本发明专利技术涉及用于汽车应用的中压力传感器的裸片接合设计。通过将MEMS传感器附接到用低CTE填充剂填充的塑料，该填充剂降低塑料的热膨胀系数（CTE）以更接近硅的热膨胀系数，来减小在硅微机电压力转换器（MEMS传感器）上的热引发的应力。使用环氧树脂粘合剂/硅石填充剂混合物将MEMS传感器附接到壳体，当固化时，为匹配壳体的CTE该环氧树脂粘合剂/硅石填充剂混合物具有在大约十PPM/°C到大约三十PPM/°C之间的CTE。该粘合剂也具有在操作温度范围之上的玻璃转变温度（Tg）。该设计提供好的传感器密封和稳定的传感器输出。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及用于汽车应用的中压力传感器的裸片接合设计。通过将MEMS传感器附接到用低CTE填充剂填充的塑料，该填充剂降低塑料的热膨胀系数（CTE）以更接近硅的热膨胀系数，来减小在硅微机电压力转换器（MEMS传感器）上的热引发的应力。使用环氧树脂粘合剂/硅石填充剂混合物将MEMS传感器附接到壳体，当固化时，为匹配壳体的CTE该环氧树脂粘合剂/硅石填充剂混合物具有在大约十PPM/°C到大约三十PPM/°C之间的CTE。该粘合剂也具有在操作温度范围之上的玻璃转变温度（Tg）。该设计提供好的传感器密封和稳定的传感器输出。【专利说明】用于汽车应用的中压力传感器的裸片接合设计
技术介绍
微机电压力传感器系统(MEMS)是众所周知的。它们是由通过相对较厚、相对较重的基底支撑的薄硅隔膜形成的。隔膜响应于通过端口施加到隔膜上的压力而弯曲。形成到隔膜中的压电电阻惠斯通桥电路响应于隔膜偏转而改变其电阻。MEMS传感器通常附接到壳体或基底的表面并被用于检测各种压力，该壳体或基底将被附接到车辆的组件。为了具有可操作性，MEMS传感器典型地固定地附接到壳体。在裸片(die)上形成MEMS传感器，而且裸片还密封压力端口并且应具有足够的强度以防止爆m? ο在MEMS装置的热膨胀系数(Cte)和用于MEMS装置的壳体的热膨胀系数之间通常有很大的不同，无论壳体是塑料的还是陶瓷的。当MEMS装置和壳体用粘合剂接合(bond)在一起时，通过Cte差异引发的接合应力可以影响MEMS输出。低模量硅广泛用于减少针对低压力传感器的接合应力，当受到三次或更多次最大操作压力时，低模量硅也应该能够防止爆裂。然而，低模量裸片接合材料通常不牢固并且因此不是很适合用于中压传感器，例如传动液压力(transmission fluid pressure)传感器，发动机油传感器等等。中压传感器需要更强的接合材料。但是接合应力典型地随着它们通常更高的模量而增加。增加接合面积可以增加接合强度，但是，增加接合面积通常并不实际或可行，因为MEMS传感器的尺寸由于至少降低成本(或包装的物理限制)的原因而日益收缩这一事实。因此应该仔细 考虑接合应力和接合强度。匹配硅MEMS传感器装置和基于低模量聚合物的使用的壳体以及安装粘合剂的热膨胀系数将是对现有技术的改进。 本专利技术的简要说明通过将MEMS传感器附接到用低Cte填充剂填充的塑料，减少对硅微机电压力转换器(transducer) (MEMS传感器)的热引发的应力，该填充剂降低塑料的热膨胀系数(Cte)以更接近于硅的热膨胀系数。MEMS传感器被附接到使用环氧树脂粘合剂/硅石填充剂混合物的壳体，当固化时为了匹配壳体Cte该环氧树脂粘合剂/硅石填充剂混合物具有在大约10PPM / °C和大约30PPM / °C之间的CTE。该粘合剂也具有在操作温度范围之上的玻璃转变温度(Tg)。该设计提供好的传感器密封和稳定的传感器输出。 附图的简要说明图1是中压MEMS传感器的剖视图。图2是示出形成图1所示传感器的方法的步骤的图。 详细说明图1是压力传感器100的剖视图，该压力传感器配置为能够将大约10巴和大约70巴之间的压力转换为可测量的电信号。传感器100包括由硅形成的常规微机电压力传感器102。可以添加由玻璃或硅制成的基座或盖子。因为MEMS传感器102是硅，所以MEMS传感器102有相对低的热膨胀系数Cte，其在大约百万分之一(I)每摄氏度和大约百万分之五(5)每摄氏度之间。硅MEMS传感器102安装在相对平坦的安装表面104上，该安装表面位于形成在由塑料——例如聚苯硫醚(PPS)、液晶聚合物(LCP)热塑性塑料或热固性环氧树脂——制成的壳体108内部的空腔106内部。传感器102由基于聚合物的粘合剂110——例如环氧树脂或双马来酰亚胺(BMI)——固定在安装表面104上的适当位置。