CN111337187A - 一种微差压模组的封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微差压模组的封装结构，属于微差压测量技术领域。本发明所提供的微差压模组的封装结构包括微压差传感器模组，微压差传感器模组包括衬底、第一温度测量机构、微加热器和第二温度测量机构，微压差传感器模组内设置有气体微流道，气体微流道在微压差传感器模组的表面上形成进气孔和出气孔，第一温度测量机构、微加热器和第二温度测量机构通过半导体工艺集成在衬底上，并沿气流方向依次等间距设置在气体微流道内。该基于热式流量原理的微差压模组的封装结构的气体微流道具有高气阻性，从而提高了使用范围，且通过半导体工艺实现封装减少了整个封装结构的尺寸和成本，提高了可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及微差压测量技术领域，尤其涉及一种微差压模组的封装结构。
背景技术
随着电子技术的迅速发展，微差压的测量及控制在电子设备和家用电器中应用越来越广泛。目前市面上用于测量微差压的主要部件微压差模组主要包括两种类型，其中一种类型是机械式，其常用于燃气热水器、壁挂炉等家用电器中以作为确保其正常工作的保护装置。该种微压差模组主要由将正压腔体和负压腔体隔开的皮膜组成，当有压力源时，位于正压腔体和负压腔体之前的皮膜会发生移动，从而触动微动开关以达到开关目的。这种机械式的风压开关精度低，而且皮膜容易被沾污和老化，可靠性和稳定性均较差，因而风压开关出现故障的频率非常高。
另一种微压差模组是基于压力敏感原理的差压传感器，其常用于电子烟中以确保烟油量合适。在电子烟应用中，烟油量的大小往往通过用户吸力大小产生的差压值来确定，这种差压一般都小于500Pa。而这种基于压力敏感的差压传感器零点稳定性差，尤其对于测量在500Pa以下的超低差压时，其灵敏度低、测量精度差。
当然除了上述两种结构外，市面上也有第三种基于热式流量原理的用于测量微差压的微压差模组，该种微压差模组虽然能够克服上述两种微压差模组的缺陷，但这种结构都是采用低气阻结构，直接测量流量的方法，仅适用于干净气体的微差压测量。此外，该种基于热式流量原理的微压差模组在封装时尺寸较大，从而导致成本增大，产品的一致性和可靠性降低。
因此，如何提出一种能够克服上述不足的基于热式流量原理的微差压模组的封装结构是现在亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微差压模组的封装结构，不仅具有高气阻性，使用范围较广，且尺寸小、成本低、可靠性高。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种微差压模组的封装结构，包括：
微差压传感器模组，所述微差压传感器模组内设置有气体微流道，且所述气体微流道在所述微差压传感器模组的表面上形成进气孔与出气孔；
所述微差压传感器模组还包括衬底、第一温度测量机构、微加热器和第二温度测量机构，所述第一温度测量机构、所述微加热器和所述第二温度测量机构通过半导体工艺集成在所述衬底上，并沿气流方向依次等间距设置在所述气体微流道内。
作为优选，所述微差压传感器模组还包括盖板，所述盖板扣装在所述衬底的顶部，所述气体微流道的部分结构位于所述衬底内，部分结构位于所述盖板内，并在所述盖板或者所述衬底的表面形成所述进气孔与所述出气孔。
作为优选，所述衬底上沿高度方向贯穿设置有第一微流道和第二微流道；
所述盖板与所述衬底的顶面之间形成第三微流道，所述第一微流道、所述第三微流道和第二微流道依次连通形成所述气体微流道，所述第一温度测量机构、所述微加热器和所述第二温度测量机构沿气流方向等间距设置在所述第三微流道内。
作为优选，所述衬底上设置有第一微流道和第二微流道，所述第一微流道的一端在所述衬底的左侧壁上形成所述进气孔，另一端贯穿所述衬底的顶面设置，所述第二微流道的一端在所述衬底的右侧壁上形成所述出气孔，另一端贯穿所述衬底的顶面设置；
所述盖板与所述衬底的顶面之间形成第三微流道，所述第一微流道、所述第三微流道和第二微流道依次连通形成所述气体微流道，所述第一温度测量机构、所述微加热器和所述第二温度测量机构沿气流方向等间距设置在所述第三微流道内。
作为优选，所述气体微流道设置在所述衬底和所述盖板之间，并在所述盖板的一侧壁上形成所述进气孔，在所述盖板的另一侧壁上形成所述出气孔。
作为优选，所述微差压模组的封装结构还包括：
