一种传感器的制作方法

本实用新型涉及器件封装技术领域，特别是涉及一种传感器。

背景技术：

现有技术中对传感器如气体传感器的封装形式通常有TO管座封装形式和塑料圆筒型封装形式等。其中，TO管座封装形式虽然结构简单，但是其体积较大，焊脚笨拙，且成本较高。而塑料圆筒型封装形式虽然材料成本较低，但是其内部结构复杂，且焊脚笨拙。随着对传感器小型化以及智能化的要求越来越高，上述两种封装形式已经很难满足高度集成化的行业领域要求。

此外，大多数气体传感器如金属氧化物气体传感器在工作时需要加热，为了避免热量向外界散失，现有技术中提出一些封装结构，然而现有技术中的封装结构例如上述两种封装结构，结构复杂且笨拙，绝热性能也不好。因此，需要提出一种满足高度集成化的行业领域要求的小型化封装结构以及满足利用简单的封装结构实现较佳的绝热性能的封装形式。

技术实现要素：

本实用新型的一个目的是要提供一种传感器，以满足小型化传感器封装需求。

本实用新型一个进一步的目的是要简化传感器的结构，提高封装加工效率。

本实用新型提供的一种传感器，包括：

封装基板；

帽结构，其与所述封装基板连接在一起，以形成一封闭空间，所述帽结构具有多个透气孔；

支承元件，其被封装在所述封闭空间内，并与所述封装基板电连接，所述支承元件具有一凹腔，所述凹腔设置成能够接收由所述透气孔导入的外部空气；

传感芯片，用于检测所述外部空气的湿度、温度和/或所述外部空气中的气体浓度，所述传感芯片被多根与所述支承元件电连接的导电线牵引，以悬空在所述凹腔上，并通过所述导电线向外输出电信号。

可选地，所述支承元件包括：

第一表面，其设置成贴近或接触所述封装基板；和

与所述第一表面沿着相反方向延伸的第二表面；

其中，所述凹腔设置成由所述第二表面向靠近所述第一表面的方向延伸。

可选地，所述凹腔设置成从所述第二表面延伸至所述第一表面，以使所述外部空气通过所述凹腔接触所述封装基板；

可选地，所述凹腔设置成从所述第二表面向靠近所述第一表面的方向延伸至预设位置处，以阻止所述外部空气接触所述封装基板；

可选地，所述支承元件具有多个第一通孔，每个第一通孔贯穿所述第一表面和所述第二表面；

所述封装基板具有分别与所述多个第一通孔对应的多个第二通孔，每个第二通孔设置成与对应的第一通孔对齐。

可选地，所述第一通孔和所述第二通孔内均填充有导电材料；

在所述第一通孔和对应的第二通孔对齐时，所述第一通孔内的导电材料与所述第二通孔内的导电材料相互接触，以使所述支承元件和所述封装基板电连接。

可选地，所述导电线一端连接在所述传感芯片处，另一端连接在所述第一通孔处，并与所述第一通孔处的导电材料电连接；

可选地，所述导电线与所述第一通孔之间通过焊接的方式电连接。

可选地，所述第一表面和/或第二表面设置有第一焊盘或第一金属垫，并且所述第一焊盘或第一金属垫设置成靠近所述第一通孔；

所述封装基板靠近所述第二通孔处设置有第二焊盘或第二金属垫；

可选地，所述第一焊盘或所述第一金属垫与填充在所述第一通孔内的导电材料电连接；

可选地，所述第二焊盘或所述第二金属垫与填充在所述第二通孔内的导电材料电连接。

可选地，每根导电线一端连接在所述传感芯片处，另一端穿过对应的第一通孔和第二通孔，并固定在所述封装基板处。

可选地，所述传感芯片包括：

检测元件，用于检测所述外部空气的湿度、温度和/或所述外部空气中的气体浓度；

与所述检测元件层叠设置的加热元件，其与所述检测元件电连接，以将所述检测元件的温度加热到工作温度；

其中，所述多根导电线中的至少两根导电线分别连接在所述检测元件的信号输入端和信号输出端；

所述多根导电线中的至少两根其它导电线分别连接在所述加热元件的信号输入端和信号输出端。

可选地，所述支承元件和所述封装基板之间通过焊接或粘结的方式连接在一起。

与现有技术中普遍的封装方式如TO管座封装形式相比，本实用新型的发明人克服了普遍认为这种封装原理的封装方式需要较大的焊脚以及较大的体积等技术上的偏见，并取得了颠覆性的进步，通过合理的结构设计，在不减弱传感器性能的前提下将传感芯片的封装体积最大限度地进行缩减，与现有技术中的封装方式相比，其不需要笨拙的焊脚，不占用较大的空间，仅需要提供一个较小的空间便可容纳该传感器。如此极大地提高了传感器的应用领域，例如将该传感器应用在传统封装方式无法适用的领域，如手机、智能手环、可穿戴设备、智能家居、智能家电等等。

