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专利名称：压力传感器介质隔离封装结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种压カ传感器介质隔离封装结构，尤其涉及ー种低成本的、用以与测量介质进行隔离的压カ传感器介质隔离封装结构，属于传感器领域。
背景技术：
压カ传感器是将测量压カ信号转化为电信号的换能器，目前广泛的应用于水利、气象、医疗、エ业控制、汽车、航空航天以及消费电子等各个领域。经过多年的技术进歩，目前压カ传感器已成为各类传感器中技术最成熟，性能最稳定，应用最广泛，性价比最高的传 感器之一。按照工作原理的不同，压カ传感器主要可分为压阻式、电容式、谐振式、压电式、光纤式等压カ传感器，其中，基于微电子机械系统的MEMS压阻式由于其体积小、重量轻、灵敏度高、稳定可靠、成本低、制造エ艺简单、便于集成化等众多优点成为压カ传感器芯片的主流技木。此外，由于压カ传感器广泛的应用于不同领域，而不同应用又对压カ传感器的封装提出了不同的要求，所以目前压カ传感器又有着众多的封装形式，例如塑料封装、陶瓷封装、PCB封装、金属管壳封装等等。在某些特殊应用，如待测介质具有导电性或者具有腐蚀性，则待测介质不能与压カ传感器芯片直接接触，那就需要设计ー种特殊的封装技术既能将待测介质与压力传感器芯片隔离开，又能实现压力传递的功能。目前主流的介质隔离封装技术包括充灌硅油的不锈钢封装，在陶瓷片上印刷厚膜电阻的不锈钢封装，在不锈钢膜上淀积薄膜电阻、或者丝网印刷厚膜电阻的不锈钢封装，在不锈钢膜上贴装单晶硅应变片的不锈钢封装等各种介质隔离封装形式。现有主流的压カ传感器介质隔离封装技术皆有着封装エ艺复杂、成本高、体积大、安装复杂等诸多缺点，所以主要在价格承受能力较高的エ业控制领域得到应用。而在消费类领域，也有着对压カ传感器介质隔离封装技术的强烈需求。所以，开发ー种低成本、小体积、易于安装的压カ传感器的介质隔离封装技术有着很大的现实意义。

实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种成本较低的压カ传感器介质隔离封装结构。为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案一种压カ传感器介质隔离封装结构，其包括衬底；盖体，所述盖体固定在衬底上以与衬底共同形成一个密闭腔体；及压カ传感器芯片，位于该密闭腔体内，所述压カ传感器芯片设有压カ敏感膜；其中，所述盖体是由柔软的低弹性模量的材料所制成的，作用于所述盖体上的待测介质的压カ能够使所述盖体发生变形，从而压缩密闭腔体内的气体以达到内外压カ平衡，进而所述待测介质的压力能够被传递到压力传感器芯片的压力敏感膜上。作为本实用新型进ー步改进的技术方案，所述柔软的低弹性模量的材料包括但不局限于硅胶材料、金属或塑料。作为本实用新型进ー步改进的技术方案，所述密闭腔体的顶部为平面或者波纹形状。作为本实用新型进ー步改进的技术方案，所述盖体设有顶壁，所述顶壁具有暴露
