本申請涉及力測量，尤其涉及一種壓力傳感器敏感結(jié)構(gòu)及其封裝方法。

背景技術(shù)：

1、石英諧振壓力傳感器作為一種高精度、高穩(wěn)定性的壓力測量器件，在工業(yè)生產(chǎn)、科研實驗等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。其敏感結(jié)構(gòu)作為傳感器的核心部分，對于傳感器的性能起著決定性的作用。目前，石英諧振壓力傳感器的敏感結(jié)構(gòu)主要存在全石英敏感結(jié)構(gòu)、金屬波登管+石英振梁結(jié)構(gòu)等多種類型。這些結(jié)構(gòu)在設(shè)計上各有特點，但在實際應(yīng)用中也暴露出了一些問題：

2、1、現(xiàn)有的全石英敏感結(jié)構(gòu)采用圓形結(jié)構(gòu)，在基座處損耗較大，一體化結(jié)構(gòu)的制造工藝難度大，超薄感壓膜加工困難；

3、2、現(xiàn)有敏感結(jié)構(gòu)振梁電極無法單獨引出，需要采用金絲鍵合引出導(dǎo)線，需要采用芯片級微組裝，工藝難度大且效率低，金絲通過振梁結(jié)構(gòu)層與感壓膜錨接，金絲本身的熱變形會影響感壓膜，進而引起振梁頻率漂移，抗振動能力較弱；

4、3、現(xiàn)有的金屬波登管+石英振梁結(jié)構(gòu)無法解決熱膨脹系數(shù)匹配性問題，由于采用多種材料，材料自身熱膨脹系數(shù)無法完全匹配，采用工藝膠粘接也無法有效保證熱膨脹系數(shù)的匹配性，導(dǎo)致全溫范圍內(nèi)變化時，抗溫變性能比較差；

5、4、現(xiàn)有結(jié)構(gòu)無法消除因溫度或封裝應(yīng)力引起的振梁共模誤差，振梁隨溫度變化，頻率發(fā)生漂移現(xiàn)象；裝配應(yīng)力也使得振梁發(fā)生時漂現(xiàn)象，作為敏感結(jié)構(gòu)自身的特性，無法通過軟件補償，導(dǎo)致產(chǎn)品抗振動、沖擊性能變差。

6、5、現(xiàn)有敏感結(jié)構(gòu)的感壓膜均為過定位結(jié)構(gòu)，無法對裝配應(yīng)力和熱應(yīng)力進行有效隔離，導(dǎo)致感壓膜自身極易發(fā)生變形，感壓膜和外部流體接觸過程，會導(dǎo)致感壓溫度均勻性發(fā)生變化，感壓膜自身存在的溫度梯度，也會產(chǎn)生振梁漂移，進而影響結(jié)構(gòu)的抗溫變、抗過載性能。

7、綜上所述，當(dāng)前石英諧振壓力傳感器的敏感結(jié)構(gòu)在制造工藝、電極引出、材料匹配、共模誤差消除以及感壓膜應(yīng)力隔離等方面均存在技術(shù)問題，需要進一步的研發(fā)和優(yōu)化以提高傳感器的性能和穩(wěn)定性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本申請旨在至少解決相關(guān)技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本申請?zhí)岢鲆环N壓力傳感器敏感結(jié)構(gòu)。

2、本申請還提出一種壓力傳感器敏感結(jié)構(gòu)的封裝方法。

3、根據(jù)本申請實施例提出的壓力傳感器敏感結(jié)構(gòu)，包括：

4、感壓層，包括感壓膜，所述感壓膜設(shè)有第一凹腔和凸臺，所述凸臺設(shè)于所述第一凹腔之中，所述第一凹腔和所述凸臺形成應(yīng)力隔離槽結(jié)構(gòu)；

5、振梁層，所述振梁層包括振梁基體和多個振梁結(jié)構(gòu)，所述振梁基體連接于所述感壓層設(shè)有所述第一凹腔的一側(cè)，所述振梁結(jié)構(gòu)連接于所述振梁基體，所述振梁結(jié)構(gòu)包括測壓振梁和基準(zhǔn)振梁，所述測壓振梁的錨區(qū)固定連接于所述凸臺，所述基準(zhǔn)振梁的錨區(qū)固定連接于所述振梁基體；

