本发明涉及mems技术领域，尤其涉及一种压力传感器封装结构及其形成方法。
背景技术：
目前玩具、手机、平板、遥控器等消费类电子产品越来越朝着智能方向发展，在其中增加了越来越多种的传感器以能够感知更多的物理量。其中对于由人体尤其手指等接触产生的应力或压力的测量需求也逐渐增多。
为了满足消费类电子产品的要求，对于这种用于检测应力或压力的传感器提出了一些特殊要求，首先需要能够将压力或应力有效的传递给压力传感器芯片的薄膜，其次还要保护芯片上的各个部分不被损坏，进一步还需要保持较小的体积，以满足便携式消费类电子产品越来越小型化的趋势。
基于薄膜的压力传感器芯片技术已经比较成熟，但是这种压力传感器芯片采用的薄膜厚度一般在几十微米以下，如果压力直接传递到薄膜上，非常容易导致薄膜损坏，因此现有技术中，一般都是通过封装技术对薄膜进行隔离。但目前采用的封装技术，要么保护过度，使得直接接触的应力不能有效传递给压力传感器芯片的薄膜，要么保护不到位，不能有效保护芯片易于损坏的部分，要么工艺过于复杂。
因此，需要一种薄膜既不容易损坏，工艺又较为简单的压力传感器封装结构。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，提供一种压力传感器封装结构及其形成方法、触控装置，使得传感器芯片的敏感薄膜能够不易损坏。
为了解决上述问题，本发明提供了一种压力传感器封装结构，包括：至少一个压力传感器，所述压力传感器包括：衬底、位于所述衬底表面的敏感膜，所述敏感膜与所述衬底之间具有腔体；至少一个焊球，位于所述敏感膜表面；电路板，所述电路板的第一表面通过所述焊球与所述至少一个压力传感器焊接，实现电路板与压力传感器之间的电连接。
可选的，所述敏感膜的厚度为10μm～15μm。
可选的，所述腔体的高度为5μm～12μm。
可选的，所述敏感膜具有至少一个压阻条。
可选的，所述敏感膜具有4个或8个压阻条，所述压阻条形成惠斯通电桥结构。
可选的，所述电路板为柔性电路板。
为解决上述问题，本发明的技术方案还提供一种压力传感器封装结构的形成方法，包括：提供至少一个压力传感器，所述压力传感器包括：衬底、位于所述衬底表面的敏感膜，所述敏感膜与所述衬底之间具有腔体；提供电路板；采用倒片封装工艺，在所述敏感膜表面形成至少一个焊球，并通过所述焊球焊接至所述电路板的第一表面，实现电路板与压力传感器之间的电连接。
可选的，所述敏感膜的厚度为10μm～15μm。
可选的，所述腔体的高度为5μm～12μm。
可选的，所述敏感膜具有至少一个压阻条。
可选的，所述敏感膜具有4个或8个压阻条，所述压阻条形成惠斯通电桥结构。
可选的，所述电路板为柔性电路板。
本发明的技术方案还提供一种触控装置，包括：至少一个上述的压力传感器封装结构；触摸板；支架，所述支架与所述触摸板贴合，且所述支架与所述触摸板之间具有一空腔；所述压力传感器封装结构安装于所述空腔内，且所述压力传感器封装结构的电路板的第二表面与所述触摸板贴合，所述第二表面与所述第一表面相对。
可选的，所述电路板的第二表面与所述触摸板之间通过胶体贴合。
可选的，所述压力传感器封装结构的衬底与支架之间具有一弹性垫层，所述弹性垫层支撑所述压力传感器封装结构，使得所述压力传感器封装结构的电路板的第二表面与所述触摸板贴合。
可选的，所述压力传感器封装结构安装于触摸板的侧边缘相交所成的折角位置处或者所述压力传感器封装结构安装于触摸板的边缘处。
可选的，所述触摸板为矩形，所述压力传感器封装结构安装于所述触摸板的直角位置处或者所述压力传感器封装结构安装于触摸板的侧边处。
