压力传感器及其封装方法与流程

本发明涉及微电子机械系统领域，尤其涉及一种压力传感器及其封装方法。

背景技术：

薄膜压力传感器具有稳定性好、精度高、可适用于恶劣环境等优点，广泛应用于国防、航空航天、工业生产和自动控制等各领域压力参数的测量。其中，绝压型薄膜压力传感器以绝压腔中的低气压作为传感器零位的参考气压。绝压腔封装的封装结构会直接影响到传感器的尺寸大小和环境适应性优劣等。

而现有技术中，金属薄膜压力传感器的封装方式基本上是采用有引线的封装方法。这需要预留较大的操作装配空间，封装尺寸较大。

因此，亟需一种新的压力传感器。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种压力传感器，旨在采用无引线的形式，减小封装尺寸，并形成了绝压封装结构。

本发明实施例一方面提供了一种压力传感器，包括：敏感芯片，包括薄壁部和与薄壁部外周相连接的支承部，支承部设置有电极；密封件，套接于敏感芯片，并且部分地与敏感芯片一起围绕形成密封腔，密封件上对应于电极开设有通孔；导电构件，密封设置于通孔中，并与电极电连接，导电构件与密封件之间绝缘设置，其中，导电构件包括填充部和埋设于填充部中的引出部。

根据本发明的一个方面，密封件包括主体部和与主体部相连接的延伸部，主体部与延伸部一并围合形成容纳腔，密封件通过容纳腔套接于敏感芯片，延伸部包覆在支承部的外侧表面；主体部开设有凹槽，凹槽朝向容纳腔，薄壁部盖设于凹槽的开口以形成密封腔。

根据本发明的一个方面，通孔开设于主体部，四个以上通孔在凹槽周侧间隔分布；通孔为锥形。

根据本发明的一个方面，支承部具有从外侧表面朝向支承部内侧表面凹陷的缺口，并且延伸部具有与缺口相匹配的突出部。

根据本发明的一个方面，支承部具有远离薄壁部的一端向外突出的台阶结构。

根据本发明的一个方面，延伸部与台阶抵接并形成密封。

根据本发明的一个方面，填充部为导电浆料，引出部为金属引针，填充部与电极电连接。

在本发明实施例中，密封件套接于敏感芯片，敏感芯片的薄壁部与密封件之间形成密封腔，设置于密封件上通孔中的导电构件与敏感芯片上的电极电连接，压力传感器的结构中通过导电构件与电极形成电连接，并不采用引线引出电信号，减小了压力传感器的封装尺寸，并且实现了绝压封装。

本发明实施例另一方面，提供一种压力传感器封装方法，包括以下步骤：提供敏感芯片，敏感芯片包括薄壁部和与薄壁部外周相连接的支承部，支承部设置有电极；将密封件套接于敏感芯片进行预装配处理，密封件部分地与敏感芯片一起围绕形成密封腔，密封件上对应于电极开设有通孔；将填充部注入至通孔并把引出部插入填充部中，再对填充部进行真空烧结固化；将敏感芯片和密封件进行绝压封装，以形成压力传感器。

根据本发明的另一个方面，将密封件套接于敏感芯片进行预装配处理的步骤包括：使敏感芯片上的缺口与密封件上的突出部相配合定位以进行预装备处理。

根据本发明的另一个方面，密封敏感芯片和密封件的步骤包括：使用腔室内气体置换为干燥氩气的电子束焊接设备，在电子束焊接设备真空度降到预定值以下的情况下将敏感芯片与密封件焊接密封。

在本发明实施例中，提供的密封件套接于敏感芯片，敏感芯片的薄壁部与密封件之间形成密封腔，设置于密封件上通孔中的导电构件与敏感芯片上的电极电连接，其中，将导电构件中的填充部注入至通孔并把导电构件中的引出部插入填充部中，再对填充部进行真空烧结固化，压力传感器封装方法中以导电构件的形式与电极形成电连接，并采用无引线的形式，减小了压力传感器的封装尺寸，并且实现了绝压封装。

