专利名称：硅膜传感器芯片的封装的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种敏感元件的封装，具体的涉及硅膜传感器芯片的封装，以及微机械力传感器，倾角传感器，角速度传感器，角加速度传感器，速度，加速度传感器，位移传感器，振动传感器，及其电子开关，但不仅极限于此。
背景技术：
目前，公知的用于硅膜压力传感器的封装大多是根据使用性能而进行的，如用于测量气体压强的传感器是预留进气孔的硬性材料封装，用来作为惯性测量传感器的是在芯片内部预先制作应变梁、质量块，然后，用硬性材料封装，如中国发明专利申请号03132188.7中所述的“一种硅微机械倾角传感器的制作方法”；申请号00126172.X中所述的“集成硅电阻加速度传感器及其制作方法”；另一种是，用来测量触力的传感器，是霍尼韦尔公司生产的FS系列力传感器，触力是通过不锈钢球插杆直接作用于传感器内部的硅敏感芯片上；另一种是，如通过液体来进行力的传递，中国发明专利申请号95103521.5中所述的“用于压力测量装置的密封膜结构”；上述封装的缺点在于限制了传感器的应用范围，或者，使用寿命将受到影响，或者，分类制造，至使生产成本较高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种新的传感器芯片的封装方式，至使传感器的应用范围扩大。
本发明通过下述途经实现一种根据半导体硅阻效应，在膜片上施加压力引起电阻值变化的传感器芯片，由芯片，导电脚，外壳构成，其中，所述的外壳至少有部分弹性外壳，弹性外壳与硅膜间隔，弹性外壳与其它硬质外壳构成一个密闭外壳，密闭外壳内有气体，气体与硅膜接触；弹性外壳最好是外凸的弹性物体。通过本发明的上述实施，直接使上述硅膜传感器构成力传感器，倾角传感器，角速度传感器，角加速度传感器，速度，加速度传感器，位移传感器，振动传感器及其电子开关。
本实用发明的有益效果是，作为一种微机械传感器，他可以在生产工艺改变不大的情况下，使传感器的应用范围扩大，生产成本增加不大。
图1是本发明的一种硅膜传感器芯片的封装原理示意图；图2是本发明的另一种硅膜传感器芯片的封装原理示意图；图3是本发明的硅膜传感器芯片的封装用，一种外凸的弹性物体局部剖示示意图；图4是本发明的硅膜传感器芯片的封装用，另外一种外凸的弹性物体局部剖示示意图；图5是本发明的硅膜传感器芯片的封装用，另外一种外凸弹性外壳上，装栽有质量块，外凸弹性物体局部剖示示意图；图6是本发明的硅膜传感器芯片的封装用，另外一种外凸弹性外壳上，装栽有硬质物体，外凸弹性物体局部剖示示意图；下面结合附图和实施例对本发明进一步说明如图1所示，在由热固树脂，塑料等材料制成的底板4上，装有在晶片(或者，其它材料制成的基板)1，及在1上形成的硅膜2，1、2构成芯片，3是芯片的电引入，或者引出脚，5是由热固树脂，塑料等材料制成的框架，它通过粘接剂，或者，其它技术手段与底板4粘接，6为用弹性材料(如弹性塑料，或者，橡胶类材料，等弹性材料)制成的、上有中空的半球体(参照图4)的外凸的弹性物体，6与框架5通过粘接剂，或者，其它技术手段粘接，4、5、6粘接后构成一个密闭的外壳，其中，6不与1、2接触，在4、5、6内部具有室温、室压下，装入的空气，及4、5、6在一般室内组装即可，其中的空气可以是其它气体，但是，不得对芯片不利，最好是洁净、干操的空气；在上述硅膜传感器芯片的封装完成后，在外凸的弹性物体6的凸出顶点上施加压力时，外壳4、5、6内部的气体密度增加，硅膜2上感受到压力增大，根据半导体硅阻效应，将引起硅膜2的电阻值变化，由此，构成本发明的压力传感器；当然，如果将弹性物体6的凸出顶点向外拉时，外壳4、5、6内部的气体密度减小，硅膜2上感受到压力变化，根据半导体硅阻效应，也将引起硅膜2的电阻值变化，由此，构成本发明的拉力传感器；另外，如果，用一物体挤压(或者，外拉)弹性物体6的凸出顶点，其挤压(或者，外拉)的位移大小，也将引起硅膜2的电阻值变化，由此，构成本发明的位移传感器。
