CN113148942B - 外部封装结构、mems传感器以及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种外部封装结构、应用该外部封装结构的MEMS传感器以及应用该MEMS传感器的电子设备。其中，外部封装结构包括电路板，电路板具有器件安装面，器件安装面设有封装区域，封装区域的四个角的外侧分别设有一应力集中孔。本发明的技术方案可改善电路板因封装工艺步骤中例如切割、烘烤等原因而产生的形变，从而提升MEMS传感器的输出精度。
Description
技术领域
本发明涉及传感器领域，特别涉及一种外部封装结构、应用该外部封装结构的MEMS传感器以及应用该MEMS传感器的电子设备。
背景技术
近年来，随着科技的快速发展，微机电***(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)应运而生。其中，MEMS传感器作为检测器件，已经在例如手机、笔记本电脑、平板电脑、可穿戴设备等电子设备上得到了广泛应用。
当前，MEMS传感器大多采用电路板作为封装基板，以实现例如MEMS芯片、ASIC芯片等器件的封装。但是，电路板不可避免地会发生因封装工艺步骤中例如切割、烘烤等原因而产生的形变，并且形变应力无法释放还会进一步导致形变加剧，从而影响MEMS传感器的输出精度。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种外部封装结构、应用该外部封装结构的MEMS传感器以及应用该MEMS传感器的电子设备，旨在改善电路板因封装工艺步骤中例如切割、烘烤等原因而产生的形变，从而提升MEMS传感器的输出精度。
本发明的一实施例提出一种外部封装结构，该外部封装结构包括电路板，所述电路板具有器件安装面，所述器件安装面设有封装区域，所述封装区域的四个角的外侧分别设有一应力集中孔。
在本发明一实施例中，所述应力集中孔在所述器件安装面上形成的图形至少具有两条相邻设置的直边。
在本发明一实施例中，所述应力集中孔在所述器件安装面上形成的图形为内多边形。
在本发明一实施例中，相邻的两所述应力集中孔之间开设有应力汇集孔。
在本发明一实施例中，所述应力汇集孔为矩形孔。
在本发明一实施例中，所述矩形孔沿远离所述封装区域的方向延伸设置，并贯通至所述电路板的侧边。
在本发明一实施例中，所述封装区域的四个角的外侧分别设有一第一金属镀层；
在所述电路板的背向所述器件安装面的表面上，与所述第一金属镀层对应的位置处还设有第二金属镀层。
在本发明一实施例中，所述第一金属镀层沿所述封装区域的外轮廓环绕方向延伸设置。
本发明的一实施例还提出一种MEMS传感器，该MEMS传感器包括MEMS芯片和外部封装结构；
所述外部封装结构包括电路板，所述电路板具有器件安装面，所述器件安装面设有封装区域，所述封装区域的四个角的外侧分别设有一应力集中孔；
所述MEMS芯片设于所述封装区域。
本发明的一实施例还提出一种电子设备，该电子设备包括MEMS传感器，该MEMS传感器包括MEMS芯片和外部封装结构；
所述外部封装结构包括电路板，所述电路板具有器件安装面，所述器件安装面设有封装区域，所述封装区域的四个角的外侧分别设有一应力集中孔；
所述MEMS芯片设于所述封装区域。
本发明的技术方案，由于电路板内部的形变应力会集中在结构突变的区域，分布在封装区域四周的应力集中孔便成为了“应力释放结构”，使得电路板内部的形变应力集中到了封装区域外的特定位置(即应力集中孔处)；从而避开了用于安装固定例如MEMS芯片、ASIC芯片等器件的封装区域，减少了封装区域的形变应力；进而极大地提高了封装区域的平整度，减小了形变应力对例如MEMS芯片、ASIC芯片等器件的干扰。即，改善了电路板因封装工艺步骤中例如切割、烘烤等原因而产生的形变，提升了MEMS传感器的输出精度。
附图说明
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，下面将对实施例或现有技术描述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示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明MEMS传感器一实施例的结构示意图；
图2为图1中MEMS传感器移除罩壳后的俯视图；
图3为图1中MEMS传感器的仰视图。
附图标号说明：
| 标号 | 名称 | 标号 | 名称 |
| 100 | MEMS传感器 | 115 | 应力汇集孔 |
| 10 | 外部封装结构 | 117 | 第一金属镀层 |
| 11 | 电路板 | 119 | 第二金属镀层 |
| 111 | 器件安装面 | 13 | 罩壳 |