可选的，所述触摸板为显示屏。
本发明的压力传感器封装结构，在压力传感器的敏感膜上具有焊球，与电路板焊接，可以降低封装尺寸，提高灵敏度。进一步，所述压力传感器的腔体尺寸较小，能够阻止敏感膜的过度形变，从而避免敏感膜受损。
附图说明
图1至图3为本发明一具体实施方式的压力传感器封装结构的形成过程的结构示意图；
图4a为本发明一具体实施方式的触控装置安装前的局部结构示意图；
图4b为本发明一具体实施方式的触控装置安装后的局部结构示意图；
图4c为本发明一具体实施方式的触控装置安装后对触摸板受力传递至压力传感器封装结构的示意图；
图5a为本发明一具体实施方式的触控装置安装前的局部结构示意图；
图5b为本发明一具体实施方式的触控装置安装后的局部结构示意图；
图6a～6b为本发明一具体实施方式的触控装置的结构示意图；
图7a为本发明一具体实施方式的触控装置的结构示意图；
图7b为本发明一具体实施方式的触控装置的压力传感器封装结构的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的压力传感器封装结构及其形成方法、触控装置的具体实施方式做详细说明。
请参考图1至图3，为本发明一具体实施方式的压力传感器封装结构的形成过程示意图。
请参考图1，提供至少一个压力传感器10，所述压力传感器10包括：衬底11、位于所述衬底11表面的敏感膜13，所述敏感膜13与所述衬底11之间具有腔体12。
所述衬底11可以为半导体衬底、玻璃或有机玻璃等。在一个具体实施方式中，所述衬底11为单晶硅衬底。
所述压力传感器10可以通过sensa(siliconepitaxial-layeronsealedair-cavity；密封气腔体之上的硅外延层)工艺形成，具体包括如下步骤：在衬底11表面形成图形化掩膜层，以所述掩膜层为掩膜对衬底11表面进行刻蚀，形成若干深孔；沿所述深孔刻蚀衬底11，形成腔体12，介质层下面得以保留的单晶硅片形成网状硅膜，所述若干深孔在单晶硅片的内部通过腔体相互连通；进一步去除掉淀积在单晶硅片正面的介质层，使网状硅膜暴露出来；最后，采用外延单晶硅工艺，以网状硅膜作为单晶硅子晶，外延出覆盖于网状硅膜上的单晶硅薄膜，所述单晶硅薄膜遮蔽深孔，并使腔体12位于单晶硅薄膜的下方。所述单晶硅薄膜作为敏感膜13。
在其他具体实施方式中，压力传感器10的衬底11还可以为soi衬底，或者衬底11为单晶硅衬底，通过氧离子注入，在衬底11内形成氧化硅埋层。通过刻蚀所述衬底11的氧化硅埋层形成所述腔体12，腔体上方的硅层作为敏感膜13。
上述方法形成的压力传感器10的敏感膜厚度较低，有利于降低压力传感器的体积。在一个具体实施方式中，所述敏感膜13的厚度为10μm～15μm。
进一步的，可以通过控制压力传感器的形成过程，使得形成的腔体12较小，这样衬底11可以起到阻止敏感膜13过度变形的作用。当敏感膜13受到外界应力发生变形时，衬底11可以限制敏感膜的变形程度，避免敏感膜过度变形而受到损坏。在本发明的具体实施方式中，所述腔体12的高度为5μm～12μm。在其他具体实施方式中，所述腔体12的高度，可以根据敏感膜13的厚度、强度以及压力传感器的灵敏度要求进行合理的设置。
所述敏感膜13还具有至少一个压阻条14。压阻条14可以通过对所述敏感膜13进行离子注入形成。在本发明的一个具体实施方式中，所述敏感膜13具有4个或8个压阻条14，所述压阻条14形成惠斯通电桥结构，来反馈敏感膜13收到的力的变化。在其他具体实施方式中，所述敏感膜13还可以具有其他数量的压阻条14，形成其他形式的电路结构。
