流量传感器封装结构及封装方法与流程

1.本发明涉及传感器领域，尤其涉及一种流量传感器封装结构及封装方法。


背景技术：

2.在工业控制、生物医疗、智能家居、汽车、环境监测等领域，通常需要使用流量计对流体的流量进行测量，较为常用的是热式流量计。热式流量计采用热扩散原理，流体经过传感器表面时，随着流体流速增加，带走的热量增多，传感器的温度差将随介质的流速变化而变化，根据温度差与介质流速的比例关系，可得出流体的流量q。
3.目前，热式流量传感器中的传感器芯片比较常用的是mems（micro-electro-mechanical system）芯片，mems芯片放置与基板上机加工开设的凹槽内，这种方法形成的凹槽不仅成本高，而且凹槽的深度一致性差，并且在将mems芯片放置在凹槽后，mems芯片表面与基板表面的高度一致性差，进而对于mems芯片表面与基板高度差异大的产品，流体经过mems芯片表面时，容易产生波动，从而影响流量的稳定性，从而影响流速测量精度。
4.因此，在流体的流量测量过程中，如何避免流体通过流量计入口后在经过传感器芯片表面时的流体的波动，是亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种流量传感器封装结构及封装方法，其中，在流量传感器封装结构中，流量传感器的感测表面与流道盖板远离基板的一侧表面平齐，在流量传感器的感测表面附近，流体的流动是平稳的，从而避免由于流量传感器的感测表面附近流体波动所导致的流量传感器的测量精度、稳定性及量程比降低的情况，具体方案如下：第一方面，提供一种流量传感器封装结构，所述封装结构包括：基板（1）、流量传感器（2）以及流道盖板（3），所述基板（1）与所述流量传感器（2）固定连接，所述流道盖板（3）与所述基板（1）固定连接，其中，所述流道盖板（3）具有通孔（8），所述流量传感器（2）嵌入到所述通孔（8）内，并且所述流量传感器（2）的感测表面与所述流道盖板（3）远离所述基板（1）的一侧表面平齐。
6.进一步地，所述基板（1）上设置有凸台（5），所述凸台（5）与所述基板（1）固定连接，并且所述流量传感器（2）与所述凸台（5）通过粘接层（6）固定连接。
7.进一步地，所述流量传感器（2）的厚度以及所述粘接层（6）的厚度之和与所述流道盖板（3）的厚度相同。
8.进一步地，所述流量传感器（2）具有腔体部分和非腔体部分，所述非腔体部分与所述粘接层（6）相粘接，所述腔体部分悬空。
9.进一步地，所述基板（1）与所述流道盖板（3）通过粘接件（7）固定连接；所述粘接件（7）的高度与所述凸台（5）的高度相同。
10.进一步地，所述基板（1）朝向所述流道盖板（3）的一侧表面上设置有至少两个点胶槽（1-1），所述至少两个点胶槽（1-1）内涂覆有粘接胶以形成所述粘接件（7）。
11.进一步地，所述通孔（8）具有第一区域（8-1）和第二区域（8-2），所述流量传感器（2）嵌入到所述第一区域（8-1）内；其中，所述基板（1）对应于所述第二区域（8-2）的位置处设置有第一焊盘（9），所述流量传感器（2）上设置有第二焊盘，所述第一焊盘（9）通过电连接线（11）与所述第二焊盘电连接，所述电连接线（11）穿过所述第二区域（8-2），并且所述基板（1）远离所述流量传感器（2）的一侧表面上设置有用于处理所述流量传感器（2）传出的电信号的处理电路（10），所述处理电路（10）通过所述第一焊盘（9），所述电连接线（11）以及所述第二焊盘与所述流量传感器（2）电连接。
12.进一步地，所述第二区域（8-2）内填充有包裹所述电连接线（11）的保护胶（12）。
