一种气体流量计的MEMS芯片封装结构的制作方法

一种气体流量计的mems芯片封装结构
技术领域
1.本技术涉及气体流量质量检测技术领域，尤其涉及一种气体流量计的mems芯片封装结构。


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，封装整体与管路的气路连接处容易漏气，且装配复杂。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术实施例期望提供一种封装体积较小、且密封性能较好的气体流量计的mems芯片封装结构。
5.本技术实施例提供一种气体流量计的mems芯片封装结构，包括：
6.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，所述主管材的外表面一体成型有封装侧壁，所述第一气流口和所述第二气流口位于所述封装侧壁围设的区域内，所述封装侧壁的远离所述管壁的一端具有开口；
7.壳盖，封闭所述封装侧壁的开口，所述壳盖和所述封装侧壁在所述主管材的外表面构造出具有安装腔的支气路封装体，所述安装腔连通所述第一气流口和所述第二气流口并形成支气路；
8.用于检测气体流量的mems芯片，设置于所述安装腔中；
9.外端子，设置于所述支气路封装体的外部，且与所述mems芯片的电气连接。
10.一些实施方案中，mems芯片封装结构包括包裹于所述支气路封装体的外表面的密封包层。
11.一些实施方案中，所述密封包层构造为在所述支气路封装体的外表面灌注树脂而形成。
12.一些实施方案中，所述的树脂为环氧树脂。
13.一些实施方案中，所述mems芯片安装于所述封装侧壁或者所述主管材的外表面。
14.一些实施方案中，所述壳盖由能够透过可见光或红外光的材质制成。
15.一些实施方案中，所述壳盖采用有机玻璃制成。
16.一些实施方案中，所述主管材预埋有金属导电体，所述金属导电体的第一端延伸至所述支气路封装体的外部且与所述外端子电气连接，所述金属导电体的第二端位于所述安装腔内且与所述mems芯片电气连接。
17.一些实施方案中，所述封装侧壁预留有避让缺口，所述mems芯片封装结构包括基板，所述基板上设置有导电路径，所述mems芯片贴装于所述基板上且与所述导电路径电气
连接，所述基板的一端位于所述封装侧壁围设的区域内，所述基板的另一端从所述避让缺口中穿出，所述外端子设置于所述基板上且与所述导电路径电气连接，胶体密封所述避让缺口。
18.一些实施方案中，所述基板为陶瓷基板或pcb板。
19.一些实施方案中，所述胶体构造为在安装所述基板并贴装所述壳盖之后向所述避让缺口灌胶而形成。
20.一些实施方案中，所述mems芯片布置于所述第一气流口和所述第二气流口之间，且三者沿同一直线布置。
21.一些实施方案中，所述mems芯片布置于所述第一气流口和所述第二气流口之间的中间位置处。
22.本技术实施例提供一种气体流量计，包括信号处理电路以及本技术任意实施例所述的mems芯片封装结构，所述信号处理电路与所述外端子电气连接，用于接收所述外端子的电信号并对所述电信号进行处理。
23.本技术实施例提供一种气体流量计的mems芯片封装结构的封装方法，包括：
24.通过模具浇注得到一体成型的注塑件，其中，注塑件包括主管材以及设置在主管材外表面的封装侧壁，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，所述第一气流口和所述第二气流口位于所述封装侧壁围设的区域内，主管材的管壁预埋有金属导电体；
25.在主管材的外表面贴装用于检测气体流量的mems芯片；
26.在封装侧壁远离主管材的一端贴装壳盖。
27.本技术实施例提供一种气体流量计的mems芯片封装结构的封装方法，包括：
28.通过模具浇注得到一体成型的注塑件，其中，注塑件包括主管材以及设置在主管材外表面的封装侧壁，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，所述第一气流口和所述第二气流口位于所述封装侧壁围设的区域内，封装侧壁预留有避让缺口；
29.将贴装有用于检测气体流量的mems芯片的基板安装在主管材的外表面，其中，基板的一端位于封装侧壁围设的区域内，另一端从所述避让缺口中穿出；
30.在封装侧壁远离主管材的一端贴装壳盖；
31.向所述避让缺口灌胶以封闭所述避让缺口。
