一種具有自封裝結構的貼片式單電阻壓阻式壓力傳感器，涉及一種壓力傳感器。設芯片主體、壓敏電阻、連接錨點、金屬層、鑲嵌電路、印刷電路板、電極、錫釬焊和壓力腔；芯片主體設帶空腔的玻璃晶圓片和硅薄膜，玻璃晶圓片與硅薄膜通過陽極鍵合結合；壓敏電阻設在硅薄膜下表面，金屬層濺射在連接錨點上，連接錨點與金屬層形成歐姆接觸，鑲嵌電路分別與壓敏電阻和連接錨點相連接，鑲嵌電路設于玻璃晶圓片表面上，電極設于印刷電路板上，芯片上的銅電極由錫釬焊與電極連接并組成惠斯登電橋；壓敏電阻通過鍵合界面引出電極與外界焊盤實現電連接，鑲嵌電路將密封的壓力腔內的信號輸出至外部電路。高可靠性且適用于潮濕、酸堿、靜電等惡劣環境。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種壓力傳感器，尤其是涉及一種具有自封裝結構的貼片式單電阻壓阻式壓力傳感器。
技術介紹
在傳感器的各應用領域中，溫度、流量、壓力、位置是最常見的測試參數。在各類傳感器中，因壓力傳感器可廣泛用于壓力、高度、液體的流量、流速、液位、壓強的測量與控制，它已成為傳感器技術最成熟、性能比穩定的一類傳感器。根據工作原理的不同，壓力傳感器可以分為機械膜片電容式、娃膜片電容式、壓電式、壓阻式、光纖式、聲表面波式、霍爾效應式壓力傳感器等。壓阻式壓力傳感器以其結構簡單、輸出信號大、信號處理簡單等優點得到人們的青睞。然而，盡管壓阻式壓力傳感器已經是一種很成熟的商業化產品，但作為其核心的MEMS壓阻式壓力傳感器芯片有以下三個問題影響了壓力傳感器的可靠性應用I)芯片上組成惠斯通電橋的四個壓敏電阻的一致性差在傳統硅壓阻式壓力傳感器中，惠斯登電橋中的四個壓敏電阻都制作在傳感器芯片的敏感薄膜上，由于四個電阻無法制備成完全一樣，導致零點漂移，甚至負偏壓的產生，使放大器無法正常工作。為了解決上述問題，部分學者通過匹配外電路電阻使電壓值處于放大器的有效放大區間。雖然這種方法一定程度上解決了負電壓產生的問題，但是由于批量生產的不穩定性，每個傳感器所需的外電路電阻均不相同，需要大量的人力物力來匹配這些電阻,大大增加了生產成本。2)壓敏電阻易受到外界環境的污染和腐蝕在傳統硅壓阻式壓力傳感器中，由于自作工藝的限制，壓敏電阻及其電橋連接電路通常排布在硅膜外表并暴露在外界環境中。器件在工作過程中，由于外界環境酸堿物質、靜電顆粒、粉塵等對壓敏電阻的影響，易導致器件性能和使用壽命大打折扣。為了提高器件在惡劣環境下的可靠性，目前商業化普遍采用的是壓力變送的封裝技術W. P. Eaton, J.H. Smith, “Micromachined pressure sensors:review and recent developments”，SmartMater. Struct. Vol. 6pp. 530-539, 1997.，即將壓力傳感器芯片封裝于充滿硅油的密閉結構中，外加壓力從不銹鋼膜片通過硅油傳遞到壓力傳感器芯片上。但是，硅油化學穩定和耐溫性能不夠好，長期在高溫下工作會發生變化，其分解的化學成分里面有小顆粒的導電物質，這種物質可能會穿過芯片的鈍化層破壞芯片或者介入擴散電阻條中間，形成短路或污染，造成傳感器高溫輸出信號不穩定，這些問題的存在將影響傳感器的長期可靠性。此外，在一些氣壓傳感器中，例如汽車輪胎壓力傳感器，為了保護薄膜上面的壓敏電阻，在封裝時用硅膠包裹壓力傳感芯片，以隔絕測試氣體的影響。這種方案不僅增加了制造成本，而且溫度的變化會引起硅膠的膨脹或收縮，進而影響壓力傳感器輸出的靈敏度和穩定性。3)傳感器芯片與外電路連接的壓焊金絲易受環境的振動而斷裂或脫落傳統的硅壓阻式壓力傳感器在封裝時，通過壓焊金絲或鋁絲與外電路電極連接。由于焊盤面積小，壓焊金屬絲極細，易導致在振動環境中焊絲斷裂或脫落現象。如果增大焊盤面積并采用錫釬焊技術連接電路，必須增大傳感器尺寸，導致晶圓上制備的傳感器數量減少，因而成本增加。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供高可靠性且適用于潮濕、酸堿、靜電等惡劣環境下的一種具有自封裝結構的貼片式單電阻壓阻式壓力傳感器。本專利技術設有芯片主體、壓敏電阻、連接錨點、金屬層、鑲嵌電路、印刷電路板、電極、錫釬焊和壓力腔；所述芯片主體設有帶空腔的玻璃晶圓片和硅薄膜，所述玻璃晶圓片與硅薄膜通過陽極鍵合結合；所述壓敏電阻設在硅薄膜下表面，金屬層濺射在連接錨點上，連接錨點與金屬層形成歐姆接觸，鑲嵌電路分別與壓敏電阻和連接錨點相連接，鑲嵌電路設于玻璃晶圓片表面上，電極設于印刷電路板上，芯片上的銅電極由錫釬焊與電極連接并組成惠斯登電橋；所述壓敏電阻通過鍵合界面引出電極與外界焊盤實現電連接，鑲嵌電路將密封的壓力腔內的信號輸出至外部電路。