專利名稱：一種采用倒裝焊接的壓阻式壓力傳感器芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種微機電系統(tǒng)(MEMS)器件，尤其涉及一種采用倒裝焊接的壓阻式壓力傳感器芯片。
背景技術(shù)：
微機電系統(tǒng)(Micro electro mechanical system, MEMS美國慣用詞)又稱微系統(tǒng)(microsystem,歐洲慣用詞)和微機械(micromachine,日本慣用詞),是近20多年來快速發(fā)展的新興科技，它是指在微米量級內(nèi)設(shè)計、融合了硅微加工和精密機械加工等多種微加工技術(shù)制造、集成了多種元件，并適于低成本、大批量生產(chǎn)的系統(tǒng)。MEMS通常由傳感器、信息單元、執(zhí)行器和通訊/接口單元等組成，其中，各類傳感器從需要觀測和控制的對象中獲取光、電、聲、壓力、溫度等信息，轉(zhuǎn)換成電信號并按照要求進行處理，提取信息，通過執(zhí)行器對目標實施控制和顯示。MEMS傳感器已經(jīng)在傳感、測控、醫(yī)療、通訊和生態(tài)等生產(chǎn)和生活領(lǐng)域取得了長足的進展。由于微機電系統(tǒng)具有體積小、重量輕、功能豐富和可批量生產(chǎn)即成本低等優(yōu)點，在民用和軍用領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。MEMS壓力傳感器技術(shù)是MEMS傳感器中最成熟的技術(shù)，就市場銷售額來說，居傳感器之首。根據(jù)工作原理的不同，壓力傳感器可以分為機械膜片電容式、硅膜片電容式、壓電式、應(yīng)變式、硅壓阻式壓力傳感器等，其中，壓阻式壓力傳感器因具有結(jié)構(gòu)簡單、易于集成和信號處理等優(yōu)點而得到人們的青睞。然而，盡管壓阻式壓力傳感器已經(jīng)是一種很成熟的商業(yè)化產(chǎn)品，但作為其核心的MEMS壓阻式壓力傳感器芯片卻由于其壓敏電阻的一致性差，且用于將壓阻式壓力傳感器芯片與外電路連接的金屬絲容易斷裂等問題限制了 MEMS壓阻式壓力傳感器的廣泛應(yīng)用。中國專利CN1432801公開一種MEMS壓阻式壓力傳感器芯片及其制備方法。MEMS壓阻式壓力傳感器芯片，是一個杯狀結(jié)構(gòu)，包括一個方形感壓膜和周圍的支撐部分在感壓膜的最大應(yīng)變區(qū)之作了四個壓敏電阻，組成點橋來敏感壓力的變化，所述壓敏電阻是采用離子注入工藝制作的，壓敏電阻周圍增加有一圈n+隔離區(qū)，感壓膜的邊緣制作了可以監(jiān)控感壓膜厚度的對準標記。采用離子注入工藝制作壓阻，精度遠高于以往采用的擴散工藝，可以提高壓阻的控制精度及一致性，減小零點輸出和零點溫度漂移；壓阻周圍增加一圈n+隔離區(qū)，提高了芯片的長期穩(wěn)定性；膜的邊緣制作了可以監(jiān)控膜厚度的對準標記，使腐蝕敏感膜的可控性增強，提高了感壓膜厚度控制精度和芯片檢測精度。中國專利CN101082525公開一種新型壓阻式壓力傳感器，包括內(nèi)引線、封裝外套、外引線、引線孔、襯底和壓敏電阻，在所述襯底上設(shè)置有閉合框結(jié)構(gòu)壓敏電阻和條狀壓敏電阻，所述四個壓敏電阻形成惠斯通全橋互連結(jié)構(gòu)，在所述引線孔中濺射有鋁合金，在所述閉合框壓敏電阻的表面設(shè)置有電子玻璃質(zhì)量塊。其制備方法，按照下述步驟進行(I)摻雜；
