本發(fā)明涉及脈搏傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種MEMS壓力傳感器封裝結(jié)構(gòu)及封裝方法。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人體健康監(jiān)護(hù)越來(lái)越受到人們的關(guān)注。隨著近年來(lái)傳感器科學(xué)與技術(shù)的進(jìn)步以及健康監(jiān)護(hù)設(shè)備對(duì)壓力傳感器的特殊需求，市場(chǎng)上出現(xiàn)了越來(lái)越多種的脈搏傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。這些傳感器體積小，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可以持續(xù)監(jiān)測(cè)人體健康狀態(tài)，為人民提供最及時(shí)的健康預(yù)警服務(wù)。

微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechnical-System，MEMS)壓力傳感器一般包括支撐梁或支撐薄膜結(jié)構(gòu)，其傳感器原理大多采用應(yīng)力應(yīng)變?cè)?，以MEMS氣壓傳感器為例，其在不同的氣壓大小下支撐梁或支撐薄膜的應(yīng)變程度不同，引起MEMS氣壓傳感器上的電阻結(jié)構(gòu)的阻值發(fā)生變化，破壞惠斯通電橋的平衡，從而產(chǎn)生變化的電壓信號(hào)。

但是，由于MEMS傳感器與基底例如PCB基板或塑料空腔金屬引線框架等的電氣連接一般采用邦定金線的方法，而金線是直接裸露的，在測(cè)量人體脈搏壓力時(shí)，很容易破壞脆弱的金線，從而破壞傳感器的正常使用。另外，目前有一種用于測(cè)量人體脈搏的MEMS壓力傳感裝置是通過(guò)液壓仿生探頭采集脈搏波動(dòng)，液壓仿生探頭采用雙層束帶固定，通過(guò)液壓仿生探頭內(nèi)的傳壓介質(zhì)可以將液壓仿生探頭檢測(cè)到的壓力信號(hào)的變化傳遞至壓力傳感器。其中，傳壓介質(zhì)是水，并且采用微傳感器陣列技術(shù)，24位傳感器測(cè)量脈搏波位數(shù)形勢(shì)參數(shù)屬性。但是該種脈搏波傳感器采用水傳導(dǎo)脈搏信號(hào)，液壓傳導(dǎo)管很容易引起較大的干擾，不能準(zhǔn)確地獲取脈搏波信息，診斷意義不大。另外，液體導(dǎo)管的長(zhǎng)度為30cm，導(dǎo)致該裝置便攜性較差。

還有一種用于測(cè)量人體脈搏的指感施壓與微陣列傳感裝置，運(yùn)用MEMS技術(shù)，設(shè)計(jì)微陣列壓力傳感器，將傳感器置于類似食指指腹大小的弧形剛性材料中，再進(jìn)行MEMS封裝，模擬人指下觸感信息，獲取脈診信息。但是該裝置中，MEMS微陣列傳感器微壓觸點(diǎn)嵌合在仿生手指指肚設(shè)計(jì)柔性指壓式探頭的外表面，未對(duì)傳感器的敏感面和邦定的金線進(jìn)行保護(hù)，傳感器容易損壞。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中尚沒(méi)有一種用于檢測(cè)脈搏的MEMS壓力傳感裝置，既能保護(hù)MEMS傳感器與基底的電氣連接，又能傳導(dǎo)來(lái)自人體脈搏的壓力信號(hào)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種MEMS壓力傳感器封裝結(jié)構(gòu)及封裝方法，以期至少部分地解決上述提及的技術(shù)問(wèn)題中的至少之一。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

作為本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種MEMS壓力傳感器封裝結(jié)構(gòu)，包括：

柔性電路板；

MEMS壓力傳感器，固定于所述柔性電路板的一表面，并與所述柔性電路板通過(guò)金線電氣連接，所述MEMS壓力傳感器包含壓力敏感結(jié)構(gòu)；

剛性外殼，形成一開(kāi)放式容腔，所述開(kāi)放式容腔內(nèi)容置有所述MEMS壓力傳感器；以及

封裝填充劑，填充于所述開(kāi)放式容腔，并覆蓋于所述MEMS壓力傳感器的壓力敏感結(jié)構(gòu)及裸露的金線上，且在開(kāi)放式容腔外形成一凸起部；

其中，所述封裝填充劑能將脈搏壓力傳導(dǎo)至所述MEMS壓力傳感器的壓力敏感結(jié)構(gòu)，使MEMS壓力傳感器能夠采集脈搏壓力信號(hào)。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種采用如上所述的MEMS壓力傳感器封裝結(jié)構(gòu)的脈搏檢測(cè)裝置，所述脈搏檢測(cè)裝置中所述MEMS壓力傳感器的數(shù)量為多個(gè)，用于分別采集不同位置處的脈搏壓力信號(hào)。

