[发明专利]一种高温压力传感器的封装结构

说明书

技术领域

本发明设计涉及MEMS传感器的封装结构，尤其涉及一种高温压力传感器的封装结构，属于封装结构设计技术领域。

背景技术

SiC是非常有希望应用于高温恶劣条件下的半导体材料，国外的一些研究成果证明SiC电子器件不需要冷却就能够直接工作在600℃环境中。但是，缺乏适合的封装限制了SiC器件的应用，如果没有耐用可靠的封装，SiC器件设计得再好，在高温下也不会起到应有的作用。

在高温条件下，SiC器件封装要在满足以下条件：一、封装系统导热性要好，不要出现系统中局部过热的问题；二、各部分的热膨胀系数要匹配；三、各部分抗热冲击性能要好；四、各部分间要化学稳定，不发生或尽可能少发生反应；五、封装密封，保护芯片敏感部分不与外界直接接触。其中主要考虑两个问题：一、封装材料与SiC器件的热膨胀系数不同带来的热应力问题，这个问题一方面会导致压力传感器信号受到干扰，另一方面严重的热应力可能会使封装失效；二、高温电子器件封装中的引线互联失效问题，普通MEMS封装中，一般采用引线键合形成引线连出信号，但在400℃以上高温条件下，键合点处很可能蠕变而失效，也可能会发生反应出现不想要的金属化合物而导致失效。

国外研究成果选用芯片直接粘合技术（DCA）。封装基体材料选择AlN，引线选择Pt线，粘接材料选择高温熔封玻璃。在这种形式的封装中，不再使用引线键合引出信号，而是将Pt丝固定直接与芯片上的金属层相接触，避免了引线键合中触点失效的问题。另外，传感器C型敏感膜的背面与高温介质接触，保护敏感压阻、欧姆接触等不直接承受高温介质的冲击，能有效提高传感器寿命。

但由于上述封装方案工艺难度较大，因此要实现上述封装结构遇到较大困难，主要难点如下：1）高温钎料选取，一般所采用的焊膏最高耐温280℃左右；2）封装采用的玻璃胶无法保证密封性，尺寸较小增加熔封玻璃注入难度；3）陶瓷AlN外壳难加工，且价格昂贵；4）插针固定，设计夹具；5）上盖筑坝，防止熔封玻璃破坏结构；6）气密性要求确保外壳尺寸精度；7）高温操作，工艺难度大

考虑到本封装结构主要用于实验人员测定高温压力传感器特性，因此在保证其测试要求的前提下对封装结构进行了简化的设计。

发明内容

本发明的目的是克服现有DCA封装技术工艺难度大、成本高等的不足，提供一种高温压力传感器的封装结构，在满足测试要求的前提下，简化封装结构，降低封装结构的加工难度和成本。

本发明的技术方案如下：

一种用于高温压力传感器的封装结构，该封装结构包括外连接部件、压紧部件、下盖、传感器芯片、金属引脚和上盖，其特征在于：所述的金属引脚下端设有凸台，该凸台与传感器芯片的焊盘对齐并紧密接触；所述的上盖的底端设有定位内凹槽，凹槽的形状与传感器芯片形状相符；上盖的中间通孔用于穿入金属引脚，并与传感器焊盘对齐；在所述的下盖的内侧面设有与凹槽形状对应的凸台；在下盖与传感器芯片之间设有一级气密垫片；

所述的上盖、金属引脚、传感器芯片、一级气密垫片和下盖共同构成一级封装结构，将一级封装结构置入外连接部件深槽中，使外连接部件气孔、二级气密垫片气孔和下盖气孔正对传感器芯片的可动薄膜结构；传感器芯片的信号线和电源线通过金属引脚导出，与高温导线连接后，穿过压紧部件导线孔；将压紧部件压入外连接部件深槽中，进行紧固连接，实现气密密封。

采用如权利要求1所述用于高温压力传感器的封装结构，其特征在于：所述的压紧部件与外连接部件进行紧固连接采用螺纹连接形式，或将压紧部件顶端和外连接部件顶端做成相配合的法兰盘，通过压紧螺栓连接。

本发明具有以下优点及突出性效果：①、本发明能够耐受高温高压等恶劣环境，并保证传感器的性能测试；②、本发明加工工艺简单，整体封装结构成本较低；③、本发明避免了高温胶的使用和引线键合工艺，从结构上保证了高温高压环境的性能要求。

附图说明

图1是封装结构剖视图。

图2是一级封装结构爆炸图。

图3是二级封装结构爆炸图。

图4（a）是上盖零件主视图。

图4（b）是上盖零件左剖视图。

图4（c）是上盖零件俯剖视图。

图5（a）是下盖零件主视图。

图5（b）是下盖零件左剖视图。

图6是外连接部件零件机构图。

图7是压紧部件零件机构图。