CN208747626U - 传感器封装结构及压力传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种传感器封装结构及压力传感器，涉及传感器封装技术领域，该传感器封装结构包括线路基板、预制基板、MEMS压力传感器、第一胶体、ASIC芯片和第二胶体，预制基板包括底板和与所述底板连接的侧墙，所述底板和侧墙围成一上端开口的腔体，MEMS压力传感器设置于所述腔体内，MEMS压力传感器与预制基板电性连接，MEMS压力传感器通过第一胶体封装于所述腔体内，ASIC芯片与所述线路基板电性连接，预制基板的底板与线路基板电性连接，ASIC芯片和预制基板通过第二胶体封装于所述线路基板上。该传感器封装结构及压力传感器可靠性高，而且MEMS压力传感器在封装过程中不需要提前预制特殊的模具，大大降低了前期的开发成本。

Description

传感器封装结构及压力传感器

技术领域

本发明涉及传感器封装技术领域，特别涉及一种传感器封装结构及压力传感器。

背景技术

压力传感器是能感受压力信号，并能按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出的电信号的器件或装置，微机电***(Microelectro Mechanical Systems；MEMS)传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器。MEMS传感器与传统的传感器相比，具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点，使得它可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。

基于以上特性，MEMS压力传感器在医疗、汽车、拍照领域都得到了应用，例如汽车领域的轮胎压力传感器、燃油压力传感器、发动机机油压力传感器、进气管道压力传感器。其中，MEMS压力传感器在应用时需要搭配一个专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit；ASIC)进行信号的调理，最终输出MEMS压力传感器电路需要的稳定可靠的信号，为了保护MEMS压力传感器和ASIC不被外界环境干扰，需要对MEMS压力传感器和ASIC进行封装。

现有MEMS压力传感器和ASIC芯片的组合封装主要有以下两种方式，1、预制框架封装方案，先预制塑封框架，形成腔体，在腔体内进行ASIC芯片和MEMS传感器贴片焊接，在腔体内灌保护胶保护ASIC芯片和MEMS传感器。2、围坝封装方案，先完成ASIC芯片贴片焊接，在封装ASIC芯片时需要增加围坝以留出MEMS传感器封装的腔体，围坝区域内不被塑封料填充，之后在腔体内完成MEMS传感器贴片焊接。上述第一种方式制造工艺流程相对简单，但由于所有的芯片和焊接线都是通过软性保护胶保护，可靠性相对比较薄弱，尤其针对那些复杂的封装，比如多芯片封装，或者多焊接线封装，很难达到高可靠性的要求，无法胜任汽车级安全相关应用。上述第二种方式虽然可靠性相对预制框架方案要有所改善，但是工序相对比较复杂，封装的工艺控制要求也比第一种方式要高，比如需要增加围坝这个工序。

发明内容

本发明的目的在于提供一种传感器封装结构及压力传感器，该传感器封装结构及压力传感器可靠性高，而且MEMS压力传感器在封装过程中不需要提前预制特殊的模具，大大降低了前期的开发成本。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明的第一方面提供一种传感器封装结构，包括线路基板、预制基板、MEMS压力传感器、第一胶体、ASIC芯片、第二胶体；

所述预制基板包括底板和与所述底板连接的侧墙，所述底板和所述侧墙围成一上端开口的腔体，所述MEMS压力传感器设置于所述腔体内，所述MEMS压力传感器与所述预制基板电性连接，所述MEMS压力传感器通过第一胶体封装于所述腔体内；