如图2所示，7是目前市场上所售的一种用于血压计，或气体压强测量的硅集成电路，其上面有一通孔15，如向通孔15注入有压力的气体，也将引起内部硅膜的电阻值变化，本发明的一个例子就是在其硅集成电路7上，通过粘接剂，或者，其它技术手段粘接，用弹性材料(如弹性塑料、橡胶等等)制成的、上有中空的半球体(参照图4)的外凸的弹性物体8，来构成本发明的另一种硅膜传感器芯片的封装，及位移传感器，力传感器；其中7与8的接合应是在8的凸出顶点上施加压力时，其内部的气体不得外泻。
图3是本发明的硅膜传感器芯片的封装用，一种外凸的弹性物体局部剖示示意图；如果将图1所示的外凸的弹性物体6变换为图3所示的外凸的弹性物体9，仍然构成本发明；在图3中，9为用弹性材料(如弹性塑料、橡胶等等)制成的、中间有一中空15的球体的外凸的弹性物体，其中，中空15内为气体，由此，构成一个带中空球体的外凸的弹性物体，仍然可实现本发明；注意，中空球体9不得与1、2接触。
在本发明中，其外凸的弹性物体的壁厚不一定是均匀的，内部、外部形状也不一定是固定的，可根据需要定制。图4是本发明的硅膜传感器芯片的封装用，另外一种外凸的弹性物体局部剖示示意图；该外凸的弹性物体10，有利于施加于凸出顶点上压力后，凸出顶点上应力的失放，既外凸的弹性物体快速恢复原来形状；图4中的外凸的弹性物体10同样可以与图1、图2中的外凸的弹性物体6、8互换。
图5是本发明的硅膜传感器芯片的封装用，另外一种外凸弹性外壳上，装栽有质量块12，外凸弹性物体局部剖示示意图；其中，12是圆球，其可以是铁、不锈钢、铅等比重较大的材料制成；11是用弹性材料(如弹性塑料、橡胶等等)制成的外凸的弹性物体，12通过粘接、浇注等手段置入、固定于11上(或者内部)；如果，图5中所述的装栽有质量块12，外凸弹性物11、12与图1、图2中的外凸的弹性物体6、8互换，那么，图1、图2所述的硅膜传感器不但可以用来测量位移，拉、压力，而且，根据惯性重力原理，可以测量载体的倾角位移、角速度，加速度，振动等物理量，以此构成本发明的微机械力传感器，倾角传感器，角速度传感器，加速度传感器，位移传感器，振动传感器；如倾角传感器，以图2为例，其中8变换为11、12，当逐渐抬高硅膜传感器右端时，12对于11的压力逐渐减小，硅膜传感器内部气体压强逐渐减小，硅膜电阻随之变化，依此检测倾角位移。
如角速度传感器，以图2为例，其中8变换为11、12，当硅膜传感器往前翻转90度角，并放置于汽车等载体上时，当汽车以一定速度行驶，转弯时，由于离心力的作用，其12对于11的压力(或拉力)变化，硅膜传感器内部气体压强变化，硅膜电阻随之变化，依此检测角速度、或者，角速率。
如速度、加速度传感器，以图2为例，其中8变换为11、12，当硅膜传感器往前翻转90度角，并放置于汽车等载体上时，当汽车以一定速度行驶，由于压力的作用，其12对于11的压力(或拉力)变化，硅膜传感器内部气体压强变化，硅膜电阻随之变化，依此检测汽车速度；当汽车加速度行驶时，由于压力的作用，其12对于11的压力(或拉力)变化，硅膜传感器内部气体压强变化，硅膜电阻随之变化，依此检测汽车加速度。根据其原理，应当想到，同时，可以检测汽车角加速度。
如振动传感器，以图2为例，其中8变换为11、12，当硅膜传感器平放于振动物体上，并固定时，物体振动，将引起12上下振动、或者，移动，由于压力的作用，其12对于11的压力(或拉力)变化，硅膜传感器内部气体压强变化，硅膜电阻随之变化，依此检测物体振动。如用于人体血压测量。