13.进一步地，所述流道盖板（3）上设置有连接结构，所述连接结构用于将所述封装结构与流道主体（4）固定连接，以使所述流量传感器（2）的所述感测表面朝向所述流道主体（4）并检测在所述流道主体（4）内流动的流体的流量。
14.进一步地，所述连接结构包括设置在所述流道盖板（3）远离所述基板（1）一侧上的至少一个限位孔（13）及密封层（14），用于与所述流道主体（4）上对应的限位柱（15）配准及粘接，以将所述流道盖板（3）与所述流道主体（4）固定连接。
15.进一步地，还包括设置在所述流道盖板（3）靠近所述基板（1）一侧表面上的至少一个限位筋组。
16.进一步地，所述封装结构还包括与所述流道盖板（3）固定连接的底壳（16），所述底壳（16）与所述流道盖板（3）共同形成容纳所述基板（1）的保护腔。
17.第二方面，提供一种流量传感器封装方法，所述方法包括：提供一基板（1），所述基板（1）的一侧表面上设置有至少两个点胶槽（1-1）以及凸台（5）；在所述凸台（5）上涂覆粘接胶以形成粘接层（6），并将流量传感器（2）粘接到所述粘接层（6）上；在所述至少两个点胶槽（1-1）内涂覆粘接胶形成粘接件（7），并将具有通孔（8）的流道盖板（3）粘接到所述粘接件（7）上，以使所述通孔（8）容纳所述流量传感器（2）并且所述流道盖板（3）远离所述基板（1）的一侧表面与所述流量传感器（2）远离所述凸台（5）的一侧表面平齐。
18.在本发明中，流量盖板上设置有通孔，流量传感器嵌入到通孔内，进一步地，流量传感器的感测表面与流道盖板远离基板的一侧表面平齐，流体流入到流道主体内，从感测表面以及流道盖板远离基板的一侧表面经过，从而流量传感器能够检测流体的流量，在这一过程中，由于感测表面与流道盖板远离基板的一侧表面平齐，因此，在流量传感器的感测表面附近，流体的流动是平稳的，从而避免由于流量传感器的感测表面附近流体波动所导致的流量传感器的测量精度、稳定性及量程比降低的情况，更进一步地，流量传感器为背腔式结构时，流量传感器具有腔体部分和非腔体部分，非腔体部分与粘接层相粘接，腔体部分悬空，从而保证腔体内外气压相当，为了使得流量传感器的感测表面与流道盖板远离基板的一侧表面平齐，设置流量传感器的厚度以及粘接层的厚度之和与流道盖板的厚度相同，粘接层的厚度以及凸台的厚度之和与流量传感器的腔体部分在基板之上的悬空距离相同。
附图说明
19.下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。
20.图1为本发明一个实施例中的流量传感器封装结构的示意图；图2为本发明一个实施例中的背腔式流量传感器封装结构的示意图；图3为本发明一个实施例中的流道盖板的仰视图；图4为本发明一个实施例中的第一焊盘以及电连接线位置的示意图；图5为本发明一个实施例中的流道盖板与基板装配之后的仰视图；图6为本发明一个实施例中的流量传感器封装方法的流程图；图7(a)~图7(g)为本发明一个实施例中的流量传感器封装结构制备过程的示意图。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅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。
22.在整个说明书中，对“一个实施方式”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施方式中”、“在实施方式中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。