附图说明

通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显,其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。

图1是本发明实施例的一种压力传感器的结构示意图；

图2是本发明实施例的密封件的仰视图；

图3是本发明实施例的密封件的三维示意图；

图4是本发明实施例的敏感芯片的三维示意图；

图5是本发明实施例的敏感芯片的结构示意图；

图6是本发明实施例的一种压力传感器封装方法的流程图。

附图标记说明：10-敏感芯片；11-支承部；12-薄壁部；13-缺口；14-电极；15-绝缘层；16-功能层；20-密封件；21-通孔；22-延伸部；23-突出部；30-导电构件；31-填充部；32-引出部；40-密封腔。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本发明造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本发明的实施例的具体结构进行限定。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了更好地理解本发明，下面结合图1至图5根据本发明实施例的压力传感器进行详细描述。

图1为本发明实施例提供的一种压力传感器，包括：敏感芯片10、密封件20和导电构件30。敏感芯片10包括薄壁部12和与薄壁部12外周相连接的支承部11，支承部11设置有电极。密封件20套接于敏感芯片10，并且部分地与敏感芯片10一起围绕形成密封腔40，密封件20上对应于电极开设有通孔21。导电构件30密封设置于通孔21中，并与电极电连接，导电构件30与密封件20之间绝缘设置，其中，导电构件30包括填充部31和埋设于填充部31中的引出部32。

其中，对薄壁部12的形状不做具体限定，其可以为圆片状、方形片状、椭圆形片状等，优选为圆片状。支承部11连接于薄壁部12外周，例如，支承部11可以是圆筒状，薄壁部12为圆片状，如图1所示，薄壁部12位于支承部11的圆筒一端并完全匹配接触此端圆筒的内壁轮廓，并与支承部11一起形成开口朝下(图示方向)的腔。在一个优选地示例中，薄壁部12与支承部11一体成型为杯状。

在支承部11的设置有薄壁部12的端面上设置有电极，电极与支承部11之间绝缘设置，可选地，电极与支承部11之间设置有绝缘层。

导电构件30中，填充部31或引出部32与电极电连接，也可以是填充部31和引出部32都与电极电连接。在一个示例中，引出部32部分埋设于填充部31中，另一部分露出，填充部31与电极电连接，电信号经由电极传到至填充部31再传导到引出部32，再经由如导线的其他介质传递到其他结构。

其中，对引出部32的形状和数量不做限定，对应于一个导电构件30，引出部32可以是圆柱状、针状、扁平状等，引出部32可以是单个的一体结构，也可以是多个部分组成的组合结构，还可以是多个间隔排布的单独结构，诸如此均在本发明的保护范围之内。对填充部31的形状和性状也不做限定，在埋设引出部32固定到通孔21之前，填充部31可以是粉状、流体状等，在将引出部32固定到通孔21之后，填充部31可以是固体状。

在本发明实施例中，密封件20套接于敏感芯片10，敏感芯片10的薄壁部12与密封件20之间形成密封腔，设置于密封件20上通孔21中的导电构件30与敏感芯片10上的电极电连接，压力传感器的结构中通过导电构件30与电极形成电连接，并不采用引线和相应的转接板，减小了压力传感器的封装尺寸，并实现了绝压封装，并且也避免在极端的冲击、振动环境中由于引线材质较软而断裂的风险。

在一些可选的实施例中，请一并参阅图1-3，密封件20包括主体部和与主体部相连接的延伸部22，主体部与延伸部22一并围合形成容纳腔，密封件20通过容纳腔套接于敏感芯片10，延伸部22包覆在支承部11的外侧表面，如图1所示，延伸部22包围成的内部横向轮廓(图1所示方向)与敏感芯片10的外部横向轮廓相匹配对应，并且主体部的容纳腔内表面可与敏感芯片10上表面接合。主体部开设有凹槽，凹槽朝向容纳腔，薄壁部12盖设于凹槽的开口以形成密封腔40。可选地，该凹槽的横向轮廓与薄壁部12的横向轮廓相一致并对应，优选地都为圆形。

