專利名稱：雙面同時(shí)靜電封接的結(jié)構(gòu)型力敏傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及傳感器制造技術(shù)領(lǐng)域，一種雙面同時(shí)靜電封接的結(jié)構(gòu)型力敏傳感器。
背景技術(shù)：
靜電封接工藝是目前半導(dǎo)體傳感器制作中普遍采用的一項(xiàng)技術(shù)。但對于新近發(fā) 展起來的新型的帶有可動(dòng)島的結(jié)構(gòu)型力敏傳感器，常規(guī)的靜電封接工藝已無法滿足其小間 隙(間隙通常小于10微米)封接的特殊要求。首先，在實(shí)施靜電封接時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)極板 粘連問題，如圖9所示在硅片1和玻璃2封接的過程中，由于可動(dòng)質(zhì)量塊4和玻璃2之間 的間隙比較小，質(zhì)量塊4會(huì)在外加的封接電壓的作用下，由于靜電相吸質(zhì)量塊4被吸到玻璃 2上，導(dǎo)致封接后質(zhì)量塊4和玻璃2被粘結(jié)在一起，這種粘連會(huì)造成傳感器封接后的性能失 效，這是不希望發(fā)生的。采用差動(dòng)原理制作的傳感器在封接完成一面極板，即使在第一面封 接時(shí)沒有粘連，但在封接另一面極板時(shí)也還會(huì)遇到上述問題，如圖10所示，上層的玻璃與 硅片為采用圖9方式已封接好的結(jié)構(gòu)，與下層玻璃進(jìn)行靜電封接成差動(dòng)傳感器器件，也會(huì) 引起極板粘連，這會(huì)導(dǎo)致成品率非常低。其次，目前報(bào)道的實(shí)施的靜電封接工藝方法都是單 面分別封接，即都是采用先封接一面極板之后再封接另一面極板，在傳感器結(jié)構(gòu)封裝實(shí)現(xiàn) 方面效率不高。所以發(fā)展一種可實(shí)現(xiàn)高效雙面同時(shí)封接的結(jié)構(gòu)型力敏傳感器十分必要。經(jīng) 國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)及專利報(bào)道的檢索，目前還未見雙面同時(shí)靜電封接的結(jié)構(gòu)型力敏傳感器的 報(bào)導(dǎo)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供雙面同時(shí)靜電封接的結(jié)構(gòu)型力敏傳感器，可一次性完成 層疊結(jié)構(gòu)的全硬封連接，不僅性能指標(biāo)優(yōu)于常規(guī)封接的傳感器，而且生產(chǎn)效率高，適于產(chǎn)業(yè)
化生產(chǎn)。本實(shí)用新型雙面同時(shí)靜電封接的結(jié)構(gòu)型力敏傳感器，由上下兩個(gè)差動(dòng)電容構(gòu)成， 采用雙面拋光硅片作為電容敏感傳感器的中心極板，采用拋光玻璃做為固定極板，硅中心 極板和玻璃固定極板采用硅微機(jī)械加工技術(shù)制作圖形結(jié)構(gòu)，其特征在于玻璃固定極板上有 金屬電極層，硅中心極板上帶有周邊薄區(qū)支撐的可動(dòng)島，上、下玻璃極板和硅中心極板上都 有金屬壓焊點(diǎn)，上、下玻璃的壓焊點(diǎn)上的電極引線同時(shí)與直流電源負(fù)電極連接，硅中心極板 上的壓焊電極引線與直流電源正電極連接，在封接條件下可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的雙面同時(shí)靜電封 接。本實(shí)用新型提出的結(jié)構(gòu)型力敏傳感器，采用的層疊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)在常規(guī)的靜 電封接裝置上完成雙面同時(shí)靜電封接工藝，操作方便，在完成雙面同時(shí)封接的同時(shí)，還避免 了極板粘連，保證了傳感器具有良好的氣密性和高的連接強(qiáng)度，并確保極板間隙和撓度特 性不受靜電封接工藝的影響，使封接效率明顯提高，一致性好，保證傳感器的性能穩(wěn)定、可 靠，適于大批量生產(chǎn)，是工程化生產(chǎn)的必由之路。
圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1中玻璃2a、2b的俯視圖；圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例2中玻璃2c、2d的俯視圖；圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例1中硅中心極板1的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例2中硅中心極板1的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本實(shí)用新型設(shè)計(jì)傳感器的實(shí)施例1示意圖；圖6為本實(shí)用新型設(shè)計(jì)傳感器的實(shí)施例2示意圖；圖7a為實(shí)例1的硅電容差壓傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；圖7b為實(shí)例1的硅電容差壓傳感器結(jié)構(gòu)剖面示意圖；圖8a為實(shí)例2的加速度傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；圖8b為實(shí)例2的加速度傳感器結(jié)構(gòu)剖面示意圖；圖9為有可動(dòng)島4的、有粘連現(xiàn)象常規(guī)靜電封接工藝的示意圖；圖10為常規(guī)的差動(dòng)結(jié)構(gòu)靜電封接粘連現(xiàn)象示意具體實(shí)施方式
實(shí)施例1 雙面同時(shí)靜電封接的結(jié)構(gòu)型力敏傳感器如硅電容差壓傳感器，是一種 可實(shí)現(xiàn)雙面同時(shí)靜電封接的結(jié)構(gòu)型力敏傳感器，其特征是玻璃_硅-玻璃的層疊結(jié)構(gòu)，硅中 心極板1采用如圖3所示結(jié)構(gòu)，上玻璃2a、下玻璃2b采用如圖1所示的結(jié)構(gòu)，其核心部分 由上下兩個(gè)差動(dòng)電容構(gòu)成，采用雙面拋光硅片作為電容敏感傳感器的硅中心極板1，采用拋 光玻璃做為固定極板2a、2b。硅中心極板1和玻璃固定極板2a、2b采用硅微機(jī)械加工技術(shù) 制作圖形結(jié)構(gòu)，包括采用濺射工藝、光刻腐蝕工藝，壓焊工藝、靜電封接工藝。玻璃固定極板 2a、2b上制作有金屬電極，平面中心有孔e，上、下面及孔的側(cè)壁均有濺射工藝形成的金屬 電極層5，孔e的側(cè)壁的金屬導(dǎo)電層相當(dāng)于金屬連線8，將金屬電極層5端引出，在封接時(shí)候 用來壓焊電極引線。硅中心極板1則采用異性腐蝕工藝加工出封接面邊框12、薄區(qū)13、周 邊薄區(qū)支撐的可動(dòng)島4，在硅中心極板1的封接面之外，有預(yù)先制作的壓焊點(diǎn)6，焊點(diǎn)上采用 壓焊工藝焊接引線7作為封接電壓的電極引入線，可動(dòng)島4與金屬電極5形成差動(dòng)電容形 式，硅電容差壓傳感器的結(jié)構(gòu)及剖面示意圖分別如圖7a、7b所示。該實(shí)用新型結(jié)構(gòu)型力敏傳感器可實(shí)現(xiàn)雙面同時(shí)靜電封接，實(shí)現(xiàn)的方式見圖5 將 上玻璃2a、硅中心極板1、下玻璃2b、加熱板3由上至下疊放，將硅中心極板1上的可動(dòng)島4 和上玻璃2a、下玻璃2b上的金屬電極層5相互對準(zhǔn)，將硅中心極板1上的電極引線7和直 流電壓的正極相接。上、下玻璃極板可根據(jù)實(shí)際需要采用壓焊工藝在金屬電極層5上焊接 硅鋁絲作為上玻璃2a、下玻璃2b封接電壓的電極引入線，將上玻璃2a、下玻璃2b同時(shí)連接 封接電壓的負(fù)極；也可以采用直接在上玻璃2a、下玻璃2b上搭接金屬電極同時(shí)接封接電壓 的負(fù)極，完成層疊結(jié)構(gòu)的雙面同時(shí)靜電封接。必須保證上玻璃2a、下玻璃2b極板的電位相 同、且同時(shí)接到直流電壓的負(fù)極，不能反接。加工時(shí)，將置于控溫加熱器上的可導(dǎo)電的加熱板3，預(yù)先加熱到封接溫度，然后按 上述方法將被封件定位放好并連接好電源極性，預(yù)熱大約2分鐘，使上下三層結(jié)構(gòu)達(dá)到封 接所需溫度。這時(shí)打開直流電源，一般來說，封接溫度范圍380°C 450°C，封接電壓范圍600V 1000V，封接時(shí)間為IOmin 15min。待器件封接完成后，關(guān)掉直流電源，斷開電極引 線，把封接后的敏感器件從加熱器上移開，讓其在室溫下自然降溫。實(shí)施例2 雙面同時(shí)靜電封接的結(jié)構(gòu)型力敏傳感器如硅電容加速度傳感器，是另 一種可實(shí)現(xiàn)雙面同時(shí)靜電封接的結(jié)構(gòu)型傳感器。