本發(fā)明涉及微電子機械系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種壓力傳感器及其封裝方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)階段，各種消費類電子產(chǎn)品如手機、平板電腦、玩具、遙控器等越來越注重智能化發(fā)展及人機交互設(shè)計，亦使得感測人體尤其手指等接觸應(yīng)力的壓力傳感器的市場需求亦日益增多。同時，也對該類壓力傳感器提出了更高的性能要求，首先需要將外界應(yīng)力有效傳遞給壓力傳感器芯片的敏感膜，其次還要保護芯片上的敏感膜、引線等各個部分不被損壞，最后為滿足便攜式消費類電子產(chǎn)品越來越小型化的趨勢，還需要保持壓力傳感器性能的同時，有效控制其整體封裝尺寸。

基于上述敏感膜的壓力傳感器芯片用于測量接觸應(yīng)力時存有下述問題：一是敏感膜厚度較小，通常設(shè)置為幾十微米甚而更薄，直接測量人體接觸尤其手指施予的壓力時，該作用力直接傳遞到敏感膜上，容易造成敏感膜損壞。二是壓力傳感器芯片封裝時需要引線實現(xiàn)電連接，而引線設(shè)置通常會超出敏感膜，防護不當(dāng)?shù)那闆r下，很容易將引線損壞。目前，業(yè)內(nèi)雖已提出對薄膜進行了隔離，并通過封裝將外界應(yīng)力間接作用在敏感膜的技術(shù)方案。如中國專利CN101337652 A公開一種壓力傳感器封裝結(jié)構(gòu)，通過設(shè)置在敏感區(qū)域表面的柔性材料傳遞外界應(yīng)力，并通過堅硬材料保護焊盤與引線，但柔性材料設(shè)置在敏感膜表面，敏感膜在與柔性材料結(jié)合面的外周應(yīng)力較大，難以有效防止敏感膜不被損壞；并且其工藝較為復(fù)雜，體積較大。

鑒于此，有必要提供一種新的壓力傳感器及其封裝方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種壓力傳感器，能夠避免敏感膜直接承受外界應(yīng)力，降低破損幾率，還能獲取更好的防護性能，延長使用壽命。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種壓力傳感器，包括層疊設(shè)置的基板與壓力傳感器芯片，所述壓力傳感器芯片包括襯底、形成于所述襯底背離基板一側(cè)的腔體以及與所述腔體配合設(shè)置的敏感膜，所述腔體呈扁平狀，所述襯底上設(shè)有的第一焊盤，所述第一焊盤連接設(shè)置有第一引線；所述基板設(shè)有電連接至第一焊盤的第二焊盤；所述壓力傳感器還包括沿所述敏感膜的外周設(shè)置的第一圍壩、設(shè)置于基板上且不超出所述第一圍壩的硬質(zhì)密封層、以及位于所述敏感膜上方并與所述第一圍壩相抵接的承壓部件，其中，第一焊盤位于第一圍壩的外側(cè)。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述壓力傳感器還包括設(shè)置于所述基板與壓力傳感器芯片之間的集成電路芯片，所述集成電路芯片具有正面、背面及設(shè)置于正面的第三焊盤，所述第三焊盤電連接至第一焊盤與第二焊盤。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述壓力傳感器芯片附著在所述集成電路芯片的正面，所述第三焊盤設(shè)置于壓力傳感器芯片的外側(cè)，所述第一引線電連接所述第一焊盤與第三焊盤；所述壓力傳感器還包括電連接所述第二焊盤與第三焊盤的第二引線。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述壓力傳感器芯片附著在所述集成電路芯片的背面，所述第三焊盤設(shè)置為金屬焊球凸點，所述金屬焊球凸點焊接至所述基板并與第二焊盤電連接，所述第一引線電連接所述第一焊盤與第二焊盤。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述第一圍壩的高度超出所述第一焊盤及第一引線的高度，以使得第一焊盤及第一引線完全埋設(shè)于硬質(zhì)密封層中。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述承壓部件包括覆蓋于所述第一圍壩上的軟質(zhì)隔離層，所述軟質(zhì)隔離層與第一圍壩形成一密閉空腔，所述軟質(zhì)隔離層承壓時，所述密閉空腔發(fā)生體積變化，進而使得所述敏感膜產(chǎn)生相應(yīng)形變。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述硬質(zhì)密封層與所述第一圍壩的上緣相平齊，所述軟質(zhì)隔離層覆設(shè)于硬質(zhì)密封層上。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述承壓部件包括抵壓于所述敏感膜上的表面光滑的硬質(zhì)球，以將外部應(yīng)力均勻施加在所述敏感膜上，所述壓力傳感器還包括形成于所述硬質(zhì)密封層上的第二圍壩，所述第二圍壩形成一內(nèi)徑與所述硬質(zhì)球相適配的收容腔，所述硬質(zhì)球高于第二圍壩且所述第二圍壩的高度超出所述硬質(zhì)球的一半。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述承壓部件包括覆蓋于所述第一圍壩上的軟質(zhì)隔離層及抵壓在所述軟質(zhì)隔離層上且位于敏感膜的正上方的硬質(zhì)球，所述壓力傳感器還包括用以收容所述硬質(zhì)球的第二圍壩，所述硬質(zhì)球高于第二圍壩且所述第二圍壩的高度超出所述硬質(zhì)球的一半。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述壓力傳感器還包括覆設(shè)于第二圍壩上以阻止硬質(zhì)球掉落的蓋板，所述蓋板形成一孔徑小于所述硬質(zhì)球直徑的通孔，所述硬質(zhì)球自所述通孔突伸超出所述蓋板所在平面。

