一种压力传感器塑料管壳封装结构及封装方法与流程

1.本发明涉及芯片封装技术领域，特别是涉及一种压力传感器塑料管壳封装结构及封装方法。背景技术：2.传感器作为一种自主感知周围环境变量的器件，在国民经济和国防军事系统中有着广泛的应用。mems(micro-electro-mechanicalsystem)压力传感器作为其中的重要分支，其发展也越来越受到关注。现有mems压力传感器根据管壳封装形式主要可以分为塑料封装、陶瓷封装和金属封装。3.具体到塑料管壳封装，参考图1，现有塑料管壳封装结构目前存在以下问题：一方面，现有的塑料管壳为一次成型，管壳内部会留有工艺孔1，导致管壳机械强度不够，只能通过增加管壳厚度来提高结构强度；同时湿气容易顺着工艺孔1侵入封装体，可靠性不佳，最终影响mems压力传感器性能；另一方面，现有管壳成型过程中会对腔体内的合金焊盘挤压，容易引起形变，最终导致封装时金属键合线的键合强度不够，影响量产良率；再一方面，当管壳使用密封硅胶填充工艺时，在表面张力的作用下，硅胶会顺着腔体内壁上爬，严重时会爬升到盖子粘结面，从而影响盖子粘结；此外，现有设计盖子和管壳的粘结面23较小，粘结强度不够，造成盖子边缘气密性一般。技术实现要素：4.为解决上述问题，本发明提出一种压力传感器塑料管壳封装结构及封装方法，以提高封装结构的强度、可靠性、气密性及其量产良率。5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：6.一种压力传感器塑料管壳封装结构，包括：塑料管壳、asic芯片、mems压力传感芯片以及盖子；7.所述塑料管壳由环氧塑封料和合金框架经过二次塑封成型制成；所述塑料管壳内部形成腔体，由合金框架支撑；所述合金框架为弯折成型结构，所述合金框架靠近所述腔体的一端为内引脚，所述合金框架远离所述腔体的一端为外引脚；8.所述asic芯片和所述mems压力传感芯片放置在所述腔体内，采用堆叠或者并排粘结放置；所述asic芯片、所述mems压力传感芯片以及所述内引脚之间使用金属键合线连接；9.所述塑料管壳内部于所述合金框架上方设置有上锲形槽和下锲形槽；所述上锲形槽位于所述下锲形槽上方且更靠腔体外部位置；所述腔体内填充密封硅胶，所述密封硅胶覆盖所述下锲形槽但不与所述上锲形槽接触；10.所述盖子中间设置有气孔；所述盖子靠近所述塑料管壳的一面四周设置有一圈锲形环；所述盖子与所述塑料管壳粘结密封时，所述锲形环与所述上锲形槽咬合。11.可选地，所述合金框架的材质包括可伐合金和c194合金。12.可选地，所述合金框架表面电镀有镍钯金镀层，并做粗化处理。13.可选地，所述asic芯片和所述mems压力传感芯片采用不导电环氧胶或硅胶粘结在所述腔体内。14.可选地，所述密封硅胶为有机硅胶。15.可选地，所述盖子的材质包括金属和pps。16.一种压力传感器塑料管壳封装结构的封装方法，所述封装方法包括：17.准备平整的合金板，对所述合金板进行蚀刻和弯折成型处理，形成合金框架；所述合金框架一端弯折为内引脚，另一端弯折为外引脚；18.把所述合金框架放置在下模，配合a上模进行合模，形成下模腔体，在第一预设温度下把环氧塑封料熔融形成的流体压入所述下模腔体并填充，固化后完成第一次成型；所述a上模与所述合金框架直接接触；所述下模腔体具有与上锲形槽和下锲形槽对应的锯齿状结构；19.完成第一次成型后，把a上模更换为b上模，形成上膜腔体，在第二预设温度下把环氧塑封料熔融形成的流体压入所述上膜腔体并填充，固化后完成第二次成型；所述b上模只与所述合金框架的外引脚接触，与内引脚不接触；20.