[發明專利]一種SiC高溫壓力傳感器及其封裝方法

有效

• 申請號: 201911037821.1
• 申請日: 2019-10-29
• 公開（公告）號: CN111003683B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 周圣軍;于圣韜;徐浩浩;萬澤洪
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: B81B7/00
• 分類號: B81B7/00;B81B7/02;B81C1/00;G01K1/14;G01K7/04;G01L1/18
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 楊宏偉

1.?一種SiC高溫壓力傳感器，其特征在于：包括SiC?MEMS芯片、作為散熱和應力緩沖層的AlN載體、彈性金屬膜、支撐管殼、導熱基座和多根導電接線柱，所述導熱基座安裝在支撐管殼內，所述AlN載體通過低溫連接技術固定安裝在導熱基座上，所述SiC?MEMS芯片通過低溫連接技術固定安裝在AlN載體上，所述彈性金屬膜通過環形塞帽固定在SiC?MEMS芯片上方的支撐管殼上，通過彈性金屬膜將SiC?MEMS芯片與待檢測介質隔離開，所述導電接線柱從支撐管殼下端貫穿導熱基座后與SiC?MEMS芯片的電極相連，且導電接線柱與導熱基座之間設有絕緣層；

所述支撐管殼為鋁合金管殼，所述導熱基座為銅合金基座，所述導電接線柱直接與SiCMEMS芯片的電極相連或者通過設于銅合金基座上的焊盤做跳線與SiC?MEMS芯片的電極相連。

2.如權利要求1所述SiC高溫壓力傳感器，其特征在于：所述彈性金屬膜為頂部開口的圓柱形金屬膜，所述圓柱形金屬膜的外徑與鋁合金管殼上部內徑匹配，圓柱形金屬膜安裝在鋁合金管殼內后，通過環形塞帽進行固定。

3.如權利要求1所述SiC高溫壓力傳感器，其特征在于：所述導熱基座中部設有用于放置熱電偶的測溫孔。

4.?如權利要求3所述SiC高溫壓力傳感器，其特征在于：所述AlN載體上表面設有預留SiC?MEMS芯片變形空間的凹槽。

5.如權利要求1所述SiC高溫壓力傳感器，其特征在于：所述AlN載體上表面的焊盤由下至上依次利用蒸鍍工藝沉積Ti、Pt和Au制成。

6.?如權利要求1所述SiC高溫壓力傳感器，其特征在于：所述AlN載體上表面的設有用于對SiC?MEMS芯片定位的標記點，所述標記點為依次沉積在AlN載體上Ti和Pt制成。

7.如權利要求1所述SiC高溫壓力傳感器，其特征在于：所述導電接線柱與銅合金基座之間利用耐高溫玻璃或陶瓷材料做電隔離。

8.一種權利要求1-7任意一項所述SiC高溫壓力傳感器的封裝方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、制備SiC?MEMS芯片，所述SiC?MEMS芯片包括SiC襯底、設于SiC襯底上的檢測電路和二氧化硅保護層，所述SiC襯底的下底面設有通過SiC外延層鍵合密封的自密封空腔；

步驟2、利用高溫膠水或沖壓焊接封接工藝將導熱基座與支撐管殼裝配在一起；

步驟3、利用低溫連接技術將ALN載體粘接到導熱基座中心位置；

步驟4、利用低溫連接技術將SiC?MEMS芯片鍵合到ALN導熱載體上；

步驟5、通過金線鍵合將SiC?MEMS芯片的電極和導電接線柱電連通；

步驟6、將上述裝配結構放入導熱硅油中，利用環形塞帽將彈性金屬膜壓配到支撐管殼中，完成SiC高溫壓力傳感器封裝。

9.?如權利要求8所述SiC高溫壓力傳感器的封裝方法，其特征在于，步驟1中，所述SiCMEMS芯片的制備方法包括以下步驟：

步驟1.1、在SiC襯底上外延生長依次生長重摻P型和N型的SiC形成外延層，用于制備檢測電路；

步驟1.2、然后對SiC襯底的底層進行干法刻蝕減薄，利用ICP進行刻蝕，形成減薄空腔，使刻蝕后的減薄空腔與外延層之間的薄膜厚度為70-200μm；

步驟1.3、在一片絕緣硅片上層外延一層SiC材料；

步驟1.4、對外延后的絕緣硅片和步驟2中的SiC襯底的底層進行親水性的處理，并利用等離子體進行表面激活，然后將外延后的絕緣硅片和步驟2中的SiC襯底的底層疊加，之后進行加壓高溫退火，從而完成鍵合形成自密封空腔；

步驟1.5、利用BOE溶液對鍵合后的絕緣硅片進行腐蝕，腐蝕掉絕緣硅片中的SiO₂層，從而對SiC襯底減薄；

步驟1.6、在SiC襯底的外延層上利用光刻和外延工藝制備檢測電路，完成SiC?MEMS芯片制備。