基板，所述衬底设置在所述基板上，所述基板上间隔设置有第四微流道和第五微流道，所述第四微流道的一端与所述气体微流道的所述进气孔连通，另一端与所述微差压模组的封装结构的进气口连通，所述第五微流道的一端与所述气体微流道的所述出气孔连通，另一端与所述微差压模组的封装结构的出气口连通。
作为优选，所述微差压模组的封装结构还包括：
基板，所述衬底设置在所述基板上。
作为优选，所述微差压模组的封装结构还包括：
基板，所述衬底设置在所述基板上，所述衬底和所述基板的交界处设置有至少两个缺口，以形成所述进气孔和所述出气孔。
作为优选，所述进气口和所述出气口均设置在所述基板上。
作为优选，所述第四微流道与所述进气口之间通过第一管路连通；和/或
所述第五微流道与所述出气口之间通过第二管路连通。
作为优选，所述微差压模组的封装结构还包括：
外壳，所述外壳扣装在所述基板上，所述微差压传感器模组位于所述外壳内，所述外壳的内壁与所述微差压传感器模组的外壁之间形成气腔，所述气腔包括相互隔离的进气腔和出气腔，所述外壳上设置有所述进气口和所述出气口，所述进气口和所述进气腔连通，所述出气口和所述出气腔连通。
作为优选，所述外壳包括顶壳，所述顶壳扣装在所述基板的上方，所述顶壳内设置有隔离所述进气腔和所述出气腔的隔离板，所述进气口和所述出气口均位于所述顶壳上，并位于所述隔离板的两侧。
作为优选，所述隔离板为U型板，所述U型板包括横板和凸设在所述横板两端的竖板，所述横板位于所述盖板的顶面和所述顶壳的顶壁之间，两个所述竖板分别位于所述衬底、所述盖板的两个共面侧壁和所述顶壳的两个内侧壁之间；或者
所述隔离板为平板结构，所述平板结构位于所述微差压传感器模组和所述第五微流道的出口之间，且所述平板结构的顶壁、两个侧壁分别与所述顶壳的内顶壁、两个内侧壁密封连接，所述平板结构的底壁与所述基板的顶面密封连接。
作为优选，所述外壳包括顶壳和底壳，所述顶壳扣装在所述基板的上方，所述微差压传感器模组位于所述顶壳内，所述底壳扣装在所述基板的下方，所述顶壳和所述微差压传感器模组的外壁之间形成所述进气腔，所述底壳内部空间形成所述出气腔，所述基板上设置有连通所述进气腔和所述出气腔的通道，所述进气口设置在所述顶壳上，所述出气口设置在所述底壳上。
作为优选，所述第四微流道为U型流道，包括依次连接的第一竖流道、第一横流道和第二竖流道，所述第一竖流道与所述气体微流道的所述进气孔连通，所述第二竖流道与所述微差压模组的封装结构的所述进气口连通；和/或
所述第五微流道为U型流道，包括依次连接的第三竖流道、第二横流道和第四竖流道，所述第三竖流道与所述气体微流道的所述出气孔连通，所述第四竖流道与所述微差压模组的封装结构的所述出气口连通。
作为优选，所述衬底上设置有空腔。
作为优选，所述基板上设置有第六微流道，所述第六微流道贯穿所述基板设置，并与所述空腔连通。
作为优选，所述第四微流道的孔径不大于0.5mm；和/或
所述第五微流道的孔径不大于0.5mm；和/或
所述第四微流道的气流阻抗不小于3kPa/sccm；和/或
所述第五微流道的气流阻抗不小于3kPa/sccm。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种微差压模组的封装结构，该微差压模组的封装结构包括微压差传感器模组，微压差传感器模组包括衬底、第一温度测量机构、微加热器和第二温度测量机构，微压差传感器模组内设置有气体微流道，气体微流道在微压差传感器模组的表面上形成进气孔和出气孔，第一温度测量机构、微加热器和第二温度测量机构通过半导体工艺集成在衬底上，并沿气流方向依次等间距设置在气体微流道内。该基于热式流量原理的微差压模组的封装结构通过在微压差传感器模组内设置有气体微流道，气体微流道具有高气阻性，从而提高了使用范围，且通过半导体工艺将第一温度测量机构、微加热器和第二温度测量机构集成在衬底上，减少了整个封装结构的尺寸和成本，提高了可靠性。
附图说明
图1是本发明实施例一所提供的微差压模组的封装结构的第一剖视图；
图2是本发明实施例一所提供的微差压模组的封装结构的第二剖视图；
图3是本发明实施例一所提供的微差压模组的封装结构沿图1中A-A方向的剖视图；
图4是本发明实施例一所提供的微差压模组的封装结构的隔离板为平板的结构示意图；
图5是本发明实施例二所提供的微差压模组的封装结构设置有底壳的结构示意图一；
图6是本发明实施例二所提供的微差压模组的封装结构设置有底壳的结构示意图二；
图7是本发明实施例三所提供的微差压模组的封装结构的剖视图；
图8是本发明实施例四所提供的微差压模组的封装结构的剖视图。
图中：
