气压传感器及电子设备的制作方法

1.本实用新型涉及气压传感器技术领域，尤其涉及一种气压传感器及电子设备。


背景技术：

2.气压传感器是一种用于感知探测环境气压变化的器件，封装方式对气压传感器的工作性能影响很大；一些高性能气压传感器会把阿伦方差列为评估指标之一，阿伦方差是一种评估产品输出波动程度的指标，多用于评估不同时间尺度上的产品误差。影响阿伦方差的因素很多，其中当产品工作采样频率变高时，asic芯片上adc(数模转换器，analog digital converter)工作频率会增加，adc功耗增加，会产生大量的热量。这个发热会导致与asic相邻的mems芯片(即温度传感器)热噪声增加，温度探测数值误差增大。气压传感器的压力输出数值受温度补偿影响，温度数值误差增加会导致压力输出的波动增大，进而导致气压传感器阿伦方差曲线偏差较大。
3.鉴于此，有必要提供一种新的气压传感器及电子设备，以解决或至少缓解上述技术缺陷。


技术实现要素：

4.本实用新型的主要目的是提供一种气压传感器及电子设备，旨在解决现有技术中声压气压传感器中芯片发热导致产品测量误差偏大的技术问题。
5.为实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供一种气压传感器，包括基板和罩设于所述基板的外壳，所述外壳与所述基板围合形成封装腔，所述基板面向所述封装腔的一侧设置有导热层，所述导热层背离所述基板的一侧设置有asic芯片，所述asic 芯片背离所述导热层的一侧设置有隔热层，所述隔热层背离所述 asic芯片的一侧设置有mems芯片。
6.在一实施例中，所述导热层为金属导热层或非金属导热层。
7.在一实施例中，所述导热层为铜片、铝片或石墨烯片。
8.在一实施例中，所述asic芯片上设置有数模转换器，所述数模转换器靠近所述导热层设置。
9.在一实施例中，所述导热层在所述基板上的投影面积大于所述 asic芯片在所述基板上的投影面积。
10.在一实施例中，所述隔热层为石棉层、岩棉层、玻璃纤维层、隔热漆层或真空板中的一种。
11.在一实施例中，所述隔热层包括层叠设置的至少两个子隔热层，每一所述子隔热层包括石棉层、岩棉层、玻璃纤维层、隔热漆层或真空板中的任意一种。
12.在一实施例中，所述mems芯片上设置有温度传感区域和压力传感区域，所述温度传感区域和压力传感区域远离所述隔热层设置。
13.在一实施例中，所述基板与所述导热层、所述导热层与所述asic 芯片，所述asic
芯片与所述隔热层，所述隔热层与所述mems芯片均通过粘接胶层连接。
14.在一实施例中，所述mems芯片和所述asic芯片通过金线连接，所述asic芯片与所述基板通过金线连接。
15.根据本实用新型的另一方面，本实用新型还提供一种电子设备，所述电子设备包括上述所述的气压传感器。
16.上述方案中，气压传感器包括基板和罩设于基板的外壳，外壳与基板围合形成封装腔，基板面向封装腔的一侧设置有导热层，导热层背离基板的一侧设置有asic芯片，asic芯片背离导热层的一侧设置有隔热层，隔热层背离asic芯片的一侧设置有mems芯片。通过在asic芯片与基板之间设置导热层，使asic产生热量能够更快地从下方排出，降低热量对mems芯片(温度传感器)产生影响；同时asic芯片与mems芯片之间设置隔热层，防止asic芯片工作时功耗过大产生热量导致温度升高而对mems芯片(温度传感器) 产生影响。具体地，asic芯片产生的热量在向mems芯片扩散时受到隔热层的隔离作用，只能通过导热层向下传递至基板排出。该实用新型将asic芯片产生的热量流向基板，而阻隔热量对mems芯片的影响，能够减小温度传感器的热噪声增加，减小温度探测误差，并最终减小气压传感器的的测量误差。该实用新型具有能够减小气压传感器的测量误差的优点。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
18.图1为本实用新型实施例气压传感器的剖面结构示意图；
19.图2为本实用新型实施例气压传感器的部分剖面结构示意图(去除外壳)；