32.本技术实施例的mems芯片封装结构，由于封装侧壁和主管材为一体成型结构，封装侧壁和主管材的外表面的交界处密封良好，不会漏气，可以省略封装侧壁和主管材的封装工序，装配比较简单；封装侧壁的高度以及围设的空间大小等尺寸可以通过模具来较为精确地确定，有效控制结构尺寸的精确性，使得产品的批量一致性较好。
33.本技术实施例的mems芯片封装结构，由于第一气流口和第二气流口形成在主管材的管壁上，因此，第一气流口和第二气流口处不会漏气。
34.本技术实施例的mems芯片封装结构，主管材的外表面作为安装腔的侧壁的一部分，通过封装侧壁和壳盖直接在主管材的外表面围设出安装腔，如此，可以使得mems芯片封装结构的整体高度更小，封装结构更加紧凑和小型化。
附图说明
35.图1为本技术第一实施例的mems芯片封装结构；
36.图2为本技术第一实施例的mems芯片封装结构的注塑件的示意图；
37.图3为沿图2中a-a方向的剖视图；
38.图4为沿图2中b-b方向的剖视图；
39.图5为在图2所示结构上贴装mems芯片后的示意图；
40.图6为图5所示结构的剖视图，其中，剖切位置与图2中的a-a位置相同；
41.图7为在图5所示结构上贴装壳盖后的示意图；
42.图8为图7所示结构的剖视图，其中，剖切位置与图2中的a-a位置相同；
43.图9为本技术第二实施例的mems芯片封装结构；
44.图10为本技术第二实施例的mems芯片封装结构的注塑件的示意图；
45.图11为沿图10中c-c方向的剖视图；
46.图12为在图10所示结构上贴装基板和mems芯片后的示意图；
47.图13为图12所示结构的剖视图，其中，剖切位置与图10中的c-c位置相同；
48.图14为在图12所示结构上贴装壳盖后的示意图；
49.图15为图14所示结构的剖视图，其中，剖切位置与图10中的c-c位置相同；
50.图16为向图14所示结构中的避让缺口灌胶后的示意图；
51.图17为图16所示结构的剖视图，其中，剖切位置与图10中的c-c位置相同；
52.图18为本技术一实施例的气体流量计的mems芯片封装结构的封装方法的示意图；
53.图19为本技术另一实施例的气体流量计的mems芯片封装结构的封装方法的示意图。
54.附图标记说明
55.主管材10；主气路10a；安装腔10b；第一气流口10c；第二气流口10d；
56.封装侧壁20；避让缺口20a；
57.壳盖30；
58.mems芯片40；
59.基板50；
60.金属导电体60；
61.外端子70；
62.胶体80；
具体实施方式
63.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。
64.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。
65.本技术实施例提供一种气体流量计的mems芯片封装结构，请参阅图1至图17，包括主管材10、壳盖30、外端子70以及用于检测气体流量的mems芯片40。
66.请参阅图1和图9，主管材10的内部形成有主气路10a，主管材10的管壁设置有第一气流口10c和第二气流口10d。也就是说，主气路10a连通第一气流10c和第二气流口10d。
67.主管材10的外表面一体成型有封装侧壁20，请参阅图2、图5、图10、以及图12，第一气流口10c和第二气流口10d位于封装侧壁20围设的区域内，也就是说，封装侧壁20环绕第一气流口10c和第二气流口10d布置。
68.封装侧壁20的远离主管材10的管壁的一端具有开口。
69.请参阅图1、图8、图9、图15和图17，壳盖30封闭封装侧壁20的开口，壳盖30和封装侧壁20在主管材10的外表面构造出具有安装腔10b的支气路封装体，安装腔10b连通第一气流口10c和第二气流口10d并形成支气路。
70.需要说明的是，主管材10和封装侧壁20的一体成型结构与壳盖30为两个分开的结构，壳盖30贴装在封装侧壁20的开口端。
71.第一气流口10c和第二气流口10d中的其中一个作为支气路的气流入口，另一个作为支气路的气流出口。
72.具体地，一些实施例中，主气路10a中的部分气流从第一气流口10c进入安装腔10b中，并从第二气流口10d流回主气路10a。
73.另一些实施例中，主气路10a中的部分气流从第二气流口10d进入安装腔10b中，并从第一气流口10c流回主气路10a。
74.可以理解的是，对于同一个mems芯片封装结构，一些实施例中，支气路的气流流动可以始终只有一个流动方向，例如，请参阅图1和图9，始终只能从第一气流口10c进入安装腔10b中，并从第二气流口10d流回主气路10a；或者，始终只能从第二气流口10d进入安装腔10b中，并从第一气流口10c流回主气路10a。