1、衬底；101、空腔；2、盖板；3、气体微流道；301、第一微流道；302、第二微流道；303、第三微流道；4、微加热器；5、第一温度测量机构；6、第二温度测量机构；7、基板；701、第四微流道；702、第五微流道；703、第六微流道；8、顶壳；9、隔离板；10、进气腔；11、出气腔；12、进气口；13、出气口；14、底壳。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
本实施例提供了一种微差压模组的封装结构，该微差压模组的封装结构基于热式流量原理，是微压差测量装置对微差压进行精确地测量的主要部件。相较于现有技术中基于热式流量原理的微差压模组，本实施例提供的微差压模组的封装结构不仅在具有高气阻性，使用范围广，且封装尺寸小，成本低，产品的一致性和可靠性均较高。
如图1至图3所示，该微差压模组的封装结构包括微差压传感器模组。微差压传感器模组是该微差压模组的封装结构的主要测量单元，其具体包括衬底1、微加热器4、第一温度测量机构5和第二温度测量机构6。微差压传感器模组内设置有气体微流道3，气体微流道3的一端在微差压传感器模组的表面上形成进气孔，另一端在微差压传感器模组的表面上形成出气孔，气体微流道3的进气孔可作为整个微差压模组的封装结构的进气口12使用，也可通过其他通道与微差压模组的封装结构的进气口12连通，气体微流道3的出气孔可作为整个微差压模组的封装结构的出气口13使用，也可通过其他通道与微差压模组的封装结构的出气口13连通。第一温度测量机构5、微加热器4和第二温度测量机构6通过半导体工艺集成在衬底1上，并沿气体微流道3内部的气流方向等间距设置在气体微流道3内。
当微差压传感器模组的气体微流道3内部没有气体流过时，微加热器4周边的温度呈对称分布，此时位于微加热器4上游和下游的第一温度测量机构5和第二温度测量机构6的温度值相等。而在气体进入气体微流道3后，气体依次经过第一温度测量机构5、微加热器4和第二温度测量机构6后，基于热传导原理，气体经过微加热器4表面时，由于气体流动会带走一部分热量，从而使微加热器4的沿气体流道方向的两侧的温度场产生变化，使微加热器4两侧的温度出现不对称性。也就是说，当有气流经过微加热器4时，第一温度测量机构5和第二温度测量机构6处测得的温度不同，两者之间具有温度差。而且基于热传导原理，流过微加热器4表面的气体流速越大，第一温度测量机构5和第二温度测量机构6处测得的温度的不对称性越明显，且温度差与流速之间具有固定的函数关系。现有的热式流量计的测量原理即基于该函数关系，该函数关系跟与第一温度测量机构5、第二温度测量机构6连接的测量电路相关，其为现有技术，在此不做赘述。
由于该微差压传感器模组的气体微流道3采用具有高气阻性的微流道，因此通过微加热器4的表面的流速极小，因此可大大提高抗油烟、颗粒及水汽等污染的性能。相比其它结构具有更好抗污染性能，使得其应用范围不限于干净气体介质、干净环境的应用，也特别适用于有一定油污、颗粒和水汽的微差压低于500Pa的应用，如电子烟烟量控制、燃气热水器及壁挂炉的风压控制、空气净化器过滤网检测以及HVAC等，从而在极大程度上提高了整个结构的使用范围。此外，该封装结构通过采用半导体工艺将第一温度测量机构5、微加热器4和第二温度测量机构6集成在衬底1上，减少了整个封装结构的尺寸和成本，提高了整个结构的一致性和可靠性。
此外，包括该微差压模组的封装结构的微压差测量装置需要配合温度差流速转换单元和流速压力转换单元以获得测得微压差的具体值。具体地，温度差流速转换单元内设置有包括上述函数关系的控制程序和测量电路，温度差流速转换单元与第一温度测量机构5和第二温度测量机构6均电连接，其通过运行控制程序能够获得与第一温度测量机构5和第二温度测量机构6之间的温度差对应的气体微流道3内的气流流速。即可以通过温度的不对性得出气体流速，且当第一温度测量机构5和第二温度测量机构6之间的温度差越大时，能够获得一个较大的气流流速；而当第一温度测量机构5和第二温度测量机构6之间的温度差越小时，能够获得一个较小的气流流速。由于上述控制程序可采用现有的热式流量计内的控制程序，其为现有技术，因此在此不做赘述。
流速压力转换单元根据能量守恒原理能够获得与上述获得的气体流速对应的气体微流道3的进气孔和出气孔之间的微压差，即获得微差压模组的封装结构的进气口12和微差压模组的封装结构的出气口13之间的微差压。能量守恒原理的公式为：
其中，ρ、g、h均为定值，v为上述气流流速，P即代表微差压。根据该能量守恒原理以及上述气体流速即可获得微差压，且当流过气体微流道3的气体流速越大时，进气口12和出气口13之间的微差压越大；而当流过气体微流道3的气体流速越小时，进气口12和出气口13之间的微差压越小。
