一种高精度硅压阻压力传感器芯片的制作方法

1.本发明涉及力学传感器技术领域，特别涉及一种高精度硅压阻压力传感器芯片。


背景技术：

2.硅压阻压力芯片在使用时需要进行封装，硅压阻压力芯片与封装外壳的连接方式为粘胶，如图1a所示。图1a为一种典型的硅压阻压力芯片to8封装，主要包含基座、压力芯片、盖帽以及粘接胶四部分，为了降低温度传感器的影响，基座一般选用可伐合金材料，因为可伐合金与硅的热膨胀系数匹配度较高。
3.硅压阻压力芯片与基座固定的方式为粘接，粘接一般使用硅橡胶，硅橡胶在长期使用的过程中天然的存在蠕变和老化效应，因此会造成硅压阻压力芯片的外部应力环境缓慢变化，硅压阻压力芯片属于应力敏感器件，这种胶的蠕变和迟滞长时间积累，会造成压力芯片输出的缓慢飘移。目前工业界为了解决硅压阻压力传感器的缓慢漂移问题，采取了一些列的手段和措施：
4.1、增加硅压阻压力芯片玻璃基底的厚度。如图1b所示，硅压阻压力芯片一般由两层结构组成，上层为硅，下层为玻璃。一般为了隔离粘接来带的应力，生产厂家会增厚玻璃，尽量减小应力从底部传递到芯片表面，这种方式虽然能够一定程度上降低应力对芯片性能的影响，但是由于传感器的结构尺寸限制，玻璃的厚度不能够做的太厚，否则许多应用场景，由于体积的限制，都不能使用；
5.2、采用低应力的粘接剂。关于这方面，国内外始终进行研究，并尝试过多种多样的粘接剂，但是由于粘接剂的材料大多数都是基于硅橡胶，硅橡胶天然的存在迟滞和蠕变效应，因此并没有根本解决硅压阻压力芯片长期漂移问题；
6.3、对封装好的压力传感器进行加速老化。国内外的研究机构通过对压力传感器进行多次温度循环、压力循环、振动等多物理场作用的方式，加速胶的迟滞和蠕变过程，期望降低硅压阻压力传感器的缓慢漂移，这种方式能够起到一定的效果，被工业界认为是较为有效的一种方式，但是也没有根本的解决硅压阻压力传感器的缓慢漂移问题；
7.以上几点手段和措施，只能够改善硅压阻压力传感器的输出缓慢漂移，不能够从根本上解决问题。
8.硅压阻压力传感器普遍存在输出随时间缓慢漂移的现象，这种现象主要由粘接胶存在缓慢的蠕变和迟滞所致，目前产业界主要采用增加硅压阻压力传感器玻璃基底厚度、采用低应力粘接剂、对压力传感器进行加速老化和应力释放等方法来缓解传感器输出随时间缓慢漂移问题，这些方法仅能够改善硅压阻压力传感器的缓慢漂移问题，不能够从根本上解决该问题。