23.本发明提供了一种流量传感器封装结构，该封装结构包括：基板、流量传感器以及流道盖板，基板与流量传感器固定连接，流道盖板与基板固定连接，其中，流道盖板具有通孔，流量传感器嵌入到通孔内，并且流量传感器的感测表面与流道盖板远离基板的一侧表面平齐。
24.在本发明的封装结构中，基板起到对流量传感器的支撑作用，流道盖板上设置有通孔，流量传感器嵌入到通孔内，进一步地，一方面，流量传感器与流道盖板贴合，避免了流体流入，也避免了流体流动过程中的波动，另一方面，流量传感器的感测表面与流道盖板远离基板的一侧表面平齐，流体流入到流道主体内，从感测表面以及流道盖板远离基板的一侧表面经过，从而流量传感器能够检测流体的流量，在这一过程中，由于感测表面与流道盖板远离基板的一侧表面平齐，因此，在流量传感器的感测表面附近，流体的流动是平稳的，从而避免由于流量传感器的感测表面附近流体波动所导致的流量传感器的测量精度、稳定性及量程比降低的情况。进一步地，在本发明中，流量传感器为mems芯片。
25.示例性地，如图1所示，为本发明中流量传感器封装结构的一种实现方式，基板1，流量传感器2，流道盖板3层叠设置，流量传感器2固定在基板1的上表面，流量传感器2嵌入在流道盖板3内，流量传感器2的上表面为感测表面，感测表面与流道盖板3的上表面平齐，流道盖板3具有用于容纳流量传感器2的通孔8，并且通孔8的宽度与流量传感器2的宽度相同。
26.进一步地，基板1上设置有凸台5，凸台5与基板1固定连接，并且流量传感器2与凸台5通过粘接层6固定连接。
27.在本实施例中，为了进一步固定流量传感器，基板1上设置有与基板1固定连接的凸台5，凸台5上设置有粘接层6，如图1所示，凸台5与流量传感器2的位置对应，凸台5的上表面设置有粘接层6，为了便于粘接，凸台5的大小可以根据流量传感器2的需要粘接的表面面积调整。
28.进一步地，流量传感器2的厚度以及粘接层6的厚度之和与流道盖板3的厚度相同。
29.在本实施例中，为了进一步确保流量传感器2的感测表面与流量盖板3远离基板的一侧表面平齐，流量传感器2的厚度以及粘接层6的厚度之和与流道盖板3的厚度相同，粘接层6的厚度可以根据流量传感器2的厚度以及流道盖板3的厚度调整。进一步地，流道盖板3可采用注塑成型，能够提高流道盖板的厚度的一致性，从而保证流体经过流道盖板远离基板的一侧表面时，避免因为流道盖板的高度差形成波动。
30.进一步地，如图2所示，流量传感器2具有腔体部分2-1和非腔体部分2-2，非腔体部分2-2与粘接层6相粘接，腔体部分2-1悬空。
31.在本实施例中，流量传感器2为具有背腔结构的流量传感器，因此，流量传感器2具有腔体部分2-1与非腔体部分2-2，为了使流量传感器2在封装能够保证腔体内外相通，非腔体部分2-2结构粘接在凸台上，因此，非腔体部分2-2与粘接层粘接，从而使得背腔部分结构悬空，腔体部分2-1和流量传感器2的非腔体结构有凸台5及粘接层6的高度差足以保证得腔体内的空气与腔体外相通，使得气压相当，防止因温度或气压变化而产生的腔体内外压力差破坏敏感薄膜结构。
32.更进一步地，粘接层6的厚度以及凸台5的厚度之和与流量传感器2的腔体部分2-1在基板1之上的悬空距离相同，从而保证流量传感器2的平整，进而腔体部分2-1对应的感测表面以及非腔体部分2-2对应的感测表面在同一平面内，避免流量传感器的腔体部分以及非腔体部分的不平整导致的流体波动。
33.在一个实施方式中，基板1与流道盖板3通过粘接件7固定连接；粘接件7的高度与凸台5的高度相同。
