CN115479719A - 一种绝对压力传感器封装结构 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种绝对压力传感器封装结构，属于微电子机械***领域。该结构包括封装基座、粘结材料、转接件和绝对压力传感器芯片，其中，通过转接件改变以往封装中惯用的封装基座开孔的方式，正面导入环境压力，使得压力传感器封装基座不开孔，可有效实现传感器芯片的应力隔离和电气隔离，从而使压力传感器达到更为优良的输出性能，并使压力传感器产品的稳定性得到更好的提升；此外，选用低应力粘结材料，在实现大压力承载的同时，减少封装材料导致的应力影响，有效降低传感器信号偏移。

Description

一种绝对压力传感器封装结构

技术领域

本申请涉及绝对压力传感器封装领域，具体涉及一种绝对压力传感器封装结构。

背景技术

压力传感器在半导体领域具有广泛的应用，可用于例如对大气压力、液体压力等进行测量与控制。随着应用领域的不断拓展，其可以被广泛地用于汽车、医疗、工业设备以及消费电子等领域 。

在微机电***（Micro-Electro-Mechanical System，MEMS）封装技术中，目前主要采用键合的方式来实现气密封装。常用的气密性封装主要是在高真空度(小于0.01 Pa)环境下的阳极键合、共晶键合以及熔融键合工艺等。

绝对压力传感器芯片内部有真空参考腔体，通过压力敏感膜与参考腔体内的压力差感测待测压力。在某些使用环境恶劣的场景中，需要封装结构在实现电信号传递的同时对内部芯片进行保护。此外，传感器的信号漂移是高端压力传感器的重要衡量指标之一，该漂移往往由芯片衬底材料、芯片制造工艺和芯片封装材料等直接导致，其中在芯片封装时对粘结材料的选择尤为关键。在对芯片实现物理固定的同时，如何减小粘结材料的应力对芯片性能的影响是研究的重点。

发明内容

本申请提供了一种绝对压力传感器封装结构，可以优化封装过程中粘结材料导致的传感器输出信号漂移及重复性问题。

本申请实施例提供了一种绝对压力传感器封装结构，包括：封装基座101、粘结材料102、转接件103和绝对压力传感器芯片104；

所述转接件103的一侧，通过所述粘结材料102安装于所述封装基座101上，所述转接件103的另一侧，通过所述粘结材料102与所述绝对压力传感器芯片104连接；

所述粘结材料102为低应力材料。

可选的，所述绝对压力传感器芯片104封装于所述封装体的封装腔内；

所述绝对压力传感器芯片104的不同表面设有压力敏感区和芯片电极，所述压力敏感区和所述芯片电极暴露于所述封装腔内。

在所述封装基座101中设置有连接电极，所述连接电极用于实现信号的导通；

在所述绝对压力传感器封装结构中通过金属连接线108把所述芯片电极105与设置在所述封装基座101上的连接电极形成电连接，用于将所述绝对压力传感器封装结构内部信号传递到外部。

可选的，所述转接件103上形成有垂直开孔和水平开孔，所述垂直开孔和所述水平开孔用于正面导入环境压力。

可选的，所述绝对压力传感器芯片104底部开设槽孔，所述槽孔用于正面导入环境压力。

可选的，所述芯片电极设置在所述压力敏感区***。

可选的，所述绝对压力传感器封装结构包括至少一个绝对压力传感器芯片104，所述绝对压力传感器芯片104片之间通过所述金属连接线108电连接。

可选的，所述绝对压力传感器封装结构还包括调理电路芯片，所述调理电路芯片设置在所述绝对压力传感器封装结构内；

所述调理电路芯片与所述绝对压力传感器芯片104通过所述金属连接线108电连接。

可选的，所述调理电路芯片还通过所述金属连接线108及所述导电连接件与所述连接电极电连接。

可选的，所述连接电极设置在所述封装体上外层。

本申请技术方案，至少包括如下优点：

本申请为解决封装过程中粘结材料导致的信号漂移和重复性的问题，提出了一种绝对压力传感器封装结构。该结构包括封装基座、粘结材料、转接件和绝对压力传感器芯片，其中，通过转接件改变以往封装中惯用的封装基座开孔的方式，正面导入环境压力，使得压力传感器封装基座不开孔条件下，有效实现传感器芯片的应力隔离和电气隔离，从而使压力传感器达到更为优良的输出性能，并使压力传感器产品的稳定性得到更好的提升；此外，选用低应力粘结材料，在实现大压力承载的同时，减少封装材料导致的应力影响，有效降低传感器信号偏移。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示意出了本发明实施例提供的一种绝对压力传感器封装结构的结构示意图；

