包封在弹性材料中的压力传感器与包括压力传感器的系统

摘要

本披露涉及包封在弹性材料中的压力传感器与包括压力传感器的系统。一种封装压力传感器，包括：MEMS压力传感器芯片；以及由具体为PDMS的弹性材料制成的包封层，所述包封层在所述MEMS压力传感器芯片之上延伸并且形成用于将施加在所述包封层的表面上的力朝向所述MEMS压力传感器芯片传递的装置。

权利要求

1.一种封装压力传感器(1；29；30；33)，包括：

MEMS压力传感器芯片(6)；以及

在所述MEMS压力传感器芯片(6)之上由固化弹性材料制成的包封层(12；31；32)，所述包封层被配置成用于将施加于所述包封层表面上的力(16)传递至所述MEMS压力传感器芯片。

2.根据权利要求1所述的封装压力传感器，其中，所述包封层(31；32)被配置成用于直接接收所述力(16)。

3.根据权利要求1或2所述的封装压力传感器，其中，所述包封层(31；32)直接暴露于所述封装压力传感器周围的环境。

4.根据权利要求1所述的封装压力传感器，其中，所述弹性材料是从以下各项当中选择的：聚二甲硅氧烷、温度稳定型弹性材料和橡胶。

5.根据以上权利要求中任一项所述的封装压力传感器，其中，所述MEMS压力传感器芯片(6)包括以下各项中的至少一项：膜、隔膜以及一个或多个压阻区域。

6.根据以上权利要求中任一项所述的封装压力传感器，其中，进一步包括容器(2)，所述容器具有容纳所述MEMS压力传感器芯片(6)的内部空腔(4)，所述包封层填充所述容器(2)的所述内部空腔(4)。

7.根据权利要求6所述的封装压力传感器，其中，所述容器(2)具有第一开口(26)，导电元件(28)延伸穿过所述第一开口(26)与所述MEMS压力传感器芯片(6)电接触。

8.根据权利要求6或7所述的封装压力传感器，其中，所述容器(2)具有第二开口，通过所述第二开口暴露所述包封层(31)的顶表面(31a)，所述包封层(31)的所述顶表面(31a)限定施加所述力(16)的区域。

9.根据权利要求8所述的封装压力传感器，其中，所述包封层(31)通过所述第二开口从所述容器(2)中突出。

10.根据权利要求8或9所述的封装压力传感器，其中，所述包封层(31)的所述顶表面(31a)具有为以下各种情况之一的轮廓：弯曲的、凸起的、平面的。

11.根据权利要求6或7所述的封装压力传感器，其中，所述容器(2)具有与所述包封层的所述表面直接接触的帽盖(14)，所述帽盖限定施加所述力(16)的区域，所述帽盖被配置成用于响应于所述力而变形，由此将所述力传递至所述包封层。

12.根据以上权利要求中任一项所述的封装压力传感器，其中，所述MEMS压力传感器芯片(6；20)是第一MEMS压力传感器芯片并且耦合在第一支撑区域(18)上，并且第二MEMS压力传感器芯片(21)耦合在第二支撑区域(19)上，所述第一和第二支撑区域位于不同平面上。

13.根据权利要求11和12所述的封装压力传感器，其中，所述帽盖(14)在所述第一支撑区域(18)处具有第一厚度(t1)并且在所述第二支撑区域(19)处具有大于所述第一厚度的第二厚度(t2)。

14.根据以上权利要求中任一项所述的封装压力传感器，进一步包括印刷电路板(8)，所述MEMS压力传感器芯片(6)被安装在所述印刷电路板上。

15.一种组件，包括根据权利要求1至14中任一项所述的封装压力传感器(1；29；30；

33)，所述组件为以下各项之一：制动系统组件、称量机组件、按钮组件、智能鞋的鞋底、触摸屏组件。

16.一种系统，包括根据权利要求15所述的组件，其中，所述系统是以下各项中的至少一项：称量机、触摸屏、致动系统、智能鞋、蜂窝电话、智能电话、智能笔、智能鼠标、智能手表、触摸键盘。

17.一种电子设备(320)，包括：

壳体，所述壳体包括底盖(321)以及机械地耦合至所述底盖(321)的顶盖(324)；

触敏模块(328)，所述触敏模块被安排在所述壳体中并且被配置成用于感测由用户在所述顶盖(324)上给出的平面内触摸命令，至少一个根据权利要求1至14中任一项所述的封装压力传感器(29；30；33)，所述至少一个封装压力传感器被安排在所述壳体中并且操作性地耦合至所述顶盖(324)、被配置成用于感测由所述用户在所述顶盖上给出的平面外的力(16)。

