化硅、氮化硅、二氧化硅和氮化硅复合膜、有机薄膜中的任一种，制得的绝缘层9的厚度范围为Inm?100 ymD
[0049]本实施例的步骤(4)中，金属层的沉积工艺为溅射沉积，其他实施例中可以选用电子束蒸发沉积、加热蒸发沉积、电镀沉积、化学镀沉积、化学沉积中的任一种，所沉积的金属层的厚度范围为Inm?100 μ mD
[0050]本实施例的步骤(3)、(5)、(7)、(8)中的绝缘掩膜刻蚀工艺为干法离子刻蚀，其他实施例中可以选用XeF、HF气体腐蚀、湿法各向异性腐蚀、湿法各向同性腐蚀、聚焦离子束刻蚀、激光刻蚀中的任一种。
[0051 ] 本实施例的步骤(6)、(7)中的腐蚀工艺为KOH溶液腐蚀，其他实施例中可以选用TMAH溶液腐蚀。
[0052]本实施例的步骤(9)、(11)中所提及的键合工艺是硅硅热键合，其他实施例中可以选用涂源键合、有机胶键合、金属间键合、玻璃浆料键合等各种不同材料间的键合技术。
[0053]本实施例的步骤(10)中的刻蚀技术可以是离子耦合反映离子刻蚀(ICP)，其他实施例中可以选用反应离子刻蚀(RIE)、离子束刻蚀、XeF气相腐蚀、湿法腐蚀等各种对单晶硅材料的刻蚀技术。
[0054]本实施例的步骤(11)中键合的中间层是不定型硅，其他实施例中可以选用多晶硅、二氧化硅、氮化硅、有机膜、金属膜、玻璃浆料等各种可以作为键合材料的薄膜，厚度可以是Inm?100 μ m。
[0055]本发明把压力传感器和加速度传感器做在单颗传感器芯片上，并利用MEMS微加工批量化制备工艺制作传感器，不仅提高了胎压传感器的集成度，而且还能实现低成本化、高成品率等；采用特有的三明治封装结构，不仅能够实现芯片级的真空封装，而且还能保护所有加速度、压力传感结构不受外部恶劣环境的影响，具有很高的可靠性和稳定性。
[0056]如图1和图2所示，本实施例包括上盖板2、下盖板3、硅片1、悬臂梁5、质量块4、多个压阻条8、绝缘层9、金属引线10、中间层12 ;所述上盖板2上开设第一凹槽和第二凹槽，所述硅片I的反面分别开设第一凹陷区和第二凹陷区，所述悬臂梁5的一端固定在硅片I的反面，另一端悬空，所述质量块4设置在悬臂梁5的悬空端上，所述悬臂梁5位于第一凹陷区的底部，第一凹陷区连通上盖板2上对应的第一凹槽；所述硅片I的正面分别掺杂制得多个加速度压阻条8和压力压阻条8，所述加速度压阻条8设置于悬臂梁5和/或质量块4上，所述第二凹陷区的底部和压力压阻条8之间形成压力感应膜6，第二凹槽正对压力压阻条8 ;所述绝缘层9覆盖在硅片I的正面，金属引线10设置在绝缘层9之上，金属引线10分别连通各个压阻条8 ;所述上盖板2通过中间层12键合在硅片I的正面，所述下盖板3键合在硅片I的反面，所述下盖板3上正对压力感应膜6的一面开设导气孔7。压阻条8和金属引线10的接触区域通过重掺杂设有重掺杂区11。压力压阻条8构成惠斯通全桥结构，所述加速度压阻条8构成惠斯通全桥结构。
[0057]如图3所示，当外部压力通过导气孔7传递至压力感应膜6或质量块4致使其发生形变时，惠斯通电桥产生不平衡电压，并由金属引线10输出，从而实现压力传感。四个压阻条8由导线相互连接构成惠斯通电桥，-VJ +V DDS输入电压源，+V -及-V _即为输出电压信号。
[0058]在上盖板2外、单晶硅片I上有若干个由电极引线组成的电极，用于整个传感芯片的电信号输入、输出。
[0059]加速度传感器和压力传感器都是利用单晶硅材料的压阻效应基本原理进行工作。在加速度传感器中，质量块4受到加速度的作用使得悬臂梁5发生弯曲，悬臂梁5的弯曲应力回导致上面的压阻条8的电阻值发生改变，从而产生电学信号输出。悬臂梁5弯曲的程度越高，产生的应力越大，压阻条8的阻值变化就越明显。因此压阻条8的阻值就能直接反映加速度的大小。在压力传感器中，外部的气体压力通过气体导入孔作用到压力感应膜6上。由于压力感应膜6的上表面处于真空，因此压力感应膜6会发生向上的拱起。与加速度传感器同理，压力感应膜6上表面所产生的应力会致使压阻条8的阻值发生变化，从而产生与外部气压大小相对应的电学信号。在整个胎压传感器的实际运行中，为了节省能耗，压力传感器一般处于休眠状态，也即无电信号输出。一旦汽车轮胎发生转动，其所产生的离心加速度会被加速度传感器所感应，从而通过单片机程序激活压力传感器，使其输出压力信号。这种机制使得整个胎压传感器仅轮胎运转的时候监测胎压，节能且有效。
[0060]本发明采用二次掩膜法腐蚀工艺以及三明治键合封装结构，从而解决了上述传统胎压传感器中的主要问题，有效提高胎压传感器的稳定性、可靠性以及集成度。
