具有改善的耐用性的电子组件和压力测量设备

摘要

一种设备(10)，包括：电子组件(1)，电子组件包括组装在第一基材(3)上的电子部件(2)；以及本体(11)，本体限定腔体(12)，腔体的第一端(12.1)与流体(14)流体连通，电子部件延伸到腔体(12)中，并且第一基材(3)包括与腔体(12)的壁接触的部分(7.1、7.3)，其中，第一基材(3)的材料的热膨胀系数小于电子部件(2)的膨胀系数，并且通过在第一基材(3)上添加熔焊型热的组装方法组装电子部件(2)。一种用于制造电子组件的方法。一种通过该方法获得的组件(1)。

说明书

技术领域

本发明涉及电子组件的领域，并且更具体地涉及用于航空应用的机电流体压力传感器的领域。

背景技术

通常，电子组件包括基材，基材具有使用烧结或钎焊接头配装在其上的电子部件。该组件允许电子部件和基材之间的机械和电气连接。在操作中，组件经受热循环，并且基材和部件的差异膨胀将压力施加到接头和电子部件，这会影响其测量精度及其耐用性。

由柔性传导性粘合剂制成的接头的使用用作将基材和部件之间机械地脱开，并且减小差异膨胀对传感器的精度及其耐用性的影响。然而，尽管机械性能良好，但是观察到粘合剂接头的传导性金属片迁移，并且观察到其电阻随时间的推移显著增加。

因此，现有的电子组件无法在部件和基材之间确保耐用的机械和电气接合，同时还提供适于部件和测量设备的尺寸和灵敏度的热机械脱开水平。

发明内容

本发明的目的是改善电子组件在经受热机械应力时承受疲劳的能力。

为此，提供了一种设备，该设备具有电子组件和本体，该电子组件包括组装在第一基材上的电子部件，该本体限定腔体，该腔体具有与流体流体连通的第一端，该电子部件在腔体内部延伸，并且第一基体包括与腔体壁接触的部分。有利地，第一基材的材料的热膨胀系数小于电子部件的膨胀系数，并且通过涉及应用热的钎焊类型的组装方法将电子部件组装在第一基材上。这种设备用作衰减从周围介质传递到电子部件的振动和热机械力。通过这种技术还使组件在设备上的紧固更简单。

当电子部件是压力传感器时，本发明的设备特别适合于测量压力。

当基材是柔性基材时，振动和热机械力甚至更加强烈地衰减。

当与腔体的壁接触的部分是弯曲部分时，有效地限制了第一基材的移动幅度。

当第一基材将弹性力施加在腔体的壁上时，改善了从周围介质传递到电子部件的振动和热机械力的衰减。

当第一基底包括用于使要测量其压力的一部分流体通过的孔口时，有效地过滤了压力瞬变和微粒。

当第一基材连接到第二基材时，使得该设备的构造更容易，该第二基材承载有通信单元和通信端口。

有利地，第二基材是刚性基材或柔性基材。

同样有利地，第二基材部分地延伸到腔体中；

当设备包括在腔体的第一端的前方延伸的格栅时，待测量的流体的过滤得到改善。

当腔体至少部分地由金属制成、较佳地由不锈钢制成的衬套限定时，该设备的构造也是廉价的。

当本体由热塑性材料制成时，该设备的构造是廉价的。

本发明还提供一种制作电子组件的方法，该方法包括以下步骤：在预备阶段期间，选择电子部件并选择要在其上组装电子部件的第一基材的步骤，选择第一基材使得基材材料的热膨胀系数小于电子部件的热膨胀系数。该方法还包括：在组装阶段期间，通过涉及应用热的钎焊类型的组装方法将电子部件和基材组装在一起的步骤。

在组装操作结束时，部件和第一基材的热膨胀系数之间差异会导致部件和第一基材的差异收缩，从而将预应力应用到第一基材。当组件经受温度循环时，基材与部件之间的连接点所经受的最大力减小了预应力的值，从而改善了本发明的组件的疲劳强度。