于密闭腔体内的且呈波纹形状的内表面从而使所述密闭腔体的顶部呈现为波纹形状。作为本实用新型进ー步改进的技术方案，所述盖体通过粘接材料固定在衬底上，所述粘接材料包括但不局限于硅胶材料或环氧树脂。作为本实用新型进ー步改进的技术方案，位于该密闭腔体内的所述压カ传感器芯片为单纯的压力传感器芯片或者为封装好的压カ传感器，所述封装好的压カ传感器包括所述压カ传感器芯片。作为本实用新型进ー步改进的技术方案，所述封装好的压カ传感器包括但不局限于塑料封装式压カ传感器、PCB堆叠封装式压カ传感器、金属管壳封装压カ传感器或陶瓷封装压カ传感器。作为本实用新型进ー步改进的技术方案，所述压カ传感器芯片设有电极，所述衬底包括正面、与正面相対的背面及贯穿正面与背面的金属化孔，所述衬底的正面设有内管脚，所述衬底的背面设有外管脚，所述金属化孔连接内管脚与外管脚；所述压カ传感器介质隔离封装结构还设有连接电极与内管脚的键合弓I线。作为本实用新型进ー步改进的技术方案，所述压カ传感器介质隔离封装结构还包括覆盖在压力传感器芯片及键合引线上的灌封胶，密闭腔体内的气体压力能够穿过所述灌封胶而传递至所述压カ敏感膜上。作为本实用新型进ー步改进的技术方案，所述压カ传感器介质隔离封装结构还包括位于密闭腔体内且位于压カ传感器芯片外围的围堰部件，所述围堰部件用以限定灌封胶的覆盖范围及用以支撑所述盖体。作为本实用新型进ー步改进的技术方案，所述盖体的顶壁整体上是上凸的或者下凹的。作为本实用新型进ー步改进的技术方案，所述压カ传感器芯片为差压芯片，所述压カ传感器芯片包括与压カ敏感膜连通的背腔，所述衬底设有与背腔相连通的开孔。作为本实用新型进ー步改进的技术方案，所述压カ传感器芯片的背面键合有玻璃片，并且所述玻璃片设有连通开孔及背腔的贯穿孔。作为本实用新型进ー步改进的技术方案，所述压カ传感器介质隔离封装结构还包括其他元器件，所述压カ传感器芯片通过电学互联线或者键合弓I线电性连接于所述其他元器件。作为本实用新型进ー步改进的技术方案，所述其他元器件为处理电路芯片。作为本实用新型进ー步改进的技术方案，所述衬底上分布有横向的导线以将密闭腔体内的电学信号在衬底的同面横向引出到密闭腔体外，或者所述衬底上分布有纵向的导线以将密闭腔体内的电学信号在衬底的反面纵向引出到密闭腔体外，所述导线在衬底的背面可以重新排布并与外部连接。[0026]与传统的充灌硅油不锈钢封装技术通过不锈钢波纹片以及压缩硅油传递压カ不同，本实用新型的压カ传感器介质隔离封装结构是通过压缩气体进行压カ的传递，从而避免了传统的充灌硅油不锈钢封装技术中复杂的充灌硅油的エ序，大大的降低了制造成本。

图I为本实用新型压カ传感器介质隔离封装结构于第一实施方式中的原理图。图2为本实用新型压カ传感器介质隔离封装结构于第二实施方式中的原理图。图3为本实用新型压カ传感器介质隔离封装结构于第三实施方式中的原理图。图4为本实用新型压カ传感器介质隔离封装结构于第四实施方式中的原理图。图5为本实用新型压カ传感器介质隔离封装结构于第五实施方式中的原理图。图6为本实用新型压カ传感器介质隔离封装结构于第六实施方式中的原理图。图7为本实用新型压カ传感器介质隔离封装结构于第七实施方式中的原理图。图8为本实用新型压カ传感器介质隔离封装结构于第八实施方式中的原理图。图9为本实用新型压カ传感器介质隔离封装结构于第九实施方式中的原理图。图10为本实用新型压カ传感器介质隔离封装结构于第十实施方式中的原理图。
具体实施方式
第一实施方式请參照图I所示，本实用新型的压カ传感器介质隔离封装结构100包括压カ传感器芯片I、用以承载压カ传感器芯片I的衬底2、键合引线5、及固定于衬底2上且围绕在压カ传感器芯片I外围的盖体3。所述压カ传感器芯片I包括压カ敏感膜11、硅基体12、形成于硅基体12上的背腔13、及位于硅基体12上的电极14。所述衬底2包括正面21、与正面21相対的背面22及贯穿正面21与背面22的金属化孔23。另外，所述衬底2还包括位于正面21上的内管脚211及位于背面22上的外管脚221。