本發(fā)明涉及微機(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種微傳感器封裝結(jié)構(gòu)及其制作工藝。

背景技術(shù)：

壓力傳感器封裝技術(shù)是實(shí)現(xiàn)壓力傳感器應(yīng)用的核心技術(shù)，目前工業(yè)應(yīng)用中，由于應(yīng)用環(huán)境的嚴(yán)格要求，壓力傳感器封裝通常會(huì)采用金屬膜片的介質(zhì)隔離封裝技術(shù)，即將壓力傳感器通過(guò)直接粘接或者玻璃過(guò)渡粘接的方式封接在金屬膜片內(nèi)部，為了使壓力傳感器的壓力敏感膜與被測(cè)介質(zhì)分離，在壓力傳感器與金屬膜片之間充滿硅油，外界壓力通過(guò)金屬膜片及硅油傳遞到壓力傳感器的壓力敏感膜上以達(dá)到測(cè)試的目的。然而，此種封裝方式具有工藝復(fù)雜、成本昂貴、體積大及穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)。

有鑒于此，有必要提供一種全新的微傳感器封裝結(jié)構(gòu)及其制作工藝以解決上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題之一，為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種微傳感器封裝結(jié)構(gòu)，其具體設(shè)計(jì)方式如下。

一種微傳感器封裝結(jié)構(gòu)，其包括：

封裝底板，所述封裝底板在厚度方向上設(shè)置有貫通所述封裝底板的第一通孔；

罩殼，所述罩殼周邊密封的設(shè)置于所述封裝底板上且與所述封裝底板之間圍設(shè)形成容納腔室；及

設(shè)置于容納腔室內(nèi)部的傳感器模組，所述傳感器模組包括與所述封裝底板連接的襯底以及設(shè)置于所述襯底上的壓力傳感器、電路處理芯片；

其中，所述襯底在厚度方向上設(shè)置有貫通所述襯底且與所述第一通孔連通的第二通孔，所述壓力傳感器設(shè)置于所述第二通孔遠(yuǎn)離所述封裝底板的端口處，所述壓力傳感器中用于感應(yīng)壓力的壓力敏感膜與所述第二通孔相對(duì)設(shè)置；所述傳感器模組還包括設(shè)置于所述襯底上的包覆層，所述包覆層至少包覆所述壓力傳感器與所述襯底之間的連接界面。

進(jìn)一步，所述包覆層還對(duì)所述電路處理芯片形成包覆。

進(jìn)一步，所述傳感器模組還具有連接所述壓力傳感器、電路處理芯片及所述襯底的引線，所述引線嵌設(shè)于所述包覆層內(nèi)部。

進(jìn)一步，所述壓力傳感器為硅壓阻式壓力傳感器。

進(jìn)一步，所述硅壓阻式壓力傳感器為硅壓阻式絕壓傳感器，所述硅壓阻式絕壓傳感器被所述包覆層完全包覆，或，僅所述硅壓阻式絕壓傳感器與所述襯底之間的連接界面被所述包覆層包覆。

進(jìn)一步，所述硅壓阻式壓力傳感器為硅壓阻式差壓傳感器，所述包覆層對(duì)所述硅壓阻式差壓傳感器與所述襯底之間的連接界面形成包覆，所述壓力敏感膜的一表面暴露于所述容納腔室內(nèi)。

進(jìn)一步，所述包覆層為樹(shù)脂、橡膠、硅膠等易于成型且絕緣的材質(zhì)。

進(jìn)一步，所述第一通孔與所述第二通孔均為金屬化通孔。

進(jìn)一步，所述容納腔室內(nèi)部設(shè)置為真空狀態(tài)或填充有一定氣壓的惰性氣體。

為了實(shí)現(xiàn)以上微傳感器封裝結(jié)構(gòu)的制作，本發(fā)明還提供了一種微傳感器封裝結(jié)構(gòu)的制作工藝，其包括以下步驟：

s1、傳感器模組初步組裝，將壓力傳感器、電路處理芯片固定于襯底同一側(cè)面并完成電性連接，其中，所述襯底在厚度方向上設(shè)置有貫通所述襯底的第二通孔，所述壓力傳感器設(shè)置于所述第二通孔位置處，且所述壓力傳感器中用于感應(yīng)壓力的壓力敏感膜與所述第二通孔相對(duì)設(shè)置；

s2、傳感器模組成型，將固定有壓力傳感器、電路處理芯片的襯底置于模具中，往模具中注入樹(shù)脂、橡膠、硅膠或其它絕緣材料，在所述襯底具有壓力傳感器、電路處理芯片的側(cè)面形成包覆層，固化后取出即為傳感器模組，其中，所述包覆層至少包覆所述壓力傳感器與所述襯底之間的連接界面；

s3、封裝完成，將所得到的傳感器模組與預(yù)先準(zhǔn)備的罩殼通過(guò)回流焊或其它固定方式固定于封裝底板上，其中，所述封裝底板在厚度方向上設(shè)置有貫通所述封裝底板的第一通孔，完成封裝后，所述第一通孔與第二通孔連通，所述罩殼周邊密封的設(shè)置于所述封裝底板上且與所述封裝底板之間圍設(shè)形成容納腔室，所述傳感器模組容于容納腔室內(nèi)部。