| 1111 | 封装区域 | 10a | 收纳腔 |
| 113 | 应力集中孔 | 30 | MEMS芯片 |
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
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的一部分实施例，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作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。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”、“若干”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
当前，MEMS传感器大多采用电路板作为封装基板，以实现例如MEMS芯片、ASIC芯片等器件的封装。但是，电路板不可避免地会发生因封装工艺步骤中例如切割、烘烤等原因而产生的形变，并且形变应力无法释放还会进一步导致形变加剧，从而影响MEMS传感器的输出精度。
于此同时，在MEMS传感器的应用过程中，由于受到外部环境的该改变，如温度、湿度、气体等影响，普通电路板也会产生形变，同样影响MEMS传感器的输出精度。
针对上述技术问题，本发明提出一种外部封装结构10，旨在改善电路板11因封装工艺步骤中例如切割、烘烤等原因而产生的形变以及应用过程中产生的形变，从而提升MEMS传感器100的输出精度。
可以理解地，本发明提出的外部封装结构10可以应用于MEMS传感器100，MEMS传感器100可以是但并不限于惯性传感器、压力传感器、地磁传感器、气体传感器等。
下面将在具体实施例中对本发明外部封装结构10的具体结构进行说明：
如图1和图2所示，在本发明外部封装结构10一实施例中，所述外部封装结构10包括电路板11，所述电路板11具有器件安装面111，所述器件安装面111设有封装区域1111，所述封装区域1111的四个角的外侧分别设有一应力集中孔113。
本实施例中，封装区域1111为矩形区域，该矩形区域的四个角即为封装区域1111的四个角。可以理解地，封装区域1111可用于安装固定例如MEMS芯片30、ASIC芯片等器件。
本实施例中，电路板11为矩形板，即电路板11的器件安装面111呈矩形，也即由电路板11的器件安装面111所构成的区域为矩形区域。此时，封装区域1111位于器件安装面111的中心位置，即由封装区域1111和器件安装面111所构成的两个矩形区域，按照中心重合、侧边平行的方式进行布置(如图2所示)。
进一步地，本实施例中，封装区域1111的四个角的外侧分别设有一应力集中孔113。此时，由于电路板11内部的形变应力会集中在结构突变的区域，分布在封装区域1111四周的应力集中孔113便成为了“应力释放结构”，使得电路板11内部的形变应力集中到了封装区域1111外的特定位置(即应力集中孔113处)；从而避开了用于安装固定例如MEMS芯片30、ASIC芯片等器件的封装区域1111，减少了封装区域1111的形变应力；进而极大地提高了封装区域1111的平整度，减小了形变应力对例如MEMS芯片30、ASIC芯片等器件的干扰。即，改善了电路板11因封装工艺步骤中例如切割、烘烤等原因而产生的形变，提升了MEMS传感器100的输出精度。
还有，应力集中孔113的设置，还可有效降低外部作用力对例如MEMS芯片30、ASIC芯片等器件的干扰，给予MEMS传感器100一个相对安全的测量环境，从而进一步提高MEMS传感器100的测量精度和输出精度。即，应力集中孔113的设置，还可极大地降低MEMS传感器100使用过程中，因电路板11形变导致的应力干扰，提高MEMS传感器100的输出精度和长期可靠性，帮助MEMS传感器100提高测试精度等性能指标，从而拓展MEMS传感器100在飞机导航、海洋船舶、汽车电子、消费类电子、可穿戴等众多领域中的应用。
再有，本实施例的技术方案，仅需要在电路板11的相应位置开孔即可实现，具有工艺标准化高、兼容性强、适合大批量生产等优势。并且，保持选用电路板11而不改变封装基板的材质，还具有与后续工艺兼容性高、成本低、一致性好等优势。
此外，还需要说明的是，本实施例中，外部封装结构10还包括罩壳13，罩壳13罩设于电路板11，并与电路板11围合形成收纳腔10a，以将例如MEMS芯片30、ASIC芯片等器件收纳在其中，从而实现对例如MEMS芯片30、ASIC芯片等器件更好的保护。并且，罩壳13采用金属材质，以起到电磁屏蔽的作用，从而降低其中例如MEMS芯片30、ASIC芯片等器件工作性能受外界影响的可能。
