【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于传感器封装，尤其涉及一种全硅立式无引线封装结构及其制备方法。
技术介绍
1、在高温压力测量领域中，封装结构对传感器性能、稳定性、使用寿命有着重要的影响。在高温环境下，目前国内外大多数采用两种封装结构，一是充油封装保护金丝引线的封装方式，二是硅玻键合后在玻璃通孔内添加导电焊料的无引线封装方式。由于硅油有一定的热膨胀系数，因此充油保护金丝引线的封装方式在超过200℃的环境下，硅油会发生较大的体积膨胀，导致液体泄露、封装结构被破坏，使传感器电气连接失效，降低传感器的使用寿命；同时，由于充油封装过程比较复杂，具有较高的制备成本，限制其大批量生产制造。
2、传统无引线封装结构([1]李俊龙、朱平，无引线封装的soi压阻式压力传感器设计[j].仪表技术与传感器,2017(12):20-24；[2]许姣、赵晨曦、杨健等，高温压力传感器无引线封装研究[j].遥测遥控,2023,44(6):126-131；[3]董志超、雷程、梁庭等，soi高温压力传感器无引线倒装式封装研究[j].传感器与微系统,2021,40(11):65-68.)采用硅片与玻璃基底键合的方式实现封装的气密性，同时在玻璃基底上开有通孔，孔内填入导电焊料作为电气连接；但由于硅片与玻璃在宽温度范围上热膨胀系数不一致，故当环境温度从高温到低温转变时，键合界面会产生残余热应力，长期以往会在界面上产生裂痕，破坏空腔结构，严重影响传感器使用寿命；同时，导电焊料的填充直接关系到传感器电气连接的有效性和稳定性，因此在玻璃通孔内填充导电焊料时，需严格选择导电焊料的材料、
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种全硅立式无引线封装结构及其制备方法，能够实现无金属或导电焊料参与的全硅化的封装结构，适合于超高温环境下的应用，具有制作工艺简单、电气连接稳定、成本低等优点，易于大批量生产。
2、为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
3、一种全硅立式无引线封装结构，包括传感器芯片1，传感器芯片1经高掺杂硅立式导电结构2连接在陶瓷基底3上，陶瓷基底3上连接有导电引脚4，导电引脚4和掺杂硅立式导电结构2电连接，传感器芯片1、高掺杂硅立式导电结构2、陶瓷基底3外侧连接有合金外壳5。
4、所述的传感器芯片1包括由上向下的器件层、绝缘层、支撑层；其中器件层包括四个p型掺杂压阻条1-1和五个p型高掺杂硅引线1-2，四个p型掺杂压阻条1-1通过五个p型高掺杂硅引线1-2依次连接组成惠斯通电桥；相邻p型高掺杂硅引线1-2间隔有分割细缝；支撑层设有方形质量块1-4和支撑边框1-5，方形质量块1-4与支撑边框1-5之间相隔区域为应力集中区域，p型掺杂压阻条1-1布置于应力集中区域内；绝缘层1-3位于器件层与支撑层之间，材料为sio2，实现器件层与支撑层间的电绝缘。
5、所述的传感器芯片1采用soi硅片。
6、所述的器件层为(100)晶面的单晶硅，四个p型掺杂压阻条1-1晶向一致，均沿[011]晶向。
7、所述高掺杂硅立式导电结构2选用p型高掺杂低电阻率的硅片，高掺杂硅立式导电结构2与p型高掺杂硅引线1-2通过阳极键合连接在一起；高掺杂硅立式导电结构2包括对应五个p型高掺杂硅引线1-2的五个高掺杂硅立式导线2-2，五个高掺杂硅立式导线2-2围成空腔2-1；相邻高掺杂硅立式导线2-2之间间隔有分割线段2-3，分割线段2-3中填入有sio2，实现高掺杂硅立式导线2-2之间的绝缘；同时，键合后高掺杂硅立式导电结构2表面电镀有点电极2-4。
8、所述的导电引脚4通过通孔与陶瓷基底3经玻璃焊接固连，导电引脚4顶部与陶瓷基底3接触处设有电极焊盘，电极焊盘上涂覆有一层助焊剂，将电极焊盘与高掺杂硅立式导电结构2表面上的点电极2-4对准贴合，再通过回流焊将二者焊接在一起，实现从传感器到外部设备的电气连接。