当预备阶段包括选择电子部件和第一基材的附加步骤时，两者都由具有玻璃化转变温度或高于电子组件的工作温度的熔融温度的材料制成，组件的坚固性得到改善。

当预备阶段包括选择第一基材和电子部件的附加步骤，以及在装配后导致在基材与部件之间的接合点中的应力小于0.1N/mm

当通过应用热的组装方法是钎焊或烧结或银烧结或包括通过金球进行连接时，能够使电子组装可靠且廉价。

本发明还提供了通过上述方法获得的电子组件。

当选择的第一基材是柔性基材时，该组件能够容易地结合到紧凑的设备中。

当第一基材是带纹理的基材时，有助于基材和部件之间进行连接的操作。

当第一基材是基于液晶聚合物的基材时，改善了疲劳强度。

当组件包括倒装芯片组装的部件时，更易于制作组件。

当组件包括至少一个包括成堆芯片的部件时，改善了组件的紧凑性。

当组件至少部分地覆盖在聚对二甲苯层时，该组件得到有效的保护。

有利地，基材具有的厚度小于一百微米和/或基材的表面包括覆盖在厚度小于十五微米的金属化层中的部分。

在阅读本发明的非限制性实施例的以下说明之后，本发明的其它特征和优点会显现出来。

附图说明

参照附图，在附图中：

-图1是制作本发明的组件的第一步骤的示意性剖视图；

-图2是制作图1的组件的第二步骤的示意性剖视图；

-图3是制作图1的组件的第三步骤的示意性剖视图；

-图4是制作图1的组件的第四步骤的示意性剖视图；

-图5是本发明的第一实施例中的压力测量设备的示意性剖视图；

-图6是本发明的第二实施例中的压力测量设备的示意性剖视图；

-图7是本发明的第三实施例中的压力测量设备的示意性剖视图；

-图8是本发明的第四实施例中的压力测量设备的示意性剖视图；以及

-图9是本发明的第五实施例中的压力测量设备的示意性剖视图。

具体实施方式

参考图1，通过将电子部件2钎焊到第一基材3上来制作本发明的电子组件，电子组件总体上被赋予标记1。该组件用于在大约200摄氏度的最大工作温度下操作。

在该示例中，选择的部件2是由诸如陶瓷Al

在该示例中，所选择的第一基材3是由八十微米厚的硅制成的带纹理的柔性基材。第一基材3具有基本上等于4×10

在本申请的意义内，如果基材能够弹性弯曲超过四十五度，则称其为“柔性的”。

第一基材3设置有第三电连接器3.1和第四电连接器3.2，第三电连接器3.1和第四电连接器3.2分别连接到第一导电迹线4.1和第二导电迹线4.2，第一导电迹线4.1和第二导电迹线4.2通过在十微米的厚度上选择性地金属化第一基材3的第一面3.3来获得。

将部件2放置在第一基材3上，使得部件2的第一连接器2.1和第二连接器2.2分别面对第三连接器3.1和第四连接器3.2(图2)。第一球2.10基本搁置在第三连接器3.1上，而第二球2.20基本搁置在第四连接器3.2上。这种组装技术也称为“倒装芯片组装”或“倒装芯片”。

然后加热组件1(在该示例中通过感应)，然后通过第一钎焊接头5.1将第一连接器2.1和第三连接器3.1组装在一起。通过第二钎焊接头5.2将第二连接器2.2和第四连接器3.1组装在一起(图3)。

在钎焊操作期间并且在所施加的热量(大约180摄氏度)的作用下，第一基材3(制成该第一基材3的材料的热膨胀系数低于部件2的材料的热膨胀系数)膨胀，就像部件2的材料一样。因此，第一基材3的热膨胀值

在组件1的冷却期间，部件2相对于第一基材3的更大收缩向位于第一钎焊接头5.1和第二钎焊接头5.2之间的第一基材3的第一部分6施加了预应力(图4)。

在组装后，第一钎焊接头5.1和第二钎焊接头5.2中的应力明显小于0.1N/mm

然后将五微米的聚对二甲苯层沉积在所获得的组件1上。

在操作中，当组件1经受温度变化时，第一钎焊接头5.1和第二钎焊接头5.2经受的热机械应力循环的幅度降低了部分6中的预应力值。因此改善了第一钎焊接头5.1和第二钎焊接头5.2的疲劳强度。