18.根据权利要求16所述的电子设备，其中，所述平面外的力(16)是至少部分地指向所述底盖(321)的压力。

19.根据权利要求17或18所述的电子设备，进一步包括印刷电路板(322)，所述至少一个封装压力传感器电子地且机械地耦合至所述印刷电路板。

20.根据权利要求17至19中任一项所述的电子设备，其中，所述顶盖(324)包括所述电子设备的屏幕。

21.根据权利要求17至20中任一项所述的电子设备，其中，所述封装压力传感器被安排在所述壳体中横向于所述触敏模块(324)。

22.根据权利要求17至21中任一项所述的电子设备，包括多个根据权利要求1至14中任一项所述的封装压力传感器，所述封装压力传感器被安排在所述壳体中横向于所述触敏模块，每个封装压力传感器操作性地耦合至所述顶盖(324)以感测由所述用户在所述顶盖上给出的所述平面外的力生成的对应局部压力分量。

23.一种制造传感器封装体的方法，所述方法包括以下步骤：

将压力传感器裸片(6”)放置在支撑基底(8；38)上；

用可流动弹性材料覆盖所述压力传感器裸片(6”)；以及

硬化所述弹性材料。

24.根据权利要求23所述的方法，进一步包括以下步骤：

将所述压力传感器裸片放置在容器(2；34)中；以及

用所述可流动弹性材料至少填充所述容器的一部分。

25.根据权利要求24所述的方法，其中，在硬化所述弹性材料之后，所述方法进一步包括以下步骤：去除所述容器(34)，由此暴露所述弹性材料的表面。

26.根据权利要求25所述的方法，进一步包括以下步骤：压平所述经硬化的弹性材料的顶表面(32a)。

27.根据权利要求24至26中任一项所述的方法，其中，所述容器(2)是具有第一开口(26)和第二开口的闭合容器，导电元件(28)延伸穿过所述第一开口(26)，所述可流动弹性材料通过所述第二开口被提供以至少填充所述容器的所述部分。

28.根据权利要求27所述的方法，其中，用可流动弹性材料至少填充所述容器的一部分包括完全地填充所述容器。

说明书

包封在弹性材料中的压力传感器与包括压力传感器的系统

技术领域

[0001] 本披露涉及封装压力传感器，涉及包括封装压力传感器的组件，涉及包括封装压力传感器的系统并且涉及制造封装压力传感器的方法。

背景技术

[0002] 半导体压力传感器通过检测作用在悬置于半导体本体之上的硅树脂的薄膜或隔膜上的压力而工作。半导体本体和膜的组件限定了当力作用在其上时针对膜的偏离的腔体。

[0003] 目前，传感器已知能够测量高压力值并且配备有不锈钢芯，固定在所述不锈钢芯上的是应变计元件。应变计元件检测通过电阻变化而与应变计元件相关联的芯的几何变形。然而，出于可靠性、尺寸和成本的原因，这些传感器对于在汽车应用中使用而言不是非常便利。此外，它们并不提供高精度。

[0004] 同样存在利用半导体技术获得的已知的集成压力传感器。这些传感器典型地包括悬在设置在硅体中的腔体之上的薄膜或隔膜。形成在薄膜内的是连接在一起以形成惠斯通电桥(Wheatstone Bridge)的压阻元件。当受压力时，膜变形、引起压阻元件电阻的改变，并因此惠斯通电桥不平衡。作为替代方案，电容式传感器是可用的，其中，膜提供电容器的第一极板，而第二极板是由固定参照物提供的。在使用过程中，膜的偏离生成电容器的电容变化，所述变化可以检测到并且与在膜上提取的压力相关联。

[0005] 然而，这些半导体传感器自身可能不用于测量高压力，因为它们通常具有较低的满刻度值。因此，针对高压力应用，合适的封装有待提供给前述半导体压力传感器。例如，用于封装的材料包括钢、不锈钢和陶瓷。具体地，一些压力传感器被安排在陶瓷或钢容器内，所述容器具有比半导体压力传感器的敏感区域大得多的基底区域。然后，这些容器用油填充，以确保外延的表面用于施加有待测量的力并且均匀的分布力自身。然而，使用油要求容器是不漏液体的并且另外涉及高成本，限制其应用领域。

发明内容

[0006] 本发明的目的是提供克服现有技术缺陷的一种封装压力传感器、一种包括封装压力传感器的组件、一种包括封装压力传感器的系统以及一种制造封装压力传感器的方法。

