一种MEMS气体质量流量传感器及装置的制作方法

一种mems气体质量流量传感器及装置
技术领域
1.本技术涉及气体流量质量检测技术领域，尤其涉及一种mems气体质量流量传感器及装置。


背景技术：

2.mems(micro-electro-mechanical system，微机电系统)气体质量流量传感器的mems芯片设置在一个腔体中，该腔体作为气体通道供气体流通，以检测气体流速。
3.相关技术中，将mems芯片贴装在pcb板上，采用一个塑料带有流道的罩壳盖在mems芯片上，并且与pcb板粘接在一起形成一个封装整体，最后将该整体安装在主气路的管路上。该方案中，封装整体的结构尺寸无法检测，可能导致产品的批量一致性较差。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术实施例期望提供一种便于检测结构尺寸的mems气体质量流量传感器及装置。
5.本技术实施例提供一种mems气体质量流量传感器，包括具有检测腔体的封装体以及设置于所述检测腔体内的mems芯片，所述封装体具有气流入口以及气流出口，气流从所述气流入口流入所述检测腔体，并从所述气流出口流出所述检测腔体；
6.所述封装体包括：
7.基板，所述mems芯片贴装于所述基板上，所述基板具有外端子，所述外端子与所述mems芯片电气连接；
8.封装侧壁，固定于所述基板上且环绕所述mems芯片，所述外端子位于所述封装侧壁围设的区域之外；
9.能够透过可见光或红外光的盖板，所述盖板封闭所述封装侧壁远离所述基板的一端。
10.一些实施方案中，所述气流入口和所述气流出口设置于所述检测腔体的同一个侧壁上。
11.一些实施方案中，所述气流入口和所述气流出口均设置于所述基板上，所述mems芯片布置于所述气流入口和所述气流出口之间。
12.一些实施方案中，所述基板沿第一方向的尺寸大于沿第二方向的尺寸，所述气流入口、所述mems芯片以及所述气流出口沿所述第一方向依次布置，其中，所述第一方向和所述第二方向正交。
13.一些实施方案中，所述外端子位于所述封装侧壁沿第一方向的外侧。
14.一些实施方案中，所述外端子的数量为多个，多个所述外端子沿第二方向间隔布置。
15.一些实施方案中，所述封装侧壁和所述基板粘接。
16.一些实施方案中，所述盖板和所述封装侧壁粘接；或者，所述封装侧壁和所述盖板
为一体成型结构。
17.一些实施方案中，所述封装侧壁为金属环。
18.一些实施方案中，所述盖板为有机玻璃盖板。
19.一些实施方案中，所述气流入口和所述气流出口均设置于所述盖板上。
20.一些实施方案中，所述基板为陶瓷基板或pcb板。
21.本技术实施例提供一种气体流量检测装置，包括：
22.主管材，内部形成有主气路，所述主管材的管壁设置有第一气流口和第二气流口，
23.以及本技术任意实施例所述的mems气体质量流量传感器，所述封装体固定于所述主管材的管壁上，所述气流入口和所述第一气流口密封对接，所述气流出口和所述第二气流口密封对接。
24.一些实施方案中，所述第一气流口的孔径大于所述气流入口的孔径，和/或，所述第二气流口的孔径大于所述气流出口的孔径。
25.本技术实施例的mems气体质量流量传感器，当mems气体质量流量传感器封装完成后，可以在生产线上采用光学测量仪对封装侧壁的高度、周向长度等尺寸进行非接触式测量。例如，如果检测出来的尺寸明显偏离设计尺寸，则需要调节生产过程中的参数，直至检测出来的尺寸符合设计标准，保障mems气体质量流量传感器的批量一致性。
附图说明
26.图1为本技术第一实施例的mems气体质量流量传感器的示意图；
27.图2为具有图1所示mems气体质量流量传感器的气体流量检测装置的示意图；
28.图3为图1中的基板和mems芯片的示意图；
29.图4沿图3中a-a的剖视图；
30.图5为图3所示结构的背面示意图；
31.图6为在图3所示结构上固定封装侧壁后的示意图；
32.图7为图6所示结构的剖视图，其中，剖切位置与图3中的a-a位置相同；
33.图8为在图6所示结构上贴装盖板后的示意图；
34.图9为本技术第二实施例的mems气体质量流量传感器的示意图；
35.图10为具有图9所示mems气体质量流量传感器的气体流量检测装置的示意图；
36.图11为图9中的基板和mems芯片的示意图；
