一種含有硅通孔的壓力傳感器封裝結構的制作方法

一種含有硅通孔的壓力傳感器封裝結構的制作方法

一種含有硅通孔的壓力傳感器封裝結構的制作方法專利名稱:一種含有硅通孔的壓力傳感器封裝結構的制作方法技術領域:本創(chuàng)造涉及一種含有硅通孔的壓力傳感器封裝結構,屬于微電子機械技術領域。

背景技術:目前壓力傳感器被廣泛運用于消費電子行業(yè)、汽車電子行業(yè)、石油化工部門、航空航天部門等領域,壓力傳感器的失效和故障多因封裝失效引起,封裝成為實現(xiàn)壓力傳感器應用的關鍵技術。

壓力傳感器真空封裝常采納金屬管殼、金屬隔離膜片、金屬底座、充灌硅油、引線鍵合技術,利用焊接技術將金屬管殼、金屬隔離膜片及金屬管座焊接形成密閉腔體;利用靜電鍵合或金-硅共熔鍵合技術,將壓力傳感器通過硼磷硅玻璃封接在金屬管座上;并在金屬隔離膜片和壓力傳感器之間的密閉腔體內充灌硅油,通過金屬隔離膜片和硅油將外界壓力傳遞到壓力傳感器上;信號引出主要采納引線鍵合技術。

此類封裝結構存在肯定局限性1、工藝成本高,焊接設備昂貴;2、封裝體積大,不利于產(chǎn)品的輕型化、薄型化、小型化;3、硅油與芯片之間熱膨脹系數(shù)失配簡單影響壓力測量精度;4、封接中的非氣密性簡單導致滲油、漏油,損壞壓力傳感器;5、硅油的充灌或多或少會引入部分壓力誤差;6、弓丨線鍵合的金屬線和焊接點簡單受高震蕩、高速壓力循環(huán)環(huán)境疲憊失效。

最近,公司生產(chǎn)出了用于高溫惡劣環(huán)境下高牢靠性、高精度、小體積、可進行靜態(tài)和動態(tài)測量的壓力傳感器,其封裝采納新型無鉛封裝,將壓力傳感器芯片倒裝焊接在非導電玻璃上,其中非導電玻璃金屬接觸端有互連通孔,其中填充有高溫導電金屬-玻璃粉末,帶有導電膠的插腳直接嵌入玻璃,實現(xiàn)插腳和傳感器芯片的良好電互連。

該封裝方案無需充灌硅油,能夠保證氣密性封裝,適應多種應用,只要環(huán)境對硅或玻璃材料無影響,該類封裝結構甚至可以用于如導電流體的超小型壓力傳感器;但是該類封裝需采納特別材料和特別工藝,成本高,制作困難。

如何能通過簡潔工藝完成高性能的壓力傳感器封裝是值得討論的方向。

創(chuàng)造內容為解決上述問題,本創(chuàng)造提出一種含有硅通孔的壓力傳感器封裝結構,用硅底座代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硼磷硅玻璃基座,采納倒裝焊技術、鍵合技術如鍵合、共晶鍵合、-鍵合、-鍵合等實現(xiàn)壓力傳感器的氣密性真空封裝,該結構可提升壓力傳感器靈敏度,并且可以用于動態(tài)壓力檢測,具有體積小、集成度高的優(yōu)點。

本創(chuàng)造的技術方案如下—種含有娃通孔的壓力傳感器封裝結構,包括娃底座和壓力傳感器芯片,在娃底座上設有通孔,其內填充有導電材料如、等形成導電柱,作為金屬互連線;導電柱上表面制備導電微凸點如微凸點、微凸點等,作為連接壓力傳感器芯片信號的接觸點;所述導電微凸點的外圍有一圈氣密性材料構成如、等的鍵合金屬環(huán),用于實現(xiàn)局部氣密性封裝;所述壓力傳感器芯片倒裝鍵合在所述硅底座上。

