传感器的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求美国专利申请序列号14/610,957（于2015年1月30日提交、名称为SENSOR ASSEMBLY）的优先权，其通过引用并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及传感器。

背景技术：

传感器通常用于感测流体的特性。传感器被用于各种应用，包括住宅、工业、汽车、军事、航空、航天以及无数其他应用。示例的传感器包括流量传感器、压力传感器、热导率传感器、温度传感器、湿度传感器以及化学传感器。

许多传感器被配置成提供将流体输送至适合的传感器设备的通道。在一些情况下，传感器设备具有电结合焊盘，如果其暴露于所感测的流体，可被腐蚀或损坏。能够被相对容易地组装、并限定有用于向传感器设备输送流体的通道，同时保护该传感器设备的导电的结合焊盘远离流体的耐用的传感器设计是令人期望的。

技术实现要素：

本公开总体上涉及传感器，该传感器能够克服下述问题，即：传感器中的电焊盘在暴露于所感测的流体的情况下可能被腐蚀或损坏。说明性的传感器可包括具有第一侧和相反的第二侧的衬底。所述衬底可限定有从所述第一侧延伸穿过所述衬底至所述第二侧的流动通道。所述衬底可进一步包括在所述衬底的第二侧上的多个结合焊盘。第一壳体可提供流向/流出所述流动通道的流体入口和流体出口。所述第一壳体可沿所述衬底的第一侧设置，且可被构造成允许从所述流体入口流向所述流体出口的至少一些流体沿着所述衬底的流动通道的至少一部分流动。在一些情况下，第二壳体可沿所述衬底的第二侧设置，且可被构造成提供围绕所述流动通道的密封。传感芯片可设置在所述第二壳体和所述衬底的第二侧之间。所述传感芯片可包括面对所述衬底的第二侧的传感侧，其具有与所述衬底限定的流动通道对准的传感元件。所述传感芯片可进一步包括在所述传感侧上的多个结合焊盘，其与所述衬底的第二侧面的多个结合焊盘对准并且凸块焊接至所述衬底的第二侧上的多个结合焊盘。在一些情况下，可在所述传感芯片的传感侧和所述衬底的第二侧之间施加粘合剂或其他材料。粘合剂或其他材料可有助于将所述传感芯片的传感侧上的多个结合焊盘与所述流动通道中的流体隔离。在一些情况下，粘合剂或其他材料为不导电的粘合剂或其他材料。本实用新型公开了一种传感器，其包括：包括第一侧和相反的第二侧的衬底，所述衬底限定有从所述第一侧延伸穿过所述衬底至所述第二侧的流动通道，所述衬底还包括在所述衬底的第二侧上的多个结合焊盘；提供了流体入口和流体出口的第一壳体，所述第一壳体沿所述衬底的第一侧设置，并且被配置成允许从所述流体入口流向所述流体出口的至少一些流体沿着所述衬底的流动通道的至少一部分流动；沿所述衬底的第二侧设置的第二壳体，其被配置成提供围绕所述流体通道的密封；以及设置在所述第二壳体和所述衬底的第二侧之间的传感芯片，所述传感芯片包括面对所述衬底的第二侧的传感侧，具有与所述流动通道配准的传感元件，所述传感芯片还包括在所述传感侧上的多个结合焊盘，其与所述衬底的第二侧上的多个结合焊盘配准并且被凸块焊接至所述衬底的第二侧上的多个结合焊盘。本实用新型还提供了一种传感器，其包括：限定有流动通道的衬底，具有与所述流动通道相邻的多个结合焊盘；跨越所述流动通道的传感芯片，所述传感芯片包括：面对所述衬底的传感侧，所述传感侧具有暴露于所述流动通道的传感元件；和设置在所述传感侧上的多个结合焊盘，其被布置成与所述衬底的多个结合焊盘对准，以使所述传感芯片可以被凸块焊接至所述衬底。本实用新型还提供了一种传感器，其包括：传感芯片，其包括传感面，其中，所述传感面包括从第一端延伸到第二端的凹部；设置在所述传感面中的凹部上面的桥；设置在所述桥上的传感元件；其中，所述凹部和所述桥配置成允许流体在其上设置有所述传感元件的所述桥的两侧上流过所述凹部。本实用新型还提供了一种传感器，其包括：具有与流动通道相邻的多个结合焊盘的衬底；跨越所述流动通道的传感芯片，所述传感芯片包括：面对所述衬底的传感侧，所述传感侧具有暴露于所述流动通道的传感元件；和设置在所述传感侧上的多个结合焊盘，其被布置成与所述衬底的多个结合焊盘对准，以使所述传感芯片可以被凸块焊接至所述衬底。

