WO2023185372A1 - 组合传感器封装结构及封装方法 - Google Patents

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waterproof
substrate
packaging structure
sensor
combined sensor
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王超
李向光
田峻瑜
庞丹
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青岛歌尔智能传感器有限公司
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    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/02—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems containing distinct electrical or optical devices of particular relevance for their function, e.g. microelectro-mechanical systems [MEMS]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/0032—Packages or encapsulation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00261—Processes for packaging MEMS devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/02—Sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/02—Sensors
    • B81B2201/0264—Pressure sensors

Definitions

  • the present application relates to the field of sensor technology, and more specifically, to a combined sensor packaging structure and packaging method.
  • the purpose of this application is to provide a combined sensor packaging structure and packaging method to solve the problems of existing waterproof sensors with large application limitations, complex product packaging processes, low efficiency, and high packaging costs.
  • the combined sensor packaging structure includes: a substrate, a substrate arranged on the substrate and connected with the substrate.
  • the board forms the shell of the packaging structure, the sensor group fixed on the substrate and contained in the packaging structure; wherein, a waterproof and breathable film is provided at the open end of the packaging structure through mucous membrane glue sealing; the sensor group is waterproof, breathable and waterproof through the waterproof breathable film.
  • Signal Acquisition includes: a substrate, a substrate arranged on the substrate and connected with the substrate.
  • the board forms the shell of the packaging structure, the sensor group fixed on the substrate and contained in the packaging structure; wherein, a waterproof and breathable film is provided at the open end of the packaging structure through mucous membrane glue sealing; the sensor group is waterproof, breathable and waterproof through the waterproof breathable film.
  • the waterproof and breathable membrane includes ePTFE membrane, PTFE membrane or TPU membrane.
  • the sensor group includes a pressure sensor and a gas sensor.
  • the air pressure sensor includes a first ASIC chip fixed on the substrate and a first MEMS chip arranged on the first ASIC chip; the first ASIC chip is connected to the substrate through a conductive line, and the first MEMS The chip is connected to the first ASIC chip through conductive lines.
  • the gas sensor includes a second ASIC chip fixed on the substrate and a second MEMS chip arranged on the second ASIC chip; the second ASIC chip is connected to the substrate through a conductive wire, and the second MEMS The chip is connected to the second ASIC chip through conductive wires.
  • mucosal glues including PSA and HAF.
  • the material of the substrate is ceramic, BT or TR4.
  • a combined sensor packaging method for packaging the above combined sensor.
  • the method includes: limiting the packaging structure of the sensor to be packaged on the packaging substrate to form a regular packaging array distribution; In the cutting process, adhesive is applied to the upper end faces of the shells of each packaging structure; the entire waterproof and breathable membrane is stretched and pressed down to the upper end faces of all shells, and fixed with the adhesive; die-cutting is performed with an array knife , cut off the excess part of the waterproof and breathable membrane.
  • an optional technical solution is that the size of the entire waterproof and breathable membrane is larger than the size of the regular packaging array.
  • an optional technical solution is that the tensile strength of the waterproof and breathable membrane is inversely proportional to the waterproof level of the combined sensor, and the tensile strength of the waterproof and breathable membrane is directly proportional to the air permeability of the combined sensor.
  • a shell that forms a packaging structure with the substrate is provided on the substrate, and the sensor group is provided on the substrate and contained in the packaging structure; wherein, a waterproof seal is provided at the open end of the packaging structure through mucous membrane glue sealing Breathable membrane, the sensor group uses the waterproof and breathable membrane for waterproofing, breathability and signal collection. It can simultaneously package multiple sensor packaging structure arrays, with high efficiency and low cost, and can realize the combination of multiple sensor functions.
  • Figure 1 is a schematic structural diagram of a combined sensor packaging structure according to an embodiment of the present application.
  • Figure 2 is a schematic diagram of a packaging array of a combined sensor packaging structure according to an embodiment of the present application.
  • the reference numbers include: combined sensor packaging structure 100, waterproof and breathable film 1, mucous membrane glue 2, shell 3, first MEMS chip 4, second MEMS chip 5, substrate 6, chip glue 7, first ASIC chip 9, The second ASIC chip 8, the conductive wire 10, and the shell glue 11.
  • Figure 1 shows a schematic structure of a combined sensor packaging structure according to an embodiment of the present application.
