壓力傳感器基底材料是什么？它的封裝工藝流程是什么樣的？

　　隨著壓力傳感器研究和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷推廣，壓力傳感器的基底材料也有所不同，比較常見的是選擇具有特定性能的的材料等其來進(jìn)行器件制造，那么它的封裝工藝流程是什么樣的呢?下面就讓愛爾傳感的小編為大簡單介紹一下壓力傳感器基底材料是什么及其具體的封裝工藝流程是什么樣的。
 

　　壓力傳感器基底材料：

　　基底材料是制造壓力傳感器的基礎(chǔ)，不同的基底材料的選擇不但影響了壓力傳感器的性能，也決定了器件制備過程中的工藝選擇，目前進(jìn)行壓力傳感器加工的基底材料主要分為硅基材料和非硅基材料，其中硅基器件的加工工藝由于其與現(xiàn)有集成電路加工工藝的兼容性目前得到廣泛的應(yīng)用。

　　硅基材料類型主要分為包括多晶硅、單晶硅、非晶硅的硅材料，包括SOI和SOG的絕緣體上硅，新興的碳化硅半導(dǎo)體材料。

　　早期的壓力傳感器是基于常規(guī)壓力器件的材料銅作為基底材料進(jìn)行制造，進(jìn)入90年代以后，以常規(guī)硅材料例如非晶硅、單晶硅、多晶硅等作為基底材料進(jìn)行器件制造由于具有硅集成電路加工的基礎(chǔ)，成為了器件加工和產(chǎn)業(yè)化的主流工藝，但由于器件相對于集成電路在器件性能和尺寸方面具有更高要求。

　　為了改善在制造不同類型和應(yīng)用的S器件常規(guī)硅基底材料在結(jié)構(gòu)和性能方面的不足，基于對于常規(guī)硅基基底材料的改進(jìn)，西門子公司提出了使用SOI基底制造壓力傳感器，斯坦福大學(xué)提出了可以使用整塊碳化硅作為基底制造壓力傳感器。

　　此后由于硅基材料制備器件集成產(chǎn)業(yè)化的需求，基于基底材料制造完整的傳感器結(jié)構(gòu)和配套ASIC系統(tǒng)以實現(xiàn)完整的集成壓力傳感系統(tǒng)的需求，荷蘭NX公司提出了使用SOI基底制作MEMS傳感器和電路結(jié)構(gòu)集成系統(tǒng)，公司提出了使用碳化硅基底制作MEMS傳感器和電路結(jié)構(gòu)集成系統(tǒng)。
 

　　壓力傳感器的封裝工藝：

　　封裝工藝是實現(xiàn)壓力傳感器產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵工藝，占壓力傳感器制造總成本的60%～80%。

　　而壓力傳感器需要在封裝過程中經(jīng)過鍵合實現(xiàn)與對于器件結(jié)構(gòu)的支撐和保護(hù)以及實現(xiàn)器件結(jié)構(gòu)與外部電路的電學(xué)連接，它雖然不是直接進(jìn)行壓力傳感器器件結(jié)構(gòu)加工的技術(shù)，但是對于實現(xiàn)器件的應(yīng)用和功能起著決定性的作用。

　　依托于半導(dǎo)體加工工藝，實現(xiàn)器件的元件鍵合具有多種手段，包括通過黏合劑黏接的鍵合工藝，通過焊料焊接的鍵合工藝，通過中間材料熔融連接的鍵合工藝，硅硅直接熱鍵合工藝，通過電荷積累原理實現(xiàn)的硅玻靜電鍵合以及通過金屬與硅或金屬間反應(yīng)形成共晶物實現(xiàn)鍵合的金屬共晶鍵合工藝。

　　但是由于器件具有多種立體結(jié)構(gòu)和不同組成的材料層，對于器件中元件工作環(huán)境的真空度要求高，使用粘合劑進(jìn)行封裝的鍵合工藝不能滿足器件加工需求。

　　目前在器件的封裝過程采用的鍵合工藝是不使用任何粘合劑，僅通過化學(xué)鍵和物理作用實現(xiàn)器件結(jié)構(gòu)間緊密結(jié)合的方法，主要是硅硅直接鍵合，硅玻靜電鍵合以及共晶鍵合三種。
 

　　鍵合工藝在壓力器件出現(xiàn)前就已經(jīng)隨著硅半導(dǎo)體工藝的進(jìn)步發(fā)展地比較成熟，在器件制造過程中基于材料的不同和器件連接性能的要求不同選擇不同的鍵合工藝實現(xiàn)器件的組裝和連接一直作為器件加工過程中的常規(guī)手段，但是由于壓力傳感器件在尺寸、結(jié)構(gòu)和工作原理方面特殊性，器件的鍵合工藝在常規(guī)半導(dǎo)體鍵合工藝的技術(shù)上具有一定的改進(jìn)。

　　在硅硅直接鍵合和靜電鍵合技術(shù)方面，由于其在鍵合過程中需要使用接近1 000℃的高溫會造成器件中產(chǎn)生應(yīng)力引起翹曲變形，因此，壓力傳感器鍵合過程中通過對鍵合區(qū)域進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)以減小鍵合過程中的溫度不均和器件結(jié)構(gòu)變形。

　　在共晶鍵合技術(shù)方面，此后隨著由于壓力傳感器與ASIC系統(tǒng)集成連接的需要，共晶鍵合由于在形成電連接方面的優(yōu)勢成為器件集成制造中的主要鍵合方式，未來隨著對壓力傳感器件尺寸和性能的發(fā)展，其在與系統(tǒng)中其他芯片鍵合過程中實現(xiàn)電互連的要求也會不斷提高，未來共晶鍵合將會是壓力傳感器鍵合工藝的主要方式。

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