一种无引线压力传感器的芯体结构的制作方法

本技术涉及传感器，尤其涉及一种无引线压力传感器的芯体结构。

背景技术：

1、目前，压阻式压力传感器的封装形式多为带金属丝引线的封装结构，在一些条件比较恶劣的应用场合中，例如高温场合(600℃以上)，更需要传感器具有较高的稳定性和可靠性，传统的金属丝引线方式会带来不可预计的可靠性问题，例如金属丝蠕变、软化和脱落等，无引线的封装结构将成为传感器封装技术的发展方向。

2、无引线结构的压力传感器在高温脉动压力测量方面具有显著优势。金属引脚经由导电浆料与敏感芯片的电极焊盘互连，实现了敏感芯片信号的引出。该类传感器上无传统的金属丝引线，因此可有效降低动态压力环境下金属丝引线断裂的风险。此外，无引线结构的压力传感器，其敏感芯片是倒扣在基座上的，结构层不与外界压力环境接触，仅背面的感压腔与外界压力环境接触，因此可有效避免金属材料在高温环境下被氧化，大大提高传感器的可靠性。

3、国内外对无引线结构的压力传感器研究逐渐增多，已成为研究热点，通过分析无引线压力传感器结构特点及微工艺发现，现有的无引线压力传感器通孔结构方面存在问题，通常导电浆料与通孔侧壁的粘附性弱，在微组装过程中容易出现金属引脚脱落的问题，对导电浆料与通孔侧壁的粘接强度要求较高，通常需要在通孔侧壁上沉积金属薄膜，以增强导电浆料与通孔侧壁的粘接强度，避免无引线压力传感器芯体在封装后发生金属引脚连带固化后的导电浆料一起从通孔中脱落，由于通孔内径较小，导致在通孔侧壁沉积金属薄膜的工艺较为复杂，不易实现。

技术实现思路

1、本实用新型提出一种无引线压力传感器的芯体结构，解决了现有技术中无引线压力传感器芯体在封装后容易发生引脚连带固化后的导电浆料一起从通孔中脱落等问题。

2、本实用新型的技术方案是这样实现的：

3、根据本实用新型的一个方面，提供了一种无引线压力传感器的芯体结构，包括从上往下依次连接的芯体层、盖板层和引脚，所述芯体层的底面设有芯片电路，所述芯片电路上设有多个金属焊盘和压敏电阻，所述盖板层上设置有多个与金属焊盘对应的圆台形通孔，所述通孔的底面直径小于顶面直径，所述引脚的上部插入通孔内，所述通孔内填充有导电浆料。

4、本实用新型通过在盖板层上设置多个与金属焊盘对应的圆台形通孔，使得通孔内的导电浆料在烧结固化后与通孔的侧壁之间形成坡面抵接，可有效防止导电浆料在烧结固化后连带引脚一起从通孔中脱落，提高了无引线压力传感器芯体结构封装的稳定性。

5、作为本实用新型优选的方案，所述引脚为圆台形，引脚的顶面直径大于底面直径且小于通孔的底面直径，通过将引脚设计为圆台形，并将引脚的大端插入通孔内的导电浆料中，待导电浆料烧结固化后，引脚的侧壁与导电浆料的内壁之间会形成坡面抵接，可有效防止引脚从烧结固化后的导电浆料中脱落，进一步提高了无引线压力传感器芯体结构封装的稳定性。

6、作为本实用新型优选的方案，所述引脚插入通孔内的导电浆料部分的外表面设有过渡层，所述金属焊盘的外表面设有过渡层；所述过渡层的熔点高于导电浆料的熔点，且过渡层具有导电性和延展性；本实用新型通过在引脚上部的外表面及金属焊盘的外表面设置具有高熔点、良好导电性和延展性的过渡层，可以有效降低导电浆料固化后与引脚、金属焊盘之间的热应力，从而提高电路连接的热稳定性。

7、作为本实用新型优选的方案，所述芯体层的底面与盖板层的顶面采用键合(如静电键合)的方式连接，采用键合的方式连接可以满足高温环境下稳定工作的要求，并且具有高精度和高可靠性。

8、作为本实用新型优选的方案，所述芯体层顶面设有内凹的凹腔，所述盖板层的顶面中部设有感压腔体，所述凹腔、感压腔体的位置与压敏电阻对应，通过设置凹腔和感压腔体，可以提高压力传感器的灵敏度。

