CN114046895B - 薄膜热电偶传感器芯片的封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种薄膜热电偶传感器芯片的封装结构，该封装结构的衬底表面上有放置芯片的空腔，同时空腔的上下两侧溅射吸气剂，芯片通过高温胶与空腔的左右两侧紧密键合；封盖与衬底通过陶瓷高温胶紧密键合；引线与传感器芯片的热电偶电极相连接，凸出的引线通过高温胶在衬底下部凹槽中进行固定；封盖、芯片、衬底、保护壳相向连接；本发明提出的封装结构，芯片与测量环境的热传递距离小，热阻低，薄膜热电偶传感器的响应时间比传统热电偶传感器的响应时间要短；且引线通过高温胶在衬底下部凹槽处固定，有利于引线更换；同时本发明具有结构简单，经济性强，寿命长，抗干扰强的特点。
Description
技术领域
本发明涉及传感器封装技术领域，具体涉及一种薄膜热电偶传感器芯片的封装结构。
背景技术
温度测试对于航空发动机的设计和研制有极其重要的意义。但航空发动机在超高温，高压力，高速气流冲蚀等极端恶劣的工作环境中，使得对发动机的温度检测面临极大的挑战。传统热电偶传感器不仅体积过大，而且在恶劣的工作环境中其可靠性差，精确度低，难以担任在恶劣环境下温度检测的重任，正逐步面临淘汰。而薄膜热电偶因其结构的独特性，其在恶劣的工作环境下存在着独特的优势。
现有的薄膜热电偶传感器往往结构复杂，而且造价成本较高高。其在意外损坏时往往因其复杂的结构无法维修，因此需要更换整个热电偶，造成使用成本的进一步增加。
参考文献专利申请号为201610098465.4的国家发明专利“一种钨铼薄膜热电偶的传感器芯片封装结构及其制作方法”采用在芯片前端留有间隙和溅射吸气剂的方法来保持芯片所处环境的真空度，该封装方法存在的不足在于芯片前端存在吸气剂和间隙，延长了热电偶测温时的响应时间。
此外，参考文献专利申请号为201711161819.6的国家发明专利“一种探头式薄膜热电偶温度传感器及其制作方法”中采用薄膜热电偶测温节点与管壳端面平齐直接暴露于测温环境中，以减少热电偶的响应时间，该封装方法的不足在于测温点直接暴漏于测温环境，使得测温点容易受到测温环境的影响，容易造成热电偶测温点损坏，缩短了热电偶传感器的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种薄膜热电偶传感器芯片的封装结构，以解决上述技术背景中存在的不足。
为实现上述目的，本发明将采用以下技术来实现。
薄膜热电偶传感器芯片的封装结构由封盖、传感器芯片、高温胶、吸气剂、衬底、保护套管组成；所述衬底表面存在放置传感器芯片的空腔结构，芯片通过高温胶与空腔的左右两侧键合；所述衬底的空腔上下两侧溅射吸气剂；所述引线与传感器芯片的热电偶电极构成连接，凸出的引线通过高温胶固定在衬底下部的凹槽；所述封帽、衬底、保护套管之间通过高温胶紧密键合。
进一步上述传感器芯片与封盖端相接，传感器芯片与测量环境的热传递距离小，热阻低，减少热电偶的响应时间，同时在芯片与空腔底面存在着1um-2um的间隙，其目的在于芯片受热时可以自由膨胀，以减小芯片受到的热应力起到保护热电偶芯片的作用。
进一步芯片与衬底空腔的左右两侧通过高温胶键合，同时在空腔上下两侧溅射吸气剂，溅射吸气剂是为了保持空腔的真空环境，防止热电偶被氧化。
进一步上述衬底下部的引线采用半裸露式，同时引线与衬底下部端点处通过高温胶键合起固定作用，同时，引线在衬底与保护套管间采用螺旋结构。进一步衬底与保护套管之间通过高温胶进行连接。
一种权利要求所述薄膜热电偶传感器芯片的封装结构制作方法，其特征在于，包括以下步骤。
1）将碳化硅粉末使用等静压成型技术工艺制成衬底（5）。
2）传感器芯片（2）两端用丙酮溶液和无水乙醇进行清洗，后用去离子水进行冲洗，氮气吹干保证芯片的洁净度和光滑度；将高温胶涂在芯片与空腔键合处，使传感器芯片（2）与衬底（5）形成稳定连接。
3）将衬底（5）移入低温加热炉中，加热至250℃保持30min，以激活内部吸气剂。
4）使用高温胶（3）将封盖（1）和衬底（5）进行连接；同时保护套管（7）、衬底（5）和封盖（1）通过高温胶键合在一起完成薄膜热电偶传感器芯片的封装。
本发明具有以下有益效果。