硅電容加速度傳感器中層疊部件采用如實(shí) 施例1由上至下玻璃-硅-玻璃-加熱板次序疊放，電源接法也同上述實(shí)施例1，其特征是 硅中心極板1采用如圖4所示結(jié)構(gòu)，上玻璃2c、下玻璃2d與金屬電極層5的結(jié)構(gòu)與上述實(shí) 施例1不同，見圖2所示的結(jié)構(gòu)。硅中心極板1上有一可動(dòng)島4，可動(dòng)島4通過薄梁區(qū)13和 封接面邊框12連接，采用異性腐蝕工藝把不需要的部分腐蝕減薄而成，加工出封接面的邊 框12、薄梁區(qū)13和可動(dòng)島4，在封接面上的相應(yīng)部位有槽11容納上玻璃2c、下玻璃2d上 的金屬電極連線8，保證硅中心極板1和電極5在封接工藝完成后的電絕緣，參見圖6 在硅 材料1的封接面之外，有預(yù)先制作的壓焊點(diǎn)6，焊點(diǎn)上采用壓焊工藝焊接引線7作為封接電 壓的電極引入線。上玻璃2c和下玻璃2d的結(jié)構(gòu)見圖2，采用濺射工藝在上玻璃2c、下玻璃 2d表面形成金屬電極層5，再用光刻腐蝕工藝將金屬電極層5加工出與邊緣壓焊點(diǎn)10相連 的金屬電極連線8，作為玻璃固定極板電容電極引出線9。該實(shí)用新型結(jié)構(gòu)型力敏傳感器可實(shí)現(xiàn)雙面同時(shí)靜電封接，實(shí)現(xiàn)的方式見圖6。加 工時(shí)，封接電壓的正電位必須通過引線7加至硅中心極板1上，而封接電壓的負(fù)電位必須同 時(shí)加至上、下玻璃2c、2d極板上，不能反接。實(shí)際操作時(shí)，可在上玻璃2c的壓焊點(diǎn)10上采 用壓焊工藝焊上一硅鋁絲作為封接電壓的電極引線9將上玻璃2c接封接電壓的負(fù)極，也可 采用直接搭接金屬電極的方式將上玻璃2c接封接電壓的負(fù)極(上玻璃2c因?yàn)樵诜饨訙囟?下，玻璃由原來的絕緣體變成了固態(tài)電解質(zhì)，具有一定的導(dǎo)電性)。下玻璃2d既可通過導(dǎo)電 的加熱板3過渡，也可同上玻璃2c通過在壓焊點(diǎn)10上壓焊硅鋁絲作為封接電壓的電極引 線9接封接電壓的負(fù)極。加電壓時(shí)，由于硅片極板上、下所受的靜電力相等且方向相反，所 以硅片極板保持靜止，從而防止粘連。本新型雙面同時(shí)靜電封接的結(jié)構(gòu)型力敏傳感器，在實(shí)現(xiàn)玻璃-硅-玻璃層疊結(jié)構(gòu) 一次性同時(shí)完成靜電封接的同時(shí)，還避免了極板粘連，既提高了傳感器制作的成品率，又大 幅度地提高了生產(chǎn)效率。該新型在批量化生產(chǎn)過程中，具有很好的實(shí)用性。
權(quán)利要求雙面同時(shí)靜電封接的結(jié)構(gòu)型力敏傳感器，由玻璃 硅 玻璃極板組成差動(dòng)層疊結(jié)構(gòu)，硅中心極板采用雙面拋光硅片，固定極板采用拋光玻璃，采用硅微機(jī)械加工技術(shù)制作，包括采用濺射工藝、光刻腐蝕工藝，壓焊工藝、靜電封接工藝，其特征是上、下玻璃極板和硅中心極板上都有圖形結(jié)構(gòu)和壓焊點(diǎn)，上、下玻璃極板通過壓焊點(diǎn)上的電極引線同時(shí)接電源負(fù)極，硅中心極板通過壓焊點(diǎn)上的電極引線與直流電源正電極連接，在封接條件下實(shí)現(xiàn)玻璃 硅 玻璃層疊結(jié)構(gòu)的雙面同時(shí)靜電封接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙面同時(shí)靜電封接的結(jié)構(gòu)型力敏傳感器，其特征在于硅電 容差壓傳感器的層疊結(jié)構(gòu)由上至下疊放的次序?yàn)樯喜Ａ?2a)、硅中心極板(1)、下玻璃 (2b)，硅材料(1)上的可動(dòng)島(4)與上玻璃(2a)、下玻璃(2b)上的金屬電極層(5)相互對 準(zhǔn)，上、下玻璃極板和硅中心極板上都有圖形結(jié)構(gòu)和壓焊點(diǎn)，上、下玻璃極板(2a、2b)通過 壓焊點(diǎn)上的電極引線同時(shí)接電源負(fù)極，硅中心極板通過壓焊點(diǎn)上的電極引線(7)與電源正 電極連接，
