專利名稱：壓力傳感器方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例主要涉及壓力傳感器和壓力換能器。本發(fā)明的實(shí)施例還涉及采用板上芯片封裝工藝(chip-on-board)的部件和構(gòu)型。本
發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)一步涉及采用板上芯片封裝工藝的壓力傳感器組件。
背景技術(shù)：
在壓力感測領(lǐng)域中已經(jīng)使用了多種工藝和裝置。壓力傳感器通常被使用和配置在需要對壓力變化進(jìn)行監(jiān)測和響應(yīng)于壓力變化的地方。壓力傳感器一般用在汽車、航空航天、商業(yè)、工業(yè)以及消耗裝置等多種應(yīng)用場合中。
迫切需要這樣的運(yùn)行環(huán)境，在所述運(yùn)行環(huán)境中，要求壓力傳感器在這些應(yīng)用場合中以高精度和再現(xiàn)性運(yùn)行。極端熱狀態(tài)例如包括范圍從160C到-55C的熱沖擊、暴露于苛刻的和/或?qū)щ娊橘|(zhì)中、在不改變校準(zhǔn)的情況下耐受較高的超壓(耐壓)循環(huán)、以及經(jīng)受住高峰值壓力(破裂壓力)從而防止系統(tǒng)不發(fā)生潛在地災(zāi)難性泄漏。
對于依靠使用包括設(shè)置在經(jīng)過蝕刻的硅隔膜上面的壓阻硅的壓力換能器(或感測元件)的壓力傳感器而言，用于在這樣的環(huán)境中運(yùn)行的最具有成本效率的解決方案是采用所謂的"背面"感測。利用這種布置，僅傳感器中暴露于所述介質(zhì)中的零件是壓力換能器的電隔離的陰模側(cè)，使用粘結(jié)劑將換能器壓模結(jié)合到基板上面且最后基板自身結(jié)合。
圖l-4示出了現(xiàn)有技術(shù)壓力傳感器設(shè)備構(gòu)型的實(shí)例。圖l示出了現(xiàn)有技術(shù)的采用板上芯片封裝工藝直接裝配的壓力傳感器設(shè)備100的剖視圖。圖1所示的構(gòu)型大體上包括借助于壓模附接粘結(jié)劑104附接到印刷電路板(PCB)基板106上面的壓力換能器/壓模102。在圖l所示的構(gòu)型中還示出了多條接合線110。壓力傳感器設(shè)備100的底部部分包括殼體108。另外還包括頂蓋105或保護(hù)部分。圖1所示的構(gòu)型主要用于圖示背景技術(shù)且僅用于啟發(fā)目的且不被視為是所披露實(shí)施例的限制性特征。
圖2示出了另一現(xiàn)有技術(shù)傳感器設(shè)備200的側(cè)剖視圖。圖3示出了現(xiàn)有技術(shù)傳感器系統(tǒng)400的一部分，其中傳感器設(shè)備200可得以實(shí)施，同時圖4示出了具有現(xiàn)有技術(shù)傳感器設(shè)備200的傳感器系統(tǒng)400的放大視圖。作為對比，圖2-4示出了在下文中得到更詳細(xì)描述的經(jīng)過改進(jìn)的傳感器設(shè)備500。請注意在圖2-4中，大體上采用相同的附圖標(biāo)號表示相同或相似的零件或元件?，F(xiàn)有技術(shù)傳感器設(shè)備通常包括與一條或多條接合線204、 255和257相關(guān)聯(lián)的印刷電路板(PCB) 201 。電子部件212能夠經(jīng)由接合線255和257與印刷電路板201相連通。類似地，電子部件243能夠經(jīng)由接合線204與印刷電路板201相連通。
粘合劑或膠粘劑209通常用以相對于印刷電路板201而言保持接觸夾202。膠粘劑208還可用以將部件243保持在支座204上面。另外，蓋或殼體203環(huán)繞部件243和212。粘合劑可用以將部件212保持在印刷電路板201上面。壓力傳感器設(shè)備200包括支座204，在所述支座204內(nèi)設(shè)置且配置有端口 251。如圖3所示，支座204可由剛性材料207制成，所述剛性材料優(yōu)選為金屬例如鋁，從而確保支座204是剛性的。圖4中的截面402大體上構(gòu)成了接頭而區(qū)域404中可包括螺紋。區(qū)域207和402 —起可構(gòu)成閥門例如施克拉德閥(Schrader valve)。圖2-4的現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)型中所示出的端口 251朝向支座2(M的區(qū)域261進(jìn)行延伸并且延伸進(jìn)入到支座204的區(qū)域261中。區(qū)域261因此延伸通過印刷電路板201的剖面，從而提供有限區(qū)域用于實(shí)現(xiàn)部件的附接。