当然，可以理解地，在其他实施例中，外部封装结构10还可以有其他配置形式，例如：外部封装结构10除包括前述电路板11外，还包括塑封层，塑封层设置在电路板11的器件安装面111上，以将例如MEMS芯片30、ASIC芯片等器件包覆于其中，从而实现对例如MEMS芯片30、ASIC芯片等器件更好的保护。
如图2所示，在本发明外部封装结构10一实施例中，所述应力集中孔113在所述器件安装面111上形成的图形至少具有两条相邻设置的直边。此时，这两条直边的连接处便可成为一个较好的“结构突变点”，从而便于形变应力更好地集中，以进一步减少封装区域1111的形变应力，提高封装区域1111的平整度，减小形变应力对例如MEMS芯片30、ASIC芯片等器件的干扰。
当然，可以理解地，在其他实施例中，应力集中孔113在器件安装面111上形成的图形还可以被配置成其他形式，例如：应力集中孔113在器件安装面111上形成的图形为多边形。
如图2所示，在本发明外部封装结构10一实施例中，应力集中孔113还采用了如下形式进行配置：
所述应力集中孔113在所述器件安装面111上形成的图形为内多边形。
此时，应力集中孔113在器件安装面111上形成的图形存在多个较好的“结构突变点”，从而可帮助形变应力更好地集中，以进一步减少封装区域1111的形变应力，提高封装区域1111的平整度，减小形变应力对例如MEMS芯片30、ASIC芯片等器件的干扰。
并且，采用“内多边形”的配置形式，还可以达到扩展封装区域1111大小的目的，避免应力集中孔113的设置对封装区域1111造成压缩，从而有利于后续MEMS芯片30等的封装。
如图2所示，在本发明外部封装结构10一实施例中，相邻的两所述应力集中孔113之间开设有应力汇集孔115。
此时，通过在封装区域1111四周进一步布置应力汇集孔115，可使封装区域1111外结构突变的区域得以增多，使分布在封装区域1111四周的应力汇集孔115也成为了“应力释放结构”；从而使电路板11内部的形变应力能够更好地集中到封装区域1111外的特定位置(即应力集中孔113处和应力汇集孔115处)；进而使封装区域1111的形变应力进一步减少，使封装区域1111的平整度进一步提高，使形变应力对例如MEMS芯片30、ASIC芯片等器件的干扰进一步降低；最终，更好地改善电路板11因封装工艺步骤中例如切割、烘烤等原因而产生的形变，进一步提升MEMS传感器100的输出精度。
并且，应力汇集孔115的设置，还可进一步降低外部作用力对例如MEMS芯片30、ASIC芯片等器件的干扰，给予MEMS传感器100一个更加安全的测量环境，从而进一步提高MEMS传感器100的测量精度和输出精度。
具体地，在本发明外部封装结构10一实施例中，应力汇集孔115采用如下形式进行配置，如图2所示：所述应力汇集孔115为矩形孔。
此时，应力汇集孔115的孔壁上存在多个可实现形变应力集中的“结构突变点”，可帮助形变应力更好地集中在封装区域1111外，从而使封装区域1111的形变应力进一步减少，使封装区域1111的平整度进一步提高，使形变应力对例如MEMS芯片30、ASIC芯片等器件的干扰进一步降低。
进一步地，在本发明外部封装结构10一实施例中，应力汇集孔115还被配置成了如下形式，如图2所示：所述矩形孔沿远离所述封装区域1111的方向延伸设置，并贯通至所述电路板11的侧边。
这样，便可使应力汇集孔115处的结构突变进一步加深，从而帮助形变应力更好地集中在封装区域1111外；同时，也可帮助电路板11更好地对抗外部作用力所导致的形变及形变应力；最终，可使封装区域1111的形变应力进一步减少，使封装区域1111的平整度进一步提高，使形变应力对例如MEMS芯片30、ASIC芯片等器件的干扰进一步降低。
如图2和图3所示，在本发明外部封装结构10一实施例中，所述封装区域1111的四个角的外侧分别设有一第一金属镀层117；
在所述电路板11的背向所述器件安装面111的表面上，与所述第一金属镀层117对应的位置处还设有第二金属镀层119。
此时，通过在封装区域1111四周进一步布置第一金属镀层117，以及在电路板11的背向器件安装面111的表面上、在与第一金属镀层117对应的位置处布置第二金属镀层119，可使封装区域1111外结构突变的区域得以增多，从而使电路板11内部的形变应力能够更好地集中到封装区域1111外的特定位置(即应力集中孔113处、应力汇集孔115处以及金属镀层处)；进而使封装区域1111的形变应力进一步减少，使封装区域1111的平整度进一步提高，使形变应力对例如MEMS芯片30、ASIC芯片等器件的干扰进一步降低；最终，更好地改善电路板11因封装工艺步骤中例如切割、烘烤等原因而产生的形变，进一步提升MEMS传感器100的输出精度。