本实用新型的方案，利用导电线将传感芯片牵引至支承元件处并悬空在凹槽上，这可以避免传感芯片与封装基座直接接触，一方面增大了传感芯片的散热空间，从而提高传感芯片的散热效率；另一方面避免了传感芯片的加热元件对封装基板上的其它元器件的影响，例如加热元件在工作时由于温度的升高而导致封装基板发热，从而影响封装基板以及封装基板上其它元器件的寿命，由此，提高了绝热性能；再一方面，与现有技术中直接将传感芯片设置在封装基板上的方案相比，本实用新型的传感芯片不会由于温度升高而容易从封装基板上脱落；并且，如此设置使得焊接方式选择性非常多，可以尽可能地选择有利于减小封装体积的焊接方式，例如平焊等，甚至可以尽量少地利用焊接的方式连接电路。

根据下文结合附图对本实用新型具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本实用新型一个实施例的传感器的示意性立体图；

图2是图1所示传感器的支承元件的示意性透视图；

图3是图2所示支承元件的示意性侧视图；

附图标记：

110-封装基板，

111第二通孔，

112-线框，

120-帽结构，

121-透气孔，

122-侧壁，

123-上壁，

130-支承元件，

131-第一表面，

132-第二表面，

133-凹腔，

134-第一通孔，

140-传感芯片，

141-检测元件，

142-加热元件，

150-导电线，

160-第一焊盘，

160’-第一金属垫。

具体实施方式

图1示出了根据本实用新型一个实施例的传感器的示意性立体图。如图1所示，该传感器包括传感芯片140，用于检测外部空气的湿度、温度和/或外部空气中的气体浓度。传感芯片140可以是现有技术中的传感芯片140，例如气体传感芯片140、温度传感芯片140、湿度传感芯片140和/或其它用于检测空气中参数的传感芯片140。可以理解的是，传感芯片140也可以是根据需求制备出的传感芯片140。该传感芯片140可以包括检测元件141和加热元件142。该检测元件141用于检测外部空气的湿度、温度和/或外部空气中的气体浓度。该加热元件142与检测元件141层叠设置，并与检测元件141电连接，以将检测元件141的温度加热到工作温度。为了实现对小型化的传感芯片140的封装，传感芯片140的尺寸可以选择较小尺寸，例如毫米级或微米级尺寸。

为了封装该传感芯片140，提供一封闭空间。可以理解的是，该传感芯片140是为了检测外部空气的湿度、温度和/或外部空气中的气体浓度，因此，需要向该封闭空间导入外部空气。在一个实施例中，该传感器包括封装基板110和帽结构120，该封装基板110和帽结构120连接在一起，以形成上述封闭空间。

在一个实施例中，该封装基板110的材料为陶瓷、塑料、印刷电路板等，其形状为方形，如正方形或长方形。该方形的长度可以为5mm、7mm、8mm或10mm，也可以为5-10mm中的其它长度，宽度为5mm、6mm、7mm或10mm，也可以为5-10mm中的其它宽度，厚度为0.2mm、0.3mm、0.4mm或0.5mm，也可以为0.2-0.5mm中的其它厚度。该封装基板110包括一线框112。该线框112为金属线框112，其宽度可以为0.2mm、0.25mm、0.4mm、0.6mm或0.8mm，也可以为0.2-0.8mm中的其它宽度。

