CN102786025A - 集成压力传感器密封 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及集成压力传感器密封。本公开的一些实施例涉及用于压力感测元件的改进的封装组件。不是将压力感测元件以使它容易受到来自零星丝线、灰尘等的损坏的方式毫无遮掩地暴露于周围环境；本文公开的改进的封装组件包括盖，其帮助形成绕着压力感测元件的外壳。所述盖包括在其中布置有阻挡构件的流体流动通道。流体流动通道将压力感测元件安置为与外部环境流体连通以便可以进行压力测量，同时阻挡构件帮助保护压力感测元件免受外部环境(例如，在某种程度上的零星丝线和灰尘)影响。以这样的方式，本文公开的封装组件帮助促进比先前实施例更加精确且可靠的压力测量。

Description

集成压力传感器密封
背景技术
压力传感器用在许多背景中，例如诸如汽车、工业、医疗、航空、以及消费类电子产品。例如，在汽车背景中，压力传感器用于测量进气歧管空气压力和真空，并且还可以用于气囊展开和其他应用中。
常规压力传感器封装在集成电路(IC)封装中。然而，一些常规IC封装将它们的压力传感器毫无遮掩地暴露于周围环境(例如，毫无遮掩地暴露于空气)以便传感器可以测量周围压力。然而，不幸的是，将压力传感器毫无遮掩地暴露于周围环境可能产生问题。例如，来自周围环境的零星丝线或灰尘可能与暴露的压力传感器物理接触并且从而导致不精确的压力测量或者甚至损坏压力传感器自身。因此，虽然常规压力传感器和它们相关的集成电路封装在某些方面是充分的，但是发明人已经设计了如本文提出的改进的压力传感器和相关封装。
附图说明
图1为在其上安装有压力感测元件的封装衬底的等距视图。
图2为在其上布置有盖的封装衬底的等距视图。
图3为在其上布置有盖的封装衬底的剖视图。
图4-9每个示出根据一些实施例的盖的俯视图、仰视图以及剖视图。
图10A、10B示出其中封装衬底包括与在装配在封装衬底上的盖中的相应凹部接合的突出部(tab)以便盖可以夹住和/或脱落封装衬底的实施例。
图11示出根据一些实施例的以流程图格式的方法。
具体实施方式
现在参考附图描述所要求保护的主题，其中相同参考标记贯穿全文用于表示相同元件。在下面描述中，为了解释，提出多个具体细节以便提供对所要求保护的主题的全面理解。然而，可能显然的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施所要求保护的主题。
本公开的一些实施例涉及用于压力感测元件的改进的封装组件。不是将压力感测元件以使它容易受到来自零星丝线、灰尘等的损坏的方式毫无遮掩地暴露于周围环境；本文公开的改进的封装组件包括盖，所述盖帮助形成绕着压力感测元件的外壳。所述盖包括在其中布置有阻挡构件的流体流动通道。流体流动通道将压力感测元件安置为与外部环境流体连通以便可以进行压力测量，同时阻挡构件帮助保护压力感测元件免受外部环境(例如，在某种程度上的零星丝线和灰尘)影响。以这样的方式，本文公开的封装组件帮助促进比先前实施例更加精确且可靠的压力测量。
将认识到，如本文使用的术语“流体”表示没有固定形状并且容易屈服于外部压力的任何物质。例如，典型的流体可以包括气体(例如，空气)和/或液体(例如，水)。结果，如本文公开的流体流动通道仅被构造为允许流体(例如，空气和/或水)行进穿过那里，通常但不是必须沿着两个方向。