温度差流速转换单元和流速压力转换单元均可以为控制器，控制器可以是集中式或分布式的控制器，比如，控制器可以是一个单独的单片机，也可以是分布的多块单片机构成，单片机中可以运行特定的控制程序，进而快速、准确地获得诸如气流流速v和微差压p等相关参数。
如图1所示，在本实施例中，该微差压传感器模组还包括盖板2。衬底1和盖板2通过晶圆级封装在一起，从而形成微差压传感器模组。具体地，衬底1为采用硅材制成的块状结构，其上沿高度方向贯穿设置有第一微流道301和第二微流道302。可选地，第一微流道301和第二微流道302沿衬底1的高度方向贯穿设置。进一步可选地，第一微流道301和第二微流道302为平行设置的柱状通道。柱状通道易于制造、且便于气体流通。
盖板2扣装在衬底1的顶部，且盖板2与衬底1的顶面之间形成第三微流道303。具体地，盖板2为采用硅材制成的盖状结构，在盖板2的下底面上设置有通过硅微加工半导体工艺形成的U型的凹槽结构，凹槽结构的内顶壁、内侧壁与衬底1的顶面之间形成第三微流道303。第一微流道301和第二微流道302连通于第三微流道303的两端，第一微流道301、第三微流道303和第二微流道302依次连通形成供气体流过的气体微流道3。在本实施例中，第一微流道301和第二微流道302的形状相同，并对称设置在第三微流道303的两端，第一微流道301和第二微流道302中任一个可以作为气体进入气体微流道3的入气通道或者出气通道。为了便于介绍，在本实施例中，第一微流道301作为入气通道，第二微流道302作为出气通道。
在本实施例中，第一温度测量机构5、微加热器4和第二温度测量机构6沿微差压模组的封装结构内部的气流方向等间距设置在第三微流道303内。在本实施例中，第一温度测量机构5靠近第一微流道301设置，第二温度测量机构6靠近第二微流道302设置。可选地，第一温度测量机构5、微加热器4和第二温度测量机构6均设置在衬底1的顶面上。进一步可选地，在本实施例中，第一温度测量机构5和第二温度测量机构6均为温度传感器。
可选地，为了实现微差压模组的封装结构的封装以及进一步提高该微差压模组的封装结构的抗污染性能，该微差压模组的封装结构还包括基板7。如图1所示，基板7为呈长方体状的板状结构，其可以采用FR4级别的PCB制成，或者采用陶瓷材料制成。微差压传感器模组设置在基板7上，气体微流道3的进气孔和出气孔也可以设置在基板7和衬底1的交界处。具体地，可以在衬底1和基板7的交界处设置至少两个缺口，以形成进气孔和出气孔。可选地，缺口可以单独设置在衬底1或者基板7上，当然也可以同时设置在衬底1和基板7上，以拼接形成进气孔和出气孔。
在本实施例中，为了便于气流进出微差压传感器模组，在基板7上设置有第四微流道701和第五微流道702，并将第四微流道701的一端与气体微流道3的进气孔连通，另一端与微差压模组的封装结构的进气口12连通；并将第五微流道702的一端与气体微流道3的出气孔连通，另一端与微差压模组的封装结构的出气口13连通。
在本实施例中，第四微流道701和第五微流道702均具有高气阻性，第四微流道701的气流阻抗不小于3kPa/sccm，第五微流道702的气流阻抗不小于3kPa/sccm。可选地，第四微流道701的孔径不大于0.5mm，例如可以为0.1mm、0.2mm或者0.5mm；第五微流道702的孔径不大于0.5mm，例如可以为0.1mm、0.2mm或者0.5mm，以使第四微流道701和第五微流道702具有高气阻性。
可选地，如图1所示，第四微流道701为U型流道，以使气流在进入第一微流道301前，需要在第四微流道701内经过多次拐弯，从而使气流中的异物能够被第四微流道701的折弯内壁阻挡，进一步提高该微差压模组的封装结构的抗污染性。具体地，第四微流道701依次连接的第一竖流道、第一横流道和第二竖流道，第一竖流道与气体微流道3的进气孔连通，第二竖流道与微差压模组的封装结构的进气口12连通。当然在其他实施例中，第四微流道701也可以为具有更多个拐角的蛇形流道或者其他形状的流道。
可选地，在本实施例中，将第五微流道702同样设计成U型流道，以提高在将第二微流道302作为入气通道使用时该微差压模组的封装结构的抗污染性。具体地，如图1所示，第五微流道702为U型流道，包括依次连接的第三竖流道、第二横流道和第四竖流道，第三竖流道与气体微流道3的出气孔连通，第四竖流道与微差压模组的封装结构的出气口13连通。当然在其他实施例中，第五微流道702也可以为具有更多个拐角的蛇形流道或者其他形状的流道。第四微流道701和第五微流道702的形状可以相同，也可以不同，优选相同，以具有对称性，从而提高该微差压模组的封装结构的使用便利性。第四微流道701和第五微流道702的孔径可以相同，也可以不同，根据需求进行设定。