可以理解的是，主体部与延伸部22可以为一体设置，也可以两个单独的结构通过键合、焊接、粘合等接合方式组成一体。

在一些可选的实施例中，继续参阅图1-3，通孔21开设于主体部，四个以上通孔21在凹槽周侧间隔分布。优选地，通孔21为锥形。

可以理解的是，通孔21的数量可以是四个、五个、六个等，图中示出为四个。可选地，多个通孔21之间可以均匀间隔排布。如图1所示，通孔21的形状可以为截面面积自上向下逐渐变小的锥形，以便于设置填充部31。

在一些可选的实施例中，如图2-4所示，支承部11具有从外侧表面朝向支承部11内侧表面凹陷的缺口13，并且延伸部22具有与缺口13相匹配的突出部23。可以理解的是，对缺口13与突出部23的具体形状不做限定，在密封件20套接在敏感芯片10上的情况下，缺口13与突出部23相互配合以阻止敏感芯片10相对于密封件20枢转。可选地，缺口13为平直缺口，突出部23为平直突出，该平直缺口与该平直突出相互匹配。

在一些可选的实施例中，支承部11具有远离薄壁部12的一端向外突出的台阶结构。具体地，如图1所示，支承部11下端外侧壁向外突出成台阶，并形成有台阶面。

在一些可选的实施例中，延伸部22与台阶抵接并形成密封。具体地址，延伸部22的下表面朝向支承部11台阶的台阶面，并与该台阶面抵接并形成密封。可以理解的是，延伸部22的下表面与支承部11台阶的台阶面之间可以采用焊接、键合、粘接等，以及其他现有技术中已知的密封接合方式。

在上述任一实施例中，填充部31为导电浆料，引出部32为金属引针，填充部31与电极电连接。示例地，该导电浆料(即填充部31)在固化前可以是银粉、环氧树脂与玻璃粉的混合物，也可以是铜粉、环氧树脂与玻璃粉的混合物，或者是其他导电浆料组分或混合物。引出部32可以是铜、银等金属材料。

在上述任一实施例中，敏感芯片10的基体材料可以是金属(如不锈钢)，敏感芯片10的上表面(图1、5所示)敷设有绝缘层15，绝缘层15上设置有电极(图示为电极14)和功能层16。

功能层16设置在薄壁部12上，功能层16示例为惠斯通电桥，当薄壁部12的下表面(图1所示)有压力变化时，薄壁部12会发生形变，从而引起薄壁部12上的惠斯通电桥(功能层16)的桥臂电阻变化，进而引起惠斯通电桥输出的变化，从而引起经由电极和导电构件30输出的电信号的变化，以实现对压力的感测。

在上述任一实施例中，密封件20的材料可以为金属或非金属，在密封件20为金属的情况下，通孔21的内壁设置有绝缘层，可选地，该绝缘层可以是烧结在通孔21的内壁的玻璃或陶瓷材料。

下面结合图1至图6根据本发明实施例的压力传感器封装方法进行详细描述。

图6为本发明实施例提供的一种压力传感器封装方法的流程图，包括以下步骤：

提供敏感芯片10，敏感芯片10包括薄壁部12和与薄壁部12外周相连接的支承部11，支承部11设置有电极。可选地，薄壁部12与支承部11可以为一体成型。

将密封件20套接于敏感芯片10进行预装配处理，密封件20部分地与敏感芯片10一起围绕形成密封腔40，密封件20上对应于电极开设有通孔21。

将填充部31注入至通孔21并把引出部32插入填充部31中，再对填充部31进行真空烧结固化。

将敏感芯片10和密封件20进行绝压封装，以形成压力传感器。

在本发明实施例中，提供的密封件20套接于敏感芯片10，敏感芯片10的薄壁部12与密封件20之间形成密封腔，设置于密封件20上通孔21中的导电构件30与敏感芯片10上的电极电连接，其中，将导电构件30中的填充部31注入至通孔21并把导电构件30中的引出部32插入填充部31中，再对填充部31进行真空烧结固化，压力传感器封装方法中以导电构件的形式与电极形成电连接，并不采用引线，减小了压力传感器的封装尺寸，并实现了绝压封装。