本發(fā)明的有益效果是：

1.壓力傳感器與電路處理芯片集成封裝，并通過(guò)包覆層實(shí)現(xiàn)包覆，較為容易形成標(biāo)準(zhǔn)化封裝，可以批量校準(zhǔn)，省去外加調(diào)理電路的工序，制造成本低廉。

2.壓力傳感器的壓力敏感膜直接通過(guò)封裝底板及襯底上的通孔與待測(cè)流體接觸，省去了傳統(tǒng)介質(zhì)隔離技術(shù)中采用如灌油等一系列復(fù)雜工藝，在壓力傳感器的封裝體積及封裝成本上有明顯的優(yōu)勢(shì)，能夠有效地解決低成本直接檢測(cè)液體壓力與氣體壓力的難題。

3.罩殼的設(shè)計(jì)可以對(duì)封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)部的元器件形成保護(hù)，其密封的設(shè)置形式，可以保證封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)部具有較為穩(wěn)定的氣壓氛圍，使得壓力傳感器具有較為準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。

附圖說(shuō)明

圖1所示為微傳感器封裝結(jié)構(gòu)的第一種實(shí)施例截面示意圖；

圖2所示為第一種實(shí)施例中傳感器模組的截面示意圖；

圖3所示為微傳感器封裝結(jié)構(gòu)的第二種實(shí)施例截面示意圖；

圖4所示為第二種實(shí)施例中傳感器模組的截面示意圖。

圖中，1為封裝底板，2為罩殼，3為容納腔室，4為傳感器模組，5為第一粘結(jié)劑，6為第二粘結(jié)劑；

10為第一通孔，11為外接焊盤(pán)，41為襯底，42為壓力傳感器，43為電路處理芯片，44為包覆層，45為引線，46為第三粘結(jié)劑，47為第四粘結(jié)劑；

410為第二通孔，420為壓力敏感膜，421為硅壓阻式絕壓傳感器的背腔，422為第三通道。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖所示的各實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，請(qǐng)參照?qǐng)D1至圖4所示，其為本發(fā)明的一些較佳實(shí)施方式。

實(shí)施例一

參考圖1、圖2所示，其展示的是本發(fā)明的第一種實(shí)施例，本實(shí)施例中的微傳感器封裝結(jié)構(gòu)包括封裝底板1、罩殼2及設(shè)置于封裝底板1、罩殼2所圍設(shè)形成容納腔室3內(nèi)部的傳感器模組4。封裝底板1在厚度方向上設(shè)置有貫通封裝底板1的第一通孔10，罩殼2周邊密封的設(shè)置于封裝底板1上，傳感器模組4包括與封裝底板1連接的襯底41以及設(shè)置于襯底41上的壓力傳感器42、電路處理芯片43。

更具體的，參考圖1、圖2所示，襯底41在厚度方向上設(shè)置有貫通襯底41的第二通孔410，第二通孔410與第一通孔10連通，壓力傳感器42設(shè)置于第二通孔410遠(yuǎn)離封裝底板1的端口處，壓力傳感器42中用于感應(yīng)壓力的壓力敏感膜420與第二通孔410相對(duì)設(shè)置；傳感器模組4還包括設(shè)置于襯底41上的包覆層44，包覆層44至少包覆壓力傳感器42與襯底41之間的連接界面。

更為具體的，本實(shí)施例中，包覆層44還對(duì)電路處理芯片43形成包覆，如圖2所示，包覆層44完全覆蓋電路處理芯片43，以對(duì)電路處理芯片43形成保護(hù)。在本實(shí)施例中，傳感器模組4還具有連接壓力傳感器42、電路處理芯片43及襯底41的引線45，引線45用于實(shí)現(xiàn)元器件之間的電性連接，引線45嵌設(shè)于包覆層44內(nèi)部，即由于包覆層44的設(shè)置，引線45不易被損壞，從而使得傳感器模組4具有更長(zhǎng)的使用壽命。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解的是，在其它的一些實(shí)施例中，元器件之間的連接可以不存在引線45，壓力傳感器42、電路處理芯片43均通過(guò)設(shè)置于其各自底部的引腳直接與襯底41上相應(yīng)焊盤(pán)實(shí)現(xiàn)電性連接，具體在此不作展開(kāi)。