(2)表面熱氧化；(3)光刻蝕和等離子刻蝕技術(shù)加工；(4)光刻引線孔；(5)濺射鋁合金；(6)靜電封接電子玻璃質(zhì)量塊；(7)測試，封裝。本實用新型的技術(shù)方案使制作工藝大為簡化，并與CMOS集成電路平面工藝兼容，具有較高的諧振頻率，能在高溫環(huán)境中工作，產(chǎn)品性能的一致性得到保證。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種高可靠性，可避免壓敏電阻不一致和用于將壓阻式壓力傳感器芯片與外電路連接的金屬絲容易斷裂等問題的采用倒裝焊接的壓阻式壓力傳感器芯片。本實用新型設(shè)有芯片主體，所述芯片主體設(shè)有帶方形壓力腔的硅基底和硅薄膜，所述硅薄膜表面設(shè)有一個壓敏電阻，所述硅基底與硅薄膜通過硅硅直接鍵合結(jié)合；采用倒裝焊接方法將壓阻式壓力傳感器的芯片焊接在PCB板上；所述壓敏電阻與外電路的3個與壓敏電阻等阻值的電阻組成一個完整的惠斯登電橋。所述芯片主體可為杯狀結(jié)構(gòu)。所述惠斯登電橋用于敏感壓力的變化。本實用新型可采用以下方法制備I)硅基底部分的制備(I)硅片清洗，氧化；(2)正面涂光刻膠、掩模、曝光、顯影；(3)濕法腐蝕SiO2，腐蝕完畢后留下的SiO2圖形作為接下來腐蝕壓力腔所用的掩模；(4)腐蝕硅，形成壓力腔；(5)正面涂光刻膠、掩模、曝光、顯影；(6)濕法腐蝕SiO2，在硅片的背面形成對位標記；2)裝配及后續(xù)工藝(I)通過硅硅直接鍵合工藝將SOI片和硅基底鍵合成一體；(2)以SOI的BOX層為腐蝕自停止層，使用濕法腐蝕對SOI片進行減薄，留下與硅基底鍵合在一起的器件層作為硅薄膜；(3)涂光刻膠、掩模、曝光、顯影；(4)濕法腐蝕SiO2，腐蝕完畢后留下的SiO2圖形作為接下來重摻雜所用的掩模；(5)濃硼擴散，形成連接導線；(6)使用濕法腐蝕去除SiO2,重新氧化；(7)涂光刻膠、掩模、曝光、顯影；(8)使用硼擴散在敏感薄膜制作壓敏電阻；(9)使用濕法腐蝕去除SiO2,重新氧化；(10)涂光刻膠、掩模、曝光、顯影；(11)濕法腐蝕SiO2，腐蝕完畢后留下的SiO2和光刻膠圖形作為接下來制作與重摻雜區(qū)域形成歐姆接觸的鋁電極所用的掩模；(12)濺射鋁，剝離鋁形成鋁電極；( 13)退火，使?jié)馀鹬負诫s的硅與Al電極之間形成有效的歐姆接觸；(14)裂片；3)連接芯片外部電路[0034]采用焊球?qū)⑿酒cPCB板上的外電路連接在一起，即制得所述采用倒裝焊接的壓阻式壓力傳感器芯片。本實用新型的芯片主體采用杯狀結(jié)構(gòu)，包括一個硅薄膜和一個帶方形腔的硅基底。在硅薄膜的最大應(yīng)力區(qū)僅制作了一個壓敏電阻，所述壓敏電阻與外電路的三個固定阻值電阻連接組成一個完整的惠斯登電橋來敏感壓力變化。硅薄膜是由SOI片減薄而成。本實用新型采用倒裝焊接技術(shù)代替壓焊金絲技術(shù)，將隱藏式單電阻壓阻式壓力傳感器芯片與外電路基板連接在一起，實現(xiàn)傳感器與外電路基板的貼片電連接，大大提高了傳感器的可靠性，實現(xiàn)了貼片式封裝，降低了封裝成本。本實用新型僅有I個壓敏電阻制作在芯片的硅薄膜的最大應(yīng)力區(qū)。

圖1是本實用新型所述采用倒裝焊接的壓阻式壓力傳感器芯片實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是SOI片上壓敏電阻的排布示意圖。
具體實施方式