34.在本实施例中，为了将基板1与流道盖板3固定连接，基板1与流道盖板3通过粘接件粘接7在一起，示例性地，如图2所示，基板1的上表面与流道盖板3的下表面之间具有粘接件7。进一步地，粘接件7的高度与凸台5的高度相同，从而保证了流道盖板3远离基板1的表面是平整的，也即是流道盖板3的上表面是平整的，从而避免了由于流道盖板3的平整导致的流体波动。
35.在一个实施方式中，基板1朝向流道盖板3的一侧表面上设置有至少两个点胶槽1-1，至少两个点胶槽1-1内涂覆有粘接胶以形成粘接件7。
36.在本实施例中，为了形成粘接件7，基板1与流道盖板3相对的一侧表面上设置有至少两个点胶槽1-1，至少两个点胶槽1-1是为了进一步固定流道盖板3，点胶槽1-1内涂覆有粘接胶以形成粘接件7。
37.进一步地，通孔8具有第一区域8-1和第二区域8-2，流量传感器2嵌入到第一区域8-1内；其中，基板1对应于第二区域8-2的位置处设置有第一焊盘9，流量传感器2上设置
有第二焊盘，第一焊盘9通过电连接线11与第二焊盘电连接，电连接线11穿过第二区域8-2，并且基板1远离流量传感器2的一侧表面上设置有用于处理流量传感器2传出的电信号的处理电路10，处理电路10通过第一焊盘9，电连接线11以及第二焊盘与流量传感器2电连接，示例性地，处理电路10可以为asic（application specific integrated circuit）芯片。
38.示例性地，在图3中，通孔8具有第一区域8-1和第二区域8-2，其中，第一区域8-1的形状与流量传感器2的形状相匹配；结合图3以及图4，基板1的上表面对应于第二区域8-2的位置处设置有第一焊盘9，结合图1以及图4，基板1的下表面具有处理电路10，流量传感器上设置有第二焊盘，通过电连接线11将第一焊盘9与第二焊盘连接。流量传感器2采集的流动数据能够传输至处理电路10从而得到流体的流量。
39.在一个实施方式中，第二区域8-2内填充有包裹电连接线11的保护胶12。
40.在本实施例中，为了固定保护电连线，第二区域8-2内填充有包裹电连接线11的保护胶12，不仅可以电连接线固定，而且可防止短路、短路、防潮等作用。
41.示例性地，结合图1至图3，第二区域8-2填充有包裹电连接线11的保护胶12；为了起到保护电连接线的作用，通常在第二区域8-2中填充较多的保护胶12，保护胶12会超过流道盖板3的上表面，因此，结合图2以及图3，第二区域8-2的形状具有一定的弧度，以适用于保护胶12的形状；保护胶12的高度高于流道盖板3的上表面。
42.进一步地，流道盖板3上设置有连接结构，连接结构用于将封装结构与流道主体4固定连接，以使流量传感器2的感测表面朝向流道主体4并检测在流道主体4内流动的流体的流量。
43.如图1所示，流道盖板3的上表面与流道主体4固定连接，流道主体4的内表面与感测表面，流道盖板的上表面组成流体的流动空间，流体流动时从感测表面经过，从而能够测量出流体的流量；进一步地，流道主体4上设置有供流体进入的入口4-1以及供流体流出的出口4-2，入口4-1以及出口4-2均与流动空间连通。
44.如图2所示，流道主体4对应于保护胶12的位置设置有第一凹槽4-3；流道主体4还设置有用于形成气体流动空间的第二凹槽4-4；第一凹槽4-3与第二凹槽4-4不连通。
45.在一个实施方式中，连接结构包括设置在流道盖板3远离基板1一侧上的至少一个限位孔13以及密封层14，用于与流道主体4上对应的限位柱15配准及粘接，以将流道盖板3与流道主体4固定连接。
