本披露涉及封裝壓力傳感器，涉及包括封裝壓力傳感器的組件，涉及包括封裝壓力傳感器的系統(tǒng)并且涉及制造封裝壓力傳感器的方法。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體壓力傳感器通過檢測(cè)作用在懸置于半導(dǎo)體本體之上的硅樹脂的薄膜或隔膜上的壓力而工作。半導(dǎo)體本體和膜的組件限定了當(dāng)力作用在其上時(shí)針對(duì)膜的偏離的腔體。

目前，傳感器已知能夠測(cè)量高壓力值并且配備有不銹鋼芯，固定在所述不銹鋼芯上的是應(yīng)變計(jì)元件。應(yīng)變計(jì)元件檢測(cè)通過電阻變化而與應(yīng)變計(jì)元件相關(guān)聯(lián)的芯的幾何變形。然而，出于可靠性、尺寸和成本的原因，這些傳感器對(duì)于在汽車應(yīng)用中使用而言不是非常便利。此外，它們并不提供高精度。

同樣存在利用半導(dǎo)體技術(shù)獲得的已知的集成壓力傳感器。這些傳感器典型地包括懸在設(shè)置在硅體中的腔體之上的薄膜或隔膜。形成在薄膜內(nèi)的是連接在一起以形成惠斯通電橋(wheatstonebridge)的壓阻元件。當(dāng)受壓力時(shí)，膜變形、引起壓阻元件電阻的改變，并因此惠斯通電橋不平衡。作為替代方案，電容式傳感器是可用的，其中，膜提供電容器的第一極板，而第二極板是由固定參照物提供的。在使用過程中，膜的偏離生成電容器的電容變化，所述變化可以檢測(cè)到并且與在膜上提取的壓力相關(guān)聯(lián)。

然而，這些半導(dǎo)體傳感器自身可能不用于測(cè)量高壓力，因?yàn)樗鼈兺ǔ＞哂休^低的滿刻度值。因此，針對(duì)高壓力應(yīng)用，合適的封裝有待提供給前述半導(dǎo)體壓力傳感器。例如，用于封裝的材料包括鋼、不銹鋼和陶瓷。具體地，一些壓力傳感器被安排在陶瓷或鋼容器內(nèi)，所述容器具有比半導(dǎo)體壓力傳感器的敏感區(qū)域大得多的基底區(qū)域。然后，這些容器用油填充，以確保外延的表面用于施加有待測(cè)量的力并且均勻的分布力自身。然而，使用油要求容器是不漏液體的并且另外涉及高成本，限制其應(yīng)用領(lǐng)域。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷的一種封裝壓力傳感器、一種包括封裝壓力傳感器的組件、一種包括封裝壓力傳感器的系統(tǒng)以及一種制造封裝壓力傳感器的方法。

根據(jù)本發(fā)明，提供克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷的一種封裝壓力傳感器、一種包括封裝壓力傳感器的組件、一種包括封裝壓力傳感器的系統(tǒng)以及一種制造封裝壓力傳感器的方法。

附圖說明

為了更好地理解本公開，現(xiàn)在將僅通過非限制性示例并且參照附圖描述其一些實(shí)施例，在附圖中：

圖1是根據(jù)本披露的一方面的封裝壓力傳感器的橫截面視圖；

圖2是圖1的封裝壓力傳感器的部分解剖透視圖；

圖3和圖4是根據(jù)本披露的對(duì)應(yīng)實(shí)施例的對(duì)應(yīng)封裝壓力傳感器的橫截面視圖；

圖5是根據(jù)本披露的另一方面的封裝壓力傳感器的橫截面視圖；

圖6是根據(jù)本披露的另一方面的封裝壓力傳感器的橫截面視圖；

圖7至圖9是根據(jù)本披露的另一實(shí)施例的與用于制造封裝壓力傳感器的步驟相關(guān)的橫截面視圖；

圖10a是根據(jù)圖7至圖9的步驟提供的封裝壓力傳感器的實(shí)施例的橫截面視圖；

圖10b是根據(jù)圖7至圖9的步驟提供的封裝壓力傳感器的替代性實(shí)施例的橫截面視圖；

圖11示出了圖10a或圖10b的安裝在印刷電路板(pcb)上并且可以用作按鈕的封裝壓力傳感器；

圖12是根據(jù)本披露的一方面的針對(duì)包括封裝壓力傳感器的電子設(shè)備的框圖；并且

圖13示出了根據(jù)本披露的實(shí)施例的容納封裝壓力傳感器的電子設(shè)備的橫截面視圖。

具體實(shí)施方式

圖1在x，y，z坐標(biāo)平面中在橫截面中示出了根據(jù)本披露的實(shí)施例的封裝壓力傳感器1。在以下描述中，術(shù)語(yǔ)“壓力傳感器”應(yīng)旨在還包含術(shù)語(yǔ)“力傳感器”，為通過公式p＝f/a(即，壓力為力f除以面積a)或等效地f＝p·a關(guān)聯(lián)的力和壓力。術(shù)語(yǔ)“壓力傳感器”和“力傳感器”可以因此以可互換的方式使用。

