[發明專利]基于轉印技術的微納薄膜壓力傳感器及其制備方法

無效

• 申請號: 201110380360.5
• 申請日: 2011-11-25
• 公開（公告）號: CN102494832A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 李策;楊邦朝;陳信琦
• 申請（專利權）人: 李策;楊邦朝;陳信琦
• 主分類號: G01L9/04
• 分類號: G01L9/04
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11360
• 代理人: 賈曉玲

技術領域

本發明屬于傳感器領域，具體涉及一種基于轉印技術制作的微納薄膜壓力傳感器及其制備方法。

背景技術

目前，以各種硅基材料為敏感材料的壓力傳感器成為主流，數量占據了各種壓力傳感器的大部分。由于材料的相容性等原因，該種傳感器多以單晶硅為襯底，其優點是廉價、工藝成熟、特別適于大批量生產，并且具有常溫下性能良好、和后續電路兼容極易制作集成化傳感器或傳感系統等優勢。但這類壓力傳感器的單晶硅襯底因抗沖擊性、元件間的隔離性等原因在高溫、輻射、高振動、沖擊等惡劣環境的應用受到限制。因此薄膜壓力傳感器也得到了發展，成為壓力傳感器的一個重要分支，比如濺射薄膜壓力傳感器現已得到廣泛應用。但由于其工藝復雜、對工藝環境要求高、與后續電路的相容性差，而且無論如何也不能突破金屬材料靈敏度低的缺點，也使薄膜壓力傳感器的應用受到限制。

發明內容

針對以上提出的現有技術的不足，提出本發明。

本發明的一個目的在于提供一種基于轉印技術的微電子機械系統(MEMS)微納薄膜壓力傳感器。

本發明的一種基于轉印技術制作的MEMS微納薄膜壓力傳感器包括傳感組件、轉接環、管座、管帽、內引線、緊固件、密封圈、輸出電纜以及引壓口；傳感組件包括器件襯底以及倒扣在其上表面上的單個芯片。單個芯片進一步包括：壓敏電阻；形成在壓敏電阻的兩端的金屬電極；以及涂覆在壓敏電阻及金屬電極的晶圓上的轉印介質。

本發明的另一個目的是提供一種微納薄膜壓力傳感器的制備方法。

本發明的微納薄膜壓力傳感器的制備方法步驟如下：

1)在犧牲襯底上生長一層絕緣層；

2)在該絕緣層上通過外延方法生長一層壓敏電阻層，然后采用光刻工藝按設計圖形形成壓敏電阻；

3)采用金屬化工藝按設計圖制作金屬電極；

4)在制備好的壓敏電阻及金屬電極的晶圓上涂敷轉印介質，烘干后進行切割形成帶有犧牲襯底的單個芯片；

5)提供器件襯底，將單個芯片倒扣在器件襯底的上表面上，對準器件襯底的上表面采用加溫及加壓使兩者牢固的鍵合在一起，然后采用腐蝕方法去除單個芯片上的犧牲襯底及絕緣層，形成傳感組件；

6)提供轉接環，在傳感組件上粘貼轉接環，固化后將其安裝在管座的安裝槽內再用儲能焊接機將器件襯底的下表面與管座牢固的焊接在一起；

7)采用壓焊工藝用內引線將金屬電極與轉接環實現電氣聯接，再將輸出電纜焊接在轉接環上；

8)輸出電纜穿過管帽，再將管帽與管座對準進行焊接；

9)在輸出電纜上套入密封圈及緊固件，旋緊緊固件使密封圈對管帽密封，完成傳感器的制作。

本發明的優點：

本發明提供的基于轉印技術制作的MEMS微納薄膜壓力傳感器，它將具有單晶硅敏感材料的高靈敏度和耐高溫、抗強振動、大沖擊的金屬襯底采用轉印技術結合起來，彌補了二者的缺點、發揚了二者的優點；由于在器件襯底上增加了轉印介質，從而減少了蠕變并增強了隔離特性，該發明中所使用的轉印介質的性能及形狀保證能良好地傳遞應力而不引起規定誤差外的損耗，更由于該種轉印技術與常規微電子技術相容，因而仍能像硅基壓力傳感器一樣大批量生產并保持廉價及高可靠性能，同時也具有薄膜材料可以制作于不同襯底上達到小型化、抗惡劣環境的目的。

附圖說明

圖1是本發明的基于轉印技術的微納薄膜壓力傳感器的剖面圖；

圖2是本發明的基于轉印技術的微納薄膜壓力傳感器的傳感組件的剖面圖；

圖3是本發明的基于轉印技術的微納薄膜壓力傳感器的單個芯片的剖面圖。

具體實施方式

下面結合附圖詳細說明本發明的傳感器。

如圖1所示：本發明的基于轉印技術的微納薄膜壓力傳感器包括傳感組件1、轉接環2、管座3、管帽4、內引線5、緊固件6、密封圈7、輸出電纜8以及引壓口9。其中傳感組件1包括器件襯底16以及倒扣在其上表面上的單個芯片。

如圖2所示，單個芯片進一步包括：壓敏電阻14，形成在壓敏電阻14的兩端的金屬電極13，以及涂覆在壓敏電阻14及金屬電極13的晶圓上的轉印介質15。

其中，壓敏電阻14為單電阻、二個電阻構成惠斯通電橋的半橋以及四個電阻構成惠斯通電橋的全橋中的一種，轉印介質15可以是苯并環丁烯BCD(benzo-cyclo-butene)或光刻膠SU-8，器件襯底16作為彈性膜片為金屬襯底或其他材料，內引線5為金絲或硅鋁絲。

本發明的基于轉印技術的微納薄膜壓力傳感器的制備方法如下：