[0007] 根据本发明，提供克服现有技术缺陷的一种封装压力传感器、一种包括封装压力传感器的组件、一种包括封装压力传感器的系统以及一种制造封装压力传感器的方法。

附图说明

[0008] 为了更好地理解本公开，现在将仅通过非限制性示例并且参照附图描述其一些实施例，在附图中：

[0009] 图1是根据本披露的一方面的封装压力传感器的横截面视图；

[0010] 图2是图1的封装压力传感器的部分解剖透视图；

[0011] 图3和图4是根据本披露的对应实施例的对应封装压力传感器的横截面视图；

[0012] 图5是根据本披露的另一方面的封装压力传感器的横截面视图；

[0013] 图6是根据本披露的另一方面的封装压力传感器的横截面视图；

[0014] 图7至图9是根据本披露的另一实施例的与用于制造封装压力传感器的步骤相关的横截面视图；

[0015] 图10A是根据图7至图9的步骤提供的封装压力传感器的实施例的横截面视图；

[0016] 图10B是根据图7至图9的步骤提供的封装压力传感器的替代性实施例的横截面视图；

[0017] 图11示出了图10A或图10B的安装在印刷电路板(PCB)上并且可以用作按钮的封装压力传感器；

[0018] 图12是根据本披露的一方面的针对包括封装压力传感器的电子设备的框图；并且[0019] 图13示出了根据本披露的实施例的容纳封装压力传感器的电子设备的横截面视图。

具体实施方式

[0020] 图1在X，Y，Z坐标平面中在横截面中示出了根据本披露的实施例的封装压力传感器1。在以下描述中，术语“压力传感器”应旨在还包含术语“力传感器”，为通过公式P＝F/A(即，压力为力F除以面积A)或等效地F＝P·A关联的力和压力。术语“压力传感器”和“力传感器”可以因此以可互换的方式使用。

[0021] 图2是图1的封装压力传感器的部分解剖透视图。

[0022] 压力传感器1包括容器2，所述容器具有底壁2a以及一个或多个侧壁2b(在图2中，示出了单个圆形形状的侧壁2b)。侧壁2b和底壁2a可以是单片结构(如图1中所示)或者替代性地是耦合在一起的多个隔离的部件。侧壁2b具有顶表面2b’，所述顶表面的延伸部分是由侧壁2b的厚度限定的。腔体4在容器2中延伸，在下方由底壁2a的内侧4a定界并且横向地由侧壁2b的内侧4b定界。在顶视图中，侧壁2b的顶表面2b’平行于XY平面并且包围腔体4。

[0023] 传感器芯片6(例如，包括微加工感测元件)被容纳在腔体4中。

[0024] 容器2可以是由任何合适的材料制成，如钢、不锈钢、陶瓷或具有低热膨胀系数的金属合金(例如，具有镍和钴的铁合金，其化学形式被控制用于呈现低且均匀的热膨胀特性)。更详细地，传感器芯片6耦合至容器2的底壁2a的内侧4a，或者直接地或者通过如图1中所展示的且在以下描述的于其间的另外的元件。传感器芯片6是自身已知的类型，并且包括应用专用集成电路(ASIC)6’，安装在其上的是使用微电子机械系统(MEMS)技术形成的压力传感器6”，并且在此被称为MEMS传感器6”。

[0025] MEMS传感器6”和ASIC 6’可以以任何已知的方式电耦合，例如，通过导线(引线接合)、或锡球、或任何合适的装置。

[0026] 传感器芯片6的MEMS传感器6”具体地包括半导体本体(6a)(例如，硅)，所述半导体本体限定了腔体6b，悬在所述腔体之上的是膜(或隔膜)6c，所述膜例如也是硅。膜6c通常是利用包括光刻和湿法蚀刻或干法蚀刻工艺的微加工步骤获得的。膜6c被配置成用于在作用于其上的力的作用下偏离朝向腔体6b。在膜6c之中或之上形成一个或多个压阻元件(在附图中未展示)，例如，四个压电电阻可以连接在一起以形成惠斯通电桥。当经受压力时，膜6c经历变形，引起压阻元件的电阻变化并因此引起惠斯通电桥的失衡，这可被测量并与作用在MEMS上的压力值相关联。压阻元件具体地被安排在以膜6c的中心为中心的理想交叉的顶点处，并且构成区域具有P型掺杂。通过适合的扩散掩模而使掺杂原子扩散，从而获得压阻元件，并且具有例如近似于矩形的截面。作为惠斯通电桥连接的替代方案，压阻检测元件可以形成环形振荡器电路的一部分。

