[发明专利]基于转印技术的微纳薄膜压力传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于传感器领域，具体涉及一种基于转印技术制作的微纳薄膜压力传感器及其制备方法。

背景技术

目前，以各种硅基材料为敏感材料的压力传感器成为主流，数量占据了各种压力传感器的大部分。由于材料的相容性等原因，该种传感器多以单晶硅为衬底，其优点是廉价、工艺成熟、特别适于大批量生产，并且具有常温下性能良好、和后续电路兼容极易制作集成化传感器或传感系统等优势。但这类压力传感器的单晶硅衬底因抗冲击性、元件间的隔离性等原因在高温、辐射、高振动、冲击等恶劣环境的应用受到限制。因此薄膜压力传感器也得到了发展，成为压力传感器的一个重要分支，比如溅射薄膜压力传感器现已得到广泛应用。但由于其工艺复杂、对工艺环境要求高、与后续电路的相容性差，而且无论如何也不能突破金属材料灵敏度低的缺点，也使薄膜压力传感器的应用受到限制。

发明内容

针对以上提出的现有技术的不足，提出本发明。

本发明的一个目的在于提供一种基于转印技术的微电子机械系统(MEMS)微纳薄膜压力传感器。

本发明的一种基于转印技术制作的MEMS微纳薄膜压力传感器包括传感组件、转接环、管座、管帽、内引线、紧固件、密封圈、输出电缆以及引压口；传感组件包括器件衬底以及倒扣在其上表面上的单个芯片。单个芯片进一步包括：压敏电阻；形成在压敏电阻的两端的金属电极；以及涂覆在压敏电阻及金属电极的晶圆上的转印介质。

本发明的另一个目的是提供一种微纳薄膜压力传感器的制备方法。

本发明的微纳薄膜压力传感器的制备方法步骤如下：

1)在牺牲衬底上生长一层绝缘层；

2)在该绝缘层上通过外延方法生长一层压敏电阻层，然后采用光刻工艺按设计图形形成压敏电阻；

3)采用金属化工艺按设计图制作金属电极；

4)在制备好的压敏电阻及金属电极的晶圆上涂敷转印介质，烘干后进行切割形成带有牺牲衬底的单个芯片；

5)提供器件衬底，将单个芯片倒扣在器件衬底的上表面上，对准器件衬底的上表面采用加温及加压使两者牢固的键合在一起，然后采用腐蚀方法去除单个芯片上的牺牲衬底及绝缘层，形成传感组件；

6)提供转接环，在传感组件上粘贴转接环，固化后将其安装在管座的安装槽内再用储能焊接机将器件衬底的下表面与管座牢固的焊接在一起；

7)采用压焊工艺用内引线将金属电极与转接环实现电气联接，再将输出电缆焊接在转接环上；

8)输出电缆穿过管帽，再将管帽与管座对准进行焊接；

9)在输出电缆上套入密封圈及紧固件，旋紧紧固件使密封圈对管帽密封，完成传感器的制作。

本发明的优点：

本发明提供的基于转印技术制作的MEMS微纳薄膜压力传感器，它将具有单晶硅敏感材料的高灵敏度和耐高温、抗强振动、大冲击的金属衬底采用转印技术结合起来，弥补了二者的缺点、发扬了二者的优点；由于在器件衬底上增加了转印介质，从而减少了蠕变并增强了隔离特性，该发明中所使用的转印介质的性能及形状保证能良好地传递应力而不引起规定误差外的损耗，更由于该种转印技术与常规微电子技术相容，因而仍能像硅基压力传感器一样大批量生产并保持廉价及高可靠性能，同时也具有薄膜材料可以制作于不同衬底上达到小型化、抗恶劣环境的目的。

附图说明

图1是本发明的基于转印技术的微纳薄膜压力传感器的剖面图；

图2是本发明的基于转印技术的微纳薄膜压力传感器的传感组件的剖面图；

图3是本发明的基于转印技术的微纳薄膜压力传感器的单个芯片的剖面图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的传感器。

如图1所示：本发明的基于转印技术的微纳薄膜压力传感器包括传感组件1、转接环2、管座3、管帽4、内引线5、紧固件6、密封圈7、输出电缆8以及引压口9。其中传感组件1包括器件衬底16以及倒扣在其上表面上的单个芯片。

如图2所示，单个芯片进一步包括：压敏电阻14，形成在压敏电阻14的两端的金属电极13，以及涂覆在压敏电阻14及金属电极13的晶圆上的转印介质15。

其中，压敏电阻14为单电阻、二个电阻构成惠斯通电桥的半桥以及四个电阻构成惠斯通电桥的全桥中的一种，转印介质15可以是苯并环丁烯BCD(benzo-cyclo-butene)或光刻胶SU-8，器件衬底16作为弹性膜片为金属衬底或其他材料，内引线5为金丝或硅铝丝。

本发明的基于转印技术的微纳薄膜压力传感器的制备方法如下：