  • the combined sensor packaging structure of the embodiment of the present application includes a substrate 6, a shell 3 disposed on the substrate 6 and forming a packaging structure with the substrate 6, a shell 3 fixed on the substrate 6 and accommodated in the packaging structure.
  • the waterproof and breathable membrane 1 can use a variety of waterproof and breathable films such as ePTFE film, PTFE film or TPU film.
  • the thickness of the waterproof breathable film 1 can be flexibly adjusted according to waterproof requirements or breathable requirements, such as higher waterproofing effect requirements. , a slightly thicker waterproof and breathable film can be used. If the requirements for breathability are relatively high, a slightly thinner waterproof and breathable film can be used.
  • the thickness of the waterproof breathable film 1 can be adjusted by directly using a film body with a set thickness, or during the packaging process. , flexibly adjusted through external force stretching.
  • the mucous membrane glue 2 used to set the waterproof breathable membrane 1 can be colloids such as PSA and HAF.
  • an extension platform can be set at the end of the shell 3.
  • the extension platform can be vertical to the shell 3
  • the vertical side wall arrangement of the extension platform can increase the amount of mucous membrane glue 2 and improve the bonding strength between the waterproof and breathable membrane 1 and the outer shell 3.
  • the sensor group may include an air pressure sensor, a gas sensor, etc., wherein the air pressure sensor further includes a first ASIC chip 9 fixed on the substrate 6 and a first ASIC chip disposed on the first ASIC chip 9 MEMS chip 4; the first ASIC chip 9 is connected to the substrate 6 through a conductive wire 10, such as a gold wire, and the first MEMS chip 4 is connected to the first ASIC chip 9 through a conductive wire.
  • a conductive wire 10 such as a gold wire
  • the gas sensor may further include a second ASIC chip 8 fixed on the substrate 6 and a second MEMS chip 5 disposed on the second ASIC chip 8; the second ASIC chip 8 is connected to the substrate 6 through conductive wires, such as gold wires.
  • the second MEMS chip 5 is connected to the second ASIC chip 8 through conductive wires.
  • the waterproof and breathable membrane 1 Since the waterproof and breathable membrane 1 is provided at the open end of the housing 3, it can be waterproof and breathable to the outside world at the same time, because the air pressure sensor provided on the substrate 6 can detect the outside air pressure through the waterproof breathable film 1. At the same time, gas sensors can also detect external gases through this film, thereby achieving waterproofing and combined packaging of multiple types of sensors.
  • the material of the substrate 6 can be ceramic, BT or TR4, and the shell glue 11 used when the shell 3 is fixed on the substrate 6 can include epoxy glue, silicon glue or silver glue, etc. Therefore, the first ASIC chip 9 and the second ASIC chip 8 can also be pasted and fixed on the substrate 6 using this type of chip glue 7 .
  • Figure 2 shows the schematic structure of the packaging array of the combined sensor packaging method according to the embodiment of the present application.
  • the combined sensor packaging method in this application is used to package the above combined sensor packaging structure 100.
  • the method includes:
  • the packaging structure of the sensor to be packaged is limited on the packaging substrate to form a regular packaging array distribution
  • glue is applied to the upper end surface of the shell of each packaging structure through a die-cutting process
  • the third step is to stretch the entire waterproof and breathable membrane and press it down to the upper end surface of all shells, and stick it with the adhesive tape;
  • the fourth step is to die-cut with an array knife to remove the excess part of the waterproof and breathable membrane.
  • the size of the entire waterproof and breathable membrane needs to be larger than the size of the regular packaging array, so that each packaging structure can be Covered by a waterproof breathable film; since the waterproof breathable film has a certain degree of elasticity, when covering the entire waterproof breathable film, the stretching force can be controlled by an external stretching device to achieve different levels of waterproofing or breathability effects.
  • the tensile strength of the waterproof and breathable membrane is inversely proportional to the waterproof level of the combined sensor, and the tensile strength of the waterproof and breathable membrane is directly proportional to the air permeability of the combined sensor. Therefore, it can be determined according to the applicable scenarios, waterproof level and air permeability of the combined sensor. It is required to flexibly stretch the waterproof and breathable membrane. If the waterproof level is low, the stretch can be increased to make the membrane thinner; if the waterproof level is high, the stretch can be reduced to maintain the thickness of the membrane, thereby obtaining different waterproof levels/breathability. Waterproof gas + air pressure combination sensor.
