专利名称：用于芯片安装和介质密封的带槽结构的制作方法
用于芯片安装和介质密封的带槽结构
背景技术：
图I和2分别是现有技术双差压传感器I的俯视图和截面图。压カ传感器I称为双差压传感器，因为其包括两个独立的差压感测换能器芯片。每个换能器芯片是差压传感器。如本文使用的，术语“差压传感器”指的是测量或感测液体或气体中存在的压カ与參考压力(通常为环境压力)相差的量的压カ传感器。图I和图2所示的装置因而能够測量两个差压，例如两种不同液体上的压カ或者沿流动路径的两个差压处的压カ下降，且提供表示两个测量压カ和參考压力之间的差的两个相应输出信号。压カ传感器I包括具有凹穴3的壳体2，凹穴3由包绕凹穴3的竖直侧壁4形成或限定。凹穴3具有开ロ顶部和平面或大致平面底表面5。在图2的截面图中可见的两个小端ロ 6从壳体2的外部底表面7如图2所示“向上”通过平面底表面7延伸到凹穴3中。 传感器领域熟知的两个独立压阻式换能器(PRT)芯片8安装在独立的相应支座9上。支座9安置在环绕每个端ロ 6的粘结剂50珠中。粘结剂50具有未固化液体状态和大致固体固化状态。未固化粘结剂涂覆到平面底表面5的顶部作为液珠。粘结剂50被涂覆使得其完全环绕两个端ロ 6。PRT芯片预先附连到其上的支座9在粘结剂50固化之前放置在粘结剂50珠上。支座9因而下沉到未固化粘结剂50中。在固化时，粘结剂50将支座9机械地结合到平面底表面5。其还提供平面顶表面5和支座9之间的密封。粘性凝胶75部分地填充凹穴，基本上如图所示。凝胶75保护PRT芯片，但是其还允许环境压カ施加到PRT的面向上侧面，即PRT的面向环境压カ的侧面。凝胶75是足够粘性而柔性的，以允许环境空气压カ在PRT芯片8的顶侧上施加向下的力。前述端ロ 6如图所示向上传送介质，介质的压力在PRT芯片上施加向上的力。PRT芯片因而经受两个カ环境压力和相应端ロ 6内的压力。PRT测量这两个压力之间的差，因而称为差压传感器。图I和2所示的现有技术压カ传感器的问题在于端ロ 6的截面面积小。如果过多的粘性但是仍然为液体的粘结剂50涂覆到端ロ 6周围，那么其可能滚动到ー个或两个端ロ 60中，部分或甚至完全阻塞端ロ或多个端ロ 6。一旦粘结剂50在端ロ 6内固化，粘结剂50在不损坏装置I的情况下不能容易地从端ロ 6去除。第二相关问题在于，虽然装置I的许多使用者偏向于减小总体尺寸，但是减小装置的总体尺寸往往増加粘结剂落入端ロ 6中的可能性。因而，减小装置I的尺寸和在组装期间使得端ロ 6没有粘结剂50是有问题的。进入端ロ的粘结剂溢流的问题可以通过増加端ロ 6和粘结剂50之间的空间或距离来解決，但是增加端ロ 6和粘结剂50之间的空间将需要増加装置I的总体尺寸。不幸的是，电子器件(包括压カ感測)所有领域内的趋势是使得装置更小而不是更大。具有两个或更多独立PRT且具有减小尺寸而还可以避免或消除粘结剂50阻塞压カ端ロ 6的压カ传感器将是对现有技术的改进。另ー个制造过程益处在于，具有两个PRT的单个PRT芯片60可以将8个结合垫减少为6个结合垫95，还将芯片的连接线的数量从8个减少为6个。
图I是现有技术的双差压传感器的俯视 图2是图I所示的装置的截面 图3是双差压传感器的优选实施例的俯视图，在单个芯片上具有两个压阻式换能器，芯片定位和安装在凹槽中；
图4是图3所示的装置的凹穴的视 图5是图3和图4所示的装置的截面 图6是图5所示的结构的俯视图，沿截面线6-6截�。�
图7是图5所不的凹穴的俯视 图8是与单差压传感器一起使用的壳体的截面图，示出了在组装支座和芯片之前的壳
体；
图9是单差压传感器的可选实施例，还示出了从凹槽底部向上延伸的突起；
图10是图9所示的装置的俯视图，示出了突起可以位于凹槽内的示例；
图11是可选实施例的截面图，示出了凹槽具有梯形截面；
图12是图11所示的截面的俯视 图13示出了组装步骤，包括将液体粘结剂添加到凹槽中，使得其完全环绕端口 ；