6、基底層，連接于所述振梁層，所述振梁層設(shè)于所述感壓層和所述基底層之間。

7、根據(jù)本申請實施例的壓力傳感器敏感結(jié)構(gòu)，通過感壓膜的第一凹腔和凸臺，可以有效地吸收裝配應(yīng)力以及熱應(yīng)力，減少感壓膜扭曲變形的可能，凸臺可以放大感壓膜的形變量，進而提高抗溫變、過載能力。

8、根據(jù)本申請的一個實施例，所述基準(zhǔn)振梁的第一激振電極通過在振梁基體上走線引出。

9、根據(jù)本申請的一個實施例，所述振梁層包括折疊梁，所述測壓振梁的第二激振電極通過折疊梁實現(xiàn)電學(xué)引出。

10、根據(jù)本申請的一個實施例，所述振梁結(jié)構(gòu)包括匹配振梁，所述匹配振梁和所述基準(zhǔn)振梁關(guān)于所述測壓振梁對稱設(shè)于所述振梁基體，所述匹配振梁的錨區(qū)固定連接于所述振梁基體。

11、根據(jù)本申請的一個實施例，所述凸臺的數(shù)量對應(yīng)于所述測壓振梁的錨區(qū)的數(shù)量設(shè)置，所述測壓振梁的錨區(qū)的數(shù)量為兩個，兩個所述測壓振梁的錨區(qū)間隔設(shè)置。

12、根據(jù)本申請的一個實施例，所述振梁結(jié)構(gòu)包括錨區(qū)、連接梁、波節(jié)、音叉振梁，所述錨區(qū)連接于所述連接梁，所述連接梁連接于所述波節(jié)，所述波節(jié)連接于所述音叉振梁。

13、根據(jù)本申請的一個實施例，所述感壓膜為石英晶體感壓膜，所述測壓振梁為石英晶體測壓振梁，所述基準(zhǔn)振梁為石英晶體基準(zhǔn)振梁和所述基底層為石英晶體基底層。

14、根據(jù)本申請的一個實施例，所述測壓振梁的錨區(qū)通過粘合材料固定連接于所述凸臺，所述粘合材料為玻璃漿料、金屬焊料、環(huán)氧膠和金金鍵合材料中的其中一種。

15、根據(jù)本申請的一個實施例，所述基底層設(shè)有第二凹腔，所述第二凹腔開口朝向所述振梁層。

16、根據(jù)本申請實施例第二方面實施例提供的一種壓力傳感器敏感結(jié)構(gòu)的封裝方法，包括：

17、制備絲網(wǎng)印刷版，所述絲網(wǎng)印刷版包括兩對絲網(wǎng)印刷標(biāo)、一對晶圓級對位標(biāo)以及40個漿料單元，所述絲網(wǎng)印刷標(biāo)、所述晶圓級對位標(biāo)和所述漿料單元按照預(yù)設(shè)位置分布；

18、感壓層晶圓絲網(wǎng)印刷，包括：在晶圓上通過高精度激光打標(biāo)、濕法腐蝕或干法刻蝕工藝，提前加工出絲網(wǎng)印刷標(biāo)和晶圓級對位標(biāo)，覆蓋透明菲林膜，通過絲網(wǎng)印刷在晶圓上形成十字形對位標(biāo)記，使用兩臺ccd的電子標(biāo)卡住晶圓，確定位置后，將正式片放入吸盤吸住，調(diào)整工作臺，使晶圓上的十字標(biāo)與電子標(biāo)重合，感壓層印刷完成后，晶圓需在平臺上靜置第一預(yù)設(shè)時間，以使?jié){料流平形成感壓膜；其中，在晶圓上通過高精度激光打標(biāo)、濕法腐蝕或干法刻蝕工藝時，感壓膜形成有第一凹腔和凸臺；