发明的封装结构能够实时检测环境的温度变化，缩短了热电偶的响应时间；本发明加工艺简单，整体封装的成本低；本发明提高热电偶的测温范围，提高了传感器在恶劣环境下的使用寿命；本发明使引线因意外断裂更换变得简单。
附图说明
图1是封装结构爆炸图。
图2是封装结构剖视图。
图3是引线被固定处剖视图。
图4是封装结构衬底的零件图。
图中，1.封帽，2.传感器芯片，3.高温胶，4.吸气剂，5.衬底，5a.空腔，5b.引线凹槽，6.引线，7.保护套管。
具体实施方式
本发明的薄膜热电偶传感芯片的封装结构由封盖（1）、传感器芯片（2）、高温胶（3）、吸气剂（4）、衬底（5）、引线（6）、保护套管（7）组成；所述衬底（5）表面有放置传感器芯片（2）的空腔，其中芯片（2）与衬底（5）空腔的左右两侧通过高温胶（3）紧密键合；所述衬底（5）空腔的上下两侧溅射吸气剂（4）；所述引线（6）与传感器芯片(2)的热电偶电极构成连接，凸出的引线(6)通过高温胶来固定在衬底下部凹槽的端点处；所述封盖(1)、衬底（5）、保护套管（7）之间通过高温胶紧密键合。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述。
图1是本发明提供一种针对薄膜热电偶温度传感芯片封装结构示意图。在该封装结构当中，衬底5上的空腔左右两侧通过高温胶3与传感器芯片2键合，在。吸气剂4溅射在衬底5空腔的上下两侧。封盖1与衬底5通过高温胶相连。保护套管7通过高温胶3与封盖1、衬底5连接在一起。
图2是本封装结构的整体剖视图。由图中可见，该结构的引线方式为:在传感器芯片2上打孔，将引线6引入芯片2的小孔中，利用高温导电银浆将其键合。芯片2通过用高温胶3与衬底5空腔的左右两侧键合，同时与空腔底面存在1um-2um的间隙，其目的在于芯片受热时，可以自由膨胀，减小芯片受到的热应力，起到保护芯片的作用。引线6通过高温胶固定在衬底下部凹槽端点处。最后将同样溅射吸气剂的保护套管7通过高温胶3与封盖1和衬底5相连接，保证封装结构的真空度。
图3为引线固定端处的剖视图。右图可见，该引线结构在衬底下部采用半暴漏式，目的在于让陶瓷因高温而产生的气体更好的扩散到有吸气剂的结构中，防止引线发生氧化。引线被固定于衬底下部凹槽的端点处，在保护套管与衬底凹槽处采用螺旋结构，其目的在于引线因意外受力减小引线断裂的可能性，即便因意外使引线断裂，也会使得断裂处在端点，容易进行引线的更换。在两引线螺旋处采用衬底间隔，防止因引线相互接触造成短路。
在材料选择方面，衬底、封盖选用SiC，保护套管选择AlN。AIN材料具有热导率高、机械性能好、强度高、耐高温、热膨胀系数与SiC想接近等优点。
在空腔中溅射吸气剂目的在于吸收陶瓷在高温下产生的气体以保持芯片处的真空度，防止热电偶在高温下氧化失效。其吸气原理为，活性金属纳米级颗粒对H2,CO,O2,CO2等气体产生很强的化学吸附和溶解能力。吸气剂溅射在空腔的上下两侧使芯片更接近测量环境，减少热电偶的响应时间。
本发明的封装结构中，吸气剂采用非蒸散型，主要由Ti,Zr,V三部分组成。采用磁控溅射技术，在凹槽中溅射一层0.5um厚的合金薄膜。吸气剂的激活条件：250℃下激活时间30min。
封装结构的制备方法为。
a)将碳化硅粉末通过等静压成型技术制成衬底5。
b)将传感器芯片（2）两端用丙酮溶液和无水乙醇进行清洗，后用去离子水进行冲洗，氮气吹干保证芯片的洁净度和光滑度；将高温胶涂在芯片与空腔键合处，加热至93℃保持2h，随后冷却置室温，使传感器芯片（2）与衬底（5）形成稳定连接。
c)将衬底（5）移入低温加热炉中，加热至250℃保持30min，以激活内部吸气剂。d)使用高温胶将封盖（1）和衬底（5）进行连接；同时保护套管、衬底和封盖通过高温胶键合在一起完成薄膜热电偶传感器芯片的封装。
以上所述，本发明示出和描述的实施例仅用于举例使用，本专利的保护范围并不局限于此。对于任何熟悉本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的构思和宗旨的情况下对这些实施例进行多种改进和变型，这些改进也应视为本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (3)