并且，第一金属镀层117和第二金属镀层119的设置，还可进一步降低外部作用力对例如MEMS芯片30、ASIC芯片等器件的干扰，给予MEMS传感器100一个更加安全的测量环境，从而进一步提高MEMS传感器100的测量精度和输出精度。
实际应用时，第一金属镀层117的形状，可以是矩形、方形、菱形、三角形等。同理，第二金属镀层119的形状，可以是矩形、方形、菱形、三角形等。并且，需要说明的是，前述“在所述电路板11的背向所述器件安装面111的表面上，与所述第一金属镀层117对应的位置处还设有第二金属镀层119”，是指每一第二金属镀层119在电路板11的器件安装面111上的投影与一第一金属镀层117重合的配置形式。
如图2和图3所示，在本发明外部封装结构10一实施例中，所述第一金属镀层117沿所述封装区域1111的外轮廓环绕方向延伸设置。
这样，便可使金属镀层处的结构突变进一步加深，从而帮助形变应力更好地集中在封装区域1111外；同时，也可帮助电路板11更好地对抗外部作用力所导致的形变及形变应力；最终，可使封装区域1111的形变应力进一步减少，使封装区域1111的平整度进一步提高，使形变应力对例如MEMS芯片30、ASIC芯片等器件的干扰进一步降低。
本发明还提出一种MEMS传感器100，该MEMS传感器100包括MEMS芯片30和外部封装结构10，该外部封装结构10的具体结构参照前述实施例。由于本MEMS传感器100采用了前述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有前述所有实施例的全部技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。其中，所述MEMS芯片30设于所述封装区域1111。
可以理解地，MEMS传感器100可以是但并不限于惯性传感器、压力传感器、地磁传感器、气体传感器等。
本发明还提出一种电子设备，该电子设备包括如前所述的MEMS传感器100，该MEMS传感器100的具体结构参照前述实施例。由于本电子设备采用了前述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有前述所有实施例的全部技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
可以理解地，电子设备可以是手机、笔记本电脑、平板电脑、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)、电子书阅读器、MP3(动态影像专家压缩标准音频层面3，Moving Picture Experts Group Audio Layer III)播放器、MP4(动态影像专家压缩标准音频层面4，Moving Picture Experts Group Audio Layer IV)播放器、可穿戴设备、导航仪、掌上游戏机等。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种外部封装结构，应用于MEMS传感器，其特征在于，所述外部封装结构包括电路板，所述电路板具有器件安装面，所述器件安装面设有封装区域，所述封装区域的四个角的外侧分别设有一贯穿所述电路板的应力集中孔。
2.如权利要求1所述的外部封装结构，其特征在于，所述应力集中孔在所述器件安装面上形成的图形至少具有两条相邻设置的直边。
3.如权利要求2所述的外部封装结构，其特征在于，所述应力集中孔在所述器件安装面上形成的图形为内多边形。
4.如权利要求1所述的外部封装结构，其特征在于，相邻的两所述应力集中孔之间开设有应力汇集孔。
5.如权利要求4所述的外部封装结构，其特征在于，所述应力汇集孔为矩形孔。
6.如权利要求5所述的外部封装结构，其特征在于，所述矩形孔沿远离所述封装区域的方向延伸设置，并贯通至所述电路板的侧边。
7.如权利要求1至6中任一项所述的外部封装结构，其特征在于，所述封装区域的四个角的外侧分别设有一第一金属镀层；
在所述电路板的背向所述器件安装面的表面上，与所述第一金属镀层对应的位置处还设有第二金属镀层。
8.如权利要求7所述的外部封装结构，其特征在于，其特征在于，所述第一金属镀层沿所述封装区域的外轮廓环绕方向延伸设置。
9.一种MEMS传感器，其特征在于，包括MEMS芯片和如权利要求1至8中任意一项所述的外部封装结构，所述MEMS芯片设于所述封装区域。
10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求9所述的MEMS传感器。
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