本發(fā)明還提供一種上述壓力傳感器的封裝方法，所述封裝方法主要包括：

提供壓力傳感器芯片，具有襯底、形成于襯底表面且呈扁平狀的腔體及與所述腔體配合設(shè)置的敏感膜；

制作位于襯底表面的第一焊盤；

沿所述敏感膜的外周制作第一圍壩，使得第一焊盤位于第一圍壩的外側(cè)；

提供第一引線，采用引線鍵合工藝將第一引線的一端電連接至第一焊盤；

提供基板，所述基板朝向壓力傳感器芯片的一側(cè)具有第二焊盤，將所述壓力傳感器芯片背離敏感膜的一面附著至基板上，并使得第一焊盤與第二焊盤電連接；

提供承壓部件并將其覆設(shè)于第一圍壩的上方；

通過注塑工藝制得包覆所述壓力傳感器芯片且不超出第一圍壩的硬質(zhì)密封層，所述硬質(zhì)密封層包裹第一焊盤、第二焊盤及第一引線。

作為本發(fā)明的進一步改進，提供集成電路芯片，并將其層疊設(shè)置于所述基板與壓力傳感器芯片之間，所述集成電路芯片具有正面、背面及設(shè)置于正面的第三焊盤；

當(dāng)所述壓力傳感器芯片附著在集成電路芯片的正面時，將所述第一引線的另一端電連接至第三焊盤，并提供第二引線，實現(xiàn)所述第二焊盤與第三焊盤的電連接；

當(dāng)所述壓力傳感器芯片附著在集成電路芯片的背面時，將所述第一引線的另一端電連接至第二焊盤，并將第三焊盤焊接至所述基板，使得所述第三焊盤與第二焊盤電連接。

本發(fā)明的有益效果是：采用本發(fā)明壓力傳感器及封裝方法，沿所述敏感膜的外周制作第一圍壩，有效避免硬質(zhì)密封層成型過程中溢流至敏感膜影響其性能；并通過承壓部件避免敏感膜直接承受外界應(yīng)力，保護敏感膜不受外界應(yīng)力直接沖擊，所述第一圍壩還用以承載或卡持所述承壓部件，以使得承壓部件均勻地將外界應(yīng)力傳遞至敏感膜上，更有效保護敏感膜不受損壞；所述硬質(zhì)密封層則增強壓力傳感器的整體防護性能，延長壓力傳感器的使用壽命。

附圖說明

圖1是本發(fā)明壓力傳感器一較佳實施方式的平面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明壓力傳感器的壓力傳感器芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖2中壓力傳感器芯片制作第一焊盤及第一圍壩后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是圖3制作有第一圍壩的壓力傳感器芯片的俯視圖；

圖5是圖3制作有另一第一圍壩的壓力傳感器芯片的俯視圖；

圖6是本發(fā)明壓力傳感器第二較佳實施方式的平面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本發(fā)明壓力傳感器第三較佳實施方式的平面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是圖7中壓力傳感器的硬質(zhì)球上增設(shè)一蓋板后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是本發(fā)明壓力傳感器第四較佳實施方式的平面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10是本發(fā)明壓力傳感器第五較佳實施方式的平面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11是圖10中壓力傳感器的硬質(zhì)球上增設(shè)一蓋板后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖12是本發(fā)明壓力傳感器第六較佳實施方式的平面結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖所示的實施方式對本發(fā)明進行詳細描述。但該實施方式并不限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)該實施方式所做出的結(jié)構(gòu)、方法、或功能上的變換均包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。

參照圖1至圖5所示為本發(fā)明壓力傳感器100一較佳實施方式。本發(fā)明提供的壓力傳感器100包括層疊設(shè)置的壓力傳感器芯片10與基板20，所述壓力傳感器芯片10包括襯底11、形成于所述襯11底背離基板20一側(cè)的腔體12以及與所述腔體12配合設(shè)置的敏感膜13。所述腔體12呈扁平狀；所述襯底11上設(shè)有的第一焊盤14。