所述ASIC芯片与所述线路基板电性连接，所述预制基板的底板与所述线路基板电性连接，所述ASIC芯片和所述预制基板通过第二胶体封装于所述线路基板上。

如上所述传感器封装结构，所述第一胶体材料为软性硅胶，所述第二胶体材料为环氧树脂。

如上所述传感器封装结构，所述第一胶体为紫外光固化型硅胶或者热固化型硅胶。

如上所述传感器封装结构，还包括盖体，所述盖体封装于所述侧墙的上部，所述盖体与所述第一胶体的上表面相对应的部分具有开口。

如上所述传感器封装结构，所述盖体为金属盖体或者塑料盖体。

如上所述传感器封装结构，所述盖体的上表面为平面，所述盖体的上表面与所述第二胶体的上表面共平面。

本发明的第二方面提供一种压力传感器，所述压力传感器包括如上所述的传感器封装结构。

如上所述压力传感器，所述压力传感器为汽车轮胎压力传感器、燃油压力传感器、发动机机油压力传感器或者进气管道压力传感器中的一种。

本发明的传感器封装结构中，MEMS压力传感器通过第一胶体封装于预制基板的腔体内形成第一封装体，第一封装体和ASIC芯片通过第二胶体封装形成第二封装体，可靠性高，而且传感器封装结构在封装过程中不需要提前预制特殊的模具，大大降低了封装成本。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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。

图1为现有MEMS压力传感器和ASIC芯片的封装结构示意图；

图2为现有MEMS压力传感器和ASIC芯片的封装结构示意图；

图3为本发明实施例提供的传感器封装结构在一视角下的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的传感器封装结构的第一封装体在一视角下的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的传感器封装结构在封装过程中的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的传感器封装结构在封装过程中的结构示意图。

附图标记说明：

1－线路基板；

2－MEMS压力传感器；

3－MEMS压力传感器；

4－第一胶体；

5－ASIC芯片；

6－第二胶体；

7－盖体

8－开口；

21－底板；

22－侧墙；

23－腔体。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

在本发明的描述中，需要理解的是，本文中使用的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

图1为现有MEMS压力传感器和ASIC芯片的封装结构示意图，图2为现有MEMS压力传感器和ASIC芯片的封装结构示意图，请参阅图1、2所示，现有MEMS压力传感器和ASIC芯片的组合封装主要有以下两种方式，1、预制框架封装方案，先预制塑封框架，形成腔体，在腔体内进行ASIC芯片5和MEMS压力传感器3贴片焊接，在腔体内灌保护胶保护ASIC芯片5和MEMS压力传感器3。2、围坝封装方案，在封装ASIC芯片5时需要增加围坝以留出MEMS压力传感器3封装的腔体，先完成ASIC芯片5贴片焊接，围坝区域内不被塑封料填充，留出腔体，之后在腔体内完成MEMS压力传感器3贴片焊接、灌保护胶保护MEMS压力传感器3。上述第一种方式制造工艺流程相对简单，但由于所有的芯片和焊接线都是通过保护胶保护，可靠性相对比较薄弱，尤其针对那些复杂的封装，比如多芯片封装，或者多焊接线封装，很难达到高可靠性的要求，无法胜任汽车级安全相关应用。上述第二种方式虽然可靠性相对预制框架方案要有所改善，但是工序相对比较复杂，封装的工艺控制要求也比第一种方式要高，比如需要增加围坝这个工序。

本发明基于以上问题提出一种传感器封装结构及压力传感器。

以下对本申请中的部分用语进行解释说明，以便本领域技术人员理解。

MEMS压力传感器，是一种薄膜元件，受到压力时变形。可以利用应变仪(压阻型感测)来测量这种形变，也可以通过电容感测两个面之间距离的变化来加以测量。

ASIC，是一种为专门目的而设计的集成电路。是指应特定用户要求和特定电子***的需要而设计、制造的集成电路。ASIC的特点是面向特定用户的需求，ASIC在批量生产时与通用集成电路相比具有体积更小、功耗更低、可靠性提高、性能提高、保密性增强、成本降低等优点。