所述制備導電微凸點可采納電鍍工藝或者化學鍍工藝。

所述硅底座中部為一空腔,利于壓力傳感器芯片倒裝鍵合,同時利于應力的減小。

所述鍵合金屬環(huán)分布在通孔位置導電微凸點外圍,位于靠近硅底座外圍邊緣的位置。

所述鍵合金屬環(huán)還分布在通孔位置導電微凸點內圍,位于靠近娃底座凹型槽邊緣。

所述壓力傳感器芯片上設置有硅壓阻條,針對僅有外圍鍵合金屬環(huán)的狀況,所述硅壓阻條分布在靠近壓力傳感器的硅膜邊緣水平距離小于100的位置。

所述壓力傳感器芯片上設置有硅壓阻條,針對存在內外鍵合金屬環(huán)的狀況,所述硅壓阻條分布在靠近壓力傳感器的硅膜邊緣水平距離10200的位置。

所述壓力傳感器芯片與硅底座的鍵合整體通過焊球技術直接裝配在基板上如板、硅基板、基板等,一般為無孔基板。

所述壓力傳感器芯片與硅底座的鍵合整體采納鍵合技術裝配在轉接板上如硅轉接板、轉接板、等,利用轉接板作為過渡再與基板集成,或者直接利用轉接板作為電互連基板。

所述轉接板設有通孔,其內填充導電材料,形成導電柱;導電柱上表面采納電鍍工藝化學鍍工藝剝離技術制備金屬再分布層如金屬再分布層、金屬再分布層等。

該金屬再分布層是一層金屬線,其下表面與硅轉接板接觸位置有絕緣阻擋層。

所述轉接板的金屬再分布層另一端與硅底座通過導電微凸點連接,所述導電柱的下表面與基板通過大焊球連接。

所述娃轉接板和基板上可集成處理電路,有利于減小寄生效應,提升傳感器靈敏度。

與現(xiàn)有技術相比,本創(chuàng)造的有益效果表現(xiàn)在、本創(chuàng)造相對于傳統(tǒng)采納硅-玻璃靜電鍵合技術、金屬引線鍵合技術、金屬隔離膜技術和密閉腔充灌硅油技術的封裝結構,取消了充灌硅油和金屬隔離膜,簡化了封裝結構,減小了封裝體積和重量,增加了測試靈敏度,并且可以用于壓力動態(tài)檢測;采納通孔內填充導電材料替代金屬引線作為信號引出線,能夠增加互連牢靠性。

2、本創(chuàng)造相對于公司提出的在非導電玻璃中填充高導電金屬_玻璃粉末的壓力傳感器新型無鉛封裝結構,無需采納特別材料和特別工藝,采納電鍍工藝在硅通孔中填充導電金屬材料實現(xiàn)互連。

3、本創(chuàng)造采納單環(huán)和雙環(huán)式氣密性材料的鍵合金屬環(huán)封裝,在保證測試靈敏度的狀況下,對于不同壓阻條分布的壓力傳感器封裝起到了減小鍵合應力的作用;同時取消了填充膠的使用,采納金屬環(huán)結構,有利于實現(xiàn)局部氣密性。

4、本創(chuàng)造的壓力傳感器封裝結構,可結合三維封裝提升傳感器的集成度。

5、硅通孔經(jīng)填充后,可以起到固定的作用,當傳感器受到傳遞介質外加壓力作用時,能夠有效減小梯形槽斜面對硅膜形變的干擾影響;可動電極通過垂直互連過孔引出,有效的減小了電容信號在傳輸過程中的損耗,從而測量得到比較精確的信號。

采納本創(chuàng)造制造的傳感器具有精度高、線性度好等優(yōu)點,適用于高精度的壓力測量領域。

圖是本創(chuàng)造單環(huán)式鍵合金屬環(huán)封裝結構俯視示意圖;圖2是本創(chuàng)造雙環(huán)式鍵合金屬環(huán)封裝結構俯視示意圖;圖3是本創(chuàng)造實施例一的結構示意圖;圖4是本創(chuàng)造實施例二的結構示意圖;圖5是本創(chuàng)造實施例三的結構示意圖;圖6是本創(chuàng)造實施例四的結構示意圖;其中,-壓力傳感器芯片;2_絕緣阻擋層;3_硅壓阻條;4-通孔;5_硅底座;6-鍵合金屬環(huán);7-導電微凸點;8-;9-焊球;10_基板;11_金屬再分布層;12_轉接板;13_娃膜;14一凹型槽。

詳細實施例方式以下結合附圖,對本創(chuàng)造作進一步的說明。

圖為具有外圍鍵合金屬環(huán)結構的單環(huán)式鍵合金屬環(huán)封裝結構俯視示意圖,對應于圖3中的-視圖;圖2為具有內、外圍鍵合金屬環(huán)結構的雙環(huán)式鍵合金屬環(huán)封裝結構俯視示意圖,對應于圖4中的-視圖。