根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面，提供了一種MEMS壓力傳感器封裝方法，包括以下步驟：

將MEMS壓力傳感器固定于一柔性電路板的一表面上，并通過(guò)金線電氣連接至所述柔性電路板；

將所述MEMS壓力傳感器置于一具有開(kāi)放式容腔的剛性外殼內(nèi)；

將封裝填充劑灌入所述開(kāi)放式容腔內(nèi)，覆蓋所述MEMS壓力傳感器的壓力敏感結(jié)構(gòu)以及裸露的金線上，且在開(kāi)放式容腔外形成一凸起部；其中，所述封裝填充劑能將脈搏壓力傳導(dǎo)至MEMS壓力傳感器的壓力敏感結(jié)構(gòu)上，使MEMS壓力傳感器能夠采集脈搏壓力信號(hào)。

與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明將MEMS傳感器固定到柔性電路板上，提供一具有開(kāi)放式容腔的剛性外殼，使該MEMS傳感器置于開(kāi)放式容腔內(nèi)，并在開(kāi)放式容腔內(nèi)填充封裝填充劑，通過(guò)封裝填充劑可以傳導(dǎo)人體的脈搏壓力信號(hào)，而金線放置在剛性外殼內(nèi)也不易被損壞。

2、該柔性電路板使得MEMS壓力傳感器可以被彎曲，進(jìn)而與脈搏測(cè)量位置能夠緊密貼合；

3、另外，封裝填充劑除了可以傳導(dǎo)脈搏壓力信號(hào)外，還能使金線各方向受到壓強(qiáng)相同，更不易斷裂，而通過(guò)這種軟接觸實(shí)現(xiàn)電氣保護(hù)目前在本領(lǐng)域中還未見(jiàn)報(bào)道。

4、進(jìn)一步采用電路板封裝硅膠作為封裝填充劑來(lái)傳導(dǎo)壓力到MEMS壓力傳感器，克服了以水作為傳導(dǎo)介質(zhì)時(shí)需要密封或者容易泄露的缺陷，封裝時(shí)，硅膠會(huì)自行凝固，制備工藝更簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性更好，靈敏度高，結(jié)構(gòu)不易損壞。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的MEMS壓力傳感器封裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2(a)是本發(fā)明實(shí)施例1的MEMS硅壓阻式壓力傳感器的壓力敏感結(jié)構(gòu)俯視圖；

圖2(b)是本發(fā)明實(shí)施例1的MEMS硅壓阻式壓力傳感器的壓力敏感結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；

圖2(c)是本發(fā)明實(shí)施例1的MEMS硅壓阻式壓力傳感器的電路原理圖。

上述附圖中附圖標(biāo)記含義如下：

1-硅膠；2-剛性外殼；3-金線；4-MEMS硅壓阻式壓力傳感器；5-FPC板；6-補(bǔ)強(qiáng)板；7-通孔；8-凸起部。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，提供了一種MEMS壓力傳感器封裝結(jié)構(gòu)，包括：

柔性電路板(Flexible Printed Circuit，以下簡(jiǎn)稱FPC板)；

MEMS壓力傳感器，固定于FPC板的一表面，并與柔性電路板通過(guò)金線電氣連接，MEMS壓力傳感器包含壓力敏感結(jié)構(gòu)；

剛性外殼，形成一開(kāi)放式容腔，該開(kāi)放式容腔內(nèi)容置有MEMS壓力傳感器；以及

封裝填充劑，填充至該開(kāi)放式容腔內(nèi)，覆蓋于MEMS壓力傳感器的壓力敏感結(jié)構(gòu)及裸露的金線上，且在開(kāi)放式容腔外形成一凸起部，以便于脈搏檢測(cè)；

其中，所述封裝填充劑能將脈搏壓力傳導(dǎo)至MEMS壓力傳感器的壓力敏感結(jié)構(gòu)，而由MEMS壓力傳感器采集脈搏壓力信號(hào)。

其中，剛性外殼為不銹鋼、銅、鋁或能夠形成剛性結(jié)構(gòu)的樹(shù)脂材料如ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)樹(shù)脂等；該剛性外殼上形成的開(kāi)放式容腔可以是上下開(kāi)口的，從而剛性外殼只是保護(hù)側(cè)面；也可以是一個(gè)方向開(kāi)口的，即MEMS壓力傳感器安裝在剛性外殼覆蓋的柔性電路板上，其壓力敏感結(jié)構(gòu)從柔性線路板的通孔處曝露出來(lái)，朝向剛性外殼的開(kāi)口側(cè)，其上覆蓋封裝填充劑形成凸起。