1.薄膜热电偶传感器芯片的封装结构，其特征在于，包括封盖（1）、传感器芯片（2）、高温胶（3）、吸气剂（4）、衬底（5）、引线（6）、保护套管（7）；在衬底（5）的表面上有放置传感器芯片（2）的空腔，空腔的左右两侧通过高温胶（3）与芯片（2）进行紧密键合；空腔的上下两侧溅射有吸气剂（4）；传感器芯片（2）与封盖（1）相接，芯片（2）与空腔底面之间存在1um-2um的间隙；封盖（1）与衬底（5）通过高温胶紧密键合;引线（6）在衬底（5）下部凹槽的端点处通过高温胶进行固定；保护套管（7）通过高温胶（3）与衬底（5）进行连接。
2.根据权利要求1所述薄膜热电偶传感器芯片的封装结构，其特征在于，所述引线（6）在衬底（5）下部采用半暴露式，引线（6）在衬底（5）下部凹槽端点处通过高温胶（3）固定，同时引线（6）在衬底与保护套管（7）之间采用螺旋结构，在两引线之间由衬底凸出部分相间隔开。
3.一种权利要求1或2所述薄膜热电偶传感器芯片的封装结构制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将碳化硅粉末使用等静压成型技术工艺制成衬底（5）；
2）传感器芯片（2）两端用丙酮溶液和无水乙醇进行清洗，后用去离子水进行冲洗，氮气吹干保证芯片的洁净度和光滑度；将高温胶涂在芯片与空腔键合处，使传感器芯片（2）与衬底（5）形成稳定连接；
3）将衬底（5）移入低温加热炉中，加热至250℃保持30min，以激活内部吸气剂；
4）使用高温胶（3）将封盖（1）和衬底（5）进行连接；同时保护套管（7）、衬底和封盖（1）通过高温胶键合在一起完成薄膜热电偶传感器芯片的封装。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010197335A (ja) * | 2009-02-27 | 2010-09-09 | Ritsumeikan | 赤外線センサ及びその製造方法 |
| CN105651406A (zh) * | 2016-02-23 | 2016-06-08 | 西安交通大学 | 一种钨铼薄膜热电偶传感芯片的封装结构及其制作方法 |
| CN109950328A (zh) * | 2019-04-11 | 2019-06-28 | 江苏鼎茂半导体有限公司 | 一种红外感测器真空封装结构及真空封装方法 |
| CN212931698U (zh) * | 2020-09-21 | 2021-04-09 | 青岛歌尔智能传感器有限公司 | 封装组件和电子设备 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7429495B2 (en) * | 2002-08-07 | 2008-09-30 | Chang-Feng Wan | System and method of fabricating micro cavities |
-
2021
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010197335A (ja) * | 2009-02-27 | 2010-09-09 | Ritsumeikan | 赤外線センサ及びその製造方法 |
| CN105651406A (zh) * | 2016-02-23 | 2016-06-08 | 西安交通大学 | 一种钨铼薄膜热电偶传感芯片的封装结构及其制作方法 |
| CN109950328A (zh) * | 2019-04-11 | 2019-06-28 | 江苏鼎茂半导体有限公司 | 一种红外感测器真空封装结构及真空封装方法 |
| CN212931698U (zh) * | 2020-09-21 | 2021-04-09 | 青岛歌尔智能传感器有限公司 | 封装组件和电子设备 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 用于MEMS器件的真空密封技术;林仰魁, 钱开友, 徐东, 蔡炳初;微细加工技术(第04期);全文 * |
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| Publication number | Publication date |
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