[0027] 根据不同的实施例，传感器芯片6如本领域中所周知的电容式操作。在这种情况下，不存在压阻元件。

[0028] 一般描述的ASIC 6’是半导体裸片，所述半导体裸片包括一个或多个电气部件，如集成电路。半导体裸片是由半导体材料(如，硅)制成，并且包括在其中形成集成电路的有效表面。集成电路可以是模拟或数字电路，该模拟或数字电路被实现为在半导体裸片内形成的并且根据半导体裸片的电气设计与功能电互连的有源器件、无源器件、导电层和介电层。ASIC 6’被配置成用于通过将信号发送至MEMS传感器6”以及从其中接收信号而与MEMS传感器6”进行通信。

[0029] 传感器芯片6穿过ASIC通过例如由胶带(如，聚酰亚胺薄膜)形成的耦合区10或者另外地通过锡焊区耦合至印刷电路板(PCB) 8。在使用粘合剂膜的情况中，ASIC 6’利用一根或多根导电线7电耦合至PCB 8。传感器芯片6和PCB 8因此堆叠在彼此顶部上。PCB 8位于容器2的内部空腔4的底部4a上，并通过胶层或胶带或者温度稳定的聚酰亚胺层耦合至底部4a。

[0030] PCB 8可以根据需要为柔性PCB、刚性PCB、环氧树脂PCB、陶瓷PCB或甚至其他之一。

[0031] 应注意的是，根据本披露的一方面，配备有锡焊盘(例如，BGA——“球栅阵列”)的接口元件(如有机衬底或陶瓷衬底)可以被安排在ASIC 6’与PCB 8之间。在这种情况下，ASIC 6’耦合至BGA并且BGA耦合至PCB 8。在附图中未明确地示出接口元件。ASIC集成利用放大和数字化对模拟信号进行调节的功能，以用于提供针对干扰稳健的数字接口。PCB 8集成接口的机械支撑功能以及针对电气连接的路由功能。

[0032] 聚二甲硅氧烷(PDMS)填充层12完全填充内部空腔4，包围传感器芯片6和PCB 8。填充层12延伸接触传感器芯片6的膜6c，但是不在内部空腔6b中，其被绝缘以便不危害传感器芯片6的功能。PDMS可以由另一种弹性材料替换，如，例如，类属硅树脂橡胶、聚合物弹性体、硅凝胶。在本描述的结果中，外显引用将针对PDMS，但这不暗示着任何一般性损失。

[0033] 容器2进一步包括覆盖帽盖14，所述帽盖被配置成用于直接地或间接地耦合至侧壁2a的顶表面2b’，以便在顶部界定腔体4。因此，当被安装时，覆盖帽盖14闭合腔体4，并且，当腔体4用填充层12填充时，其直接与所述填充层12接触。

[0034] 根据一个实施例，内部空腔4具有包括在10-6m3与10·10-6m3之间的体积，例如，2·-6 3 -5 2 -3 210 m 。更具体地，前述体积是由底壁2a的位于平面XY中其值包括在10 m 与10 m之间(例如，3·10-4m2)的内侧4a面积与具有沿着Z的主延伸其值包括在1mm与20mm之间(例如，5mm)的侧壁2b限定的。帽盖14具有其值包括在10-5m2与10-3m2之间(例如，3·10-4m2)的基底区域以及沿Z测量的等于一毫米或几毫米的厚度，例如，在1mm与5mm之间，具体地在1mm与2mm之间，例如，1.5mm。

[0035] PDMS以液体形式并且以无气泡的方式被引入内部空腔4中并且然后以本身已知的方式凝固，例如，在高温(例如，至少100℃)下在固化步骤过程中持续一些分钟(例如，10-20分钟)。

[0036] 为了确保完全填充腔体4以及同时帽盖14与填充层12之间的接触，优选的是在安装帽盖14之后穿过被制成穿过容器2的合适的孔填充内部空腔4。给定PDMS的黏度及其随后的凝固步骤，本申请已经发现不存在PDMS从用于其引入的孔中大量流出或铺开的问题。此外，所述孔可以以自身已知的方式被堵塞或焊接。

[0037] 在使用过程中，当压力或力施加于帽盖14上时(在图1中箭头16的方向上)，帽盖14在方向Z上的任何偏移被传递至填充层12，所述填充层进而将压力传递至传感器芯片6的膜6c，所述传感器芯片充当换能器将膜6c经历的偏离转换成电信号以由ASIC 6’处理并供应至PCB 8。施加在封装压力传感器1上的力因此被传感器芯片6检测到。封装体压力传感器1能够测量在由箭头16指示的方向上的在范围0.1-100kN内的力。