将第二次成型后结构从模具中取出并在第三预设温度下加热固化，使环氧塑封料反应，完成塑料管壳制作；所述塑料管壳内部形成腔体，由合金框架支撑；所述合金框架靠近所述腔体的一端为内引脚，所述合金框架远离所述腔体的一端为外引脚；所述塑料管壳内部于所述合金框架上方设置有上锲形槽和下锲形槽；所述上锲形槽位于所述下锲形槽上方且更靠腔体外部位置；21.对所述塑料管壳进行预烘烤处理，在预烘烤后塑料管壳的腔体内分别放入asic芯片和mems压力传感芯片进行芯片贴片和贴片固化处理；所述asic芯片和所述mems压力传感芯片在所述腔体内堆叠或者并排粘结放置；22.将所述asic芯片、所述mems压力传感芯片以及所述内引脚之间使用金属键合线进行连接；23.向所述腔体内填充密封硅胶并固化；所述密封硅胶覆盖所述下锲形槽但不与所述上锲形槽接触；24.制备盖子；所述盖子中间设置有气孔；所述盖子内表面四周设置有一圈锲形环；25.令所述锲形环与所述上锲形槽咬合，将所述盖子与所述塑料管壳粘结密封并固化。26.可选地，所述对所述合金板进行蚀刻和弯折成型处理，形成合金框架，具体包括：27.对所述合金板进行蚀刻处理，蚀刻后的合金板包括多个引脚单元；所述合金板的材质包括可伐合金、c194合金；28.将所述蚀刻后的合金板裁切到预设尺寸，形成多个合金条；29.将所述合金条中的引脚单元进行弯折，形成具有内引脚和外引脚的合金框架；各个引脚单元之间靠连筋相连。30.可选地，所述对所述合金板进行蚀刻和弯折成型处理，形成合金框架之后，还包括：31.在所述合金条的所有面电镀镍钯金镀层，并对表面做粗化处理。32.可选地，所述将所述盖子与所述塑料管壳粘结密封并固化之后，还包括：33.将所述合金条中的引脚单元进行切筋处理，切割成单颗压力传感器塑料管壳封装结构。34.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：35.本发明提供了一种压力传感器塑料管壳封装结构及封装方法。所述压力传感器塑料管壳封装结构包括：塑料管壳、asic芯片、mems压力传感芯片以及盖子。其中所述塑料管壳由环氧塑封料和合金框架经过二次塑封成型制成；由于采用2步成型，避免了成型管壳中出现图1所示的工艺孔1，从而减少了后续使用中湿气侵入，提高了封装可靠性；另外由于取消了工艺孔1，封装体的强度增强，使封装体的厚度进一步减小；本发明的塑料管壳分步成型时，模具对内引脚的压力被平摊，内引脚形变大大减小，提高了成品量产良率。并且本发明塑料管壳内设计有上锲形槽和下锲形槽，下锲形槽设计能减少密封硅胶爬胶，从而防止了密封硅胶污染盖子粘结面导致盖子粘结不良；上锲形槽的设计增加了盖子粘结面的面积，并且上锲形槽与盖子的锲形环配合，增加了盖子粘结强度和密封性。附图说明36.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。37.图1为现有塑料管壳结构的侧视图；38.图2为本发明塑料管壳的侧视图；39.图3为本发明压力传感器塑料管壳封装结构实施例的侧视图；40.图4为本发明盖子的正视图；41.图5为本发明盖子的侧视图；42.图6为本发明压力传感器塑料管壳封装结构实施例的制备和封装过程示意图；43.图7为本发明合金框架蚀刻过程示意图；44.图8为本发明合金框架弯折过程示意图；45.图9为本发明塑料管壳两次成型过程示意图。具体实施方式46.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。47.本发明的目的是提供一种压力传感器塑料管壳封装结构及封装方法，以提高封装结构的强度、可靠性、气密性及其量产良率。48.