进一步地，该微差压模组的封装结构还包括外壳，外壳为采用金属或者塑料制成的立方体盒状结构，外壳用于实现该微差压模组的封装结构的进一步封装，其可以通过粘接或SMT方法与基板7封装在一起。在本实施例中，如图1所示，外壳包括顶壳8，顶壳8扣装在基板7上，微差压传感器模组位于顶壳8和基板7所成的容置空间内。
在本实施例中，顶壳8的内壁与微差压传感器模组的外壁之间形成气腔，气腔包括相互隔离的进气腔10和出气腔11，顶壳8上设置有与进气腔10连通的进气口12和与出气腔11连通的出气口13。第四微流道701的一端与进气腔10连通，另一端与第一微流道301连通；第五微流道702的一端与出气腔11连通，另一端与第二微流道302连通。可选地，如图2所示，进气口12和出气口13可以沿x轴设置在顶壳8上。当然在其他实施例中，也可以如图4所示，根据需求将进气口12和出气口13沿顶壳8的y轴或者z轴设置。或者进气口12和出气口13也可以根据需求设置在基板7上。
通过设置外壳，并形成进气腔10和出气腔11，从而能够使气体通过进气口12进入进气腔10后，依次进入第四微流道701、第一微流道301、第三微流道303、第二微流道302和第五微流道702，随后进入出气腔11后从出气口13出去，整个过程气密性好，有利于提高测量精确度。
当然除了设置外壳形成进气腔10和出气腔11外，还可以直接在第四微流道701的一端与微差压模组的封装结构的进气口12之间设置第一管路，通过第一管路连通第四微流道701和微差压模组的封装结构的进气口12；以及可以直接在第五微流道702的一端与微差压模组的封装结构的出气口13之间设置第二管路，通过第二管路连通第五微流道702和微差压模组的封装结构的出气口13。
为了将气腔隔离形成进气腔10和出气腔11，如图1所示，在气腔内设置有隔离板9。在本实施例中，可以采用呈U型的隔离板9，具体地，如图1所示，呈U型的隔离板9包括横板和凸设在横板两端的竖板，横板位于盖板2的顶面和顶壳8的顶壁之间，两个竖板分别位于微差压传感器模组的两侧，并分别位于微差压传感器模组的衬底1、盖板2的两个共同侧壁和顶壳8的两个内侧壁之间。在本实施例中，呈U型的隔离板9设置在气腔的正中间。
当然除了呈U型的隔离板9外，也可以采用其他形状的隔离板9，例如如图4所示，采用呈平板结构的隔离板9呈平板结构的将隔离板9设置在基板7上，并位于衬底1和盖板2的同一侧。需要注意的是，此时隔离板9需要设置在第五微流道702的出口与衬底1和盖板2之间，且隔离板9的顶壁、两个侧壁分别与顶壳8的内顶壁、两个内侧壁密封连接，隔离板9的底壁与基板7的顶面密封连接。此处的密封连接指的是不会有气体从隔离板9和基板7之间的缝隙、以及隔离板9与顶壳8之间的缝隙内通过，从而保证隔绝效果。
进一步地，如图1所示，在衬底1上设置有空腔101，该空腔101主要起到热隔绝作用，以提高该微差压模组的封装结构的探测灵敏度，降低功耗。在本实施例中，空腔101为倒置的杯状结构，俗称“硅杯”。此时，如图1所示，需要在基板7上设置有第六微流道703，第六微流道703贯穿基板7设置，并与空腔101连通。在基板7上设置第六微流道703能够起到平衡位于硅杯和微加热器4之间薄膜上下两个方向的气压，避免薄膜因压力不平衡而被破坏。第六微流道703的孔径不做具体限制，根据需求测定。当然在其他实施例中，也可以将硅杯正向放置，并在衬底1上位于硅杯和微加热器4之间薄膜上设置连通孔，以同样达到该效果。
本实施例所提供的微差压模组的封装结构通过半导体工艺实现封装具体指的是，通过晶圆级封装将衬底1与盖板2形成微差压传感器模组，再将芯片粘接在基板7上，最后将外壳与装有芯片的基板7封装在一体形成微差压模组的封装结构。本实施例中的包括衬底1、盖板2、基板7和外壳在内的微差压模组的封装结构为对称结构，可以双向测量差压。由于是热式流量原理，其封装体组件在超低差压0-+/-500Pa范围内具有极高灵敏度和精度，可感知到低于+/-0.1Pa的差压，并具有卓越的零点稳定性，几乎无零点漂移。且通过采用圆片级封装形成设置有微流道的微差压传感器模组，使封装体尺寸有效降低，量产成本大大降低，产品一致性和可靠性也明显提高。
实施例二