9、作为本实用新型优选的方案，所述芯体层采用硅或碳化硅材料制成，所述盖板层采用硅、碳化硅、石英或玻璃材料制成。

10、根据本实用新型的另一个方面，提供了一种无引线压力传感器的芯体结构的制备方法，包括以下步骤：

11、在盖板层的顶面对应金属焊盘的位置加工出圆台形通孔，并在盖板层的顶面中部加工出感压腔体；

12、在引脚插入通孔的对应部位的外表面预先制备形成过渡层；

13、采用键合工艺将芯体层的底面与盖板层的顶面进行键合，得到键合后的敏感芯片；

14、将键合后的敏感芯片倒置，将液体状的导电浆料注入通孔内，再将引脚插入通孔内与导电浆料粘接，最后通过烧结工艺使所述导电浆料固化即可。

15、作为本实用新型优选的方案，通过激光打孔的方式在盖板层的顶面加工贯穿的微锥孔作为通孔，激光打孔效率高，利用聚焦的锥形激光束可快速完成锥形孔的加工。

16、作为本实用新型优选的方案，通过烧结、喷涂或电镀等方式在引脚的外表面制备形成过渡层。

17、有益效果

18、与现有技术相比较，本实用新型的有益效果在于：

19、(1)本实用新型通过在盖板层上设置多个与金属焊盘对应的圆台形通孔，使得通孔内的导电浆料在烧结固化后与通孔的侧壁之间形成坡面抵接，可有效防止导电浆料在烧结固化后连带引脚一起从通孔中脱落，提高了无引线压力传感器芯体结构封装的稳定性；

20、(2)本实用新型通过将引脚设计为圆台形，并将引脚的大端插入通孔内的导电浆料中，待导电浆料烧结固化后，引脚的侧壁与导电浆料的内壁之间会形成坡面抵接，可有效防止引脚从烧结固化后的导电浆料中脱落，进一步提高了无引线压力传感器芯体结构封装的稳定性；

21、(3)本实用新型通过在引脚上部的外表面及金属焊盘的外表面设置具有高熔点、良好导电性和延展性的过渡层，可以有效降低导电浆料固化后与引脚、金属焊盘之间的热应力，从而提高电路连接的热稳定性。

技术特征：

1.一种无引线压力传感器的芯体结构，其特征在于，包括从上往下依次连接的芯体层(1)、盖板层(2)和引脚(3)，所述芯体层(1)的底面设有芯片电路，所述芯片电路上设有多个金属焊盘(4)和压敏电阻(5)，所述盖板层(2)上设置有多个与金属焊盘(4)对应的圆台形通孔(6)，所述通孔(6)的底面直径小于顶面直径，所述引脚(3)的上部插入通孔(6)内，所述通孔(6)内填充有导电浆料(7)。

2.如权利要求1所述的一种无引线压力传感器的芯体结构，其特征在于，所述引脚(3)为圆台形，引脚(3)的顶面直径大于底面直径且小于通孔(6)的底面直径。

3.如权利要求1所述的一种无引线压力传感器的芯体结构，其特征在于，所述引脚(3)插入通孔(6)内的导电浆料(7)部分的外表面设有过渡层(8)。

4.如权利要求1所述的一种无引线压力传感器的芯体结构，其特征在于，所述金属焊盘(4)的外表面设有过渡层(8)。

5.如权利要求3或4所述的一种无引线压力传感器的芯体结构，其特征在于，所述过渡层(8)的熔点高于导电浆料(7)的熔点，且过渡层(8)具有导电性和延展性。

6.如权利要求1所述的一种无引线压力传感器的芯体结构，其特征在于，所述芯体层(1)的底面与盖板层(2)的顶面采用键合的方式连接。

7.如权利要求1所述的一种无引线压力传感器的芯体结构，其特征在于，所述芯体层(1)顶面设有内凹的凹腔(9)，所述盖板层(2)的顶面中部设有感压腔体(10)，所述凹腔(9)、感压腔体(10)的位置与压敏电阻(5)对应。

8.如权利要求1所述的一种无引线压力传感器的芯体结构，其特征在于，所述芯体层(1)采用硅或碳化硅材料制成，所述盖板层(2)采用硅、碳化硅、石英或玻璃材料制成。

技术总结
本技术提出了一种无引线压力传感器的芯体结构，包括从上往下依次连接的芯体层、盖板层和引脚，所述芯体层的底面设有芯片电路，所述芯片电路上设有多个金属焊盘和压敏电阻，所述盖板层上设置有多个与金属焊盘对应的圆台形通孔，所述通孔的底面直径小于顶面直径，所述引脚的上部插入通孔内，所述通孔内填充有导电浆料。本技术通过在盖板层上设置多个与金属焊盘对应的圆台形通孔，使得通孔内的导电浆料在烧结固化后与通孔的侧壁之间形成坡面抵接，可有效防止导电浆料在烧结固化后连带引脚一起从通孔中脱落，提高了无引线压力传感器芯体结构封装的稳定性。

技术研发人员：王小平,曹万
受保护的技术使用者：武汉飞恩微电子有限公司
技术研发日：20230628
技术公布日：2024/1/22