20.图3为理想的阿伦方差曲线示意图；
21.图4为理想的阿伦方差曲线与实际阿伦方差的对比示意图。
22.附图标号说明：
23.1、基板；2、外壳；3、封装腔；4、导热层；5、asic芯片；6、隔热层；7、mems芯片；8、粘接胶层；9、金线。
24.本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施方式，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
25.下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
26.需要说明，本实用新型实施方式中所有方向性指示(诸如上、下
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
27.另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
28.并且，本实用新型各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
29.参见图1和图2，根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供一种气压传感器，包括基板1和罩设于基板1的外壳2，外壳2与基板1围合形成封装腔3，基板1面向封装腔3的一侧设置有导热层4，导热层4背离基板1的一侧设置有asic芯片5，asic芯片5背离导热层4的一侧设置有隔热层6，隔热层6背离asic芯片5的一侧设置有mems芯片7。
30.需要说明的是，当气压传感器的工作采样频率变高时，asic芯片5上的数模转换器工作频率会增加，产生大量的热量。产生的热量会导致与温度传感器热噪声增加，温度探测数值误差增大。气压传感器的压力输出数值受温度补偿影响，温度数值误差增加会导致压力输出的波动增大，进而导致气压传感器阿伦方差曲线受影响，造成测量误差。该实施例中，通过在asic芯片5与基板1之间设置导热层4，使asic产生热量能够更快地从下方排出，降低热量对mems芯片7 (温度传感器)产生影响；同时asic芯片5与mems芯片7之间设置隔热层6，防止asic芯片5工作时功耗过大产生热量导致温度升高而对mems芯片7(温度传感器)产生影响。具体地，可参照图1，asic芯片5产生的热量在向mems芯片7扩散时受到隔热层 6的隔离作用，只能通过导热层4向下传递至基板1排出。该实施例将asic芯片5产生的热量流向基板1，而阻隔热量对mems芯片7 的影响，能够减小温度传感器的热噪声增加，减小温度探测误差，并最终减小气压传感器的的测量误差。该实施例具有能够减小气压传感器的测量误差的优点。上述基板1可以是印制电路板。
31.在一实施例中，导热层4为金属导热层或非金属导热层，具体地，导热层4可以为铜片、铝片或石墨烯片。导热层4既可以是散热效果较好的金属导热层，如采用铝片、铜片或银片，但银价格较高，一般可以考虑采用铜片或铝片。当然，也可以采用导热性能较好的无机材料制成的非金属导热层，如采用石墨烯制成的薄片。
32.在一实施例中，asic芯片5上设置有数模转换器，数模转换器靠近导热层4设置。asic芯片5上在使用时，数模转换器工作频率增加，是主要的产生热量的来源，因此，可以将导热层4靠近数模转换器设置，提高热量导出的效率。同样，mems芯片7上设置有温度传感区域和压力传感区域，温度传感区域和压力传感区域远离隔热层6设置。温度传感区域和压力传感区域对温度较为敏感，因此可以将隔热层6设置在远离温度传感区域和压力传感区域的位置，减小热量对其的影响。