圖2是圖1的封裝壓力傳感器的部分解剖透視圖。

壓力傳感器1包括容器2，所述容器具有底壁2a以及一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁2b(在圖2中，示出了單個(gè)圓形形狀的側(cè)壁2b)。側(cè)壁2b和底壁2a可以是單片結(jié)構(gòu)(如圖1中所示)或者替代性地是耦合在一起的多個(gè)隔離的部件。側(cè)壁2b具有頂表面2b’，所述頂表面的延伸部分是由側(cè)壁2b的厚度限定的。腔體4在容器2中延伸，在下方由底壁2a的內(nèi)側(cè)4a定界并且橫向地由側(cè)壁2b的內(nèi)側(cè)4b定界。在頂視圖中，側(cè)壁2b的頂表面2b’平行于xy平面并且包圍腔體4。

傳感器芯片6(例如，包括微加工感測(cè)元件)被容納在腔體4中。

容器2可以是由任何合適的材料制成，如鋼、不銹鋼、陶瓷或具有低熱膨脹系數(shù)的金屬合金(例如，具有鎳和鈷的鐵合金，其化學(xué)形式被控制用于呈現(xiàn)低且均勻的熱膨脹特性)。更詳細(xì)地，傳感器芯片6耦合至容器2的底壁2a的內(nèi)側(cè)4a，或者直接地或者通過如圖1中所展示的且在以下描述的于其間的另外的元件。傳感器芯片6是自身已知的類型，并且包括應(yīng)用專用集成電路(asic)6’，安裝在其上的是使用微電子機(jī)械系統(tǒng)(mems)技術(shù)形成的壓力傳感器6”，并且在此被稱為mems傳感器6”。

mems傳感器6”和asic6’可以以任何已知的方式電耦合，例如，通過導(dǎo)線(引線接合)、或錫球、或任何合適的裝置。

傳感器芯片6的mems傳感器6”具體地包括半導(dǎo)體本體(6a)(例如，硅)，所述半導(dǎo)體本體限定了腔體6b，懸在所述腔體之上的是膜(或隔膜)6c，所述膜例如也是硅。膜6c通常是利用包括光刻和濕法蝕刻或干法蝕刻工藝的微加工步驟獲得的。膜6c被配置成用于在作用于其上的力的作用下偏離朝向腔體6b。在膜6c之中或之上形成一個(gè)或多個(gè)壓阻元件(在附圖中未展示)，例如，四個(gè)壓電電阻可以連接在一起以形成惠斯通電橋。當(dāng)經(jīng)受壓力時(shí)，膜6c經(jīng)歷變形，引起壓阻元件的電阻變化并因此引起惠斯通電橋的失衡，這可被測(cè)量并與作用在mems上的壓力值相關(guān)聯(lián)。壓阻元件具體地被安排在以膜6c的中心為中心的理想交叉的頂點(diǎn)處，并且構(gòu)成區(qū)域具有p型摻雜。通過適合的擴(kuò)散掩模而使摻雜原子擴(kuò)散，從而獲得壓阻元件，并且具有例如近似于矩形的截面。作為惠斯通電橋連接的替代方案，壓阻檢測(cè)元件可以形成環(huán)形振蕩器電路的一部分。

根據(jù)不同的實(shí)施例，傳感器芯片6如本領(lǐng)域中所周知的電容式操作。在這種情況下，不存在壓阻元件。

一般描述的asic6’是半導(dǎo)體裸片，所述半導(dǎo)體裸片包括一個(gè)或多個(gè)電氣部件，如集成電路。半導(dǎo)體裸片是由半導(dǎo)體材料(如，硅)制成，并且包括在其中形成集成電路的有效表面。集成電路可以是模擬或數(shù)字電路，該模擬或數(shù)字電路被實(shí)現(xiàn)為在半導(dǎo)體裸片內(nèi)形成的并且根據(jù)半導(dǎo)體裸片的電氣設(shè)計(jì)與功能電互連的有源器件、無(wú)源器件、導(dǎo)電層和介電層。asic6’被配置成用于通過將信號(hào)發(fā)送至mems傳感器6”以及從其中接收信號(hào)而與mems傳感器6”進(jìn)行通信。

