[发明专利]基于直接石英键合的石英声表面波传感器

说明书

技术领域

实施例涉及声表面波传感器的领域。实施例也涉及加工石英晶片和传感器封装。

背景技术

声表面波(SAW)器件通常用于过滤电子器件中的信号，且也由于声波对诸如压力和温度这样的物理化学的被测量(measurand)的敏感性而被用作传感器。声表面波器件领域的技术人员众所周知的是，这些声表面波传感器可以是制造成响应不同的非电被测量的声表面波谐振器或声表面波延迟线。声表面波器件的主要部件是称为叉指式换能器(IDT)的梳状金属结构，其用于通过在其上淀积了IDT的压电晶体/多晶体中发生的压电效应，从施加的电信号产生声表面波，且反之亦然。实际上，声表面波延迟线器件的一个简单的例子可以从在同一基片上分开一定距离的两个IDT结构获得。图18标注为“现有技术”，其图示了声表面波延迟线器件1810，其中两个梳状结构分开距离“d”且在压电基片1801上形成图形。输入电信号穿过输入IDT 1811传到声表面波延迟线，所述输入IDT 1811具有第一输入焊盘1802和第二输入焊盘1805。第一输入焊盘电连接到第一梳状电极1803。第二输入焊盘连接到第二梳状电极1804。输入IDT 1811将输入电信号转换成声信号，所述声信号沿压电基片1801的表面传播到输出IDT 1812，所述输出IDT 1812也在同一压电基片1801上形成图形。所述输出IDT 1812将声信号转换成输出电信号，所述输出电信号可以从第一输出焊盘1806和第二输出焊盘1807获得。在有来自外部的物理被测量的情况下，当声波的传播速度改变时，得到了声表面波传感器。如果输出IDT 1812被单个或一系列反射体取代，获得了反射性的声表面波延迟件，当第一输入焊盘1802和第二输入焊盘1805连接到天线时所述声表面波延迟件可以用作无线的声表面波传感器。为简单起见，声表面波传感器在本文中由IDT图形表示。

压电基片上的应力和应变导致声信号改变。此改变可以在输出电信号中检测到。应力和应变对沿着厚基片传播的声信号，比它们对沿着薄基片传播的声信号产生了更小的可测量效应。减薄声表面波传感器下面的基片区域增强了可测量效应。减薄的区域称为膜片(diaphragm)。减薄声表面波下面的基片的动作称为释放膜片。

盖经常附着到声表面波传感器一侧。盖可以保护传感器。当盖附着到声表面波传感器时，如果其隔离出密封的体积，则盖也可以生成基准室。基准室经常在声表面波压力传感器中使用。然而，将盖附着到声表面波传感器可以在传感器中引入应力和应变。盖引起的应变可以导致不良的传感器测量。将传感器和盖键合到一起的工艺可以引起应变；此外，如果盖材料不同于传感器基片材料，则随后诸如温度改变这样的环境效应可以在声表面波传感器上引起非预计中的和不一致的应变。

理想情况下，石英盖可以键合到石英传感器基片，以使非故意的环境效应最小化。直接的石英键合技术可以形成化学键，所述化学键将一个石英表面直接附着到另一石英表面。在一种技术中，在两个石英表面上都产生硅烷醇族(Si-OH)，所述表面被压到一起且组件被加热到大约450℃。在热处理期间，在声表面波石英晶片上的硅烷醇族将与石英盖晶片上的硅烷醇族反应，在这两个晶片之间与氧原子形成共价键Si-O-Si，所述氧原子共价地键合到这两个晶片作为桥接物并形成强固的晶片键合。水分子将被释放用于每个Si-O-Si共价键的形成。在其它技术中，等离子处理在每个表面上生成活性的悬挂(dangling)键，且随后各表面压到一起。石英加工领域的技术人员知道用于键合石英表面的这些和其它技术，尤其是直接的石英键合技术。

需要除了声表面波传感器以外的其它电路元件用于进行测量。通常，那些其它电路元件包括印刷电路板(PCB)和一个或多个天线。天线经常被直接在印刷电路板上图形化为迹线。使用电子制造领域的技术人员已知的各种技术中的任意技术，将声表面波传感器和任何其它必需的电路元件附着到印刷电路板。声表面波传感器模块是具有声表面波传感器的装配了元件的印刷电路板。声表面波传感器模块必需经常被密封，诸如用凝胶、环氧树脂、或其它材料，以便使不需要的材料和声表面波传感器隔开。声表面波传感器模块领域的技术人员知道许多可应用于声表面波传感器的密封材料和技术。

然而，当前的技术不提供系统和方法用于对覆盖和密封的所有石英声表面波传感器的批处理，因为分立的各石英盖附着到分立的石英声表面波传感器。通过在切片之前对经加工的石英基片的直接石英键合，实施例的各方面直接解决了当前技术的缺陷。

发明内容