一种压阻式传感器的无引线封装结构和封装方法技术

本发明专利技术公开了一种压阻式传感器的无引线封装结构和封装方法，封装结构包括碳化硅芯片、碳化硅杯、可伐引脚、基座、金属外壳和第一过渡层；碳化硅芯片的正面上设置有芯片电路，碳化硅芯片的背面上设置有第一凹槽；碳化硅杯的背面上设置有第二凹槽；碳化硅芯片的正面和碳化硅杯的背面键合在一起形成键合物；可伐引脚依次通过基座、第一过渡层上的通孔插入碳化硅杯上的通孔中，并与金属焊盘连接；键合物、基座和可伐引脚通过烧结结合在一起，并固定于金属外壳的内腔中；金属外壳通过螺纹结构固定在固定件上。本发明专利技术通过无引线封装方式提高了传感器的高温稳定性和可靠性。

A Leadless Packaging Structure and Method for Piezoresistive Sensors

The invention discloses a lead-free packaging structure and a packaging method for piezoresistive sensors, which comprises a silicon carbide chip, a silicon carbide cup, a scalable pin, a base, a metal shell and a first transition layer; a chip circuit is arranged on the front of the silicon carbide chip, a first groove is arranged on the back of the silicon carbide chip; and a second groove is arranged on the back of the silicon carbide cup; The front of the silicon chip and the back of the silicon carbide cup are bonded together to form bonds; the pins are inserted into the through holes of the silicon carbide cup through the base and the first transition layer in turn, and are connected with the metal pad; the bonds, the base and the cutting pins are bonded together by sintering and fixed in the inner cavity of the metal shell; the metal shell is fixed in the fixing part through the threaded structure. Up. The high temperature stability and reliability of the sensor are improved by the non-lead encapsulation method.