因此获得组件1，其中第一基材3具有的热膨胀系数低于与其连接的部件2的热膨胀系数。

参考图5，组件1被结合到压力测量设备10中。

设备10具有聚酰胺本体11，该聚酰胺本体呈纵向轴线Oy的直圆柱体形式。本体11呈现由不锈钢制成的衬套13限定的腔体12。在该示例中，衬套13呈纵向轴线Oy的直圆柱体的形式，并且它具有从衬套13的外表面13.2径向突出的翅片系列13.1。腔体12的第一端12.1经由本体11的第一端11.1开通到腔体12的外部，以便与外部流体14流体连通，该外部流体14的压力将被测量。格栅15在腔体12的第一端12.1的前面延伸。本体11的第二端11.2由横向壁16封闭。环氧树脂的印刷电路17具有的第一中间部分17.1穿过壁16，其第二部分17.2延伸到腔体12内部，并且第三部分17.3从本体11的外部突出。

印刷电路17具有由印刷电路17的第二部分17.2的底面17.21承载的微处理器18，以及由印刷电路17的第一部分17.1的顶面17.12承载的通信模块19。如在图5中能够看出的，在该示例中，通信模块19嵌入本体11中。在该示例中，组件1连接到印刷电路17的第二部分17.2的顶面17.22，并且第一基材3的第一部分7.1从印刷电路17的第二部分17.2延伸到回路13，使得第一基材3的部分7.1的第一端7.11与套筒13的内表面13.3接触。取决于其长度和/或其相对于纵向轴线Oy倾斜的角度，第一基材3的部分7.1的第一端7.11在衬套12上施加更大或更小的显著弹性力。

由印刷电路17承载的未示出的导电迹线将组件1、微处理器18和通信单元19连接到第一输出端口20。以虚线示出的连接器21用作将设备10连接到未示出的处理单元。

第一基材3及其安装的特定方式的柔性使得能够在其承受振动和热机械力的能力方面改善设备10的性能。

在第二、第三、第四和第五实施例的以下描述中，与以上描述的元件相同或相似的元件将被赋予相同的附图标记。

参考图6，并且在本发明的第二实施例中，第一基材3的与衬套12接触的第一部分7.1是弯曲的并且它施加弹性力。

参照图7，并且在本发明的第三实施例中，第一基材3具有弯曲的第一部分7.1和第二部分7.2，第一部分7.1与衬套13的内表面13.3接触，第二部分7.2基本上横向地横跨腔体12延伸。第一基材3还具有与衬套13的内表面13.3接触的弯曲的第三部分7.3。有利地，第二部分7.2具有允许流体14穿过的十个孔口8。

参考图8，并且在本发明的第四实施例中，设备10不具有第二基材17，并且第一基材3延伸穿过壁16。然后，第一基材3承载组件1以及微处理器18、模块19和输出端口20。

参照图9，并且在本发明的第五实施例中，第一基材3成形为呈现围绕纵向轴线Oy的螺旋形。第一基材3连接到第二基材17，并且在该实施例中，通讯端口20嵌入本体11中。销22从通讯端口20穿过本体11延伸以从本体11突出并在其端部处接纳连接器21。第一基材3的螺旋形状使得第一基材3的第一部分7.1和第三部分7.3在直径上相对，以像螺旋弹簧一样将弹性力施加在套筒13上。

当然，本发明不限于所描述的实施例，而是涵盖落入由权利要求限定的本发明范围内的任何变型。

具体地；

-尽管电子组件是通过使用包括对第一基材/部件对的特定选择并且通过应用加热来将它们组装在一起的方法而获得的，但是设备10可以结合有使用除本发明的方法之外的方法获得的电子组件，比如，借助粘合剂将部件组装在柔性基材上，或者甚至是将部件组装在基材上，该基材具有的热膨胀系数大于电子部件的热膨胀系数。