37.图12为在图11所示结构上固定封装侧壁和盖板后的示意图。
38.附图标记说明
39.主管材10；主气路10a；第一气流口10b；第二气流口10c；
40.封装侧壁21；
41.盖板22；
42.mems芯片23；
43.基板24；
44.外端子241；
45.气流入口20b；气流出口20c；检测腔体20a
具体实施方式
46.下面结合附图和实施例对本技术的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本技术，但不能用来限制本技术的范围。
47.在本技术实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
48.本技术实施例提供一种mems气体质量流量传感器，请参阅图1和图9，包括具有检测腔体20a的封装体以及设置于检测腔体20a内的mems芯片23。
49.封装体具有气流入口20b以及气流出口20c，气流从气流入口20b流入检测腔体20a，并从气流出口20c流出检测腔体20a。
50.请参阅图1和图9，封装体包括基板24、封装侧壁21以及能够透过可见光或红外光的盖板22。
51.mems芯片23贴装于基板24上，基板24具有外端子241，外端子241与mems芯片23电气连接。
52.mems芯片23通过外端子241与外界进行电信号交互，例如，通过外端子241输入电能，和/或，通过外端子241向外输出mems芯片23产生的电信号等。
53.外端子241的具体结构形式不限，例如，一些实施例中，外端子241构造为焊盘。
54.封装侧壁21固定于基板24上且环绕mems芯片23。
55.请参阅图6，mems芯片23位于封装侧壁21围设的区域内，外端子241位于封装侧壁21围设的区域之外。具体地，外端子241位于检测腔体20a的外部，mems芯片23位于检测腔体20a的内部。
56.示例性地，外端子241的数量为多个，其中一部分用于输入电能，另一部分用于传输mems芯片23产生的电信号。
57.盖板22封闭封装侧壁21的远离基板24的一端。
58.基板24、封装侧壁21以及盖板22共同围设出检测腔体20a。
59.检测腔体20a属于一个封闭腔，除了上述气流入口20b和气流出口20c之外，检测腔体20a的其余部位均不透气。
60.示例性地，mems芯片23的工作原理：当没有气体介质流过mems芯片时，mems芯片周围保持稳定的温度场(温度分布)，当气体介质流过mems芯片时，温度场因为气体介质带走热量导致局部温度重新分布。局部温度场的变化量取决于气体介质的质量及流速。集成在mems芯片上的检测元件对此温度分布进行测量，测量信号从外端子241输出，经过信号处理电路处理，可测量实际的气体介质质量流量。
61.需要说明的是，mems芯片23对检测腔体20a的容积比较敏感，如果同一批次或不同批次的各个mems气体质量流量传感器的检测腔体20a的容积有波动，则会导致mems气体质量流量传感器的批量一致性较差。
62.而检测腔体20a的容积的关键控制因素为封装侧壁的高度、周向长度。
63.本技术实施例的mems气体质量流量传感器，当mems气体质量流量传感器封装完成后，可以在生产线上采用光学测量仪对封装侧壁21的高度、周向长度等尺寸进行非接触式测量。例如，如果检测出来的尺寸明显偏离设计尺寸，则需要调节生产过程中的参数，直至检测出来的尺寸符合设计标准，保障mems气体质量流量传感器的批量一致性。
64.光学测量仪可以采用现有技术中的任意一种测量仪，在此不做限制。
65.可以理解的是，采用可见光或者红外光作为检测光线，没有电离辐射，基本不会对操作人员造成危害，且也不需要额外的防辐射措施，降低生产成本。
66.盖板22的具体材质不限。
67.示例性地，盖板22为有机玻璃盖板，也就是说，盖板22采用有机玻璃(polymethyl methacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)制成。有机玻璃具有较好的力学性能以及相对较低的价格，能够降低mems气体质量流量传感器的成本。
68.气流入口20b可以设置于检测腔体20a的任意一个侧壁上；和/或，气流出口20c可以设置于检测腔体20a的任意一个侧壁上。
