CN109781334B - 一种压阻式传感器的无引线封装结构和封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压阻式传感器的无引线封装结构和封装方法，封装结构包括碳化硅芯片、碳化硅杯、可伐引脚、基座、金属外壳和第一过渡层；碳化硅芯片的正面上设置有芯片电路，碳化硅芯片的背面上设置有第一凹槽；碳化硅杯的背面上设置有第二凹槽；碳化硅芯片的正面和碳化硅杯的背面键合在一起形成键合物；可伐引脚依次通过基座、第一过渡层上的通孔插入碳化硅杯上的通孔中，并与金属焊盘连接；键合物、基座和可伐引脚通过烧结结合在一起，并固定于金属外壳的内腔中；金属外壳通过螺纹结构固定在固定件上。本发明通过无引线封装方式提高了传感器的高温稳定性和可靠性。

Description

一种压阻式传感器的无引线封装结构和封装方法

技术领域

本发明涉及传感器封装技术领域，特别涉及一种压阻式传感器的无引线封装结构和封装方法。

背景技术

目前，压阻式压力传感器的封装形式多为带金属丝引线的封装结构，在一些条件比较恶劣的应用场合中，例如高温场合(600℃以上)，更需要传感器具有较高的稳定性和可靠性，传统的金属丝引线方式会带来不可预计的可靠性问题，例如金属丝蠕变、软化和脱落等。无引线的封装结构将成为传感器封装技术的发展方向。

传统金属丝引线封装结构将传感器芯片正面电路密封在充满硅油的波纹片下，外界压力通过波纹片和密封的硅油间接传递给压力传感器芯片，导致传感器芯片的固有频率发生损失，不利于提高传感器的响应速度。

此外，传统金属丝引线封装结构在高温环境中会出现封装材料之间热应力匹配失效、封装材料热氧化等问题，会对传感器芯片的稳定性以及响应速度和固有频率造成不利影响。

因此，需要提供一种能够耐高温的无引线封装结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种压阻式传感器的无引线封装结构和封装方法，能够提高传感器的高温稳定性和可靠性。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种压阻式传感器的无引线封装结构，该无引线封装结构包括碳化硅芯片、碳化硅杯、可伐引脚、基座、外壳和第一过渡层；

所述碳化硅芯片包括第一表面和第二表面，所述第一表面上设置有芯片电路，所述第二表面上设置有第一凹槽，所述第一表面与所述第二表面为相对面；

所述碳化硅杯包括第三表面和第四表面，所述第三表面上设置有第二凹槽，所述第三表面与所述第四表面为相对面；

所述碳化硅芯片和所述碳化硅杯通过所述第三表面与所述第一表面的键合形成键合物，且所述第一凹槽在所述碳化硅芯片上的位置与所述第二凹槽在所述碳化硅杯上的位置对应；

所述芯片电路上设置有多个金属焊盘，所述碳化硅杯上设置有与每个金属焊盘位置对应的第一通孔；

所述基座通过所述第一过渡层与所述第四表面相连，所述第一过渡层上设置有与每个第一通孔的位置对应的第二通孔，所述基座上设置有与每个第二通孔的位置对应的第三通孔；

所述可伐引脚沿第三通孔、第二通孔及第一通孔伸入所述键合物，并与对应一个金属焊盘相连；

所述键合物、第一过渡层和基座固定于所述外壳的内腔中；所述芯片电路的结构电桥在所述第二表面的投影区域位于所述第一凹槽内，所述第一凹槽通过所述外壳上的开口与外界相连通。

优选的，所述外壳上设置有螺纹结构，外壳通过螺纹结构与固定件相连，外壳、固定件采用相应的耐高温材料，例如金属制成。

优选的，所述第一通孔中设置有导电填充物，导电填充物是通过将填充于所述第一通孔内的导电浆料烧结固化而形成，第一通孔位于第三表面上的端部开口，在所述第一表面和第三表面键合后，通过第一表面封闭。

