壓力傳感器及其封裝方法與流程
本發明涉及微電子機械系統領域，尤其涉及一種壓力傳感器及其封裝方法。
背景技術：
薄膜壓力傳感器具有穩定性好、精度高、可適用于惡劣環境等優點，廣泛應用于國防、航空航天、工業生產和自動控制等各領域壓力參數的測量。其中，絕壓型薄膜壓力傳感器以絕壓腔中的低氣壓作為傳感器零位的參考氣壓。絕壓腔封裝的封裝結構會直接影響到傳感器的尺寸大小和環境適應性優劣等。
而現有技術中，金屬薄膜壓力傳感器的封裝方式基本上是采用有引線的封裝方法。這需要預留較大的操作裝配空間，封裝尺寸較大。
因此，亟需一種新的壓力傳感器。
技術實現要素：
本發明實施例提供一種壓力傳感器，旨在采用無引線的形式，減小封裝尺寸，并形成了絕壓封裝結構。
本發明實施例一方面提供了一種壓力傳感器，包括：敏感芯片，包括薄壁部和與薄壁部外周相連接的支承部，支承部設置有電極；密封件，套接于敏感芯片，并且部分地與敏感芯片一起圍繞形成密封腔，密封件上對應于電極開設有通孔；導電構件，密封設置于通孔中，并與電極電連接，導電構件與密封件之間絕緣設置，其中，導電構件包括填充部和埋設于填充部中的引出部。
根據本發明的一個方面，密封件包括主體部和與主體部相連接的延伸部，主體部與延伸部一并圍合形成容納腔，密封件通過容納腔套接于敏感芯片，延伸部包覆在支承部的外側表面；主體部開設有凹槽，凹槽朝向容納腔，薄壁部蓋設于凹槽的開口以形成密封腔。
根據本發明的一個方面，通孔開設于主體部，四個以上通孔在凹槽周側間隔分布；通孔為錐形。
根據本發明的一個方面，支承部具有從外側表面朝向支承部內側表面凹陷的缺口，并且延伸部具有與缺口相匹配的突出部。
根據本發明的一個方面，支承部具有遠離薄壁部的一端向外突出的臺階結構。
根據本發明的一個方面，延伸部與臺階抵接并形成密封。
根據本發明的一個方面，填充部為導電漿料，引出部為金屬引針，填充部與電極電連接。
在本發明實施例中，密封件套接于敏感芯片，敏感芯片的薄壁部與密封件之間形成密封腔，設置于密封件上通孔中的導電構件與敏感芯片上的電極電連接，壓力傳感器的結構中通過導電構件與電極形成電連接，并不采用引線引出電信號，減小了壓力傳感器的封裝尺寸，并且實現了絕壓封裝。
本發明實施例另一方面，提供一種壓力傳感器封裝方法，包括以下步驟：提供敏感芯片，敏感芯片包括薄壁部和與薄壁部外周相連接的支承部，支承部設置有電極；將密封件套接于敏感芯片進行預裝配處理，密封件部分地與敏感芯片一起圍繞形成密封腔，密封件上對應于電極開設有通孔；將填充部注入至通孔并把引出部插入填充部中，再對填充部進行真空燒結固化；將敏感芯片和密封件進行絕壓封裝，以形成壓力傳感器。
根據本發明的另一個方面，將密封件套接于敏感芯片進行預裝配處理的步驟包括：使敏感芯片上的缺口與密封件上的突出部相配合定位以進行預裝備處理。
根據本發明的另一個方面，密封敏感芯片和密封件的步驟包括：使用腔室內氣體置換為干燥氬氣的電子束焊接設備，在電子束焊接設備真空度降到預定值以下的情況下將敏感芯片與密封件焊接密封。
在本發明實施例中，提供的密封件套接于敏感芯片，敏感芯片的薄壁部與密封件之間形成密封腔，設置于密封件上通孔中的導電構件與敏感芯片上的電極電連接，其中，將導電構件中的填充部注入至通孔并把導電構件中的引出部插入填充部中，再對填充部進行真空燒結固化，壓力傳感器封裝方法中以導電構件的形式與電極形成電連接，并采用無引線的形式，減小了壓力傳感器的封裝尺寸，并且實現了絕壓封裝。
附圖說明
通過閱讀以下參照附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯,其中，相同或相似的附圖標記表示相同或相似的特征。
圖1是本發明實施例的一種壓力傳感器的結構示意圖；
圖2是本發明實施例的密封件的仰視圖；
圖3是本發明實施例的密封件的三維示意圖；
圖4是本發明實施例的敏感芯片的三維示意圖；
圖5是本發明實施例的敏感芯片的結構示意圖；
圖6是本發明實施例的一種壓力傳感器封裝方法的流程圖。
