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一种MEMS压力 传感器及其封装方法

阅读：962发布：2023-02-07

专利汇可以提供一种MEMS压力传感器及其封装方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种MEMS压力传感器及其封装方法，MEMS 压力传感器包括壳体和设置于所述壳体内的压力测量模块，所述压力测量模块包括衬板、电路板和压力敏感芯片，其中，所述衬板与所述壳体固定连接，所述电路板和所述压力敏感芯片固定于所述衬板的下端面，所述衬板上开设有正对所述压力敏感芯片的贯通孔，所述贯通孔内沿所述压力敏感芯片向待测介质方向依次封装有液体填料和胶体。本发明通过液体填料和胶体将压力敏感芯片完全与被测介质分隔开，不产生接触，使得MEMS压力传感器适用于任何介质的压力测量。，下面是一种MEMS压力传感器及其封装方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种MEMS压力传感器，其特征在于，包括壳体(1)和设置于所述壳体(1)内的压力测量模块，所述压力测量模块包括衬板(2)、电路板(3)和压力敏感芯片(4)，其中，所述衬板(2)与所述壳体(1)固定连接，所述电路板(3)和所述压力敏感芯片(4)固定于所述衬板(2)的下端面，所述衬板(2)上开设有正对所述压力敏感芯片(4)的贯通孔(23)，所述贯通孔(23)内沿所述压力敏感芯片(4)向待测介质方向依次封装有液体填料(6)和胶体(7)。
2.根据权利要求1所述的MEMS 压力传感器，其特征在于，所述压力敏感芯片(4)的背部具有孔洞(41)，所述孔洞(41)中也填充有所述液体填料(6)。
3.根据权利要求2所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述衬板(2)呈T形，包括水平部(21)和竖直部(22)，所述电路板(3)和所述压力敏感芯片(4)固定于所述水平部(21)的下端面，且所述压力敏感芯片(4)正对所述竖直部(22)设置，所述贯通孔(23)开设于所述竖直部(22)和与所述竖直部(22)连接的部分水平部(21)上。
4.根据权利要求3所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述贯通孔(23)包括第一贯通孔(231)和第二贯通孔(232)，所述第一贯通孔(231)开设于所述竖直部(22)上，所述第二贯通孔(232)开设于所述水平部(21)上，所述第一贯通孔(231)的孔径大于所述第二贯通孔(232)的孔径，所述第二贯通孔(232)的孔径与所述孔洞(41)的孔径相匹配；所述液体填料(6)填满所述孔洞(41)和所述第二贯通孔(232)，同时填充于所述第一贯通孔(231)的下部，所述胶体(7)填充于所述第一贯通孔(231)的上部。
5.根据权利要求3所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述电路板(3)和所述压力敏感芯片(4)通过粘胶(8)粘接于所述水平部(21)的下端面。
6.根据权利要求1所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述液体填料(6)为润滑油或硅油。
7.根据权利要求1所述的MEMS压力传感器，其特征在于，所述胶体(7)为硅凝胶。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的MEMS压力传感器的封装方法，其特征在于，首先在真空状态下向贯通孔(23)内填充液体填料(6)，所述液体填料(6)填充完成后再在非真空状态下向贯通孔(23)中灌注胶体(7)，所述胶体(7)灌注完成后使所述胶体(7)固化；然后将所述压力测量模块粘接于壳体(1)内；最后使粘接材料固化。
9.根据权利要求8所述的封装方法，其特征在于，所述液体填料(6)的填充和所述胶体(7)的灌注在真空注胶设备中完成。
10.根据权利要求8所述的封装方法，其特征在于，所述胶体(7)的固化在隧道炉中完成。

说明书全文

一种MEMS压力 传感器及其封装方法

技术领域

[0001] 本发明涉及MEMS技术领域，尤其涉及一种MEMS 压力传感器及其封装方法。

背景技术

[0002] 微机电系统(Micro-Electro Mechanical System，简称MEMS)是一种获取信息、处理信息和执行操作的集成器件。微机电系统中的传感器能够接收压力、位置、速度、加速度、磁场、温度或湿度等外部信息，并将所获得的外部信息转换成电信号，以便于在微机电系统中进行处理。常见的微机电系统包括温度传感器、压力传感器和湿度传感器等。对于MEMS压力传感器来说，其尺寸更微小、工艺精度更高，而且其制作工艺能够与集成电路芯片的制造工艺兼容，因而使性价比大幅提高。

