一种声表面波传感器封装结构制造技术

本发明专利技术涉及声表面波传感器封装技术领域，尤其是涉及一种声表面波传感器封装结构。包括：感压膜，感压膜为具有弹性可变形的膜；声表面波传感器，声表面波传感器设置在感压膜上；下腔体，下腔体为一面开口的腔体，其中，感压膜设置在下腔体内，且感压膜与下腔体活动连接；上盖，上盖设置有第一通孔，上盖与下腔体可拆卸连接；上盖与感压膜部分接触，且声表面波传感器位于第一通孔内。解决了现有技术中，声表面波传感器受封装方式影响而造成的量程窄、稳定性低、不易实现且制作成本高的技术问题。不易实现且制作成本高的技术问题。不易实现且制作成本高的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种声表面波传感器封装结构


[0001]本专利技术涉及声表面波传感器封装
，尤其是涉及一种声表面波传感器封装结构。

技术介绍

[0002]声表面波式传感器的传感原理为利用声波变化表征待测参量变化。对于压力传感器而言，外界压力的变化引起压电基底的形变，导致在其上传播的声表面波波速发生变化，因此谐振频率产生一定的频移，以此表征外界压力变化量。当被测压力处于难以接触或者移动物体的内部时，声表面波传感器由于其无源无线的优点而倍受青睐。
[0003]经过数十年的研究，声表面波传感器的芯片设计、优化、制作等环节均已较为成熟，其重点和难点在于外部封装的设计和制造。封装技术为声表面波器件研究和应用的关键技术之一，其作用除了固定芯片、接出射频信号、隔绝外部环境干扰之外，最重要的是密封结构受压后可因内外压力差导致形变，同时压力卸载后密封结构可恢复原状，由此向声表面波传感器精准传递外部压力变化。密封结构被破坏时会直接导致传感器的失效，故封装的设计与传感器测量精度、工作稳定性与使用寿命息息相关。
[0004]现有声表面波传感器的封装大体上可分为两种：点压式结构与面压式结构。公开号为CN1653321A，公开日为2003.03.17的国际申请《结合有表面声波器件的压力监测器》所述为点压式封装结构，芯片被悬架在金属底座上，压力通过上盖中心的金属探针被传递至压电基底上引起形变。这种设计存在以下几种问题：首先，外部压力变化通过点载荷的形式传递至芯片，接触点的压强极易超出量程造成芯片断裂，故该封装可测量的压力量程范围窄，一般限制在0.5MPa量级内。其次，在传感器制作中需要精准控制封装过程中金属上盖的探针与压力芯片的相对位置，很难进行批量生产。
[0005]面压式结构出现时间较早，在90年代已经有了相关研究报道。面压式封装的优点在于外部压力以面载荷的形式引起压电基底形变，可得到较大量程的测试结果，且加工工艺精密度与复杂度相较点压式结构较低。现有面压式封装大多先使用吸声胶，将芯片粘接至感压膜，通过压焊的方式引出信号线。再使用密封胶粘接感压膜与上盖，形成参考压力腔。此封装方法存在的问题是，密封胶在粘接和固化时其平整性与均匀度无法保证，且粘接的方式在大压力下极易脱落、开裂，器件内部吸声胶和引线也在一定程度上影响器件的准确性和可靠性，因此难以实际运用到器件测试与工程应用之中。
[0006]文献"Stress
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sensitivity of wafer
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level packaged SAW delay lines"描述了一种晶圆级封装的面压式声表面波传感器结构，该结构包括上下压电石英晶圆和聚合物连接层。该设计使用玻璃——树脂聚合物取代传统粘接胶，以此降低受压时晶圆表面剪切强度，增大传感器量程。但聚合物非刚性体，受压和复原时应力传递因聚合物分子之间相互作用而抵消，宏观表现为易发生蠕变与迟滞现象，对传感器精度影响较大。
[0007]公开号为CN111121843A，公开日为2020.05.08的中国专利技术专利申请《一种声表面波传感器的一体化封装结构及封装方法》提供了一种面压式封装结构，该结构包括声表面
波传感器、焊盘镀层、金属支撑框架、金属盖板。焊盘镀层、金属支撑框架和金属盖板以金属键合的方式相互连接形成封装，压电基底底部溅射金属与待测物体相接。该方案使用金属键合替换密封胶，但是该技术方案中金属键合的加工工艺复杂、成本高，且粘接强度同样有限，很难在大压力下使用。
[0008]因此，如何解决现有技术中声表面波传感器量程窄、稳定性低、不易实现且制作成本高等缺陷，是目前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0009]针对现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术提供了一种声表面波传感器封装结构，以解决现有技术中，声表面波传感器受封装方式影响而造成的量程窄、稳定性低、不易实现且制作成本高的技术问题。