優(yōu)選地，所述第一焊盤14是通過采用淀積、光刻、反應(yīng)離子刻蝕等工藝制作而成，并且所述第一焊盤14與壓力傳感器芯片10的表面圖形通過多晶硅或重摻雜載流子連線，所述的重摻雜載流子可以為濃硼。所述基板20可以為PCB或者樹脂加引線框架組成。

所述基板20設(shè)有電連接至第一焊盤14的第二焊盤21。所述壓力傳感器100還包括設(shè)置于所述基板20與壓力傳感器芯片10之間的集成電路芯片30，所述集成電路芯片30具有正面31、背面32及設(shè)置于正面31的第三焊盤33，所述第三焊盤33電連接至第一焊盤14與第二焊盤21。

所述襯底11沿所述敏感膜13的外周還設(shè)置有第一圍壩15，其中，所述第一焊盤14位于第一圍壩15的外側(cè)。所述壓力傳感器100還包括設(shè)置于基板20上且不超出所述第一圍壩15的硬質(zhì)密封層40、以及位于所述敏感膜13上方并與所述第一圍壩15相抵接的承壓部件。其中，所述硬質(zhì)密封層40設(shè)置為硬質(zhì)樹脂。

本實施例中，所述壓力傳感器芯片10、集成電路芯片30及基板20之間均采用硅膠進行粘接。所述第一焊盤14連接設(shè)置有第一引線51，所述壓力傳感器芯片10附著在所述集成電路芯片30的正面31，所述第三焊盤33設(shè)置于壓力傳感器芯片10的外側(cè)，所述第一引線電連接所述第一焊盤14與第三焊盤33；所述壓力傳感器100還包括電連接所述第二焊盤21與第三焊盤33的第二引線52。所述第一引線51與第二引線為金屬線并采用引線鍵合工藝分別連接至第一焊盤14、第二焊盤21及第三焊盤33。

所述第一圍壩15的高度超出所述第一焊盤14及第一引線51的高度，以使得第一焊盤14及第一引線15完全埋設(shè)于硬質(zhì)密封層40中。并且，所述硬質(zhì)密封層40還包裹第二焊盤21、第三焊盤33及第二引線52。藉此，通過硬質(zhì)密封層40對壓力傳感器100的電路連接及整體構(gòu)造形成較好的保護。

所述承壓部件包括覆蓋于所述第一圍壩15上的軟質(zhì)隔離層60，所述軟質(zhì)隔離層60與下方的敏感膜13及第一圍壩15形成一密閉空腔16。所述軟質(zhì)隔離層60可采用硅膠膜，當(dāng)上述硅膠膜承壓時發(fā)生形變，使得所述密閉空腔16發(fā)生體積變化，進而使得所述敏感膜13產(chǎn)生相應(yīng)形變，以感測外界應(yīng)力。進一步地，為確保密閉空腔16的氣密性，所述硬質(zhì)密封層40設(shè)置為所述第一圍壩15的上緣相平齊，所述軟質(zhì)隔離層60延伸覆設(shè)于整個硬質(zhì)密封層40的上方。

如圖6所示，本發(fā)明的第二較佳實施方式中，所述壓力傳感器芯片10附著在所述集成電路芯片30的背面32，所述第三焊盤33設(shè)置為金屬焊球凸點，所述金屬焊球凸點焊接至所述基板20并與第二焊盤21電連接，所述第一引線51電連接所述第一焊盤14與第二焊盤21?？蛇M一步縮減所述集成電路芯片30的尺寸規(guī)格，進而減小整個封裝體積，降低成本。

參看圖7至圖8，作為本發(fā)明的第三較佳實施方式，所述承壓部件包括抵壓于所述敏感膜13上的表面光滑的硬質(zhì)球70，以將外部應(yīng)力均勻施加在所述敏感膜13上。所述壓力傳感器100還包括形成于所述硬質(zhì)密封層40上的第二圍壩80，所述第二圍壩80形成一內(nèi)徑與所述硬質(zhì)球70相適配的收容腔81，所述硬質(zhì)球70高于第二圍壩80且所述第二圍壩80的高度超出所述硬質(zhì)球70的一半。所述第二圍壩80由硬質(zhì)材料制得，以對硬質(zhì)球70在水平方向起著有效的限位作用，具體可以選用硬質(zhì)樹脂或其它有機聚合物，特別地，所述第二圍壩80與硬質(zhì)密封層40可選用同一硬質(zhì)材料。硬質(zhì)球70感受到外部壓力并將壓力傳遞到敏感膜13上，產(chǎn)生相應(yīng)的信號。采用所述硬質(zhì)球70來傳遞壓力，可有效進行應(yīng)力傳遞，獲得更加穩(wěn)定的輸出信號。

