本申請(qǐng)要求美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)14/610,957（于2015年1月30日提交、名稱為SENSOR ASSEMBLY）的優(yōu)先權(quán)，其通過引用并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開總體上涉及傳感器。

背景技術(shù)：

傳感器通常用于感測(cè)流體的特性。傳感器被用于各種應(yīng)用，包括住宅、工業(yè)、汽車、軍事、航空、航天以及無數(shù)其他應(yīng)用。示例的傳感器包括流量傳感器、壓力傳感器、熱導(dǎo)率傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器以及化學(xué)傳感器。

許多傳感器被配置成提供將流體輸送至適合的傳感器設(shè)備的通道。在一些情況下，傳感器設(shè)備具有電結(jié)合焊盤，如果其暴露于所感測(cè)的流體，可被腐蝕或損壞。能夠被相對(duì)容易地組裝、并限定有用于向傳感器設(shè)備輸送流體的通道，同時(shí)保護(hù)該傳感器設(shè)備的導(dǎo)電的結(jié)合焊盤遠(yuǎn)離流體的耐用的傳感器設(shè)計(jì)是令人期望的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開總體上涉及傳感器，該傳感器能夠克服下述問題，即：傳感器中的電焊盤在暴露于所感測(cè)的流體的情況下可能被腐蝕或損壞。說明性的傳感器可包括具有第一側(cè)和相反的第二側(cè)的襯底。所述襯底可限定有從所述第一側(cè)延伸穿過所述襯底至所述第二側(cè)的流動(dòng)通道。所述襯底可進(jìn)一步包括在所述襯底的第二側(cè)上的多個(gè)結(jié)合焊盤。第一殼體可提供流向/流出所述流動(dòng)通道的流體入口和流體出口。所述第一殼體可沿所述襯底的第一側(cè)設(shè)置，且可被構(gòu)造成允許從所述流體入口流向所述流體出口的至少一些流體沿著所述襯底的流動(dòng)通道的至少一部分流動(dòng)。在一些情況下，第二殼體可沿所述襯底的第二側(cè)設(shè)置，且可被構(gòu)造成提供圍繞所述流動(dòng)通道的密封。傳感芯片可設(shè)置在所述第二殼體和所述襯底的第二側(cè)之間。所述傳感芯片可包括面對(duì)所述襯底的第二側(cè)的傳感側(cè)，其具有與所述襯底限定的流動(dòng)通道對(duì)準(zhǔn)的傳感元件。所述傳感芯片可進(jìn)一步包括在所述傳感側(cè)上的多個(gè)結(jié)合焊盤，其與所述襯底的第二側(cè)面的多個(gè)結(jié)合焊盤對(duì)準(zhǔn)并且凸塊焊接至所述襯底的第二側(cè)上的多個(gè)結(jié)合焊盤。在一些情況下，可在所述傳感芯片的傳感側(cè)和所述襯底的第二側(cè)之間施加粘合劑或其他材料。粘合劑或其他材料可有助于將所述傳感芯片的傳感側(cè)上的多個(gè)結(jié)合焊盤與所述流動(dòng)通道中的流體隔離。在一些情況下，粘合劑或其他材料為不導(dǎo)電的粘合劑或其他材料。本實(shí)用新型公開了一種傳感器，其包括：包括第一側(cè)和相反的第二側(cè)的襯底，所述襯底限定有從所述第一側(cè)延伸穿過所述襯底至所述第二側(cè)的流動(dòng)通道，所述襯底還包括在所述襯底的第二側(cè)上的多個(gè)結(jié)合焊盤；提供了流體入口和流體出口的第一殼體，所述第一殼體沿所述襯底的第一側(cè)設(shè)置，并且被配置成允許從所述流體入口流向所述流體出口的至少一些流體沿著所述襯底的流動(dòng)通道的至少一部分流動(dòng)；沿所述襯底的第二側(cè)設(shè)置的第二殼體，其被配置成提供圍繞所述流體通道的密封；以及設(shè)置在所述第二殼體和所述襯底的第二側(cè)之間的傳感芯片，所述傳感芯片包括面對(duì)所述襯底的第二側(cè)的傳感側(cè)，具有與所述流動(dòng)通道配準(zhǔn)的傳感元件，所述傳感芯片還包括在所述傳感側(cè)上的多個(gè)結(jié)合焊盤，其與所述襯底的第二側(cè)上的多個(gè)結(jié)合焊盤配準(zhǔn)并且被凸塊焊接至所述襯底的第二側(cè)上的多個(gè)結(jié)合焊盤。本實(shí)用新型還提供了一種傳感器，其包括：限定有流動(dòng)通道的襯底，具有與所述流動(dòng)通道相鄰的多個(gè)結(jié)合焊盤；跨越所述流動(dòng)通道的傳感芯片，所述傳感芯片包括：面對(duì)所述襯底的傳感側(cè)，所述傳感側(cè)具有暴露于所述流動(dòng)通道的傳感元件；和設(shè)置在所述傳感側(cè)上的多個(gè)結(jié)合焊盤，其被布置成與所述襯底的多個(gè)結(jié)合焊盤對(duì)準(zhǔn)，以使所述傳感芯片可以被凸塊焊接至所述襯底。