如圖1和2所示，本實用新型實施例設(shè)有芯片主體，所述芯片主體設(shè)有帶方形壓力腔5的硅基底I和硅薄膜3，所述硅薄膜3表面設(shè)有一個壓敏電阻4，所述硅基底I與硅薄膜3通過硅硅直接鍵合結(jié)合；采用倒裝焊接方法將壓阻式壓力傳感器的芯片焊接在PCB板2上；所述壓敏電阻4與外電路的3個與壓敏電阻4等阻值的電阻組成一個完整的惠斯登電橋用于敏感壓力的變化。所述芯片主體可為杯狀結(jié)構(gòu)。本實用新型實施例通過SOI片和硅片的直接鍵合而成，實現(xiàn)該芯片的工藝主要分為三個階段，它們分別為硅硅直接鍵合前硅基底上的工藝流程，SOI片和硅基底直接鍵合后的工藝流程，以及芯片與外電路的連接，具體步驟如下I)硅基底部分的制備(I)硅片清洗，氧化；(2)正面涂光刻膠、掩模、曝光、顯影；(3)濕法腐蝕SiO2，腐蝕完畢后留下的SiO2圖形作為接下來腐蝕壓力腔所用的掩模；(4)腐蝕硅，形成壓力腔5 ；(5)正面涂光刻膠、掩模、曝光、顯影；(6)濕法腐蝕SiO2,在硅片的背面形成對位標記；2)裝配及后續(xù)工藝( I)通過硅硅直接鍵合工藝將SOI片和硅基底I鍵合，成一體；(2)以SOI的BOX層為腐蝕自停止層，使用濕法腐蝕對SOI片進行減薄，留下與硅基底鍵合在一起的器件層作為硅薄膜3 ；(3)涂光刻膠、掩模、曝光、顯影；(4)濕法腐蝕SiO2，腐蝕完畢后留下的SiO2圖形作為接下來重摻雜所用的掩模；[0053](5)濃硼擴散，形成連接導線7 ；(6)使用濕法腐蝕去除SiO2,重新氧化；(7)涂光刻膠、掩模、曝光、顯影；(8)使用硼擴散在敏感薄膜制作壓敏電阻4 ；(9)使用濕法腐蝕去除SiO2,重新氧化；(10)涂光刻膠、掩模、曝光、顯影；(11)濕法腐蝕SiO2，腐蝕完畢后留下的SiO2和光刻膠圖形作為接下來制作與重摻雜區(qū)域形成歐姆接觸的鋁電極所用的掩模；(12)濺射鋁，剝離鋁形成鋁電極8 ；( 13)退火，使?jié)馀鹬負诫s的硅與Al電極之間形成有效的歐姆接觸；(14)裂片；3)連接芯片外部電路采用焊球6將芯片與PCB板2上的外電路連接在一起，即制得所述采用倒裝焊接的壓阻式壓力傳感器芯片。
權(quán)利要求1.一種采用倒裝焊接的壓阻式壓力傳感器芯片，其特征在于設(shè)有芯片主體，所述芯片主體設(shè)有帶方形壓力腔的硅基底和硅薄膜，所述硅薄膜表面設(shè)有一個壓敏電阻，所述硅基底與硅薄膜通過硅硅直接鍵合結(jié)合；采用倒裝焊接方法將壓阻式壓力傳感器的芯片焊接在PCB板上；所述壓敏電阻與外電路的3個與壓敏電阻等阻值的電阻組成一個完整的惠斯登電橋。
2.如權(quán)利要求1所述的一種采用倒裝焊接的壓阻式壓力傳感器芯片，其特征在于所述芯片主體為杯狀結(jié)構(gòu)。
專利摘要一種采用倒裝焊接的壓阻式壓力傳感器芯片，涉及一種微機電系統(tǒng)器件。提供一種高可靠性，可避免壓敏電阻不一致和用于將壓阻式壓力傳感器芯片與外電路連接的金屬絲容易斷裂等問題的采用倒裝焊接的壓阻式壓力傳感器芯片及其制備方法。所述采用倒裝焊接的壓阻式壓力傳感器芯片設(shè)有芯片主體，所述芯片主體設(shè)有帶方形壓力腔的硅基底和硅薄膜，所述硅薄膜表面設(shè)有一個壓敏電阻，所述硅基底與硅薄膜通過硅硅直接鍵合結(jié)合；采用倒裝焊接方法將壓阻式壓力傳感器的芯片焊接在PCB板上；所述壓敏電阻與外電路的3個與壓敏電阻等阻值的電阻組成一個完整的惠斯登電橋。制備時，先制備硅基底部分，再進行裝配及后續(xù)工藝，最后連接芯片外部電路。
文檔編號G01L1/18GK202869715SQ201220458660
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月10日
發(fā)明者潘允敬, 傘海生, 李永欽 申請人:廈門海合達汽車電器有限公司