技术实现要素：

9.提供了本技术以解决背景技术中提出的技术问题。因此需要一种高精度硅压阻压力传感器芯片，该压力传感器芯片有专门用于芯片粘接的区域，并且该区域距离压力敏感
区较远，因此能够克服由于粘胶引起的迟滞和蠕变问题，从根本上彻底解决硅压阻压力传感器的输出缓慢漂移问题。
10.为了解决上述问题，本发明提供一种高精度硅压阻压力传感器芯片，其采用的技术方案如下：
11.一种高精度硅压阻压力传感器芯片，包括基底层，所述基底层的上端设置压力敏感层，所述压力敏感层上设置压力敏感膜，所述压力敏感膜上设置有压敏电阻，所述压力敏感层上对应所述压敏电阻设置有芯片电极，所述芯片电极用于压敏电阻与外部导线进行连接的中介，在所述基底层上设置有芯片粘接区域。
12.作为优选的技术方案，所述基底层为玻璃基底层，也可以为硅基底层。
13.作为优选的技术方案，所述芯片电极为铝电极，也可以为金电极或其他复合金属电极。
14.作为优选的技术方案，所述压力敏感膜设置在所述压力敏感层的左侧，所述芯片粘接区域设置在所述基底层的右侧。
15.作为优选的技术方案，所述高精度硅压阻压力传感器芯片采用气压型to8封装或充油隔离型封装。
16.本发明的有益效果是：本发明提出了一种高精度硅压阻压力传感器芯片，该芯片的设计思路是尽量让粘接区域远离应力敏感区域，从而将胶的物理特性变化尽量少的传递至硅压阻压力芯片，提高硅压阻压力传感器的长期稳定性。
附图说明
17.图1a示出了根据现有技术中的硅压阻压力芯片的典型to8封装示意图。
18.图1b示出了根据现有技术中的硅压阻压力芯片结构图。
19.图2示出了根据本发明实施例的一种高精度硅压阻压力传感器芯片的立体结构图。
20.图3(a)示出了根据本发明实施例的一种高精度硅压阻压力传感器芯片的气压型to8封装示意图。
21.图3(b)示出了根据本发明实施例的一种高精度硅压阻压力传感器芯片的充油隔离型封装示意图。
22.图中，1为基底层，2为压力敏感层，3为压力敏感膜，4为压敏电阻，5为芯片电极，6为芯片粘接区域。
具体实施方式
23.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
24.在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为
基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
25.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
26.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
27.本发明实施例提供一种高精度硅压阻压力传感器芯片。如图2所示，该高精度硅压阻压力传感器芯片包括基底层1，所述基底层1的上端设置压力敏感层2，所述压力敏感层2上设置压力敏感膜3，所述压力敏感膜3上设置有压敏电阻4，所述压力敏感层2上对应所述压敏电阻4设置有芯片电极5，所述芯片电极5用于压敏电阻4与外部导线进行连接的中介，在所述基底层1上设置有芯片粘接区域6。
28.根据图2所示，本实施例提供的高精度硅压阻压力传感器芯片总体上表现为两层，即基底层1和压力敏感层2，基底层1优选为玻璃基底层，压力敏感层2的材料为硅，需根据压力芯片的量程不同，在压力敏感层2制作一定厚度的压力敏感膜3，当外界压力作用在压力敏感膜3上，压力敏感膜3发生弯曲，产生应力，使得上面布置得压敏电阻4发生变化，通过测量电阻的变化，可以得到压力值，压敏电阻4和芯片电极5的数量根据实际情况来确定，可以设置为1个或多个，本实施例此处不作具体限制。
29.芯片电极5一般采用铝材料，芯片电极做为压敏电阻与外部导线进行连接的中介，其与硅材料的欧姆接触电阻质量会影响整个芯片的性能。
30.芯片粘接区域6是实现将该芯片与封装管壳粘接的区域，从图2中可以看出，芯片粘接区域6距离压力敏感膜较远，因此粘接引起的迟滞和蠕变应力被有效的隔离开。
31.在实际应用过程中，硅压阻压力芯片最常见的两种封装形式，即气压型to8封装，如图3(a)所示，充油隔离型封装，如图3(b)所示。
32.图3(a)中圈出的i区域即为粘胶区域，从to8封装中可以看出，粘胶区域距离压力敏感膜较远，胶水的蠕变和迟滞被较好的隔离；图3(b)中圈出的i区域为粘胶区域，该区域距离芯片压力敏感膜较远，也能够起到隔离粘胶应力的效果。
33.综上所述，本发明实施例提供的高精度硅压阻压力传感器芯片是一种能够隔离粘胶应力的高精度压力传感器芯片结构，其至少具有以下优势：
34.1、设计了一种能够隔离粘胶应力的硅压阻压力芯片；
35.2、解决了硅压阻压力传感器输出长期缓慢漂移的问题；
36.3、该硅压阻压力传感器芯片既能够适应常见的气压型to8封装结构，也能够适应常见的充油隔离型封装结构；
37.4、该设计理念可推广至其他需要隔离粘胶应力的传感器芯片结构。
38.以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

技术特征：
1.一种高精度硅压阻压力传感器芯片，其特征在于，包括基底层，所述基底层的上端设置压力敏感层，所述压力敏感层上设置压力敏感膜，所述压力敏感膜上设置有压敏电阻，所述压力敏感层上对应所述压敏电阻设置有芯片电极，所述芯片电极用于压敏电阻与外部导线进行连接的中介，在所述基底层上设置有芯片粘接区域。2.如权利要求1所述的高精度硅压阻压力传感器芯片，其特征在于，所述基底层为玻璃基底层。3.如权利要求1所述的高精度硅压阻压力传感器芯片，其特征在于，所述芯片电极为铝电极或其他材料电极。4.如权利要求1所述的高精度硅压阻压力传感器芯片，其特征在于，所述压力敏感膜设置在所述压力芯片的一侧顶部，所述芯片粘接区域设置在所述压力芯片的另一侧底部。5.如权利要求1至4中任一项所述的高精度硅压阻压力传感器芯片，其特征在于，所述高精度硅压阻压力传感器芯片采用气压型to8封装或充油隔离型封装。

技术总结
本发明提供一种高精度硅压阻压力传感器芯片，包括基底层，所述基底层的上端设置压力敏感层，所述压力敏感层上设置压力敏感膜，所述压力敏感膜上设置有压敏电阻，所述压力敏感层上对应所述压敏电阻设置有芯片电极，所述芯片电极用于压敏电阻与外部导线进行连接的中介，在所述基底层上设置有芯片粘接区域。该芯片的设计思路是尽量让粘接区域远离应力敏感区域，从而将胶的物理特性变化尽量少的传递至硅压阻压力芯片，提高硅压阻压力传感器的长期稳定性。稳定性。稳定性。


技术研发人员：王淞立 赵虎 申建武 徐林鹏 董奎 刘泽庆
受保护的技术使用者：西安思微传感科技有限公司
技术研发日：2023.06.08
技术公布日：2023/10/6