附圖標記說明：10-敏感芯片；11-支承部；12-薄壁部；13-缺口；14-電極；15-絕緣層；16-功能層；20-密封件；21-通孔；22-延伸部；23-突出部；30-導電構件；31-填充部；32-引出部；40-密封腔。
具體實施方式
下面將詳細描述本發明的各個方面的特征和示例性實施例。在下面的詳細描述中，提出了許多具體細節，以便提供對本發明的全面理解。但是，對于本領域技術人員來說很明顯的是，本發明可以在不需要這些具體細節中的一些細節的情況下實施。下面對實施例的描述僅僅是為了通過示出本發明的示例來提供對本發明的更好的理解。在附圖和下面的描述中，至少部分的公知結構和技術沒有被示出，以便避免對本發明造成不必要的模糊；并且，為了清晰，可能夸大了部分結構的尺寸。此外，下文中所描述的特征、結構或特性可以以任何合適的方式結合在一個或更多實施例中。
下述描述中出現的方位詞均為圖中示出的方向，并不是對本發明的實施例的具體結構進行限定。在本發明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是直接相連，也可以間接相連。對于本領域的普通技術人員而言，可視具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
為了更好地理解本發明，下面結合圖1至圖5根據本發明實施例的壓力傳感器進行詳細描述。
圖1為本發明實施例提供的一種壓力傳感器，包括：敏感芯片10、密封件20和導電構件30。敏感芯片10包括薄壁部12和與薄壁部12外周相連接的支承部11，支承部11設置有電極。密封件20套接于敏感芯片10，并且部分地與敏感芯片10一起圍繞形成密封腔40，密封件20上對應于電極開設有通孔21。導電構件30密封設置于通孔21中，并與電極電連接，導電構件30與密封件20之間絕緣設置，其中，導電構件30包括填充部31和埋設于填充部31中的引出部32。
其中，對薄壁部12的形狀不做具體限定，其可以為圓片狀、方形片狀、橢圓形片狀等，優選為圓片狀。支承部11連接于薄壁部12外周，例如，支承部11可以是圓筒狀，薄壁部12為圓片狀，如圖1所示，薄壁部12位于支承部11的圓筒一端并完全匹配接觸此端圓筒的內壁輪廓，并與支承部11一起形成開口朝下(圖示方向)的腔。在一個優選地示例中，薄壁部12與支承部11一體成型為杯狀。
在支承部11的設置有薄壁部12的端面上設置有電極，電極與支承部11之間絕緣設置，可選地，電極與支承部11之間設置有絕緣層。
導電構件30中，填充部31或引出部32與電極電連接，也可以是填充部31和引出部32都與電極電連接。在一個示例中，引出部32部分埋設于填充部31中，另一部分露出，填充部31與電極電連接，電信號經由電極傳到至填充部31再傳導到引出部32，再經由如導線的其他介質傳遞到其他結構。
其中，對引出部32的形狀和數量不做限定，對應于一個導電構件30，引出部32可以是圓柱狀、針狀、扁平狀等，引出部32可以是單個的一體結構，也可以是多個部分組成的組合結構，還可以是多個間隔排布的單獨結構，諸如此均在本發明的保護范圍之內。對填充部31的形狀和性狀也不做限定，在埋設引出部32固定到通孔21之前，填充部31可以是粉狀、流體狀等，在將引出部32固定到通孔21之后，填充部31可以是固體狀。
在本發明實施例中，密封件20套接于敏感芯片10，敏感芯片10的薄壁部12與密封件20之間形成密封腔，設置于密封件20上通孔21中的導電構件30與敏感芯片10上的電極電連接，壓力傳感器的結構中通過導電構件30與電極形成電連接，并不采用引線和相應的轉接板，減小了壓力傳感器的封裝尺寸，并實現了絕壓封裝，并且也避免在極端的沖擊、振動環境中由于引線材質較軟而斷裂的風險。