[0038] 本申请人已经发现PDMS被设计成用于以高度方向性传递施加于帽盖14上的力，并因此适合在所描述的上下文中的应用。

[0039] 帽盖14进一步提供施加力16的表面，所述表面相比由传感器芯片6的膜6c提供的表面更加面积广并且相比在缺少帽盖14的情况下由PDMS层提供的表面更加均匀。因此，在使用中，帽盖14充当压力倍减器，增加力的施加面积并使之均匀。

[0040] 如已经所述，PDMS当经受压缩时，沿力作用线以良好的方向性传播施加于其上的力。因此，沿施加力的作用线安排的传感器芯片6相比关于力作用线横向安排的传感器芯片经受更大的力。同样地，所述力施加于安排在帽盖14附近的传感器芯片6，所述传感器芯片相比安排在容器2的底部附近的传感器芯片将经受强度更大的力。

[0041] 在此方面，如图3中所展示的，所述图示出了根据另一个实施例的封装压力传感器1’，有可能对容器2的内部空腔4塑形以用于呈现第一和第二停靠区域18、19，其中，所述第一停靠区域在平面XY中延伸至从腔体4的底部4a开始沿Z测量的高度h1，所述高度h1大于第二停靠区域19延伸的高度h2。在任何情况下，h1和h2的值都小于腔体4沿Z的最大深度hTOT。举例来讲，hTOT的值是在1mm与20mm之间选择的，例如，5mm；h1的值是在1mm与20mm之间选择的，例如，15mm；h2的值是在1mm与5mm之间选择的，例如，1mm。在一个实施例中，第二停靠区域19可以与底壁2a的内侧4a重合。

[0042] 第一和第二停靠区域18、19各自容纳耦合至对应的PCB 23、25的对应的传感器芯片20、21。每个传感器芯片20、21都类似于传感器芯片6(即，其包括ASIC 20’、21’和MEMS 20”、21”)并因此为了简洁在此不再进行描述。

[0043] 根据图4中所展示的另一个实施例，封装压力传感器1”包括帽盖24，所述帽盖被塑形以在第一停靠区域18和第二停靠区域19中分别具有彼此不同的厚度t1和t2(具体地，t1小于t2)。以此方式，在使用中，当压力从外部作用于帽盖24上时，帽盖24的具有厚度t1的薄区域24a相比其具有厚度t2的厚区域24b将具有更大的偏离。因此，将这个压力传输至PDMS层4在帽盖24的薄区域24a中相比在其较厚区域24b中将被衰减得更多。

[0044] 例如，帽盖24的薄区域24a具有沿Z测量的包括在1mm与5mm之间的(具体地，在2mm与3mm之间)厚度t1；厚区域24b具有沿Z测量的大于薄区域24a的厚度的厚度t2，例如，大一个数量级(在10mm与50mm之间)，具体地在20mm与30mm之间。

[0045] 参照图3和图4两个实施例，传感器芯片20和21两者在使用中检测由填充层12的温度变化生成的压力变化，所述填充层根据工作温度膨胀并被压缩。由每个传感器芯片由于温度变化而生成的信号是噪声信号，所述噪声信号添加至由有待检测的外力引起的压力变化表示的有用信号。在图3和图4的情况中，然而，由于以上阐述的原因，传感器芯片21最小程度地经历由有待检测的外力生成的压力。其因此可以用作监测温度噪声信号的参考，所述信号可以通过在压力传感器1’、1”外部的合适的处理系统从由传感器芯片20提供的压力信号中减去。

[0046] 不论考虑图1、图3还是图4的实施例，包含在腔体4中的每个传感器芯片与其被安装在上面的对应的PCB 8、23或25进行通信，并且所述PCB 8、23或25通过被制成穿过容器2的对应的孔26(在图1中)或孔27(在图3和图4中)与封装压力传感器外部进行通信，穿过所述容器传递了一根或多根电线，由参考号28总体表征。所述一个或多个电线与传感器芯片6和/或与PCB 8直接电接触，和/或经由PCB 8与传感器芯片6电接触。在对应实施例中的孔26或孔27具有其大小如用于使电线28能够通过但不使液体形式的PDMS在填充腔4的过程中流出的直径。在任何情况下，因为PDMS是粘性的，所以其任何大量流出都是不可能的；另外，因为其在已经流出之后立即固化，所以其任何可能的流出不会危害封装压力传感器的恰当的操作。