傳感器芯片6穿過asic通過例如由膠帶(如，聚酰亞胺薄膜)形成的耦合區(qū)10或者另外地通過錫焊區(qū)耦合至印刷電路板(pcb)8。在使用粘合劑膜的情況中，asic6’利用一根或多根導(dǎo)電線7電耦合至pcb8。傳感器芯片6和pcb8因此堆疊在彼此頂部上。pcb8位于容器2的內(nèi)部空腔4的底部4a上，并通過膠層或膠帶或者溫度穩(wěn)定的聚酰亞胺層耦合至底部4a。

pcb8可以根據(jù)需要為柔性pcb、剛性pcb、環(huán)氧樹脂pcb、陶瓷pcb或甚至其他之一。

應(yīng)注意的是，根據(jù)本披露的一方面，配備有錫焊盤(例如，bga——“球柵陣列”)的接口元件(如有機(jī)襯底或陶瓷襯底)可以被安排在asic6’與pcb8之間。在這種情況下，asic6’耦合至bga并且bga耦合至pcb8。在附圖中未明確地示出接口元件。asic集成利用放大和數(shù)字化對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)的功能，以用于提供針對(duì)干擾穩(wěn)健的數(shù)字接口。pcb8集成接口的機(jī)械支撐功能以及針對(duì)電氣連接的路由功能。

聚二甲硅氧烷(pdms)填充層12完全填充內(nèi)部空腔4，包圍傳感器芯片6和pcb8。填充層12延伸接觸傳感器芯片6的膜6c，但是不在內(nèi)部空腔6b中，其被絕緣以便不危害傳感器芯片6的功能。pdms可以由另一種彈性材料替換，如，例如，類屬硅樹脂橡膠、聚合物彈性體、硅凝膠。在本描述的結(jié)果中，外顯引用將針對(duì)pdms，但這不暗示著任何一般性損失。

容器2進(jìn)一步包括覆蓋帽蓋14，所述帽蓋被配置成用于直接地或間接地耦合至側(cè)壁2a的頂表面2b’，以便在頂部界定腔體4。因此，當(dāng)被安裝時(shí)，覆蓋帽蓋14閉合腔體4，并且，當(dāng)腔體4用填充層12填充時(shí)，其直接與所述填充層12接觸。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，內(nèi)部空腔4具有包括在10^-6m³與10·10^-6m³之間的體積，例如，2·10^-6m³。更具體地，前述體積是由底壁2a的位于平面xy中其值包括在10^-5m²與10^-3m²之間(例如，3·10^-4m²)的內(nèi)側(cè)4a面積與具有沿著z的主延伸其值包括在1mm與20mm之間(例如，5mm)的側(cè)壁2b限定的。帽蓋14具有其值包括在10^-5m²與10^-3m²之間(例如，3·10^-4m²)的基底區(qū)域以及沿z測(cè)量的等于一毫米或幾毫米的厚度，例如，在1mm與5mm之間，具體地在1mm與2mm之間，例如，1.5mm。

pdms以液體形式并且以無(wú)氣泡的方式被引入內(nèi)部空腔4中并且然后以本身已知的方式凝固，例如，在高溫(例如，至少100℃)下在固化步驟過程中持續(xù)一些分鐘(例如，10-20分鐘)。

為了確保完全填充腔體4以及同時(shí)帽蓋14與填充層12之間的接觸，優(yōu)選的是在安裝帽蓋14之后穿過被制成穿過容器2的合適的孔填充內(nèi)部空腔4。給定pdms的黏度及其隨后的凝固步驟，本申請(qǐng)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)不存在pdms從用于其引入的孔中大量流出或鋪開的問題。此外，所述孔可以以自身已知的方式被堵塞或焊接。

在使用過程中，當(dāng)壓力或力施加于帽蓋14上時(shí)(在圖1中箭頭16的方向上)，帽蓋14在方向z上的任何偏移被傳遞至填充層12，所述填充層進(jìn)而將壓力傳遞至傳感器芯片6的膜6c，所述傳感器芯片充當(dāng)換能器將膜6c經(jīng)歷的偏離轉(zhuǎn)換成電信號(hào)以由asic6’處理并供應(yīng)至pcb8。施加在封裝壓力傳感器1上的力因此被傳感器芯片6檢測(cè)到。封裝體壓力傳感器1能夠測(cè)量在由箭頭16指示的方向上的在范圍0.1-100kn內(nèi)的力。