[0003] 现有技术中，MEMS压力传感器的封装形式是将压力敏感芯片通过直接粘接或者玻璃过渡粘接的方式封接在金属管壳或塑料管壳上，再通过金线或铝线实现电连接，其压力敏感单元直接接触测量介质，仅适用于对没有腐蚀性、干净清洁的气体介质的压力测量，而不适用于对具有导电性、腐蚀性或可能影响压力敏感元件的粘接胶性能等的待测介质的压力测量。另外，MEMS压力传感器的封装过程中，通常使用充油和波纹膜片、不锈钢膜上淀积薄膜电阻、或者丝网印刷厚膜电阻的不锈钢封装的方式进行压力传感器芯片的保护，但由于这些技术工艺较为复杂且成本较高，将会大大增加产品的成本。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种MEMS压力传感器，以解决现有技术中存在的测量时压力敏感芯片与待测介质直接接触的问题。

[0005] 本发明的另一目的在于提供一种MEMS压力传感器的封装方法，以解决现有技术中存在的封装过程复杂及成本高的问题。

[0006] 为达此目的，本发明采用以下技术方案：

[0007] 一种MEMS压力传感器，包括壳体和设置于所述壳体内的压力测量模块，所述压力测量模块包括衬板、电路板和压力敏感芯片，其中，所述衬板与所述壳体固定连接，所述电路板和所述压力敏感芯片固定于所述衬板的下端面，所述衬板上开设有正对所述压力敏感芯片的贯通孔，所述贯通孔内沿所述压力敏感芯片向待测介质方向依次封装有液体填料和胶体。

[0008] 作为优选，所述压力敏感芯片的背部具有孔洞，所述孔洞中也填充有所述液体填料。

[0009] 作为优选，所述衬板呈T形，包括水平部和竖直部，所述电路板和所述压力敏感芯片固定于所述水平部的下端面，且所述压力敏感芯片正对所述竖直部设置，所述贯通孔开设于所述竖直部和与所述竖直部连接的部分水平部上。

[0010] 作为优选，所述贯通孔包括第一贯通孔和第二贯通孔，所述第一贯通孔开设于所述竖直部上，所述第二贯通孔开设于所述水平部上，所述第一贯通孔的孔径大于所述第二贯通孔的孔径，所述第二贯通孔的孔径与所述孔洞的孔径相匹配；所述液体填料填满所述孔洞和所述第二贯通孔，同时填充于所述第一贯通孔的下部，所述胶体填充于所述第一贯通孔的上部。

[0011] 作为优选，所述电路板和所述压力敏感芯片通过粘胶粘接于所述水平部的下端面。

[0012] 作为优选，所述液体填料为润滑油或硅油。

[0013] 作为优选，所述胶体为硅凝胶。

[0014] 一种如以上任一项所述的MEMS压力传感器的封装方法，首先在真空状态下向贯通孔内填充液体填料，所述液体填料填充完成后再在非真空状态下向贯通孔中灌注胶体，所述胶体灌注完成后使所述胶体固化；然后将所述压力测量模块粘接于壳体内；最后使粘接材料固化。

[0015] 作为优选，所述液体填料的填充和所述胶体的灌注在真空注胶设备中完成。

[0016] 作为优选，所述胶体固化在隧道炉中完成。

[0017] 本发明的有益效果：

[0018] 1)本发明提供的MEMS压力传感器，在压力敏感芯片与被测介质之间填充有液体填料和胶体，工作时，被测介质的压力首先作用在胶体上，然后胶体推动液体填料向压力敏感芯片运动，最终压力传递到压力敏感芯片的压力敏感膜片上，在此过程中，压力敏感芯片完全与被测介质分隔开，不产生接触，使得MEMS压力传感器适用于任何介质的压力测量；

[0019] 2)本发明提供的MEMS压力传感器的封装方法，生产工艺简单，设备投资低，避免了激光焊接、电阻焊接、丝网印刷等高成本、高难度工艺，提高了产品良率。附图说明

