有空腔的感測器,其中該多孔凝膠材料包括一矽基化合物以及一和該矽基化合物混合的添加物,該添加物擇自於單層奈米碳管、多層奈米碳管、多層石墨烯及其組合所組成的群組。
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