优选的，所述可伐引脚位于所述第一通孔内的部分上设置有与所述导电填充物接触的第二过渡层，所述可伐引脚通过所述第二过渡层与所述导电浆料在所述烧结固化过程中结合在一起。

优选的，所述第二过渡层的材料为金。

优选的，所述第一过渡层是将由氧化铅-氧化锌-氧化硼与选自钛酸铅、堇青石、锂霞石、锂辉石、石英玻璃中的任意一种或多种物质制成的玻璃坯料经烧结而形成的复合型封接玻璃。

优选的，所述基座的材料为氮化铝。

上述压阻式传感器的无引线封装结构的封装方法，包括以下步骤：

1)将所述碳化硅芯片和所述碳化硅杯通过所述第三表面与所述第一表面键合在一起形成键合物，所述第一通孔位于所述第三表面的一端通过所述键合而封闭；

2)将所述导电浆料加入所述第一通孔，然后将所述基座及用于形成所述第一过渡层的玻璃坯料层叠放置在所述第四表面上，其中所述玻璃坯料上设置有用于在该玻璃坯料经烧结形成第一过渡层时对应形成所述第二通孔的预置通孔；然后将所述可伐引脚的一端沿与该可伐引脚所要连接的金属焊盘的位置对应的第三通孔和预置通孔插入对应第一通孔内，并与该第一通孔内的导电浆料或者所述金属焊盘接触；

3)经过步骤2)后，将所述键合物、玻璃坯料、基座、导电浆料和可伐引脚烧结在一起形成烧结物，将烧结物固定于所述金属外壳的内腔中。

优选的，所述步骤2)还包括以下步骤：在所述可伐引脚插入所述第一通孔的对应部分上预先制备形成上述第二过渡层。

优选的，所述封装方法还包括以下步骤：将所述金属外壳通过上述螺纹结构与固定件连接。

本发明的有益效果体现在：

本发明采用的无引线封装结构和封装方法，利用碳化硅芯片与碳化硅杯的同质键合能够保证良好的键合强度并且键合后具有良好的高温稳定性；利用第一凹槽形成压力感应薄膜，并借助通孔结构，取消金属丝引线和内部转接的结构设计；利用第一过渡层在封装材料的封接界面实现热膨胀过渡，使得封装结构内部热应力有效降低。本发明通过无引线的方式封装获得具有高温稳定性和可靠性的压阻式传感器，同时，本发明利用碳化硅芯片的第一凹槽所形成的芯片电路背腔直接感受外界压力，因此封装后传感器芯片的固有频率不会发生损失，对脉动压力具有快速响应能力，传感器动态测量的精度更高，频率响应范围更宽。

进一步的，本发明中，同质键合使得碳化硅芯片正面与位于碳化硅杯上的第二凹槽之间形成一个密封腔；由碳化硅芯片正面的芯片电路中的全部电阻和部分电路线路构成的结构电桥可以处于碳化硅杯内部由第二凹槽形成的密封腔内，而芯片电路中剩余的部分电路线路和所有金属焊盘则可以通过所述键合被保护在第一表面和第三表面之间，能够有效避免碳化硅芯片正面的电路被破坏，起到了保护作用。

进一步的，本发明中，碳化硅杯上通孔内填充有耐高温的导电浆料形成的导电填充物，即使在高温、振动等环境中，芯片电路上的金属焊盘也能够与可伐引脚保持良好接触，在高温、振动等恶劣环境中仍然具有很高的可靠性。

进一步的，本发明中，通过第一过渡层将键合物与基座结合在一起，其中第一过渡层是通过引入不同热膨胀系数的过渡材料烧结形成，这种烧结封装的方式，解决无引线封装在经过高温烧结后由于异质材料热膨胀系数不匹配所引入的热应力问题。使得封装材料之间的热膨胀系数近似，在高温环境中各封装材料之间热应力实现平稳过渡，具有良好的高温稳定性(不低于600℃)。