[0010]本专利技术提供了一种声表面波传感器封装结构，包括：下腔体，下腔体为一个面具有开口的腔体；上盖，上盖设置有第一通孔，上盖在开口处嵌入下腔体，且与下腔体可拆卸连接；感压膜，感压膜为具有弹性可变形的膜；其中，感压膜设置在下腔体内，且感压膜与下腔体活动连接；声表面波传感器，声表面波传感器设置在感压膜上；上盖与感压膜部分接触，且声表面波传感器位于第一通孔内。
[0011]本方案与现有技术相比，将声表面波传感器设置在上盖的第一通孔内，一方面，上盖对声表面波传感器起保护作用，另一方面，声表面波传感器在第一通孔内可直接感知待测环境压力变化。另外，上盖与感压膜部分接触能够对感压膜起固定作用，使其不会产生位移，提高了感压膜的稳定性，也保证了测量精度。因此，本方案提供的封装结构能够提高声表面波传感器的稳定性与测量精度。
[0012]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
[0013]进一步地，下腔体内设置有第一平台，第一平台沿下腔体的内壁底部边缘设置，且凸出下腔体的内壁底部一定高度；感压膜可拆卸设置在第一平台上；感压膜与第一平台、下腔体内壁底部形成一密闭的参考压力腔。
[0014]采用上述进一步方案的有益效果是，感压膜、第一平台与下腔体内壁底部形成了密闭的参考压力腔，其中，参考压力腔内的气压为标准气压，因此，外部压力的变化通过声表面波传感器传递到感压膜上引起感压膜应力变化而产生形变，此时，形变对参考压力腔产生压力，发生压力变化，因此，根据测量参考压力腔的压力变化能够提高测量的准确性。
[0015]进一步地，还包括键合层；键合层通过键合方法生长在声表面波传感器的底面，且键合层设置在声表面波传感器与感压膜之间。
[0016]采用上述进一步方案的有益效果是，本方案可以采用热固性聚合物或光敏性聚合物键合手段完成感压膜与传感器之间的应变传递，避免了粘接时粘结剂产生蠕变、应力松弛导致的形变传递出现迟滞和产生非线性等问题。
[0017]进一步地，还包括电极保护层；电极保护层设置在声表面波传感器上，其中，声表面波传感器包括压电基底、叉指换能器、反射栅与焊盘，焊盘与叉指换能器连接，且叉指换能器、焊盘与反射栅均设置在压电基底上。
[0018]采用上述进一步方案的有益效果是，本方案可保护叉指换能器，反射栅及焊盘的稳定性，减少外界环境可能存在的污染对传感器及传感信号产生影响。
[0019]进一步地，电极保护层以蒸镀或溅射的方式设置在声表面波传感器上。
[0020]进一步地，还包括焊盘镀层；焊盘镀层以蒸镀或溅射的方式设置在焊盘上。
[0021]采用上述进一步方案的有益效果是，在焊盘上蒸镀或溅射焊盘镀层，可保护焊盘的稳定性。
[0022]进一步地，上盖设置有凹槽；凹槽设置在上盖与感压膜相接触的面上。
[0023]采用上述进一步方案的有益效果是，凹槽设置在上盖与感压膜相接触的面上，凹槽的两个边缘对感压膜施加一定的压力，固定效果更好，稳定性更高。
[0024]进一步地，还包括密封条；密封条设置在凹槽内，且密封条与感压膜接触。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种声表面波传感器封装结构，其特征在于，包括：下腔体，所述下腔体为一个面具有开口的腔体；上盖，所述上盖设置有第一通孔，所述上盖在所述开口处嵌入所述下腔体，且与所述下腔体可拆卸连接；感压膜，所述感压膜为具有弹性的膜；其中，所述感压膜设置在所述下腔体内，且所述感压膜与所述下腔体活动连接；声表面波传感器，所述声表面波传感器设置在所述感压膜上；所述上盖与所述感压膜部分接触，且所述声表面波传感器位于所述第一通孔内。2.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述下腔体内设置有第一平台，所述第一平台沿所述下腔体的内壁底部边缘设置，且凸出所述下腔体的内壁底部一定高度；所述感压膜可拆卸设置在所述第一平台上；所述感压膜与所述第一平台、下腔体内壁底部形成一密闭的参考压力腔。3.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，还包括键合层；所述键合层通过键合方法生长在所述声表面波传感器的底面，且所述键合层设置在所述声表面波传感器与所述感压膜之间。4.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，还包括电极保护层；所述电极保护层设置在所述声表面波传感器上，其中，所述声表面波传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文，黄平，梁勇，金国华，
申请(专利权)人：北京声超电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：