表面贴片，是一种将无引脚或短引线表面组装元器件安装在印制电路板的表面或其它基板的表面上，通过再流焊或浸焊等方法加以焊接组装的电路装连技术。

下面结合具体实施例对本发明提供的传感器封装结构及压力传感器进行详细介绍。

实施例一：

图3为本发明实施例提供的传感器封装结构在一视角下的结构示意图，图4为本发明实施例提供的传感器封装结构的第一封装体在一视角下的结构示意图，请参阅图3、4所示，本实施例的传感器封装结构包括线路基板1、预制基板2、MEMS压力传感器3、第一胶体4、ASIC芯片5、第二胶体6；所述预制基板2包括底板21和与所述底板21连接的侧墙22，所述底板21和所述侧墙22围成一上端开口的腔体23，所述MEMS压力传感3器设置于所述腔体23内，所述MEMS压力传感器3与所述预制基板2电性连接，所述MEMS压力传感器3通过第一胶体4封装于所述腔体23内；

所述ASIC芯片5与所述线路基板1电性连接，所述预制基板2的底板21与所述线路基板1电性连接，所述ASIC芯片5和所述预制基板2通过第二胶体6封装于所述线路基板1上。

本实施例中，所述线路基板1、预制基板2一般为印刷电路板，所述预制基板2包括底板21和与所述底板连接的侧墙22，其中底板21与线路基板1电性连接，本实施例中MEMS压力传感3封装于底板21和侧墙22形成的腔体内，本实施例对所述底板21和侧墙22的尺寸不做特别限制。

本实施例中，所述第一胶体4将MEMS压力传感器3封装于腔体23内形成第一封装体，第二胶体6将ASIC芯片5和第一封装体封装于线路基板1上，本实施例中将ASIC芯片5以及MEMS压力传感器3封装的目的是使ASIC芯片5以及MEMS压力传感器3不被外部环境干扰以及使其能在多种空间受限场景中使用。其中，第一胶体4用于封装MEMS压力传感器3，第一胶体4一般为软性保护胶，保护MEMS压力传感器3并在传感器工作过程中传导外界的压力，第二胶体6一般为塑封胶，用于封装ASIC芯片5和第一封装体，本实施例对所述第一胶体4和第二胶体6的具体形式不做特殊限制。可选地，第一胶体可以为紫外光固化型硅胶或者热固化型硅胶，第二胶体6可以为环氧树脂。

优选地，为了进一步保护压力传感器封装结构，该封装结构还包括盖体7，所述盖体7封装于所述侧墙22的上部，所述盖体7与所述第一胶体4的上表面相对应的部分具有开口8。通过在盖体7上设置开口8，能够很好地传递外界压力。

可选地，本实施例中，所述盖体7可以为金属盖体或者塑料盖体。

更进一步地，所述盖体7的上表面为平面，所述盖体7的上表面与所述第二胶体6的上表面共平面，便于对封装结构体进行后续封装。

本实施例的传感器封装结构中，MEMS压力传感器通过第一胶体封装于预制基板的腔体内形成第一封装体，第一封装体和ASIC芯片通过第二胶体封装形成第二封装体，可靠性高，而且压力传感器封装结构在封装过程中不需要提前预制特殊的模具，大大降低了封装成本。

图5为本发明实施例提供的传感器封装结构在封装过程中的结构示意图，图6为本发明实施例提供的传感器封装结构在封装过程中的结构示意图，请参阅图3－6所示，本实施例的传感器封装结构的封装方法包括以下步骤：

提供一线路基板1和一预制基板2，所述预制基板2包括底板21和与所述底板21连接的侧墙22，所述底板21和所述侧墙22围成一上端开口的腔体23；

将MEMS压力传感器3置于所述腔体23内，将所述MEMS压力传感器3与所述预制基板2电性连接，在所述腔体23内注入第一胶体4，形成第一封装体；

将ASIC芯片5和第一封装体与线路基板1电性连接；

将ASIC芯片5和所述第一封装体通过第二胶体6封装于所述线路基板1上形成第二封装体。

本实施例中第一封装体以表面贴片方式与线路基板电性连接，本实施例中所述ASIC芯片的封装方式可包括以下两种：

1、ASIC芯片5以表面贴片方式贴片于线路基板1上，之后通过回流焊焊接，此方式流程简单，但是难实现堆叠封装。

2、ASIC芯片5以及其他非压力MEMS传感器通过贴片打焊接线方式与线路基板1电连接，此方式流程较第一种复杂，但是前期设计比较简单，而且可以简单实现堆叠封装，使封装集成度更高，封装面积更小。

