[实用新型]高过载背压式绝压传感器模块

说明书

技术领域

本实用新型涉及压敏传感器，具体来说是高过载背压式绝压传感器模块。

背景技术

由于硅压力传感器芯片的正面存在不能接触腐蚀性气体或液体的金属引线（一般为铝引线），虽然采用了凝胶保护硅片表面，但其可靠性并不高，仅适用于防潮的应用中，无法浸泡在水中工作；而用不锈钢波纹膜充油体保护芯片表面，虽然能够达到接触水和油等介质的目的，但制造工艺较复杂，成本很高，很难让传感器价格下浮。因此目前国内外在传感器芯片的封装技术上逐步开始向背压式结构发展。采用背压式结构需要解决过载能力问题：由于背压式结构的过载压力是从背面引入的，而芯片正面没有实现过载限位的岛膜结构，因此普通的背压式传感器芯片只能承受最多2.5倍的过载压力。

传感器在不同的使用场合下，需要二种不同的压力参考形式，即表压和绝压两种，表压是相对于一个大气压强而言，正面可暴露在空气中，检测的压力从芯片背部引入，压力强度的计量是以一个大气压强作为计量的坐标原点，而在某些特殊场合下，需要测量绝对的压力强度数据，例如在海拔高度的测量中，我们需要测量该高度下的绝对压力大小，因此计量的坐标原点必须是接近于零的压力强度，这样芯片的硅弹性膜区就必须处于真空的腔体中，才能满足上述计量要求。

另外，还需要解决硅芯片与金属基座的连接问题。目前国内许多传感器公司采用高分子有机化合物（类似于环氧树脂等）作粘结剂，让芯片背面与金属基座连接在一起，保证不泄漏。这种结构在传感器工作环境温度低于80℃时，是一种成本低廉的封装结构，但当传感器工作在较高温度时，因大多数高分子有机化合物粘结剂在高于110℃的环境下就会软化，降低了粘结强度，容易造成传感器输出不稳定，甚至失效。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种高过载背压式绝压传感器模块及其制造工艺，解决了过载限位问题。

本实用新型解决技术上述技术问题所采用的技术方案是：

高过载背压式绝压传感器模块，包括盖板、硅芯片以及金属基座，硅芯片上设置有硅弹性膜区，盖板与硅芯片的正面密封连接，盖板上设置有背腔形成绝压真空腔，所述硅弹性膜区位于该绝压真空腔中，绝压真空腔内的铝引线与腔外的铝热压脚电连接，硅芯片背面与金属基座连接，金属基座上设置有容置外部被测介质的通道，硅芯片的背面对应通道设置有背腔区，背腔区与所述硅弹性膜区对应，所述背腔内朝向硅芯片的正面延伸出有限位岛，该限位岛与所述硅芯片的硅弹性膜区之间存在限位间隙。

作为上述技术方案的改进，所述限位岛与硅芯片的硅弹性膜区之间的限位间隙为4~6μm。

作为上述技术方案的进一步改进，所述绝压真空腔内的铝引线和铝热压脚通过硅芯片上的浓硼埋层引线实现电连接。 

优选的，所述硅芯片的硅弹性膜区为由梁区和膜区构成的梁膜区，在所述梁区内设置四个压敏电阻构成惠斯顿电桥，膜区厚度为梁区厚度的二分之一。

进一步，所述梁区包括依次排列的边窄梁区—岛区—中心宽梁区—岛区—边窄梁区，在所述中心宽梁区上设置两个所述压敏电阻，两个边窄梁区上各设置一个所述压敏电阻，所述岛区的长度为边窄梁区或中心宽梁区长度的2倍以上。

进一步，所述金属基座为具有与硅芯片相同数量级的热膨胀系数的可阀金属，硅芯片的背部采用真空镀膜工艺生成一层钛镍银或铬镍金背金层，金属基座与背金层在高温下形成共晶层。

优选的，还包括软金属基座，软金属基座由比可阀金属软的金属材料制成，所述金属基座上设置有密封槽和应力隔离缺口，将金属基座压入软金属基座的安装孔位中，金属基座在压入的过程中对安装孔位的内壁进行推挤，使得安装孔位内壁塑性变形而填充所述密封槽，所述应力隔离缺口比密封槽更靠近硅芯片，且不与安装孔位内壁接触形成应力隔离槽。

进一步，所述盖板静电键合在硅芯正面，或者盖板与硅芯片的正面共晶结合，或者盖板涂胶粘结在硅芯片的正面。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过在盖板上设置背腔形成绝压真空腔，在背腔内朝向硅芯片的正面延伸出有限位岛，该限位岛与硅芯片的硅弹性膜区之间存在限位间隙，实现了背压式绝压传感器的高过载性能，结构简单，过载能力大，制造工艺简单，实施成本低廉，很好的适应了国内外对压敏传感器的需求。

附图说明

图1是本实用新型高过载背压式绝压传感器模块（隐藏掉金属基座和软金属基座）的正面示意图；

图2是图1中A-A’截面的剖面示意图；

图3是本实用新型高过载背压式绝压传感器模块的结构示意图；