现在共同地参考图1-3描述根据一些实施例的装置100的一个实施例。如下面将更详细认识到的，图1示出在其上安装有压力感测元件104的封装衬底102。图2示出在其上布置有盖106以形成绕着压力感测元件104的封装外壳的封装衬底102，并且图3示出封装衬底102和在其上的盖106的剖视图。注意，盖106包括流体流动通道108，流体流动通道108包括在其内的阻挡构件110。该流体流动通道108将压力感测元件104安置成与外部环境流体连通，同时阻挡构件110帮助保护压力感测元件104免受外部环境(例如，在某种程度上的零星丝线和灰尘)影响。结果，这个配置允许压力感测元件104以可靠且精确的方式测量周围压力。现在下面更详细地描述这些部件。
封装衬底102(其例如可以是陶瓷或塑料衬底)包括配置为与压力感测元件104接合的安装表面112。通常，安装表面112为至少大约平坦的并且具有与压力感测元件104的面积相应(或比其更大)的表面面积。封装衬底102还包括配置为接合盖106的接合表面114。接合表面114通常定位在从封装衬底基座118向上延伸的侧壁116上面。
压力感测元件104安装到安装表面112。在示出的实施例中，压力感测元件104包括集成电路120(例如，包括压力敏感隔膜的微机电***(MEMS))和引线框架或其他芯片载体122。通常，引线框架或其他芯片载体122例如通过使用环氧树脂、焊料、紧固件、或者一些其他粘接元件而粘附到安装表面112。集成电路120然后可以通过使用环氧树脂、焊料、紧固件、或者一些其他粘接元件而物理地粘附到引线框架或芯片载体122，并且可以通过使用引线粘接、焊接、或者一些其他电连接而电耦合到引线框架或芯片载体122。
至少一个电触点可在封装外壳的外表面上得到并且配置为提供在压力感测元件104与外部电路(未示出)之间的电通信。在示出的实施例中，该至少一个电触点采用八个导电引脚124的形式，其每个延伸通过封装衬底侧壁116和/或基座118。丝焊(wire bond)126将每个引脚124物理地且电气地耦合到在集成电路120上的相应接合焊盘。以这样的方式，电压和电流可以经由引脚124相对于外部环境传送到和传送自集成电路120(例如，传送到和传送自在IC上的MEMS压力传感器)，从而允许精确地测量压力。虽然图1示出其中电触点包括引脚和丝焊的示例，但是其他布置也是可能的。例如，除了别的以外，可以使用焊球触点、和/或具有球栅排列的倒装芯片封装。例如，也可以例如使用光耦合而不是在图1中示出的电耦合。
盖106接合封装衬底102的接合表面114以形成绕着压力感测元件104的封装外壳。唇缘128可以帮助将盖106固定到衬底102。在许多实施例中，盖106完全由在被推压抵靠接合表面114时形成密封的柔性或“软”材料制成。例如，在一些实施例中，盖可以由弹性体制成。弹性体的示例包括各种橡胶(例如丁腈橡胶、硅酮橡胶、丁基橡胶、氟弹性体)、聚氨酯弹性体、高温聚烯烃、硅酮、以及热塑性弹性体。盖的软属性帮助形成在盖106与衬底102之间的良好密封，并且也帮助限制在它们之间的振动以帮助防止对组件的损坏。在其他实施例中，集成垫圈或甚至分离的垫圈(例如O形环)可以定位在盖106与接合表面114之间。然而，与简单包括软盖相比，分离的垫圈由于需要额外处理和/或装配步骤而使封装组件100的制造在某些方面更复杂。
流体流动通道108设置在盖106中并且延伸穿过它。在图1-3的示例中，流体流动通道108包括细长通道130，其从盖106的外表面132线性地延伸到阻挡构件110的暴露表面134。从细长通道130，管道136a、136b沿着阻挡构件110的相对竖直表面横向且向下延伸。因为流体流动通道108“急转弯(jog)”以便阻止在外部环境与压力感测元件104之间的直接(例如视线)路径，所以流体流动通道108提供某种保护免受可能能够损坏压力感测元件104的外部物体影响。
为了提供免受周围环境影响的附加保护，凝胶或者聚合物膜区域138可以形成在压力感测元件104上。该凝胶或者膜区域138(其包围压力感测元件104)提供附加的保护阻挡层，但仍然将压力从周围环境传递到压力感测元件104。在一些实施例中，该凝胶或膜可以包括任何下列材料但不限于这些材料：全氟聚醚/硅酮(商品名称SIFEL)、氟弹性体、氟硅酮、或者聚对二甲苯。