本申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)pdms被設(shè)計(jì)成用于以高度方向性傳遞施加于帽蓋14上的力，并因此適合在所描述的上下文中的應(yīng)用。

帽蓋14進(jìn)一步提供施加力16的表面，所述表面相比由傳感器芯片6的膜6c提供的表面更加面積廣并且相比在缺少帽蓋14的情況下由pdms層提供的表面更加均勻。因此，在使用中，帽蓋14充當(dāng)壓力倍減器，增加力的施加面積并使之均勻。

如已經(jīng)所述，pdms當(dāng)經(jīng)受壓縮時(shí)，沿力作用線以良好的方向性傳播施加于其上的力。因此，沿施加力的作用線安排的傳感器芯片6相比關(guān)于力作用線橫向安排的傳感器芯片經(jīng)受更大的力。同樣地，所述力施加于安排在帽蓋14附近的傳感器芯片6，所述傳感器芯片相比安排在容器2的底部附近的傳感器芯片將經(jīng)受強(qiáng)度更大的力。

在此方面，如圖3中所展示的，所述圖示出了根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的封裝壓力傳感器1’，有可能對(duì)容器2的內(nèi)部空腔4塑形以用于呈現(xiàn)第一和第二?？繀^(qū)域18、19，其中，所述第一?？繀^(qū)域在平面xy中延伸至從腔體4的底部4a開始沿z測(cè)量的高度h1，所述高度h1大于第二?？繀^(qū)域19延伸的高度h2。在任何情況下，h1和h2的值都小于腔體4沿z的最大深度htot。舉例來講，htot的值是在1mm與20mm之間選擇的，例如，5mm；h1的值是在1mm與20mm之間選擇的，例如，15mm；h2的值是在1mm與5mm之間選擇的，例如，1mm。在一個(gè)實(shí)施例中，第二?？繀^(qū)域19可以與底壁2a的內(nèi)側(cè)4a重合。

第一和第二?？繀^(qū)域18、19各自容納耦合至對(duì)應(yīng)的pcb23、25的對(duì)應(yīng)的傳感器芯片20、21。每個(gè)傳感器芯片20、21都類似于傳感器芯片6(即，其包括asic20’、21’和mems20”、21”)并因此為了簡(jiǎn)潔在此不再進(jìn)行描述。

根據(jù)圖4中所展示的另一個(gè)實(shí)施例，封裝壓力傳感器1”包括帽蓋24，所述帽蓋被塑形以在第一?？繀^(qū)域18和第二停靠區(qū)域19中分別具有彼此不同的厚度t1和t2(具體地，t1小于t2)。以此方式，在使用中，當(dāng)壓力從外部作用于帽蓋24上時(shí)，帽蓋24的具有厚度t1的薄區(qū)域24a相比其具有厚度t2的厚區(qū)域24b將具有更大的偏離。因此，將這個(gè)壓力傳輸至pdms層4在帽蓋24的薄區(qū)域24a中相比在其較厚區(qū)域24b中將被衰減得更多。

例如，帽蓋24的薄區(qū)域24a具有沿z測(cè)量的包括在1mm與5mm之間的(具體地，在2mm與3mm之間)厚度t1；厚區(qū)域24b具有沿z測(cè)量的大于薄區(qū)域24a的厚度的厚度t2，例如，大一個(gè)數(shù)量級(jí)(在10mm與50mm之間)，具體地在20mm與30mm之間。

參照?qǐng)D3和圖4兩個(gè)實(shí)施例，傳感器芯片20和21兩者在使用中檢測(cè)由填充層12的溫度變化生成的壓力變化，所述填充層根據(jù)工作溫度膨脹并被壓縮。由每個(gè)傳感器芯片由于溫度變化而生成的信號(hào)是噪聲信號(hào)，所述噪聲信號(hào)添加至由有待檢測(cè)的外力引起的壓力變化表示的有用信號(hào)。在圖3和圖4的情況中，然而，由于以上闡述的原因，傳感器芯片21最小程度地經(jīng)歷由有待檢測(cè)的外力生成的壓力。其因此可以用作監(jiān)測(cè)溫度噪聲信號(hào)的參考，所述信號(hào)可以通過在壓力傳感器1’、1”外部的合適的處理系統(tǒng)從由傳感器芯片20提供的壓力信號(hào)中減去。

