一种低应力的耐高温压力传感器芯片封装方法与流程

1.本发明涉及封装技术领域，具体涉及一种低应力的耐高温压力传感器芯片封装方法。


背景技术：

2.随着我国工业实力增强，压力测量方面对温度的要求越来越高，常规压力传感器芯片无法耐受高温环境，因此高温压力传感器成为眼下的热门研究点。
3.目前压力传感器芯片采用引线键合的封装方式，但此种封装方式最高工作温度难以超过125℃，引线键合高温下也会发生“金脆”现象导致金线断裂，耐振动性能很低，因此使用温度和环境受到限制，对使用温度存在制约。基于此本发明提供一种可以耐高温、可靠性高的压力传感器封装方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于：针对目前压力传感器采用常规引线键合封装，对使用温度存在制约的问题，提供一种芯片采用低应力烧结封装的方法，不使用引线进行键合，避免了高温振动下引线断裂的问题，有效提高器件的可靠性。
5.为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：一种低应力的耐高温压力传感器芯片封装方法，包括以下步骤：s1、在压力传感器芯片和基座层之间设置芯片玻璃层；s2、在所述芯片玻璃层上设置有孔，在孔内设置有过渡金属层；s3、所述压力传感器芯片和所述基座层通过所述芯片玻璃层进行烧结；s4、所述基座层上设置信号传输线，所述信号传输线贯穿所述基座层，所述过渡金属层与所述信号传输线的一端烧结；s5、所述过渡金属层与所述基座层之间设置过渡玻璃层，所述过渡金属层通过所述过渡玻璃层与所述基座层烧结为一体。
6.进一步的，所述过渡金属层的热膨胀系数大于所述压力传感器芯片的热膨胀系数，所述过渡金属层的热膨胀系数小于信号传输线的热膨胀系数。
7.进一步的，所述过渡金属层为三层过渡金属，所述过渡金属按所述压力传感器芯片往所述基座层的方向，按照热膨胀系数逐层升高的方式进行排列。
8.进一步的，所述过渡金属设置为多层结构，多层所述过渡金属层中距离所述压力传感器芯片最远的为最外层过渡金属层，所述信号传输线的一端与所述最外层过渡金属层进行烧结。
9.进一步的，在所述最外层过渡金属层与所述过渡玻璃层之间灌入金属，形成灌孔金属层，所述灌孔金属层的热膨胀系数介于所述信号传输线和所述最外层过渡金属层之间，用于所述最外层过渡金属层和所述信号传输线连接，所述灌孔金属层填满所述最外层过渡金属层内部形成的空腔，通过所述灌孔金属层将所述信号传输线与所述最外层过渡金
属层进行烧结。
10.进一步的，所述基座层采用玻璃材质，所述压力传感器芯片和基座玻璃之间的烧结采用玻璃微熔技术，使所述压力传感器芯片和所述基座层烧结为一体。
11.进一步的，在所述压力传感器芯片表面设置低熔点玻璃，使所述压力传感器芯片在低于600℃的环境下与所述基座层进行烧结。
12.进一步的，所述压力传感器芯片采用soi压力传感器芯片，所述信号传输线为膨胀合金线。
13.进一步的，所述基座层烧结好的压力传感器芯片外还设置有膨胀合金外壳，将与基座层烧结好的压力传感器芯片固定在所述膨胀合金外壳内。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果：1、目前的封装方式为引线键合，通过引线连接压力传感器芯片，通过插针将所述压力传感器芯片的信号引出，这种封装方式高温下会发生“金脆”现象导致引线断裂，耐振动性能很低，因此使用温度和环境受到限制，本发明就引线键合的封装方式改为烧结的封装方式，不使用引线进行键合，避免了高温振动下引线断裂的问题，可有效提高器件的可靠性；2、在所述压力传感器芯片和基座层之间增加过渡金属层，热膨胀系数介于所述压力传感器芯片和信号传输线的热膨胀系数之间，有效减小材料之间的应力，达到低应力的烧结封装；3、考虑到不同材料之间热膨胀系数差异，进行了多层金属过度，有效减小各个材料之间的残余应力，提高了压力传感器的使用环境温度和抗振动性能；4、使用灌孔金属层填满所述最外层过渡金属层内部形成的空腔，所述信号传输线与所述空腔更适配，改善了器件内部应力环境，使所述信号传输线与所述空腔连接更紧密，提高了器件可靠性；5、所述过渡玻璃层用于芯片和基座玻璃之间采用低膨胀、低温玻璃微熔技术，使芯片和基座烧结为一体，过渡玻璃层用于芯片和基座玻璃的玻璃微熔烧结，起到芯片粘接固定的作用，提高器件抗振动性能；6、膨胀合金除具有特定的热热膨胀系数外，根据不同用途还要求有良好的封接性、可焊性、耐蚀性、可加工性和易切削性，并且在使用温度范围内不允许有引起膨胀特性明显变化的相变，即采用膨胀合金线作为所述信号传输线可以提高压力传感器的使用环境温度和抗振动性能；7、现有扩散硅芯片采用引线键合的封装方式，最高工作温度无法超过125℃，温度过高会导致pn结漏电流增大，器件性能下降，采用了soi压力传感器芯片可以提高芯片本身耐受温度的范围，避免了pn结的存在，避免漏电流发生，芯片使用温度可以达到300℃；8、通过所述膨胀合金外壳对内部的所述压力传感器芯片进行保护，使器件抗振动性能得到提高。
附图说明
15.图1为传统的压力传感器芯片封装示意图，图2为低应力的耐高温压力传感器芯片封装示意图；
图中标示：1-压力传感器芯片，2-基座层，3-信号传输线，31-引线，32-插针，4-过渡金属层，5-灌孔金属层，6-过渡玻璃层，7-膨胀合金外壳，8-芯片玻璃层。
具体实施方式