所述芯片主體可采用杯狀結構。在方形硅薄膜靠近邊緣中間最大應力區，且壓阻系數為正的最大的晶向方向制作一個壓敏電阻。所述壓敏電阻可單獨作為壓力傳感器使用，或者與外電路的三個固定阻值電阻連接組成一個惠斯登電橋來敏感壓力變化。壓敏電阻位于芯片的硅薄膜的下表面，通過陽極鍵合將該壓敏電阻密封在密閉腔內。硅薄膜是由絕緣體上硅SOI晶圓片減薄而成。玻璃片鍵合面的內表面鑲嵌有金屬電極；SOI晶圓片鍵合面的內表面鑲嵌有金屬電極；采用錫釬焊技術將具有自封裝結構的貼片式壓阻壓力傳感器芯片與外電路基板連接在一起。本專利技術所述的具有自封裝結構的貼片式壓阻壓力傳感器芯片，其惠斯登電橋有且只有一個壓敏電阻制作在芯片的敏感薄膜上。傳感器可單獨作為壓力傳感器使用，或者與外電路的三個固定阻值電阻組成一個完整的惠斯登電橋電路，使輸出的電壓值控制在放大器的工作區間，因此大大降低了生產成本和次品率。本專利技術所述的具有自封裝結構的貼片式壓阻壓力傳感器芯片，把壓敏電阻安置在敏感薄膜下表面，并通過陽極鍵合技術把它封裝在密閉環境里面。通過鍵合面上預埋的電極把內部電信號傳輸到外部電路，形成一個完整的壓阻式壓力傳感器。該器件的設計結構保證了敏感單元與外界惡劣環境的隔離，使壓敏電阻不被外界酸堿環境、靜電顆粒、粉塵等惡劣條件的影響，極大地提高了器件使用的可靠性和穩定性。此外，本專利技術所述的壓力傳感器具有較大的焊盤面積，可采用錫釬焊技術代替金絲壓焊技術，實現傳感器與外電路基板的貼片式焊接連接，大大提高了傳感器的電連接的可靠性，降低了封裝成本。附圖說明圖1為本專利技術實施例的結構示意圖。圖2為圖1的局部放大圖。圖3為圖1的A-A剖視圖。圖4為圖1的B-B剖視圖。具體實施例方式如圖f 4所示，本專利技術實施例設有芯片主體、壓敏電阻2、連接錨點3、金屬層4、鑲嵌電路5、印刷電路板7、電極8、錫釬焊9和壓力腔11 ;所述芯片主體設有帶空腔的玻璃晶圓片6和硅薄膜I，所述玻璃晶圓片6與硅薄膜I通過陽極鍵合結合；所述壓敏電阻2設在硅薄膜I下表面，金屬層4濺射在連接錨點3上，連接錨點3與金屬層4形成歐姆接觸，鑲嵌電路5分別與壓敏電阻2和連接錨點3相連接，鑲嵌電路5設于玻璃晶圓片6表面上，電極8設于印刷電路板7上，芯片上的銅電極由錫釬焊9與電極8連接并組成惠斯登電橋；所述壓敏電阻2通過鍵合界面引出電極與外界焊盤10實現電連接，鑲嵌電路5將密封的壓力腔11內的信號輸出至外部電路。所述芯片主體可采用杯狀結構。在方形硅薄膜靠近邊緣中間最大應力區，且壓阻系數為正的最大的晶向方向制作一個壓敏電阻。所述壓敏電阻可單獨作為壓力傳感器使用，或者與外電路的三個固定阻值電阻連接組成一個惠斯登電橋來敏感壓力變化。壓敏電阻位于芯片的硅薄膜的下表面，通過陽極鍵合將該壓敏電阻密封在密閉腔內。硅薄膜是由絕緣體上硅SOI晶圓片減薄而成。玻璃片鍵合面的內表面鑲嵌有金屬電極；SOI晶圓片鍵合面的內表面鑲嵌有金屬電極；采用錫釬焊技術將具有自封裝結構的貼片式壓阻壓力傳感器芯片與外電路基板連接在一起。 本專利技術通過SOI晶圓片和玻璃晶圓片陽極鍵合而成，實現該芯片的工藝主要分為三個部分。它們分別為陽極鍵合前SOI晶圓片和玻璃晶圓片上的工藝流程，以及SOI晶圓片和玻璃晶圓片陽極鍵合后的工藝流程。SOI晶圓片主要有以下幾步工藝第一，對SOI晶圓片的器件層本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種具有自封裝結構的貼片式單電阻壓阻式壓力傳感器，其特征在于設有芯片主體、壓敏電阻、連接錨點、金屬層、鑲嵌電路、印刷電路板、電極、錫釬焊和壓力腔；所述芯片主體設有帶空腔的玻璃晶圓片和硅薄膜，所述玻璃晶圓片與硅薄膜通過陽極鍵合結合；所述壓敏電阻設在硅薄膜下表面，金屬層濺射在連接錨點上，連接錨點與金屬層形成歐姆接觸，鑲嵌電路分別與壓敏電阻和連接錨點相連接，鑲嵌電路設于玻璃晶圓片表面上，電極設于印刷電路板上，芯片上的銅電極由錫釬焊與電極連接并組成惠斯登電橋；所述壓敏電阻通過鍵合界面引出電極與外界焊盤實現電連接，鑲嵌電路將密封的壓力腔內的信號輸出至外部電路。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：傘海生，宋子軍，
申請(專利權)人：廈門大學，
類型：發明
國別省市：
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