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。49.图3为本发明一种压力传感器塑料管壳封装结构的侧视图。参见图3，以s08封装为例，所述压力传感器塑料管壳封装结构包括：塑料管壳6、asic芯片12、mems压力传感芯片13以及盖子10。50.参见图2和图3，所述塑料管壳6由低应力环氧塑封料4和合金框架5经过二次塑封成型制成。所述塑料管壳6内部形成腔体9，由合金框架5支撑，以实现塑料管壳6内外电气连接。所述合金框架5为弯折成型结构，所述合金框架5靠近所述腔体9的一端为内引脚2，所述合金框架5远离所述腔体9的一端为外引脚3。所述合金框架5材质包括但不限于可伐合金、c194合金。在制备所述合金框架5时，首先通过蚀刻形成所需的引脚数量，再弯折成型。合金框架5表面有电镀镍钯金镀层，并做粗化处理。51.参见图3，所述asic芯片12和所述mems压力传感芯片13放置在所述腔体9内，可采用堆叠或者并排粘结放置。所述asic芯片12和mems压力传感芯片13可采用不导电环氧胶、硅胶进行粘结。所述asic芯片12、所述mems压力传感芯片13以及所述内引脚2之间使用金属键合线14连接。所述金属键合线14键合工艺的二焊点做植球处理。52.参见图2和图3，所述塑料管壳6内部于所述合金框架5上方设置有锯齿状的上锲形槽8和下锲形槽7。所述上锲形槽8位于所述下锲形槽7上方且更靠腔体9外部位置。所述腔体9内填充密封硅胶15，所述密封硅胶15覆盖所述下锲形槽7但不与所述上锲形槽8接触。填充的所述密封硅胶为有机硅胶。53.参见图3、图4和图5，所述盖子10中间设置有气孔11；所述盖子10靠近所述塑料管壳6的一面四周设置有一圈锲形环17；锲形环17为盖子10内表面四周的一圈突出结构。所述盖子10与所述塑料管壳6粘结密封时，所述锲形环17与所述上锲形槽8咬合，形成一种咬合结构。所述上锲形槽8与所述锲形环17内侧的接触面为盖子粘结面16。带气孔盖子10的材质包括但不限于金属、pps。54.所述压力传感器塑料管壳封装结构中压力传感器功能实现过程如下：55.外界面压力的变化通过盖子10的气孔11进入腔体9内，使密封硅胶15产生形变，形变产生的力作用到mems压力传感芯片13，由于压阻效应，mems压力传感芯片13的电阻跟随变化，通过惠斯顿电桥，转化为电压；变化的电压输入至asic芯片12进行信号处理和发送，最终实现压力到电信号的转变。其中asic芯片12的作用是将mems压力传感器输出的模拟信号转化为数字信号，并对其进行分析处理，最终输出。56.图6为本发明压力传感器塑料管壳封装结构的制备和封装过程示意图。参见图6，在一个具体实施例中，本发明压力传感器塑料管壳封装结构的制备和封装过程如下：57.6.1合金框架制作58.参见图7，对平整的合金板进行蚀刻处理，去除不需要的部分，保留设计的引脚单元24，蚀刻后的合金板包含多个引脚单元24。其中合金板厚度为0.2mm，材质包括但不限于可伐合金、c194合金。把蚀刻后的合金板裁切到指定的尺寸(通常为68*184mm)形成合金条(strip)，每条strip包含80个引脚单元24。参见图8，将strip中的引脚单元24弯折，形成内引脚2和外引脚3，引脚单元24之间靠连筋相连。其中内引脚2和外引脚3起电气连接和支撑的作用；最后在strip所有面做金属镀层，镀层为镍钯金，表面做粗化处理，有利于金线键合，增强和环氧塑封料4之间的结合性。59.6.2塑料管壳制作60.本发明塑料管壳6分2次成型，选用低应力环氧塑树脂混合物作为塑封料4。61.