圖1-4中所示出的現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)型所存在的一個問題在于這樣的設(shè)計(jì)需要在前面所述的狀態(tài)下可靠地進(jìn)行操作并且使用具有高強(qiáng)度和耐化學(xué)性的附接材料。將應(yīng)力敏感壓模(例如壓力換能器)剛性裝配到例如印刷電路板上面可能會引入較大的組件應(yīng)力，其中壓模與印刷電路板之間的熱膨脹系數(shù)明顯不匹配，這樣就可能會產(chǎn)生輸出誤差、無再現(xiàn)性且潛在的機(jī)械損傷。
已公知的壓力傳感器設(shè)計(jì)包括使用借助于粘合劑或環(huán)氧樹脂裝配到金屬支座上面的Si壓阻壓模。這種金屬支座不僅用作基板或基座，
5而且當(dāng)被組裝在最終產(chǎn)品設(shè)計(jì)中時還用于例如與汽車HVAC系統(tǒng)中的施克拉德閥緊密配合。這些金屬支座典型地由已公知對于氧而言具有較強(qiáng)親合性且在暴露于開放環(huán)境中時快速形成氧化物且不利地影響粘附效果的鋁制成。其它情況下，必須實(shí)施電鍍或涂覆從而允許硅壓模與金屬支座之間粘附在一起。本技術(shù)領(lǐng)域的普通電鍍使用鉻并且該材料在許多國家包括歐洲是禁止使用的。從電鍍工藝中除去這種材料并沒有考慮到感測壓模與支座之間的較強(qiáng)結(jié)合的問題。因此，為了克服這一問題，我們相信解決方案存在于經(jīng)過改進(jìn)的壓力傳感器方法和系統(tǒng)的實(shí)施過程中，在本文中對此進(jìn)行了更加詳細(xì)地披露。

發(fā)明內(nèi)容
下面的總結(jié)用于有利于理解對于所披露實(shí)施例而言獨(dú)特的一些創(chuàng)新特征，而不是旨在進(jìn)行完全地描述?？梢酝ㄟ^閱讀整個說明書、權(quán)利要求書、附圖以及摘要從而獲得對所述實(shí)施例的多個方面的全面了解。
因此，本發(fā)明的一個方面在于提供一種經(jīng)過改進(jìn)的壓力傳感器設(shè)備和成形所述壓力傳感器設(shè)備的方法。
本發(fā)明的另一個方面在于提供一種用于采用板上芯片封裝工藝的壓力傳感器的經(jīng)過改進(jìn)的組件。
如下面所述，現(xiàn)在可實(shí)現(xiàn)前述方面和其它目的和優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明披露了 一種壓力傳感器設(shè)備和成形所述壓力傳感器設(shè)備的方法。提供一種包括頂側(cè)和底側(cè)的基板(例如印刷電路板)。壓力換能器可被直接結(jié)合到基板的頂側(cè)上，其中所述基板包括形成電鍍通孔的基板壁，所述通孔允許被感測到的介質(zhì)通過從而與壓力換能器的背面接觸。此后，帶有一體端口的金屬支座被結(jié)合到基板的底側(cè)上，由此形成采用板上芯片封裝工藝的壓力傳感器，其中消除了進(jìn)行電鍍或涂覆從而允許壓力換能器與金屬支座之間粘附的需求。壓力換能器例如可包括硅。金屬支座可設(shè)有與閥門例如施克拉德閥緊密配合的功能部件。壓力換能器優(yōu)選主要由硅(例如硅零件)配置而成，所迷壓力換能器能夠可選地結(jié)合到玻璃上面從而為壓力傳感器設(shè)備提供一些組件應(yīng)力隔離。


下面對構(gòu)成本說明書一部分的附圖進(jìn)行說明，在各個附圖中使用相似的附圖標(biāo)號表示相同或功能相似的元件。附圖中進(jìn)一步示出了本發(fā)明的實(shí)施例，與下面的詳細(xì)說明在一起對所披露的實(shí)施例進(jìn)行解釋說明。
圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的采用板上芯片封裝工藝直接裝配的方法和系
統(tǒng)的剖視圖2示出了另一現(xiàn)有技術(shù)的壓力傳感器設(shè)備的側(cè)剖視圖3示出了現(xiàn)有技術(shù)壓力傳感器系統(tǒng)的一部分，其中圖2所示壓力
傳感器設(shè)備可得以實(shí)施；
圖4示出了圖3所示壓力傳感器系統(tǒng)的放大視圖5示出了根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例可實(shí)施的經(jīng)過改進(jìn)的壓力傳感器設(shè)