不論考慮圖1、圖3還是圖4的實(shí)施例，包含在腔體4中的每個(gè)傳感器芯片與其被安裝在上面的對(duì)應(yīng)的pcb8、23或25進(jìn)行通信，并且所述pcb8、23或25通過被制成穿過容器2的對(duì)應(yīng)的孔26(在圖1中)或孔27(在圖3和圖4中)與封裝壓力傳感器外部進(jìn)行通信，穿過所述容器傳遞了一根或多根電線，由參考號(hào)28總體表征。所述一個(gè)或多個(gè)電線與傳感器芯片6和/或與pcb8直接電接觸，和/或經(jīng)由pcb8與傳感器芯片6電接觸。在對(duì)應(yīng)實(shí)施例中的孔26或孔27具有其大小如用于使電線28能夠通過但不使液體形式的pdms在填充腔4的過程中流出的直徑。在任何情況下，因?yàn)閜dms是粘性的，所以其任何大量流出都是不可能的；另外，因?yàn)槠湓谝呀?jīng)流出之后立即固化，所以其任何可能的流出不會(huì)危害封裝壓力傳感器的恰當(dāng)?shù)牟僮鳌?/p>

根據(jù)本披露的另一方面，pcb8可以是柔性pcb。在這個(gè)情況中，至少一根電線28可以是柔性pcb8的延伸穿過容器2的一部分。

明顯的是，容器2像內(nèi)部空腔4一樣可以根據(jù)需要基于封裝壓力傳感器的特定使用應(yīng)用而被模制。容器2和/或腔體4可以因此具有四邊形或一般地多邊形形狀、螺旋管形形狀或任何其他形狀。另外，明顯的是，其可以容納任意數(shù)量的傳感器芯片。此外，在腔體4中存在多個(gè)傳感器芯片的情況中，它們可以共享同一個(gè)pcb，例如，使用柔性電路板(fcb)，所述fcb可以被模制以用于遵守腔體4的內(nèi)部構(gòu)造。

圖5示出了根據(jù)本披露的另一方面的封裝壓力傳感器29的另一個(gè)實(shí)施例。與壓力傳感器1的元件相同的壓力傳感器29的元件用相同的參照號(hào)指示并不再進(jìn)一步進(jìn)行描述。具體地，注意的是，參照?qǐng)D1披露的asic6’與pcb8之間的接口元件(例如，bga)也可以在圖5的實(shí)施例中存在，即使在附圖中未明確示出。

壓力傳感器29包括具體由陶瓷材料制成的容器2。然而，容器2還可以是不銹鋼或金屬合金，如，具有鎳和鈷的鐵合金(其化學(xué)形式被控制用于呈現(xiàn)低且均勻的熱膨脹特性)。容器2限定了在其中容納了傳感器芯片6的內(nèi)部空腔4。傳感器芯片6耦合至內(nèi)部空腔4中的容器2的底壁2a的內(nèi)側(cè)4a，或者直接地或者通過如圖5中所展示的且已經(jīng)在圖1中描述的于其間的另外的元件。傳感器芯片6是自身已知的類型，并且包括應(yīng)用專用集成電路(asic)6’，安裝在其上的是使用微電子機(jī)械傳感器(mems)技術(shù)獲得的壓力傳感器6”，在此被稱為mems傳感器6”。傳感器芯片6可以以電容方式或壓阻方式進(jìn)行操作。

傳感器芯片6穿過asic通過例如由膠帶(如，聚酰亞胺薄膜)形成的耦合區(qū)10或者另外地通過錫焊區(qū)耦合至印刷電路板8。在實(shí)施例中，asic集成利用放大和數(shù)字化對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)的功能，以用于提供針對(duì)干擾穩(wěn)健的數(shù)字接口，而pcb8集成接口的機(jī)械支撐功能以及針對(duì)電氣連接的路由功能。

聚二甲硅氧烷(pdms)填充層31(類似于之前討論的填充層12)完全填充內(nèi)部空腔4，包圍傳感器芯片6和pcb8。填充層31延伸接觸傳感器芯片6的膜6c，但是不在內(nèi)部空腔6b中，其被絕緣以便不危害傳感器芯片6的功能。pdms可以由另一種彈性材料替換，如，例如，類屬硅樹脂橡膠、聚合物彈性體、硅凝膠。在本描述的結(jié)果中，外顯引用將針對(duì)pdms，但這不暗示著任何一般性損失。