进一步的，本发明中，在可伐引脚与导电浆料形成的导电填充物间增加金材料的第二过渡层，可以利用金良好的延展性和可靠性来降低热应力，提高电路连接的热稳定性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的碳化硅压力传感器的无引线封装结构的剖面示意图；

图2是本发明实施例提供的碳化硅芯片的正面的立体示意图(虚线所示为第一凹槽在正面的投影)；

图3是本发明实施例提供的碳化硅芯片的背面的立体示意图；

图4是本发明实施例提供的碳化硅杯的背面的立体示意图；

图5是本发明实施例提供的碳化硅杯的正面的立体示意图；

图6是本发明实施例提供的另一碳化硅压力传感器的无引线封装结构的剖面示意图；

图7是本发明实施例提供的另一碳化硅压力传感器的无引线封装结构的立体示意图；

图8是本发明实施例提供的又一碳化硅压力传感器的无引线封装结构的剖面示意图；

图9是本发明实施例提供的碳化硅压力传感器的无引线封装结构的封装方法的流程图；

图10是本发明实施例提供的烧结曲线；

图11是压阻式碳化硅压力传感器采用的惠斯通电桥电路原理示意图；

图中：1100-碳化硅芯片，1110-芯片电路，1111-金属焊盘，1112-电阻，1120-第一凹槽，1200-碳化硅杯，1210-第二凹槽，1220-第一通孔，1230-导电浆料，1300-可伐引脚，1400-基座，1410-第三通孔，1500-外壳，1510-螺纹结构，1520-卡槽，1600-第一过渡层，1610-第二通孔，1700-固定件，1800-第二过渡层，E为电压源，U为输出电压，R为电阻值。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，所述实施例用于解释本发明，而不是对本发明保护范围的限制。

图1示出了本发明实施例提供的碳化硅压力传感器的无引线封装结构的示意图，该无引线封装结构包括：碳化硅芯片1100、碳化硅杯1200、可伐引脚1300、基座1400、金属外壳1500和第一过渡层1600。应理解，图1为该碳化硅压力传感器的无引线封装结构的剖面示意图。

如图2所示，碳化硅芯片1100包括第一表面和第二表面，第一表面与第二表面为相对面。该第一表面可以为碳化硅芯片1100的正面，该第一表面上设置有芯片电路1110，芯片电路1110由金属焊盘1111、电阻1112和电路线路构成。为清楚起见，图1所示剖面示意图中只示出了芯片电路1110中的金属焊盘1111，其余组成部分，例如电阻1112和电路线路并未示出。该第二表面可以为碳化硅芯片1100的背面，该第二表面上设置有第一凹槽1120(背腔)，如图3所示。所述第一凹槽1120在该第一表面上的投影如图2中的虚线，芯片电路1110中的电阻1112和一部分电路线路(与电阻构成结构电桥)均位于图2的虚线范围内，金属焊盘1111和剩余电路线路则不在该虚线范围内。

应理解，芯片电路1110可以采用电压或者电流两种激励方式。以电压激励为例，参见图11，在结构电桥受到外界电压(E)激励时，电桥结构中电阻的电阻值随碳化硅芯片1100上第一凹槽所对应的那一部分比较薄的区域(即第一凹槽1120在碳化硅芯片1100的第一表面上投影的区域)在压力作用下变形而发生变化，导致电桥结构输出与压力对应的电压信号(U)。

应理解，图3中仅以该第一凹槽1120为圆形结构为例进行介绍，但本发明实施例不限于此。可选地，第一凹槽1120还可以为四边形等多边形结构或其他常见凹槽结构，实施例对此不作限定。

应理解，图3中仅以该第一凹槽1120位于碳化硅芯片1100背面的中央区域进行介绍，但本发明实施例不限于此。可选地，第一凹槽1120还可以位于碳化硅芯片1100背面的其他区域，本发明实施例对此不作限定。