图4-9示出根据一些实施例的附加盖的描绘。注意，不论什么流体流动通道几何形状用在这些实施例中，流体流动通道包括阻挡构件，其定位成阻止流体流动通道在外部环境与压力感测元件之间提供不受阻挡的路径(例如，线性路径)。这些仅是可以用于盖和流体流动通道的几何形状的一些示例，并且绝不是作为限制。
在许多实施例中，流体流动通道的尺寸足以允许空气流过，以便可以测量周围压力。此外，流体流动通道通常具有足够的尺寸以允许水从其流过(例如从封装组件排放)，从而限制水积累在封装中。例如，由于H2键合和水粘附力，限定流体流动通道的孔在直径上可以为至少大约2.5mm，但是该孔的最小直径可以依赖于盖的材料、盖的厚度、要排放的流体及其他因素而大大改变。
图4示出盖400，其包括顶表面402和底表面404。顶表面402包括中心孔406，其限定延伸通过盖400的流体流动通道408的开头。底表面404包括两个底孔410、412，其共同限定流体流动通道408的末端。流体流动通道408包括细长通道414，其从顶表面402线性地延伸到阻挡构件418的暴露表面416。从细长通道414，管道420、422沿着阻挡构件418的相对竖直表面横向且向下延伸到两个底孔410、412。
图5示出另一个盖500，其包括顶表面502和底表面504。这里，顶表面502再次包括中心孔506，但是底表面504仅包括一个底孔508，其中流体流动通道510限定在孔506、508之间。流体流动通道包括细长通道512，其从孔506线性地延伸到阻挡构件516的暴露表面514。从细长通道512，仅一个管道518沿着阻挡构件516的单个竖直表面横向且向下延伸到底孔508。
图6示出另一个盖600，其包括顶表面602和底表面604。这里，底表面604包括限定流体流动通道的末端的四个孔。
图7示出另一个盖700，其包括在顶盖表面704上的单个孔702和在底盖表面708上的单个孔706，其中这些孔相对于垂直穿过盖700的轴对齐。为了防止直接线性路径穿过盖700，阻挡构件710从侧壁突出进入限定在孔702、706之间的流体流动通道。
图8示出其中使用圆形孔的另一个实施例。所述孔也可以具有其他形状(例如多边形、椭圆形)并且不限于任何具体几何形状。
图9示出另一个盖900，其中细长椭圆形孔902包括在顶盖表面904上并且较小孔906、908包括在底盖表面910上。如从图4-9可以认识到的，可以使用任何数量的孔，并且它们可以以任何数量的配置来布置。此外，任何示出的实施例的顶表面和底表面也可以“被翻转”(例如，图4的翻转版本可以包括在顶表面上的两个孔和在底表面上的单个孔)。因此，顶表面不限于如在图4-9中明确所示地仅具有单个孔，而是可以还具有附加的孔。然而，将认识到，在顶表面上具有更少的孔(或者更小的孔)趋于减少压力感测元件对不想要的入侵的暴露。例如，与如果非常大的孔(或者许多小的孔)包括在顶表面上相比，如果仅一个小孔包括在顶表面上，那么零星丝线将不大可能地进入该小孔。
图10A示出另一个实施例，其中封装衬底1000包括突出部1002、1004，其分别从封装衬底1000的侧壁1006、1008横向延伸。如图10B所示，这些突出部1002、1004分别接合在盖1018的各自唇缘1014、1016中的相应凹部1010、1012。突出部1002、1004和凹部1010、1012设计为允许盖1018可拆卸地夹住和脱离封装衬底1000。