其中，封裝填充劑為電路板封裝硅膠，優(yōu)選為聚二甲基硅氧烷(PDMS)等；更優(yōu)選為能夠自行凝固的電路板封裝硅膠，使得封裝工藝更簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更好，如AB膠、線路板元件固定膠等。

其中，剛性外殼固定于柔性電路板上，優(yōu)選為通過(guò)焊接或粘接固定于柔性電路板上。容易理解，若剛性外殼為金屬材料，例如可以通過(guò)焊接固定于柔性電路板的多個(gè)焊盤(pán)上，例如四個(gè)角上的四個(gè)焊盤(pán)上；若剛性外殼為樹(shù)脂材質(zhì)，則通過(guò)膠粘劑粘接固定于柔性電路板的柔性層上。

其中，該MEMS壓力傳感器封裝結(jié)構(gòu)還包括補(bǔ)強(qiáng)板，設(shè)置于FPC板的未固定MEMS壓力傳感器的另一表面上，與開(kāi)放式容腔相對(duì)的位置處，且補(bǔ)強(qiáng)板的尺寸大于或等于所述剛性外殼的開(kāi)放式容腔的開(kāi)口。該補(bǔ)強(qiáng)板為剛性板，在一些實(shí)施例中，該補(bǔ)強(qiáng)板為玻璃纖維板，如FR4等，可以通過(guò)熱壓或膠粘于FPC板上，防止局部的FPC板彎折，以免影響封裝結(jié)構(gòu)。

其中，F(xiàn)PC板和補(bǔ)強(qiáng)板上分別在與MEMS壓力傳感器對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置有一通孔以裸露出MEMS壓力傳感器，使MEMS壓力傳感器位于大氣壓環(huán)境。

其中，MEMS壓力傳感器包含若干引腳，F(xiàn)PC板上具有與這些引腳對(duì)應(yīng)的若干第一焊盤(pán)，該若干引腳分別通過(guò)金線焊接至該若干第一焊盤(pán)。此外，MEMS壓力傳感器也是通過(guò)焊接方式固定于FPC板上。

其中，MEMS壓力傳感器為硅壓阻式壓力傳感器，相應(yīng)的壓力敏感結(jié)構(gòu)為由周邊固定的硅敏感膜形成的應(yīng)力杯結(jié)構(gòu)。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，還提供了一種采用如上所述的MEMS壓力傳感器封裝結(jié)構(gòu)的脈搏檢測(cè)裝置，其中，MEMS壓力傳感器的數(shù)量可為多個(gè)，以形成陣列結(jié)構(gòu)，用于分別采集不同位置處的脈搏信號(hào)；在一些實(shí)施例中，該多個(gè)MEMS壓力傳感器固定于同一柔性電路板上，從而在一柔性電路板上形成多個(gè)與之對(duì)應(yīng)的剛性外殼的保護(hù)結(jié)構(gòu)。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，還提供了一種MEMS壓力傳感器的封裝方法，包括以下步驟：

步驟S1：將MEMS壓力傳感器固定于一柔性電路板的一表面上，并通過(guò)金線電氣連接至柔性電路板；

步驟S2：將MEMS壓力傳感器置于一具有開(kāi)放式容腔的剛性外殼內(nèi)；

步驟S3：將封裝填充劑灌入開(kāi)放式容腔內(nèi)，覆蓋MEMS壓力傳感器的壓力敏感結(jié)構(gòu)以及裸露的金線上，且在開(kāi)放式容腔外形成一凸起部；

其中，封裝填充劑能將脈搏壓力傳導(dǎo)至MEMS壓力傳感器的壓力敏感結(jié)構(gòu)上，使MEMS壓力傳感器能夠采集脈搏壓力信號(hào)。

步驟S1中，在柔性電路板上形成若干第一焊盤(pán)以及若干第二焊盤(pán)，該若干第一焊盤(pán)分別與MEMS壓力傳感器上的若干引腳進(jìn)行連接；該若干第二焊盤(pán)用于焊接固定剛性外殼。焊盤(pán)可通過(guò)常規(guī)方式制作形成，在此不作贅述。

步驟S1中，在FPC板的未設(shè)置MEMS壓力傳感器的另一表面上與開(kāi)放式容腔相對(duì)的位置形成補(bǔ)強(qiáng)板；且補(bǔ)強(qiáng)板的尺寸大于或等于所述剛性外殼的開(kāi)放式容腔的開(kāi)口；補(bǔ)強(qiáng)板通過(guò)熱壓或膠粘貼附在PFC板上。