在一些可选的实施例中，将密封件20套接于敏感芯片10进行预装配处理的步骤中包括有：使敏感芯片10上的缺口13与密封件20上的突出部23相配合定位以进行预装备处理。通过缺口13与突出部23相配合定位可以在预装配过程中简单方便地将密封件20上的通孔21与敏感芯片10上的电极对准，便于进行后续操作。

在一些可选的实施例中，密封敏感芯片10和密封件20的步骤种包括有：使用腔室内气体置换为干燥氩气的电子束焊接设备，在电子束焊接设备真空度降到预定值以下的情况下将敏感芯片10与密封件20焊接密封。

在本发明另一个实施例中，发明实施例提供的一种压力传感器封装方法，包括以下步骤：

s10：提供钢杯、金属的密封件20和金属的引出部32；

s20：在钢杯上依次沉积绝缘层、功能层、电极层，并经过光刻、老化、筛选处理后得具有电极的敏感芯片10；

s30：在密封件20上提供通孔21，并在通孔21处敷设绝缘层；该绝缘层可以是烧结在通孔21内壁上的玻璃或陶瓷层。

s40：将敏感芯片10与密封件20进行预装备操作并固定；

s50：将填充部31注入到密封件20的通孔21中，然后将引出部32插入填充部31中并固定，然后对填充部31进行真空烧结；可选地，填充部31可以是银粉、环氧树脂与玻璃粉的混合物，也可以是铜粉、环氧树脂与玻璃粉的混合物，或者其他导电浆料组分或混合物。

s60：对敏感芯片10和密封件20的焊接面进行焊接。可选地，焊接面可以是敏感芯片10台阶的台阶面与密封件20的延伸部22的下表面(图1所示)相接合后形成的接合面。

在一些可选的实施例中，步骤s10包括：

s11：以机械加工的方式制备钢杯、金属的密封件20和金属的引出部32；

s12：清洗钢杯、密封件20和引出部32；

s13：对钢杯进行研磨、抛光。

在一些可选的实施例中，步骤s40包括：

s41：将敏感芯片10上的缺口13和密封件20上的突出部23相配合进行定位，以实现预装备；

s42：对敏感芯片10和密封件20的焊接面进行周圈点焊，以固定。可选地，该点焊工艺的焊点为3～10个，焊点熔深不超过0.2mm，且焊点位置要求在圆周方向上均布。

在一些可选的实施例中，步骤s60包括：

s61：使用干燥的氩气对电子束焊接设备的腔室内的气体进行置换；以降低腔室内的水汽含量；

s62：将电子束焊接设备的真空度降到要求值以下；可选地，该要求值为1kpa；

s63：使用电子束焊接设备焊接焊接面，以形成绝压封装结构。

本发明实施例提供一种压力传感器封装方法，敏感芯片10的电极和导电浆料在接合过程中不需要预留操作空间，封装结构的直径与敏感芯片10结构一致，从而降低了压力传感器的封装尺寸的直径，由于该压力传感器的封装结构不需要转接板，因此在封装高度上可以降低5mm～10mm。并且由于该压力传感器的封装结构不存在着引线结构，在极端的冲击、振动环境中无引线断裂的风险，因此增强了传感器在恶劣环境中的适应性。

本发明可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。例如，特定实施例中所描述的算法可以被修改，而系统体系结构并不脱离本发明的基本精神。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明的范围之中。