碳化硅杯1200包括第三表面和第四表面，第三表面上设置有第二凹槽1210，第三表面与第四表面为相对面，所述碳化硅芯片1100和所述碳化硅杯1200通过该第三表面与第一表面键合在一起形成键合物，且第一凹槽1120在碳化硅芯片1100上的位置与第二凹槽1210在碳化硅杯1200上的位置对应。可选地，该第三表面可以为碳化硅杯1200的背面，如图4；该第四表面可以为碳化硅杯1200的正面，如图5。也就是说，该碳化硅芯片1100的正面覆盖在该碳化硅杯1200的背面上。

应理解，图4中仅以该第二凹槽1210为圆形结构为例进行介绍，但本发明实施例不限于此。可选地，第二凹槽1210还可以为四边形等多边形结构或其他常见凹槽结构，本发明实施例对此不作限定。

应理解，图4中仅以该第二凹槽1210位于碳化硅杯1200背面的中央区域为例进行介绍，但本发明实施例不限于此。可选地，第二凹槽1210还可以位于碳化硅杯1200背面的其他区域，本发明实施例对此不作限定。

应理解，以上所说明的是碳化硅芯片1100与碳化硅杯1200键合所需要满足的位置关系，所需要的键合技术条件涉及温度、压力等，可以根据现有技术文献获得(键和工艺的现有技术文献有：张德远,赵一举,蒋永刚.面向超高温压力传感器的SiC-SiC键合方法[J].纳米技术与精密工程,2014,12(4):258-262；王心心,梁庭,贾平岗,et al.碳化硅直接键合机理及其力学性能研究[J].传感技术学报,2015,28(9):1282-1287.)，从而使同种材料的两个零件(即碳化硅芯片与碳化硅杯)键合成一个整体，即同质键合。

可选地，第二凹槽1210的尺寸可以等于第一凹槽1120，第二凹槽1210在碳化硅杯1200上的位置可以与第一凹槽1120在碳化硅芯片1100上的位置完全对应。也就是说，第一凹槽1120与第二凹槽1210的结构相同，尺寸相同，且位置完全对应，即第一凹槽1120在第三表面上的投影与第二凹槽1210的范围完全重合。

可选地，第一凹槽1120的尺寸也可以小于第二凹槽1210，即第一凹槽1120在第三表面上的投影可以包含于第二凹槽1210内。

需要说明的是，第一凹槽1120在碳化硅芯片1100的第一表面上投影的区域可以称为碳化硅芯片1100的压力感应薄膜；第二凹槽1210在碳化硅杯1200的第四表面上投影的区域可以称为所述压力感应薄膜的过载保护平面。当外界压力(例如，气压、油压)作用在压力传感器的压力感应薄膜上时，压力感应薄膜会向下发生弯曲变形，压力感应薄膜的变形程度与外界压力成正比例关系；当外界压力超过压力传感器的量程的时候，压力感应薄膜就会接触到过载保护平面，这样一来，压力感应薄膜便不会继续发生弯曲变形，保护压力感应薄膜不被超过量程的压力破环，从而使压力传感器具有抗过载的能力。

如图1和图2所示，芯片电路1110上设置有多个金属焊盘1111，碳化硅杯1200上设置有与每个金属焊盘1111位置对应的第一通孔1220，所述第一通孔1220用于填充导电浆料1230。

需要说明是，芯片电路1110中的全部金属焊盘1111和与之相连的部分电路线路位于第二凹槽1210的覆盖范围之外，以便碳化硅芯片1100与碳化硅杯1200通过第一表面和第三表面键合后，可以封闭第一通孔1220位于第三表面上的端部开口，从而使得导电浆料1230在注入后可以保持在第一通孔1220内。

所述第一过渡层1600位于所述基座1400与所述键合物之间，所述第一过渡层1600上设置有与每个第一通孔1220的位置对应的第二通孔1610，所述基座1400上设置有与每个第二通孔1610的位置对应的第三通孔1410。也就是说，芯片电路1110上的金属焊盘1111、碳化硅杯1200上的第一通孔1220、第一过渡层1600上的第二通孔1610和基座1400上的第三通孔1410的位置一一对应。