75.另一些实施例中，对于同一个mems芯片封装结构，支气路的气流流动方向可以反向，例如，一些使用场景中，气流从第一气流口10c进入安装腔10b中，并从第二气流口10d流回主气路10a；另一些使用场景下，气流流动方向反向，气流从第二气流口10d进入安装腔10b中，并从第一气流口10c流回主气路10a。
76.本技术实施例中，以气流从第一气流口10c进入安装腔10b中，并从第二气流口10d流回主气路10a为例进行描述。
77.mems芯片40设置于安装腔10b中。
78.请参阅图7、图14和图16，外端子70设置于支气路封装体的外部，即位于安装腔的外部，且与mems芯片40的电气连接。
79.需要说明的是，安装腔10b属于一个封闭腔，除了上述第一气流口10c和第二气流口10d之外，安装腔10b的其余部位均不透气。
80.mems芯片40通过外端子70与外界进行电信号交互，例如，通过外端子70输入电能，和/或，通过外端子70向外输出mems芯片40产生的电信号等。
81.外端子70的具体结构形式不限，例如，一些实施例中，外端子70构造为焊盘。
82.示例性地，外端子70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40产生的电信号。
83.本技术实施例的mems芯片封装结构，由于封装侧壁20和主管材10为一体成型结构，封装侧壁20和主管材10的外表面的交界处密封良好，不会漏气，可以省略封装侧壁20和主管材10的封装工序，装配比较简单；封装侧壁20的高度以及围设的空间大小等尺寸可以通过模具来较为精确地确定，有效控制结构尺寸的精确性，使得产品的批量一致性较好。
84.本技术实施例的mems芯片封装结构，由于第一气流口10c和第二气流口10d形成在主管材10的管壁上，因此，第一气流口10c和第二气流口10d处不会漏气。
85.本技术实施例的mems芯片封装结构，主管材10的外表面作为安装腔10b的侧壁的一部分，通过封装侧壁20和壳盖30直接在主管材10的外表面围设出安装腔10b，如此，可以使得mems芯片封装结构的整体高度更小，封装结构更加紧凑和小型化。
86.示例性地，mems芯片40的工作原理：当没有气体介质流过芯片时，芯片周围保持稳定的温度场(温度分布)，当气体介质流过芯片时，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70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。
87.封装侧壁20在主管材10的外表面围设的区域的形状不限，例如，圆形、矩形、椭圆形等。
88.示例性地，mems芯片封装结构包括包裹于支气路封装体的外表面的密封包层。也就是说，密封包层包覆于封装侧壁20的外表面和壳盖30的外表面，进一步提升支气路封装体的密封性能，降低支气路封装体的漏气可能性；提升支气路封装体的防水防潮性能，避免水汽进入安装腔10b而影响mems芯片40的可靠性；此外，还能提升支气路封装体的电气绝缘性能。
89.密封包层的具体类型不限。
90.示例性地，密封包层构造为在支气路封装体的外表面灌注树脂而形成。具体地，在支气路封装体封装之后，向支气路封装体的外表面灌注树脂，待树脂固化或者凝结后，树脂可靠性地结合在支气路封装体的外表面，形成密封包层。
91.灌注的树脂的具体类型不限。
92.示例性地，树脂为环氧树脂。环氧树脂优良的物理机械和电绝缘性能，还具有优良的粘接性能，能够可靠性结合在支气路封装体的外表面。
93.mems芯片40可以贴装于安装腔10b的任意一个侧壁。需要说明的是，安装腔10b的侧壁包括：壳盖30朝向安装腔10b的部位，封装侧壁20朝向安装腔10b的部位，主管材10朝向安装腔10b的部位。也就是说，mems芯片40可以贴装于壳盖30的内侧、封装侧壁20的内侧、或者，主管材10的外表面。
94.示例性地，mems芯片40贴装于封装侧壁20或者主管材10的外表面。该实施例中，在贴装壳盖30时，即使用力按压壳盖30，mems芯片40几乎不受力，因此不会损伤mems芯片40，对mems芯片40起到较好的保护作用。
95.示例性地，壳盖30由能够透过可见光或红外光的材质制成。该实施例中，当mems芯片封装结构完成装配后，可以在生产线上采用光学测量仪对封装侧壁20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芯片封装结构的批量一致性。