所述键合引线5连接压力传感器芯片I的电极14及内管脚211，同时所述金属化孔23又连接内管脚211与外管脚221，从而将压カ传感器芯片I的电极14引出到外部以便于封装。所述外管脚221用作最终应用时的引脚定义。当然，在其他实施方式中，所述压カ传感器芯片I的电极14也可以通过电学互联线被引出到外部。所述压カ传感器芯片I通过粘胶材料固定在衬底2之上。所述盖体3是由柔软的低弹性模量的材料制成的，其同样通过粘胶材料固定在衬底2上。最終，所述盖体3与衬底2共同形成一个密闭腔体4，所述压カ传感器芯片I被包容在该密闭腔体4中。所述柔软的低弹性模量的材料包括但不局限于硅胶材料、金属或塑料等。所述粘接材料包括但不局限于硅胶材料或环氧树脂等。所述盖体3包括顶壁31及侧壁32。在本实施方式中，所述顶壁31为波纹形状从而进一歩降低其弾性。具体地，所述顶壁31具有暴露于密闭腔体4内的且呈波纹形状的内表面311，进而使所述密闭腔体4的顶部为波纹形状。当然，在其他实施方式中，所述内表面311也可以是平面，从而使所述密闭腔体4的顶部也为平面。请參图I所示，所述顶壁31整体上并未上凸或下凹，只是在其外表面具有若干凹陷312，从而使内表面311向下凸出。在其他实施方式中，所述衬底2上分布有横向的导线以将密闭腔体4内的电学信号在衬底2的同面横向引出到密闭腔体4外，或者所述衬底2上分布有纵向的导线以将密闭腔体4内的电学信号在衬底2的反面纵向引出到密闭腔体4外，所述导线在衬底2的背面22可以重新排布并与外部连接。使用时，待测介质的压カ首先作用于柔软的低弹性模量的盖体3上，并使之变形且压缩密闭腔体4内的气体，从而达到内外压カ平衡。在此过程中，待测介质的压カ会被传递到压カ传感器芯片I的压カ敏感膜11上，从而达到将压カ传感器芯片I以及待测介质的压カ进行隔离的目的。与传统的充灌硅油不锈钢封装技术通过不锈钢波纹片以及压缩硅油传递压カ不同，本实用新型的压カ传感器介质隔离封装结构100是通过压缩气体进行压力的传递，从而避免了传统的充灌硅油不锈钢封装技术中复杂的充灌硅油的エ序，大大的降低了制造成本，更适合消费电子市场的应用。第二实施方式·请參照图2所示，本实用新型于第二实施方式中的压カ传感器介质隔离封装结构100与第一实施方式的区别在于所述压カ传感器介质隔离封装结构100还设有位于密闭腔体4内且贴置于侧壁32的内表面的围堰部件7及位于围堰部件7范围内的灌封胶8。所述围堰部件7位于压カ传感器芯片I的外围，用以限定灌封胶8的覆盖范围。所述灌封胶8覆盖在压カ传感器芯片I及键合引线5上。所述灌封胶8具有收缩率低、应カ小等特性，如硅橡胶等，其用于保护压カ传感器芯片I和键合引线5。同时，密闭腔体4内的气体压力能够穿过灌封胶8而传递至所述压カ敏感膜11上。所述围堰部件7不仅具有拦截灌封胶8，避免灌封胶8外溢的功能，同时还起到对盖体3加强支撑的作用。第三实施方式请參照图3所示，本实用新型于第三实施方式中的压カ传感器介质隔离封装结构100与第一实施方式的区别在于所述盖体3的顶壁31整体上是上凸的。第四实施方式请參照图4所示，本实用新型于第四实施方式中的压カ传感器介质隔离封装结构100与第一实施方式的区别在于所述盖体3的顶壁31整体上是下凹的。第五实施方式请參照图5所示，本实用新型于第五实施方式中的压カ传感器介质隔离封装结构100与第一实施方式的区别在于所述压カ传感器芯片I为差压芯片，衬底2设有与压カ传感器芯片I的背腔13相连通的开孔9，这样压カ传感器芯片I可以测量密闭腔体4和衬底2背面22的压カ差。