在一个实施例中，该帽结构120的材料为金属、石英、塑料、玻璃等，其形状为方形，例如正方形或长方形。该方形的长度可以为3mm、5mm、8mm或10mm，也可以为3-10mm中的其它长度，宽度为3mm、6mm、9mm或10mm，也可以为3-10mm中的其它宽度，厚度为0.9mm、1.3mm、1.7mm或2mm，也可以为0.9-2mm中的其它厚度。该帽结构120包括上壁123和沿着该上壁123的周缘向下延伸的侧壁122，该上壁123和侧壁122一起限定形成一容纳空间(图中未示出)。在一个实施例中，在上壁123处开设多个透气孔121，例如可以开设1个、5个、10个、20个或25个。透气孔121的数量可以根据透气孔121的大小来设定。可以理解的是，在其它实施例中，该多个透气孔121可以开设在侧壁122处，或者同时开设在上壁123和侧壁122处。在另一实施例中，该透气孔121可以换作允许外部空气流入的网状结构。该透气孔121或网状结构的作用是使得外部空气进入上述容纳空间。该侧壁122的底部设置在上述线框112处，以将帽结构120安装在封装基板110处，并在安装位置以焊接或者粘结的方式使得帽结构120和封装基板110连接在一起，以密封上述容纳空间。此时，容纳空间与封装基板110共同形成封闭空间，用于封装传感芯片140。

可以理解的是，在其它实施例中，该封装基板110和帽结构120的形状也可以是其它形状，例如圆形，只要能够为传感芯片140提供封闭空间即可。本实用新型封装基板110和帽结构120的材料选择范围广，并且尺寸非常小，为小型传感芯片140的封装提供基础。

图2示出了图1所示传感器的支承元件的示意性透视图。图3示出了图2所示支承元件的示意性侧视图。如图1至图3所示，该传感器还包括支承元件130，用于提供一凹腔133以及电路，以将传感芯片140悬空在凹腔133上。该传感芯片140与支承元件130一起封装在封闭空间内，并通过支承元件130上的电路向外输出电信号。将传感芯片140悬空在凹腔133上的设置方式可以避免传感芯片140与封装基座直接接触，一方面增大了传感芯片140的散热空间，从而提高传感芯片140的散热效率；另一方面避免了传感芯片140的加热元件142对封装基板110上的其它元器件的影响，例如加热元件142在工作时由于温度的升高而导致封装基板110发热，从而影响封装基板110以及封装基板110上其它元器件的寿命；再一方面，与现有技术中直接将传感芯片140设置在封装基板110上的方案相比，本实用新型的传感芯片140不会由于温度升高而容易从封装基板110上脱落。

该支承元件130具有第一表面131和与该第一表面131沿着相反方向延伸的第二表面132，其中，第一表面131贴近或接触封装基板110。换句话说，在将支承元件130和传感芯片140封装在封闭空间内时，第一表面131贴近或接触封装基板110，第二表面132与第一表面131相比更靠近帽结构120。凹腔133设置成由第二表面132向靠近第一表面131的方向延伸。在一个实施例中，该凹腔133设置成从第二表面132延伸至第一表面131，以使外部空气通过凹腔133接触到封装基板110。换句话说，该凹腔133设置成贯穿第一表面131和第二表面132。这样设置时，要求暴露在空气中的封装基板110以及封装基板110上的其它元器件不会由于长期与空气相接触而受到影响。在另一个实施例中，该凹腔133设置成从第二表面132向靠近第一表面131的方向延伸至预设位置处，以阻止外部空气接触封装基板110。换句话说，该凹腔133不是贯穿第一表面131和第二表面132的。

为最大限度地缩小封装体积，发明人不仅在上述结构上做了大量实验验证，在将传感芯片140悬空在凹腔133上也做了非常多的尝试与不断的验证，最终确定的方案是利用多根导电线150对传感芯片140进行牵引，并连接至外电路。如此设置使得焊接方式选择性非常多，可以尽可能地选择有利于减小封装体积的焊接方式，例如平焊等，甚至可以尽量少地利用焊接的方式连接电路。

在一个实施例中，该支承元件130还具有多个第一通孔134，例如第一通孔134的数量为两个、四个、六个等，其中，每个第一通孔134从第一表面131延伸至第二表面132，即每个第一通孔134贯穿第一表面131和第二表面132。封装基板110具有分别与多个第一通孔134对应的多个第二通孔111，每个第二通孔111贯穿封装基板110。其中，封装基板110上第二通孔111的数量可以与第一通孔134的数量保持一致，每个第二通孔111设置成与对应的第一通孔134基本上对齐。该第一通孔134和第二通孔111内均有电路。支承元件130和封装基板110通过粘结或焊接的方式连接在一起。