  • the combined sensor packaging structure and packaging method of the present application can combine and package a variety of sensors at the same time, while achieving waterproof and breathable effects. It can simultaneously package array-distributed packaging structures at one time, and the process is simple and High efficiency and low cost.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

提供一种组合传感器封装结构（100）及封装方法，其中的组合传感器封装结构（100）包括：基板（6）、设置在基板（6）上并与基板（6）形成封装结构的外壳（3）、固定在基板（6）上并收容在封装结构内的传感器组；其中，在封装结构的开口端通过粘膜胶（2）密封设置有防水透气膜（1）；传感器组通过防水透气膜（1）进行防水、透气及信号采集。通过一种工艺实现传感器的组合效果，封装工艺简单、效率高、且成本低。

Description

组合传感器封装结构及封装方法
本申请要求申请号为202210326605.4，申请日为2022年03月305日，申请创造名称为“组合传感器封装结构及封装方法”的专利申请的优先权。
技术领域
本申请涉及传感器技术领域，更为具体地，涉及一种组合传感器封装结构及封装方法。
背景技术
随着社会的进步和技术的发展，传感器应用场景越来越广泛，对传感器的功能要求也越来越高。例如，目前大部分传感器不仅要求具备防水功能，对防水性能要求的不断提高，传统的传感器无法实现防水功能，不满足多场景的使用要求。而部分具有防水功能的传感器，多数为在芯片上部直接灌入Coating胶，通过Coating胶实现防水效果。
可知，此类方法应用非常局限，无法实现透气，不能实现气体+气压组合传感器的防水要求(不透气则无法进行气体传感器的功能检测)；此外，加工工艺复杂，需要进行单颗传感器的逐个点胶，效率较低，点胶完成后还需进行长时间的高温固化，费时费力；同时，在点Coating胶的过程中，为了避免气泡影响，需要少量多次点胶(一次点胶过多，容易藏气泡)，也进一步增加了工艺复杂。
因此，目前亟需一种扬声器封装结构，能够实现简单、快捷、高质量的组合传感器封装作业。
发明内容
鉴于上述问题，本申请的目的是提供一种组合传感器封装结构及封装方法，以解决现有的防水传感器应用局限性大，产品封装工艺复杂、效率低、封装成本高等问题。
本申请提供的组合传感器封装结构，包括：基板、设置在基板上并与基 板形成封装结构的外壳、固定在基板上并收容在封装结构内的传感器组；其中，在封装结构的开口端通过粘膜胶密封设置有防水透气膜；传感器组通过防水透气膜进行防水、透气及信号采集。
此外，可选的技术方案是，防水透气膜包括ePTFE膜、PTFE膜或者TPU膜。
此外，可选的技术方案是，传感器组包括气压传感器和气体传感器。
此外，可选的技术方案是，气压传感器包括固定在基板上的第一ASIC芯片和设置在第一ASIC芯片上的第一MEMS芯片；第一ASIC芯片通过导电线与基板导通，第一MEMS芯片通过导电线与第一ASIC芯片导通。
此外，可选的技术方案是，气体传感器包括固定在基板上的第二ASIC芯片和设置在第二ASIC芯片上的第二MEMS芯片；第二ASIC芯片通过导电线与基板导通，第二MEMS芯片通过导电线与第二ASIC芯片导通。
此外，可选的技术方案是，粘膜胶包括PSA和HAF。
此外，可选的技术方案是，基板的材质为陶瓷、BT或者TR4。
根据本申请的另一方面，提供一种组合传感器封装方法，用于对上述组合传感器进行封装，方法包括：将待封装传感器的封装结构限位在封装基板上，形成规则封装阵列分布；通过模切工艺在各封装结构的外壳的上端面分别粘贴背胶；将整片防水透气膜拉伸后下压贴合至所有外壳的上端面，并与背胶粘贴固定；通过阵列刀进行模切，将防水透气膜的多余部分进行切除。
此外，可选的技术方案是，整片防水透气膜的尺寸大于规则封装阵列的尺寸。
此外，可选的技术方案是，防水透气膜的拉伸力度与组合传感器的防水等级呈反比，且防水透气膜的拉伸力度与组合传感器的透气量呈正比。