46.在本实施例中，结合图1以及图3，为了将流道盖板3与流道主体4固定连接，连接结构一方面包括设置在流道盖板3远离基板1的一侧上的至少一个的限位孔13，限位孔与流道主体4上的限位柱15相匹配，限位孔13以及限位柱15不仅起到了连接作用，而且在装配的过程中起到了对准的作用，提高了组装效率，避免组装错误，另一方面，流道盖板3远离基板1的一侧表面上还设置有密封层14，密封层14不仅起到将流道盖板3与流道主体4粘接的作用，另一方面，也起到了对流体流动空间的密封，避免流量测量过程中流体泄露。
47.进一步地，封装结构还包括设置在流道盖板靠近基板一侧表面上的至少一个限位筋组。
48.在本实施例中，流道盖板3靠近基板1的一侧表面上设置至少一个限位筋组，一方面，起到对流道盖板3加强的作用，另一方面，起到对基板1限位的作用，便于基板1与流道盖板的快速对准，从而提高组装精度与效率。
49.示例性地，结合图3和图5，流道盖板3的下表面设置有分布于第一区域8-1以及第二区域8-2两侧的第一限位筋组3-1，第二限位筋组3-2，第三限位筋组3-3，每一个限位筋组中的限位筋是对应设置的，分别设置于流道盖板3相对应的两个边，因此，第一限位筋组3-1，第二限位筋组3-2，第三限位筋组3-3均包括两个限位筋，两个限位筋沿朝向第一区域8-1以及第二区域8-2的方向延伸；基板1包括与第一区域8-1以及第二区域8-2对应的第一基板部1-2，两个限位筋之间的距离等于第一基板部1-2的宽度，从而，在组装过程中便于将第一基板部1-2与流道盖板3快速准确地对准；基板1呈t字型，基板1还包括与第一基板部1-2连接的第二基板部1-3，第二基板部1-3的宽度大于第一基板部1-2的宽度，在组装过程中可以通过夹持第二基板部1-3实现第一基板部1-3与流道盖板3的对准，在垂直于两个限位筋的方向上，基板1的长度大于流道盖板3的长度，从而便于在基板1定位完成后的夹持装置的撤离。
50.在一个实施方式中，封装结构还包括与流道盖板3固定连接的底壳16，底壳16与流道盖板3共同形成容纳基板1的保护腔。
51.在本实施例中，封装结构还包括底壳，底壳与流道盖板固定连接，示例性地，如图1所示，底壳16通过卡扣17与流道盖板3固定连接，底壳16具有一凹形空间，与流道盖板3组成保护腔，从而容纳基板1，进一步地，结合图2，处理电路10，凸台5，点胶槽1-1，粘接件7均处于保护腔内。
52.如图6所示，本发明还提供了一种流量传感器封装方法，该方法包括：s601、提供一基板，基板的一侧表面上设置有点胶槽以及凸台。
53.示例性地，如图7（a）所示，基板1的表面设置有点胶槽1-1以及凸台5。
54.s602、在凸台上涂覆粘接胶以形成粘接层，并将流量传感器粘接到粘接层上。
55.示例性地，如图7（b）所示，凸台5上涂覆粘结胶从而形成粘接层6，流量传感器2粘接到粘接层6上从而将流量传感器2固定。
56.s603、在点胶槽内涂覆粘接胶形成粘接件，并将具有通孔的流道盖板粘接到粘接件上，以使通孔容纳流量传感器并且流道盖板远离基板的一侧表面与流量传感器远离凸台的一侧表面平齐。
57.示例性地，如图7（c）所示，在点胶槽1-1内涂覆粘接胶从而形成粘接件7，流道盖板上具有通孔，通孔对应流量传感器2的位置放置，从而将流量传感器2嵌入到流道盖板3中，并且，流道盖板3的上表面与流量传感器2的感测表面平齐，因此，在流量传感器2的感测表面附近，流体的流动是平稳的，从而避免由于流量传感器的感测表面附近流体波动所导致的流量传感器的测量精度、稳定性及量程比降低的情况。
58.在一个实施方式中，流量传感器2具有腔体部分2-1和非腔体部分2-2，步骤s602还包括：非腔体部分2-2与粘接层6相粘接，腔体部分2-1悬空。