96.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。
97.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。
98.示例性地，壳盖30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芯片封装结构的成本。
99.mems芯片40、第一气流口10c、第二气流口10d之间的布置关系不限，只要能够使得进入安装腔10b中的气流能够流经mems芯片40即可。例如，三者呈三角形布置。
100.示例性地，请参阅图5和图12，mems芯片40布置于第一气流口10c和第二气流口10d之间，且三者沿同一直线布置。该实施例中，mems芯片40位于第一气流口10c向第二气流口10d的气流流动路径上，能够使得mems芯片40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。
101.示例性地，mems芯片40布置于第一气流口10c和第二气流口10d之间的中间位置处。也就是说，mems芯片40大致位于第一气流口10c和第二气流口10d之间的1/2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。
102.以下结合附图对两种不同的实施例进行介绍。
103.第一实施例
104.图1至图8所示为本技术第一实施例的mems芯片封装结构。
105.请参阅图1，其中，虚线和箭头示意支气路的气流流动路径，实线和箭头示意主气路的气流流动路径。
106.请参阅图2，图2为主管材10和封装侧壁20一体注塑成型后的结构示意图。其中，图2的视角为图1所示结构省略壳盖30和mems芯片40后的俯视视角。
107.请参阅图2和图5，封装侧壁20在主管材10的外表面围设的区域呈一个完整的矩形。
108.主管材10预埋有金属导电体60，也就是说，金属导电体60与主管材10结合在一起。例如，在制造过程中，先将金属导电体60置入主管材10的注塑模具中，之后再向注塑模具中注入液态浇注料，开模后，金属导电体60即预埋在主管材10中。
109.金属导电体60可以是金属线、金属片等。
110.金属导电体60的第一端延伸至支气路封装体的外部且与外端子70电气连接。外端子70可以与金属导电体60作为一体式结构；也可以是分体式结构，并将外端子70焊接在金属导电体60上。
111.金属导电体60的第二端位于安装腔10b内且与mems芯片40电气连接，例如，mems芯片40的引脚焊接在金属导电体60的第二端。
112.请参阅图5，mems芯片40贴装在主管材10的外表面。其中，向图2中的主管材10的外表面贴装mems芯片40后得到图5所示结构。
113.向图5所示结构贴装壳盖30后得到图7所示结构。
114.第二实施例
115.图9至图17所示为本技术第二实施例的mems芯片封装结构。
116.请参阅图9，其中，虚线和箭头示意支气路的气流流动路径，实线和箭头示意主气路的气流流动路径。
117.请参阅图10，图10为主管材10和封装侧壁20一体注塑成型后的结构示意图。其中，图10的视角为图9所示结构省略壳盖30、基板50和mems芯片40后的俯视视角。
118.请参阅图10，封装侧壁20在主管材10的外表面围设的区域呈不连续的结构。
119.请参阅图10和图11，封装侧壁20预留有避让缺口20a。具体地，注塑模具对应避让缺口20a处设置有型芯，注塑后，抽出型芯，在型芯抽出的部位即形成避让缺口20a。
120.请参阅图12，mems芯片封装结构包括基板50，基板50上设置有导电路径。
121.其中，基板50可以为陶瓷基板50或pcb板(printed circuit boards，印刷电路板)。
122.mems芯片40贴装于基板50上且与导电路径电气连接。
123.其中，向图10中的主管材10的外表面贴装带有mems芯片40的基板50后得到图12所示结构。向图12所示结构贴装壳盖30后得到图14所示结构。
124.请参阅图12，基板50的一端位于封装侧壁20围设的区域内，基板50的另一端从避让缺口20a中穿出，即基板50的另一端经避让缺口20a伸出至支气路封装体的外部。
125.外端子70设置于基板50位于支气路封装体的外部的部位上且与导电路径电气连接。
