[发明专利]一种封装结构的压力、加速度二合一传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种MEMS传感器芯片，尤其涉及的是一种封装结构的压力、加速度二合一传感器及其制备方法。

背景技术

汽车轮胎压力监测系统(英文简称TPMS)，主要用于汽车行驶过程中实时监测轮胎气压，并对轮胎漏气、低气压以及超高气压进行报警，以保障行车安全。据统计，在高速公路上发生的交通事故约有70％是由于爆胎引起。防止爆胎是安全驾驶的一个重要课题，保持标准的车胎气压行驶和及时发现车胎漏气是防止爆胎的关键。TPMS是一种理想的解决方案。

轮胎压力传感器芯片(以下简称胎压传感器)是整个TPMS系统的核心部分，主要包括监测轮胎内压力的压力传感器和作为触发开关的加速度传感器。胎压传感器结合外围的电路、MCU处理器、RF射频模块，就能够实现将轮胎内压力信号无线传输到显示终端，让司机可以实时查看轮胎的压力状况，并在胎压发生异常时发出警报。胎压传感器具体工作过程为：当轮胎静止时，无需进行胎压监测，压力传感器处于关闭状态；当轮胎开始转动时，加速度传感器检测到轮胎的离心加速度，就会发出信号让MCU把压力传感器开启，压力传感器实时检测胎压并把数据通过RF芯片传输给显示终端。

目前，在我国已经有一些胎压传感器的技术产生，其产品所对应的代表性专利有：(1)中国发明专利CN200910053308.1，表面横向波动模式轮胎压力传感器；(2)中国实用新型专利CN201420199177.4，胎压传感器；(3)中国发明专利CN201010534154.0，外置式汽车胎压传感器；(4)中国实用新型专利CN201120269839.7，胎压传感器；(5)中国实用新型专利CN201320326069.4，一种胎压传感器；(6)中国发明专利CN201110185860.3，复合集成传感器结构及其制造方法。其中专利(1),(2)和(3)所介绍的胎压传感器只包含压力传感器，而没有作为触发开关的加速度传感器。专利(4)和(5)则介绍胎压传感系统的整体模块，包含传感器、发射模块、处理电路、MCU等，而并没有深入介绍其中作为核心的传感器芯片技术。而专利(6)则介绍了一种压力、加速度传感器二合一的集成MEMS芯片及制作方法，此芯片可用于胎压检测，但此专利并未涉及传感器的芯片级封装，所有传感结构都暴露在芯片上表面，使其难以承受汽车轮胎的恶劣条件，从而可靠性较差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种封装结构的压力、加速度二合一传感器及其制备方法，把压力传感器和加速度传感器集成在一个传感器芯片上。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括上盖板、下盖板、硅片、悬臂梁、质量块、多个压阻条、绝缘层、金属引线、中间层；

所述上盖板上开设第一凹槽和第二凹槽，所述硅片的反面分别开设第一凹陷区和第二凹陷区，所述悬臂梁的一端固定在硅片的反面，另一端悬空，所述质量块设置在悬臂梁的悬空端上，所述悬臂梁位于第一凹陷区的底部，第一凹陷区连通上盖板上对应的第一凹槽；所述硅片的正面分别掺杂制得多个加速度压阻条和压力压阻条，所述加速度压阻条设置于悬臂梁和/或质量块上，所述第二凹陷区的底部和压力压阻条之间形成压力感应膜，第二凹槽正对压力压阻条；所述绝缘层覆盖在硅片的正面，金属引线设置在绝缘层之上，金属引线分别连通各个压阻条；所述上盖板通过中间层键合在硅片的正面，所述下盖板键合在硅片的反面，所述下盖板上正对压力感应膜的一面开设导气孔。

所述压阻条和金属引线的接触区域通过重掺杂设有重掺杂区。

所述压力压阻条构成惠斯通全桥结构，所述加速度压阻条构成惠斯通全桥结构。

一种封装结构的压力、加速度二合一传感器的制备方法，包括以下步骤：

(1)准备一片衬底单晶硅片；

(2)利用掺杂工艺在硅片正面形成压阻条、欧姆接触区和重掺杂区；

(3)在硅片的反面沉积两层绝缘层，在硅片的正面沉积一层绝缘层，在硅片正面的绝缘层上图形化以及刻蚀出电学接触孔；

(4)在硅片正面的绝缘层上沉积出金属层，并通过刻蚀将金属层图形化，引出金属引线，金属引线通过绝缘层的电学接触孔与压阻条形成电连接；

(5)对硅片反面的绝缘层依次进行图形化和刻蚀，分别作为第一次和第二次腐蚀的掩膜，最外层的绝缘层作为第二次腐蚀的掩膜，内层的绝缘层作为第一次腐蚀的掩膜；

(6)通过湿法腐蚀工艺对硅片进行第一次腐蚀，对硅片进行各向异性腐蚀，制得第一凹陷区和第二凹陷区；