每个金属焊盘1111与依次穿过与其位置对应的第三通孔1410、第二通孔1610并插入与其位置的第一通孔1220内的可伐引脚1300的一端连接，可伐引脚1300未连接金属焊盘1111的一端可以伸出传感器。

需要说明的是，金属焊盘1111与可伐引脚1300的连接是指可伐引脚1300直接与金属焊盘1111接触，或者可伐引脚1300插入充满导电浆料的第一通孔的一端至少应接触导电浆料1230，待烧结后，固化的导电浆料使得可伐引脚1300与金属焊盘1111无论是否充分接触，都可以保证二者之间稳定可靠的连接。

需要说明的是，实施例仅以芯片电路1110中包括4个金属焊盘1111(对应4个可伐引脚1300)为例进行介绍，但本发明不限于此。可选地，芯片电路中还可以包括其他数量的金属焊盘，金属焊盘与各通孔的对应关系与实施例类似，为避免重复，此处不再赘述。

需要说明的是，在温度跨越大的情况下，在键合物和基座的封接界面会产生很大的热应力，一旦超过封接结构的极限强度，在封接交界处出现纵向线形裂纹，器件便会遭到破坏。一般来说，要使传感器封接材料的热应力在安全范围内，则在整个温度范围内，与碳化硅烧结的材料的热膨胀系数与碳化硅的热膨胀系数相差应不超过±10％。

为了减小温度变化引起的热应力，基座1400的材料可选择氮化铝(AlN)，因为AlN材料性能与SiC材料匹配，即AlN的热导率较高，热膨胀系数与SiC相当。而且AlN具有很好的抗热冲击性能和热稳定性，机械强度也很好，是用来封装SiC器件非常理想的材料。

为了减小温度变化引起的热应力，第一过渡层1600为PbO-ZnO-B₂O₃与钛酸铅(PbTiO₃)、堇青石、锂霞石、锂辉石、石英玻璃(SiO₂)经烧结形成的复合型封接玻璃。

需要说明的是，目前所使用的玻璃浆料主要以PbO-ZnO-B₂O₃体系为主，该玻璃体系的软化点可以根据含铅量进行调节，此外需要在PbO-ZnO-B₂O₃玻璃的基础上添加低膨胀系数和负膨胀材料进行热膨胀系数的调节，如PbTiO₃、堇青石、锂霞石、锂辉石、石英玻璃等，构成复合型封接玻璃，起到调节玻璃热膨胀系数，并提高玻璃化学稳定性和机械强度的作用。

可选地，以PbO-ZnO-B₂O₃体系为主的玻璃浆料的配方可以为(以质量分数计)：

①PbO：73～77％

②B₂O₃：7～13％

③ZnO：5～13％

④PbTiO₃、堇青石、锂霞石、锂辉石和石英玻璃：0～7.5％。

通过调节玻璃热膨胀系数，本发明中第一过渡层1600能够起到缓慢过渡碳化硅杯1200与基座1400之间的膨胀系数的作用，解决无引线封装在经过高温烧结后由于异质材料热膨胀系数不匹配所引入的热应力问题。使得封装材料之间的热膨胀系数近似，在高温环境中各封装材料之间热应力实现平稳过渡，具有良好的高温稳定性(不低于600℃)。

所述键合物、基座1400和可伐引脚1300通过烧结的方法结合在一起形成烧结物，并固定于金属外壳1500的内腔中。烧结物中碳化硅杯1200的第四表面覆盖在所述第一过渡层1600的一侧表面上，第一过渡层1600的另一侧表面覆盖在基座1400上。碳化硅杯1200上的通孔内所填充的导电浆料1230，使芯片电路上的金属焊盘1111能够与可伐引脚1300保持良好接触，经过烧结后，导电浆料1230由流动态转变为固定态，由于导电浆料具有一定的耐高温性质，可以使得金属焊盘1111与可伐引脚1300在使用中，面对高温以及振动等环境，依然保持良好接触。

