一种MEMS压力传感器封装结构

一种mems压力传感器封装结构技术领域1.本发明涉及一种传感器封装结构，具体涉及一种mems（micro-electro-mechanical system，微机电系统）压力传感器封装结构。背景技术：2.传感器的封装能够将mems传感器芯片与外界恶劣环境隔离，抑制和屏蔽外界环境的干扰，同时还具有电连接、热管理和增强机械强度等功能。另一方面，传感器的封装又极易对传感器的性能产生影响。3.根据压力传感器封装管壳的材料，mems压力传感器的封装形式主要分为塑料封装、金属封装和陶瓷封装。mems压力传感器封装结构的装配方式则主要包括焊接装配和密封胶装配。对于现有带有波纹膜片和硅油密封的mems压力传感器封装结构而言，虽然采用焊接装配的气密性要高于采用密封胶装配的气密性，但是焊接装配会带来比密封胶装配更大的预应力，焊接装配也容易在封装密封腔体内产生气泡，并且焊接装配对于封装管壳材料的限制还很大，而密封胶装配能够很好地弥补焊接装配上述的这些缺点。此外，金属材质的波纹膜片容易遭受恶劣工作环境的腐蚀和破坏，并且其气密性会随着传感器工作时间的增长而逐渐下降，导致外界污物进入封装密闭腔体后下沉到mems压力传感器芯片表面，从而造成传感器性能的降低。技术实现要素：4.发明目的：针对上述现有技术，提出一种mems压力传感器封装结构，解决封装气密性随传感器工作时间的增长逐渐下降，导致外界污物进入封装腔体后下沉到mems压力传感器芯片表面，从而造成传感器性能下降的问题。5.技术方案：一种mems压力传感器封装结构，包括波纹膜片、外壳、可伐合金基板；所述可伐合金基板上设有若干连通到基板底部外的金属电极；所述外壳为直筒结构，在所述外壳的内侧壁上贴合有一组相对设置的金属极板，所述金属极板的底端连接有开口朝上的污物收集槽，相对设置的所述金属极板所连接的污物收集槽环绕所述外壳内侧壁设置；mems压力传感器芯片固定在所述可伐合金基板上，所述mems压力传感器芯片的引脚以及相对设置的所述金属极板分别与所述可伐合金基板上对应的金属电极连接；所述波纹膜片和可伐合金基板分别密封连接在所述外壳的顶端和底端，形成密封腔体结构，所述密封腔体结构内填充硅油。6.进一步的，所述波纹膜片为盖状结构，所述外壳的顶端设有一圈凹槽，所述波纹膜片的竖直边缘插入所述凹槽内，并在所述凹槽内注入密封胶来固定所述波纹膜片，所述波纹膜片的水平处不与所述外壳发生接触。7.进一步的，所述波纹膜片的材料为高韧性陶瓷。8.进一步的，所述外壳的材料为有机硅塑料、不锈钢金属或氮化硅陶瓷。9.进一步的，所述可伐合金基板的材料为铁镍钴合金。10.进一步的，所述金属电极与可伐合金基板之间设有绝缘子。11.进一步的，所述可伐合金基板上设有注油孔。12.进一步的，所述密封胶采用有机硅树脂灌封胶。13.进一步的，所述高韧性陶瓷为氧化铝陶瓷。14.进一步的，所述高韧性陶瓷为氧化锆陶瓷。15.有益效果：与现有带有波纹膜片和硅油密封的封装结构相比，本发明具有以下优点：1、现有封装结构对于传感器使用过程中气密性下降问题没有应对的措施，本发明增加了具有自清洁功能的结构来弥补这一不足，利用介电分离效应抑制封装气密性下降造成外界污物沉积到传感器芯片表面所带来的负面影响。16.2、与现有封装结构中金属材质的波纹膜片不同，本发明中的波纹膜片采用高韧性陶瓷材料，具有良好的化学稳定性、抗老化性和抗疲劳性，这不仅有助于抑制恶劣工作环境对波纹膜片的腐蚀和破坏，还有助于拓展传感器的应用场合，提高传感器的性能和使用寿命。17.3、与现有封装结构中平面状的波纹膜片不同，本发明中的波纹膜片被设计成了盖状，不仅能使其竖直边缘处配合外壳顶端的凹槽进行密封胶装配，还能确保波纹膜片的水平处在装配后不与外壳相接触。这样能有效提高密封胶装配的封装气密性，减小波纹膜片上的预应力和热应力，提升传感器的性能。