空腔106由盖108保护。可以通过在导电的信号导线114上运送的信号来接入空腔104内的其他电子设备110，112，这些信号导线延伸穿过壳体108的侧壁118。形成延伸穿过壳体108的压力端口 116以允许流体，即液体和气体施加压力或真空到在MEMS传感器102内的薄隔膜上。如上所述，硅具有在大约百万分之一(I)每摄氏度(PPM / V )和百万分之五(5)每摄氏度(PPM / °C)之间的CTE。壳体塑料具有它们自己的、名义上的热膨胀系数Cte，它们明显大于娃的CTE。基于聚合物的粘合剂也有它们自己的Cte,它们不同于娃的Cte和塑料的Cte。硅的、塑料壳体的和裸片接合粘合剂的不同热膨胀系数都有份参与由于不同Cte而生成的接合热应力。塑料壳体的热膨胀系数和基于聚合物的粘合剂的热膨胀系数可以通过用低CTE填充剂混合塑料和粘合剂而被降低，以匹配硅的热膨胀系数。一些热塑性塑料，例如LCP，可能一开始具有相对低的Cte，但是当和硅的Cte相比时仍然相对较高。在一个优选实施例中，塑料壳体108由聚苯硫醚或PPS制造，其中混合了玻璃和矿物填充剂。PPS树脂具有50PPM / °C左右的CTE。该填充剂所具有的Cte因此应该远小于PPS的 Cte。应该加到PPS的数量上以便产生具有接近硅的Cte的Cte的热塑性塑料的填充剂数量由实验确定并以重量测量。在优选实施例中，加到PPS上以便产生具有在大约10PPM / V和大约30PPM / °C之间的Cte的热塑性塑料的填充剂数量被确定为大约为PPS和填充剂的混合物重量的百分之六十(60% )，S卩，壳体重量的大约60%是填充剂，壳体重量的大约40%是 PPS。环氧树脂也有明显高于硅的Cte的CTE。环氧树脂粘合剂的Cte通过与降低PPS的Cte相同的方式被降低。在实施例中，使用有机的、具有在大约10PPM / °C和大约30PPM / V之间的Cte的环氧树脂粘合剂110，将硅MEMS传感器固定在热塑性塑料安装表面104上的合适位置。通过将环氧树脂110和低Cte填充剂——例如硅石——混合来减少环氧树脂110的CTE。加在特定粘合剂上以便调整粘合剂的Cte来“匹配”壳体/ MEMS装置的Cte的填充剂含量的百分比或数量当然将随着特定粘合剂的改变而改变。在使用环氧树脂的优选实施例中，环氧树脂大约有65 %的填充剂。和压力传感器/压力转换器一起使用的粘合剂具有在传感器的操作温度上限之上的玻璃转变温度Tg也是很重要的。通常比最大操作温度，即上限高20-25°C将避免非线性材料特性变化，该变化可能会影响MEMS传感器输出。环氧树脂110因此优选具有至少一百七十摄氏度(170°C)的玻璃转变温度Tg，以在高达大约150°C的温度下施加检测压力。图1中所示的压力传感器可使用图2中所描绘的方法形成。在第一步骤202，壳体108通过模制热塑性塑料——例如PPS——与预定数量的填充剂混合的混合物形成，所述填充剂典型的大约为该混合物重量的60%到65%，使得填充剂的数量足够来提供具有大约10PPM / 1:到30PPM / 1:的Cte的最终塑料。在第二步骤204，混合有预定数量的硅石填充剂的环氧树脂粘合剂被施加到位于塑料壳体108的空腔106内部的MEMS安装表面104上。环氧树脂需要时间来固化。方法200因此包括本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种压力传感器，包括：由硅形成并包含隔膜的微机电压力转换器(MEMS传感器)，该MEMS传感器具有在大约百万分之(PPM)一每摄氏度(／℃)到大约5PPM／℃之间的热膨胀系数(CTE)；包括用于MEMS传感器的安装表面并且具有配置为允许流体将压力施加到所述隔膜的压力端口的塑料壳体，该塑料壳体配置为具有在大约百万分之(PPM)十(10)每摄氏度(／℃)到大约三十(30)PPM／℃之间的热膨胀系数，基底具有配置为用于延伸的通孔；以及具有在大约十PPM／℃和大约三十PPM／℃之间的CTE的粘合剂，该粘合剂位于安装表面和MEMS传感器之间，因此将MEMS传感器附接到安装表面。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：王仲平，
申请(专利权)人：大陆汽车系统公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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