本發(fā)明涉及微電子機(jī)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(fèi)類電子產(chǎn)品如手機(jī)、平板電腦、玩具、遙控器等越來(lái)越注重智能化發(fā)展及人機(jī)交互設(shè)計(jì)，亦使得感測(cè)人體尤其手指等接觸應(yīng)力的壓力傳感器的市場(chǎng)需求亦日益增多。同時(shí)，也對(duì)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(hù)芯片上的敏感膜、引線等各個(gè)部分不被損壞，最后為滿足便攜式消費(fèi)類電子產(chǎn)品越來(lái)越小型化的趨勢(shì)，還需要保持壓力傳感器性能的同時(shí)，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(cè)量接觸應(yīng)力時(shí)存有下述問(wèn)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(cè)量人體接觸尤其手指施予的壓力時(shí)，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(shí)需要引線實(shí)現(xiàn)電連接，而引線設(shè)置通常會(huì)超出敏感膜，防護(hù)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(duì)薄膜進(jìn)行了隔離，并通過(guò)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(guó)專利CN101337652 A公開(kāi)一種壓力傳感器封裝結(jié)構(gòu)，通過(guò)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(guò)堅(jiān)硬材料保護(hù)焊盤(pán)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(shí)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(hù)性能，延長(zhǎng)使用壽命。

為實(shí)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(pán)，所述第一焊盤(pán)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(pán)的第二焊盤(pán)；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(pán)位于第一圍壩的外側(cè)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，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(pán)，所述第三焊盤(pán)電連接至第一焊盤(pán)與第二焊盤(pán)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，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(pán)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(pán)與第三焊盤(pán)；所述壓力傳感器還包括電連接所述第二焊盤(pán)與第三焊盤(pán)的第二引線。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，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(pán)設(shè)置為金屬焊球凸點(diǎn)，所述金屬焊球凸點(diǎn)焊接至所述基板并與第二焊盤(pán)電連接，所述第一引線電連接所述第一焊盤(pán)與第二焊盤(pán)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一圍壩的高度超出所述第一焊盤(pán)及第一引線的高度，以使得第一焊盤(pán)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(jìn)一步改進(jìn)，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(shí)，所述密閉空腔發(fā)生體積變化，進(jìn)而使得所述敏感膜產(chǎn)生相應(yīng)形變。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，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(jìn)一步改進(jìn)，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(jìn)一步改進(jìn)，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(jìn)一步改進(jìn)，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(pán)；

沿所述敏感膜的外周制作第一圍壩，使得第一焊盤(pán)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(pán)；

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(pán)，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(pán)與第二焊盤(pán)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(guò)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(pán)、第二焊盤(pán)及第一引線。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，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(pán)；

當(dāng)所述壓力傳感器芯片附著在集成電路芯片的正面時(shí)，將所述第一引線的另一端電連接至第三焊盤(pán)，并提供第二引線，實(shí)現(xiàn)所述第二焊盤(pán)與第三焊盤(pán)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(shí)，將所述第一引線的另一端電連接至第二焊盤(pán)，并將第三焊盤(pán)焊接至所述基板，使得所述第三焊盤(pán)與第二焊盤(pán)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(guò)程中溢流至敏感膜影響其性能；并通過(guò)承壓部件避免敏感膜直接承受外界應(yīng)力，保護(hù)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(hù)敏感膜不受損壞；所述硬質(zhì)密封層則增強(qiáng)壓力傳感器的整體防護(hù)性能，延長(zhǎng)壓力傳感器的使用壽命。

附圖說(shuō)明

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

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖所示的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。但該實(shí)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(shí)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(hù)范圍內(nèi)。

參照?qǐng)D1至圖5所示為本發(fā)明壓力傳感器100一較佳實(shí)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(pán)14。

優(yōu)選地，所述第一焊盤(pán)14是通過(guò)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(pán)14與壓力傳感器芯片10的表面圖形通過(guò)多晶硅或重?fù)诫s載流子連線，所述的重?fù)诫s載流子可以為濃硼。所述基板20可以為PCB或者樹(shù)脂加引線框架組成。

所述基板20設(shè)有電連接至第一焊盤(pán)14的第二焊盤(pán)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(pán)33，所述第三焊盤(pán)33電連接至第一焊盤(pán)14與第二焊盤(pán)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(pán)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(shù)脂。

本實(shí)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(jìn)行粘接。所述第一焊盤(pán)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(pán)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(pán)14與第三焊盤(pán)33；所述壓力傳感器100還包括電連接所述第二焊盤(pán)21與第三焊盤(pán)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(pán)14、第二焊盤(pán)21及第三焊盤(pán)33。

所述第一圍壩15的高度超出所述第一焊盤(pán)14及第一引線51的高度，以使得第一焊盤(pán)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(pán)21、第三焊盤(pán)33及第二引線52。藉此，通過(guò)硬質(zhì)密封層40對(duì)壓力傳感器100的電路連接及整體構(gòu)造形成較好的保護(hù)。

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(shí)發(fā)生形變，使得所述密閉空腔16發(fā)生體積變化，進(jìn)而使得所述敏感膜13產(chǎn)生相應(yīng)形變，以感測(cè)外界應(yīng)力。進(jìn)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(gè)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(shí)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(pán)33設(shè)置為金屬焊球凸點(diǎn)，所述金屬焊球凸點(diǎn)焊接至所述基板20并與第二焊盤(pán)21電連接，所述第一引線51電連接所述第一焊盤(pán)14與第二焊盤(pán)21。可進(jìn)一步縮減所述集成電路芯片30的尺寸規(guī)格，進(jìn)而減小整個(gè)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(shí)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(duì)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(shù)脂或其它有機(jī)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(hào)。采用所述硬質(zhì)球70來(lái)傳遞壓力，可有效進(jìn)行應(yīng)力傳遞，獲得更加穩(wěn)定的輸出信號(hào)。

所述硬質(zhì)球70抵壓在敏感膜13上的同時(shí)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(yùn)動(dòng)抵壓敏感膜13的同時(shí)，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(jìn)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(shí)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(shí)施方式，其與前述第三較佳實(shí)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(shí)施方式，其與前述第四較佳實(shí)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(pán)14；

沿所述敏感膜13的外周制作第一圍壩15，使得第一焊盤(pán)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(pán)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(pán)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(pán)14與第二焊盤(pán)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(guò)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(pán)14、第二焊盤(pán)21及第一引線51。

在本實(shí)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(pán)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(shí)，將所述第一引線51的另一端電連接至第三焊盤(pán)33，并提供第二引線52，實(shí)現(xiàn)所述第二焊盤(pán)21與第三焊盤(pán)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(shí)，將所述第一引線51的另一端電連接至第二焊盤(pán)21，并將第三焊盤(pán)33焊接至所述基板20，并使得所述第三焊盤(pán)33與第二焊盤(pán)21電連接，其中，第三焊盤(pán)33設(shè)置為金屬焊球凸點(diǎn)。

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(guò)程中溢流至敏感膜13影響其性能；并通過(guò)承壓部件避免敏感膜13直接承受外界應(yīng)力，保護(hù)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(hù)敏感膜不受損壞；所述硬質(zhì)密封層40則增強(qiáng)壓力傳感器100的整體防護(hù)性能，延長(zhǎng)壓力傳感器100的使用壽命。

應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書(shū)按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書(shū)的這種敘述方式僅僅是為清楚起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書(shū)作為一個(gè)整體，各實(shí)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(shí)施方式。

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