本實(shí)施例中，壓力傳感器42為硅壓阻式壓力傳感器，更為具體的，壓力傳感器42為硅壓阻式絕壓傳感器，參考圖2所示，硅壓阻式絕壓傳感器被包覆層44完全包覆。在其它一些具有硅壓阻式絕壓傳感器的傳感器模組4中，包覆層44也可以不完全覆蓋壓力傳感器42，其僅對(duì)壓力傳感器42與襯底41之間的連接界面形成包覆。

本發(fā)明所涉及的微傳感器封裝結(jié)構(gòu)主要用于液體壓力與氣體壓力的測(cè)量，例如測(cè)量壓縮空氣、冷媒、機(jī)油等流體壓力，使用過(guò)程中，被測(cè)液體或氣體依次經(jīng)過(guò)第一通孔10及第二通孔410后與壓力敏感膜420直接接觸，壓力敏感膜420感應(yīng)壓力后，壓力信號(hào)經(jīng)電路處理芯片43處理后輸出。在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，封裝底板1上設(shè)置有外接焊盤(pán)11，壓力信號(hào)最終由外接焊盤(pán)11引出封裝結(jié)構(gòu)。

基于以上測(cè)量過(guò)程，當(dāng)被測(cè)液體或氣體具有較大的壓強(qiáng)時(shí)，包覆層44的包覆可以防止壓力傳感器42從襯底41上脫落；包覆層44為樹(shù)脂、橡膠、硅膠等易于成型且絕緣的材質(zhì)，樹(shù)脂、橡膠、硅膠密封保護(hù)性好。

另外，本實(shí)施例中所選擇的壓力傳感器42為硅壓阻式絕壓傳感器，壓力傳感器42緊鄰壓力敏感膜420的背后設(shè)置有背腔421，背腔421一般設(shè)置為真空狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)絕對(duì)壓力的測(cè)量；在具體壓力傳感器42的設(shè)計(jì)過(guò)程中，其壓力敏感膜420的前側(cè)（被測(cè)液體或氣體進(jìn)入的一側(cè)）還可以設(shè)置有與第二通道410連通的第三通道422，被測(cè)的液體或氣體經(jīng)過(guò)第三通道422后方與壓力敏感膜420接觸；在另一些設(shè)計(jì)中，壓力傳感器42也可以不存在第三通道422。

需要說(shuō)明的是，本發(fā)明中所涉及封裝底板1及襯底41均采用pcb板，pcb板內(nèi)部設(shè)置有電路結(jié)構(gòu)（可以參考現(xiàn)有設(shè)計(jì)），封裝底板1及襯底41內(nèi)部的電路配合壓力傳感器42、電路處理芯片43以共同實(shí)現(xiàn)壓力信號(hào)的最終輸出，在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，封裝底板1內(nèi)部還設(shè)置有保護(hù)電路，用以保護(hù)傳感器模組4。

作為本實(shí)施例的一種優(yōu)選實(shí)施方式，罩殼2選擇用金屬材質(zhì)制成，即罩殼2為金屬罩殼，金屬罩殼起到屏蔽保護(hù)作用，避免了外界變頻及其它電磁場(chǎng)對(duì)內(nèi)部電路的干擾。

在以上實(shí)施例的具體實(shí)施過(guò)程中，構(gòu)成微傳感器封裝結(jié)構(gòu)的相鄰元器件之間還設(shè)置有粘結(jié)劑，具體而言，罩殼3與封裝底板1之間通過(guò)第一粘接劑5實(shí)現(xiàn)連接，其中第一粘接劑5為焊錫或其它可以起到密封連接作用的粘結(jié)劑；傳感器模組4通過(guò)第二粘結(jié)劑6固定于封裝底板1上，第二粘結(jié)劑6一般為焊錫等具有導(dǎo)電性能的粘結(jié)劑；壓力傳感器42通過(guò)第三粘結(jié)劑46固定于襯底41上，第三粘結(jié)劑46為環(huán)氧樹(shù)脂、焊錫等，樹(shù)脂、焊錫牢固可靠，介質(zhì)兼容性強(qiáng)；電路處理芯片43通過(guò)第四粘結(jié)劑47固定于襯底41上，第四粘結(jié)劑47為固晶膠等用于芯片粘結(jié)的粘結(jié)劑。