69.检测腔体20a的侧壁包括：盖板22朝向检测腔体20a的部位，封装侧壁21朝向检测腔体20a的部位，基板24朝向检测腔体20a的部位。
70.也就是说，气流入口20b可以设置于盖板22上、封装侧壁21上、或者，基板24上。
71.气流出口20c可以设置于盖板22上、封装侧壁21上、或者，基板24上。
72.一些实施例中，气流入口20b和气流出口20c设置于检测腔体20a的不同侧壁上。例如，气流入口20b和气流出口20c设置于封装侧壁21的不同侧；再例如，气流入口20b和气流出口20c的其中之一设置于盖板22上，其中另一设置于基板24上等。
73.另一些实施例中，气流入口20b和气流出口20c设置于检测腔体20a的同一个侧壁上。例如，请参阅图9和图10，气流入口20b和气流出口20c均设置于盖板22上，或者，请参阅图1和图2，气流入口20b和气流出口20c均设置于基板24上、或者，均设置于封装侧壁21的同一侧。
74.该实施例中，便于将设置有气流入口20b和气流出口20c的侧壁贴装在主气路10a的一侧，如此，便于直接在主气路10a的旁侧形成支气路，减少气流从主气路10a流向支气路的流动路径，也减小气路零部件。
75.一具体实施例中，请参阅图1和图2，气流入口20b和气流出口20c均设置于基板24上。如此，可以直接将基板24贴装在主气路10a的旁侧。在贴装盖板22时，即使用力按压盖板22，mems芯片23几乎不受力，因此不会损伤mems芯片23，对mems芯片23起到较好的保护作用。
76.mems芯片23、气流入口20b、气流出口20c之间的布置关系不限，只要能够使得进入检测腔体20a中的气流能够流经mems芯片23即可。例如，三者在基板24上呈三角形布置。
77.示例性地，请参阅图3、图6，mems芯片23布置于气流入口20b和气流出口20c之间，且三者沿同一直线布置。该实施例中，mems芯片23位于气流入口20b向气流出口20c的气流流动路径上，能够使得mems芯片23检测更加准确。一些实施例中，三者沿主气路10a的延伸方向直线布置，能够使得支气路封装体沿主气路10a方向具有较大的安装尺寸。
78.示例性地，mems芯片23布置于气流入口20b和气流出口20c之间的中间位置处。也就是说，mems芯片23大致位于气流入口20b和气流出口20c之间的/处。该实施例中，在满足
空间要求的情况下，能够使得结构布局更加合理、紧凑。
79.示例性地，请参阅图3和图11，基板24沿第一方向的尺寸大于沿第二方向的尺寸，气流入口20b、mems芯片23以及气流出口20c沿第一方向布置，且mems芯片23位于气流入口20b以及气流出口20c之间。其中，第一方向和第二方向正交，其中，第一方向为主气路10a的气流流动方向。如此，基板24能够沿着主气路10a的流动方向布置，减小mems气体质量流量传感器在基板24所在平面且垂直于主气路10a方向的尺寸。
80.示例性地，请参阅图3和图11，外端子241位于封装侧壁21沿第一方向的外侧。也就是说，外端子241和封装侧壁21沿第一方向并排布置，外端子241能够充分利用基板24在第一方向上的尺寸空间。
81.示例性地，外端子241的数量为多个，多个外端子241沿第二方向间隔布置。如此，多个外端子241能够充分利用基板24的沿第二方向的端部的尺寸，紧凑地排布。
82.可以理解的是，封装侧壁21和基板24之间需要密封连接。密封连接的具体方式不限。
83.示例性地，封装侧壁21和基板24粘接。具体地，向两者的对接处打胶，待粘胶固化后，即可将封装侧壁21和基板24密封地粘接在一起。
84.示例性地，一些实施例中，盖板22和封装侧壁21粘接。盖板22和封装侧壁21为两个不同的零部件，并通过粘接的方式密封地连接在一起。
85.该实施例中，盖板22和封装侧壁21的材质可以相同，也可以不同。
86.另一些实施例中，封装侧壁21和盖板22为一体成型结构。该实施例中，封装侧壁21和盖板22的材质相同。
87.封装侧壁21的材质不限，但是，封装侧壁21需要具有足够的结构强度，在使用过程中，不易发生弹性或塑性形变，在封装过程中承受按压力时，不易遭受破坏。
88.示例性地，封装侧壁21为金属环。例如，金属环可以由金属材料通过腐蚀、冲压等工艺成型出来。