16.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
17.因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征和技术方案可以相互组合。
19.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
20.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，这类术语仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
21.实施例一：参见图1和图2所示，本实施例提供的一种低应力的耐高温压力传感器芯片封装方法，包括以下步骤：s1、在压力传感器芯片1和基座层2之间设置芯片玻璃层8；s2、在所述芯片玻璃层8上设置有孔，在孔内设置有过渡金属层4；s3、所述压力传感器芯片1和所述基座层2通过所述芯片玻璃层8进行烧结；s4、所述基座层2上设置信号传输线3，所述信号传输线3贯穿所述基座层2，所述过渡金属层4与所述信号传输线3的一端烧结；s5、在所述过渡金属层4与所述基座层2之间设置过渡玻璃层6，所述过渡金属层4通过所述过渡玻璃层6与所述基座层2烧结为一体。
22.所述压力传感器芯片1用于压力感应，所述基座层2用于所述压力传感器芯片1的放置和固定，所述信号传输线3将所述压力传感器芯片1的信号引出。
23.目前的封装方式为引线键合，通过引线31连接压力传感器芯片1，通过插针32将所述压力传感器芯片1的信号引出，这种封装方式高温下会发生“金脆”现象导致引线31断裂，耐振动性能很低，因此使用温度和环境受到限制，本发明就引线键合的封装方式改为烧结的封装方式，不使用引线31进行键合，避免了高温振动下引线31断裂的问题，可有效提高器件的可靠性。
24.进一步的，所述过渡金属层4的热膨胀系数大于所述压力传感器芯片1的热膨胀系数，所述过渡金属层4的热膨胀系数小于信号传输线3的热膨胀系数。
25.进一步的，所述过渡金属层4为三层过渡金属，所述过渡金属按所述压力传感器芯
片1往所述基座层2的方向，按照热膨胀系数逐层升高的方式进行排列。
26.进一步的，所述过渡金属4设置为多层结构，多层所述过渡金属层4中距离所述压力传感器芯片1最远的为最外层过渡金属层4，所述信号传输线3的一端与所述最外层过渡金属层4进行烧结。
27.考虑到不同材料之间热膨胀系数差异，会带来各材料之间的应力差异，导致压力传感器使用的抗振动性能不佳，因此在所述压力传感器芯片1和基座层2之间增加过渡金属层4，热膨胀系数介于所述压力传感器芯片1和信号传输线3的热膨胀系数之间，有效减小材料之间的应力，达到低应力的烧结封装。进行了多层金属过度，有效减小各个材料之间的残余应力，提高了压力传感器的使用环境温度和抗振动性能。
28.进一步的，在所述最外层过渡金属层4与所述过渡玻璃层6之间灌入金属，形成灌孔金属层5，所述灌孔金属层5的热膨胀系数介于所述信号传输线3和所述最外层过渡金属层4之间，用于所述最外层过渡金属层4和所述信号传输线3连接，所述灌孔金属层5填满所述最外层过渡金属层4内部形成的空腔，通过所述灌孔金属层5将所述信号传输线3与所述最外层过渡金属层4进行烧结。
29.使用灌孔金属层5填满所述最外层过渡金属层4内部形成的空腔，所述信号传输线3与所述空腔更适配，改善了器件内部应力环境，使所述信号传输线3与所述空腔连接更紧密，提高了器件可靠性。
30.进一步的，所述基座层2采用玻璃材质，所述压力传感器芯片1和基座玻璃之间的烧结采用玻璃微熔技术，使所述压力传感器芯片1和所述基座层2烧结为一体。
31.进一步的，在所述压力传感器芯片1表面设置低熔点玻璃，使所述压力传感器芯片1在低于600℃的环境下与所述基座层2进行烧结。
32.所述过渡玻璃层6用于芯片和基座玻璃之间玻璃微熔技术，使述压力传感器芯片1和所述基座层2烧结为一体，过渡玻璃层6用于所述压力传感器芯片1和基座玻璃的玻璃微熔烧结，起到芯片粘接固定的作用，提高器件抗振动性能。
33.进一步的，所述压力传感器芯片1采用soi压力传感器芯片，所述信号传输线3为膨胀合金线。
34.膨胀合金除具有特定的热热膨胀系数外，根据不同用途还要求有良好的封接性、可焊性、耐蚀性、可加工性和易切削性，并且在使用温度范围内不允许有引起膨胀特性明显变化的相变，即采用膨胀合金线作为所述信号传输线3可以提高压力传感器的使用环境温度和抗振动性能；现有扩散硅芯片采用引线键合的封装方式，最高工作温度无法超过125℃，温度过高会导致pn结漏电流增大，器件性能下降，采用了soi压力传感器芯片可以提高芯片本身耐受温度的范围，避免了pn结的存在，避免漏电流发生，芯片使用温度可以达到300℃。
35.进一步的，所述基座层2烧结好的压力传感器芯片1外还设置有膨胀合金外壳7，将与基座层2烧结好的压力传感器芯片1固定在所述膨胀合金外壳7内。
36.由于膨胀合金的诸多优点，通过所述膨胀合金外壳7对内部的所述压力传感器芯片1进行保护，使器件抗振动性能得到提高。
37.以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但本发明不局限于上述具体实施
方式，因此任何对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明的权利要求范围当中。