實施例一如圖3所示,本創(chuàng)造對硅底座5從背面對正面在對應壓力傳感器芯片數(shù)據(jù)信號端口的位置采納工藝刻蝕深度約100200的硅盲孔,,載臺功率為600,自動壓力掌握選擇60,每刻蝕9后鈍化7,刻蝕速率約2詳細參數(shù)與刻蝕面積親密相關;熱氧形成2厚2絕緣側壁或者淀積,磁控濺射淀積300粘附層1000阻擋層,形成絕緣阻擋層2,同時在盲孔側壁濺射種子層,其中種子層材料與硅盲孔填充導電材料全都通常狀況下,種子層越厚,填充導電材料晶粒越小,填充效果越好;通過掌握電流密度、添加劑比例、電鍍時間等參數(shù)實現(xiàn)硅盲孔無空洞導電材料填充,形成導電柱目前所采納的電鍍液為3320型號***磺酸體系電鍍液,其中含有添加劑3320、抑制劑3320、3320;,溫度設置范圍為230,詳細電鍍時間依據(jù)電鍍面積及電鍍厚度計算,同時在硅底座5背面的導電柱端口處采納電鍍或者化學鍍工藝制備8結構,隨后腐蝕去除表面粘附層阻擋層種子層;娃底座5背面和玻璃臨時鍵合,對硅底座5的正面減薄拋光其中硅材料的拋光采納主要成分為23的研磨液,設備采納國產(chǎn)0-1202設備,拋光液滴液速率為250,,擺速為10次,擺幅為30,轉速為20,研磨液配比為磨料水=1:3,拋光時間據(jù)實際減薄厚度而定;銅材料的拋光可采納酸性拋光液,主要的酸性拋光液氧化劑有***、硫酸等,試驗參數(shù)為拋光液滴液速率為150,,擺速為10次,擺幅為30,轉速為60,直至露出導電柱,形成貫穿基片的通孔4;娃底座5正面通過淀積2厚2絕緣層或者,光刻圖形化定義出通孔4位置,并采納工藝刻蝕去除通孔4處2絕緣層或者;硅底座5正面淀積300粘附層1000人阻擋層1000種子層,在通孔4位置電鍍或者化學鍍形成導電微凸點7,其中微凸點厚度約為5;同時在其外圍電鍍或者化學鍍一圈環(huán)形的鍵合金屬環(huán)結構,其中鍵合金屬環(huán)6的材料為氣密性材料,微凸點和金屬環(huán)結構間留有肯定的間隙空隙無范圍限制,通常狀況下只要滿意微凸點和金屬環(huán)結構處在底座邊緣位置即可;腐蝕去除表面粘附層阻擋層種子層;硅底座5正面中間位置采納或者刻蝕凹型槽14詳細工藝方法選擇取決與凹型槽深度,凹型槽尺寸應大于等于壓力傳感器芯片硅膜13尺寸,并在凹型槽表面淀積約2厚絕緣層,形成最終硅底座5結構;將硅底座5和玻璃解鍵合;與此同時,壓力傳感器芯片信號端口及對應硅底座5金屬鍵合環(huán)的位置均需電鍍或者化學鍍與硅底座5上全都的微凸點材料及鍵合金屬環(huán)材料,采納倒裝鍵合技術將上述壓力傳感器芯片裝配在所制備好的硅底座5上,詳細倒裝鍵合工藝參數(shù)取決于倒裝鍵合材料,比如鍵合參數(shù)可設定為溫度260,鍵合時間20,鍵合壓強2;再在硅底座5背面8位置植入焊球9,并裝配在基板10上,其中硅壓阻條3分布在靠近壓力傳感器的硅膜13邊緣水平距離小于100的位置,且封裝后處于硅底座5的凹型槽14內。

實施例二如圖4所不,本創(chuàng)造實施例二實施方案類似實施例一,主要差異在于娃底座5正面減薄拋光,形成貫穿基片的通孔4后,在通孔4位置電鍍或者化學鍍形成導電微凸點7,同時在其內、外圍兩側分別電鍍或者化學鍍一圈環(huán)形的鍵合金屬環(huán)結構,其中鍵合金屬環(huán)6的材料為氣密性材料。