9、所述的陶瓷基底3通过玻璃胶烧结与高掺杂硅立式导电结构2固连。
10、所述的合金外壳5通过高温环氧胶与陶瓷基底3粘接。
11、所述的一种全硅立式无引线封装结构的制备方法，包括以下步骤：
12、(1)用标准rca清洗高掺杂硅立式导电结构2，除去表面附着的杂质；
13、(2)对高掺杂硅立式导电结构2进行湿法腐蚀，刻蚀出供传感器芯片1产生位移的空腔2-1；
14、(3)采用icp技术在高掺杂硅立式导电结构2的含空腔2-1一侧刻出分割线段2-3；
15、(4)传感器芯片1采用soi硅片，采用阳极键合技术将传感器芯片1的p型高掺杂硅引线1-2与高掺杂硅立式导电结构2的空腔2-1一侧对准后键合连接；
16、(5)对高掺杂硅立式导电结构2减薄直至暴露出之前刻蚀出的分割线段2-3，分割线段2-3将高掺杂硅立式导电结构2分成五个高掺杂硅立式导线2-2，高掺杂硅立式导线2-2分别与器件层的p型高掺杂硅引线1-2对应；
17、(6)采用pecvd技术在高掺杂硅立式导电结构2之间的分割线段2-3中填充sio2，实现高掺杂硅立式导线2-2之间的绝缘；
18、(7)采用icp刻蚀高掺杂硅立式导电结构2表面上的部分sio2，暴露出与电极焊盘接触的区域；
19、(8)采用电镀技术在高掺杂硅立式导电结构2表面上电镀金属，湿法腐蚀后得到点电极2-4；
20、(9)在高掺杂硅立式导电结构2表面除点电极2-4外的部分涂玻璃胶，将陶瓷基底3粘接到高掺杂硅立式导电结构2表面上，粘接后将导电引脚4与点电极2-4对准并通过回流焊将二者焊接固连。
21、步骤(3)中分割线段2-3形状与器件层上的五个p型高掺杂硅引线1-2间的分割细缝相同。
22、步骤(8)电镀金属材料依次为ti/pt/au三层金属。
23、和现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
24、本专利技术采用高掺杂硅立式导电结构2与传感器芯片1阳极键合，实现垂直方向上的电气连接和封装结构的气密性；传统无引线封装结构中采用含空腔的玻璃基底与传感器芯片键合的方式实现封装结构的气密性，由于玻璃与硅的热膨胀系数在较宽温度范围内不同，故在热循环下键合界面处会产生热应力，对传感器封装结构产生不利影响，而本专利技术高掺杂硅立式导电结构2与传感器芯片1器件层均为硅材料，同种材料间的热膨胀系数相同，故在硅硅键合界面不会出现热应力，避免了因热循环而导致的封装失效问题；同时，相较传统无引线封装采用导电浆料与导电引线烧结的方式实现电气连接，工艺复杂且成本较高，本专利技术采用高掺杂硅立式导电结构2作垂直引线，并通过金属溅射点电极与电极焊盘焊接的方式完成电气连接，大大简化工艺步骤和降低封装成本的同时提高了电气传输的稳定性和可靠性。
25、本专利技术采用soi硅片作传感器芯片1材料，避免了传统本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种全硅立式无引线封装结构，包括传感器芯片(1)，其特征在于：传感器芯片(1)经高掺杂硅立式导电结构(2)连接在陶瓷基底(3)上，陶瓷基底(3)上连接有导电引脚(4)，导电引脚(4)和掺杂硅立式导电结构(2)电连接，传感器芯片(1)、高掺杂硅立式导电结构(2)、陶瓷基底(3)外侧连接有合金外壳(5)。
2.根据权利要求1所述的一种全硅立式无引线封装结构，其特征在于：所述的传感器芯片(1)包括由上向下的器件层、绝缘层、支撑层；其中器件层包括四个P型掺杂压阻条(1-1)和五个P型高掺杂硅引线(1-2)，四个P型掺杂压阻条(1-1)通过五个P型高掺杂硅引线(1-2)依次连接组成惠斯通电桥；相邻P型高掺杂硅引线(1-)2间隔有分割细缝；支撑层设有方形质量块(1-4)和支撑边框(1-5)，方形质量块(1-4)与支撑边框(1-5)之间相隔区域为应力集中区域，P型掺杂压阻条(1-1)布置于应力集中区域内；绝缘层(1-3)位于器件层与支撑层之间，材料为SiO2，实现器件层与支撑层间的电绝缘。