[0047] 根据本披露的另一方面，PCB 8可以是柔性PCB。在这个情况中，至少一根电线28可以是柔性PCB 8的延伸穿过容器2的一部分。

[0048] 明显的是，容器2像内部空腔4一样可以根据需要基于封装压力传感器的特定使用应用而被模制。容器2和/或腔体4可以因此具有四边形或一般地多边形形状、螺旋管形形状或任何其他形状。另外，明显的是，其可以容纳任意数量的传感器芯片。此外，在腔体4中存在多个传感器芯片的情况中，它们可以共享同一个PCB，例如，使用柔性电路板(FCB)，所述FCB可以被模制以用于遵守腔体4的内部构造。

[0049] 图5示出了根据本披露的另一方面的封装压力传感器29的另一个实施例。与压力传感器1的元件相同的压力传感器29的元件用相同的参照号指示并不再进一步进行描述。具体地，注意的是，参照图1披露的ASIC 6’与PCB 8之间的接口元件(例如，BGA)也可以在图
5的实施例中存在，即使在附图中未明确示出。

[0050] 压力传感器29包括具体由陶瓷材料制成的容器2。然而，容器2还可以是不锈钢或金属合金，如，具有镍和钴的铁合金(其化学形式被控制用于呈现低且均匀的热膨胀特性)。容器2限定了在其中容纳了传感器芯片6的内部空腔4。传感器芯片6耦合至内部空腔4中的容器2的底壁2a的内侧4a，或者直接地或者通过如图5中所展示的且已经在图1中描述的于其间的另外的元件。传感器芯片6是自身已知的类型，并且包括应用专用集成电路(ASIC)
6’，安装在其上的是使用微电子机械传感器(MEMS)技术获得的压力传感器6”，在此被称为MEMS传感器6”。传感器芯片6可以以电容方式或压阻方式进行操作。

[0051] 传感器芯片6穿过ASIC通过例如由胶带(如，聚酰亚胺薄膜)形成的耦合区10或者另外地通过锡焊区耦合至印刷电路板8。在实施例中，ASIC集成利用放大和数字化对模拟信号进行调节的功能，以用于提供针对干扰稳健的数字接口，而PCB 8集成接口的机械支撑功能以及针对电气连接的路由功能。

[0052] 聚二甲硅氧烷(PDMS)填充层31(类似于之前讨论的填充层12)完全填充内部空腔4，包围传感器芯片6和PCB 8。填充层31延伸接触传感器芯片6的膜6c，但是不在内部空腔6b中，其被绝缘以便不危害传感器芯片6的功能。PDMS可以由另一种弹性材料替换，如，例如，类属硅树脂橡胶、聚合物弹性体、硅凝胶。在本描述的结果中，外显引用将针对PDMS，但这不暗示着任何一般性损失。

[0053] 在图5的实施例中，覆盖帽盖(如图1和图3的覆盖帽盖14)不存在。相反，填充层31沿Z方向延伸至一高度，所述高度至少与容器2的侧壁的沿Z方向的高度相同。优选地，填充层31延伸至比容器2的侧壁2b的高度更高的高度处。因此，腔体4在其顶部处未被消除或未被覆盖，并且填充层31直接暴露于环境中。

[0054] 如图5中所示，根据本披露的实施例，填充层具有弯曲的、凸起的轮廓；换言之，填充层的顶表面31a可能具有穹顶状形状，其中心部分31a’有效地在沿Z轴比填充层31的外周部分31a”的高度更高的高度处延伸；更具体地，根据图5的实施例，填充层31在与容器2的侧壁2b相邻的外周部分31a”处具有与容器2的侧壁2b的高度大约相同的高度。因此，根据这个实施例，填充层31未覆盖侧壁2b的顶表面2b’。

[0055] 图6示出了根据本披露的另一方面的封装压力传感器33的另一个实施例。压力传感器33与压力传感器1和/或压力传感器29公共的元件用相同的参照号标识并不再进一步进行描述。

[0056] 在压力传感器33中，填充层31至少部分地在侧壁2b的顶表面2b’上延伸。具体地，填充层31在侧壁2b的顶表面2b’上延伸，其方式使得完全地覆盖顶表面2b’。

[0057] 在这种情况下，填充层31的顶表面可以具有弯曲的或凸起的轮廓(穹顶状顶表面31a)；或替代性地，填充层31可以被模制(例如，通过切割步骤)，以便具有平面的或基本上平面的顶表面31a。