如上述力传感器，倾角传感器，角速度传感器，角加速度传感器，速度，加速度传感器，位移传感器，振动传感器，通过电子线路从其所检测的电信号与基准信号比较，其电信号的输出即构成本发明所述的力传感器、倾角传感器、角速度传感器、角加速度传感器、速度、加速度传感器、位移传感器、振动传感器电子开关。
图6是本发明的硅膜传感器芯片的封装用，另外一种外凸弹性外壳上，装栽有硬质物体，外凸弹性物体局部剖示示意图；其中，14是一具有一横通孔的一金属物体，其可以是铁、不锈钢等硬质材料制成；13是用弹性材料(如弹性塑料、橡胶等等)制成的外凸的弹性物体，14通过浇注等手段置入、固定于13上(或者内部)；在该外凸弹性物体上的、具有一横通孔的金属物体14，有利于在使用时与其它物体的连接，因此，14可以在制造时预制有螺栓、螺孔、凸台等与其它物体连接的结构，或者，附件。
通过本发明的上述论述，应当注意其中的弹性外壳6、8、10、11、13的弹性系数，厚度，结构形状对传感器的灵敏度有影响，制造时应加以注意。
本发明的弹性外壳包含金属、合金材料制造的波纹板、波纹管等管、板状具有弹性的外壳在内；以及塑料、橡胶等材料制造的波纹板、波纹管，平板等管、板状具有弹性的外壳在内。
应注意，在本发明中，图1、图2所示的硅膜传感器，通过外接质量块，外接与其它物体连接的结构，或者，附件，也可以构成微机械力传感器，倾角传感器，角速度传感器，角加速度传感器，速度，加速度传感器，位移传感器，振动传感器；或者，通过多个硅膜传感器的不同组合，可构成其它应用类型的传感器。
应注意，本发明中所述的芯片，包含玻璃衬底上制造的单晶硅芯片；在硅体上加工的全桥压阻元件；含有质量块的悬臂梁硅膜芯片，等等一切其它压敏芯片在内。
权利要求
1.硅膜传感器，由芯片，导电脚，外壳等构成，其特征在于所述的外壳至少有部分弹性外壳，所述的弹性外壳与硅膜间隔，所述的部分弹性外壳与其它硬质外壳构成一个密闭外壳，所述的密闭外壳内有气体，所述的气体与硅膜接触。
2.如权利要求1所述的部分弹性外壳，其特征在于是外凸的弹性物体。
3.如权利要求2所述的外凸的弹性物体，其特征在于是弹性塑料，或者，橡胶类材料，等弹性材料制成。
4.一种硅膜传感器，由芯片，导电脚，外壳等构成，其特征在于所述的外壳至少有部分弹性外壳，所述的弹性外壳与硅膜间隔，所述的部分弹性外壳与其它硬质外壳构成一个密闭外壳，所述的密闭外壳内有气体，所述的气体与硅膜接触，所述的硅膜传感器，是力传感器，倾角传感器，角速度传感器，角加速度传感器，速度，加速度传感器，位移传感器，振动传感器，及其电子开关。
5.如权利要求4所述的部分弹性外壳，其特征在于是外凸的弹性物体。
6.如权利要求5所述的外凸的弹性物体，其特征在于是弹性塑料，或者，橡胶类材料，等弹性材料制成。
7.如权利要求5、6所述的外凸的部分弹性物体，其特征在于所述的外凸的弹性物体上装栽有质量块，或者，所述的外凸的弹性物体上装栽有硬质物体。
全文摘要
本发明涉及一种硅膜传感器芯片的封装，其中，外壳至少有部分弹性外壳，弹性外壳与硅膜间隔，弹性外壳与其它硬质外壳构成一个密闭外壳，密闭外壳内有气体，气体与硅膜接触；弹性外壳最好是外凸的弹性物体；通过本发明的上述实施，使上述硅膜传感器构成力传感器，倾角传感器，角速度传感器，角加速度传感器，速度，加速度传感器，位移传感器，振动传感器，及其电子开关。
文档编号G01D5/12GK1587912SQ20041005471
公开日2005年3月2日 申请日期2004年7月15日 优先权日2004年7月15日
发明者许建平 申请人:许建平