備的結(jié)合側(cè)的視圖；和
圖6示出了根據(jù)一個優(yōu)選實(shí)施例的圖5所示的經(jīng)過改進(jìn)的壓力傳感
器設(shè)備的側(cè)剖視圖。
具體實(shí)施例方式
在這些非限制性實(shí)例中所討論的特定值和構(gòu)型可發(fā)生改變且被引用僅用于圖示至少一個實(shí)施例且不是旨在限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
下面參見附圖，特別是參見圖5，圖中示出了根據(jù)一個優(yōu)選實(shí)施例可實(shí)施的壓力傳感器設(shè)備500的結(jié)合側(cè)的視圖。另外，圖6示出了根據(jù)一個優(yōu)選實(shí)施例的圖5所示的壓力傳感器設(shè)備500的側(cè)剖視圖。注意到在圖5和圖6中使用相同的附圖標(biāo)號表示相同或相似的零件或元件。另外，圖5和圖6示出了在圖2-4現(xiàn)有技術(shù)視圖中同樣示出的部件。然而可意識到圖5和圖6示出了這些部件用以展示改進(jìn)之處和壓力傳感器設(shè)備500與現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備200之間的差別。
圖5和圖6所示出的壓力傳感器設(shè)備500通常包括成形在基板201上面的一個或多個壓力換能器243，所述基板例如可以是印刷電路板(PCB)基板。所述壓力傳感器設(shè)備500還包括與粘合劑209和膠粘劑208相關(guān)聯(lián)的接觸夾202。蓋203也可以被設(shè)置為壓力傳感器設(shè)備500的一部分。電氣部件212和壓力換能器243 —般被附接到基板201上面。另外， 一個或多個電氣部件211 (例如ASIC)可被設(shè)置在與壓力換能器243和電氣部件212相關(guān)聯(lián)的基板201上面。注意到所迷電氣部件212也可以是ASIC或另一合適的電氣部件。還可以設(shè)置一條或多條與基板201和壓力換能器243相連的接合線 204。所述壓力傳感器設(shè)備500還包括被構(gòu)造用以在其內(nèi)包括端口 551 的金屬支座504。注意到壓力換能器243優(yōu)選主要由硅(例如硅零件) 構(gòu)造而成，所述壓力換能器能夠可選地結(jié)合到玻璃上面從而為壓力傳感 器設(shè)備500提供一些組件應(yīng)力隔離。在如圖6所示出的構(gòu)型中，金屬支 座504在基板201處截止而不是延伸穿過基板，如前面所述的現(xiàn)有技術(shù) 壓力傳感器設(shè)備200的情況一樣。端口 551可與另一間隙或通孔553相 連通，而金屬支座504自身不包括這樣的區(qū)域，所述區(qū)域例如是相對于 如圖2中所示的現(xiàn)有技術(shù)壓力傳感器設(shè)備200的前面所述的區(qū)域。經(jīng)過 改進(jìn)的壓力傳感器設(shè)備500代表了相對于圖2所示現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)型而言的 改進(jìn)，這是因?yàn)楦右子诒３纸饘僦ё?04與基板201的結(jié)合或密封且 不需要使用涂層。注意到在圖6中，線555將印刷電路板201與金屬 支座504區(qū)分開。
壓力傳感器設(shè)備500是基于板上芯片封裝工藝的，從而免去了將壓 力換能器243結(jié)合到金屬支座504上面的已公知工藝。壓力傳感器設(shè)備 500基于這樣一種設(shè)計(jì)，其中壓力換能器243直接結(jié)合到帶有電鍍通孔 553的基板201 (例如印刷電路板)的頂側(cè)上面，所述通孔允許感測到 的介質(zhì)通過從而接觸壓力換能器243的背面。注意到根據(jù)具體設(shè)計(jì)考 慮因素，壓力換能器243例如可由硅或硅和玻璃形成。金屬支座504被 構(gòu)造具有一體端口251。然后，金屬支座504被結(jié)合到印刷電路板或基 板201的底側(cè)上面。
應(yīng)該意識到上面所披露的多種變型與其它特征和功能或者其它可 選方式可根據(jù)需要結(jié)合到許多其它系統(tǒng)或應(yīng)用中。同樣，在由本發(fā)明權(quán) 利要求書限定的保護(hù)范圍內(nèi)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可作出多種當(dāng)前未預(yù)見 到的或未預(yù)期到的其它可選方式、變型、改變或改進(jìn)。