因此，本实用新型公开的传感器是耐用的，能够被相对容易地组装，同时保护传感器设备的导电的结合焊盘远离所感测的流体。此外，所提供的前述总结是为了促进对本公开的一些特征的理解，而不旨在作为完整说明。对本公开的全面理解可以通过将整个说明书、权利要求书、附图和摘要作为整体来获得。

附图说明

结合附图以及考虑对本公开的各种说明性实施例的下述描述，本公开可被更全面地理解，附图中

图1是一说明性传感器的透视图；

图2是图1的说明性传感器的分解图；

图3是图2的说明性传感器的一部分的放大的顶视图，示出了衬底上的结合焊盘和布线迹线；

图4是一说明性传感芯片的视图，图4示出的实施例是一说明性流量传感芯片的传感侧；

图5是图4的传感芯片的视图，配置成与图3中的结合焊盘和布线迹线配准；

图6是图1的说明性传感器的示意性截面视图；

图7示出了形成图1的说明性传感器的一部分的第一壳体；

图8示出了形成图1的说明性传感器的一部分的第二壳体；以及

图9示出了适合形成图1的说明性传感器的一部分的替代的第二壳体。

虽然本公开可被修改成各种改进和替代形式，但是其细节已在附图中以示例的方式被示出并将被详细描述。然而，应当理解，其目的不是将本公开限制于在此描述的具体说明性实施例。相反，其目的是覆盖在本公开的精神和范围内的所有修改、等同物和替代物。

具体实施方式

下文描述应当参照附图理解，在所有这些视图中相同的附图标记表示相同的元件。所参考的“上”、“下”、“顶”和“底”等都是相对的术语，并且在本文中和附图相关，但是不必然地对应于实际的物理空间中的任何特定的方位。说明书和附图示出的几个例子是为了说明请求保护的实用新型。

图1是说明性传感器10的透视图。尽管在本文中将要描述的传感器10为流量传感器，但将被理解的是，所述传感器10可以是任意合适类型的传感器，包括压力传感器、热导率传感器、温度传感器、湿度传感器、化学传感器、和/或这些或其他传感器的任意组合。如图1所示，所述说明性传感器10包括具有第一侧14和第二侧16的衬底12。第一壳体18沿衬底12的第一侧14设置，并限定有流体入口20和流体出口22。将理解的是，在这种情况下，对形成所述流体入口20的开口和形成所述流体出口22的开口的定义是任意的。关于所述第一壳体18的更多细节将随后根据图6讨论。所述说明性传感器10还包括第二壳体24，其沿所述衬底12的第二侧16设置。在一些实施例中，如图所示，在衬底12的第二侧16上设置多个布线焊盘26，以容纳相对于所述多个布线焊盘26固定的多个电连接器28。

图2是所述说明性传感器10的分解图，其提供了关于所述传感器10构造的更多细节。如图所示，所述第一壳体18可包含从所述流体入口20延伸至所述流体出口22的流动路径30。如将被理解的，流动路径30的至少一部分与流动通道32对准，以使进入所述流体入口20的流体可在通过所述流体出口22流出之前流经所述流动路径30、进入并通过所述衬底12中的流动通道32。所述衬底12中的流体通道32从所述第一侧14延伸穿过所述衬底12至所述第二侧16。在一些示例中，所述第一壳体18可包括另外的流动路径34、36，其可以容纳在所述流体入口20与所述流体出口22之间流动的流体的一部分，这可降低所述流动路径30中流体的速度。在一些情况下，降低通过所述流动路径30的相对流量，所述流体通道32可因此通过例如减小与所述传感芯片38相邻的流体的速度和/或紊流来提高精度。在一些情况下，流体可不流经另外的流动路径34、36。将被理解的是，所述第一壳体18在这方面可被定制，以更好地适应所期望的最终用途。

示出的所述传感芯片38被设置在所述第二壳体24和所述衬底12的第二侧16之间。所述衬底12的第二侧16可包括允许所述传感芯片38至所述衬底12第二侧16的机械和电气附接的结构，这在图2的局部放大的图3中被最好地图示。在图3中，所述衬底12的第二侧16上沿所述流体通道32的第一侧40设置有第一数量的结合焊盘39，所述衬底12的第二侧16上沿所述流体通道32的第二侧44设置有第二数量的结合焊盘42。将被理解的是，因此，结合焊盘39、42的这种布置允许所述传感芯片38跨越所述流体通道32。在一些情况下，所述结合焊盘39、42可由例如金、铜、银、钯银合金或其他导电材料之类的材料和/或电镀形成。