進(jìn)一步地，在FPC板和補(bǔ)強(qiáng)上與MEMS壓力傳感器對(duì)應(yīng)的位置分別預(yù)設(shè)置通孔，以裸露出MEMS壓力傳感器。

步驟S1中，MEMS壓力傳感器的若干引腳是通過(guò)邦定金線工藝與FPC板上的若干第一焊盤(pán)實(shí)現(xiàn)電氣連接。

其中，步驟S2包括以下操作：將剛性外殼扣合在固定有MEMS壓力傳感器的柔性電路板上，使MEMS壓力傳感器芯片以及裸露的金線容置于該剛性外殼的開(kāi)放式容腔內(nèi)。剛性外殼優(yōu)選是焊接固定于柔性電路板的若干第二焊盤(pán)上，當(dāng)然樹(shù)脂材質(zhì)的剛性外殼則可直接通過(guò)膠粘劑粘接在柔性電路板上。

以下通過(guò)具體實(shí)施例并結(jié)合附圖來(lái)對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明：

實(shí)施例1

如圖1所示，本實(shí)施例以常規(guī)MEMS硅壓阻式壓力傳感器為例，設(shè)計(jì)一個(gè)FPC板5，其正面的相應(yīng)位置處有為MEMS硅壓阻式壓力傳感器4制作的多個(gè)焊盤(pán)，其中四個(gè)焊盤(pán)與MEMS硅壓阻式壓力傳感器4的四個(gè)引腳一一對(duì)應(yīng)，其中另一個(gè)焊盤(pán)用于固定MEMS硅壓阻式壓力傳感器4，其中再一個(gè)焊盤(pán)用于固定剛性外殼2；在相應(yīng)位置的背面有一塊覆蓋了四個(gè)焊盤(pán)的補(bǔ)強(qiáng)板6。補(bǔ)強(qiáng)板6和FPC板5的中間分別預(yù)設(shè)有一個(gè)通孔7，與MEMS硅壓阻式壓力傳感器的固定位置相對(duì)應(yīng)。

將MEMS硅壓阻式壓力傳感器4用銀漿涂抹于FPC板5的傳感器固定位的焊盤(pán)上，然后以設(shè)定溫度烘烤若干時(shí)間，這可以將MEMS硅壓阻式壓力傳感器4固定在FPC板5上。如圖2(a)～2(b)所示為MEMS硅壓阻式壓力傳感器4的壓力敏感結(jié)構(gòu)的示意圖，為由周邊固定的硅敏感膜形成的應(yīng)力杯結(jié)構(gòu)，并在硅敏感膜表面應(yīng)力最大處制作四個(gè)壓敏電阻R1～R4，組成如圖2(c)所示的惠斯通電橋。

使用儀器將MEMS硅壓阻式壓力傳感器4的四個(gè)引腳邦定金線3，使其與FPC板5上的四個(gè)焊盤(pán)一一對(duì)應(yīng)焊接，實(shí)現(xiàn)了MEMS硅壓阻式壓力傳感器4與FPC板5的電氣連接。在FPC板5上的剛性外殼固定位的焊盤(pán)處，用銀漿或焊錫將設(shè)計(jì)、制作好的剛性外殼2的一端焊接到FPC板5上。

在焊接好的剛性外殼2所圍成的開(kāi)放式容腔內(nèi)，用電路板封裝硅膠1灌封，利用電路板封裝硅膠1自身的表面張力在開(kāi)放式容腔外形成一凸起部8，以便于脈搏檢測(cè)，然后在通風(fēng)處晾干，此時(shí)電路板封裝硅膠1與MEMS硅壓阻式壓力傳感器4的敏感結(jié)構(gòu)相接觸，可傳導(dǎo)外界壓力。剛性外殼2例如是黃銅制作的金屬外殼，安裝使用方便，殼壁薄，剛性好。

利用本實(shí)施例提供的封裝方法以及封裝結(jié)構(gòu)在應(yīng)用至脈搏測(cè)量時(shí)，由于使用的是FPC板，使得整體結(jié)構(gòu)能彎曲，與脈搏測(cè)量位置如人體腕部等能緊密貼合，而通過(guò)電路板封裝硅膠將測(cè)量位置處的動(dòng)脈運(yùn)動(dòng)情況傳到至傳感器的敏感結(jié)構(gòu)上，產(chǎn)生電壓信號(hào)輸出。

以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。