因此，本實(shí)用新型公開的傳感器是耐用的，能夠被相對(duì)容易地組裝，同時(shí)保護(hù)傳感器設(shè)備的導(dǎo)電的結(jié)合焊盤遠(yuǎn)離所感測(cè)的流體。此外，所提供的前述總結(jié)是為了促進(jìn)對(duì)本公開的一些特征的理解，而不旨在作為完整說明。對(duì)本公開的全面理解可以通過將整個(gè)說明書、權(quán)利要求書、附圖和摘要作為整體來獲得。

附圖說明

結(jié)合附圖以及考慮對(duì)本公開的各種說明性實(shí)施例的下述描述，本公開可被更全面地理解，附圖中

圖1是一說明性傳感器的透視圖；

圖2是圖1的說明性傳感器的分解圖；

圖3是圖2的說明性傳感器的一部分的放大的頂視圖，示出了襯底上的結(jié)合焊盤和布線跡線；

圖4是一說明性傳感芯片的視圖，圖4示出的實(shí)施例是一說明性流量傳感芯片的傳感側(cè)；

圖5是圖4的傳感芯片的視圖，配置成與圖3中的結(jié)合焊盤和布線跡線配準(zhǔn)；

圖6是圖1的說明性傳感器的示意性截面視圖；

圖7示出了形成圖1的說明性傳感器的一部分的第一殼體；

圖8示出了形成圖1的說明性傳感器的一部分的第二殼體；以及

圖9示出了適合形成圖1的說明性傳感器的一部分的替代的第二殼體。

雖然本公開可被修改成各種改進(jìn)和替代形式，但是其細(xì)節(jié)已在附圖中以示例的方式被示出并將被詳細(xì)描述。然而，應(yīng)當(dāng)理解，其目的不是將本公開限制于在此描述的具體說明性實(shí)施例。相反，其目的是覆蓋在本公開的精神和范圍內(nèi)的所有修改、等同物和替代物。

具體實(shí)施方式

下文描述應(yīng)當(dāng)參照附圖理解，在所有這些視圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。所參考的“上”、“下”、“頂”和“底”等都是相對(duì)的術(shù)語，并且在本文中和附圖相關(guān)，但是不必然地對(duì)應(yīng)于實(shí)際的物理空間中的任何特定的方位。說明書和附圖示出的幾個(gè)例子是為了說明請(qǐng)求保護(hù)的實(shí)用新型。

圖1是說明性傳感器10的透視圖。盡管在本文中將要描述的傳感器10為流量傳感器，但將被理解的是，所述傳感器10可以是任意合適類型的傳感器，包括壓力傳感器、熱導(dǎo)率傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、化學(xué)傳感器、和/或這些或其他傳感器的任意組合。如圖1所示，所述說明性傳感器10包括具有第一側(cè)14和第二側(cè)16的襯底12。第一殼體18沿襯底12的第一側(cè)14設(shè)置，并限定有流體入口20和流體出口22。將理解的是，在這種情況下，對(duì)形成所述流體入口20的開口和形成所述流體出口22的開口的定義是任意的。關(guān)于所述第一殼體18的更多細(xì)節(jié)將隨后根據(jù)圖6討論。所述說明性傳感器10還包括第二殼體24，其沿所述襯底12的第二側(cè)16設(shè)置。在一些實(shí)施例中，如圖所示，在襯底12的第二側(cè)16上設(shè)置多個(gè)布線焊盤26，以容納相對(duì)于所述多個(gè)布線焊盤26固定的多個(gè)電連接器28。