在一个实施例中，第一通孔134和第二通孔111内均填充有导电材料，以使第一通孔134和对应的第二通孔111对齐时支承元件130和封装基板110电连接。在一个实施例中，导电材料是充满第一通孔134和第二通孔111的，以避免支承元件130和封装基板110接触不良。在另一个实施例中，可以在封装基板110靠近第二通孔111的位置处设置第二焊盘、第二金属垫等能够增大导电面积的导电元器件，并且该第二焊盘或第二金属垫与第二通孔111中的导电材料电连接。如此设置就可以保证在第一通孔134和第二通孔111接触时，导电材料可以相互电连接，以避免支承元件130和封装基板110接触不良。其中，导电材料可以为金、铂、铜、钨或具有导电性质的合金材料。

在一个实施例中，用于牵引传感芯片140的导电线150可以一端连接在传感芯片140处，另一端连接在第一通孔134处，并与第一通孔134内的导电材料电连接。此时，导电线150可以是采用焊接的方式与第一通孔134内的导电材料相接触。可以理解的是，检测元件141可以包括信号输入端和信号输出端，加热元件142也可以包括信号输入端和信号输出端。在一个实施例中，导电线150的数量可以为四根，那么四根导电线150中的其中两根导电线150可以分别与检测元件141的信号输入端和信号输出端电连接，另外两根导电线150可以分别与加热元件142的信号输入端和信号输出端电连接。导电线150一方面可以用来将传感芯片140悬浮在凹腔133上，另一方面可以将传感芯片140的电信号向外输出。

在一个实施例中，可以在支承元件130靠近第一通孔134的位置处设置第一焊盘160、第一金属垫160’等能够增大导电面积的导电元器件，并且第一焊盘160和第一金属垫160’与第一通孔134内的导电材料电连接。如此设置，可以增大导电线150与第一通孔134内的导电材料的接触面积，防止经由导线线传输的电信号无法向外输出。

在另一个实施例中，每根导电线150一端连接在传感芯片140处，另一端穿过对应的第一通孔134和第二通孔111，并固定在封装基板110处。如此设置，可以使用更少的焊点，最大限度地减小封装体积。

该支承元件130的材料可以选择为单晶硅片、石英、陶瓷、塑料等，其形状可以选择为方形如正方形或长方形，但不限于此，例如可以为圆形。该支承元件130的长度可以为3mm、5mm、8mm或10mm，也可以为3-10mm中的其它长度，宽度为3mm、6mm、9mm或10mm，也可以为3-10mm中的其它宽度，厚度为0.5mm、0.7mm、0.9mm或1mm，也可以为0.5-1mm中的其它厚度。凹腔133的形状可以为方形如正方形或长方形，但不限于此，例如可以为圆形。该凹腔133的长度可以为0.1mm、0.2mm、0.25mm或0.3mm，也可以为0.1-0.3mm中的其它长度，宽度为4mm、6mm、9mm或10mm，也可以为4-10mm中的其它宽度，厚度为0.2mm、0.4mm、0.7mm或1mm，也可以为0.2-1mm中的其它厚度。该支承元件130的第一通孔134的长度为0.25mm、0.4mm、0.7mm或1mm，也可以为0.25-1mm中的其它长度，宽度为0.25mm、0.55mm、0.85mm或1mm，也可以为0.25-1mm中的其它宽度，厚度为0.2μm、0.4μm、0.8μm或1mm，也可以为0.2-1μm中的其它厚度。

与现有技术中普遍的封装方式如TO管座封装形式相比，本实用新型的发明人克服了普遍认为这种封装原理的封装方式需要较大的焊脚以及较大的体积等技术上的偏见，并取得了颠覆性的进步，通过合理的结构设计，在不减弱传感器性能的前提下将传感芯片140的封装体积最大限度地进行缩减，与现有技术中的封装方式相比，其不需要笨拙的焊脚，不占用较大的空间，仅需要提供一个较小的空间便可容纳该传感器。如此极大地提高了传感器的应用领域，例如将该传感器应用在传统封装方式无法适用的领域，如手机、智能手环、可穿戴设备、智能家居、智能家电等等。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本实用新型的多个示例性实施例，但是，在不脱离本实用新型精神和范围的情况下，仍可根据本实用新型公开的内容直接确定或推导出符合本实用新型原理的许多其他变型或修改。因此，本实用新型的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。