利用上述组合传感器封装结构及封装方法，在基板上设置与基板形成封装结构的外壳，传感器组设置在基板上并收容在封装结构内；其中，在封装结构的开口端通过粘膜胶密封设置有防水透气膜，传感器组通过防水透气膜进行防水、透气及信号采集，能够同时对多个传感器封装结构阵列进行封装作业，效率高、成本低，且可实现多种传感器功能的组合。
为了实现上述以及相关目的，本申请的一个或多个方面包括后面将详细 说明的特征。下面的说明以及附图详细说明了本申请的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本申请的原理的各种方式中的一些方式。此外，本申请旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。
附图说明
通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本申请的更全面理解，本申请的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
图1为根据本申请实施例的组合传感器封装结构的结构示意图；
图2为根据本申请实施例的组合传感器封装结构的封装阵列示意图。
其中的附图标记包括：组合传感器封装结构100、防水透气膜1、粘膜胶2、外壳3、第一MEMS芯片4、第二MEMS芯片5、基板6、芯片胶7、第一ASIC芯片9、第二ASIC芯片8、导电线10、外壳胶11。
在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。
具体实施方式
在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
为详细描述本申请的组合传感器封装结构及封装方法，以下将结合附图对本申请的具体实施例进行详细描述。
图1示出了根据本申请实施例的组合传感器封装结构的示意结构。
如图1所示，本申请实施例的组合传感器封装结构，包括基板6、设置在基板6上并与基板6形成封装结构的外壳3、固定在基板6上并收容在封装结 构内的传感器组；其中，传感器组可包括多种类型的传感器芯片，在封装结构的开口端通过粘膜胶2密封设置有防水透气膜1；由于防水透气膜1同时具备防水及透气的功能，使得传感器组可通过防水透气膜1进行防水、透气及对外部的信号采集等。
其中，防水透气膜1可采用ePTFE膜、PTFE膜或者TPU膜等多种具备防水及透气的薄膜，防水透气膜1的厚度可根据防水要求或透气要求进行灵活调整，如对防水效果要求较高，可采用稍厚的防水透气膜，如果对透气要求比较高，可采用稍薄的防水透气膜，而防水透气膜1的厚度调整，可直接采用设定厚度的膜体，也可在封装过程中，通过外力拉伸进行灵活调节。
进一步地，设置该防水透气膜1的粘膜胶2可采用PSA和HAF等胶体，为了确保防水透气膜1的固定强度，可将在外壳3的端部设置延伸平台，该延伸平台可垂直外壳3的竖向侧壁设置，通过延伸平台的设置可以增加粘膜胶2的胶量，提高防水透气膜1与外壳3的结合强度。
在本申请的一个具体实施方式中，传感器组可包括气压传感器和气体传感器等，其中，气压传感器进一步包括固定在基板6上的第一ASIC芯片9和设置在第一ASIC芯片9上的第一MEMS芯片4；第一ASIC芯片9通过导电线10，例如金线与基板6导通，第一MEMS芯片4通过导电线与第一ASIC芯片9连接导通。
同理，气体传感器可进一步包括固定在基板6上的第二ASIC芯片8和设置在第二ASIC芯片8上的第二MEMS芯片5；第二ASIC芯片8通过导电线，例如金线与基板6导通，第二MEMS芯片5通过导电线与第二ASIC芯片8连接导通。
由于在外壳3的开口端设置有防水透气膜1，能够在防水的同时实现与外界的透气导通，因为设置在基板6上的气压传感器可以通过该防水透气膜1实现对外界气压的检测，同时，气体传感器也可通过该膜实现对外界气体的检测，进而实现防水及多类型传感器的组合封装。
在本申请的组合传感器封装结构中，基板6的材质可选用陶瓷、BT或者TR4，外壳3固定在基板6时采用的外壳胶11，可包括环氧胶、硅系胶或者银胶等，同理，第一ASIC芯片9和第二ASIC芯片8也可采用此类芯片胶7粘贴固定在基板6上。
与上述组合传感器封装结构相对应地，本申请还提供一种组合传感器封装方法，具体地图2示出了根据本申请实施例的组合传感器封装方法的封装阵列示意结构。