圖2是所述說明性傳感器10的分解圖，其提供了關(guān)于所述傳感器10構(gòu)造的更多細(xì)節(jié)。如圖所示，所述第一殼體18可包含從所述流體入口20延伸至所述流體出口22的流動(dòng)路徑30。如將被理解的，流動(dòng)路徑30的至少一部分與流動(dòng)通道32對(duì)準(zhǔn)，以使進(jìn)入所述流體入口20的流體可在通過所述流體出口22流出之前流經(jīng)所述流動(dòng)路徑30、進(jìn)入并通過所述襯底12中的流動(dòng)通道32。所述襯底12中的流體通道32從所述第一側(cè)14延伸穿過所述襯底12至所述第二側(cè)16。在一些示例中，所述第一殼體18可包括另外的流動(dòng)路徑34、36，其可以容納在所述流體入口20與所述流體出口22之間流動(dòng)的流體的一部分，這可降低所述流動(dòng)路徑30中流體的速度。在一些情況下，降低通過所述流動(dòng)路徑30的相對(duì)流量，所述流體通道32可因此通過例如減小與所述傳感芯片38相鄰的流體的速度和/或紊流來提高精度。在一些情況下，流體可不流經(jīng)另外的流動(dòng)路徑34、36。將被理解的是，所述第一殼體18在這方面可被定制，以更好地適應(yīng)所期望的最終用途。

示出的所述傳感芯片38被設(shè)置在所述第二殼體24和所述襯底12的第二側(cè)16之間。所述襯底12的第二側(cè)16可包括允許所述傳感芯片38至所述襯底12第二側(cè)16的機(jī)械和電氣附接的結(jié)構(gòu)，這在圖2的局部放大的圖3中被最好地圖示。在圖3中，所述襯底12的第二側(cè)16上沿所述流體通道32的第一側(cè)40設(shè)置有第一數(shù)量的結(jié)合焊盤39，所述襯底12的第二側(cè)16上沿所述流體通道32的第二側(cè)44設(shè)置有第二數(shù)量的結(jié)合焊盤42。將被理解的是，因此，結(jié)合焊盤39、42的這種布置允許所述傳感芯片38跨越所述流體通道32。在一些情況下，所述結(jié)合焊盤39、42可由例如金、銅、銀、鈀銀合金或其他導(dǎo)電材料之類的材料和/或電鍍形成。

如可以看到的，每個(gè)第一數(shù)量的布線跡線46電耦接到所述第一數(shù)量的結(jié)合焊盤39中的相對(duì)應(yīng)一個(gè)，并沿所述襯底12的第二側(cè)16延伸到一個(gè)相對(duì)應(yīng)的布線焊盤26（圖1）。類似的，每個(gè)第二數(shù)量的布線跡線48電耦接到所述第二數(shù)量的焊盤42中的相對(duì)應(yīng)一個(gè)，并沿所述襯底12的第二側(cè)16延伸到一個(gè)相對(duì)應(yīng)的布線焊盤26。在一些情況下，所述布線跡線46、48可由例如金、銅、銀、鈀銀合金或其他導(dǎo)電材料之類的材料和/或電鍍形成。

圖4示出了所述說明性傳感芯片38的傳感面50的圖。將理解的是，一旦所述傳感器10被組裝好，所述傳感面50將面對(duì)所述襯底12的第二側(cè)16，且將相對(duì)所述第二側(cè)16被固定。所述襯底12可由任意合適的材料形成，并且可以任意合適的方式形成。在一些示例中，用于形成所述襯底12的合適材料可根據(jù)需要包括陶瓷（如氧化鋁）、玻璃增強(qiáng)的環(huán)氧層壓材料和/或任何其它合適的材料或材料組合。在一些情況下，所述傳感芯片38可以是半導(dǎo)體，例如硅。例如，可選擇使得所述襯底12與所述傳感芯片38具有相似的熱膨脹系數(shù)（CTE）的材料用于形成所述襯底12。

在示出的實(shí)施例中，所述傳感面50包括可使用任何合適的技術(shù)，包括但不限于機(jī)械加工、激光切割或蝕刻來形成的凹部52。所述凹部52從第一端54延伸到第二端56，形成覆蓋在所述凹部52上面的橋58。如將在圖5中示出的，所述凹部52可以與所述襯底12上的流動(dòng)通道32對(duì)準(zhǔn)。至少一部分進(jìn)入所述流體入口20(圖1)的流體將流經(jīng)所述流動(dòng)路徑30，經(jīng)由所述流動(dòng)通道32進(jìn)入所述凹部52。所述流體可溢出所述橋58的兩側(cè)。

