[發(fā)明專利]高量程加速度傳感器陶瓷硅陶瓷三層無引線封裝結(jié)構(gòu)

有效

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• 申請日: 2019-01-25
• 公開（公告）號: CN109813931B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發(fā)明（設計）人: 石云波;劉俊;唐軍;曹慧亮;焦靜靜;郭濤;高晉陽;李杰;張曉明;馬宗敏;趙永祺;趙思晗;許鑫;李飛;王彥林;張英杰;米振國;張婕;劉玉
• 申請（專利權(quán)）人: 中北大學
• 主分類號: G01P15/00
• 分類號: G01P15/00
• 代理公司: 太原科衛(wèi)專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源;楊文艷

本發(fā)明涉及傳感器芯片封裝結(jié)構(gòu)，具體涉及一種高量程加速度傳感器陶瓷硅陶瓷三層無引線封裝結(jié)構(gòu)；包括一層為一面可接地釬焊的低溫共燒陶瓷片，不可釬焊面采用陽極鍵合技術(shù)，實現(xiàn)熟瓷片與敏感結(jié)構(gòu)背面鍵合，敏感結(jié)構(gòu)正面也采用陽極鍵合與三層熟瓷片鍵合，第一層為一片和傳感器框架面積一樣的低溫共燒陶瓷框架，同時通過激光打孔、漿料填孔實現(xiàn)敏感結(jié)構(gòu)的PAD點與第二層電路相連；第二層通過漿料印刷，實現(xiàn)電路轉(zhuǎn)接功能，將信號傳輸至熟瓷片第三層，即封裝結(jié)構(gòu)頂層；封裝結(jié)構(gòu)頂層印刷上可釬焊漿料，由此可以通過釬焊將熟瓷片與輸出電線相連；本發(fā)明使封裝結(jié)構(gòu)面積最小化，實現(xiàn)了加速度傳感器無引線封裝，極大的提高了傳感器的可靠性。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及傳感器芯片封裝結(jié)構(gòu)，具體涉及一種高量程加速度傳感器陶瓷硅陶瓷三層無引線封裝結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

低溫共燒陶瓷（LTCC）技術(shù)是一種低成本封裝技術(shù)，陶瓷材料具有優(yōu)良的高頻高品質(zhì)因數(shù)的特性，使用低溫共燒陶瓷實現(xiàn)電路轉(zhuǎn)接比用普通PCB電路基板具有更優(yōu)良的熱傳導性，更好的溫度特性。由于低溫共燒陶瓷較小的熱膨脹系數(shù)和介電常數(shù)溫度系數(shù)，其與硅芯片陽極鍵合過程中產(chǎn)生的殘余應力較小。現(xiàn)有的高量程加速度傳感器封裝都是采用金絲鍵合將敏感結(jié)構(gòu)與PCB轉(zhuǎn)接板相連，而后輸出電線釬焊在PCB板上。由于金絲鍵合和PCB板的存在，增大了封裝后的體積，同時極大的降低了傳感器在高沖擊條件下的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為減小現(xiàn)有高量程加速度傳感器封裝結(jié)構(gòu)的體積，降低封裝過程中產(chǎn)生的殘余應力對輸出的影響，提高加速度傳感器在高沖擊條件下的可靠性的技術(shù)問題，提供一種高量程加速度傳感器陶瓷硅陶瓷三層無引線封裝結(jié)構(gòu)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：一種高量程加速度傳感器陶瓷硅陶瓷三層無引線封裝結(jié)構(gòu)，包括底層熟瓷片、敏感結(jié)構(gòu)、第三層熟瓷片、第二層熟瓷片、第一層熟瓷片，所述底層熟瓷片底面刷有釬焊漿料，底層熟瓷片頂面采用陽極鍵合技術(shù)與敏感結(jié)構(gòu)的背面鍵合。所述敏感結(jié)構(gòu)的正面也通過陽極鍵合技術(shù)與三層熟瓷片鍵合，所述三層熟瓷片分別為自下而上排列的第一層熟瓷片、第二層熟瓷片和第三層熟瓷片、其中第一層熟瓷片與敏感結(jié)構(gòu)接觸；所述敏感結(jié)構(gòu)包括敏感結(jié)構(gòu)框架和位于敏感結(jié)構(gòu)框架中心處的質(zhì)量塊；所述第一層熟瓷片為與敏感結(jié)構(gòu)框架大小一致的框架結(jié)構(gòu)且開設有與敏感結(jié)構(gòu)的PAD點大小、位置一致的通孔，同時第一層熟瓷片和敏感結(jié)構(gòu)的接觸面刻有與敏感結(jié)構(gòu)表面濺射的導線相同大小的導線凹槽，所述第二層熟瓷片與第一層熟瓷片相對應的位置處也開設有通孔且不與第一層熟瓷片相接觸的一面印刷有轉(zhuǎn)接電路，所述第三層熟瓷片在第二層熟瓷片轉(zhuǎn)接電路結(jié)束處相應位置開有第二通孔，所述第三層熟瓷片不與第二層熟瓷片接觸的一面印刷有釬焊漿料形成與電線焊接的焊盤，第一層熟瓷片、第二層熟瓷片的通孔和第三層熟瓷片第二通孔間采用漿料填孔實現(xiàn)敏感結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)接電路的電路連接。

上述三層無引線封裝結(jié)構(gòu)的三層熟瓷片在制備初期為三層生瓷片，三層生瓷片整體通過激光打孔、絲網(wǎng)印刷、疊層、壓片、燒結(jié)形成一個整體，將這個整體與已鍵合底層熟瓷片的敏感結(jié)構(gòu)通過陽極鍵合連接。最后，完全封裝后的整體通過底層熟瓷片底面刷有的釬焊漿料實現(xiàn)三層封裝結(jié)構(gòu)與管殼的連接。

本發(fā)明采用熟瓷片與敏感結(jié)構(gòu)陽極鍵合，同時在熟瓷片內(nèi)印刷電路從而實現(xiàn)電路轉(zhuǎn)接功能。該結(jié)構(gòu)可簡化敏感結(jié)構(gòu)到傳輸線之間的步驟，減小由于金絲鍵合和PCB板造成的噪聲，提高傳感器整體的可靠性。同時保證了加速度傳感器整體封裝后的面積與敏感結(jié)構(gòu)相同。只在高度有所提高的條件下，仍能有效的保護敏感結(jié)構(gòu)。

進一步的，所述底層熟瓷片、第三層熟瓷片、第二層熟瓷片和第一層熟瓷片均為低溫共燒陶瓷，且均還有NA⁺。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下有益效果：

使用低溫共燒陶瓷實現(xiàn)敏感結(jié)構(gòu)封裝，低溫共燒陶瓷在燒結(jié)之后物理性質(zhì)穩(wěn)定，熱膨脹系數(shù)與硅熱膨脹系數(shù)相近，能有效的減小在封裝過程中產(chǎn)生的殘余應力，為傳感器的穩(wěn)定輸出提供有效保護。