所述硬質(zhì)球70抵壓在敏感膜13上的同時還與第一圍壩15相抵接。所述第一圍壩15可采用柔性材料制得，硬質(zhì)球70受外部壓力向下運動抵壓敏感膜13的同時，所述第一圍壩15承受部分壓力以產(chǎn)生相應(yīng)的彈性形變，進一步避免敏感膜13受異常應(yīng)力沖擊受損。

所述壓力傳感器100還包括覆設(shè)于第二圍壩80上以阻止硬質(zhì)球70掉落的蓋板90。所述蓋板90形成一孔徑小于所述硬質(zhì)球70直徑的通孔91，所述硬質(zhì)球70自所述通孔91突伸超出所述蓋板90所在平面。

參看圖9為本發(fā)明第四較佳實施方式，所述承壓部件包括覆蓋于所述第一圍壩15上的軟質(zhì)隔離層60及抵壓在所述軟質(zhì)隔離層60上且位于敏感膜13的正上方的硬質(zhì)球70。所述壓力傳感器100還包括用以收容所述硬質(zhì)球70的第二圍壩80，所述硬質(zhì)球70高于第二圍壩80且所述第二圍壩80的高度超出所述硬質(zhì)球70的一半。所述第二圍壩80上方亦設(shè)有用以阻擋所述硬質(zhì)球70異常掉落的蓋板90。

參看圖10至圖11，作為本發(fā)明的第五較佳實施方式，其與前述第三較佳實施方式的區(qū)別在于所述壓力傳感器芯片10附著在所述集成電路芯片30的背面32。如圖12所示為本發(fā)明第六較佳實施方式，其與前述第四較佳實施方式區(qū)別亦在于所述壓力傳感器芯片10附著在所述集成電路芯片30的背面32。

本發(fā)明還提供一種上述壓力傳感器100的封裝方法，主要包括：

提供壓力傳感器芯片10，具有襯底11、形成于襯底11表面且呈扁平狀的腔體12及與所述腔體12配合設(shè)置的敏感膜13；

制作位于襯底11表面的第一焊盤14；

沿所述敏感膜13的外周制作第一圍壩15，使得第一焊盤14位于第一圍壩15的外側(cè)；

提供第一引線51，采用引線鍵合工藝將第一引線51的一端電連接至第一焊盤14；

提供基板20，所述基板20朝向壓力傳感器芯片10的一側(cè)具有第二焊盤21，將所述壓力傳感器芯片10背離敏感膜13的一面附著至基板20上，并使得第一焊盤14與第二焊盤21電連接；

提供承壓部件并將其覆設(shè)于第一圍壩15的上方；

通過注塑工藝制得包覆所述壓力傳感器芯片10且不超出第一圍壩15的硬質(zhì)密封層40，所述硬質(zhì)密封層40包裹第一焊盤14、第二焊盤21及第一引線51。

在本實施例中，所述封裝方法還包括提供集成電路芯片30，并將其層疊設(shè)置于所述基板20與壓力傳感器芯片10之間，所述集成電路芯片30具有正面31、背面32及設(shè)置于正面31的第三焊盤33；

當(dāng)所述壓力傳感器芯片10附著在集成電路芯片30的正面31時，將所述第一引線51的另一端電連接至第三焊盤33，并提供第二引線52，實現(xiàn)所述第二焊盤21與第三焊盤33的電連接；

當(dāng)所述壓力傳感器芯片10附著在集成電路芯片30的背面32時，將所述第一引線51的另一端電連接至第二焊盤21，并將第三焊盤33焊接至所述基板20，并使得所述第三焊盤33與第二焊盤21電連接，其中，第三焊盤33設(shè)置為金屬焊球凸點。

綜上所述，采用本發(fā)明壓力傳感器100及封裝方法，沿所述敏感膜13的外周制作第一圍壩15，有效避免硬質(zhì)密封層40注塑成型過程中溢流至敏感膜13影響其性能；并通過承壓部件避免敏感膜13直接承受外界應(yīng)力，保護敏感膜13不受外界應(yīng)力直接沖擊，所述第一圍壩15還用以承載或卡持所述承壓部件，以使得承壓部件均勻地將外界應(yīng)力傳遞至敏感膜上，更有效保護敏感膜不受損壞；所述硬質(zhì)密封層40則增強壓力傳感器100的整體防護性能，延長壓力傳感器100的使用壽命。

應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施方式中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。

上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本發(fā)明的可行性實施方式的具體說明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實施方式或變更均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。