總體上以60示出的傳感元件可設(shè)置在所述橋58上。在這樣的配置中，所述橋58和所述傳感元件60可熱耦合到所述流體。此外，所述橋58和所述傳感元件60可以與所述傳感芯片38的余部相對(duì)熱隔絕。這種配置可特別適合于熱風(fēng)速計(jì)式流量傳感器。

取決于所述傳感器10的預(yù)期使用，所述傳感元件60可采取可形成于或以其他方式設(shè)置在所述橋58上的各種形式和任何種類的結(jié)構(gòu)。在一些示例中，例如用作流量傳感器，所述傳感器10可包括加熱器62，在所述加熱器62上游（相對(duì)于流體流動(dòng)方向）的第一溫度傳感器64和在所述加熱器62下游的第二溫度傳感器66。在一些實(shí)施例中，所述第一溫度傳感器64和/或所述第二溫度傳感器66可以是電阻器，但這不是必需的。將理解的是，所提及的上游和下游是相對(duì)的，因?yàn)樗鰝鞲行酒?8可沿著一對(duì)相隔大約180度的方位來安裝。

在一些情況下，所述第一和第二溫度傳感器64、66可通過薄膜沉積或?yàn)R射形成。在一些情況下，所述第一和第二溫度傳感器64、66可為硅化物（鉑、金、鈀、鉬、鈦、鎢、鉿、鋯、鉻或它們的組合）電阻器，但這不是必需的。所述第一和第二溫度傳感器64、66可由例如硅、坡莫合金、鉑和/或鎳鉻合金之類的材料制成。在一些情況下，所述第一和第二溫度傳感器64、66可沿一曲折路徑設(shè)置以延長(zhǎng)其有效長(zhǎng)度。

不管傳感芯片38的類型，所述傳感面50可包括第一數(shù)量的結(jié)合焊盤68和第二數(shù)量的結(jié)合焊盤70。在一些情況下，所述結(jié)合焊盤68、70可由例如硅、金、鈦鎢（TiW）、鋁、鋁銅、銅和/或銀之類的材料形成。在示出的實(shí)施例中，所述第一數(shù)量的結(jié)合焊盤68和所述第二數(shù)量的結(jié)合焊盤70可電耦接至形成在所述橋58上、內(nèi)或下的結(jié)構(gòu)中的一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)，例如所述加熱器62以及所述第一和第二溫度傳感器64、66。附圖中去除了一些布線跡線是為了不混淆附圖。

所述第一數(shù)量的結(jié)合焊盤68定位成與形成在所述流動(dòng)通道32的第一側(cè)40上的第一數(shù)量的結(jié)合焊盤39對(duì)準(zhǔn)，所述第二數(shù)量的結(jié)合焊盤70定位成與形成在所述流動(dòng)通道32的第二側(cè)44上的第二數(shù)量的結(jié)合焊盤42對(duì)準(zhǔn)。這將在圖5的實(shí)施例中說明，其穿過所述襯底12朝所述傳感芯片38仰視，其中所述傳感芯片38的傳感面50的結(jié)合焊盤68、70可見且與所述襯底12的第二側(cè)16的結(jié)合焊盤39、42（以虛線表示）結(jié)合。如可以看到的，且在所述實(shí)施例中示出的，所述襯底12的結(jié)合焊盤68、70與所述傳感芯片38的結(jié)合焊盤39、42配準(zhǔn)，所述傳感芯片38的凹部52與所述襯底12的流動(dòng)通道32配準(zhǔn)。

在一些實(shí)施例中，所述傳感芯片38可通過凸塊焊接被固定到所述襯底12。在凸塊焊接中，例如可以是小金球的凸塊，形成在所述結(jié)合焊盤39、42或所述結(jié)合焊盤68、70上。在一些實(shí)施例中，所述凸塊可形成在所述結(jié)合焊盤39、42和所述結(jié)合焊盤68、70上。所述傳感芯片38于是可倒置在所述襯底12的第二側(cè)16上，使得兩個(gè)器件上的結(jié)合焊盤對(duì)準(zhǔn)。熱和/或振動(dòng)，如超聲波能量，可以連同可任選的壓力一起施加，以在所述結(jié)合焊盤39、42和所述結(jié)合焊盤68、70之間形成凸起焊接。這提供了一種所述傳感芯片38到所述襯底12的機(jī)械附接，以及提供了單獨(dú)的結(jié)合焊盤39、42和相對(duì)應(yīng)的結(jié)合焊盤68、70之間的電連接。