權(quán)利要求
1、一種構(gòu)造采用板上芯片封裝工藝的壓力傳感器的方法，所述方法包括以下步驟提供具有頂側(cè)和底側(cè)的基板；將壓力換能器直接結(jié)合到所述基板的所述頂側(cè)上，其中所述基板包括形成電鍍通孔的基板壁，所述通孔允許被感測到的介質(zhì)通過從而與所述壓力換能器的背面接觸；此后，將金屬支座結(jié)合到所述基板的所述底側(cè)上，由此形成采用板上芯片封裝工藝的壓力傳感器，這樣就消除了進(jìn)行電鍍或涂覆從而允許所述壓力換能器與所述金屬支座之間粘附的需求。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述基板包括印刷電路板 (PCB)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括主要由硅構(gòu)造所述壓 力換能器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，進(jìn)一步包括將所述壓力換能器可 選地結(jié)合到玻璃上面從而為壓力換能器提供組件應(yīng)力隔離。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括構(gòu)造所述金屬支座以 包括與閥門緊密配合的功能部件。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬支座包含鋁。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬支座包括在其內(nèi)成 形的一體端口 。
8、 一種采用板上芯片封裝工藝的壓力傳感器設(shè)備，所述壓力傳感 器設(shè)備包括具有頂側(cè)和底側(cè)的基板；被直接結(jié)合到所述基板的所述頂側(cè)上的壓力換能器，其中所述基板 包括形成電鍍通孔的基板壁，所述通孔允許被感測到的介質(zhì)通過從而與 所述壓力換能器的背面接觸；將金屬支座結(jié)合到所述基板的所述底側(cè)上，由此形成所述采用板上 芯片封裝工藝的壓力傳感器設(shè)備，這樣就消除了進(jìn)行電鍍或涂覆從而允 許所述壓力換能器與所述金屬支座之間粘附的需求。
9、 一種采用板上芯片封裝工藝的壓力傳感器設(shè)備，所述壓力傳感 器設(shè)備包括具有頂側(cè)和底側(cè)的印刷電路板；被直接結(jié)合到所述印刷電路板的所述頂側(cè)上的壓力換能器，其中所 述印刷電路板包括形成電鍍通孔的印刷電路板壁，所述通孔允許被感測 到的介質(zhì)通過從而與所述壓力換能器的背面接觸；利用一體端口將金屬支座結(jié)合到所述印刷電路板的所述底側(cè)上，由 此形成所述采用板上芯片封裝工藝的壓力傳感器設(shè)備，這樣就消除了進(jìn) 行電鍍或涂覆從而允許所述壓力換能器與所述金屬支座之間粘附的需 求。
10、根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述壓力換能器主要由硅構(gòu) 造而成并且所述壓力換能器可選地結(jié)合到玻璃上面從而為壓力換能器 提供組件應(yīng)力隔離。
全文摘要
一種壓力傳感器設(shè)備和成形所述壓力傳感器設(shè)備的方法。提供一種包括頂側(cè)和底側(cè)的基板201(例如印刷電路板)。壓力換能器(243)可被直接結(jié)合到基板(201)的頂側(cè)上，其中所述基板包括形成電鍍通孔(553)的基板壁，所述通孔允許被感測到的介質(zhì)通過從而與壓力換能器(243)的背面接觸。此后，帶有一體端口(551)的金屬支座(504)被結(jié)合到基板(201)的底側(cè)上，由此形成采用板上芯片封裝工藝的壓力傳感器(500)，這樣就消除了進(jìn)行電鍍或涂覆從而允許壓力換能器(243)與金屬支座(504)之間粘附的需求。壓力換能器例如可包括硅或者結(jié)合到玻璃上的硅。金屬支座可設(shè)有與閥門例如施克拉德閥緊密配合的功能部件。
文檔編號G01L9/00GK101657709SQ200880011827
公開日2010年2月24日 申請日期2008年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月13日
發(fā)明者A·D·布拉德利, L·F·里克斯, W·A·蘭布 申請人:霍尼韋爾國際公司