在一些可選的實施例中，請一并參閱圖1-3，密封件20包括主體部和與主體部相連接的延伸部22，主體部與延伸部22一并圍合形成容納腔，密封件20通過容納腔套接于敏感芯片10，延伸部22包覆在支承部11的外側表面，如圖1所示，延伸部22包圍成的內部橫向輪廓(圖1所示方向)與敏感芯片10的外部橫向輪廓相匹配對應，并且主體部的容納腔內表面可與敏感芯片10上表面接合。主體部開設有凹槽，凹槽朝向容納腔，薄壁部12蓋設于凹槽的開口以形成密封腔40。可選地，該凹槽的橫向輪廓與薄壁部12的橫向輪廓相一致并對應，優選地都為圓形。
可以理解的是，主體部與延伸部22可以為一體設置，也可以兩個單獨的結構通過鍵合、焊接、粘合等接合方式組成一體。
在一些可選的實施例中，繼續參閱圖1-3，通孔21開設于主體部，四個以上通孔21在凹槽周側間隔分布。優選地，通孔21為錐形。
可以理解的是，通孔21的數量可以是四個、五個、六個等，圖中示出為四個。可選地，多個通孔21之間可以均勻間隔排布。如圖1所示，通孔21的形狀可以為截面面積自上向下逐漸變小的錐形，以便于設置填充部31。
在一些可選的實施例中，如圖2-4所示，支承部11具有從外側表面朝向支承部11內側表面凹陷的缺口13，并且延伸部22具有與缺口13相匹配的突出部23。可以理解的是，對缺口13與突出部23的具體形狀不做限定，在密封件20套接在敏感芯片10上的情況下，缺口13與突出部23相互配合以阻止敏感芯片10相對于密封件20樞轉。可選地，缺口13為平直缺口，突出部23為平直突出，該平直缺口與該平直突出相互匹配。
在一些可選的實施例中，支承部11具有遠離薄壁部12的一端向外突出的臺階結構。具體地，如圖1所示，支承部11下端外側壁向外突出成臺階，并形成有臺階面。
在一些可選的實施例中，延伸部22與臺階抵接并形成密封。具體地址，延伸部22的下表面朝向支承部11臺階的臺階面，并與該臺階面抵接并形成密封。可以理解的是，延伸部22的下表面與支承部11臺階的臺階面之間可以采用焊接、鍵合、粘接等，以及其他現有技術中已知的密封接合方式。
在上述任一實施例中，填充部31為導電漿料，引出部32為金屬引針，填充部31與電極電連接。示例地，該導電漿料(即填充部31)在固化前可以是銀粉、環氧樹脂與玻璃粉的混合物，也可以是銅粉、環氧樹脂與玻璃粉的混合物，或者是其他導電漿料組分或混合物。引出部32可以是銅、銀等金屬材料。
在上述任一實施例中，敏感芯片10的基體材料可以是金屬(如不銹鋼)，敏感芯片10的上表面(圖1、5所示)敷設有絕緣層15，絕緣層15上設置有電極(圖示為電極14)和功能層16。
功能層16設置在薄壁部12上，功能層16示例為惠斯通電橋，當薄壁部12的下表面(圖1所示)有壓力變化時，薄壁部12會發生形變，從而引起薄壁部12上的惠斯通電橋(功能層16)的橋臂電阻變化，進而引起惠斯通電橋輸出的變化，從而引起經由電極和導電構件30輸出的電信號的變化，以實現對壓力的感測。
在上述任一實施例中，密封件20的材料可以為金屬或非金屬，在密封件20為金屬的情況下，通孔21的內壁設置有絕緣層，可選地，該絕緣層可以是燒結在通孔21的內壁的玻璃或陶瓷材料。
下面結合圖1至圖6根據本發明實施例的壓力傳感器封裝方法進行詳細描述。
圖6為本發明實施例提供的一種壓力傳感器封裝方法的流程圖，包括以下步驟：
提供敏感芯片10，敏感芯片10包括薄壁部12和與薄壁部12外周相連接的支承部11，支承部11設置有電極。可選地，薄壁部12與支承部11可以為一體成型。
將密封件20套接于敏感芯片10進行預裝配處理，密封件20部分地與敏感芯片10一起圍繞形成密封腔40，密封件20上對應于電極開設有通孔21。
將填充部31注入至通孔21并把引出部32插入填充部31中，再對填充部31進行真空燒結固化。
將敏感芯片10和密封件20進行絕壓封裝，以形成壓力傳感器。
在本發明實施例中，提供的密封件20套接于敏感芯片10，敏感芯片10的薄壁部12與密封件20之間形成密封腔，設置于密封件20上通孔21中的導電構件30與敏感芯片10上的電極電連接，其中，將導電構件30中的填充部31注入至通孔21并把導電構件30中的引出部32插入填充部31中，再對填充部31進行真空燒結固化，壓力傳感器封裝方法中以導電構件的形式與電極形成電連接，并不采用引線，減小了壓力傳感器的封裝尺寸，并實現了絕壓封裝。