[0020] 图1是本发明提供的MEMS压力传感器的结构示意图；

[0021] 图2是图1中A处的局部放大图。

[0022] 图中：

[0023] 1-壳体；2-衬板；3-电路板；4-压力敏感芯片；5-绑定线；6-液体填料；7-胶体；8-粘胶；

[0024] 11-第一阶梯部；12-第二阶梯部；

[0025] 21-水平部；22-竖直部；23-贯通孔；231-第一贯通孔；232-第二贯通孔；

[0026] 41-孔洞；42-压力敏感膜片。

具体实施方式

[0027] 下面结合附图和实施方式进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

[0028] 如图1和图2所示，本发明提供一种MEMS压力传感器，包括壳体1、设置于壳体1内的压力测量模块、液体填料6和胶体7。

[0029] 压力测量模块包括衬板2、电路板3和压力敏感芯片4，其中，衬板2呈T形，包括水平部21和竖直部22，电路板3和压力敏感芯片4通过粘胶8粘接于水平部21上，压力敏感芯片4正面具有压力敏感膜片42，压力敏感膜片42通过绑定线5与电路板3电连接，压力敏感芯片4背面朝向水平部21，且该背面具有孔洞41；衬板2上开设有贯通竖直部22和与竖直部22连接的部分水平部21的贯通孔23，该贯通孔23包括第一贯通孔231和第二贯通孔232，第一贯通孔231开设于竖直部22上，第二贯通孔232开设于水平部21上，第二贯通孔232与压力敏感芯片4背面的孔洞41相连通，且第二贯通孔232的孔径与孔洞41的孔径相匹配。

[0030] 液体填料6填满孔洞41和第二贯通孔232，同时填充于第一贯通孔231的下部，液体填料6具有较低的粘滞阻力，能够流入到孔洞41中，且不会对压力的传递产生影响，液体填料6可以选用润滑油或硅油，但不限于润滑油和硅油。胶体7填充于第一贯通孔231的上部，且位于液体填料6上方，胶体7填充后可以快速固化，对液体填料6进行密封，固化后的胶体7具有较低的粘滞阻力，胶体7可以选用硅凝胶，但不限于硅凝胶。

[0031] 壳体1呈阶梯状，包括第一阶梯部11和第二阶梯部12，且第一阶梯部11的直径大于第二阶梯部12的直径；衬板2的水平部21通过粘胶8粘接于第一阶梯部11和第二阶梯部12的连接面上，衬板2的竖直部22位于第二阶梯部12内。

[0032] MEMS压力传感器工作时，被测介质的压力首先作用在柔软低弹性模量的胶体7上，然后胶体7推动液体填料6向压力敏感芯片4运动，最终压力传递到压力敏感芯片4的压力敏感膜片42上。

[0033] 在MEMS压力传感器工作过程中，压力敏感芯片4和粘接压力敏感芯片4的粘胶8完全与被测介质分隔开，不产生接触，使得MEMS压力传感器适用于任何介质的压力测量；另外，液体填料6和胶体7的设置有效保护了压力敏感芯片4背面的细小孔洞41，避免使用过程中污染物将其堵塞，延长了MEMS压力传感器的使用寿命。

[0034] 本发明还提供一种MEMS压力传感器的封装方法，首先将压力测量模块放置到真空注胶设备中；然后将真空注胶设备抽至真空，并在真空状态下向贯通孔23内填充液体填料6，液体填料6在真空下依次填充至压力敏感芯片4背面的孔洞41、第二贯通孔232和第一贯通孔231下部；然后对真空注胶设备进行破真空，并在非真空状态下向第一贯通孔231中灌注胶体7，胶体7灌注于液体填料6的上方；然后将灌注有液体填料6和胶体7的压力测量模块转至隧道炉中，使胶体7固化；最后将压力测量模块粘接于壳体1内，再使粘接材料固化。

[0035] 本发明提供的封装方法，生产工艺简单，设备投资低，避免了激光焊接、电阻焊接、丝网印刷等高成本、高难度工艺，提高了产品的良率。

[0036] 显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

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