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙面同時(shí)靜電封接的結(jié)構(gòu)型力敏傳感器，其特征在于硅電容 差壓傳感器的上玻璃(2a)、下玻璃(2b)平面中心有孔(e)，上、下面及孔的側(cè)壁均有濺射工 藝形成的金屬電極層(5)，孔(e)側(cè)壁的金屬導(dǎo)電層相當(dāng)于金屬連線(8)，將金屬電極層(5) 端引出作為封接電壓的電極引線。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙面同時(shí)靜電封接的結(jié)構(gòu)型力敏傳感器，其特征在于硅電容 差壓傳感器還可以由壓焊在電極層(5)上的硅鋁絲作為上玻璃(2a)、下玻璃(2b)封接電壓 的電極引入線同時(shí)接封接電壓的負(fù)極。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙面同時(shí)靜電封接的結(jié)構(gòu)型力敏傳感器，其特征在于硅電容 差壓傳感器中也可以直接在上玻璃(2a)、下玻璃(2b)上搭接金屬電極同時(shí)接封接電壓的 負(fù)極。
6.一種雙面同時(shí)靜電封接的結(jié)構(gòu)型傳感器，其特征在于硅電容加速度傳感器的層疊結(jié) 構(gòu)由上至下疊放的次序?yàn)樯喜Ａ?2c)、硅中心極板(1)、下玻璃(2d)、加熱板(3)，硅中心 極板(1)上的可動(dòng)島(4)與上玻璃(2c)、下玻璃(2d)上的金屬電極層(5)相互對準(zhǔn)，硅中 心極板⑴上的電極引線(7)和直流電壓的正極相接，在上玻璃(2c)上表面直接搭接金屬 電極和直流電壓的負(fù)極相連，加熱板(3)連接到直流電壓的負(fù)電極，下玻璃(2b)通過導(dǎo)電 的加熱板⑶也和直流電壓的負(fù)極相連，上玻璃(2c)、下玻璃(2d)極板同時(shí)接等電位并接 直流電壓的負(fù)極。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙面同時(shí)靜電封接的結(jié)構(gòu)型力敏傳感器，其特征在于硅電容 加速度傳感器的層疊結(jié)構(gòu)上玻璃(2c)也可以通過在其邊緣壓焊點(diǎn)(10)上采用壓焊工藝 焊上一硅鋁絲作為封接電壓的電極引線(9)接封接電壓的負(fù)極。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙面同時(shí)靜電封接的硅電容加速度傳感器，其特征在于中心 有一可動(dòng)島(4)的硅中心極板(1)邊緣為封接面(12)，在封接面上的相應(yīng)部位有槽(11)， 可容納上玻璃(2c)、下玻璃(2d)上的金屬電極連線(8)，在硅中心極板(1)的封接面之外， 有預(yù)先制作的壓焊點(diǎn)(6)和封接電壓的電極引線(7)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙面同時(shí)靜電封接的硅電容加速度傳感器，其特征在于上玻 璃(2c)、下玻璃(2d)表面均有采用濺射、光刻工藝形成的金屬電極層(5)，再用光刻、腐蝕 工藝將該電極層加工出與邊緣壓焊點(diǎn)(10)相連的金屬電極連線(8)。
專利摘要雙面同時(shí)靜電封接的結(jié)構(gòu)型力敏傳感器，由上下兩個(gè)差動(dòng)電容構(gòu)成，硅中心極板和玻璃固定極板上都有采用硅微機(jī)械加工技術(shù)制作圖形結(jié)構(gòu)，其特征在于玻璃固定極板上有金屬電極層方便導(dǎo)出電容電極和引出封接電壓的電極引線，硅中心極板上帶有周邊薄區(qū)支撐的可動(dòng)島與封接面；上、下玻璃極板和硅中心極板上都有金屬壓焊點(diǎn)，上、下玻璃的壓焊點(diǎn)上的電極引線同時(shí)與直流電源負(fù)電極連接，硅中心極板上的壓焊電極引線與直流電源正電極連接，在封接條件下可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的雙面同時(shí)靜電封接。本設(shè)計(jì)避免了極板粘連，能夠保證傳感器具有良好的氣密性和高的連接強(qiáng)度，確保極板間隙和撓度特性不受靜電封接工藝的影響，不僅使傳感器輸出蠕變更小，具有更可靠的長期穩(wěn)定性，而且使封接效率顯著提高，適于大批量生產(chǎn)。
文檔編號B81B3/00GK201740612SQ201020231290
公開日2011年2月9日 申請日期2010年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月22日
發(fā)明者劉沁, 張娜, 張治國, 李穎 申請人:沈陽儀表科學(xué)研究院