126.请参阅图17，胶体80密封避让缺口20a。也就是说，在安装完基板50之后，需要采用胶体80将避让缺口20a封闭，以保证安装腔10b的密封性能。
127.示例性地，胶体80构造为安装基板50并贴装壳盖30之后向避让缺口20a灌胶而形成。该实施例中，在贴装壳盖30之后向避让缺口20a灌胶，灌胶不影响壳盖30的贴装精度，且能保障避让缺口20a处的封闭可靠性。
128.其中，向图14中的避让缺口20a灌胶后得到图16所示结构。
129.示例性地，壳盖30和封装侧壁20粘接，即采用胶粘的方式进行贴装。
130.需要说明的是，一些实施例中，可以在壳盖30和封装侧壁20的粘胶固化之后，再向避让缺口20a灌胶并固化。另一些实施例中，在壳盖30和封装侧壁20进行打胶后，暂不固化，向避让缺口20a灌胶之后，两者一起固化。
131.本技术实施例提供一种气体流量计，包括信号处理电路以及本技术任意实施例的mems芯片封装结构，信号处理电路与外端子70电气连接，用于接收外端子70的电信号并对电信号进行处理。
132.mems芯片40的测量信号从外端子70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。
133.本技术实施例提供一种气体流量计的mems芯片封装结构的封装方法，请参阅图18，包括：
134.s11：通过模具浇注得到一体成型的注塑件，其中，注塑件包括主管材以及设置在主管材外表面的封装侧壁20，主管材内部形成有主气路，主管材的管壁设置有第一气流口10c和第二气流口10d，第一气流口10c和第二气流口10d位于封装侧壁20围设的区域内，其中，主管材的管壁预埋有金属导电体60。
135.步骤s11中，先将金属导电体60置入主管材的注塑模具中，之后再向注塑模具中注
入液态浇注料，开模后，金属导电体60即预埋在主管材中，成型的注塑件具有上述第一实施例中的封装侧壁20和主管材。
136.具体地，通过步骤s11获得的注塑件的结构如图2所示。
137.s12：在主管材的外表面贴装用于检测气体流量的mems芯片40。
138.具体地，向图2所示的注塑件贴装mems芯片40后得到图5所示结构。
139.s13：在封装侧壁20的顶端贴装壳盖30。
140.具体地，向图5所示的结构贴装壳盖30后得到图7所示结构。
141.该实施例得到的封装方法，不需要对封装侧壁20和主管材进行封装，减少封装工序。在贴装壳盖30的过程中，即使用力按压壳盖30，mems芯片40也不会受力，不易损伤mems芯片40。
142.本技术实施例提供另一种气体流量计的mems芯片封装结构的封装方法，请参阅图19，包括：
143.s21：通过模具浇注得到一体成型的注塑件，其中，注塑件包括主管材以及设置在主管材外表面的封装侧壁20，主管材内部形成有主气路，主管材的管壁设置有第一气流口10c和第二气流口10d，第一气流口10c和第二气流口10d位于封装侧壁20围设的区域内，封装侧壁20预留有避让缺口20a。
144.注塑模具对应避让缺口20a处设置有型芯，注塑后，抽出型芯，在型芯抽出的部位即形成避让缺口20a。
145.具体地，通过步骤s21获得的注塑件的结构如图10所示。
146.s22：将贴装有用于检测气体流量的mems芯片40的基板50安装在主管材的外表面，其中，基板50的一端位于封装侧壁20围设的区域内，基板50的另一端从避让缺口20a中穿出。
147.具体地，向图10所示结构贴装基板50得到图12所示结构。
148.步骤s22中，先将mems芯片40贴装在基板50上，基板50可以是pcb板或者陶瓷基板50。再将贴装有mems芯片40的基板50安装至主管材的外表面。
149.s23：在封装侧壁20远离主管材的一端贴装壳盖30。
150.具体地，向图12所示结构贴装壳盖30得到图14所示结构。
151.s24：向避让缺口20a灌胶以封闭避让缺口20a。
152.具体地，向图14所示结构灌胶后得到图16所示结构。
153.在贴装壳盖30后再向避让缺口20a灌胶，灌胶不影响壳盖30的贴装精度，且能保障避让缺口20a处的封闭可靠性。
154.该实施例得到的封装方法，不需要对封装侧壁20和主管材进行封装，减少封装工序。在贴装壳盖30的过程中，即使用力按压壳盖30，mems芯片40也不会受力，不易损伤mems芯片40。
155.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。
156.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。