请参考图2，在所述敏感膜13表面形成至少一个焊球15。
所述敏感膜13上还可以形成有与压阻条14连接的金属线路，所述焊球15与金属线路连接，用于输入和/或输出电学信号。具体的，所述焊球15形成于空腔12上方的敏感膜13表面，既能够传递电学信号，还能够传递力信号。
为了能够均匀有效的传递力信号给敏感膜13，在本发明的一个具体实施方式中，在所述敏感膜13表面形成多个均匀阵列排布的焊球15，部分焊球15与金属线路连接，传递力信号的同时传递电信号，部分焊球15不与金属线路连接，仅用于传递力信号。在其他具体实施方式中，可以在所述敏感膜13表面形成1～10个焊球阵列组成的，例如形成2个或者4个焊球阵列，每个焊球阵列均包括两个以上的焊球15。
请参考图3，提供电路板16，采用倒片封装(flip-chip)工艺，通过所述焊球15焊接至所述电路板16，实现电路板16与压力传感器10(请参考图1)之间的电连接。
所述电路板16可以为柔性电路板，在压力作用下容易发生形变，从而将应力传递至敏感膜13，实现压力检测。所述电路板16可以是单面电路板也可以是双面电路板。所述电路板16的第一表面161上具有与所述压力传感器10连接的连接电路，所述电路板16还具有处理电路，可以形成于所述第一表面161，还可以形成于所述第二表面162，用于对检测信号进行处理。
所述压力传感器10(请参考图1)通过倒片封装(flip-chip)工艺贴于所述电路板16的第一表面161，形成压力传感器封装结构20。所述电路板16的第一表面161上具有连接至连接电路的焊盘，所述焊盘与压力传感器10敏感膜13上用于传递电信号的焊球15连接，从而实现压力传感器与电路板16之间的电连接。
采用倒片封装(flip-chip)工艺可以降低封装尺寸，也不需要额外的封装结构来保护焊接结构。并且，焊球15形成于敏感膜13上，能够感应电路板16受到的力的作用，并传递给敏感膜，由敏感膜上的压阻条的阻值变化反馈力的作用。通过焊球15传递力信号能够提高灵敏度，通过调整焊球15的布局，能够调整压力传感器的灵敏度。
在其他具体实施方式中，所述压力传感器封装结构可以包括多个所述压力传感器10，采用上述方法，通过倒片封装(flip-chip)工艺贴于电路板16的第一表面161上，从而形成传感阵列。
本发明的具体实施方式中的压力传感器封装结构的形成方法，在压力传感器的敏感膜上形成焊球，与电路板焊接，可以降低封装尺寸，提高灵敏度。进一步，所述压力传感器的腔体尺寸较小，能够阻止敏感膜的过度形变，从而避免敏感膜受损。
请参考图3，为本发明一具体实施方式的压力传感器封装结构。
所述压力传感器封装结构包括：至少一个压力传感器10，所述压力传感器10包括：衬底11、位于所述衬底11表面的敏感膜13，所述敏感膜13与所述衬底11之间具有腔体12；至少一个焊球15，位于所述敏感膜13表面；电路板16，所述电路板16的第一表面161通过所述焊球15与所述至少一个压力传感器10焊接，实现电路板16与压力传感器10之间的电连接。
该具体实施方式中，所述敏感膜13的厚度为10μm～15μm；所述敏感膜13厚度较低，使得所述压力传感器10的体积较小。所述腔体12的高度为5μm～12μm；所述腔体12的尺寸较小，这样衬底11可以起到阻止敏感膜13过度变形的作用；当敏感膜13受到外界应力发生变形时，衬底11可以限制敏感膜的变形程度，避免敏感膜13过度变形而受到损坏。