盖和封装组件也可以模制为更复杂的几何形状以匹配客户在他们的应用中使用的现有垫圈外尺寸。在一些实施例中，模制封装可以包括另一个阻挡构件或者曲折路径。然而，因为盖和封装组件包括它自己的流体通道，所以封装组件可以减少用于客户应用(例如侧门气囊)的未来几代模制封装所需要的空间。因此，发明的盖和封装组件可以消除或减少在模制封装组件中的流体通道为其他部件释放空间的需要。同时，由于它的小尺寸，盖和封装组件可以仍然是用于传统侧门气囊模制封装的简易替代品(drop inreplacement)。
现在转到图11，可以见到根据一些实施例的操作方法1100。虽然下面把该方法1100示出和描述为一系列动作或事件，但是本公开不受所示出的这些动作或事件顺序限制。这对于本文公开的其他方法也是同样的。例如，一些动作可以以不同顺序发生和/或除了本文示出和/或描述的动作或事件之外的其他动作或事件同时发生。此外，不需要所有示出的动作，并且本文描绘的一个或多个动作可以以一个或多个分离的动作或阶段来实施。
方法1100在1102开始，其中提供封装衬底。封装衬底包括在其上的安装表面。
在1104，将压力感测集成电路安装到安装表面上。
在1106，在封装衬底上提供盖以形成绕着压力感测集成电路的封装外壳。盖包括配置为将压力感测集成电路安置成与封装外壳外部的环境达到环境接触的流体流动通道。阻挡构件布置在流体流动通道中并且配置为阻止在来自外部环境的物体与压力感测集成电路之间的直接物理接触。
虽然已经相对于一个或多个实施例示出和描述本公开，但是在阅读和理解本说明书和附图的基础上本领域的其他技术人员将想到等效更改和修改。
例如，虽然上述已经在具有包括限定流体流动通道的入口/出口区域的一个或多个孔的顶表面和底表面的背景下描述了封装组件，但是将认识到，孔也可以位于封装组件的其他区域中。例如，在一些实施例中，盖比封装衬底大并且入口孔和出口孔都处于盖的底部上，以便其中一个“底”孔暴露到环境而另一个与压力传感器相邻。在仍然其他实施例中盖是厚的，允许孔在(一个或多个)侧面上并且也在底部上。因此，盖和/或封装衬底的表面可以统称为第一表面、第二表面等，其中作为标识符“第一”、“第二”等不表示相对于其他元件的任何类型的顺序或放置；而是“第一”、“第二”及其他相似标识符只是通用标识符。此外，将认识到，术语“耦合”包括直接和间接耦合。本公开包括所有这些修改和更改并且只受所附权利要求书的范围限制。特别地关于由上述部件(例如，元件和/或资源)执行的各种功能，除非另外指明，否则用于描述这些部件的术语旨在对应于执行所描述的部件的指定功能的任何部件(例如，功能上等效)，即使结构上不等效于所公开的执行在本公开的本文示出的示例性实现中的功能的结构。另外，尽管可以相对于若干实现中的仅一个实现来公开本公开的特定特征，但是这一特征可以如对任何给定或特定应用可能所期望的和有利的那样与其它实现的一个或多个其它特征相组合。另外，如本申请和所附权利要求书中所使用的冠词“一”和“一个”要被解释为是指“一个或多个”。此外，就在详细描述或权利要求书中使用术语“包含”、“具有”、“含有”、“带有”或其变体而言，这些术语旨在以与术语“包括”相似的方式为包含性的。

Claims (21)

1.一种装置，包括：
包括在其上的安装表面的封装衬底；
安装到所述安装表面的压力感测元件；
盖，配置为与所述封装衬底接合以形成绕着压力感测元件的封装外壳；
流体流动通道，设置在所述盖中并且配置为将所述压力感测元件安置成与所述封装外壳外部的环境达到环境接触，从而允许流体从外部环境进入和离开所述封装衬底；以及
阻挡构件，布置在所述流体流动通道中并且配置为阻止在来自外部环境的物体与所述压力感测元件之间的直接物理接触。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述压力感测元件包括集成电路，所述集成电路包括具有隔膜的微机电***。