图14是图13所示的结构的俯视 图15是优选双差压传感器的截面图，示出了将粘性凝胶添加到凹穴中；以及 图16是图15所示的单个PRT芯片的俯视图，没有示出保护性钝化层。
具体实施例方式图3是双差压传感器10的俯视图。图4是压力传感器10的内部的放大等角投影图。图3示出了压力传感器10包括在其中形成有两个压阻式换能器的单个硅芯片60。芯片60安装在喷射模制塑料壳体15中形成的凹穴20内。芯片60结合到支座，支座在图3中看不到，但是安置在壳体15的底表面25中形成的槽或凹槽内。在图3中看不到的凹槽完全环绕两个独立端口(在图3中也看不到)。安置在凹槽内的支座还环绕两个端口。两个压力入口端口 12和14从壳体15的一侧延伸且将加压流体(液体或气体)传送到相应压力端口 35和40 (在图3或图4中看不到)。图4是在壳体15内形成的凹穴20的内侧的放大图。由于其尺寸因而在图4中看不到的两个PRT在独立的相应薄隔膜65和70中形成，其本身在单个硅芯片60中形成。芯片60及其包括的PRT (在相应隔膜65和70中形成)安置在由竖直侧壁22限定的凹穴20的底部，侧壁22从凹穴20的平面底表面25向上延伸。PRT和专用集成电路74 (ASIC)之间的电连接通过从硅芯片60延伸到ASIC 74的小导线72变得可能。导线72的端部附连到结合垫95，结合垫95在硅芯片60和ASIC 74两者上。导线72从ASIC 74延伸到电连接到外部功率源的引线框83。如图3所示，第二凹穴80在壳体15中形成以提供到引线框83的通路，引线框83从连接器端口 86内延伸且提供至第一凹穴20内的ASIC 74的电连接。所谓的片状电容器82或chip caps连接在引线框83之间以有助于抑制电磁干扰(EMI)。电容器82被电子器件领域的技术人员称为“chip caps”。图5是图4所示的壳体15的截面图，沿第一凹穴20截取。喷射模制塑料壳体15形成为具有竖直侧壁22，侧壁22环绕且因而限定开口内部凹穴20，可通过凹穴20 “顶部”中的开口 24接近。凹穴20具有优选为平面或至少大致平面的底表面25。第一压力端口 35从壳体15的外部底表面30延伸通过壳体15，向上(如图所示)通过平面底表面25。第二压力端口40从第一端口 35横向移位且优选平行于第一端口 35,延伸通过壳体15的外部底表面30,向上通过平面底表面25。两个隔膜65和70在一个芯片60中形成，每个隔膜65和70位于相应压力端口 35和40上方。因而，由于通过支座和芯片60之间的结合围绕每个隔膜设置的密封，每个隔膜 65和70响应于相应压力端口 35和40中的压力。每个隔膜具有在其中形成且位于隔膜边缘附近的相应压阻式换能器(参见图16中的91和92)，从而压力端口(35或40)中的压力作用于相应隔膜(65或70),使得相应换能器产生表不隔膜偏转的信号。来自于PRT的电信号由前述ASIC 74中的电路检测。隔膜65和70定尺寸、定形和设置成使得他们功能上和结构上通过环绕每个隔膜的芯片60的相对厚的安装凸台区域62彼此隔离。安装凸台62相对于薄隔膜65和70的增加厚度提供至玻璃支座55的机械上稳固的机械接口和结合表面。在优选实施例中，支座55和芯片60阳极结合在一起。当如图8所示从顶部看时,得到的结构看起来为单片娃芯片60，从硅晶片切割。上述凹槽45在图5的截面中示出且由附图标记45表示，具有大致矩形截面。其优选在喷射模制过程期间在底表面25中形成；然而，凹槽可以在壳体的喷射模制之后通过在底表面25中机加工凹槽45而形成。与形成凹槽45的方法无关，凹槽45形成为使得其完全环绕第一端口 35且完全环绕第二端口 40，或者端口的至少一部分，其中，端口 35和40穿过底部25。