一种压力敏感结构制造技术

本实用新型专利技术涉及一种MEMS压力开关，具体涉及一种压力敏感结构；本实用新型专利技术的压力敏感结构，在硅盖板晶圆片上紧邻玻璃浆料密封环的两侧设置内、外参考墙，内、外参考墙之间设置玻璃浆料密封环，封装密封性能良好同时简化了器件结构，且上、下金属电极接触可靠、额定阈值精确可调，实现压力开关的带引线真空封装，工作可靠。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种MEMS压力开关，具体涉及一种压力敏感结构。
技术介绍
压力开关无需能源供给，能够提供简单、可靠的开关信号，被广泛应用于航空航天、军工、冶金、石油、电力、化工和供水等领域中对气压、液压的监测控制。基于传感器件小型化、轻量化的发展趋势及MEMS工艺的成熟，MEMS压力开关应运而生。目前，电接触和封装是MEMS压力开关的主要研究方向。科研工作者致力于研究电接触问题中的压力敏感结构和电接触材料，各类新型触点电极材料正逐渐被提出，但金、铂、银等贵金属仍为主要电极材料，可以满足大部分开关的性能需求。压力敏感结构的设计各有特点，如“工”字型、倒“E”型等硅基结构，均以保证触点电极的可靠平稳接触为目标。压力敏感结构的设计要根据开关的工作压力，结合具体应用环境和封装工艺来进行。封装工艺作为MEMS器件制备的后端工序，受到封装温度、封接界面的几何形貌、器件结构与外部电极的电互联等方面的限制。目前压力开关常用的阳极键合、金属熔融键合等封装方式，需采用通孔互联技术，无法避免导流孔和绝缘层的设置，使得器件结构复杂，制备工艺繁琐。因此，选用恰当的封装技术，研究压力开关的压力敏感结构和封装结构，设计合理的制备方法，实现器件带引线真空封装，是推动MEMS压力开关进一步产业化发展的关键。
技术实现思路
本技术旨在提供一种压力敏感结构，以解决现有MEMS压力开关结构复杂的问题。具体方案如下：一种压力敏感结构，包括相适配的硅盖板晶圆片和玻璃基底晶圆片，所述硅盖板晶圆片上成型有感压膜片，该感压膜片的一侧设有硅岛，该感压膜片的另一侧设有上金属电极，该硅盖板晶圆片设有上金属电极的一侧贴合固定于玻璃基底晶圆片上；所述玻璃基底晶圆片靠近硅盖板晶圆片的一侧设有下金属电极、焊点以及将该焊点与下金属电极电连接的附属引线；该硅盖板晶圆片对应该焊点的位置设置有窗口；该硅盖板晶圆片上环绕该上金属电极依次设置有内参考墙、外参考墙，该内、外参考墙之间设有玻璃浆料密封环；当硅盖板晶圆片贴附于玻璃基底晶圆片上，该内、外参考墙和玻璃浆料密封环均与该玻璃基底紧密贴合，此时该下金属电极位于该内参考墙内侧，该焊点位于外参考墙外侧，该内、外参考墙对应附属引线通过的位置均设有槽，进而使该附属引线从该内、外参考墙的槽处穿过，且该附属引线被该玻璃浆料密封环覆盖并密封。进一步的，所述感压膜片和硅岛均为正方形结构。进一步的，所述玻璃浆料密封环为正方形封闭结构。所述外参考墙和内参考墙均为正方形结构。进一步的，该内参考墙与感压膜片外缘的间距不小于为200μm；该外参考墙与硅盖板晶圆片外缘的间距不小于300μm。进一步的，该内、外参考墙的宽度为100μm，高度为8μm，该内外参考墙所槽的槽宽为600μm；该玻璃浆料密封环的高度为6～10μm，宽度为400～600μm，且该玻璃浆料密封环侧面至内、外参考墙的距离为100～200μm。进一步的，所述上金属电极为正方形结构，边长为1.4mm，厚度为1μm，所述上金属电极的中心点在玻璃基底晶圆片上的投影与两下金属电极的中心对称点重合。进一步的，所述下金属电极为两个，该两下金属电极均为尺寸为1.2mm*1.8mm的矩形结构，该两下金属电极厚度为1μm；该两下金属电极以长边相对布置，且最近边缘之间的距离为200～800μm。与现有的MEMS压力开关相比，本技术的压力敏感结构的有益效果是，在盖板硅晶圆片的感压膜片上设置硅岛，膜片中心形成平动区域，保证上下金属电极之间的可靠接触；感压膜片的厚度与上金属电极和下金属电极之间的间隙高度对应配合，决定了压力开关的额定阀值压力；在硅盖板晶圆片上紧邻玻璃浆料密封环的两侧设置内、外参考墙，通过该内、外参考墙的高度调控上、下金属电极之间的间隙；内参考墙有效隔离玻璃浆料和内、外参考墙之间的可动部件，防止金属电极受到污染；外参考墙在没有附属引线经过的三条边上各开两个槽，给多余玻璃浆料一定的延展空间，保证其不会因扩展而漫过该外参考墙，同时减小应力集中；在引线封装处，内、外参考墙断开，键合时玻璃浆料在此处积聚；基于玻璃浆料卓越的键合性能和流动特性，能够填补附属引线的表面空隙，形成牢固和强健的封装，从而保证引线出口的封装气密性。带槽内、外参考墙的封装结构和玻璃浆料键合技术相结合，实现压力开关的带引线真空封装，工作可靠，同时简化了器件结构和制备工艺流程，降低成本。