[0061]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种封装结构的压力、加速度二合一传感器，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的一种封装结构的压力、加速度二合一传感器，其特征在于，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。3.根据权利要求1所述的一种封装结构的压力、加速度二合一传感器，其特征在于，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。4.一种如权利要求1所述的封装结构的压力、加速度二合一传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)准备一片衬底单晶娃片； (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； (7)通过刻蚀工艺，以硅片反面最外层的绝缘层作为掩膜刻蚀里层的绝缘层，使得里层绝缘层的腐蚀窗口与外层绝缘层完全一致，形成第二次腐蚀掩膜，然后进行第二次各向异性腐蚀，最终在加速度传感器上形成质量块和悬臂梁的结构，而压力传感器上形成一个平整的压力感应膜结构； (8)利用刻蚀工艺，去除硅片反面的两层绝缘层； (9)在硅片的反面键合下盖板； (10)利用图形化和刻蚀工艺，把质量块和悬臂梁刻蚀释放出来； (11)在硅片的正面沉积中间层，然后在中间层上键合上盖板。5.根据权利要求4所述的一种封装结构的压力、加速度二合一传感器的制备方法，其特征在于，所述图形化工艺选自光刻工艺、聚焦离子束刻蚀、激光扫描刻蚀工艺中的任一种。6.根据权利要求4所述的一种封装结构的压力、加速度二合一传感器的制备方法，其特征在于，所述掺杂工艺选自离子注入掺杂、涂源扩散掺杂中的任一种。7.根据权利要求4所述的一种封装结构的压力、加速度二合一传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，绝缘层的沉积工艺选自氧化、低压化学气相沉积、等离子增强化学气相沉积、溅射沉积工艺、溶胶凝胶工艺、有机材料涂覆固化工艺中任一种；沉积的材料选用二氧化硅、氮化硅、二氧化硅和氮化硅复合膜、有机薄膜中的任一种，制得的绝缘层的厚度范围为Inm?100 μ mD8.根据权利要求4所述的一种封装结构的压力、加速度二合一传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，金属层的沉积工艺选自溅射沉积、电子束蒸发沉积、加热蒸发沉积、电镀沉积、化学镀沉积、化学沉积中的任一种，所沉积的金属层的厚度范围为Inm?100 μ mD9.根据权利要求4所述的一种封装结构的压力、加速度二合一传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)、(5)、(7)、(8)中的绝缘掩膜刻蚀工艺选自干法离子刻蚀、XeF、HF气体腐蚀、湿法各向异性腐蚀、湿法各向同性腐蚀、聚焦离子束刻蚀、激光刻蚀中的任一种。10.根据权利要求4所述的一种封装结构的压力、加速度二合一传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)、(7)中的腐蚀工艺选自KOH溶液腐蚀、TMAH溶液腐蚀中的任一种。
【专利摘要】本发明公开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，悬臂梁的一端固定在硅片的反面，另一端悬空，质量块设置在悬臂梁的悬空端上，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；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，加速度压阻条设置于悬臂梁和/或质量块上，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；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。利用二次掩膜法腐蚀工艺技术，实现在同一颗MEMS芯片中同时制作出加速度传感器和压力传感器，提高了传统胎压传感器的芯片集成度。
【IPC分类】G01D21/02
【公开号】CN105181011
【申请号】CN201510492727
【发明人】曾鸿江, 胡国俊, 刘莹, 盛文军
【申请人】中国电子科技集团公司第三十八研究所
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年8月12日