第六实施方式请參照图6所示，本实用新型于第六实施方式中的压カ传感器介质隔离封装结构100与第五实施方式的区别在于所述压カ传感器芯片I的背面键合有玻璃片15，并且所述玻璃片15设有连通开孔9及背腔13的贯穿孔151，从而减小应カ对压カ传感器芯片I的压力性能的影响。第七实施方式请參照图7所示，本实用新型于第七实施方式中的压カ传感器介质隔离封装结构100与第一实施方式的区别在于在密闭腔体4中还包括除压カ传感器芯片I之外的其他元器件16(例如处理电路芯片)，所述其他元器件16通过粘接材料固定在衬底2上。所述压カ传感器芯片I、所述其他元器件16及所述衬底2的内管脚211通过所述键合引线5进行连接，并通过外管脚221引出到外部以便于封装。当然，在其他实施方式中，所述压カ传感器芯片I也可以通过电学互联线连接于所述其他元器件16。第八实施方式请參照图8所示，本实用新型于第八实施方式中的压カ传感器介质隔离封装结构100与第一实施方式的区别在于所述密闭腔体4中容纳着一个封装好的压カ传感器17，所述压カ传感器17包括所述压カ传感器芯片1，即所述压カ传感器芯片I为所述压カ传感器17的ー个元件。但是，在第一实施方式至第七实施方式中，所述压カ传感器芯片I为单纯的压カ传感器芯片。请參照图8所示，在本实施方式中，所述压カ传感器17为PCB堆叠封装式压カ传感器，该压カ传感器17与衬底2的内管脚211之间的电连接通过导电胶、焊锡膏 等方式实现，并且可以通过底部填充胶加强两者之间粘接強度，所述底部填充胶包括但不限于环氧树脂胶。第九实施方式请參照图9所示，本实用新型于第九实施方式中的压カ传感器介质隔离封装结构100与第八实施方式的区别在于所述封装好的压カ传感器17为塑料封装式压カ传感器。该压カ传感器17与衬底2的内管脚211之间的电连接通过导电胶、焊锡膏等方式实现，并且可以通过底部填充胶加强两者之间粘接強度，所述底部填充胶包括但不限于环氧树脂胶。第十实施方式请參照图10所示，本实用新型于第十实施方式中的压カ传感器介质隔离封装结构100与第九实施方式的区别在于所述封装好的压カ传感器17也可以为金属管壳封装压力传感器或陶瓷封装压カ传感器等。与现有的介质隔离技术相比，本实用新型的制造压カ传感器介质隔离封装结构100具有如下优点I.体积小、结构紧凑；与现有的介质隔离技术相比，在体积上有明显优势；2.适合于自动化批量生产；3.低制造成本；4.后续的使用安装更为方便。综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，不应以此限制本实用新型的范围，即凡是依本实用新型权利要求书及发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应仍属本实用新型专利涵盖的范围内。
权利要求1.一种压カ传感器介质隔离封装结构，其包括 衬底； 盖体，所述盖体固定在衬底上以与衬底共同形成一个密闭腔体；及 压カ传感器芯片，位于该密闭腔体内，所述压カ传感器芯片设有压カ敏感膜； 其特征在干所述盖体是由柔软的低弹性模量的材料所制成的，作用于所述盖体上的待测介质的压カ能够使所述盖体发生变形，从而压缩密闭腔体内的气体以达到内外压カ平衡，进而所述待测介质的压力能够被传递到压力传感器芯片的压力敏感膜上。
2.如权利要求I所述的压力传感器介质隔离封装结构，其特征在于所述柔软的低弹性模量的材料包括但不局限于硅胶材料、金属或塑料。
3.如权利要求I所述的压力传感器介质隔离封装结构，其特征在于所述密闭腔体的顶部为平面或者波纹形状。
4.如权利要求3所述的压力传感器介质隔离封装结构，其特征在于所述盖体设有顶壁，所述顶壁具有暴露于密闭腔体内的且呈波纹形状的内表面从而使所述密闭腔体的顶部呈现为波纹形状。