如可以看到的，每个第一数量的布线迹线46电耦接到所述第一数量的结合焊盘39中的相对应一个，并沿所述衬底12的第二侧16延伸到一个相对应的布线焊盘26（图1）。类似的，每个第二数量的布线迹线48电耦接到所述第二数量的焊盘42中的相对应一个，并沿所述衬底12的第二侧16延伸到一个相对应的布线焊盘26。在一些情况下，所述布线迹线46、48可由例如金、铜、银、钯银合金或其他导电材料之类的材料和/或电镀形成。

图4示出了所述说明性传感芯片38的传感面50的图。将理解的是，一旦所述传感器10被组装好，所述传感面50将面对所述衬底12的第二侧16，且将相对所述第二侧16被固定。所述衬底12可由任意合适的材料形成，并且可以任意合适的方式形成。在一些示例中，用于形成所述衬底12的合适材料可根据需要包括陶瓷（如氧化铝）、玻璃增强的环氧层压材料和/或任何其它合适的材料或材料组合。在一些情况下，所述传感芯片38可以是半导体，例如硅。例如，可选择使得所述衬底12与所述传感芯片38具有相似的热膨胀系数（CTE）的材料用于形成所述衬底12。

在示出的实施例中，所述传感面50包括可使用任何合适的技术，包括但不限于机械加工、激光切割或蚀刻来形成的凹部52。所述凹部52从第一端54延伸到第二端56，形成覆盖在所述凹部52上面的桥58。如将在图5中示出的，所述凹部52可以与所述衬底12上的流动通道32对准。至少一部分进入所述流体入口20(图1)的流体将流经所述流动路径30，经由所述流动通道32进入所述凹部52。所述流体可溢出所述桥58的两侧。

总体上以60示出的传感元件可设置在所述桥58上。在这样的配置中，所述桥58和所述传感元件60可热耦合到所述流体。此外，所述桥58和所述传感元件60可以与所述传感芯片38的余部相对热隔绝。这种配置可特别适合于热风速计式流量传感器。

取决于所述传感器10的预期使用，所述传感元件60可采取可形成于或以其他方式设置在所述桥58上的各种形式和任何种类的结构。在一些示例中，例如用作流量传感器，所述传感器10可包括加热器62，在所述加热器62上游（相对于流体流动方向）的第一温度传感器64和在所述加热器62下游的第二温度传感器66。在一些实施例中，所述第一温度传感器64和/或所述第二温度传感器66可以是电阻器，但这不是必需的。将理解的是，所提及的上游和下游是相对的，因为所述传感芯片38可沿着一对相隔大约180度的方位来安装。

在一些情况下，所述第一和第二温度传感器64、66可通过薄膜沉积或溅射形成。在一些情况下，所述第一和第二温度传感器64、66可为硅化物（铂、金、钯、钼、钛、钨、铪、锆、铬或它们的组合）电阻器，但这不是必需的。所述第一和第二温度传感器64、66可由例如硅、坡莫合金、铂和/或镍铬合金之类的材料制成。在一些情况下，所述第一和第二温度传感器64、66可沿一曲折路径设置以延长其有效长度。

不管传感芯片38的类型，所述传感面50可包括第一数量的结合焊盘68和第二数量的结合焊盘70。在一些情况下，所述结合焊盘68、70可由例如硅、金、钛钨（TiW）、铝、铝铜、铜和/或银之类的材料形成。在示出的实施例中，所述第一数量的结合焊盘68和所述第二数量的结合焊盘70可电耦接至形成在所述桥58上、内或下的结构中的一个或多个结构，例如所述加热器62以及所述第一和第二温度传感器64、66。附图中去除了一些布线迹线是为了不混淆附图。

所述第一数量的结合焊盘68定位成与形成在所述流动通道32的第一侧40上的第一数量的结合焊盘39对准，所述第二数量的结合焊盘70定位成与形成在所述流动通道32的第二侧44上的第二数量的结合焊盘42对准。这将在图5的实施例中说明，其穿过所述衬底12朝所述传感芯片38仰视，其中所述传感芯片38的传感面50的结合焊盘68、70可见且与所述衬底12的第二侧16的结合焊盘39、42（以虚线表示）结合。如可以看到的，且在所述实施例中示出的，所述衬底12的结合焊盘68、70与所述传感芯片38的结合焊盘39、42配准，所述传感芯片38的凹部52与所述衬底12的流动通道32配准。

