[实用新型]一种采用无引线封装结构的SOI绝压敏感器件

说明书

技术领域

本实用新型涉及采用无引线封装结构的压力敏感器件。

背景技术

现有的SOI绝压敏感器件主要有两种封装方式，一种是采用SOI硅敏感芯片正面作为感压面，对其内外腔形成的高、低压力信号敏感，输出与压力差成比例的应变，形成正、负两个应变区；同时材料由于压阻效应，其电阻率就要发生相应的变化，敏感芯片就会输出一个与被测压力成正比的电压信号，通过测量该电压信号的大小，即可实现压力的测量；这种封装方式需要引线（金丝、硅铝丝）将SOI硅敏感芯片正面的电极与支撑结构（管壳）电极通过超声波压焊等方法形成电气连接，同时需要（硅油）与被测介质隔离，以保证绝缘性能及避免电极腐蚀、氧化。这种方式的内部参考腔通过SOI硅敏感芯片背面的单晶硅与7740玻璃静电封装形成；通过粘接、烧结等方式与管座实现支撑结构。这种玻封外壳充油型压力敏感器件在高压、高温下硅油易泄露、金属引线强振动条件下易断裂和高温使用存在Au-Al电极系统脱键失效等问题。

一种是采用SOI硅敏感芯片背面作为感压面，工作原理与前述相同；芯片背面感压形式，一方面芯片背面可以直接接触被测介质，不需要其他的隔离封装，提高了传感器的动态指标；另一方面避免芯片图形接触被测介质，造成污染，同时满足耐高温的要求；采用芯片正面与玻璃基座静电封接，并在玻璃基座上利用微加工的方法制作外引线封装孔和参考压力腔结构；敏感芯片的玻璃基座与玻璃封装的管壳烧接在一起，同时玻璃封装管壳上的外引线与芯片的电极也用金属玻璃浆料烧结在一起，形成敏感元件。这种压力敏感器件在工作温度范围、抗过载能力、抗振动冲击能力等技术上具有优势，解决了前一种封装方式的缺点，但是SOI芯片对作用在薄膜上的外力非常敏感。器件主要受热机械应力的影响，由芯片粘合结构中的材料（SiO₂）、衬底材料与粘合材料的热膨胀系数（CTE）不匹配而引起，热应力可能会导致器件在热环境下做出异常的反应，在极端情况下，还会对芯片粘合结构造成永久的机械损伤。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种采用无引线封装结构的SOI绝压敏感器件。以解决现有技术或者存在高温和高压使用硅油易泄露，金属引线强振动条件下易断裂，电极系统脱键失效，或者存在绝压敏感器件受热应力影响的问题。

一种采用无引线封装结构的SOI绝压敏感器件，它包括引线、金属化层、密封环、焊料、固体绝缘材料、过渡层、管座、多层复合材料、玻璃-金属复合材料、硼硅玻璃基座、金属电极和芯片，固体绝缘材料固定在管座上，固体绝缘材料与管座的连接面设置有金属化层，固体绝缘材料与金属化层通过高温烧结成一体，金属化层与管座之间通过焊料的烧结作用形成过渡层，引线贯穿固体绝缘材料，引线向下穿出管座方向的固体绝缘材料外表面处设置有密封环，密封环与固体绝缘材料之间通过焊料烧结成一体，引线与密封环的内孔表面通过焊料烧结成一体，引线向上穿出管座方向的固体绝缘材料外表面处设置有多层复合材料、玻璃-金属复合材料和硼硅玻璃基座，向上穿出管座方向的引线顶端设置有金属电极，金属电极的下表面与引线通过玻璃-金属复合材料烧结成一体，金属电极的上表面与芯片的下表面相贴合，玻璃-金属复合材料的外表面设置硼硅玻璃基座，硼硅玻璃基座外表面设置多层复合材料，芯片的下表面与硼硅玻璃基座静电封接，硼硅玻璃基座的四个外侧立面与多层复合材料的四个内侧立面烧结成一体，多层复合材料的底面与固体绝缘材料的上表面烧结成一体。

本实用新型的有益效果是：1、与采用SOI硅敏感芯片背面作为感压面、玻璃管座封装的敏感器件相比，无引线封装结构的SOI绝压敏感器件通过陶瓷高温烧结钨层及镍、Ag-Cu焊料作为过渡材料实现了与不同特性金属管壳的密封结构烧结，在硼硅玻璃与管座烧结的陶瓷之间采取了多层玻璃型材，使得各个过渡界面间的热膨胀系数差小于(5×l0^-7K^-1)，使应力分布更加合理，提高了产品的抗高温能力，并且极大地改善了整体结构的稳定性，使产品得以在较恶劣的环境条件下工作；2、管座上烧结的陶瓷介电常数较小（一般ε≤10），有非常优良的高频特性而且具有优良的热传导性，适合高频设计，在航空、航天、雷达、无线通讯、光电子、MEMS等应用领域具有独特的技术优势，提高了压力敏感器件在高温条件下的电绝缘、密封性和耐压性能，封装材料的匹配性和结构的工艺合理性减小了残余应力的水平，最终提高了敏感器件的性和可靠性。3、无引线封装结构的SOI绝压敏感器件具有体积小、重量轻、抗过载能力强、耐高温、抗振动、精度高、抗恶劣环境等特点，具有较高的稳定性和可靠性，并且具有易于装配，可批量生产。