需要说明的是，本发明在封接界面采用的第一过渡层1600具有调和键合物(碳化硅材料)与基座(氮化铝材料)之间热膨胀系数的作用。经烧结后形成的第一过渡层1600的热膨胀系数与碳化硅(键合物)和氮化铝(基座)之间的热膨胀系数都不超过±10％。

可选地，可以通过点胶的方式将烧结物固定于金属外壳1500的内腔中；或者，如图6，可以通过在金属外壳1500的内腔中位于基座1400下表面的位置设置卡槽1520，将烧结物固定于金属外壳1500内腔中的卡槽1520上；或者可以通过在金属外壳1500的内腔中位于基座1400下表面的位置设置一个突起，将基座1400与键合物烧结后得到的物体固定于金属外壳1500的内腔中的突起上，本发明实施例对此不作限定。金属外壳1500通过螺纹结构1510固定在固定件1700上。

需要说明的是，图7示出了与图6中的平面剖视图相对应的立体结构四分之一剖视图。

本发明中碳化硅芯片1100与碳化硅杯1200键合在一起，同质键合能够保证良好的键合强度，由于是同种材质，具有相同的热膨胀系数，键合后两部分在高温下即便发生热膨胀，也不存在热应力失配的现象，使整个键合物具有良好的高温稳定性。并且，碳化硅芯片1100正面的全部电阻和部分电路线路处于碳化硅杯1200内部由第二凹槽1210形成的密封腔内，而剩余部分电路线路和所有金属焊盘通过键合后可以被保护在第一表面和第三表面之间，一方面能够有效避免碳化硅芯片1100正面的芯片电路被破坏。另一方面，传统金属丝引线封装结构将传感器芯片正面密封在充满硅油的波纹片下，外界压力通过波纹片和密封的硅油间接传递给压力传感器芯片，导致传感器芯片的固有频率发生损失，不利于提高传感器的响应速度。而本发明提供的碳化硅压力传感器的无引线封装结构中，碳化硅芯片1100的背腔直接感受外界压力，因此封装后传感器芯片的固有频率不会发生损失，对脉动压力具有快速响应能力，传感器动态测量的精度更高，频率响应范围更宽。此外，由于碳化硅芯片1100与碳化硅杯1200键合后会使第二凹槽1210成为密封腔，如果该密封腔内为真空，则该压力传感器为绝压型压力传感器；如果该密封腔内为非真空，则该压力传感器为表压型压力传感器。因此，采用本发明提供的碳化硅压力传感器的无引线封装结构，取消金属丝引线和内部转接的结构设计，能够通过无引线的方式实现传感器耐高温、低热应力和高频响的封装。

可选地，如图8所示，可伐引脚1300插入所述第一通孔1220的部分的外表面与导电浆料1230之间还包括第二过渡层1800，可伐引脚1300通过第二过渡层1800与导电浆料1230烧结在一起。

可选地，第二过渡层1800的材料可以为金。

需要说明的是，可伐引脚1300与碳化硅芯片1100上的金属焊盘1111的烧结采用的导电浆料由银、玻璃、有机结合剂和溶剂等成份组成。由于工艺的不完美性，实际烧结后，该部位在温度变化过程中依然会存在一定热应力。为了提高该部位的热稳定性，除使用纳米银浆料外，还可以在可伐引脚1300与导电浆料间增加金过渡层，即第二过渡层1800，利用金良好的延展性和可靠性来降低热应力，提高电路连接的热稳定性。

可选地，本发明中的碳化硅芯片1100可以为压力传感器芯片，还可以为加速度传感器芯片。

上面结合图1至图8介绍了本发明实施例提供的碳化硅压力传感器的无引线封装结构。下面将结合图9和图10详细介绍本发明实施例提供的碳化硅压力传感器的无引线封装结构的封装方法。