在一些实施例中，所述传感芯片38可通过凸块焊接被固定到所述衬底12。在凸块焊接中，例如可以是小金球的凸块，形成在所述结合焊盘39、42或所述结合焊盘68、70上。在一些实施例中，所述凸块可形成在所述结合焊盘39、42和所述结合焊盘68、70上。所述传感芯片38于是可倒置在所述衬底12的第二侧16上，使得两个器件上的结合焊盘对准。热和/或振动，如超声波能量，可以连同可任选的压力一起施加，以在所述结合焊盘39、42和所述结合焊盘68、70之间形成凸起焊接。这提供了一种所述传感芯片38到所述衬底12的机械附接，以及提供了单独的结合焊盘39、42和相对应的结合焊盘68、70之间的电连接。

在一些实施例中，粘合剂或其它材料可被施加以帮助在所述传感芯片38的传感面50与所述衬底12的第二侧16之间提供密封，如在图6中示意性地示出。在图6中，第一金球80被示意性示出为与所述流动通道32的第一侧40相邻，第二金球82被示意性示出为与所述流动通道32的第二侧44相邻。措词“球”并不意味着所述第一金球80和/或第二金球82必须是球形的。相反，它们可以采取任何所需的形状。将被理解的是，所述传感器10可包括另外的凸起焊接，但是在图6中仅示意性地示出两个。示出的粘合剂84或其他材料插入所述传感芯片38的传感面50与所述衬底12的第二侧16之间。在一些实施例中，所述粘合剂84或其它材料可通过毛细作用从所述传感芯片38的周边流动并填充所述传感芯片38的传感面50和所述衬底12的第二侧16之间的间隙，但其可能会停止并且不流进所述流动通道32，这是因为所述流动通道32代表相对较宽的间隙。将被理解的是，所述粘合剂84或其他材料可帮助所述传感芯片38机械附接至所述衬底12，和/或保护所述凸起焊接和所述布线迹线46、48远离流经所述传感器10的潜在的腐蚀性流体。在一些情况下，所述粘合剂84或其它材料可流动成围绕所述凸起焊接并将其封装。在一些情况下，所述粘合剂84或其它材料可为不导电的粘合剂或其他材料。

图7提供了所述第一壳体18的另一视图。在一些情况下，正如本文提到的，所述流动路径34、36可以流体耦接到所述流动路径30，但是这不是必需的。在一些情况下，如图所示，所述流动路径30可包括一个或几个台阶86、88，其有助于减小流动路径30朝向传感芯片的有效深度。将被理解的是，在一些实施例中，取决于所述传感器10的预期使用，所述一个或几个台阶86、88可不存在，或者甚至倒置。

图8提供了所述第二壳体24的另一视图。所述第二壳体24可具有表面90，旨在与所述衬底12的第二侧16配合。第一凹部92可形成在所述表面90内，这可旨在至少基本上与所述流动通道32对齐（图2）。更深的第二凹部94被定尺寸和配置成围绕所述传感芯片38装配。在一些示例中，所述第二壳体24可包括轮廓96，其可被配置成有助于所述第二壳体24与所述衬底12的第二侧16之间的密封。在这个示例中，并不意图在所述传感芯片38后面沿着与所述传感面50相对的背面有显著的流体流动。

图9提供了一个替代的第二壳体124的视图。所述替代的第二壳体124具有表面190，其旨在与所述衬底12的第二侧16配合。第一凹部192形成在所述表面190内，并且旨在至少基本上与所述流动通道32对齐（图2）。所述第一凹部192更深一些，但不贯穿所述替代的第二壳体124。所述第一凹部192可被配置成允许流体在所述传感芯片38后面沿着与所述传感面50相对的背面流动。示出的所述第二凹部194被定尺寸和配置成围绕所述传感芯片38装配。在一些示例中，所述替代的第二壳体124可包括轮廓196，其可被配置成有助于所述替代的第二壳体124与所述衬底12的第二侧16之间的密封。

本公开不应该被认为局限于上文描述的具体示例。本公开适用的各种修改、等同处理以及许多种结构对于那些阅读了本说明书的本领域技术人员而言将是显然的。