19、感壓層和振梁層晶圓級鍵合，包括：使用玻璃漿料將感壓層和振梁層進行晶圓級對位和預(yù)固定，在真空條件下進行晶圓級鍵合形成感振組合片，其中，振梁層的測壓振梁的錨區(qū)和凸臺對位和預(yù)固定；

20、感振組合片和基底層晶圓級鍵合，包括將感振組合片和基底層進行晶圓級對位和預(yù)固定，在真空條件下進行晶圓級鍵合。

21、本申請的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本申請的實踐了解到。

技術(shù)特征：

1.一種壓力傳感器敏感結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器敏感結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述基準(zhǔn)振梁（222）的第一激振電極（224）通過在振梁基體（210）上走線引出。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器敏感結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述振梁層（200）包括折疊梁（230），所述測壓振梁（221）的第二激振電極（225）通過折疊梁（230）實現(xiàn)電學(xué)引出。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器敏感結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述振梁結(jié)構(gòu)（220）包括匹配振梁（223），所述匹配振梁（223）和所述基準(zhǔn)振梁（222）關(guān)于所述測壓振梁（221）對稱設(shè)于所述振梁基體（210），所述匹配振梁（223）的錨區(qū)（226）固定連接于所述振梁基體（210）。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器敏感結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述凸臺（112）的數(shù)量對應(yīng)于所述測壓振梁（221）的錨區(qū)（226）的數(shù)量設(shè)置，所述測壓振梁（221）的錨區(qū)（226）的數(shù)量為兩個，兩個所述測壓振梁（221）的錨區(qū)（226）間隔設(shè)置。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器敏感結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述振梁結(jié)構(gòu)（220）包括錨區(qū)（226）、連接梁（227）、波節(jié)（228）、音叉振梁（229），所述錨區(qū)（226）連接于所述連接梁（227），所述連接梁（227）連接于所述波節(jié)（228），所述波節(jié)（228）連接于所述音叉振梁（229）。

7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的壓力傳感器敏感結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述感壓膜（110）為石英晶體感壓膜（110），所述測壓振梁（221）為石英晶體測壓振梁（221），所述基準(zhǔn)振梁（222）為石英晶體基準(zhǔn)振梁（222）和所述基底層（300）為石英晶體基底層（300）。

8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的壓力傳感器敏感結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述測壓振梁（221）的錨區(qū)（226）通過粘合材料固定連接于所述凸臺（112），所述粘合材料為玻璃漿料、金屬焊料、環(huán)氧膠和金金鍵合材料中的其中一種。

9.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的壓力傳感器敏感結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述基底層（300）設(shè)有第二凹腔（310），所述第二凹腔（310）開口朝向所述振梁層（200）。

10.一種壓力傳感器敏感結(jié)構(gòu)的封裝方法，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本申請涉及力測量技術(shù)領(lǐng)域，提供一種壓力傳感器敏感結(jié)構(gòu)及其封裝方法，壓力傳感器敏感結(jié)構(gòu)包括感壓層、振梁層和基底層，感壓層包括感壓膜，感壓膜設(shè)有第一凹腔和凸臺，凸臺設(shè)于第一凹腔之中，第一凹腔和凸臺形成應(yīng)力隔離槽結(jié)構(gòu)；振梁層包括振梁基體和多個振梁結(jié)構(gòu)，振梁基體連接于感壓層設(shè)有第一凹腔的一側(cè)，振梁結(jié)構(gòu)連接于振梁基體，振梁結(jié)構(gòu)包括測壓振梁和基準(zhǔn)振梁，測壓振梁的錨區(qū)固定連接于凸臺，基準(zhǔn)振梁的錨區(qū)固定連接于振梁基體；基底層連接于振梁層，振梁層設(shè)于感壓層和基底層之間。通過感壓膜的第一凹腔和凸臺，可以有效地吸收裝配應(yīng)力以及熱應(yīng)力，減少感壓膜扭曲變形的可能，凸臺可以放大感壓膜的形變量。

技術(shù)研發(fā)人員：吳黎明,廖興才,湯一,田珂珂,劉慧芳,張博倫,李清照,王毓婷,張兆琦
受保護的技術(shù)使用者：北京晨晶電子有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9