图9示出了本发明实施例提供的碳化硅压力传感器的无引线封装结构的封装方法。

应理解，该碳化硅压力传感器的无引线封装结构可以为如图1至图8中所述的碳化硅压力传感器的无引线封装结构，为避免重复，此处不再赘述。封装方法包括以下步骤：

S110，将碳化硅芯片1100和碳化硅杯1200通过所述第三表面与第一表面键合在一起形成键合物，在第一通孔1220中注入导电浆料；

S120，将可伐引脚1300依次通过与每个金属焊盘1111对应的第三通孔1410和第二通孔1610插入充满导电浆料1230的第一通孔1220中，并与该金属焊盘1111连接(同样，此处连接指直接接触金属焊盘或接触导电浆料)；

S130，将键合物、用于形成第一过渡层1600的玻璃坯料、基座1400、导电浆料1230和可伐引脚1300烧结在一起形成烧结物，并固定于金属外壳1500的内腔中；

S140，将金属外壳1500通过螺纹结构1510固定在固定件1700上。

可选地，烧结处理即第一过渡层1600的生成过程(导电浆料1230也同时固化)。在烧结进行前，在制作的夹具中将玻璃料(例如以质量分数计：PbO：75％％，B₂O₃：12.5％，ZnO：5％，及石英玻璃：7.5％。)预烧，在100℃～150℃挥发掉溶剂，在300℃左右时挥发掉有机结合剂，在420℃～450℃时玻璃熔化，制成玻璃胚料，然后将玻璃胚料装入所述键合物与基座1400之间，利用夹具将所述键合物、玻璃胚料和基座装配好进行烧结。

可选地，可以采用如图10的烧结曲线进行具体烧结程序，实现烧结质量无空洞、无裂纹，提高了烧结强度，达到欧姆级接触的电气连接要求，具体如下：从室温以2℃/分钟升温至270℃，保持25分钟；然后在135分钟内均匀升高温度至550℃，保持5分钟；然后在10分钟内均匀降低温度至540℃，保持20分钟；然后在20分钟内由540℃降低至495℃，保持20分钟；然后在20分钟内由495℃降低至455℃，保持20分钟；然后按照2℃/分钟的速度降低至室温。

烧结完成后整个碳化硅压力传感器的无引线封装结构满足-55℃～600℃的使用要求，电连接高温可靠，不会发生断路。

可选地，所述封装方法还包括以下步骤：在所述可伐引脚1300插入所述第一通孔1220的部分的外表面烧结(或喷涂等手段)形成第二过渡层1800。

相应地，S120为：将形成有所述第二过渡层1800的可伐引脚1300依次通过与每个金属焊盘1111对应的第三通孔1410和第二通孔1610插入充满导电浆料1230的第一通孔1220中，并与该金属焊盘1111连接。

相应地，S130为：将所述键合物、所述玻璃坯料、所述基座1400、所述导电浆料1230和具有所述第二过渡层1800的可伐引脚1300烧结在一起形成烧结物，并固定于所述金属外壳1500的内腔中。

可选地，在所述碳化硅压力传感器的无引线封装结构使用之前还可以通过退火进行释放应力处理，以消除材料中残存的机械应力，从而减小无引线封装工艺引入的残余应力及封接应力。

Claims (7)

1.一种压阻式传感器的无引线封装结构，其特征在于：该无引线封装结构包括碳化硅芯片(1100)、碳化硅杯(1200)、可伐引脚(1300)、基座(1400)、外壳(1500)和第一过渡层(1600)；

所述碳化硅芯片(1100)包括第一表面和第二表面，所述第一表面上设置有芯片电路(1110)，所述第二表面上设置有第一凹槽(1120)，所述第一表面与所述第二表面为相对面；

所述碳化硅杯(1200)包括第三表面和第四表面，所述第三表面上设置有第二凹槽(1210)，所述第三表面与所述第四表面为相对面；

所述碳化硅芯片(1100)和所述碳化硅杯(1200)通过所述第三表面与所述第一表面的键合形成键合物，且所述第一凹槽(1120)在所述碳化硅芯片(1100)上的位置与所述第二凹槽(1210)在所述碳化硅杯(1200)上的位置对应；