【技术实现步骤摘要】
一种压阻式传感器的无引线封装结构和封装方法
本专利技术涉及传感器封装
，特别涉及一种压阻式传感器的无引线封装结构和封装方法。
技术介绍
目前，压阻式压力传感器的封装形式多为带金属丝引线的封装结构，在一些条件比较恶劣的应用场合中，例如高温场合(600℃以上)，更需要传感器具有较高的稳定性和可靠性，传统的金属丝引线方式会带来不可预计的可靠性问题，例如金属丝蠕变、软化和脱落等。无引线的封装结构将成为传感器封装技术的发展方向。传统金属丝引线封装结构将传感器芯片正面电路密封在充满硅油的波纹片下，外界压力通过波纹片和密封的硅油间接传递给压力传感器芯片，导致传感器芯片的固有频率发生损失，不利于提高传感器的响应速度。此外，传统金属丝引线封装结构在高温环境中会出现封装材料之间热应力匹配失效、封装材料热氧化等问题，会对传感器芯片的稳定性以及响应速度和固有频率造成不利影响。因此，需要提供一种能够耐高温的无引线封装结构。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种压阻式传感器的无引线封装结构和封装方法，能够提高传感器的高温稳定性和可靠性。为达到上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种压阻式传感器的无引线封装结构，该无引线封装结构包括碳化硅芯片、碳化硅杯、可伐引脚、基座、外壳和第一过渡层；所述碳化硅芯片包括第一表面和第二表面，所述第一表面上设置有芯片电路，所述第二表面上设置有第一凹槽，所述第一表面与所述第二表面为相对面；所述碳化硅杯包括第三表面和第四表面，所述第三表面上设置有第二凹槽，所述第三表面与所述第四表面为相对面；所述碳化硅芯片和所述碳化硅杯通过所述第三表面与所述第一表面的键合形成键合物，且所述第一凹槽在所述碳化硅芯片上的位置与所述第二凹槽在所述碳化硅杯上的位置对应；所述芯片电路上设置有多个金属焊盘，所述碳化硅杯上设置有与每个金属焊盘位置对应的第一通孔；所述基座通过所述第一过渡层与所述第四表面相连，所述第一过渡层上设置有与每个第一通孔的位置对应的第二通孔，所述基座上设置有与每个第二通孔的位置对应的第三通孔；所述可伐引脚沿第三通孔、第二通孔及第一通孔伸入所述键合物，并与对应一个金属焊盘相连；所述键合物、第一过渡层和基座固定于所述外壳的内腔中；所述芯片电路的结构电桥在所述第二表面的投影区域位于所述第一凹槽内，所述第一凹槽通过所述外壳上的开口与外界相连通。优选的，所述外壳上设置有螺纹结构，外壳通过螺纹结构与固定件相连，外壳、固定件采用相应的耐高温材料，例如金属制成。优选的，所述第一通孔中设置有导电填充物，导电填充物是通过将填充于所述第一通孔内的导电浆料烧结固化而形成，第一通孔位于第三表面上的端部开口，在所述第一表面和第三表面键合后，通过第一表面封闭。优选的，所述可伐引脚位于所述第一通孔内的部分上设置有与所述导电填充物接触的第二过渡层，所述可伐引脚通过所述第二过渡层与所述导电浆料在所述烧结固化过程中结合在一起。优选的，所述第二过渡层的材料为金。优选的，所述第一过渡层是将由氧化铅-氧化锌-氧化硼与选自钛酸铅、堇青石、锂霞石、锂辉石、石英玻璃中的任意一种或多种物质制成的玻璃坯料经烧结而形成的复合型封接玻璃。优选的，所述基座的材料为氮化铝。上述压阻式传感器的无引线封装结构的封装方法，包括以下步骤：1)将所述碳化硅芯片和所述碳化硅杯通过所述第三表面与所述第一表面键合在一起形成键合物，所述第一通孔位于所述第三表面的一端通过所述键合而封闭；2)将所述导电浆料加入所述第一通孔，然后将所述基座及用于形成所述第一过渡层的玻璃坯料层叠放置在所述第四表面上，其中所述玻璃坯料上设置有用于在该玻璃坯料经烧结形成第一过渡层时对应形成所述第二通孔的预置通孔；然后将所述可伐引脚的一端沿与该可伐引脚所要连接的金属焊盘的位置对应的第三通孔和预置通孔插入对应第一通孔内，并与该第一通孔内的导电浆料或者所述金属焊盘接触；3)经过步骤2)后，将所述键合物、玻璃坯料、基座、导电浆料和可伐引脚烧结在一起形成烧结物，将烧结物固定于所述金属外壳的内腔中。优选的，所述步骤2)还包括以下步骤：在所述可伐引脚插入所述第一通孔的对应部分上预先制备形成上述第二过渡层。优选的，所述封装方法还包括以下步骤：将所述金属外壳通过上述螺纹结构与固定件连接。本专利技术的有益效果体现在：本专利技术采用的无引线封装结构和封装方法，利用碳化硅芯片与碳化硅杯的同质键合能够保证良好的键合强度并且键合后具有良好的高温稳定性；利用第一凹槽形成压力感应薄膜，并借助通孔结构，取消金属丝引线和内部转接的结构设计；利用第一过渡层在封装材料的封接界面实现热膨胀过渡，使得封装结构内部热应力有效降低。本专利技术通过无引线的方式封装获得具有高温稳定性和可靠性的压阻式传感器，同时，本专利技术利用碳化硅芯片的第一凹槽所形成的芯片电路背腔直接感受外界压力，因此封装后传感器芯片的固有频率不会发生损失，对脉动压力具有快速响应能力，传感器动态测量的精度更高，频率响应范围更宽。进一步的，本专利技术中，同质键合使得碳化硅芯片正面与位于碳化硅杯上的第二凹槽之间形成一个密封腔；由碳化硅芯片正面的芯片电路中的全部电阻和部分电路线路构成的结构电桥可以处于碳化硅杯内部由第二凹槽形成的密封腔内，而芯片电路中剩余的部分电路线路和所有金属焊盘则可以通过所述键合被保护在第一表面和第三表面之间，能够有效避免碳化硅芯片正面的电路被破坏，起到了保护作用。进一步的，本专利技术中，碳化硅杯上通孔内填充有耐高温的导电浆料形成的导电填充物，即使在高温、振动等环境中，芯片电路上的金属焊盘也能够与可伐引脚保持良好接触，在高温、振动等恶劣环境中仍然具有很高的可靠性。进一步的，本专利技术中，通过第一过渡层将键合物与基座结合在一起，其中第一过渡层是通过引入不同热膨胀系数的过渡材料烧结形成，这种烧结封装的方式，解决无引线封装在经过高温烧结后由于异质材料热膨胀系数不匹配所引入的热应力问题。使得封装材料之间的热膨胀系数近似，在高温环境中各封装材料之间热应力实现平稳过渡，具有良好的高温稳定性(不低于600℃)。进一步的，本专利技术中，在可伐引脚与导电浆料形成的导电填充物间增加金材料的第二过渡层，可以利用金良好的延展性和可靠性来降低热应力，提高电路连接的热稳定性。附图说明图1是本专利技术实施例提供的碳化硅压力传感器的无引线封装结构的剖面示意图；图2是本专利技术实施例提供的碳化硅芯片的正面的立体示意图(虚线所示为第一凹槽在正面的投影)；图3是本专利技术实施例提供的碳化硅芯片的背面的立体示意图；图4是本专利技术实施例提供的碳化硅杯的背面的立体示意图；图5是本专利技术实施例提供的碳化硅杯的正面的立体示意图；图6是本专利技术实施例提供的另一碳化硅压力传感器的无引线封装结构的剖面示意图；图7是本专利技术实施例提供的另一碳化硅压力传感器的无引线封装结构的立体示意图；图8是本专利技术实施例提供的又一碳化硅压力传感器的无引线封装结构的剖面示意图；图9是本专利技术实施例提供的碳化硅压力传感器的无引线封装结构的封装方法的流程图；图10是本专利技术实施例提供的烧结曲线；图11是压阻式碳化硅压力传感器采用的惠斯通电桥电路原理示意图；图中：1100-碳化硅芯片，1110-芯片电路，1111-金属焊盘，1112-电阻，1120-第一凹槽，1200-碳化硅杯，1210-第二凹槽，1220-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压阻式传感器的无引线封装结构，其特征在于：该无引线封装结构包括碳化硅芯片(1100)、碳化硅杯(1200)、可伐引脚(1300)、基座(1400)、外壳(1500)和第一过渡层(1600)；所述碳化硅芯片(1100)包括第一表面和第二表面，所述第一表面上设置有芯片电路(1110)，所述第二表面上设置有第一凹槽(1120)，所述第一表面与所述第二表面为相对面；所述碳化硅杯(1200)包括第三表面和第四表面，所述第三表面上设置有第二凹槽(1210)，所述第三表面与所述第四表面为相对面；所述碳化硅芯片(1100)和所述碳化硅杯(1200)通过所述第三表面与所述第一表面的键合形成键合物，且所述第一凹槽(1120)在所述碳化硅芯片(1100)上的位置与所述第二凹槽(1210)在所述碳化硅杯(1200)上的位置对应；所述芯片电路(1110)上设置有多个金属焊盘(1111)，所述碳化硅杯(1200)上设置有与每个金属焊盘(1111)位置对应的第一通孔(1220)；所述基座(1400)通过所述第一过渡层(1600)与所述第四表面相连，所述第一过渡层(1600)上设置有与每个第一通孔(1220)的位置对应的第二通孔(1610)，所述基座(1400)上设置有与每个第二通孔(1610)的位置对应的第三通孔(1410)；所述可伐引脚(1300)沿第三通孔(1410)、第二通孔(1610)及第一通孔(1220)伸入所述键合物，并与对应一个金属焊盘(1111)相连；所述键合物、第一过渡层(1600)和基座(1400)固定于所述外壳(1500)的内腔中；所述芯片电路的结构电桥在所述第二表面的投影区域位于所述第一凹槽(1120)内，所述第一凹槽(1120)通过所述外壳(1500)上的开口与外界相连通。...