在圖5的實(shí)施例中，覆蓋帽蓋(如圖1和圖3的覆蓋帽蓋14)不存在。相反，填充層31沿z方向延伸至一高度，所述高度至少與容器2的側(cè)壁的沿z方向的高度相同。優(yōu)選地，填充層31延伸至比容器2的側(cè)壁2b的高度更高的高度處。因此，腔體4在其頂部處未被消除或未被覆蓋，并且填充層31直接暴露于環(huán)境中。

如圖5中所示，根據(jù)本披露的實(shí)施例，填充層具有彎曲的、凸起的輪廓；換言之，填充層的頂表面31a可能具有穹頂狀形狀，其中心部分31a’有效地在沿z軸比填充層31的外周部分31a”的高度更高的高度處延伸；更具體地，根據(jù)圖5的實(shí)施例，填充層31在與容器2的側(cè)壁2b相鄰的外周部分31a”處具有與容器2的側(cè)壁2b的高度大約相同的高度。因此，根據(jù)這個(gè)實(shí)施例，填充層31未覆蓋側(cè)壁2b的頂表面2b’。

圖6示出了根據(jù)本披露的另一方面的封裝壓力傳感器33的另一個(gè)實(shí)施例。壓力傳感器33與壓力傳感器1和/或壓力傳感器29公共的元件用相同的參照號(hào)標(biāo)識(shí)并不再進(jìn)一步進(jìn)行描述。

在壓力傳感器33中，填充層31至少部分地在側(cè)壁2b的頂表面2b’上延伸。具體地，填充層31在側(cè)壁2b的頂表面2b’上延伸，其方式使得完全地覆蓋頂表面2b’。

在這種情況下，填充層31的頂表面可以具有彎曲的或凸起的輪廓(穹頂狀頂表面31a)；或替代性地，填充層31可以被模制(例如，通過切割步驟)，以便具有平面的或基本上平面的頂表面31a。

參照?qǐng)D5和圖6兩者，在使用過程中，壓力或力在圖5、圖6的箭頭16的方向上直接施加于填充層31上(即，至少在頂表面31a的外表部分上)。

填充層31在方向z上的任何偏離被傳遞至傳感器芯片6的膜6c，所述傳感器芯片充當(dāng)換能器，將膜6c經(jīng)歷的偏離轉(zhuǎn)換成電信號(hào)以由asic6’處理并供應(yīng)至pcb8。施加在填充層31上的力因此被傳感器芯片6檢測(cè)到。壓力傳感器29和壓力傳感器33能夠在由箭頭16指示的方向上測(cè)量在范圍1-100n內(nèi)的力。

參照?qǐng)D5和圖6提出的教導(dǎo)可以同樣地應(yīng)用于圖3和圖4的實(shí)施例。在這種情況下，封裝壓力傳感器1’被脫去帽蓋14和24，并且填充層直接暴露于施加于其的力或壓力下。

圖10a和圖10b示出了根據(jù)本披露的另一方面的封裝壓力傳感器30的對(duì)應(yīng)的另外實(shí)施例。圖7至圖9示出了用于制造圖10a和圖10b的封裝壓力傳感器30的步驟。封裝壓力傳感器30與封裝壓力傳感器1公共的元件由相同的參考號(hào)指定。

在這種情況下，封裝壓力傳感器30是相同的構(gòu)造并充當(dāng)圖1和圖2的封裝壓力傳感器1、或圖5的封裝壓力傳感器29、或圖6的封裝壓力傳感器33；然而，圖10a和圖10b的壓力傳感器30不具有任何容器2和帽蓋14。而是，封裝體的外表面由包封層32(具體地，由彈性材料制成)提供，其可以是以上參照?qǐng)D1和圖2的填充材料層12或者圖5或圖6的填充層31提供的示例中的任何一個(gè)。在以下披露的示例性實(shí)施例中，包封層32是pdms。

為了制造封裝壓力傳感器30，使用包括asic6’以及已經(jīng)參照?qǐng)D1描述的類型的mems壓力傳感器6”的傳感器芯片6。mems傳感器例如是膜類型，所述mems傳感器暴露并直接與包封層32接觸。

為了制造圖10a和圖10b的封裝壓力傳感器30，現(xiàn)在參照?qǐng)D7至圖9。參照?qǐng)D7，由asic6’和mems6”(下文中的傳感器芯片6)形成的堆棧被安排在例如由聚碳酸酯、特氟龍或鋼制成的暫時(shí)性容器34中。在隨后的制造步驟過程中，為了防止傳感器芯片6移動(dòng)離開其位置，膠帶38可以用于保持其粘附在暫時(shí)性容器34的底部。