[0058] 参照图5和图6两者，在使用过程中，压力或力在图5、图6的箭头16的方向上直接施加于填充层31上(即，至少在顶表面31a的外表部分上)。

[0059] 填充层31在方向Z上的任何偏离被传递至传感器芯片6的膜6c，所述传感器芯片充当换能器，将膜6c经历的偏离转换成电信号以由ASIC 6’处理并供应至PCB 8。施加在填充层31上的力因此被传感器芯片6检测到。压力传感器29和压力传感器33能够在由箭头16指示的方向上测量在范围1-100N内的力。

[0060] 参照图5和图6提出的教导可以同样地应用于图3和图4的实施例。在这种情况下，封装压力传感器1’被脱去帽盖14和24，并且填充层直接暴露于施加于其的力或压力下。

[0061] 图10A和图10B示出了根据本披露的另一方面的封装压力传感器30的对应的另外实施例。图7至图9示出了用于制造图10A和图10B的封装压力传感器30的步骤。封装压力传感器30与封装压力传感器1公共的元件由相同的参考号指定。

[0062] 在这种情况下，封装压力传感器30是相同的构造并充当图1和图2的封装压力传感器1、或图5的封装压力传感器29、或图6的封装压力传感器33；然而，图10A和图10B的压力传感器30不具有任何容器2和帽盖14。而是，封装体的外表面由包封层32(具体地，由弹性材料制成)提供，其可以是以上参照图1和图2的填充材料层12或者图5或图6的填充层31提供的示例中的任何一个。在以下披露的示例性实施例中，包封层32是PDMS。

[0063] 为了制造封装压力传感器30，使用包括ASIC 6’以及已经参照图1描述的类型的MEMS压力传感器6”的传感器芯片6。MEMS传感器例如是膜类型，所述MEMS传感器暴露并直接与包封层32接触。

[0064] 为了制造图10A和图10B的封装压力传感器30，现在参照图7至图9。参照图7，由ASIC 6’和MEMS 6”(下文中的传感器芯片6)形成的堆栈被安排在例如由聚碳酸酯、特氟龙或钢制成的暂时性容器34中。在随后的制造步骤过程中，为了防止传感器芯片6移动离开其位置，胶带38可以用于保持其粘附在暂时性容器34的底部。

[0065] 参照图8，PDMS以液态形式并且无气泡地倒入暂时性容器34中，其方式类似于已经参照图1所描述的用于均匀地覆盖传感器芯片6的方式。固化步骤使得能够凝固PDMS，以形成完全覆盖传感器芯片6的填充层39。

[0066] 参照图9，切割暂时性容器以及PDMS的步骤是沿着平行于平面XZ和YZ的切割平面执行的。举例来讲，在图9中所展示的是切割线40。以此方式，消除暂时性容器34的侧壁。例如，切割平面XZ和YZ与ASIC 6’的周边对齐。因此形成了图10A的弹性包封层32。

[0067] 注意的是，作为制造工艺的直接结果，包封层32的顶表面32a可能不是基本上平坦的；相反，其可以具有不规则的轮廓，或者弯曲的轮廓或者凸起的轮廓。填充层39可以同样地在顶部(即，平行于平面XY)被切割，以减小其厚度(若需要的话)和/或以使顶表面32a平坦。因此形成了图10B的弹性包封层32’。

[0068] 暂时性容器的底壁以及胶带层然后被去除，以获得图10A和图10B的封装压力传感器30。

[0069] PDMS层沿Z的厚度在0.1mm与5mm之间，例如，1mm。

[0070] 封装压力传感器30可以例如被安装在PCB 42上并且被定位设备中以用作按钮，如在图11中所展示的，所述压力传感器可以用在称量机中，并且帮助触摸屏评估压力的强度，用作由硅树脂材料制成的配备有集成压力传感器的智能鞋的鞋底，以及还有其他应用。

[0071] 此外，封装压力传感器30可以同样地用于提供电子设备(如，蜂窝电话、可穿戴式设备等)中的按钮。这种电子设备300在图12中示出，其包括控制器310以及封装压力传感器组件312，其可以包括图1的封装压力传感器10、图5的封装压力传感器29以及图6的封装压力传感器33、或者图10A或图10B的封装压力传感器30。封装压力传感器组件312电耦合至控制器。控制器310包括控制电路，其可以包括一个或多个处理器、存储器以及分立逻辑。控制器310被配置成用于将信号传输至压力传感器组件312并从其中接收信号。如以上所提及的，压力传感器组件312可以是电子设备的输入/输出设备的一部分，如，作为电子设备的按钮的一部分。电子设备可以进一步包括电源314，所述电源可以是用于耦合到外部电源的电池或部件。