换句话说，每个端口 35和40通过底表面25的出口由一致深度凹槽完全环绕，其具有矩形或大致矩形截面且在凹穴20的底表面25中形成。图5还以截面的形式示出了前述玻璃支座55，支座55定尺寸、定形和设置成松配合在凹槽45内。在图6中可以看出，玻璃支座55具有回忆如图6所示数量为8个的形状，并完全环绕第一端口 35且完全环绕的端口 40，图6是通过截面线6-6的图5所示的截面的视图。再次参考图5，支座55至少部分嵌入在粘结剂50材料中，粘结剂50材料在将支座55放置到凹槽45中之前沉积在凹槽45中。粘结剂50在未固化状态优选具有相对低的粘度，以便其能够在将支座55放置到凹槽中之前流动遍及凹槽45。一旦粘结剂流动遍及凹槽，将支座55放置到凹槽45中就导致在粘结剂50固化之前支座55至少部分地嵌入在粘结剂50中。粘结剂材料50可以在图5中看到，从凹槽45的底部向上延伸小距离且与支座55的竖直侧壁和凹槽45的竖直侧壁直接接触。一旦粘结剂50固化，粘结剂附连到凹槽的竖直侧壁和支座的竖直侧壁就提供改进的结合，即，提供比图I和图2所示的结构可能的更大的剪切强度。
凹槽45的尺寸(即，其宽度、深度)和截面形状连同沉积在其中的粘结剂50体积一起被选择，使得在支座55嵌入到凹槽内的粘结剂中时，没有粘结剂流出凹槽45流到平面顶表面25上。通过在平面底表面25中形成凹槽结构45且仅仅用液体粘结剂部分填充，支座55可以相对于端口 35和40精确地定位，而同时避免粘结剂溢出，从而形成提高强度的结合。更重要的是，具有两个PRT的单个芯片60可以安装到凹槽45中，从而减小得到的设备10的总体尺寸。图7是图5所示的凹穴的俯视图。如上所述，硅芯片60在将支座55放置到凹槽45和粘结剂50中之前附连到支座55。图7示出了具有两个隔膜65和70的单个芯片60比图I和图2所示的两个独立装置需要更少的空间。图13和图14分别是图3和4的壳体15和凹槽45 (用粘结剂50部分填充)的截面图和俯视图。其示出这些附图中所示的设备可以如何组装。在图13或图14中没有示出芯片或支座。在图13中，凹槽45部分填充，而图13还示出了凹槽45中的液体粘结剂50的深度在整个凹槽45内一致或至少大致一致。图14示出了凹槽和其中的粘结剂两者完全环绕端口 34和45。 图15是优选双差压传感器的截面图，示出了将粘性凝胶添加到凹穴中。图16是图15所示的PRT芯片60的俯视图，省去钝化层以示出电路97。钝化层常规地包括二氧化硅或氮化硅，且沉积在芯片60上以保护在芯片60中形成的电路97。为了清楚起见，图1-15中省去了图16中揭示的电路97。当壳体15如图15所示组装时，支座55至少部分地嵌入在固化粘结剂50中，使得在每个隔膜65和70周围形成独立密封，其中每个提供相应压阻式换能器91和92(参见图16)。因而，在减小尺寸的壳体15中提供双差压传感器，其尺寸显著地减�。奔跎僬辰峒�50流入端口和阻塞端口的风险。在图16中，两个压阻式换能器91和92 (PRT)位于硅芯片60中形成的相应薄隔膜65和70的边缘附近。虚线方块67示出了在芯片60下方的支座55的相对位置。导电电路迹线97在芯片60的表面上形成以将电信号传送往返在芯片60和ASIC 74中形成的PRT 91和92。制造过程益处在于，具有两个PRT 91和92的单个PRT芯片60可以将两个独立PRT芯片的8个结合垫减少为6个结合垫95，还将单个PRT芯片的连接线的数量从8个减少为6个。因而，芯片尺寸也可以显著地减小。图8至12示出了具有用于芯片安装和介质密封的带槽结构的单传感器/单端口压力传感器实施例。图8是与单个差压传感器一起使用的壳体的截面图，示出了在组装支座之前的壳体。单个端口 35由喷射模制壳体20的凹穴20的底部25中形成的凹槽45完全环绕。图9以截面的形式示出了用于精确芯片安装和介质密封的带槽结构的可选实施例。图10是图9所示的结构的俯视图。