所述芯片电路(1110)上设置有多个金属焊盘(1111)，所述碳化硅杯(1200)上设置有与每个金属焊盘(1111)位置对应的第一通孔(1220)；

所述基座(1400)通过所述第一过渡层(1600)与所述第四表面相连，所述第一过渡层(1600)上设置有与每个第一通孔(1220)的位置对应的第二通孔(1610)，所述基座(1400)上设置有与每个第二通孔(1610)的位置对应的第三通孔(1410)；

所述可伐引脚(1300)沿第三通孔(1410)、第二通孔(1610)及第一通孔(1220)伸入所述键合物，并与对应一个金属焊盘(1111)相连；所述可伐引脚(1300)位于所述第一通孔(1220)内的部分上设置有第二过渡层(1800)；所述第二过渡层(1800)的材料为金；

所述键合物、第一过渡层(1600)和基座(1400)固定于所述外壳(1500)的内腔中；所述芯片电路的结构电桥在所述第二表面的投影区域位于所述第一凹槽(1120)内，第一凹槽在第一表面上的投影区域为碳化硅芯片的压力感应薄膜，第二凹槽在第四表面上的投影区域为所述压力感应薄膜的过载保护平面，所述第一凹槽(1120)通过所述外壳(1500)上的开口与外界相连通；

所述芯片电路通过键合保护在所述第一表面和第三表面之间。

2.根据权利要求1所述一种压阻式传感器的无引线封装结构，其特征在于：所述外壳(1500)上设置有螺纹结构(1510)，外壳(1500)通过螺纹结构(1510)与固定件(1700)相连。

3.根据权利要求1所述一种压阻式传感器的无引线封装结构，其特征在于：所述第一通孔(1220)中设置有导电填充物。

4.根据权利要求1所述一种压阻式传感器的无引线封装结构，其特征在于：所述第一过渡层(1600)是将由氧化铅-氧化锌-氧化硼与选自钛酸铅、堇青石、锂霞石、锂辉石、石英玻璃中的任意一种或多种物质制成的玻璃坯料经烧结而形成的复合型封接玻璃。

5.根据权利要求1所述一种压阻式传感器的无引线封装结构，其特征在于：所述基座(1400)的材料为氮化铝。

6.一种如权利要求1所述的压阻式传感器的无引线封装结构的封装方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)将所述碳化硅芯片(1100)和所述碳化硅杯(1200)通过所述第三表面与所述第一表面键合在一起形成键合物，所述第一通孔(1220)位于所述第三表面的一端通过所述键合而封闭；

2)将导电浆料(1230)加入所述第一通孔(1220)，然后将所述基座(1400)及用于形成所述第一过渡层(1600)的玻璃坯料层叠放置在所述第四表面上，其中所述玻璃坯料上设置有用于在该玻璃坯料经烧结形成第一过渡层时对应形成所述第二通孔(1610)的预置通孔；然后将所述可伐引脚(1300)的一端沿与该可伐引脚(1300)所要连接的金属焊盘(1111)的位置对应的第三通孔(1410)和预置通孔插入对应的第一通孔(1220)内，并与该第一通孔(1220)内的导电浆料或者所述金属焊盘(1111)接触；

所述步骤2)还包括以下步骤：在所述可伐引脚(1300)插入第一通孔(1220)的对应部分上预先制备形成第二过渡层(1800)；

3)经过步骤2)后，将所述键合物、玻璃坯料、基座(1400)、导电浆料(1230)和可伐引脚(1300)烧结在一起形成烧结物，将烧结物固定于所述外壳(1500)的内腔中。

7.根据权利要求6所述的封装方法，其特征在于：所述封装方法还包括以下步骤：将所述外壳(1500)通过螺纹结构(1510)与固定件(1700)连接。

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