3.根据权利要求1所述的一种全硅立式无引线封装结构，其特征在于：所述的传感器
4.根据权利要求1所述的一种全硅立式无引线封装结构，其特征在于：所述的器件层为(100)晶面的单晶硅，四个P型掺杂压阻条(1-1)晶向一致，均沿[011]晶向。
5.根据权利要求2所述的一种全硅立式无引线封装结构，其特征在于：所述高掺杂硅立式导电结构(2)选用P型高掺杂低电阻率的硅片，高掺杂硅立式导电结构(2)与P型高掺杂硅引线(1-2)通过阳极键合连接在一起；高掺杂硅立式导电结构(2)包括对应五个P型高掺杂硅引线(1-2)的五个高掺杂硅立式导线(2-2)，五个高掺杂硅立式导线(2-2)围成空腔(2-1)；相邻高掺杂硅立式导线(2-2)之间间隔有分割线段(2-3)，分割线段(2-3)中填入有SiO2，实现高掺杂硅立式导线(2-2)之间的绝缘；同时，键合后高掺杂硅立式导电结构(2)表面电镀有点电极(2-4)。
6.根据权利要求5所述的一种全硅立式无引线封装结构，其特征在于：所述的导电引脚(4)通过通孔与陶瓷基底(3)经玻璃焊接固连，导电引脚(4)顶部与陶瓷基底(3)接触处设有电极焊盘，电极焊盘上涂覆有一层助焊剂，将电极焊盘与高掺杂硅立式导电结构(2)表面上的点电极(2-4)对准贴合，再通过回流焊将二者焊接在一起，实现从传感器到外部设备的电气连接。
7.根据权利要求1所述的一种全硅立式无引线封装结构，其特征在于：所述的陶瓷基底(3)通过玻璃胶烧结与高掺杂硅立式导电结构2固连。
8.根据权利要求1所述的一种全硅立式无引线封装结构，其特征在于：所述的合金外壳(5)通过高温环氧胶与陶瓷基底(3)粘接。
9.权利要求1-8任一项所述的所述的一种全硅立式无引线封装结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：步骤3)中分割线段(2-3)形状与器件层上的五个P型高掺杂硅引线(1-2)间的分割细缝相同；步骤8)电镀金属材料依次为Ti/Pt/Au三层金属。
...【技术特征摘要】
1.一种全硅立式无引线封装结构，包括传感器芯片(1)，其特征在于：传感器芯片(1)经高掺杂硅立式导电结构(2)连接在陶瓷基底(3)上，陶瓷基底(3)上连接有导电引脚(4)，导电引脚(4)和掺杂硅立式导电结构(2)电连接，传感器芯片(1)、高掺杂硅立式导电结构(2)、陶瓷基底(3)外侧连接有合金外壳(5)。
2.根据权利要求1所述的一种全硅立式无引线封装结构，其特征在于：所述的传感器芯片(1)包括由上向下的器件层、绝缘层、支撑层；其中器件层包括四个p型掺杂压阻条(1-1)和五个p型高掺杂硅引线(1-2)，四个p型掺杂压阻条(1-1)通过五个p型高掺杂硅引线(1-2)依次连接组成惠斯通电桥；相邻p型高掺杂硅引线(1-)2间隔有分割细缝；支撑层设有方形质量块(1-4)和支撑边框(1-5)，方形质量块(1-4)与支撑边框(1-5)之间相隔区域为应力集中区域，p型掺杂压阻条(1-1)布置于应力集中区域内；绝缘层(1-3)位于器件层与支撑层之间，材料为sio2，实现器件层与支撑层间的电绝缘。
3.根据权利要求1所述的一种全硅立式无引线封装结构，其特征在于：所述的传感器芯片(1)采用soi硅片。
4.根据权利要求1所述的一种全硅立式无引线封装结构，其特征在于：所述的器件层为(100)晶面的单晶硅，四个p型掺杂压阻条(1-1)晶向一致，均沿[011]晶向。
5.根据权利要求2所述的一种全硅立式无引线封装结构，其特征在于：所述高掺杂硅立式导电结构(2)选用p型高掺杂低电阻率的硅片，高掺杂硅立式导电结构(2)...
【专利技术属性】
技术研发人员：李村，秦川界，赵玉龙，郝乐，艾嘉宾，卜凯，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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