[發(fā)明專利]一種封裝結構的壓力傳感器及其制備方法

有效

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• 申請日: 2015-08-12
• 公開（公告）號: CN105181231A
• 公開（公告）日: 2015-12-23
• 發(fā)明（設計）人: 曾鴻江;胡國俊;盛文軍;劉瑩
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第三十八研究所
• 主分類號: G01L19/06
• 分類號: G01L19/06;G01L9/06
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙) 34124
• 代理人: 丁瑞瑞

技術領域

本發(fā)明涉及一種MEMS壓阻式壓力傳感器，尤其涉及的是一種封裝結構的壓力傳感器及其制備方法。

背景技術

MEMS壓力傳感器以微薄膜結構作為壓力敏感單元，基于微納米加工技術進行制造，與傳統(tǒng)各類壓力傳感器相比，具有積極小、重量輕、功耗低、成本低、適于批量生產等顯著優(yōu)點，在消費電子、汽車電子、醫(yī)療器械、工業(yè)控制等領域有著廣泛的應用。MEMS壓力傳感器根據其原理可分為電容式和壓阻式兩種，MEMS電容式壓力傳感器以硅壓力膜形變導致的電容變化作為輸出信號，而MEMS壓阻式壓力傳感器以硅壓力膜表面的由壓阻條構成的惠斯通電橋的電壓變化作為輸出信號，對比電容信號，電壓信號的采集、處理更容易，相關電路結構更簡單，因此MEMS壓阻式壓力傳感器應用更廣泛。

MEMS壓阻式壓力傳感器芯片本身非常脆弱，極易在倉儲、物流及使用的過程中受到損傷甚至破壞，尤其是當其工作在潮濕、粉塵、酸堿、高溫等介質環(huán)境中時，更易被破壞，可靠的封裝結構對于維持傳感器的生命周期是十分必要的。目前普遍采用的壓力變送的封裝形式，壓力傳感器芯片被密封于充滿硅油的結構中，外部壓力通過不銹鋼膜片或者直接通過硅油將壓力傳遞到硅壓力膜片上。這一封裝形式雖然能夠將外部工作介質與MEMS壓力傳感器芯片有效的隔離開，但是由于有機硅油的柔軟性和可流動性，當用作振動或運動介質壓力測量時，傳感器本身也會有運動時，額外的加速度會使硅油變形、流動，對壓力傳感器芯片產生一個額外的壓力，從而影響其精度和可靠性。典型的，這種封裝形式不能用于轉動的輪胎壓力的監(jiān)測。而且，這種封裝本身也不可避免的會產生機械應力，影響傳感器的穩(wěn)定性及測量精度，充油工藝本身也較為復雜，難以控制。因此，研制一種更可靠、更簡易的MEMS壓力傳感器封裝形式是十分必要的。

中國發(fā)明專利申請：201010295903.9，一種氣體壓力傳感器；中國發(fā)明專利CN101271029A，一種基于基板的硅壓阻式壓力傳感器封裝結構；這兩個技術均采用壓力變送的方法對壓力傳感器芯片進行封裝，在芯片表面包覆了硅凝膠作為壓力變送和保護隔離介質，但是這種封裝方法亦如上述分析指出的那樣，會帶有殘余應力，會因為慣性力產生多余應力，且工藝復雜不易大規(guī)模生產。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種封裝結構的壓力傳感器及其制備方法，實現(xiàn)對整個傳感器的有效保護。

本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括反面鍵合玻璃、硅片、正面鍵合玻璃、淡硼摻雜區(qū)、濃硼摻雜區(qū)、絕緣層、金屬引線、中間層；所述硅片的正面通過摻雜制得淡硼摻雜區(qū)和濃硼摻雜區(qū)，所述硅片的背面通過刻蝕設有凹槽，所述凹槽的底部和淡硼摻雜區(qū)之間形成硅壓力膜，所述絕緣層敷設在硅片的正面，所述金屬引線設置在絕緣層的頂部，所述金屬引線分別連接淡硼摻雜區(qū)和濃硼摻雜區(qū)，所述淡硼摻雜區(qū)形成四個壓阻條，所述壓阻條和金屬引線構成惠斯通全橋結構，所述硅片的正面通過中間層與正面鍵合玻璃相鍵合；所述反面鍵合玻璃和硅片的背面鍵合，所述反面鍵合玻璃上正對硅壓力膜的一面開設導氣孔；所述正面鍵合玻璃上正對硅壓力膜的部分開設空腔。

一種封裝結構的壓力傳感器的制備方法，包括以下步驟：

(1)準備襯底單晶硅片；

(2)在單晶硅片的正面進行淡硼摻雜、濃硼摻雜，形成壓阻條結構和濃硼摻雜區(qū)；

(3)在硅片的正面和反面都沉積絕緣層，并且在硅片的正面刻蝕出壓阻條、濃硼摻雜區(qū)的電學接觸孔；

(4)在硅片正面的絕緣層上沉積金屬薄膜，通過圖形化和刻蝕工藝將金屬薄膜圖形化，制得金屬引線；

(5)在硅片正面的絕緣層上進行圖形化，并沉積中間層薄膜，通過圖形化得到鍵合用的中間層；

(6)在硅片的反面利用圖形化和刻蝕將絕緣層圖形化，并以此為掩膜，對硅片進行濕法腐蝕形成凹槽結構從而得到硅壓力膜；

(7)將帶有空腔的正面鍵合玻璃鍵合在硅片正面；

(8)將帶有導氣孔的反面鍵合玻璃鍵合在硅片反面，制得壓力傳感器。

所述金屬引線材料選自Al、Au、Cu、Ni、Ag、Pt或者合金膜中的任一種。

所述絕緣層選自二氧化硅膜、氮化硅膜、二氧化硅、氮化硅復合膜、有機薄膜中的任一種，厚度范圍為1nm～100μm。

所述圖形化工藝選自光刻工藝、聚焦離子束刻蝕、激光掃描刻蝕工藝中的任一種；所述摻雜工藝選自離子注入摻雜、涂源擴散摻雜中的任一種。