一种航空用高温压力芯片设计与封装技术研究

文中研制了一种基于微机电系统(MEMS)技术的硅压阻式绝缘体上硅(SOI)高温压力芯片。从压力芯片结构设计、关键尺寸计算以及有限元分析等方面考虑,对压力芯片可动膜片进行了结构优化;从压敏电阻条的注入位置、几何形状、器件噪声分析和计算等方面设计,确定了压敏电阻条的最优尺寸;压力芯片采用薄膜隔离充油封装工艺,通过设计创新金丝焊接路径、工艺及方法,金丝抗拉强度提升了1倍。性能测试结果表明,研制的高温压力芯片量程为0~1 MPa,室温条件下满量程输出大于90 mV,线性度优于±0.1%FS,重复性优于±0.01%FS。在-55~150℃温度范围内,高低温漂移均优于±0.01%FS/℃。100000次高低压交变循环试验后,传感器零点和满量程漂移优于±0.1%FS。

一种高温压阻式压力传感器的制备与倒装焊接

通过高温烧结技术得到了总体尺寸为15 mm×15 mm×0.6 mm的低温共烧陶瓷（LTCC）转接基板,并通过丝网印刷方式将转接焊盘的图形转移到经过高温烧结的LTCC转接基板上,形成金凸点和互连线图形;同时利用MEMS工艺中的刻蚀、氧化、金属蒸发和静电键合等工艺制备出SOI高温压力敏感芯片,最后通过采用各向异性导电胶的装配方式将高温压力敏感芯片倒装焊接到氧化铝陶瓷基板上,对倒装封装的敏感芯片进行高温下的加压测试。高温压力测试结果表明,在220℃的高温环境下,0~600 kPa的测试压力范围内,传感器的输出电压-外部气压曲线呈现出良好的线性特征,线性范围大且迟滞性小,可望用于220℃恶劣环境下的压力测量。