附图说明图1为本技术的实施例在硅盖板晶圆片视角一结构示意图；图2为图1硅盖板晶圆片视角二结构示意图；图3为本技术的实施例在玻璃基底晶圆片结构示意图；图4为本技术的实施例局部剖视图；图5为图4感压膜片不同边长情况下，随硅岛边长的变化，感压膜片上平动区域直径大小变化趋势统计图；图6为图4随内参考墙至感压膜片外缘间距变化，硅盖板晶圆片上最大应力值的变化趋势图。具体实施方式为进一步说明各实施例，本技术提供有附图。这些附图为本技术揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本技术的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。现结合附图和具体实施方式对本技术进一步说明。如图1～4所示，该实施例的压力开关的压力敏感结构，是通过玻璃浆料键合实现的带引线真空封装MEMS压力开关，包括相适配的硅盖板晶圆片101和玻璃基底晶圆片201，该硅盖板晶圆片101贴合固定于玻璃基底晶圆片201上；所述硅盖板晶圆片101上成型有感压膜片102，该感压膜片102贴近玻璃基底晶圆片201的一侧为第一侧面，另一侧面为第二侧面，该感压膜片102的第二侧面上设有硅岛103，该感压膜片102的第一侧面上成型有上金属电极108；感压膜片102和硅岛103是通过光刻、深硅刻蚀等微加工工艺制作的，均为正方形结构，尺寸大小根据压力开关的额定阀值压力进行优化设计。所述硅盖板晶圆片101上贴近玻璃基底晶圆片201的一侧开设内、外参考墙，包括外参考墙107和内参考墙106，该外参考墙107和内参考墙106均开设有贯穿的槽，所述外参考墙107和内参考墙106是通过光刻、刻蚀等微加工工艺制作的，均为正方形结构，通过参考墙的高度调控金属上、下电极之间的间隙，具体的，参考墙的宽度和高度分别为100μm和8μm，槽宽为600μm，所述内参考墙106与感压膜片102最近边缘之间的距离通过优化设计，使得内参考墙106上的应力最小，距离值为200μm，所述外参考墙107与硅盖板晶圆片101最近边缘之间的距离为300μm。所述硅盖板晶圆片101上以该外参考墙107和内参考墙106之间设有玻璃浆料密封环105，所述玻璃浆料密封环105是通过丝网印刷工艺制备的，精确地沉积在外参考墙107和内参考墙106之间。玻璃浆料选择Koartan公司提供的5643W浆料，所述玻璃浆料密封环105为正方形封闭结构，具体的，玻璃浆料密封环105的高度为6～10μm，宽度为400～600μm，且该玻璃浆料密封环105与内参考墙106最近边缘之间的距离为100～200μm，且该玻璃浆料密封环105与外参考墙107最近边缘之间的距离为100～200μm。金属电极108是位于硅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压力敏感结构，包括相适配的硅盖板晶圆片和玻璃基底晶圆片，所述硅盖板晶圆片上成型有感压膜片，该感压膜片的一侧设有硅岛，该感压膜片的另一侧设有上金属电极，该硅盖板晶圆片设有上金属电极的一侧贴合固定于玻璃基底晶圆片上；所述玻璃基底晶圆片靠近硅盖板晶圆片的一侧设有下金属电极、焊点以及将该焊点与下金属电极电连接的附属引线；该硅盖板晶圆片对应该焊点的位置设置有窗口；其特征在于：该硅盖板晶圆片上环绕该上金属电极依次设置有内参考墙、外参考墙，该内、外参考墙之间设有玻璃浆料密封环；硅盖板晶圆片贴附于玻璃基底晶圆片上，该内、外参考墙和玻璃浆料密封环均与该玻璃基底紧密贴合，此时该下金属电极位于该内参考墙内侧，该焊点位于外参考墙外侧，该内、外参考墙对应附属引线的位置均设有槽，进而使该附属引线从该内、外参考墙的槽处穿过，且该附属引线被该玻璃浆料密封环覆盖并密封。

【技术特征摘要】
1.一种压力敏感结构，包括相适配的硅盖板晶圆片和玻璃基底晶圆片，所述硅盖板晶圆片上成型有感压膜片，该感压膜片的一侧设有硅岛，该感压膜片的另一侧设有上金属电极，该硅盖板晶圆片设有上金属电极的一侧贴合固定于玻璃基底晶圆片上；所述玻璃基底晶圆片靠近硅盖板晶圆片的一侧设有下金属电极、焊点以及将该焊点与下金属电极电连接的附属引线；该硅盖板晶圆片对应该焊点的位置设置有窗口；其特征在于：该硅盖板晶圆片上环绕该上金属电极依次设置有内参考墙、外参考墙，该内、外参考墙之间设有玻璃浆料密封环；硅盖板晶圆片贴附于玻璃基底晶圆片上，该内、外参考墙和玻璃浆料密封环均与该玻璃基底紧密贴合，此时该下金属电极位于该内参考墙内侧，该焊点位于外参考墙外侧，该内、外参考墙对应附属引线的位置均设有槽，进而使该附属引线从该内、外参考墙的槽处穿过，且该附属引线被该玻璃浆料密封环覆盖并密封。2.根据权利要求1所述的压力敏感结构，其特征在于：所述感压膜片和硅岛均为正方形结构。3.根据权利要求1所述的压力敏感结构，其特征在于：所述玻璃浆料密封...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘益芳，陈丹儿，张瑶，郑高峰，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：新型
国别省市：福建;35