本实施例提供了一种微差压模组的封装结构，在本实施例中，该微差压模组的封装结构包括微差压传感器模组、基板7和外壳。在本实施例中，微差压传感器模组是该微差压模组的封装结构的主要测量单元，微差压传感器模组包括衬底1、盖板2、微加热器4、第一温度测量机构5和第二温度测量机构6。微差压传感器模组内设置有气体微流道3，气体微流道3的一端在微差压传感器模组的表面上形成进气孔，另一端在微差压传感器模组的表面上形成出气孔。气体微流道3的进气孔可作为整个微差压模组的封装结构的进气口12使用，也可通过其他通道与微差压模组的封装结构的进气口12连通，气体微流道3的出气孔可作为整个微差压模组的封装结构的出气口13使用，也可通过其他通道与微差压模组的封装结构的出气口13连通。
第一温度测量机构5、微加热器4和第二温度测量机构6通过半导体工艺集成在衬底1上，并沿气体微流道3内部的气流方向等间距设置在气体微流道3内。至于衬底1、盖板2、微加热器4、第一温度测量机构5和第二温度测量机构6的具体结构与实施例一中的各部件的结构可以相同，在此不做赘述。
本实施例与实施例一的主要区别在于外壳的结构不同。具体地，在本实施例中，外壳包括顶壳8和底壳14，顶壳8扣装在基板7的上方，微差压传感器模组位于顶壳8内部，底壳14扣装在基板7的下方，顶壳8和微差压传感器模组的外壁之间形成进气腔10，底壳14内部空间形成出气腔11，基板7上设置有连通进气腔10和出气腔11的通道，进气口12设置在顶壳8上，出气口13设置在底壳14上。底壳14的结构与外壳的结构相同，均为矩形壳体，在此不再赘述。
具体地，可以如图5所示，底壳14扣装在基板7的下方，并将第五微流道702贯穿基板7、并与底壳14内部连通设置，以作为连通进气腔10和出气腔11的通道使用。进气口12设置在顶壳8上，出气口13设置在底壳14上。可选地，进气口12和出气口13位于同一侧。在此种结构中，气流从进气口12进入顶壳8内部，并经呈U型设置的第四微流道701流入气体微流道3中，随后经第五微流道702流入底壳14内后，从出气口13流出。
当然除了上述结构外，还可以如图6所示，省略在基板7上开设第四微流道701，并将开设在衬底1上的第一微流道301改道至盖板2的顶部，使第一微流道301的开口向上，从而使气流能够从进气口12进入顶壳8后，直接从开口向上的第一微流道301进入气体微流道3中，随后依次经过第三微流道303、第二微流道302后进入第五微流道702中，最后进入底壳14内后从出气口13流出。当然第一微流道301也可以改道至盖板2的侧部，在此不做赘述。
实施例三
本实施例提供了一种微差压模组的封装结构，在本实施例中，该微差压模组的封装结构包括微差压传感器模组、基板7和外壳。在本实施例中，微差压传感器模组是该微差压模组的封装结构的主要测量单元，微差压传感器模组包括衬底1、盖板2、微加热器4、第一温度测量机构5和第二温度测量机构6。微差压传感器模组内设置有气体微流道3，气体微流道3的一端在微差压传感器模组的表面上形成进气孔，另一端在微差压传感器模组的表面上形成出气孔。
第一温度测量机构5、微加热器4和第二温度测量机构6通过半导体工艺集成在衬底1上，并沿气体微流道3内部的气流方向等间距设置在气体微流道3内。
在本实施例中，第一温度测量机构5、微加热器4和第二温度测量机构6的结构与实施例一中可以相同，因此不做赘述。而本实施例与实施例一的区别在于：本实施例提供的微差压传感器模组中的气体微流道3的形成方式与实施例一中的微差压传感器模组的气体微流道3的形成方式不同。
具体地，如图7所示，衬底1为采用硅材制成的块状结构，衬底1上设置有第一微流道301和第二微流道302，第一微流道301的一端在衬底1的左侧壁上形成进气孔，另一端贯穿衬底1的顶面设置，第二微流道302的一端在衬底1的右侧壁上形成出气孔，另一端贯穿衬底1的顶面设置。盖板2扣装在衬底1的顶部，盖板2与衬底1的顶面之间形成第三微流道303，第一微流道301、第三微流道303和第二微流道302依次连通形成气体微流道3，第一温度测量机构5、微加热器4和第二温度测量机构6沿气流方向等间距设置在第三微流道303内。
在本实施例中，气体从第一微流道301在衬底1的左侧壁上形成进气孔处进入微差压传感器模组内，并沿第一微流道301流入第三微流道303内，再依次经过第一温度测量机构5、微加热器4和第二温度测量机构6后流出第三微流道303，并进入第二微流道302，最后从第二微流道302在衬底1的右侧壁上形成的出气孔处流出整个微差压传感器模组。
可选地，第一微流道301和第二微流道302可以为L型流道，或者曲线型流道。
在本实施例中，根据需求可以设置基板7和外壳，基板7和外壳的结构可以与实施例一中相同，也可以根据需求进行适当变形，在此不做赘述。
实施例四