单个压力端口 35在喷射模制壳体15中形成且延伸通过凹穴20的底表面25到外表面30。环绕端口 35的凹槽45的底表面具有在凹槽45中形成的柱状突起80，其从凹槽45的底部向上朝向凹穴20的底表面25延伸。柱状突起80有效地提供在粘结剂添加到凹槽45之后支座55可以安置的平台。换句话说，突起80防止粘结剂50从支座下方挤出且有助于确保一些粘结剂将剩留在支座底部和凹槽底部之间。除了提供支座55的固定高度安置平台之外，突起80还提供粘结剂50可以粘附的附加竖直表面。因而，突起80改进粘结剂50、支座55和凹槽45的侧壁之间的结合的剪切强度。在可选实施例中，柱状突起80由连续轨道84取代，在图10中由凹槽45内的虚线示出。轨道84从底表面25向上延伸。其优选在凹槽45的底部中对中且围绕端口 35延伸，且防止支座55的底部与凹槽45的底部接触。
图11是单端口壳体15的可选实施例的截面图。图12是图11所示的壳体的凹穴内的俯视图。这两个图示出了可以在单个PRT压力传感器或多个PRT压力传感器上使用的凹槽46的可选实施例。在图11中可以看出，凹槽46具有梯形截面。梯形截面凹槽在一定程度上是有利的，因为沉积在凹槽46中的粘结剂50的体积由于梯形凹槽46的容积朝向凹穴20的底表面25显著地增加而不太可能溢流。在优选实施例中，粘结剂50具有初始液体状态，在此期间，粘度在大约O. 3和大约100千泊(ki Iopoi Se )之间。在其固化状态，粘结剂50是大致固体的。凹槽45和46具有选定尺寸以允许支座50在安装在其中时具有松配合。换句话说，凹槽的宽度应当大于支座壁的宽度，以允许支座自由地和容易地插入凹槽中且将其自身至少部分地嵌入在凹槽45或46内的粘结剂中。在优选实施例中，支座由玻璃构成。在可选实施例中，支座由硅构成。虽然图3-8所示的凹槽45具有大致矩形截面形状，但是图11所示的凹槽的可选实施例具有梯形截面形状46。其它凹槽实施例可以是半圆形截面或者椭圆形截面，如本领域技术人员将认识到的那样。在优选实施例中，包括凹槽45的壳体15由喷射模制塑料形成。在可选实施例中，壳体15是喷射模制塑料，然而，凹槽45被机加工。适合于壳体的材料包括热塑性聚合物或“TPP”。可以支承一个、两个或更多压阻式换能器91和92的硅芯片60使用阳极结合、玻璃粉结合和熔融结合中的任一种附连到支座。前述描述仅仅是为了说明目的。本发明的真实范围由所附权利要求阐述。
权利要求
1.一种设备，包括 壳体，所述壳体具有带有底表面的凹穴； 端口，所述端口延伸通过所述底表面到壳体的外表面； 凹槽，所述凹槽在所述底表面中形成且环绕所述端口的在所述端口延伸通过所述底表面处的一部分。
2.根据权利要求I所述的设备，其特征在于，所述壳体是传感器壳体。
3.根据权利要求I所述的设备，其特征在于，所述壳体是压力传感器壳体。
4.根据权利要求I所述的设备，其特征在于，还包括在所述凹槽内的粘结剂，从而所述凹槽内的粘结剂环绕所述端口。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述粘结剂具有初始液体状态和固化状态，所述粘结剂的未固化液体状态具有在大约O. 3和大约100千泊之间的粘度。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，还包括支座，所述支座定尺寸、定形和设置成配合在凹槽内且完全环绕端口，所述支座在凹槽内具有松配合且至少部分地嵌入在凹槽内的粘结剂中。
7.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，支座由玻璃和硅中的至少一种形成。