第一次成型：参考图9，第一步，把合金框架5放置在下模20上，配合a上模18进行合模，形成下模腔体19；第二步，在一定温度下把环氧塑封料14熔融形成的流体，压入下模腔体19并填充，固化后完成第一次成型；62.第二次成型：第三步，把a上模18更换为b上模21，形成上膜腔体22；第四步，在一定温度下把环氧塑封料14熔融形成的流体压入上膜腔体22并填充，固化后完成第二次成型。63.两次成型后，从模具中取出塑料管壳6在一定温度下加热固化，使塑封料完全反应，完成塑料管壳6制作。64.本发明的塑料管壳6通过2次分步成型，无需使用辅助治具，没有工艺孔1，增强了管壳整体强度和可靠性。并且本发明的塑料管壳6分步成型时，模具对内引脚2的压力被平摊，内引脚2形变大大减小，同时合金条表面为粗化处理的电镀镍钯金，能显著增强金属键合线14与合金条表面焊盘的结合强度。65.6.3塑料管壳预烘烤66.对塑料管壳6进行烘烤，去除湿气。67.6.4asic芯片贴片68.在腔体9内放入asic芯片12，使用不导电胶进行粘结。在放入asic芯片12之前，需要进行asic晶圆磨划。芯片贴片是用胶把芯片贴到指定位置。晶圆磨划是把晶圆减薄到指定的厚度，然后进行划片，将晶圆分为单颗芯片。69.6.5asic芯片贴片固化70.贴片固化是指使贴片胶固化，一般用烘烤的方式。71.6.6mems压力传感芯片贴片72.asic芯片贴片固化后，再在腔体9内放入mems压力传感芯片13，使用不导电胶粘结，asic芯片12和mems压力传感芯片13采用并排放置或者叠放。73.6.7mems压力传感芯片贴片固化74.采用烘烤方式使mems压力传感芯片贴片固化。75.6.8金属线键合76.金属线键合用于连接芯片和内引脚。将asic芯片12、mems压力传感芯片13、内引脚2使用金属键合线14连接，金属键合线14的材质包括但不限于金线、合金铜线。77.6.9密封硅胶填充78.在腔体9内填入密封硅胶15，用于保护mems压力传感芯片13，传导压力。79.6.10密封硅胶固化80.对密封硅胶15进行固化，使填充胶充分反应，从液态变为果冻态。81.6.11盖子贴片82.令盖子10内表面的锲形环17与塑料管壳6的上锲形槽8咬合，将盖子10与塑料管壳6粘结密封。83.6.12盖子贴片固化84.在一定温度下使盖子粘结胶固化。85.6.13切筋86.所述合金条中的各个引脚单元24之间靠连筋相连，切筋是将合金条上的所有压力传感器塑料管壳封装结构由整版切成单颗，得到单颗压力传感器塑料管壳封装结构成品。87.6.14包装出货88.最后将单颗压力传感器塑料管壳封装结构成品包装出货。89.可见，与图1所示的现有塑料管壳封装相比，本发明提供的压力传感器塑料管壳封装结构具有以下优点：一方面，本发明的塑料管壳6通过2次分步成型，无需使用辅助治具，没有工艺孔1，增强了管壳整体强度和可靠性。另一方面，本发明的塑料管壳6分步成型时，模具对内引脚2的压力被平摊，内引脚2形变大大减小，同时合金焊盘表面为粗化处理的电镀镍钯金，能显著增强金线和合金焊盘的结合强度。再一方面，本发明在塑料管壳6内和盖子10内增加设计了由上锲形槽8和锲形环17构成的咬合结构，增加了粘结接触面，从而增强密封性；并且上锲形槽8构成的环形凹槽的使用也可以防止粘结胶溢出到腔体9内。此外，下锲形槽7的设计能够减少密封硅胶15爬胶，从而防止了密封硅胶15污染盖子粘结面16导致盖子10粘结不良的问题。以上结构设计共同提高了本发明一种压力传感器塑料管壳封装结构的量产良率。90.基于以上压力传感器塑料管壳封装结构的制备和封装过程，本发明还提供一种压力传感器塑料管壳封装结构的封装方法，所述封装方法包括：91.s1：准备平整的合金板，对所述合金板进行蚀刻和弯折成型处理，形成合金框架5；所述合金框架5一端弯折为内引脚2，另一端弯折为外引脚3；92.