一种基于共晶焊接的压力传感器封装结构、方法及其器件与流程

本发明属于传感器封装，具体的说是一种基于共晶焊接的压力传感器封装结构、方法及其器件。

背景技术：

1、在传感器领域，传感器封装技术的关键是传感器芯片与基板封装结合；封装过程中要保证传感器芯片和封装基板之间的粘贴效果，确保传感器芯片在高低温、潮湿、冲击和振动等环境，不会在封装基板上发生滑动；此外，为了使传感器芯片维持合适的工作温度范围，粘贴部分的散热能力必须能保证将工作产生的热量快速从传感器芯片中传递到封装基板上。

2、在传统技术中，由于树脂粘贴法具有载体不需加热或加热温度低，设备简单，易于实现工艺自动化等优点，通常选用树脂作为传感器芯片封装过程中的粘接剂；然而，树脂材料在高温环境下容易发生分解，有可能导致粘接剂析出，使粘贴面的电阻增大，因此采用这种方法封装的传感器芯片不适合在高温环境下工作，且和金属材料相比，树脂的导热系数较低，散热效果较差。

3、现有技术中树脂粘贴得到的粘贴面的适用性有限，机械强度不足够，长时间工作后会发生老化，导致传感器芯片和封装基板之间产生相对移动，元件随之脱落，且散热效果不好，不方便将热量快速传递至封装基板上。

4、为此，本发明提供一种基于共晶焊接的压力传感器封装结构、方法及其器件。

技术实现思路

1、为了弥补现有技术的不足，解决背景技术中所提出的至少一个技术问题。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种基于共晶焊接的压力传感器封装结构，包括封装基板，所述封装基板的顶部固接有密封盖；所述封装基板的中部通过模具冲压形成通孔；所述封装基板的顶部设有一圈刚性胶体，所述刚性胶体的内部形成一空腔，所述空腔内设有芯片，所述芯片与通孔内部相互连通，用于待测量的气体或液体通过所述通孔进入所述芯片内部；所述芯片的两端均设有金丝，所述金丝呈弧形，所述芯片的焊盘通过金丝与封装基板的焊盘连接；所述空腔内及刚性胶体的上表面都被柔性胶体填充；所述封装基板上贯穿固接有两个引线框架，所述引线框架对称设置在通孔的两侧，所述芯片通过金丝与相邻的引线框架连接；所述封装基板的顶部固接有两个共晶键合层，所述芯片通过共晶键合层与封装基板连接；所述空腔内及刚性胶体的上表面都被柔性胶体填充。

3、优选的，所述封装基板的材料采用高温合金；所述密封盖的材料采用塑料、陶瓷、金属或其他任何适合的材料形成。

4、优选的，所述金丝的底部均固接在引线框架的底部，所述金丝采用模具冲压或化学刻蚀后再经过电镀、预封装后得到。

5、一种基于共晶焊接的压力传感器封装器件，所述封装器件包括共晶键合层，所述共晶键合层包括固接在芯片的背面的封盖层；所述封盖层的另一侧壁固接有黏附层；所述黏附层的底部固接有硅扩散阻挡层；所述硅扩散阻挡层的底部固接有金扩散阻挡层；所述金扩散阻挡层的底部固接有金层；所述金层的底部固接有超薄锗层；所述超薄锗层的底部固接有基板连接层；所述基板连接层的底部固接在封装基板的顶部。

6、优选的，所述基板连接层的顶部设有金锗共晶融固态层，所述金锗共晶融固态层是通过金层和超薄锗层的共晶焊接形成。

7、优选的，所述芯片和引线框架之间设有树脂粘接层，所述树脂粘接层采用树脂材料用于芯片和引线框架之间的黏结；所述引线框架的顶部设有塑封体，所述塑封体用于防护芯片和金丝。

8、优选的，所述金丝的外侧设有硅胶，所述硅胶作为填充材料用于防止压力源直接接触芯片，所述硅胶设在塑封体的内侧。

9、一种基于共晶焊接的压力传感器封装方法，该封装方法包含以下步骤：

10、s1：先使用光刻技术在芯片的指定位置刻蚀，得到具有金属通孔的芯片；

11、s2：在s1步骤得到的芯片上，将芯片和封装基板通过共晶焊接工艺粘接，得到芯片和封装基板二者的有效连接结构；

12、s3：在s2步骤得到的二者有效连接结构上，再将金丝先后与芯片和引线框架连接，实现芯片内部电路引出端键合点与引线框架通过内引线与外引线的电气连接；

13、s4：在s3步骤得到的有效连接结构上，再选用陶瓷材料作为密封盖，将密封盖和封装基板焊接，实现传感器的有效密封。

14、本发明的有益效果如下：

15、1.本发明所述的一种基于共晶焊接的压力传感器封装结构、方法及其器件，封装结构包括封装基板和密封盖，设置在所述密封盖内部的芯片、金丝以及引线框架，所述芯片通过共晶键合层与封装基板连接，所述芯片与通孔内部相互连通，待测量的气体或液体通过通孔与芯片接触，所述芯片通过金丝与相邻的引线框架连接，封装基板和芯片之间通过共晶焊接的方式键合；这种基于共晶焊接得到的压力传感器工作温度可达到225℃以上，具有键合强度高、接触电阻低、导热效果高、可靠性强等优点；共晶焊接的工艺简单，易于操作，可以广泛应用于传感器芯片的封装。