89.金属材质的封装侧壁21，具有较好的尺寸稳定性，在长期使用过程中也能保持结构尺寸不发生变化，提升mems气体质量流量传感器的长期一致性。
90.基板24可以为陶瓷基板24或pcb板(printed circuit boards，印刷电路板)。
91.请参阅图2和图10，本技术实施例提供一种气体流量检测装置，包括主管材10以及本技术任意实施例的mems气体质量流量传感器。
92.主管材10内部形成有主气路10a，主管材10的管壁设置有第一气流口10b和第二气流口10c。也就是说，主气路10a连通第一气流和第二气流口10c。
93.封装体固定于主管材10的管壁上，气流入口20b和第一气流口10b密封对接，气流出口20c和第二气流口10c密封对接。
94.主气路10a中的部分气流依次流经第一气流口10b、气流入口20b进入检测腔体20a中，并依次从气流出口20c、第二气流口10c流回主气路10a。
95.也就是说，该实施例中，mems气体质量流量传感器中的检测腔体20a、气流入口20b和气流出口20c形成支气路，主气路10a中的部分气流流经支气路，并再次返回主气路10a中。
96.图2和图10中的虚线和箭头示意气流流向支气路的流动路径，实线和箭头示意气
流在主气路中的流动路径。
97.本技术实施例的气体流量检测装置，封装体贴装在主管材10的管壁上，无需采用其他气路管路进行连接，结构简单，封装体积较小。
98.示例性地，第一气流口10b的孔径大于气流入口20b的孔径；和/或，第二气流口10c的孔径大于气流出口20c的孔径。
99.一方面，在封装体与主管材10对接时，封装体的安装位置有较大的容错度，降低装配精度要求；另一方面，第一气流口10b和/或第二气流口10c不会影响支气路的流量，不会影响mems芯片23的检测准确度。
100.以下结合附图对两种实施例的mems气体质量流量传感器及对应的气体流量检测装置进行介绍。
101.第一实施例
102.请参阅图1至图8所示的mems气体质量流量传感器。
103.先制作图3中的基板24，基板24可以为pcb板或陶瓷基板等。在基板24上预留两个开口，两个开口分别作为气流入口20b和气流出口20c。
104.将mems芯片23固定在基板24中心，并打线连接mems芯片23与基板24上的导电路径。
105.将封装侧壁21固定在图3所示的基板24上，例如，使用胶、daf(die attach film)膜等将封装侧壁21固定在基板24上，形成图6和图7所示的结构。
106.将盖板22贴装至封装侧壁21远离基板24的一端。得到如图8和图1所示的mems气体质量流量传感器。
107.将第一实施例的mems气体质量流量传感器中的基板24贴装至主管材10的侧壁，得到如图2所示的气体流量检测装置。
108.第二实施例
109.请参阅图9至图12所示的mems气体质量流量传感器。
110.先制作图11中的基板24，基板24可以为pcb板或陶瓷基板等。与上述第一实施例不同的是，该第二实施例中的基板24上没有预留两个开口。
111.将mems芯片23固定在基板24中心，并打线连接mems芯片23与基板24上的导电路径。
112.将封装侧壁21固定在基板24上，例如，使用胶、daf(die attach film)膜等将封装侧壁21固定在基板24上。
113.制作盖板22，盖板22上预留两个开口，两个开口分别作为气流入口20b和气流出口20c。
114.将盖板22贴装至封装侧壁21远离基板24的一端。得到如图12所示的mems气体质量流量传感器。
115.将第二实施例的mems气体质量流量传感器中的盖板22贴装至主管材10的侧壁，得到如图10所示的气体流量检测装置。
116.在本技术的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术实施例的至少一个实施例或示例中。在本技术中，对上述术语的示意性表述不
是必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本技术中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合。
117.以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。