具体地，对所述合金板进行蚀刻处理，蚀刻后的合金板包括多个引脚单元；其中合金板厚度为0.2mm，合金板的材质包括但不限于可伐合金、c194合金。将所述蚀刻后的合金板裁切到预设尺寸，形成多个合金条；合金条的尺寸通常为68*184mm，每条合金条包含80个引脚单元24。将所述合金条中的引脚单元24进行弯折，形成具有内引脚2和外引脚3的合金框架5；各个引脚单元24之间靠连筋相连。其中内引脚2和外引脚3起电气连接和支撑的作用。然后在所述合金条的所有面电镀镍钯金镀层，并对表面做粗化处理，从而有利于金属键合线14键合，增强和环氧塑封料4之间的结合性。93.s2：把所述合金框架5放置在下模20，配合a上模18进行合模，形成下模腔体19，在第一预设温度下把环氧塑封料4熔融形成的流体压入所述下模腔体19并填充，固化后完成第一次成型；所述a上模18与所述合金框架5直接接触，二者之间不存在腔体；所述下模腔体19具有与上锲形槽8和下锲形槽7对应的锯齿状结构；94.s3：完成第一次成型后，把a上模18更换为b上模21，形成上膜腔体22，在第二预设温度下把环氧塑封料4熔融形成的流体压入所述上膜腔体22并填充，固化后完成第二次成型；所述b上模21只与所述合金框架5的外引脚3接触，与内引脚2不接触，因此所述b上模21与所述合金框架5和下模20之间能够形成上膜腔体22；95.s4：将第二次成型后结构从模具中取出并在第三预设温度下加热固化，使环氧塑封料4反应，完成塑料管壳6制作；所述塑料管壳6内部形成腔体9，由合金框架5支撑；所述合金框架5靠近所述腔体9的一端为内引脚2，所述合金框架5远离所述腔体9的一端为外引脚3；所述塑料管壳6内部于所述合金框架5上方设置有上锲形槽8和下锲形槽7；所述上锲形槽8位于所述下锲形槽7上方且更靠腔体9外部位置；96.由于本发明塑料管壳6采用2步成型，避免了成型管壳6中出现图1所示的工艺孔1，从而减少了后续使用中湿气侵入，提高了封装可靠性。另外由于取消了工艺孔1，封装结构的强度增强，可以使封装结构的厚度进一步减小。塑料管壳6内设计有上锲形槽8和下锲形槽7，下锲形槽7的设计能减少密封硅胶15爬胶，防止密封硅胶15污染盖子粘结面16导致盖子粘结不良；上锲形槽8的设计增加了盖子粘结面16面积，和盖子的锲形环17配合增加了盖子粘结强度和密封性。97.s5：对所述塑料管壳6进行预烘烤处理，在预烘烤后塑料管壳6的腔体9内分别放入asic芯片12和mems压力传感芯片13进行芯片贴片和贴片固化处理；所述asic芯片13和所述mems压力传感芯片13在所述腔体9内堆叠或者并排粘结放置；在图3所示的实施例中，采用的是堆叠放置方式；98.s6：将所述asic芯片12、所述mems压力传感芯片13以及所述内引脚2之间使用金属键合线14进行连接；99.s7：向所述腔体9内填充密封硅胶15并固化；如图3所示，所述密封硅胶15覆盖所述下锲形槽7但不与所述上锲形槽8接触；100.s8：制备盖子10；所述盖子10中间设置有气孔11；所述盖子10内表面四周设置有一圈锲形环17；101.s9：令所述锲形环17与所述上锲形槽8咬合，将所述盖子10与所述塑料管壳6粘结密封并固化。102.固化后，将所述合金条中的多个引脚单元24进行切筋处理，切割出单颗压力传感器塑料管壳封装结构进行包装出货。103.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的控制方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。