16、2.本发明所述的一种基于共晶焊接的压力传感器封装结构、方法及其器件，通过在芯片背面设置封盖层、黏附层、硅扩散阻挡层、金扩散阻挡层、金层、超薄锗层和底座连接层；在共晶焊接操作中，当温度升温到450℃之后，保持在450℃，锗首先熔化，熔化的锗溶解了两面接触的金层，实现了金属间的互熔，之后通入氮气加速冷却，得到结构致密的共晶键合层。

技术特征：

1.一种基于共晶焊接的压力传感器封装结构，其特征在于：包括封装基板(1)，所述封装基板(1)的顶部固接有密封盖(3)；所述封装基板(1)的中部通过模具冲压形成通孔(4)；所述封装基板(1)的顶部设有一圈刚性胶体，所述刚性胶体的内部形成一空腔，所述空腔内设有芯片(2)，所述芯片(2)与通孔(4)内部相互连通，用于待测量的气体或液体通过所述通孔(4)进入所述芯片内部；所述芯片(2)的两端均设有金丝(6)，所述金丝呈弧形，所述芯片(2)的焊盘通过金丝(6)与封装基板(1)的焊盘连接；所述空腔内及刚性胶体的上表面都被柔性胶体填充；所述封装基板(1)上贯穿固接有两个引线框架(5)，所述引线框架(5)对称设置在通孔(4)的两侧，所述芯片(2)通过金丝(6)与相邻的引线框架(5)连接；所述封装基板(1)的顶部固接有两个共晶键合层(7)，所述芯片(2)通过共晶键合层(7)与封装基板(1)连接；所述空腔内及刚性胶体的上表面都被柔性胶体填充。

2.根据权利要求1所述的一种基于共晶焊接的压力传感器封装结构，其特征在于：所述封装基板(1)的材料采用高温合金；所述密封盖(3)的材料采用塑料、陶瓷、金属或其他任何适合的材料形成。

3.根据权利要求2所述的一种基于共晶焊接的压力传感器封装结构，其特征在于：所述金丝(6)的底部均固接在引线框架(5)的底部，所述金丝(6)采用模具冲压或化学刻蚀后再经过电镀、预封装后得到。

4.一种基于共晶焊接的压力传感器封装器件，该封装器件适用于权利要求1至3任一项所述的一种基于共晶焊接的压力传感器封装结构，其特征在于：所述封装器件包括共晶键合层(7)，所述共晶键合层包括固接在芯片(2)的背面的封盖层(8)；所述封盖层(8)的另一侧壁固接有黏附层(9)；所述黏附层(9)的底部固接有硅扩散阻挡层(10)；所述硅扩散阻挡层(10)的底部固接有金扩散阻挡层(11)；所述金扩散阻挡层(11)的底部固接有金层(12)；所述金层(12)的底部固接有超薄锗层(13)；所述超薄锗层(13)的底部固接有基板连接层(14)；所述基板连接层(14)的底部固接在封装基板(1)的顶部。

5.根据权利要求4所述的一种基于共晶焊接的压力传感器封装器件，其特征在于：所述基板连接层(14)的顶部设有金锗共晶融固态层(15)，所述金锗共晶融固态层(15)是通过金层(12)和超薄锗层(13)的共晶焊接形成。

6.根据权利要求5所述的一种基于共晶焊接的压力传感器封装器件，其特征在于：所述芯片(2)和引线框架(5)之间设有树脂粘接层(18)，所述树脂粘接层(18)采用树脂材料用于芯片(2)和引线框架(5)之间的黏结；所述引线框架(5)的顶部设有塑封体(16)，所述塑封体(16)用于防护芯片(2)和金丝(6)。

7.根据权利要求6所述的一种基于共晶焊接的压力传感器封装器件，其特征在于：所述金丝(6)的外侧设有硅胶(17)，所述硅胶(17)作为填充材料用于防止压力源直接接触芯片(2)，所述硅胶(17)设在塑封体(16)的内侧。

8.一种基于共晶焊接的压力传感器封装方法，该封装方法适用于权利要求1至3任一项所述的一种基于共晶焊接的压力传感器封装结构，其特征在于：该封装方法包含以下步骤：

技术总结
本发明属于传感器封装技术领域，具体的说是一种基于共晶焊接的压力传感器封装结构、方法及其器件，包括封装基板，所述封装基板的顶部固接有密封盖；所述封装基板的中部通过模具冲压形成通孔；所述封装基板的顶部设有一圈刚性胶体，所述刚性胶体的内部形成一空腔，所述空腔内设有芯片，所述芯片与通孔内部相互连通，用于待测量的气体或液体通过所述通孔进入所述芯片内部；所述芯片的两端均设有金丝，所述芯片的焊盘通过金丝与封装基板的焊盘连接；这种基于共晶焊接得到的压力传感器工作温度可达到225℃以上，具有键合强度高、接触电阻低、导热效果高、可靠性强等优点；共晶焊接的工艺简单，易于操作，可以广泛应用于传感器芯片的封装。

技术研发人员：陈君杰,徐晨,丁维培,胡沙沙
受保护的技术使用者：深圳安培龙科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27