图2示意出了本发明实施例提供的另一种绝对压力传感器封装结构的结构示意图；

图3示意出了本发明实施例提供的一种调理电路芯片的连接示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

首先，介绍下本申请涉及的绝对压力传感器芯片的背景。绝对压力传感器是一种将压力信号转换为电信号的换能器。绝对压力传感器以真空作为基准，传感器内封装了真空空腔，以空腔内的真空为基准。传统封装结构可能降低传感器的准确度和耐久性。

高端MEMS压力传感器往往采用金属底座或陶瓷壳体作为封装基座。当MEMS绝对压力传感器芯片的电极与敏感膜不在一侧时，往往需要在封装基座底部开孔，利用该开孔，从芯片背面导通至压力敏感膜，从而感测压力变化。此时，用于粘结芯片的胶水需要高的粘结强度，以使背部承压的压力芯片不至于在大压力情况下从封装底座脱落。而高的粘结强度往往带来高的外部应力，从而降低压力传感器的性能。

由此，为了解决上述封装存在的问题，本发明提供了一种绝对压力传感器封装结构，在实现大压力承受载能力的同时，减少封装材料导致的应力影响，有效降低传感器信号偏移，从而提高所述绝对压力传感器的性能。该绝对压力传感器封装结构通过下述说明书内容逐步公开。

实施例1

请参考图1，其示出了本申请一个示意性实施例提供的绝对压力传感器封装结构的示意图，该结构包括，封装基座101、粘结材料102、转接件103和绝对压力传感器芯片104。

为了实现MEMS器件与其它器件实现整合，往往需要将MEMS器件与CMOS器件集成，并将集成后的器件进行封装。在现有技术中，先将集成MEMS器件与CMOS器件的芯片单独进行封装，封装方法复杂，成本高，效率低。

本发明实施例中所涉及的封装主要是对粘结材料的强度要求低，选用低应力的粘结材料102，提升产品性能，可承受大压力，可提高芯片小型化程度，减少封装材料各个方向传递的内应力影响，有效降低传感器信号偏移，能够提高所述压力传感器结构的可靠性。

封装体为图1的整体结构，设置在封装体内的封装基座101、粘结材料102、转接件103和绝对压力传感器芯片104为主要结构。

进一步的，在转接件103的一侧，通过粘结材料102安装于封装基座101上，转接件103的另一侧，通过粘结材料102与绝对压力传感器芯片104连接。

可选的是，转接件103与绝对压力传感器芯片104可直接通过晶圆级键合实现连接。

进一步的，与常规封装结构中在封装基座直接开口不同，本发明的封装结构，封装基座不开孔，相应地在转接件103上形成有垂直开孔和水平开孔，垂直开孔和水平开孔用于正面导入环境压力。开孔形状、数量可根据实际场景灵活调整。

在另一种可能的实施方式中，与形成垂直开孔和水平开孔方法可以起到相同效果的还有如下方案。绝对压力传感器芯片104底部开设槽孔，槽孔亦用于正面导入环境压力。

本申请为解决封装过程中粘结材料导致的信号漂移和重复性的问题，提出了一种绝对压力传感器封装结构。该结构包括封装基座、粘结材料、转接件和绝对压力传感器芯片，其中，通过转接件改变以往封装中惯用的封装基座开孔的方式，正面导入环境压力，使得压力传感器封装基座不开孔，可有效实现传感器芯片的应力隔离和电气隔离，从而使压力传感器达到更为优良的输出性能，并使压力传感器产品的稳定性得到更好的提升；此外，选用低应力粘结材料，在实现大压力承载的同时，减少封装材料导致的应力影响，有效降低传感器信号偏移。