[0072] 图13在横截面视图中示出了根据本披露的实施例的配备有多个封装压力传感器312的电子设备320的一部分，具体为图10B的封装压力传感器30。显然的是，还可以使用图5的封装压力传感器29、图6的封装压力传感器33和/或图10A的封装压力传感器30。电子设备
320具体为蜂窝电话或智能电话，但是其可以是配备有触摸屏的任何其他电子设备，如，平板机、个人计算机、音频播放器、可穿戴式设备(例如，智能手表)等。根据另一个实施例，电子设备320可以是跟踪板、定位设备(例如，触摸鼠标)或键盘(例如，触摸键盘)。电子设备
320可以甚至是智能笔的一部分，其可以用于在智能电话或平板机上书写或绘画。在这种情况下，电子设备320 集成在智能笔的点中。

[0073] 电子设备320包括底盖321，所述底盖以自身已知的方式形成PCB 322的支撑基底。电子设备320进一步包括顶盖324，所述顶盖形成或包括通常由玻璃制成的电子设备320屏幕。顶盖324和底盖321通过耦合元件323彼此机械地耦合，所述耦合元件包括但不限于螺丝钉、粘胶、匹配连接器或扣件或者任何其他合适的耦合元件。顶盖324和底盖321当耦合时限定内部空间326。在实施例中，顶盖324和底盖321位于平行的平面上。

[0074] 触敏模块328(被适配成用于感测电子设备320的用户的触摸)被容纳在内部空间326内，与顶盖324相邻。触敏模块328具有自身已知的类型(例如，其实现了电容式触摸屏)并因此为了简洁起见将不再详细描述。

[0075] 封装压力传感器312(例如，四个封装压力传感器)横向于触敏模块328定位在PCB 322与顶盖324之间在内部空间326内。封装压力传感器312可以定位在长方形形状电子设备
320的四个角处。通常，封装压力传感器312可以具有除了四之外的任何数量，并且被安排在电子设备320的其他位置处在PCB 322与顶盖324之间与触敏模块328间隔开。

[0076] 更详细地，每个封装压力传感器312通过形成在ASIC 6’的导电底部引线之间的对应的焊料区域330以及PCB 322的对应的导线耦合至PCB 322。每个封装压力传感器312延伸朝向顶盖324。在本披露的实施例中，每个封装压力传感器312通过弹性包封层32与顶盖324直接接触。在本披露的另一个实施例中(未示出)，每个封装压力传感器312通过一个或多个中间层或者间隔元件与顶盖324接触。在封装压力传感器312被制造成沿Z方向具有等于或小于触敏模块328沿Z方向的厚度的延伸部分的情况下，后面的解决方案可以是有用的。

[0077] 在使用过程中，施加在顶盖324上并且至少部分地沿Z方向定向的压力引起一个或多个封装压力传感器312的弹性包封层32收缩(取决于施加压力的顶盖324的区域)。弹性包封层32将压力传递至对应传感器芯片6的膜6c，所述传感器芯片充当换能器，将膜6c经历的偏离转换成电信号以由ASIC 6’处理。经受所施加的力的每个封装压力传感器312因此生成指示所施加的压力的电信号并将这种电信号传递至PCB 322，以用于进一步处理。具体地，因此被感测并被换能的压力可以用于为电子设备320提供进一步的压敏屏幕功能，即，电子设备320不仅响应于用户在XY平面上的触摸(由触敏模块328提供的功能)，而且还对由用户在屏幕上沿Z方向施加的压力敏感。由每个封装压力传感器312供应给PCB 322的电信号的处理细节不是本披露的一部分并因此不进一步描述。

[0078] 从以上已经描述的内容，所展示的披露的优点在各实施例中清楚地涌现。

[0079] 具体地，根据本披露的披露内容仅用于产生、呈现较少的成本、以及使实际应用的多功能性成为可能。

[0080] 最终，明显的是，在不背离本披露的范围的情况下，可以对所描述的披露进行修改和变化。具体地，关于已经针对将传感器适配成特定范围所描述的，可以改变尺寸和实施例。

[0081] 上述各实施例可以组合以提供进一步的实施例。例如，图3和图4的教导可以与图7至图9以及图10A、图10B的教导组合。在这种情况下，封装压力传感器30可以包括支撑衬底，其中，第一MEMS压力传感器芯片耦合在第一支撑区域上，并且第二MEMS压力传感器芯片耦合在第二支撑区域上，所述第一和第二区域位于不同平面上。

[0082] 根据之前披露的实施例中的每个实施例的压力传感器可以用于感测不均匀地施加于其上的压力或力，以及根据对应的实施例施加于帽盖或弹性包封层的特定(受限)区域的精准的压力或力。