其余工藝步驟相同,不再贅述,其中硅壓阻條3分布在靠近壓力傳感器的硅膜13邊緣水平距離10200的位置,且封裝后處于硅底座5的凹型槽14內。

實施例三如圖5所示,本創(chuàng)造實施例三實施方案如下其中壓力傳感器芯片倒裝鍵合在硅底座5上的工藝步驟有對硅底座5從背面對正面在對應壓力傳感器芯片數(shù)據(jù)信號端口的位置采納工藝刻蝕深度約100^200的硅盲孔,隨后淀積2厚2或絕緣層、300粘附層1000阻擋層,形成絕緣阻擋層2,同時濺射2種子層,其中種子層材料與硅盲孔填充導電材料全都;硅盲孔電鍍形成導電柱,同時采納電鍍或者化學鍍工藝制備8結構,隨后腐蝕去除表面粘附層阻擋層種子層;硅底座5背面和玻璃臨時鍵合,對硅底座5的正面減薄拋光,直至露出導電柱,形成貫穿基片的通孔4;硅底座5正面淀積2厚2絕緣層或者,光刻圖形化定義出通孔4位置,并采納工藝刻蝕去除通孔4處2絕緣層或者;娃底座5正面淀積300粘附層1000阻擋層1000種子層,在通孔4位置電鍍或者化學鍍形成導電微凸點7,同時在其外圍電鍍或者化學鍍一圈環(huán)形的鍵合金屬環(huán)結構;腐蝕去除表面粘附層阻擋層種子層;硅底座5正面中間位置采納或者刻蝕凹型槽14詳細工藝方法選擇取決與凹型槽深度,凹型槽尺寸應大于等于壓力傳感器芯片硅膜13尺寸,并在凹型槽表面淀積約2厚絕緣層,形成最終硅底座5結構;將硅底座5和玻璃解鍵合;壓力傳感器芯片處理方法與實施例一中壓力傳感器芯片處理方法相同,不再贅述;隨后采納倒裝鍵合技術將上述壓力傳感器芯片裝配在所制備好的硅底座5上。

轉接板12背面的制備工藝與硅底座5背面制備工藝類似,不再贅述;轉接板12背面加工完成后與玻璃臨時鍵合,對轉接板12的正面減薄拋光,直至露出導電柱,形成貫穿基片的通孔4;隨后轉接板12正面淀積2厚2或絕緣層,光刻圖形化出通孔4位置和金屬再分布層11位置,其中金屬再分布層11介于硅底座5上的通孔4和轉接板12上的通孔4之間區(qū)域,金屬再分布層線條寬度大于等于20;刻蝕去除轉接板上通孔4和金屬再分布層11處的2絕緣層或者;轉接板12正面淀積300粘附層〗000阻擋層1000種子層,采納電鍍工藝化學鍍工藝剝離技術制備金屬再分布層11,金屬再分布層11厚度取決于信號頻率;在對應硅底座5上通孔4的位置采納電鍍工藝或化學鍍工藝制備微凸點;將壓力傳感器芯片和硅底座5的鍵合整體采納鍵合工藝裝配在轉接板12上;其中可在轉接板12背面8處植入焊球9,再裝配到基板10上;或者在轉接板12背面制備信號線,直接以轉接板12作為電互連基板10。

實施例四如圖6所不,本創(chuàng)造實施例四實施方案類似實施例三,主要差異在于娃底座5正面減薄拋光,形成貫穿基片的通孔4后,在通孔4位置電鍍或者化學鍍形成導電微凸點7,同時在其內、外圍兩側分別電鍍或者化學鍍一圈環(huán)形的鍵合金屬環(huán)結構,其中鍵合金屬環(huán)6的材料為氣密性材料。

其余工藝步驟相同,不再贅述。

,其特征在于,包括娃底座和壓力傳感器芯片,在硅底座上設有通孔,其內填充有導電材料,形成導電柱;導電柱上表面制備導電微凸點;所述導電微凸點的外圍有一圈氣密性材料構成的鍵合金屬環(huán);所述壓力傳感器芯片倒裝鍵合在所述硅底座上。

,其特征在于,所述硅底座中部為一空腔。

,其特征在于,所述鍵合金屬環(huán)位于靠近硅底座外圍邊緣的位置。

,其特征在于,所述鍵合金屬環(huán)還分布在通孔位置導電微凸點內圍,位于靠近硅底座凹型槽邊緣。

,其特征在于,所述壓力傳感器芯片上設置有硅壓阻條,所述硅壓阻條分布在靠近壓力傳感器的硅膜邊緣水平距離小于100的位置。

,其特征在于,所述壓力傳感器芯片上設置有硅壓阻條,所述硅壓阻條分布在靠近壓力傳感器的