在一些實(shí)施例中，粘合劑或其它材料可被施加以幫助在所述傳感芯片38的傳感面50與所述襯底12的第二側(cè)16之間提供密封，如在圖6中示意性地示出。在圖6中，第一金球80被示意性示出為與所述流動(dòng)通道32的第一側(cè)40相鄰，第二金球82被示意性示出為與所述流動(dòng)通道32的第二側(cè)44相鄰。措詞“球”并不意味著所述第一金球80和/或第二金球82必須是球形的。相反，它們可以采取任何所需的形狀。將被理解的是，所述傳感器10可包括另外的凸起焊接，但是在圖6中僅示意性地示出兩個(gè)。示出的粘合劑84或其他材料插入所述傳感芯片38的傳感面50與所述襯底12的第二側(cè)16之間。在一些實(shí)施例中，所述粘合劑84或其它材料可通過毛細(xì)作用從所述傳感芯片38的周邊流動(dòng)并填充所述傳感芯片38的傳感面50和所述襯底12的第二側(cè)16之間的間隙，但其可能會(huì)停止并且不流進(jìn)所述流動(dòng)通道32，這是因?yàn)樗隽鲃?dòng)通道32代表相對(duì)較寬的間隙。將被理解的是，所述粘合劑84或其他材料可幫助所述傳感芯片38機(jī)械附接至所述襯底12，和/或保護(hù)所述凸起焊接和所述布線跡線46、48遠(yuǎn)離流經(jīng)所述傳感器10的潛在的腐蝕性流體。在一些情況下，所述粘合劑84或其它材料可流動(dòng)成圍繞所述凸起焊接并將其封裝。在一些情況下，所述粘合劑84或其它材料可為不導(dǎo)電的粘合劑或其他材料。

圖7提供了所述第一殼體18的另一視圖。在一些情況下，正如本文提到的，所述流動(dòng)路徑34、36可以流體耦接到所述流動(dòng)路徑30，但是這不是必需的。在一些情況下，如圖所示，所述流動(dòng)路徑30可包括一個(gè)或幾個(gè)臺(tái)階86、88，其有助于減小流動(dòng)路徑30朝向傳感芯片的有效深度。將被理解的是，在一些實(shí)施例中，取決于所述傳感器10的預(yù)期使用，所述一個(gè)或幾個(gè)臺(tái)階86、88可不存在，或者甚至倒置。

圖8提供了所述第二殼體24的另一視圖。所述第二殼體24可具有表面90，旨在與所述襯底12的第二側(cè)16配合。第一凹部92可形成在所述表面90內(nèi)，這可旨在至少基本上與所述流動(dòng)通道32對(duì)齊（圖2）。更深的第二凹部94被定尺寸和配置成圍繞所述傳感芯片38裝配。在一些示例中，所述第二殼體24可包括輪廓96，其可被配置成有助于所述第二殼體24與所述襯底12的第二側(cè)16之間的密封。在這個(gè)示例中，并不意圖在所述傳感芯片38后面沿著與所述傳感面50相對(duì)的背面有顯著的流體流動(dòng)。

圖9提供了一個(gè)替代的第二殼體124的視圖。所述替代的第二殼體124具有表面190，其旨在與所述襯底12的第二側(cè)16配合。第一凹部192形成在所述表面190內(nèi)，并且旨在至少基本上與所述流動(dòng)通道32對(duì)齊（圖2）。所述第一凹部192更深一些，但不貫穿所述替代的第二殼體124。所述第一凹部192可被配置成允許流體在所述傳感芯片38后面沿著與所述傳感面50相對(duì)的背面流動(dòng)。示出的所述第二凹部194被定尺寸和配置成圍繞所述傳感芯片38裝配。在一些示例中，所述替代的第二殼體124可包括輪廓196，其可被配置成有助于所述替代的第二殼體124與所述襯底12的第二側(cè)16之間的密封。

本公開不應(yīng)該被認(rèn)為局限于上文描述的具體示例。本公開適用的各種修改、等同處理以及許多種結(jié)構(gòu)對(duì)于那些閱讀了本說明書的本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯然的。