谐振式微机械压力传感器及传感器芯片的低应力组装方法技术

本发明专利技术公开了一种谐振式压力传感器及其芯片的低应力组装方法，其包括：管座，其中间具有用于放置传感器芯片的空腔，其边沿分布有多条用于与所述传感器芯片电连接的管针；传感器芯片，其包括沿该传感器芯片对角线放置的差分检测谐振梁，用于压力检测；固定压条，其横置于所述传感器芯片的差分检测谐振梁上，以用于将所述传感器芯片固定在所述管座上；管帽，其盖于所述管座之上，且其边缘与所述管座的边缘固定连接。谐振式压力传感器芯片通过机械固定的方式实现了与管壳的无硬连接组装，组装后无残余应力，有效的降低了传感器组装造成的机械应力和热应力影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微机械压力传感器领域和传感器封装/组装
，尤其涉及一种。
技术介绍
微电子机械系统(Micro-Electro-MechanicalSystems,简称 MEMS)技术是建立在微电子技术和微机械技术基础上的一种前沿技术。采用MEMS技术加工而成的传感器具有体积小、重量轻、可批量生产等技术优势，受到越来越多的研究关注。基于MEMS技术的压力传感器主要分为压阻式、电容式和谐振式三大类。相比其他两类压力传感器，谐振式压力传感器具有精度高、稳定性好等突出优点，被誉为新一代压力传感器。谐振式微机械压力传感器是一种高精度压力传感器，它基于机械谐振技术，以谐振元件(如谐振梁)作为敏感元件来实现压力检测的传感器。谐振式压力传感器工作原理就是利用压力的变化改变谐振子的谐振频率，通过测量频率的变化来间接测量压力。由于谐振式压力传感器具有极高的灵敏度，它对引起谐振梁应力变化的因素(如环境温度、封装应力、组装应力等)非常敏感，因此谐振式压力传感器芯片在管座上的封装、组装等方法和工艺成为制约传感器综合性能的主要因素。日本横河公司通过在传感器芯片和管座之间引入厚度为芯片数倍的硅片实现芯片组装，英国Druck公司采用长度为传感器芯片厚度数倍的长玻璃管与管座焊接实现芯片组装，专利技术专利申请(CN201010218423.2)通过悬臂梁结构实现芯片组装。这些方法仍需要粘接或者焊接等工艺实现传感器芯片与管座之间的组装，使得组装后传感器芯片仍然存在组装残余应力，而残余应力的释放以及环境温度的变化都将导致传感器长期输出稳定性和温度特性。现有技术中存在的最主要的技术缺陷:已有的传感器芯片组装方法或采用长玻璃管与管座焊接、或采用厚硅片粘接、或采用悬臂梁结构粘结，这些方法仍然无法避免传感器芯片和管座组装后的残余应力问题。现有技术中存在的次要的技术缺陷:已有的传感器芯片组装方法工艺均较为复杂，且受组装工艺的影响，芯片组装后传感器残余应力可能不一致，造成传感器性能的一致性变差。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于MEMS技术的硅谐振式压力传感器及其芯片的低应力组装方法，进一步改进谐振式压力传感器的综合性能。本专利技术公开了一种谐振式压力传感器，其包括:管座，其中间具有用于放置传感器芯片的空腔，其边沿分布有多条用于与所述传感器芯片电连接的管针；传感器芯片，其包括沿该传感器芯片对角线放置的差分检测谐振梁，用于压力检测；固定压条，其横置于所述传感器芯片的差分检测谐振梁上，以用于将所述传感器芯片固定在所述管座上；管帽，其盖于所述管座之上，且其边缘与所述管座的边缘固定连接。本专利技术还公开了一种谐振式压力传感器芯片的低应力组装方法，其包括:步骤1、在管座上加工出与所述传感器芯片尺寸相匹配的空腔，并将所述传感器芯片嵌入所述空腔内；步骤2、将固定压条接触在所述传感器芯片的一角，并通过螺钉将所述固定压条固定在所述管座上，以将所述传感器芯片固定在所述管座的空腔内；步骤3、通过引线将所述管座边沿上分布的管针与所述传感器芯片边缘上的电极焊盘电连接；步骤4、将与所述管座相匹配的管帽盖在所述管座上，并通过粘接或焊接方法连接在一起。本专利技术的有益效果是:(I)谐振式压力传感器芯片通过机械固定的方式实现了与管壳的无硬连接组装，组装后无残余应力，有效的降低了传感器组装造成的机械应力和热应力影响；(2)与已有组装方式相比，组装工艺仅采用机械紧固的方法，组装过程简单、易行、闻效。