-尽管在上文中，组件的最高工作温度约为两百摄氏度，但本发明也同样适用于其它最高工作温度值，比如位于在零到两百摄氏度范围内的工作温度、负的温度、或大于两百摄氏度；

-尽管在上文中，部件是压阻压力测量微机电系统，但是本发明也同样适用于其它类型的部件，比如微机电系统或纳米机电系统，它们可以是电容性或电感性的，并用作测量压力、温度或执行逻辑、计算或通讯功能；

-尽管在上文中，部件具有两个连接器，但是本发明也同样适用于其它类型的部件，比如具有单个连接器或两个以上的连接器的部件；

-尽管在上文中，基材具有的厚度为八十微米，但是本发明也同样适用于其它类型的基材，比如厚度位于一微米至八十微米之间、或厚度大于八十微米、较佳地小于一百微米的基材；

-尽管在该示例中，通过将第一基材的第一面在十微米的厚度上选择性地金属化来获得导电迹线，但是本发明同样适用于其它电连接装置，其可以例如包括导线和/或内部导电迹线和/或通过选择性暴露基材而印刷或获得的导电迹线，迹线的厚度可能小于十微米或大于十一微米，理想地小于十五微米，并且迹线可能在基材的两面上延伸；

-尽管在上文中，处理单元是微处理器，但是本发明同样适用于其它处理装置，比如微控制器、FPGA或ASIC类型的集成单元(英文为“Application Spécifie IntegratedUnité”)；

-尽管在上文中，组件覆盖有五微米的聚对二甲苯层，但是本发明同样适用于其它类型的保护层，比如小于五微米或大于六微米，较佳地小于十微米的聚对二甲苯层、硅树脂、丙烯酸或聚氨酯层；

-尽管在上文中，设备包括限定设备中的腔体的不锈钢衬套，但是本发明同样适用于限定腔体的其它方式，比如与本体协配以部分地限定腔体的衬套或完全由设备的本体限定而没有衬套的腔体；

-尽管在上文中，衬套由不锈钢制成，但是本发明同样适用于由其它材料制成的衬套，比如诸如铜或青铜之类的非铁金属制成的衬套，或由合成材料(例如，聚酰胺)或玻璃纤维或碳纤维制成的衬套；

-尽管在上文中，设备的本体由聚酰胺制成，但本发明同样适用于其它类型的热塑性材料，比如低密度或高密度聚乙烯和PVC(聚氯乙烯)，或诸如甲醛或聚酯之类的热固性材料；

-尽管在上文中，设备中的腔体是直圆柱体的形式，但是本发明同样适用于其它类型的腔体，比如球形、圆锥形或任意形状的腔体；

-尽管在上文中，第二基材由环氧树脂制成，但是本发明同样适用于其它类型的第二基材，比如，由液晶聚合物制成的柔性基材或由聚酰亚胺制成的刚性基材；

-尽管在上文中，通信模块被嵌入在设备的本体中的同时由第二基材的顶面承载，但是本发明同样适用于通信模块的其它构造，比如通信模块由第二基材的底面承载，通信模块全部或部分地在腔体中延伸，模块部分地嵌入本体中，或者通信模块位于本体外部；

-尽管在上文中，压力测量值经由有线连接器传输到外部通信回路，但是本发同样适用于其它通信装置，比如蓝牙、Wi-Fi或无线类型的无线通信装置；

-尽管在上文中，部件通过锡基钎焊连接到第一基材，但是本发明同样适用于涉及应用加热组装的其它方法，比如银基或金基钎焊、银烧结或甚至涉及通过金球进行连接的方法；

-尽管在上文中，部件是单个部件，但是本发明同样适用于由成堆芯片制成的部件，也称为“堆叠芯片”；

-尽管在上文中，第一基材具有用于待测量其压力的流体通过的十个孔口，但是本发明同样适用于具有不同数量的孔口的第一基材，比如一个到九个孔口或超过十个孔口；

-尽管在上文中，参照其熔融温度选择了部件和基材，但是当材料是无机材料时，理想的是参照其玻璃化转变温度来选择它们。