在一些可選的實施例中，將密封件20套接于敏感芯片10進行預裝配處理的步驟中包括有：使敏感芯片10上的缺口13與密封件20上的突出部23相配合定位以進行預裝備處理。通過缺口13與突出部23相配合定位可以在預裝配過程中簡單方便地將密封件20上的通孔21與敏感芯片10上的電極對準，便于進行后續操作。
在一些可選的實施例中，密封敏感芯片10和密封件20的步驟種包括有：使用腔室內氣體置換為干燥氬氣的電子束焊接設備，在電子束焊接設備真空度降到預定值以下的情況下將敏感芯片10與密封件20焊接密封。
在本發明另一個實施例中，發明實施例提供的一種壓力傳感器封裝方法，包括以下步驟：
s10：提供鋼杯、金屬的密封件20和金屬的引出部32；
s20：在鋼杯上依次沉積絕緣層、功能層、電極層，并經過光刻、老化、篩選處理后得具有電極的敏感芯片10；
s30：在密封件20上提供通孔21，并在通孔21處敷設絕緣層；該絕緣層可以是燒結在通孔21內壁上的玻璃或陶瓷層。
s40：將敏感芯片10與密封件20進行預裝備操作并固定；
s50：將填充部31注入到密封件20的通孔21中，然后將引出部32插入填充部31中并固定，然后對填充部31進行真空燒結；可選地，填充部31可以是銀粉、環氧樹脂與玻璃粉的混合物，也可以是銅粉、環氧樹脂與玻璃粉的混合物，或者其他導電漿料組分或混合物。
s60：對敏感芯片10和密封件20的焊接面進行焊接。可選地，焊接面可以是敏感芯片10臺階的臺階面與密封件20的延伸部22的下表面(圖1所示)相接合后形成的接合面。
在一些可選的實施例中，步驟s10包括：
s11：以機械加工的方式制備鋼杯、金屬的密封件20和金屬的引出部32；
s12：清洗鋼杯、密封件20和引出部32；
s13：對鋼杯進行研磨、拋光。
在一些可選的實施例中，步驟s40包括：
s41：將敏感芯片10上的缺口13和密封件20上的突出部23相配合進行定位，以實現預裝備；
s42：對敏感芯片10和密封件20的焊接面進行周圈點焊，以固定。可選地，該點焊工藝的焊點為3～10個，焊點熔深不超過0.2mm，且焊點位置要求在圓周方向上均布。
在一些可選的實施例中，步驟s60包括：
s61：使用干燥的氬氣對電子束焊接設備的腔室內的氣體進行置換；以降低腔室內的水汽含量；
s62：將電子束焊接設備的真空度降到要求值以下；可選地，該要求值為1kpa；
s63：使用電子束焊接設備焊接焊接面，以形成絕壓封裝結構。
本發明實施例提供一種壓力傳感器封裝方法，敏感芯片10的電極和導電漿料在接合過程中不需要預留操作空間，封裝結構的直徑與敏感芯片10結構一致，從而降低了壓力傳感器的封裝尺寸的直徑，由于該壓力傳感器的封裝結構不需要轉接板，因此在封裝高度上可以降低5mm～10mm。并且由于該壓力傳感器的封裝結構不存在著引線結構，在極端的沖擊、振動環境中無引線斷裂的風險，因此增強了傳感器在惡劣環境中的適應性。
本發明可以以其他的具體形式實現，而不脫離其精神和本質特征。例如，特定實施例中所描述的算法可以被修改，而系統體系結構并不脫離本發明的基本精神。因此，當前的實施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本發明的范圍由所附權利要求而非上述描述定義，并且，落入權利要求的含義和等同物的范圍內的全部改變從而都被包括在本發明的范圍之中。
技術特征：
技術總結
本發明實施例提供一種壓力傳感器及其封裝方法，壓力傳感器包括：敏感芯片，包括薄壁部和與薄壁部外周相連接的支承部，支承部設置有電極；密封件，套接于敏感芯片，并且部分地與敏感芯片一起圍繞形成密封腔，密封件上對應于電極開設有通孔；導電構件，密封設置于通孔中，并與電極電連接，導電構件與密封件之間絕緣設置，其中導電構件包括填充部和埋設于填充部中的引出部。在本發明實施例中，通過導電構件與電極形成電連接，不采用引線，減小了壓力傳感器的封裝尺寸，并且實現了絕壓封裝。