8.根据权利要求I所述的设备，其特征在于，所述凹槽具有是矩形和梯形中的至少一种的截面形状。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，矩形截面凹槽具有一定宽度和底表面，所述底表面具有在凹槽底部上方延伸的突起，所述突起定尺寸、定形和设置成实现控制支座和凹槽底部之间的粘结剂量。
10.根据权利要求I所述的设备，其特征在于，壳体是喷射模制塑料。
11.根据权利要求I所述的设备，其特征在于，壳体是喷射模制塑料，且其中凹槽是机加工凹槽。
12.根据权利要求I所述的设备，其特征在于，壳体是热塑性聚合物。
13.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，还包括附连到所述支座的压阻式压力换能器(PRT)芯片。
14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述PRT通过以下中的至少一种附连到支座 阳极结合； 玻璃粉结合；和 熔融结合。
15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，还包括在凹穴内且覆盖PRT芯片的凝胶。
16.一种压力传感器，包括 塑料壳体，所述塑料壳体具有带有由大致平面表面构成的底部的凹穴； 压力端口，所述压力端口延伸通过所述底表面到壳体的外表面； 凹槽，所述凹槽在所述底表面中形成且在所述压力端口延伸通过所述底表面处环绕所述压力端口； 在所述凹槽内的粘结剂；玻璃支座，所述玻璃支座在所述凹槽内且至少部分地嵌入在粘结剂中；和阳极结合到所述玻璃支座的压阻式换能器(PRT)芯片，所述芯片具有响应于压力端口中的压力的至少一个压阻式换能器。
17.根据权利要求16所述的设备，其特征在于，所述芯片通过以下中的至少一种附连到支座 阳极结合； 玻璃粉结合；和 熔融结合。
18.根据权利要求16所述的设备，其特征在于，还包括在凹穴内且覆盖PRT芯片的凝胶。
19.一种压力传感器，包括 塑料壳体，所述塑料壳体具有带有由大致平面表面构成的底部的凹穴； 第一压力端口，所述第一压力端口延伸通过所述底表面到壳体的外表面； 第二压力端口，所述第二压力端口延伸通过所述底表面到壳体的外表面； 凹槽，所述凹槽在所述底表面中形成，从而在第一和第二端口延伸通过所述底表面处所述第一端口和第二凹槽由凹槽完全环绕； 在所述凹槽内且部分填充所述凹槽的粘结剂，从而粘结剂完全环绕每个端口 ； 支座，所述支座在所述凹槽内且至少部分地嵌入在粘结剂中，所述支座完全环绕第一端口且完全环绕第二端口，所述支座至少部分地嵌入在粘结剂中；和 结合到所述支座的压阻式换能器(PRT)芯片，所述芯片具有响应于第一端口中的压力的第一 PRT装置和响应于第二端口中的压力的第二 PRT装置。
20.根据权利要求19所述的设备，其特征在于，所述粘结剂具有初始液体状态和固化状态，所述粘结剂的未固化液体状态具有在大约O. 3和大约100千泊之间的粘度。
全文摘要
在单个硅芯片中形成的双压阻式换能器阳极结合到支座。两个独立压力端口延伸通过塑料壳体。壳体内的端口开口由凹槽环绕，所述凹槽具有接收支座的形状和尺寸。薄液体粘结剂沉积到凹槽中且被允许变得水平。支座放置到粘结剂中且自己嵌入在其中。通过定尺寸凹槽和沉积填充凹槽但是在支座放置在其中时不溢流的粘结剂量，避免端口中的粘结剂溢流。一旦粘结剂固化，由于粘结剂相对于凹槽侧壁和支座侧壁剪切，粘结剂结合强度更大。带槽结构提供精确芯片安装和介质密封的设备和方法。
文档编号G01L9/00GK102844650SQ201180017419
公开日2012年12月26日 申请日期2011年3月22日 优先权日2010年3月29日
发明者J-H.A.邱, S-H.S.陈 申请人:大陆汽车系统公司
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