本实施例提供了一种微差压模组的封装结构，在本实施例中，该微差压模组的封装结构包括微差压传感器模组、基板7和外壳。在本实施例中，微差压传感器模组是该微差压模组的封装结构的主要测量单元，微差压传感器模组包括衬底1、盖板2、微加热器4、第一温度测量机构5和第二温度测量机构6。微差压传感器模组内设置有气体微流道3，气体微流道3的一端在微差压传感器模组的表面上形成进气孔，另一端在微差压传感器模组的表面上形成出气孔。
第一温度测量机构5、微加热器4和第二温度测量机构6通过半导体工艺集成在衬底1上，并沿气体微流道3内部的气流方向等间距设置在气体微流道3内。
在本实施例中，第一温度测量机构5、微加热器4和第二温度测量机构6的结构与实施例一中可以相同，因此不做赘述。而本实施例与实施例一的区别在于：本实施例提供的微差压传感器模组中的气体微流道3的形成方式与实施例一中的微差压传感器模组的气体微流道3的形成方式不同。
具体地，如图8所示，衬底1为采用硅材制成的块状结构，气体微流道3设置在衬底1和盖板2之间，并在盖板2的一侧壁上形成进气孔，在盖板的另一侧壁上形成出气孔。可选地，可以在衬底1的顶面上和盖板2的底面上设置凹陷结构，两个凹陷结构拼接形成允许气体流过的气体微流道3。第一温度测量机构5、微加热器4和第二温度测量机构6沿气流方向等间距设置在两个凹陷结构拼接形成的气体微流道3内。
在本实施例中，气体从进气孔处进入气体微流道3内，并依次经过第一温度测量机构5、微加热器4和第二温度测量机构6后从出气孔处流出整个微差压传感器模组。
可选地，两个凹陷结构拼接形成的允许气体流过的气体微流道3可以为直线型流道或者曲线型流道。
在本实施例中，根据需求可以设置基板7和外壳，基板7和外壳的结构可以与实施例一中相同，也可以根据需求进行适当变形，在此不做赘述。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (18)
1.一种微差压模组的封装结构，其特征在于，包括：
微差压传感器模组，所述微差压传感器模组内设置有气体微流道(3)，且所述气体微流道(3)在所述微差压传感器模组的表面上形成进气孔与出气孔；
所述微差压传感器模组包括衬底(1)、第一温度测量机构(5)、微加热器(4)和第二温度测量机构(6)，所述第一温度测量机构(5)、所述微加热器(4)和所述第二温度测量机构(6)通过半导体工艺集成在所述衬底(1)上，并沿气流方向依次等间距设置在所述气体微流道(3)内。
2.根据权利要求1所述的微差压模组的封装结构，其特征在于，所述微差压传感器模组还包括盖板(2)，所述盖板(2)扣装在所述衬底(1)的顶部，所述气体微流道(3)的部分结构位于所述衬底(1)内，部分结构位于所述盖板(2)内，并在所述盖板(2)或者所述衬底(1)的表面形成所述进气孔与所述出气孔。
3.根据权利要求2所述的微差压模组的封装结构，其特征在于，
所述衬底(1)上沿高度方向贯穿设置有第一微流道(301)和第二微流道(302)；
所述盖板(2)与所述衬底(1)的顶面之间形成第三微流道(303)，所述第一微流道(301)、所述第三微流道(303)和所述第二微流道(302)依次连通形成所述气体微流道(3)，所述第一温度测量机构(5)、所述微加热器(4)和所述第二温度测量机构(6)沿气流方向等间距设置在所述第三微流道(303)内。
4.根据权利要求2所述的微差压模组的封装结构，其特征在于，
所述衬底(1)上设置有第一微流道(301)和第二微流道(302)，所述第一微流道(301)的一端在所述衬底(1)的左侧壁上形成所述进气孔，另一端贯穿所述衬底(1)的顶面设置，所述第二微流道(302)的一端在所述衬底(1)的右侧壁上形成所述出气孔，另一端贯穿所述衬底(1)的顶面设置；
所述盖板(2)与所述衬底(1)的顶面之间形成第三微流道(303)，所述第一微流道(301)、所述第三微流道(303)和所述第二微流道(302)依次连通形成所述气体微流道(3)，所述第一温度测量机构(5)、所述微加热器(4)和所述第二温度测量机构(6)沿气流方向等间距设置在所述第三微流道(303)内。
5.根据权利要求2所述的微差压模组的封装结构，其特征在于，
所述气体微流道(3)设置在所述衬底(1)和所述盖板(2)之间，并在所述盖板(2)的一侧壁上形成所述进气孔，在所述盖板(2)的另一侧壁上形成所述出气孔。
6.根据权利要求2或3所述的微差压模组的封装结构，其特征在于，还包括：
基板(7)，所述衬底(1)设置在所述基板(7)上，所述基板(7)上间隔设置有第四微流道(701)和第五微流道(702)，所述第四微流道(701)的一端与所述气体微流道(3)的所述进气孔连通，另一端与所述微差压模组的封装结构的进气口(12)连通，所述第五微流道(702)的一端与所述气体微流道(3)的所述出气孔连通，另一端与所述微差压模组的封装结构的出气口(13)连通。