考慮到微傳感器封裝結(jié)構(gòu)的應(yīng)用環(huán)境不確定性，其測(cè)量的液體或氣體可能具備一定的腐蝕性，腐蝕性的的液體或氣體會(huì)對(duì)第一通孔10、第二通孔410形成損害，為了減少和避免這種情況，通常在具體的實(shí)施過(guò)程中，第一通孔10與第二通孔410均為金屬化通孔，即通孔的周壁通過(guò)一定的工藝實(shí)現(xiàn)金屬化。

在本實(shí)施例中，容納腔室3內(nèi)部可設(shè)置為真空狀態(tài)或填充有一定氣壓的惰性氣體，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)容納腔室3內(nèi)部傳感器模塊4的保護(hù)，由于罩殼2的周邊與封裝底板11之間為密封設(shè)置，容納腔室3內(nèi)可以長(zhǎng)期保持相同氣壓氛圍，從而使傳感器組件具有較為穩(wěn)定的測(cè)量能力。

實(shí)施例二

參考圖3、圖4所示，本實(shí)施方式所展示的微傳感器封裝結(jié)構(gòu)與實(shí)施方式一所展示的微傳感器封裝結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別在于：本實(shí)施方式中的壓力傳感器為硅壓阻式差壓傳感器，本實(shí)施例中，包覆層44對(duì)硅壓阻式差壓傳感器與襯底41之間的連接界面形成包覆，壓力敏感膜420的一表面暴露于容納腔室3內(nèi)。通常容納腔室3內(nèi)部密封有某一確定壓強(qiáng)的惰性氣體（如氦氣、氮?dú)獾龋渚唧w壓強(qiáng)可根據(jù)具體需求進(jìn)行設(shè)計(jì)。在具體應(yīng)用過(guò)程中，壓力敏感膜420兩側(cè)壓力差即為壓力傳感器42所承受的壓力，電路處理芯片43通過(guò)一定的邏輯運(yùn)算后即可輸出實(shí)際所測(cè)壓力。

實(shí)施例三

為了實(shí)現(xiàn)以上實(shí)施例中微傳感器封裝結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例具體提供了微傳感器封裝結(jié)構(gòu)的制作工藝，其包括以下步驟：

s1、傳感器模組初步組裝，將壓力傳感器42、電路處理芯片43固定于襯底41同一側(cè)面并完成電性連接，其中，襯底41在厚度方向上設(shè)置有貫通襯底41的第二通孔410，壓力傳感器42設(shè)置于第二通孔410位置處，且壓力傳感器42中用于感應(yīng)壓力的壓力敏感膜420與第二通孔410相對(duì)設(shè)置；

s2、傳感器模組成型，將固定有壓力傳感器42、電路處理芯片43的襯底41置于模具中，往模具中注入樹(shù)脂、橡膠、硅膠或其它絕緣材料，在襯底41具有壓力傳感器42、電路處理芯片43的側(cè)面形成包覆層44，固化后取出即為傳感器模組，其中，包覆層44至少包覆壓力傳感器42與襯底41之間的連接界面；

s3、封裝完成，將所得到的傳感器模組與預(yù)先準(zhǔn)備的罩殼2通過(guò)回流焊或其它固定方式固定于預(yù)先準(zhǔn)備的封裝底板1上，其中，封裝底板1在厚度方向上設(shè)置有貫通封裝底板1的第一通孔10，完成封裝后，第一通孔10與第二通孔410連通，罩殼2周邊密封的設(shè)置于封裝底板1上且與封裝底板1之間圍設(shè)形成容納腔室3，傳感器模組4容于容納腔室3內(nèi)部。

其中，步驟s1中“完成電性連接”指的是通過(guò)焊腳（圖中未示出）或引線45實(shí)現(xiàn)壓力傳感器42、電路處理芯片43之間以及與襯底41內(nèi)部電路的連通；“壓力敏感膜420與第二通孔410相對(duì)設(shè)置”指的是壓力敏感膜420設(shè)置于第二通孔410的出口位置或附近，被測(cè)液體或氣體通過(guò)第二通孔410后可以接觸壓力敏感膜420表面；另外，本實(shí)施例中用于傳感器模組成型的“模具”為內(nèi)部設(shè)置有一定形狀的空腔，空腔的形態(tài)決定傳感器模組4的包覆層44具體形狀及尺寸。

另外，本發(fā)明中，容納腔室3內(nèi)部設(shè)置為真空狀態(tài)或填充有一定氣壓的惰性氣體是在步驟s3中完成。

應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書(shū)按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書(shū)的這種敘述方式僅僅是為清楚起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書(shū)作為一個(gè)整體，各實(shí)施方式中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。

上文所列出的一系列的詳細(xì)說(shuō)明僅僅是針對(duì)本發(fā)明的可行性實(shí)施方式的具體說(shuō)明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實(shí)施方式或變更均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。