所述敏感膜13还具有至少一个压阻条14。压阻条14可以通过对所述敏感膜13进行离子注入形成。在本发明的一个具体实施方式中，所述敏感膜13具有4个或8个压阻条14，所述压阻条14形成惠斯通电桥结构，来反馈敏感膜13收到的力的变化。在其他具体实施方式中，所述敏感膜13还可以具有其他数量的压阻条14，形成其他形式的电路结构。
所述敏感膜13上还可以具有与压阻条14连接的金属线路，焊球15与金属线路连接，用于输入和/或输出电学信号。具体的，所述焊球15形成于空腔12上方的敏感膜13表面，既能够传递电学信号，还能够传递力信号。为了能够均匀有效的传递力信号给敏感膜13，在本发明的一个具体实施方式中，所述敏感膜13表面形成有多个均匀阵列排布的焊球15，部分焊球15与金属线路连接，传递力信号的同时传递电信号，部分焊球15不与金属线路连接，仅用于传递力信号。在其他具体实施方式中，所述敏感膜13表面还形成有1～10个焊球阵列组成的，例如2个或者4个焊球阵列，每个焊球阵列均包括两个以上的焊球15。
所述电路板16可以为柔性电路板，在压力作用下容易发生形变，从而将应力传递至敏感膜13，实现压力检测。所述电路板16可以是单面电路板也可以是双面电路板。所述电路板16的第一表面161上具有与所述压力传感器10连接的连接电路，所述电路板16还具有处理电路，可以形成于所述第一表面161，还可以形成于所述第二表面162，用于对检测信号进行处理。所述压力传感器10通过倒片封装(flip-chip)工艺贴于所述电路板16的第一表面161。所述电路板16的第一表面161上具有连接至连接电路的焊盘，所述焊盘与压力传感器10敏感膜13上用于传递电信号的焊球15连接，从而实现压力传感器10与电路板16之间的电连接。
上述具体实施方式中的压力传感器封装结构，在压力传感器的敏感膜上具有焊球，与电路板焊接，可以降低封装尺寸，提高灵敏度。进一步，所述压力传感器的腔体尺寸较小，能够阻止敏感膜的过度形变，从而避免敏感膜受损。
本发明的具体实施方式还提供一种具有压力传感器封装结构的触控装置。
请参考图4a和4b，图4a为本发明一具体实施方式的触控装置安装前的局部结构示意图；图4b为本发明一具体实施方式的触控装置安装后的局部结构示意图。
请参考图4b，所述触控装置包括：至少一个压力传感器封装结构20；触摸板21；支架22，所述支架22与所述触摸板21贴合，且所述支架22与所述触摸板21之间具有一空腔24；所述压力传感器封装结构20安装于所述空腔24内，且所述压力传感器封装结构20的电路板16的第二表面162与所述触摸板21贴合，所述电路板的第二表面162与所述第一表面161(请参考图4)相对。
所述压力传感器封装结构20的具体结构请参考前述压力传感器封装结构的具体实施方式，在此不作赘述。
所述触控装置可以为手机、平板等触控电子设备，所述触摸板21可以为各种显示屏，例如oled显示屏、lcd显示屏等；所述支架22可以为触摸板21背面的安装支架或者是触控装置的外壳。在其他具体实施方式中，所述触控装置还可以为其他电子设备，在此不作限制。
该具体实施方式中，所述压力传感器封装结构20的衬底11与支架22之间具有一弹性垫层23，所述弹性垫层23支撑所述压力传感器封装结构20，使得所述压力传感器封装结构20的电路板16的第二表面162与所述触摸板21贴合。
所述弹性垫层23在高度方向上具有弹性，高度可压缩，在一个具体实施方式中，所述弹性垫层23的材料可以为橡胶。所述弹性垫层23可以通过胶层粘在所述支架22内表面。