实施例2

进一步的，如图2所示，绝对压力传感器芯片104封装于封装体的封装腔内，且绝对压力传感器芯片104的不同表面设有压力敏感区106和芯片电极105。

其中，压力敏感区106和各个芯片电极105暴露于封装腔内，压力敏感区106为图2中示意的106薄膜处，芯片电极105设置在压力敏感区106***。

进一步的，在封装基座101中设置有连接电极，连接电极用于实现信号的导通。

在绝对压力传感器封装结构中通过金属连接线108把芯片电极105与设置在封装基座101上的连接电极形成电连接，用于将绝对压力传感器封装结构内部信号传递到外部。其中，连接电极设置在封装体上外层。

可选的，绝对压力传感器封装结构包括至少一个绝对压力传感器芯片104，绝对压力传感器芯片104片之间通过上述金属连接线108电连接。

进一步的，绝对压力传感器封装结构还包括调理电路芯片107。

调理电路芯片107设置在绝对压力传感器封装结构内，调理电路芯片107与绝对压力传感器芯片104通过金属连接线108电连接。

可选的，调理电路芯片107还通过金属连接线108及导电连接件与连接电极电连接。

在一种可能的实施方式中，如图3所示，芯片电极105打线连接至贴装在封装基座101上的调理电路芯片107或封装基座101上的电极。若连接至调理电路芯片107，调理电路芯片再打线连接至封装基座101的电极。封装基座101上面的电极导通至封装基座101背面的电极，从而实现信号的传递。与此同时，背面电极焊接至***电路板上，实现应用。

可选的，调理电路芯片107可以如图与压力传感器芯片104并列放置，也可以叠放，即跟压力传感器芯片104上下重合放置。

本发明实施例中，进一步公开了压力敏感区、芯片电极、连接电极、电连接结构和调理电路芯片的内容，对信号传递与电路板应用的实现进行了阐释。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种绝对压力传感器封装结构，其特征在于，包括：封装基座（101）、粘结材料（102）、转接件（103）和绝对压力传感器芯片（104）；

所述转接件（103）的一侧，通过所述粘结材料（102）安装于所述封装基座（101）上，所述转接件（103）的另一侧，通过所述粘结材料（102）与所述绝对压力传感器芯片（104）连接；

所述粘结材料（102）为低应力材料。

2.根据权利要求1所述的绝对压力传感器封装结构，其特征在于，所述绝对压力传感器芯片（104）封装于所述封装体的封装腔内；

所述绝对压力传感器芯片（104）的不同表面设有压力敏感区（106）和芯片电极（105），所述压力敏感区（106）和所述芯片电极（105）暴露于所述封装腔内。

3.根据权利要求1所述的绝对压力传感器封装结构，其特征在于，

在所述封装基座（101）中设置有连接电极，所述连接电极用于实现信号的导通；

在所述绝对压力传感器封装结构中通过金属连接线（108）把所述芯片电极（105）与设置在所述封装基座（101）上的连接电极形成电连接，用于将所述绝对压力传感器封装结构内部信号传递到外部。

4.根据权利要求1所述的绝对压力传感器封装结构，其特征在于，

所述转接件（103）上形成有垂直开孔和水平开孔，所述垂直开孔和所述水平开孔用于正面导入环境压力。

5.根据权利要求1所述的绝对压力传感器封装结构，其特征在于，

所述绝对压力传感器芯片（104）底部开设槽孔，所述槽孔用于正面导入环境压力。

6.根据权利要求2所述的绝对压力传感器封装结构，其特征在于，所述芯片电极设置在所述压力敏感区***。

7.根据权利要求3所述的绝对压力传感器封装结构，其特征在于，所述绝对压力传感器封装结构包括至少一个绝对压力传感器芯片（104），所述绝对压力传感器芯片（104）片之间通过所述金属连接线（108）电连接。

8.根据权利要求3所述的绝对压力传感器封装结构，其特征在于，所述绝对压力传感器封装结构还包括调理电路芯片（107），所述调理电路芯片（107）设置在所述绝对压力传感器封装结构内；

所述调理电路芯片（107）与所述绝对压力传感器芯片（104）通过所述金属连接线（108）电连接。

9.根据权利要求8所述的绝对压力传感器封装结构，其特征在于，所述调理电路芯片（107）还通过所述金属连接线（108）及所述导电连接件与所述连接电极电连接。

10.根据权利要求3所述的绝对压力传感器封装结构，其特征在于，所述连接电极设置在所述封装体上外层。

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