一種熱式壓力傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是涉及半導(dǎo)體封裝領(lǐng)域，尤其涉及一種熱式MEMS壓力傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子產(chǎn)品小型化微型化的發(fā)展，電子產(chǎn)品對(duì)其內(nèi)部元器件小型化的要求越來越高。壓力傳感器作為常見的傳感器，應(yīng)用于多種電子產(chǎn)品內(nèi)，故壓力傳感器的小型化設(shè)計(jì)也成為關(guān)注重點(diǎn)。為了保證壓力傳感器的小型化設(shè)計(jì)，基于微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)的壓力傳感器越來越受到人們關(guān)注?；贛EMS技術(shù)的壓力傳感器，包括基板，固定于所述基板的外殼，所述基板與所述外殼構(gòu)成所述壓力傳感器外部封裝結(jié)構(gòu)。所述外部封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)、所述基板上固定設(shè)置有壓力傳感器芯片和集成電路芯片，壓力傳感器芯片與集成電路芯片通過金屬引線打線的方式電連接，基板上設(shè)置有焊盤，基板焊盤將壓力傳感器內(nèi)部芯片與外部電子電路電連接，同時(shí)，壓力傳感器通過焊盤固定于外部主板上。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的壓力傳感器，壓力傳感器芯片直接固定于基板上，在壓力傳感器裝配、使用過程中，基板受到的應(yīng)力會(huì)傳導(dǎo)至壓力傳感器芯片上，壓力傳感器芯片感應(yīng)該應(yīng)力，使壓力傳感器產(chǎn)生誤差，導(dǎo)致壓力傳感器性能問題。
[0003]現(xiàn)有的壓力傳感器不僅成本高，集成度低，而且測(cè)試壓力的精度較低。
[0004]因此，有必要提出一種新的方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種低成本，高集成度，體積小，高靈敏度的熱式MEMS壓力傳感器。
[0006]為達(dá)成前述目的，本發(fā)明的熱式壓力傳感器，其特征在于:其包括:
[0007]—基片，其形成有凹槽，所述凹槽的開口部設(shè)置有薄膜，所述薄膜將所述凹槽封閉為腔體，所述腔體中設(shè)置有熱電偶和加熱器，所述熱電偶分別位于所述加熱器的內(nèi)側(cè)和外側(cè)。
[0008]作為本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，所述熱電偶和加熱器位于同一平面。
[0009]作為本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，所述加熱器內(nèi)側(cè)熱電偶TPl和外側(cè)熱電偶TP2相對(duì)所述腔體中心呈對(duì)稱分布。
[0010]作為本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，所述熱電偶和加熱器位于腔體內(nèi)懸空的橋梁結(jié)構(gòu)上。
[0011]作為本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，所述加熱器產(chǎn)生熱量，在腔體內(nèi)建立溫度場(chǎng)，在沒有額外壓力的情況下，加熱器內(nèi)側(cè)熱電偶TPl和外側(cè)熱電偶TP2與薄膜的間距均為do，加熱器內(nèi)側(cè)熱電偶TPl感受加熱器的溫度為T10，加熱器外側(cè)熱電偶TP2感受加熱器的溫度為T20，內(nèi)側(cè)熱電偶TPl和外側(cè)熱電偶TP2的溫差為:Τ10-Τ20 =Δ T0,
[0012]所述薄膜受到外部壓力發(fā)生形變，內(nèi)側(cè)熱電偶TPl和外側(cè)熱電偶ΤΡ2與薄膜的間距分為變?yōu)樯胶蚫2，內(nèi)側(cè)熱電偶TPl的熱量同時(shí)向上和向下傳遞，則所述內(nèi)側(cè)熱電偶TPl的溫度變?yōu)門l I，所述外側(cè)熱電偶TP2的熱量同時(shí)向上、向下和向腔體側(cè)壁傳遞，則所述外側(cè)熱電偶TP2的溫度變?yōu)門21，則內(nèi)側(cè)熱電偶TPl和外側(cè)熱電偶TP2的溫度的溫差變?yōu)?T11-T21 =Δ T1,
[0013]由于薄膜受到外部壓力變化而導(dǎo)致的腔體內(nèi)溫度的變化可得到:
[0014]δ = AT0-AT1,
[0015]其中，不同的δ值對(duì)應(yīng)不同的薄膜的形變量和外部壓力P，
[0016]P 00 δ 0
[0017]作為本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，所述基片的材料為硅、玻璃、石英、陶瓷中的一種或多種。
[0018]作為本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，所述熱電偶和加熱器將封閉的腔體分為上腔體和下腔體。
[0019]本發(fā)明的有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0020](I)本發(fā)明的熱式壓力傳感器，其制作成本低。
[0021](2)本發(fā)明的熱式壓力傳感器，其具有高集成度。
[0022](3)本發(fā)明的熱式壓力傳感器，其體積小，節(jié)約空間。
[0023](4)本發(fā)明的熱式壓力傳感器，其具有高靈敏度，測(cè)量壓力的精度高。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明熱式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2是圖1的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3是圖1的剖視示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0028]此處所稱的“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”是指可包含于本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。在本說明書中不同地方出現(xiàn)的“在一個(gè)實(shí)施例中”并非均指同一個(gè)實(shí)施例，也不是單獨(dú)的或選擇性的與其他實(shí)施例互相排斥的實(shí)施例。
[0029]請(qǐng)參閱圖1-3。圖1是本發(fā)明熱式壓力傳感器未受壓時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明熱式壓力傳感器受壓時(shí)的剖視示意圖。如圖1-3所示，所述熱式壓力傳感器包括一基片100，其形成有凹槽，所述凹槽的開口部設(shè)置有可以受壓形變的薄膜104，所述薄膜104將所述凹槽封閉為腔體200，所述腔體200中設(shè)置有熱電偶101，102和加熱器103，所述熱電偶101，102分別位于所述加熱器103的內(nèi)側(cè)和外側(cè)。所述熱電偶101，102和加熱器103位于同一平面。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，所述加熱器103內(nèi)側(cè)熱電偶TPllOl和外側(cè)熱電偶ΤΡ2102相對(duì)所述腔體200中心呈對(duì)稱分布。在該實(shí)施例中，所述熱電偶101，102和加熱器103位于腔體200內(nèi)懸空的橋梁結(jié)構(gòu)105上。加熱器103和熱電偶通過標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體工藝加工制作。通過深硅刻蝕和晶圓級(jí)封裝技術(shù)形成空腔。受壓薄膜可通過調(diào)整其厚度以滿足根據(jù)不同的量程和精度需求。
[0030]傳感器在工作時(shí)，加熱器產(chǎn)生熱量，在腔體200內(nèi)形成溫度場(chǎng)，內(nèi)外熱電偶件通過差分檢測(cè)腔體內(nèi)特定位置的溫度變化。在該實(shí)施例中，所述腔體內(nèi)特定的位置是指腔體的腔壁的任意位置。本發(fā)明中，受壓腔壁和熱電偶之間的熱量傳導(dǎo)主要通過三個(gè)途徑:熱輻射，熱傳導(dǎo)，熱對(duì)流。由于傳感器的功耗較低(毫瓦級(jí)別)，受壓腔壁和加熱器的間距很小(幾十微米級(jí)別)，熱傳導(dǎo)是主導(dǎo)的熱量傳遞途徑。在不同的