[發明專利]一種電磁驅動諧振式微結構壓力傳感器封裝方法

有效

• 申請號: 201010247579.3
• 申請日: 2010-08-06
• 公開（公告）號: CN102374915A
• 公開（公告）日: 2012-03-14
• 發明（設計）人: 毋正偉;陳德勇;王軍波
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G01L9/00
• 分類號: G01L9/00;G01L1/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及電磁驅動方式微型諧振式壓力傳感器的單芯片封裝方法。具體的說，是將陶瓷或者玻璃環和金屬管座氣密性焊接在一塊兒，然后將大小相同、充磁方向相反、平行放置的一對磁鐵固定在陶瓷環內的管座上，將制作好的具有諧振梁結構的壓力傳感器芯片邊框和陶瓷環氣密性封接，利用引線鍵合技術將芯片表面電極和管座上電極互連，最后將管帽和管座真空封接。屬于微機械器件和微細加工技術領域。

背景技術

利用MEMS(Micro-Electro-Mechanical?Systems微電子機械系統)技術制作微型諧振式壓力傳感器具有體積小、成本低、穩定性好、易于集成和批量化生產等優點。由于諧振式壓力傳感器采用頻率輸出方式，因而易于進行數字化處理，成為微型壓力傳感器發展的一個重要方向。目前，采用MEMS技術的微型諧振式壓力傳感器主要采用單晶硅和多晶硅材料制造，也有少量采用氮化硅結構的報道(參考專利“以SiNx為梁的新型微結構諧振梁壓力傳感器制造方法”專利申請號：01124285.X)。采用單晶硅材料為諧振器制造的壓力傳感器具有很好的振動性能，諧振梁內應力小，頻率輸出穩定，與微機械加工技術完全兼容，主要用于高精度壓力的測量。但是由于氣體阻尼對諧振器的振動性能影響很大，尤其是對其品質因數(Q值)影響最大，直接影響傳感器的輸出分辨率和穩定性，因此諧振器通常需要工作在真空環境中。真空封裝是提高諧振式傳感器性能的一個重要手段。

硅諧振式微結構壓力傳感器通常由三個部分組成：具有諧振子結構的壓力傳感器芯片，支撐芯片的管座和對芯片進行真空封裝的管帽。通過固定在管座上真空密封的引線將驅動信號加載在驅動電極上，同時將輸出信號與外部檢測電路相連。管座底部通常有一個壓力孔，保證傳感器芯片敏感膜與外部連通；芯片與管座進行氣密性封接以后，將管帽和固定了傳感器芯片的管座在真空條件下進行真空封接。

編號為US20050279175A1的專利中提到了一種電磁驅動諧振式壓力傳感器的封裝方法，該專利采用電磁驅動和檢測，磁鐵對稱放置在芯片正上方，并采取了兩種放置磁鐵的方式。這兩種放置方式主要有以下不足之處。

1、都需要一塊或者兩塊導磁性材料作為輔助固定磁鐵和增強檢測區域的磁場強度，增大了封裝的復雜度和器件尺寸。

2、磁鐵和導磁性材料放置在芯片的上方，嚴重影響了芯片表面電極向外部引線。要改善這個問題，要么增大芯片尺寸，要么增加磁鐵和芯片之間的距離，減小鍵合好的引線在放置磁鐵的過程中被損壞的概率。后者則嚴重減弱了檢測區磁場強度，從而減弱了檢測和驅動信號的強度。

3、上述專利兩種封裝方式最大的缺陷是磁鐵的磁力線可以通過管座引起磁短路，引起檢測區域磁場強度大幅衰減。而驅動和檢測信號的強度與磁場強度成線性關系，磁場衰減不利于微弱信號的檢測。

發明內容

本發明的目的是公開一種電磁驅動諧振式微結構壓力傳感器封裝方法，具有封裝結構簡單，封裝復雜度小，封裝尺寸小，成本低，穩定性好的優點。

為達到上述目的，本發明的技術解決方案是：

一種電磁驅動諧振式微結構壓力傳感器封裝方法，其包括步驟：

(1)將陶瓷環或玻璃環氣密性焊接在管座上表面；

(2)將一對大小相同、充磁方向相反的磁鐵按一定間距平行固定在管座上表面，位于陶瓷環或玻璃環的內部，并以陶瓷環中心對稱，磁鐵充磁方向垂直于管座上表面，兩磁鐵之間正上方形成水平磁場；

(3)粘片，將傳感器芯片氣密性鍵合在陶瓷環或玻璃環的正上方，諧振梁長度方向與磁鐵平行放置方向相同，陶瓷環的內徑小于芯片尺寸的最大邊長；

(4)焊引線，利用引線鍵合技術將傳感器芯片上的電極與管座上管針連接起來；

(5)真空封裝，在真空狀態下，將管帽和管座焊接在一起，使管帽、管座和傳感器芯片圍成的空間形成真空，諧振梁位于真空腔內。

所述的封裝方法，其所述傳感器芯片至少有一組用于驅動的諧振梁，施加驅動信號的方式為電磁驅動；諧振梁的振動方向垂直管座襯底平面。

所述的封裝方法，其所述諧振梁由擴散硅，單晶硅，或者低應力SiNx中的任一種制作而成。

所述的封裝方法，其所述諧振梁工作在真空狀態。

所述的封裝方法，其所述步驟a)中，陶瓷環或玻璃環和管座是氣密性封接。

所述的封裝方法，其所述管座由導磁性好的可伐合金材料制成。

所述的封裝方法，其所述磁鐵，為一對方形或半圓形磁鐵，固定在管座上表面，充磁方向垂直于管座上表面，方向相反。