【技术特征摘要】
1.一种压阻式传感器的无引线封装结构，其特征在于：该无引线封装结构包括碳化硅芯片(1100)、碳化硅杯(1200)、可伐引脚(1300)、基座(1400)、外壳(1500)和第一过渡层(1600)；所述碳化硅芯片(1100)包括第一表面和第二表面，所述第一表面上设置有芯片电路(1110)，所述第二表面上设置有第一凹槽(1120)，所述第一表面与所述第二表面为相对面；所述碳化硅杯(1200)包括第三表面和第四表面，所述第三表面上设置有第二凹槽(1210)，所述第三表面与所述第四表面为相对面；所述碳化硅芯片(1100)和所述碳化硅杯(1200)通过所述第三表面与所述第一表面的键合形成键合物，且所述第一凹槽(1120)在所述碳化硅芯片(1100)上的位置与所述第二凹槽(1210)在所述碳化硅杯(1200)上的位置对应；所述芯片电路(1110)上设置有多个金属焊盘(1111)，所述碳化硅杯(1200)上设置有与每个金属焊盘(1111)位置对应的第一通孔(1220)；所述基座(1400)通过所述第一过渡层(1600)与所述第四表面相连，所述第一过渡层(1600)上设置有与每个第一通孔(1220)的位置对应的第二通孔(1610)，所述基座(1400)上设置有与每个第二通孔(1610)的位置对应的第三通孔(1410)；所述可伐引脚(1300)沿第三通孔(1410)、第二通孔(1610)及第一通孔(1220)伸入所述键合物，并与对应一个金属焊盘(1111)相连；所述键合物、第一过渡层(1600)和基座(1400)固定于所述外壳(1500)的内腔中；所述芯片电路的结构电桥在所述第二表面的投影区域位于所述第一凹槽(1120)内，所述第一凹槽(1120)通过所述外壳(1500)上的开口与外界相连通。2.根据权利要求1所述一种压阻式传感器的无引线封装结构，其特征在于：所述外壳(1500)上设置有螺纹结构(1510)，外壳(1500)通过螺纹结构(1510)与固定件(1700)相连。3.根据权利要求1所述一种压阻式传感器的无引线封装结构，其特征在于：所述第一通孔(1220)中设置有导电填充物。4.根据权利要求1所述一种压阻式传...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵友，赵玉龙，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61