5.如权利要求I所述的压力传感器介质隔离封装结构，其特征在于所述盖体通过粘接材料固定在衬底上，所述粘接材料包括但不局限于硅胶材料或环氧树脂。
6.如权利要求I所述的压力传感器介质隔离封装结构，其特征在于位于该密闭腔体内的所述压カ传感器芯片为单纯的压力传感器芯片或者为封装好的压カ传感器，所述封装好的压カ传感器包括所述压カ传感器芯片。
7.如权利要求6所述的压力传感器介质隔离封装结构，其特征在于所述封装好的压力传感器包括但不局限于塑料封装式压カ传感器、PCB堆叠封装式压カ传感器、金属管壳封装压カ传感器或陶瓷封装压カ传感器。
8.如权利要求I所述的压力传感器介质隔离封装结构，其特征在于所述压カ传感器芯片设有电极，所述衬底包括正面、与正面相対的背面及贯穿正面与背面的金属化孔，所述衬底的正面设有内管脚，所述衬底的背面设有外管脚，所述金属化孔连接内管脚与外管脚；所述压カ传感器介质隔离封装结构还设有连接电极与内管脚的键合弓I线。
9.如权利要求8所述的压力传感器介质隔离封装结构，其特征在于所述压カ传感器介质隔离封装结构还包括覆盖在压力传感器芯片及键合引线上的灌封胶，密闭腔体内的气体压カ能够穿过所述灌封胶而传递至所述压カ敏感膜上。
10.如权利要求9所述的压力传感器介质隔离封装结构，其特征在于所述压カ传感器介质隔离封装结构还包括位于密闭腔体内且位于压カ传感器芯片外围的围堰部件，所述围堰部件用以限定灌封胶的覆盖范围及用以支撑所述盖体。
11.如权利要求4所述的压力传感器介质隔离封装结构，其特征在于所述盖体的顶壁整体上是上凸的或者下凹的。
12.如权利要求I所述的压力传感器介质隔离封装结构，其特征在于所述压カ传感器芯片为差压芯片，所述压カ传感器芯片包括与压カ敏感膜连通的背腔，所述衬底设有与背腔相连通的开孔。
13.如权利要求12所述的压力传感器介质隔离封装结构，其特征在于所述压カ传感器芯片的背面键合有玻璃片，并且所述玻璃片设有连通开孔及背腔的贯穿孔。
14.如权利要求I所述的压力传感器介质隔离封装结构，其特征在于所述压力传感器介质隔离封装结构还包括其他元器件，所述压力传感器芯片通过电学互联线或者键合引线电性连接于所述其他元器件。
15.如权利要求14所述的压力传感器介质隔离封装结构，其特征在于所述其他元器件为处理电路芯片。
16.如权利要求I所述的压力传感器介质隔离封装结构，其特征在于所述衬底上分布有横向的导线以将密闭腔体内的电学信号在衬底的同面横向引出到密闭腔体外，或者所述衬底上分布有纵向的导线以将密闭腔体内的电学信号在衬底的反面纵向引出到密闭腔体夕卜，所述导线在衬底的背面可以重新排布并与外部连接。
专利摘要本实用新型揭示了一种压力传感器介质隔离封装结构，其包括衬底、由柔软的低弹性模量的材料所制成的盖体、及压力传感器芯片。所述盖体与衬底共同形成一个密闭腔体以容纳所述压力传感器芯片。当待测介质的压力作用于所述盖体上时，所述盖体发生变形从而压缩密闭腔体内的气体以达到内外压力平衡。在此过程中，所述待测介质的压力被传递到压力传感器芯片的压力敏感膜上，从而达到将压力传感器芯片以及待测介质的压力进行隔离的目的。本实用新型是通过压缩气体来进行压力的传递，从而避免了传统的充灌硅油不锈钢封装技术中复杂的充灌硅油的工序，大大的降低了制造成本。
文档编号G01L1/18GK202442825SQ20122005191
公开日2012年9月19日 申请日期2012年2月17日 优先权日2012年2月17日
发明者李刚, 梅嘉欣, 胡维, 陶永春 申请人:苏州敏芯微电子技术有限公司