33.在一实施例中，导热层4在基板1上的投影面积大于asic芯片 5在基板1上的投影面积。具体地，导热层4的面积大于asic芯片 5的面积，并且在基板1的投影上，asic芯片5的投影设置在导热层4投影的中间位置，即asic芯片5设置在导热层4的中间位置。这样设计是为了导热层4能够尽量与asic芯片5的每个位置都接触，提高热量传导的效率，减少逸散到mems芯片7上的热量。当然，隔热层6在基板1上的投影面积也大于mems芯片7在基板1上的投影面积，且mems芯片7的投影设置在导热层4投影的中间位置，即mems芯片7设置在导热层4的中间位置。这样设计时为了通过隔热层6将mems完全隔离，减少传递到mems芯片7上的热
量。
34.在一实施例中，隔热层6为石棉层、岩棉层、玻璃纤维层、隔热漆层或真空板中的一种。隔热层6可以为一层，只要是能够起到隔离热量作用的材料制成的都可以，或者直接采用真空层进行真空隔热。
35.在一实施例中，隔热层6包括层叠设置的至少两个子隔热层，每一子隔热层包括石棉层、岩棉层、玻璃纤维层、隔热漆层或真空板中的任意一种。这里需要说明的是，这里说的至少两个子隔热层，两个子隔热层是层叠设置的，而不是混合的，每一子隔热层仅包括石棉层、岩棉层、玻璃纤维层、隔热漆层或真空板中的一种，而石棉、岩棉、玻璃纤维、隔热漆都是已知材料，因此，并非对材料本身或者材料组分的改进，属于实用新型的保护客体。相邻的子隔热层之间也可以通过胶水粘接。
36.在一实施例中，基板1与导热层4、导热层4与asic芯片5， asic芯片5与隔热层6，隔热层6与mems芯片7均通过粘接胶层 8连接。mems芯片7和asic芯片5通过金线9连接，asic芯片5 与基板1通过金线9连接。这里的粘接胶层8可以是环氧树脂胶，通过金线9实现mems芯片7和asic芯片5、以及asic芯片5与基板1之间的信号传递。
37.为清楚说明热量对阿伦方差的影响，以体现本实用新型的有益效果。下面就asic芯片5产生热量对阿伦方差的影响做出如下说明。具体地，阿伦方差的计算过程为：
38.产品压力瞬时精度为：
39.instantaneousaccuracy[i]＝p_dut[i]-p_ref[i]
[0040]
其中p_dut为产品压力输出，p_ref为产品参考压力输出，i为采样点序号；
[0041]
产品压力精度为：
[0042]
accurac[j,m]＝mean(instantaneousaccuracy[i])
[0043]
其中m为连续的采样点个数,j＝[i/m]；
[0044]
产品阿伦方差为：
[0045][0046]
现以m为横坐标，产品阿伦方差为纵坐标绘图，坐标轴取对数后得到气压产品的阿伦方差曲线。理想的产品阿伦方差曲线在产品被测区间内应该为一条直线。得到的曲线如图3所示，在横纵坐标均为对数曲线的坐标图内，其被测区间形状为直线。
[0047]
参照图4，图4为产品实测过程中阿伦方差曲线对比图，图4中 a曲线为实测的阿伦方差曲线，图4中b曲线为理想的阿伦方差曲线。其中当压力采样频率为30hz，adc工作频率较低，功耗较低的情况下，阿伦方差曲线接近图3中理想值形状，也就是图4中的b曲线。而当压力采样频率提高到120hz，其他条件相同时，阿伦方差曲线会产生一定程度的“弯曲”，这类“弯曲”即为需要改善的情况，从封装角度来看，其出现的原因主要为adc在高频率工作时功耗增加，发热也随之增加，这个发热会导致与asic相邻的温度传感器热噪声增加，温度探测数值误差增大。气压传感器的压力输出数值受温度补偿影响，温度数值误差增加会导致压力输出的波动增大，进而导致气压传感器阿伦方差曲线受影响。通过本实用新型的技术方案可以降低 adc发热对mems上温度传感器的影响，进而改善“弯曲”的情况，减小了阿伦方差曲线的偏差，也就是减小了产品的测量偏差。
[0048]
根据本实用新型的另一方面，本实用新型还提供一种电子设备，电子设备包括上
述的气压传感器。由于电子设备包括了上述气压传感器的所有实施例的全部技术方案，因此，至少具有上述全部技术方案带来的所有有益效果，在此不在一一赘述。
[0049]
以上仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的技术构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围。