无引线封装压力芯片柔性触觉测量传感器及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种无引线封装压力芯片柔性触觉测量传感器及制备方法，包括柔性电路板和固定在柔性电路板上的无引线封装压力芯片；无引线封装压力芯片包括固定连接的硅片和玻璃转接板；硅片上开设有背腔，背腔背面为硅膜，硅膜上设置有四个压敏电阻，四个压敏电阻通过重掺杂引线相连形成惠斯通电桥，并通过四个金属焊盘引出电压信号输出接口；玻璃转接板上开设有四个通孔，通孔中设置有金属柱；四个金属焊盘分别和四个金属柱连接。本发明专利技术压力芯片采用无引线封装结构，芯片背面接触被测介质，采用倒装的方法使正面金属焊盘与底部的玻璃转接板相连接，形成稳定结构，防止传统压力芯片封装中金丝引线断裂及短路情况发生。封装中金丝引线断裂及短路情况发生。封装中金丝引线断裂及短路情况发生。

【技术实现步骤摘要】
无引线封装压力芯片柔性触觉测量传感器及制备方法


[0001]本专利技术属于柔性触觉测量传感器
，具体涉及无引线封装压力芯片柔性触觉测量传感器及制备方法。

技术介绍

[0002]随着科学技术和现代化水平的提升，压力领域的监测要求也越来越高，普通的刚性传感器已经无法满足人们生活的实际需求，近几年来柔性电子、微纳制造领域的快速发展，使得无规则柔性表面的压力监测形式也多种多样起来，其适用于生物、医疗各种领域，可实现对心跳、脉搏、触觉等微小压力的测量与监测。柔性压力传感器由于其体积小，厚度薄，弯曲度高且柔性材料基本无毒无害，与人体具有良好的相容性，在医疗设备，智能机器人，可穿戴设备等领域得到了大量的研究与应用。
[0003]近年来，柔性压力传感器已不再局限于对单一或少量点的压力监测，现有的柔性压力传感器可分为压电式、电容式、压阻式等等，例如申请号为202120645040.7的专利提出了一种基于陶瓷基板的阵列式压力测量装置，利用新型陶瓷电路片集成电路互连结构，使得装置具有优良的电学及热学性能，但其结构复杂，工艺繁琐，且芯片与基底连接为引线连接，在检测受力时容易发生引线断裂导致出现断路情况，强度及稳定性不足。除此之外，有些柔性传感器采用金属箔片式电阻应变片，应变片以阵列形式来测量压力，但是应变片厚度较大且柔性不好，在弯曲形变时容易与柔性材料基底脱离；还有采用印刷工艺直接印刷的压力传感器，此技术制成的传感器能够实现对压力的感知，适合大面积集成应用，但其测量精度低，且实际使用过程中印刷的导电银浆容易脱落，影响传感器的使用效果。因此，现有的柔性检测传感器的精度较差，且其芯片尺寸偏大，实现微型化的难度更高，在需要高精度测量的场合如机械手、柔性皮肤等，现有的柔性传感器无法满足其测量需求。