59.示例性地，如图7（b）所示，流量传感器2具有腔体部分2-1以及非腔体部分2-2，非腔体部分2-2的下表面与粘接层6粘接，腔体部分2-1悬空，腔体部分2-1距离基板1的上表面具有一定距离，从而保证腔体内的空间与腔体外是相通的，从而保证得腔体内的空气与腔体外相通，使得气压相当，防止因温度或气压变化而产生的腔体内外压力差破坏敏感薄膜结构。
60.在一个实施方式中，在s603中，流量传感器的厚度以及粘接层的厚度之和与流道
盖板的厚度相同；粘接件7的高度与凸台5的高度相同。
61.为了进一步确保流量传感器2的感测表面与流量盖板3远离基板的一侧表面平齐，流量传感器2的厚度以及粘接层6的厚度之和与流道盖板3的厚度相同，粘接层6的厚度可以根据流量传感器2的厚度以及流道盖板3的厚度调整。进一步地，流道盖板3可采用注塑成型，能够提高流道盖板的厚度的一致性，从而保证流体经过流道盖板远离基板的一侧表面时，避免因为流道盖板的高度差形成波动。
62.示例性地，结合图7（b）以及图7（c），粘接层6的厚度以及凸台5的厚度之和与流量传感器2的腔体部分2-1在基板1之上的悬空距离相同，从而保证流量传感器2的平整，进而使得流道盖板3的远离基板1的表面与流量传感器2的感测表面在同一水平面，避免由于流道盖板3的上表面与流量传感器2的表面不在同一水平面导致的流体波动。
63.进一步地，粘接件7的高度与凸台5的高度相同，从而保证了流道盖板3远离基板1的表面是水平的，从而避免了由于流道盖板3的不水平导致的流体波动。
64.在一个实施方式中，通孔8具有第一区域8-1和第二区域8-2，在步骤s603中，流量传感器位于第一区域内；步骤s601还包括：在基板1对应于第二区域8-2的位置处设置第一焊盘9，在基板1远离流量传感器2的一侧表面上设置有用于处理流量传感器3传出的电信号的处理电路10；从第一焊盘上9引出电连接线11从而将第一焊盘9与流量传感器上的第二焊盘电连接，电连接线穿过第二区域；将处理电路10通过第一焊盘9，电连接线11以及第二焊盘与流量传感器2电连接。
65.示例性地，结合图1以及图3，通孔8具有第一区域8-1和第二区域8-2，其中，第一区域8-1的形状与流量传感器2的形状相匹配，在基板1对应于第二区域8-2的位置处设置第一焊盘9，如图7（a）所示，在基板1远离流量传感器2的一侧表面上设置有用于处理流量传感器1传出的电信号的处理电路10，流量传感器2上设置有第二焊盘，如图7（d）所示，从第一焊盘9上引出电连接线11从而将第一焊盘与流量传感器2上的第二焊盘电连接，电连接线11穿过第二区域，从而实现，处理电路10通过第一焊盘9，电连接线11以及第二焊盘与流量传感器2电连接。
66.在一个实施方式中，该方法还包括在第二区域内填充包裹电连接线的保护胶。
67.示例性地，结合图3以及图7（e），第二区域8-2填充有包裹电连接线11的保护胶12；为了起到保护电连接线的作用，通常在第二区域中填充较多的保护胶12，保护胶12会超过流道盖板3的上表面。
68.在一个实施方式中，还包括s604、通过连接结构将流道盖板固定在流道主体上，以使流量传感器的感测表面朝向流道主体。
69.示例性地，结合图1以及图7（f），将流道盖板3通过连接结构固定到流道主体4上，具体地，通过图1中的密封层14，限位柱15将流道盖板3与流道主体4固定连接，并且流道盖板3的上表面朝向流道主体4，示例性地，如图7（g）所示，一方面密封层14起到将流道盖板与流道主体粘接的作用，另一方面，也起到了对流体流动空间的密封，避免流量测量过程中流体泄露。
70.综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限
制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。