技术人员可以根据实际情况对ASIC芯片和非压力MEMS传感器选择上述两种方式进行封装。

优选地，所述第一胶体4材料为软性硅胶，所述第二胶体6材料为环氧树脂，其中第一胶体4在传感器工作过程中传导外界的压力，本实施例对所述第一胶体4的具体形式不做特殊限制，可选地，第一胶体4可以为紫外光固化型硅胶或者热固化型硅胶。

进一步地，本实施例中在所述将MEMS压力传感器3置于所述腔体23内，将所述MEMS压力传感器3与所述预制基板2电性连接，在所述腔体23内注入第一胶体4，形成第一封装体之后还包括：在所述侧墙22的上部封装盖体7，所述盖体7与所述第一胶体4的上表面相对应的部分具有开口8。本实施例通过设置盖体7，提高了整个封装结构的可靠性。

更进一步地，所述盖体7的上表面为平面，所述盖体7的上表面与所述第二胶体6的上表面共平面，便于对第二封装体进行后续封装。

本实施例的压力传感器封装方法中MEMS压力传感器通过第一胶体封装于预制基板形成的腔体内，第一封装体和第二封装体可以同步封装，可以大大缩短整个生产制造周期，第一胶体封装于预制基板形成的腔体内，在封装过程中不需要特殊的预制模具，大大降低了前期的开发成本。

实施例二：

本实施例提供一种压力传感器，该压力传感器包括实施例一所述的传感器封装结构。

进一步地，本实施例的压力传感器可以为汽车领域的轮胎压力传感器，燃油压力传感器、发动机机油压力传感器、进气管道压力传感器。

本实施例的压力传感器，MEMS压力传感器通过第一胶体封装于预制基板的腔体内形成第一封装体，第一封装体后续与ASIC芯片封装形成的最终封装体可靠性高，而且封装过程中不需要提前预制模具，封装成本低。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种传感器封装结构，其特征在于：

包括线路基板、预制基板、MEMS压力传感器、第一胶体、ASIC芯片和第二胶体；

所述预制基板包括底板和与所述底板连接的侧墙，所述底板和所述侧墙围成一上端开口的腔体，所述MEMS压力传感器设置于所述腔体内，所述MEMS压力传感器与所述预制基板电性连接，所述MEMS压力传感器通过第一胶体封装于所述腔体内；

所述ASIC芯片与所述线路基板电性连接，所述预制基板的底板与所述线路基板电性连接，所述ASIC芯片和所述预制基板通过第二胶体封装于所述线路基板上。

2.根据权利要求1所述的传感器封装结构，其特征在于：

所述第一胶体材料为软性硅胶，所述第二胶体材料为环氧树脂。

3.根据权利要求2所述的传感器封装结构，其特征在于：

所述第一胶体为紫外光固化型硅胶或者热固化型硅胶。

4.根据权利要求1所述的传感器封装结构，其特征在于：

还包括盖体，所述盖体封装于所述侧墙的上部，所述盖体与所述第一胶体的上表面相对应的部分具有开口。

5.根据权利要求4所述的传感器封装结构，其特征在于：

所述盖体为金属盖体或者塑料盖体。

6.根据权利要求5所述的传感器封装结构，其特征在于：

所述盖体的上表面为平面，所述盖体的上表面与所述第二胶体的上表面共平面。

7.一种压力传感器，其特征在于：包括权利要求1－5任一项所述的传感器封装结构。

8.根据权利要求7所述的压力传感器，其特征在于：所述压力传感器为汽车轮胎压力传感器、燃油压力传感器、发动机机油压力传感器或者进气管道压力传感器中的一种。