附图说明图1是本专利技术中谐振式微机械压力传感器的结构示意图；图2是本专利技术中谐振式微机械压力传感器的结构剖面图；图3是本专利技术中谐振式压力传感器芯片的结构示意图；图4是本专利技术中谐振式微机械压力传感器芯片的组装方法流程图；图5是根据本专利技术提出的组装方法和现有技术组装后的谐振式压力传感器温度特性曲线对比图。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。本专利技术公开了一种。图1示出了所述谐振式微机械压力传感器的结构示意图，图2示出了所述谐振式微机械压力传感器的结构剖面图。如图1和2所示，所述谐振式压力传感器包括管座1、完成真空封装或气密封装的传感器芯片2、固定压条3和管帽4。优选地，所述管座I为T0-18型圆形管座，沿管座边沿均匀分布有18条管针Ic以用于传感器芯片的电连接。管座I的中间具有与所述传感器芯片2相匹配的方形空腔la，空腔的长度和宽度尺寸略大于传感器芯片0.2mm以上，以便于传感器芯片放置，但不能过大，以免传感器芯片的任意移动；在方形空腔的一角外侧具有螺丝孔lb，用于固定压条3的紧固，所述空腔深度大于传感器芯片厚度0.1mm以上。所述管座亦可为其它形状的管座，其上的管针数量也可根据需要设置，且所述用于放置传感器芯片的空腔形状亦可根据传感器芯片的形状和大小的不同而变化。图3示出了所述谐振式压力传感器芯片的结构图。如图3所示，所述谐振式压力传感器芯片2为与所述管座I上的方形空腔Ia相匹配的方形传感器芯片，其主要由两组沿传感器芯片2的一条对角线放置的差分检测谐振梁组成。其中，一组差分谐振梁2a用于压力检测，置于所述传感器芯片2的一条对角线的一端，另外一组差分谐振梁2b用于备用，置于所述传感器芯片2的所述对角线的另一端；各组谐振梁通过锚点2d固定和连接在传感器芯片2上。所述传感器芯片2的边缘上还分布有焊盘2c，用于传感器芯片2与管座I上管针Ic的电连接。所述传感器芯片2固定放置在所述管座I上的空腔Ia处，所述固定压条3为两端分别穿有小螺钉6的柔软橡胶条，其横置在所述传感器芯片2的备用谐振梁2b上，且通过所述小螺钉6与螺丝孔Ib的配合作用而将传感器芯片2固定在管座I上。所述传感器芯片上的焊盘2c通过引线7与管座I上的管针相连。所述管帽4为与管座I尺寸相匹配的圆形金属管帽，其盖在所述管座I之上，且其边缘与所述管座I的边缘通过胶接或者焊接技术固定连结。所述管帽4外表面上还粘接有磁铁5，用于传感器芯片的电磁激励。其中，所述管座I由可伐合金材料或与硅材料膨胀系数相近的材料制成；所述固定压条3为聚四氟、有机玻璃或者其他绝缘材料制成；所述传感器芯片2至少有一组差分谐振梁用于检测；所述传感器芯片如不需要电磁激励，可在封装时不用磁铁。本专利技术还公开了一种谐振式微机械压力传感器芯片的组装方法。图4示出了本专利技术中所述谐振式微机械压力传感器芯片的组装方法，其包括以下步骤:步骤I)、在金属管座I上加工出与传感器芯片2尺寸相匹配的方形空腔la，且所述方形空腔Ia —角外侧加工出螺钉孔Ib ;优选地，该空腔Ia深度大于传感器芯片厚度0.1謹以上；步骤2)、将传感器芯片2嵌入到所述金属管座I中的方形空腔Ia中，所述放置后的传感器芯片2的高度低于所述金属管座I的上表面，且传感器芯片2的备用谐振梁2b位于所述金属管座I有螺钉孔Ib的一侧；步骤3)、将两端穿有小螺钉的固定压条3轻轻接触在传感器芯片一边角，使得所述固定压条横置于传感器芯片2的备用谐振梁2b上，并通过小螺钉与所述金属管座I上的螺钉孔Ib的相互作用而将所述固定压条3旋紧固定在金属管座I上，以将所述传感器芯片2固定在所述金属管座I的空腔Ia内；步骤4)、通过引线键合技术将传感器芯片2边缘上分布的电极焊盘2c与金本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种谐振式压力传感器，其包括：管座，其中间具有用于放置传感器芯片的空腔，其边沿分布有多条用于与所述传感器芯片电连接的管针；传感器芯片，其包括沿该传感器芯片对角线放置的差分检测谐振梁，用于压力检测；固定压条，其横置于所述传感器芯片的差分检测谐振梁上，以用于将所述传感器芯片固定在所述管座上；管帽，其盖于所述管座之上，且其边缘与所述管座的边缘固定连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王军波，张健，陈德勇，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：