附图说明18.图1为本发明的一种mems压力传感器封装结构的正视图；图2为本发明的一种mems压力传感器封装结构的正视图对应的剖面图；图3为本发明的一种mems压力传感器封装结构的盖状波纹膜片的俯视图；图4为本发明的一种mems压力传感器封装结构的盖状波纹膜片正视图；图5为本发明的一种mems压力传感器封装结构的金属极板的俯视图；图6为本发明的一种mems压力传感器封装结构的金属极板的正视图；图7为本发明的一种mems压力传感器封装结构的金属极板的右视图；图8为本发明的一种mems压力传感器封装结构的整体装配图。具体实施方式19.下面结合附图对本发明做更进一步的解释。20.如图1、图2以及图8所示，一种mems压力传感器封装结构，包括波纹膜片2、外壳4、可伐合金基板8。可伐合金基板8上设有若干连通到基板底部外的金属电极7。外壳4为直筒结构，在外壳4的内侧壁上贴合有一组相对设置的金属极板5，金属极板5的底端连接有开口朝上的污物收集槽11，相对设置的金属极板5所连接的污物收集槽11环绕外壳4内侧壁设置。mems压力传感器芯片6固定在可伐合金基板8上，mems压力传感器芯片6的引脚以及相对设置的金属极板5均分别与可伐合金基板8上的对应的金属电极7连接。波纹膜片2和可伐合金基板8分别密封连接在外壳4的顶端和底端，形成密封腔体结构，密封腔体结构内填充硅油1，可伐合金基板8上设有注油孔10。21.具体的，波纹膜片2为盖状结构，外壳4的顶端设有一圈凹槽，波纹膜片2的竖直边缘插入凹槽内，并在凹槽内注入密封胶3来固定波纹膜片2，并达到密封效果，波纹膜片2的水平处不与外壳4发生接触。外壳4选用有机硅塑料、不锈钢金属材料或者氮化硅陶瓷材料。波纹膜片2的材料为具有高韧性的陶瓷材料，如氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷。密封胶3采用有机硅树脂灌封胶。可伐合金基板8的材料为铁镍钴合金。金属极板5和金属电极7的材料一般选用铝、镍铜锌合金或不锈钢。本实施例中，金属电极7一共有七个，其中五个与mems压力传感器芯片6的引脚互连，两个直接连接在金属极板5的下表面。金属电极7与可伐合金基板8之间设有绝缘子9，起到绝缘和密封作用。22.本实施例中，金属极板5与其底部的污物收集槽11为一体结构，即将金属极板5的底边向内侧经过两侧弯折，并对侧面进行封边形成的结构。两个金属极板5以及污物收集槽11端部设有用于绝缘的间隙。23.对于现有带有波纹膜片和硅油密封的mems压力传感器封装，其结构的气密性会随着传感器工作时间的增长而逐渐下降，导致外界污物进入充满硅油的密闭腔体中。本发明的封装结构包含了自清洁功能：相对设置的一组金属极板5在通入电压后会在靠近波纹膜片2的下方形成电场，根据介电分离效应，在该电场的作用下，渗入密封腔体的外界污物因其介电常数通常比硅油的介电常数大很多，所以会发生明显的介电分离现象使得污物向着金属极板5运动和聚集，然后附着在金属极板5的表面，金属极板5下端的污物收集槽11用于收集因重力等作用从金属极板5表面下沉的污物，有效避免了进入封装密闭腔体的外界污物下沉到mems压力传感器芯片表面，从而造成的传感器性能的降低。24.此外，本发明中的波纹膜片采用高韧性陶瓷材料，具有良好的化学稳定性、抗老化性和抗疲劳性，这不仅有助于抑制恶劣工作环境对波纹膜片的腐蚀和破坏，还有助于配合陶瓷管壳的使用以拓展传感器的应用场合。将波纹膜片2设计成盖状，使其竖直边缘处配合外壳4顶端的凹槽进行密封胶装配，同时确保波纹膜片2的水平处在装配后不与外壳4相接触。这样能有效提高密封胶装配的封装气密性，减小波纹膜片上的预应力和热应力，提升传感器的性能。25.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。