如图2所示，在本申请的组合传感器封装方法用于对上述组合传感器封装结构100进行封装，该方法包括：
第一步，将待封装传感器的封装结构限位在封装基板上，形成规则封装阵列分布；
第二步，通过模切工艺在各封装结构的外壳的上端面分别粘贴背胶；
第三步，将整片防水透气膜拉伸后下压贴合至所有外壳的上端面，并与背胶粘贴固定；
第四步，通过阵列刀进行模切，将防水透气膜的多余部分进行切除。
具体地，在将整片防水透气膜拉伸后下压贴合至所有外壳的上端面时，需要使得整片防水透气膜的尺寸大于规则封装阵列的尺寸，以使得每个封装结构均可被防水透气膜所覆盖；由于防水透气膜具有一定的弹性，因此可在覆盖整片防水透气膜时，通过外部拉伸装置控制拉伸力度，进而实现不同等级的防水或透气效果。
其中，防水透气膜的拉伸力度与组合传感器的防水等级呈反比，且防水透气膜的拉伸力度与组合传感器的透气量呈正比，因此，可根据组合传感器的适用场景、防水等级和透气量要求对防水透气膜进行灵活拉伸，防水等级低，则可以加大拉伸，使膜变薄；防水等级高，则减小拉伸，使膜保持厚度，进而得到不同防水等级/透气量的防水气体+气压组合传感器。
需要说明的是，上述组合传感器封装方法的实施例可参考组合传感器封装结构实施例中的描述，此处不再一一赘述。
通过上述实施方式可知，本申请的组合传感器封装结构及封装方法，能够同时对多种传感器进行组合封装，同时实现防水透气的效果，可一次性对阵列分布的封装结构进行同时封装，工艺简单、效率高、且成本低。
如上参照附图以示例的方式描述根据本申请的组合传感器封装结构及封装方法。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本申请所提出的组合传感器封装结构及封装方法，还可以在不脱离本申请内容的基础上做出各种改 进。因此，本申请的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (10)

  1. 一种组合传感器封装结构，其特征在于，包括：基板、设置在所述基板上并与所述基板形成封装结构的外壳、固定在所述基板上并收容在所述封装结构内的传感器组；其中，
    在所述封装结构的开口端通过粘膜胶密封设置有防水透气膜；
    所述传感器组通过所述防水透气膜进行防水、透气及信号采集。
  2. 如权利要求1所述的组合传感器封装结构，其特征在于，
    所述防水透气膜包括ePTFE膜、PTFE膜或者TPU膜。
  3. 如权利要求1所述的组合传感器封装结构，其特征在于，
    所述传感器组包括气压传感器和气体传感器。
  4. 如权利要求3所述的组合传感器封装结构，其特征在于，
    所述气压传感器包括固定在所述基板上的第一ASIC芯片和设置在所述第一ASIC芯片上的第一MEMS芯片；
    所述第一ASIC芯片通过导电线与所述基板导通，所述第一MEMS芯片通过导电线与所述第一ASIC芯片导通。
  5. 如权利要求3所述的组合传感器封装结构，其特征在于，
    所述气体传感器包括固定在所述基板上的第二ASIC芯片和设置在所述第二ASIC芯片上的第二MEMS芯片；
    所述第二ASIC芯片通过导电线与所述基板导通，所述第二MEMS芯片通过导电线与所述第二ASIC芯片导通。
  6. 如权利要求1所述的组合传感器封装结构，其特征在于，
    所述粘膜胶包括PSA和HAF。
  7. 如权利要求1所述的组合传感器封装结构，其特征在于，
    所述基板的材质为陶瓷、BT或者TR4。
  8. 一种组合传感器封装方法，其特征在于，用于对如权利要求1至7任一项所述的组合传感器进行封装，所述方法包括：
    将待封装传感器的封装结构限位在封装基板上，形成规则封装阵列分布；
    通过模切工艺在各封装结构的外壳的上端面分别粘贴背胶；
    将整片防水透气膜拉伸后下压贴合至所有外壳的上端面，并与所述背胶粘贴固定；
    通过阵列刀进行模切，将所述防水透气膜的多余部分进行切除。
  9. 如权利要求1所述的组合传感器封装方法，其特征在于，
    所述整片防水透气膜的尺寸大于所述规则封装阵列的尺寸。
  10. 如权利要求1所述的组合传感器封装方法，其特征在于，
    所述防水透气膜的拉伸力度与组合传感器的防水等级呈反比，且所述防水透气膜的拉伸力度与所述组合传感器的透气量呈正比。
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