參照?qǐng)D8，pdms以液態(tài)形式并且無(wú)氣泡地倒入暫時(shí)性容器34中，其方式類似于已經(jīng)參照?qǐng)D1所描述的用于均勻地覆蓋傳感器芯片6的方式。固化步驟使得能夠凝固pdms，以形成完全覆蓋傳感器芯片6的填充層39。

參照?qǐng)D9，切割暫時(shí)性容器以及pdms的步驟是沿著平行于平面xz和yz的切割平面執(zhí)行的。舉例來講，在圖9中所展示的是切割線40。以此方式，消除暫時(shí)性容器34的側(cè)壁。例如，切割平面xz和yz與asic6’的周邊對(duì)齊。因此形成了圖10a的彈性包封層32。

注意的是，作為制造工藝的直接結(jié)果，包封層32的頂表面32a可能不是基本上平坦的；相反，其可以具有不規(guī)則的輪廓，或者彎曲的輪廓或者凸起的輪廓。填充層39可以同樣地在頂部(即，平行于平面xy)被切割，以減小其厚度(若需要的話)和/或以使頂表面32a平坦。因此形成了圖10b的彈性包封層32’。

暫時(shí)性容器的底壁以及膠帶層然后被去除，以獲得圖10a和圖10b的封裝壓力傳感器30。

pdms層沿z的厚度在0.1mm與5mm之間，例如，1mm。

封裝壓力傳感器30可以例如被安裝在pcb42上并且被定位設(shè)備中以用作按鈕，如在圖11中所展示的，所述壓力傳感器可以用在稱量機(jī)中，并且?guī)椭|摸屏評(píng)估壓力的強(qiáng)度，用作由硅樹脂材料制成的配備有集成壓力傳感器的智能鞋的鞋底，以及還有其他應(yīng)用。

此外，封裝壓力傳感器30可以同樣地用于提供電子設(shè)備(如，蜂窩電話、可穿戴式設(shè)備等)中的按鈕。這種電子設(shè)備300在圖12中示出，其包括控制器310以及封裝壓力傳感器組件312，其可以包括圖1的封裝壓力傳感器10、圖5的封裝壓力傳感器29以及圖6的封裝壓力傳感器33、或者圖10a或圖10b的封裝壓力傳感器30。封裝壓力傳感器組件312電耦合至控制器?？刂破?10包括控制電路，其可以包括一個(gè)或多個(gè)處理器、存儲(chǔ)器以及分立邏輯。控制器310被配置成用于將信號(hào)傳輸至壓力傳感器組件312并從其中接收信號(hào)。如以上所提及的，壓力傳感器組件312可以是電子設(shè)備的輸入/輸出設(shè)備的一部分，如，作為電子設(shè)備的按鈕的一部分。電子設(shè)備可以進(jìn)一步包括電源314，所述電源可以是用于耦合到外部電源的電池或部件。

圖13在橫截面視圖中示出了根據(jù)本披露的實(shí)施例的配備有多個(gè)封裝壓力傳感器312的電子設(shè)備320的一部分，具體為圖10b的封裝壓力傳感器30。顯然的是，還可以使用圖5的封裝壓力傳感器29、圖6的封裝壓力傳感器33和/或圖10a的封裝壓力傳感器30。電子設(shè)備320具體為蜂窩電話或智能電話，但是其可以是配備有觸摸屏的任何其他電子設(shè)備，如，平板機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)、音頻播放器、可穿戴式設(shè)備(例如，智能手表)等。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，電子設(shè)備320可以是跟蹤板、定位設(shè)備(例如，觸摸鼠標(biāo))或鍵盤(例如，觸摸鍵盤)。電子設(shè)備320可以甚至是智能筆的一部分，其可以用于在智能電話或平板機(jī)上書寫或繪畫。在這種情況下，電子設(shè)備320集成在智能筆的點(diǎn)中。

電子設(shè)備320包括底蓋321，所述底蓋以自身已知的方式形成pcb322的支撐基底。電子設(shè)備320進(jìn)一步包括頂蓋324，所述頂蓋形成或包括通常由玻璃制成的電子設(shè)備320屏幕。頂蓋324和底蓋321通過耦合元件323彼此機(jī)械地耦合，所述耦合元件包括但不限于螺絲釘、粘膠、匹配連接器或扣件或者任何其他合適的耦合元件。頂蓋324和底蓋321當(dāng)耦合時(shí)限定內(nèi)部空間326。在實(shí)施例中，頂蓋324和底蓋321位于平行的平面上。