7.根据权利要求4或5所述的微差压模组的封装结构，其特征在于，还包括：
基板(7)，所述衬底(1)设置在所述基板(7)上。
8.根据权利要求1所述的微差压模组的封装结构，其特征在于，还包括：
基板(7)，所述衬底(1)设置在所述基板(7)上，所述衬底(1)和所述基板(7)的交界处设置有至少两个缺口，以形成所述进气孔和所述出气孔。
9.根据权利要求6所述的微差压模组的封装结构，其特征在于，
所述进气口(12)和所述出气口(13)均设置在所述基板(7)上。
10.根据权利要求6所述的微差压模组的封装结构，其特征在于，
所述第四微流道(701)与所述进气口(12)之间通过第一管路连通；和/或
所述第五微流道(702)与所述出气口(13)之间通过第二管路连通。
11.根据权利要求6所述的微差压模组的封装结构，其特征在于，还包括：
外壳，所述外壳扣装在所述基板(7)上，所述微差压传感器模组位于所述外壳内，所述外壳的内壁与所述微差压传感器模组的外壁之间形成气腔，所述气腔包括相互隔离的进气腔(10)和出气腔(11)，所述外壳上设置有所述进气口(12)和所述出气口(13)，所述进气口(12)和所述进气腔(10)连通，所述出气口(13)和所述出气腔(11)连通。
12.根据权利要求11所述的微差压模组的封装结构，其特征在于，
所述外壳包括顶壳(8)，所述顶壳(8)扣装在所述基板(7)的上方，所述顶壳(8)内设置有隔离所述进气腔(10)和所述出气腔(11)的隔离板(9)，所述进气口(12)和所述出气口(13)均位于所述顶壳(8)上，并位于所述隔离板(9)的两侧。
13.根据权利要求12所述的微差压模组的封装结构，其特征在于，
所述隔离板(9)为U型板，所述U型板包括横板和凸设在所述横板两端的竖板，所述横板位于所述盖板(2)的顶面和所述顶壳(8)的顶壁之间，两个所述竖板分别位于所述衬底(1)、所述盖板(2)的两个共面侧壁和所述顶壳(8)的两个内侧壁之间；或者
所述隔离板(9)为平板结构，所述平板结构位于所述微差压传感器模组和所述第五微流道(702)的出口之间，且所述平板结构的顶壁、两个侧壁分别与所述顶壳(8)的内顶壁、两个内侧壁密封连接，所述平板结构的底壁与所述基板(7)的顶面密封连接。
14.根据权利要求11所述的微差压模组的封装结构，其特征在于，
所述外壳包括顶壳(8)和底壳(14)，所述顶壳(8)扣装在所述基板(7)的上方，所述微差压传感器模组位于所述顶壳(8)内，所述底壳(14)扣装在所述基板(7)的下方，所述顶壳(8)和所述微差压传感器模组的外壁之间形成所述进气腔(10)，所述底壳(14)内部空间形成所述出气腔(11)，所述基板(7)上设置有连通所述进气腔(10)和所述出气腔(11)的通道，所述进气口(12)设置在所述顶壳(8)上，所述出气口(13)设置在所述底壳(14)上。
15.根据权利要求6所述的微差压模组的封装结构，其特征在于，
所述第四微流道(701)为U型流道，包括依次连接的第一竖流道、第一横流道和第二竖流道，所述第一竖流道与所述气体微流道(3)的所述进气孔连通，所述第二竖流道与所述微差压模组的封装结构的所述进气口(12)连通；和/或
所述第五微流道(702)为U型流道，包括依次连接的第三竖流道、第二横流道和第四竖流道，所述第三竖流道与所述气体微流道(3)的所述出气孔连通，所述第四竖流道与所述微差压模组的封装结构的所述出气口(13)连通。
16.根据权利要求6所述的微差压模组的封装结构，其特征在于，
所述衬底(1)上设置有空腔(101)。
17.根据权利要求16所述的微差压模组的封装结构，其特征在于，
所述基板(7)上设置有第六微流道(703)，所述第六微流道(703)贯穿所述基板(7)设置，并与所述空腔(101)连通。
18.根据权利要求6所述的微差压模组的封装结构，其特征在于，
所述第四微流道(701)的孔径不大于0.5mm；和/或
所述第五微流道(702)的孔径不大于0.5mm；和/或
所述第四微流道(701)的气流阻抗不小于3kPa/sccm；和/或
所述第五微流道(702)的气流阻抗不小于3kPa/sccm。
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2020
- 2020-03-31 CN CN202010245840.XA patent/CN111337187A/zh active Pending
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