请参考图4a，在支架22安装至触摸板21之前，所述弹性垫层23保持原状；请参考图4b，支架22安装至触摸板21之后，触摸板21与支架22之间形成空腔24，所述空腔24高度小于安装之前的高度，弹性垫层23的厚度小于安装前的厚度，使压力传感器封装结构20的电路板16紧密贴合至触摸板21，其中所述支架22可以通过粘胶或卡扣等方式与触摸板21紧密贴合为一整体。请参考图4c，当有力作用在触摸板21上时，触摸板21产生微弱的变形，通过电路板16、焊球15传递到敏感膜13，使得敏感膜电阻发生变化，电阻的变化通过焊球15传递到电路板16的信号处理电路。
请参考图5a～5b，图5a为本发明一具体实施方式的触控装置安装前的局部结构示意图；图5b为本发明一具体实施方式的触控装置安装后的局部结构示意图。
请参考图5b，所述触控装置包括：至少一个压力传感器封装结构20；触摸板21；支架22，所述支架22与所述触摸板21贴合，且所述支架22与所述触摸板21之间具有一空腔24；所述压力传感器封装结构20安装于所述空腔24内，且所述压力传感器封装结构20的电路板16的第二表面162与所述触摸板16贴合，所述第二表面162与所述第一表面161(请参考图3)相对。
所述压力传感器封装结构20的具体结构请参考前述压力传感器封装结构的具体实施方式，在此不作赘述。
该具体实施方式中，所述电路板16的第二表面162与所述触摸板21之间通过胶体贴合。所述胶体可以为ab胶、环氧树脂等均匀粘胶材料。当支架22与触摸板21紧密贴合时，压力传感器10与支架22之间具有一定的空隙。当有力作用在触摸板31上时，触摸板31发生微弱变形，通过焊球15传递到敏感膜13，电阻的变化通过焊球15传递到后续的信号处理电路。
请参考图6a～6b，为本发明一具体实施方式中的所述触控装置的结构示意图。该具体实施方式中，所述触控装置为手机，触摸板41为手机显示屏。图6a为手机显示屏的正面示意图，图6b为手机显示屏的侧面示意图。
所述触摸板41为矩形，所述触控装置包括4个压力传感器封装结构20，分别安装于所述触摸板41的直角位置处，用来感受屏幕收到的力的位置和大小。
具体的，所述压力传感器封装结构20安装于触摸板41与支架42之间，该具体实施方式中，所述支架42为手机壳。
在其他具体实施方式中，所述触控装置还可以为其他具有触摸显示屏的电子设备，所述触摸板还以为其他形状，例如圆形、五边形以及六边形等，所述压力传感器封装结构20可以安装于触摸板的侧边缘相交所成的折角位置处。
所述触控装置包括多个独立的压力传感器封装结构20，各个压力传感器封装结构20具有与独立的电路板及处理电路；在其他具体实施方式中，所述触控装置还可以仅包括一个压力传感器封装结构20，并且所述压力传感器封装结构20具有贴合在一个电路板上的多个压力传感器；或者所述触控装置包括多个压力传感器封装结构20，并且所有压力传感器封装结构20的电路板连接在一起。
请参考图7a为本发明一具体实施方式中的所述触控装置的结构示意图。
该具体实施方式中，触控装置为手机，触摸板51为手机显示屏，图7a为手机显示屏的正面示意图。
该具体实施方式中，所述压力传感器封装结构20安装于触摸板51的边缘处，可以用来取代机械功能键或者用于增加一些其他的感应操作键。
请参考图7b，为一个具体实施方式中，图7a所示的触摸结构所采用的压力传感器封装结构20的结构示意图。该压力传感器封装结构20中，包括4个压力传感器10，均贴于电路板16上。再将电路板16贴于手机屏幕侧边，当力作用在侧边上时，可以通过各个压力传感器10的不同输出来进行操作判断。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。