技术实现思路

[0004]针对以上不足，本专利技术利用无引线封装芯片实现3D方向上的集成，其具有优良的可靠性和准确性，在柔性电路板上集成传感器芯片阵列来测量压力，相比于传统柔性压力传感器，硅压力芯片测量精度通常优于0.5％FS，所以其测量精度更高，稳定性更好。
[0005]为达到上述目的，本专利技术所述无引线封装压力芯片柔性触觉测量传感器，包括柔性电路板和固定在柔性电路板上的多个无引线封装压力芯片；所述无引线封装压力芯片包括固定连接的硅片和玻璃转接板；所述硅片上开设有背腔，所述背腔背面为硅膜，硅膜上设置有四个压敏电阻，所述四个压敏电阻通过重掺杂引线相连形成惠斯通电桥，并通过四个金属焊盘引出电压信号输出接口；所述玻璃转接板上开设有四个通孔，所述通孔中设置有金属柱；所述四个金属焊盘分别和四个金属柱连接；所述玻璃转接板与硅片键合的一侧开设有方形槽。
[0006]进一步的，背腔中设置有十字梁，所述四个压敏电阻位于十字梁的四个端部外侧。
[0007]进一步的，无引线封装压力芯片与柔性电路板连接的一面以及柔性电路板被柔性
胶覆盖。
[0008]进一步的，引线封装压力芯片在柔性电路板上阵列排布。
[0009]进一步的，无引线封装压力芯片柔性触觉测量传感器采用多节式布置。
[0010]进一步的，柔性电路板上的两个电源正极和两个电源负极交叉设置。
[0011]进一步的，金属柱为铜柱、钨柱或银柱。
[0012]一种无引线封装压力芯片柔性触觉测量传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0013]S1、在硅片正面进行浓硼注入，形成重掺杂引线；
[0014]S2、在硅片正面进行硼离子注入，形成四个压敏电阻；
[0015]S3、采用蒸镀工艺在硅片表面制备四个金属焊盘；
[0016]S4、在硅片上进行背腔刻蚀，形成硅膜；
[0017]S5、在玻璃片上加工四个通孔；
[0018]S6、在通孔内壁沉积种子层；
[0019]S7、用金属填充通孔，在通孔内形成金属柱，得到玻璃转接板；
[0020]S8、将金属柱与金属焊盘逐一对准，将玻璃转接板上和硅片进行硅
‑
玻璃阳极键合；
[0021]S9、切割晶圆，释放单个的无引线封装压力芯片；
[0022]S10、将若干无引线封装压力芯片底部通过植球焊锡固定在柔性电路板上，得到无引线封装压力芯片柔性触觉测量传感器。
[0023]进一步的，S5中的通孔为锥形通孔。
[0024]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益的技术效果：
[0025]本专利技术压力芯片采用无引线封装结构，芯片背面接触被测介质，采用倒装的方法使正面金属焊盘与底部的玻璃转接板相连接，利用无引线封装技术实现电路连接，硅和玻璃整体连接在一起形成稳定结构，防止传统压力芯片封装中金丝引线断裂及短路情况发生，增强可靠性。由于本专利技术提供的传感器中的无引线封装压力芯片无引线，所以也不存在阵列点间由于引线产生的干扰。
[0026]进一步的，背腔中设置有十字梁，四个压敏电阻位于十字梁的四个端部外侧，十字梁实现了应力集中，将压敏电阻布置于硅膜的应力最大处，提高传感器的灵敏度，提高了测量精度。
[0027]进一步的，玻璃转接板与硅片键合的一端开设有方形槽，为硅膜的受压变形提供缓冲区，防止膜片因压力过大发生破裂而导致芯片性能失效。
[0028]进一步的，无引线封装压力芯片在柔性电路板上以阵列形式排布，每个芯片都能够独立采集压力数据并进行传输，实现了同时采集多点压力数据的技术效果，相比于单芯片测量，采集数据更多；无引线封装压力芯片采用规律的阵列排布，使得柔性电路板上的引线比较规整，降低了信号采集电路的复杂性，实现柔性平面上压力的高精度测量。
[0029]进一步的，利用无引线封装压力芯片阵列分布在柔性电路板上，模拟人类手指指节的三段式分布，更加符合人体工程学，使得触觉压力测量更为真实有效，实现对触觉信息的感知。
[0030]进一步的，通过在芯片阵列及柔性电路板上涂覆柔性胶，利用柔性胶材料实现触觉力的无损传递，且可以对传感器内部结构进行保护。
[0031]本专利技术所述的制备方法，采用MEMS工艺制备无引线封装压力芯片13，可以实现高精度、大批量、低成本的制备，极大提高了柔性传感器阵列的应用范围。同时，无引线封装压力芯片底部通过植球焊锡固定在柔性电路板上，其连接面积小，为在柔性电路板上布置芯片节省了空间，微型化封装缩短了信号的传输路径，相比于粘胶连接，连接强度高，不易脱落。
附图说明
[0032]图1是本专利技术的无引线封装压力芯片结构示意图；
[0033]图2是本专利技术的无引线封装压力芯片的硅片部分工艺版图示意图；
[0034]图3是本专利技术的无引线封装压力芯片的玻璃片部分工艺版图示意图；
[0035]图4是本专利技术的柔性触觉测量传感器部分剖面示意图；
[0036]图5是本专利技术的柔性触觉测量传感器电路结构示意图。
[0037]其中：1
‑
硅片，2
‑
重掺杂引线，3
‑
压敏电阻，4
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无引线封装压力芯片柔性触觉测量传感器，其特征在于，包括柔性电路板（14）和固定在柔性电路板（14）上的多个无引线封装压力芯片（13）；所述无引线封装压力芯片（13）包括固定连接的硅片（1）和玻璃转接板（6）；所述硅片（1）上开设有背腔，所述背腔背面为硅膜，硅膜上设置有四个压敏电阻，所述四个压敏电阻通过重掺杂引线（2）相连形成惠斯通电桥，并通过四个金属焊盘（5）引出电压信号输出接口；所述玻璃转接板（6）上开设有四个通孔，所述通孔中设置有金属柱；所述四个金属焊盘（5）分别和四个金属柱连接；所述玻璃转接板（6）与硅片（1）键合的一侧开设有方形槽（10）。2.根据权利要求1所述的一种无引线封装压力芯片柔性触觉测量传感器，其特征在于，所述背腔中设置有十字梁（4），所述四个压敏电阻位于十字梁（4）的四个端部外侧。3.根据权利要求1所述的一种无引线封装压力芯片柔性触觉测量传感器，其特征在于，所述无引线封装压力芯片（13）与柔性电路板（14）连接的一面以及柔性电路板（14）被柔性胶（16）覆盖。4.根据权利要求1所述的一种无引线封装压力芯片柔性触觉测量传感器，其特征在于，所述引线封装压力芯片（13）在柔性电路板（14）上阵列排布。5.根据权利要求1所述的一种无引线封装压力芯片柔性触觉测量传感器，其特征在于，所述无引线封装压力芯片柔性触觉测量传感器采用...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩香广，卢旭浩，赵立波，苏文斌，华迎利，任伟，卫红波，皇咪咪，高漪，樊姝，尚钰杰，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：