觸敏模塊328(被適配成用于感測(cè)電子設(shè)備320的用戶的觸摸)被容納在內(nèi)部空間326內(nèi)，與頂蓋324相鄰。觸敏模塊328具有自身已知的類型(例如，其實(shí)現(xiàn)了電容式觸摸屏)并因此為了簡(jiǎn)潔起見將不再詳細(xì)描述。

封裝壓力傳感器312(例如，四個(gè)封裝壓力傳感器)橫向于觸敏模塊328定位在pcb322與頂蓋324之間在內(nèi)部空間326內(nèi)。封裝壓力傳感器312可以定位在長(zhǎng)方形形狀電子設(shè)備320的四個(gè)角處。通常，封裝壓力傳感器312可以具有除了四之外的任何數(shù)量，并且被安排在電子設(shè)備320的其他位置處在pcb322與頂蓋324之間與觸敏模塊328間隔開。

更詳細(xì)地，每個(gè)封裝壓力傳感器312通過形成在asic6’的導(dǎo)電底部引線之間的對(duì)應(yīng)的焊料區(qū)域330以及pcb322的對(duì)應(yīng)的導(dǎo)線耦合至pcb322。每個(gè)封裝壓力傳感器312延伸朝向頂蓋324。在本披露的實(shí)施例中，每個(gè)封裝壓力傳感器312通過彈性包封層32與頂蓋324直接接觸。在本披露的另一個(gè)實(shí)施例中(未示出)，每個(gè)封裝壓力傳感器312通過一個(gè)或多個(gè)中間層或者間隔元件與頂蓋324接觸。在封裝壓力傳感器312被制造成沿z方向具有等于或小于觸敏模塊328沿z方向的厚度的延伸部分的情況下，后面的解決方案可以是有用的。

在使用過程中，施加在頂蓋324上并且至少部分地沿z方向定向的壓力引起一個(gè)或多個(gè)封裝壓力傳感器312的彈性包封層32收縮(取決于施加壓力的頂蓋324的區(qū)域)。彈性包封層32將壓力傳遞至對(duì)應(yīng)傳感器芯片6的膜6c，所述傳感器芯片充當(dāng)換能器，將膜6c經(jīng)歷的偏離轉(zhuǎn)換成電信號(hào)以由asic6’處理。經(jīng)受所施加的力的每個(gè)封裝壓力傳感器312因此生成指示所施加的壓力的電信號(hào)并將這種電信號(hào)傳遞至pcb322，以用于進(jìn)一步處理。具體地，因此被感測(cè)并被換能的壓力可以用于為電子設(shè)備320提供進(jìn)一步的壓敏屏幕功能，即，電子設(shè)備320不僅響應(yīng)于用戶在xy平面上的觸摸(由觸敏模塊328提供的功能)，而且還對(duì)由用戶在屏幕上沿z方向施加的壓力敏感。由每個(gè)封裝壓力傳感器312供應(yīng)給pcb322的電信號(hào)的處理細(xì)節(jié)不是本披露的一部分并因此不進(jìn)一步描述。

從以上已經(jīng)描述的內(nèi)容，所展示的披露的優(yōu)點(diǎn)在各實(shí)施例中清楚地涌現(xiàn)。

具體地，根據(jù)本披露的披露內(nèi)容僅用于產(chǎn)生、呈現(xiàn)較少的成本、以及使實(shí)際應(yīng)用的多功能性成為可能。

最終，明顯的是，在不背離本披露的范圍的情況下，可以對(duì)所描述的披露進(jìn)行修改和變化。具體地，關(guān)于已經(jīng)針對(duì)將傳感器適配成特定范圍所描述的，可以改變尺寸和實(shí)施例。

上述各實(shí)施例可以組合以提供進(jìn)一步的實(shí)施例。例如，圖3和圖4的教導(dǎo)可以與圖7至圖9以及圖10a、圖10b的教導(dǎo)組合。在這種情況下，封裝壓力傳感器30可以包括支撐襯底，其中，第一mems壓力傳感器芯片耦合在第一支撐區(qū)域上，并且第二mems壓力傳感器芯片耦合在第二支撐區(qū)域上，所述第一和第二區(qū)域位于不同平面上。

根據(jù)之前披露的實(shí)施例中的每個(gè)實(shí)施例的壓力傳感器可以用于感測(cè)不均勻地施加于其上的壓力或力，以及根據(jù)對(duì)應(yīng)的實(shí)施例施加于帽蓋或彈性包封層的特定(受限)區(qū)域的精準(zhǔn)的壓力或力。