3.如权利要求2所述的装置，其中所述压力感测元件包括集成电路安装到的引线框架或芯片载体。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述流体流动通道在所述盖的第一表面上的第一孔处开始并且在所述盖的第二表面上的第二孔处终止，其中所述流体流动通道包括在第一孔和第二孔之间的非线性路径。
5.如权利要求1所述的装置，其中所述流体流动通道包括：
从所述盖的表面线性地延伸到所述阻挡构件的表面的细长通道；以及
沿着所述阻挡构件的至少一个表面横向且向下延伸的至少一个管道。
6.如权利要求1所述的装置，其中所述流体流动通道包括：
从所述盖的表面线性地延伸到所述阻挡构件的表面的细长通道；以及
沿着所述阻挡构件的至少两个相应表面横向且向下延伸的至少两个管道。
7.如权利要求1所述的装置，还包括：
耦合到压力感测集成电路并且相对于所述封装外壳从外部可进入的至少一个电触点，其中所述电触点配置为提供在所述压力感测集成电路与所述封装外壳外部的电路之间的电通信。
8.如权利要求5所述的装置，其中所述电触点包括以下至少一个：导电引脚或者导电球状结构。
9.如权利要求1所述的装置，其中所述盖和封装衬底配置为所述盖能够可拆卸地相对于所述封装衬底夹住或脱离。
10.如权利要求1所述的装置，其中所述封装衬底包括：
从外周基座向上延伸的外周侧壁；以及
从所述外周侧壁横向延伸的突出部。
11.如权利要求10所述的装置，其中所述盖包括：
从所述盖的下侧向下延伸的唇缘；以及
凹部，设置在所述唇缘中并且配置为与所述突出部接合以将所述盖耦合到所述封装衬底。
12.如权利要求1所述的装置，其中所述盖是柔性的以便在所述盖与封装衬底之间形成密封。
13.如权利要求12所述的装置，其中所述盖包括弹性体材料。
14.如权利要求13所述的装置，其中所述弹性体材料包括下列材料的至少一个：橡胶、丁腈橡胶、硅酮橡胶、丁基橡胶、氟弹性体、聚氨酯弹性体、高温聚烯烃、硅酮、或者热塑性弹性体。
15.如权利要求1所述的装置，还包括：
设置在所述封装衬底与所述盖之间以将所述封装衬底固定到所述盖的环氧树脂或者粘合剂。
16.如权利要求1所述的装置，还包括：
绕着所述压力感测元件形成在所述封装外壳内的凝胶区域。
17.一种方法，包括：
提供在其上包括安装表面的封装衬底；
安装被安装到所述安装表面的压力感测集成电路；
在所述封装衬底上提供盖以形成绕着所述压力感测集成电路的封装外壳，其中所述盖包括配置为将所述压力感测集成电路安置成与所述封装外壳外部的环境达到环境接触的流体流动通道，并且其中阻挡构件布置在所述流体流动通道中并且配置为阻止在来自外部环境的物体与所述压力感测集成电路之间的直接物理接触。
18.如权利要求17所述的方法，还包括：
提供至少一个电触点，所述至少一个电触点相对于所述封装外壳从外部可进入并且耦合到所述压力感测集成电路；以及
经由至少一个电触点将所述压力感测集成电路耦合到所述封装外壳外部的电路。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述电触点包括以下至少一个：导电引脚或者导电球状结构。
20.如权利要求17所述的方法，其中在所述封装衬底上提供所述盖包括将所述盖夹持在所述封装衬底上。
21.一种装置，包括：
用于压力感测周围环境压力的部件；
用于包围所述压力感测部件的部件；
用于安置所述压力感测部件与周围环境达到环境接触并且延伸通过所述包围部件的部件；以及
用于阻止在来自外部环境的物体与所述压力感测部件之间的直接物理接触的部件。
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