一種熱式壓力傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明是涉及半導體封裝領域，尤其涉及一種熱式MEMS壓力傳感器。
【背景技術】
[0002]隨著電子產品小型化微型化的發展，電子產品對其內部元器件小型化的要求越來越高。壓力傳感器作為常見的傳感器，應用于多種電子產品內，故壓力傳感器的小型化設計也成為關注重點。為了保證壓力傳感器的小型化設計，基于微機電系統(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)的壓力傳感器越來越受到人們關注。基于MEMS技術的壓力傳感器，包括基板，固定于所述基板的外殼，所述基板與所述外殼構成所述壓力傳感器外部封裝結構。所述外部封裝結構內、所述基板上固定設置有壓力傳感器芯片和集成電路芯片，壓力傳感器芯片與集成電路芯片通過金屬引線打線的方式電連接，基板上設置有焊盤，基板焊盤將壓力傳感器內部芯片與外部電子電路電連接，同時，壓力傳感器通過焊盤固定于外部主板上。傳統結構的壓力傳感器，壓力傳感器芯片直接固定于基板上，在壓力傳感器裝配、使用過程中，基板受到的應力會傳導至壓力傳感器芯片上，壓力傳感器芯片感應該應力，使壓力傳感器產生誤差，導致壓力傳感器性能問題。
[0003]現有的壓力傳感器不僅成本高，集成度低，而且測試壓力的精度較低。
[0004]因此，有必要提出一種新的方案。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種低成本，高集成度，體積小，高靈敏度的熱式MEMS壓力傳感器。
[0006]為達成前述目的，本發明的熱式壓力傳感器，其特征在于:其包括:
[0007]—基片，其形成有凹槽，所述凹槽的開口部設置有薄膜，所述薄膜將所述凹槽封閉為腔體，所述腔體中設置有熱電偶和加熱器，所述熱電偶分別位于所述加熱器的內側和外側。
[0008]作為本發明一個優選的實施方式，所述熱電偶和加熱器位于同一平面。
[0009]作為本發明一個優選的實施方式，所述加熱器內側熱電偶TPl和外側熱電偶TP2相對所述腔體中心呈對稱分布。
[0010]作為本發明一個優選的實施方式，所述熱電偶和加熱器位于腔體內懸空的橋梁結構上。
[0011]作為本發明一個優選的實施方式，所述加熱器產生熱量，在腔體內建立溫度場，在沒有額外壓力的情況下，加熱器內側熱電偶TPl和外側熱電偶TP2與薄膜的間距均為do，加熱器內側熱電偶TPl感受加熱器的溫度為T10，加熱器外側熱電偶TP2感受加熱器的溫度為T20，內側熱電偶TPl和外側熱電偶TP2的溫差為:Τ10-Τ20 =Δ T0,
[0012]所述薄膜受到外部壓力發生形變，內側熱電偶TPl和外側熱電偶ΤΡ2與薄膜的間距分為變為山和d2，內側熱電偶TPl的熱量同時向上和向下傳遞，則所述內側熱電偶TPl的溫度變為Tl I，所述外側熱電偶TP2的熱量同時向上、向下和向腔體側壁傳遞，則所述外側熱電偶TP2的溫度變為T21，則內側熱電偶TPl和外側熱電偶TP2的溫度的溫差變為:T11-T21 =Δ T1,
[0013]由于薄膜受到外部壓力變化而導致的腔體內溫度的變化可得到:
[0014]δ = AT0-AT1,
[0015]其中，不同的δ值對應不同的薄膜的形變量和外部壓力P，
[0016]P 00 δ 0
[0017]作為本發明一個優選的實施方式，所述基片的材料為硅、玻璃、石英、陶瓷中的一種或多種。
[0018]作為本發明一個優選的實施方式，所述熱電偶和加熱器將封閉的腔體分為上腔體和下腔體。
[0019]本發明的有益效果:與現有技術相比，本發明的具有如下優點:
[0020](I)本發明的熱式壓力傳感器，其制作成本低。
[0021](2)本發明的熱式壓力傳感器，其具有高集成度。
[0022](3)本發明的熱式壓力傳感器，其體積小，節約空間。
[0023](4)本發明的熱式壓力傳感器，其具有高靈敏度，測量壓力的精度高。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發明熱式壓力傳感器的結構示意圖；
[0025]圖2是圖1的俯視結構示意圖；
[0026]圖3是圖1的剖視示意圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
[0028]此處所稱的“一個實施例”或“實施例”是指可包含于本發明至少一個實現方式中的特定特征、結構或特性。在本說明書中不同地方出現的“在一個實施例中”并非均指同一個實施例，也不是單獨的或選擇性的與其他實施例互相排斥的實施例。
[0029]請參閱圖1-3。圖1是本發明熱式壓力傳感器未受壓時的結構示意圖；圖2是圖1的俯視結構示意圖；圖3是本發明熱式壓力傳感器受壓時的剖視示意圖。如圖1-3所示，所述熱式壓力傳感器包括一基片100，其形成有凹槽，所述凹槽的開口部設置有可以受壓形變的薄膜104，所述薄膜104將所述凹槽封閉為腔體200，所述腔體200中設置有熱電偶101，102和加熱器103，所述熱電偶101，102分別位于所述加熱器103的內側和外側。所述熱電偶101，102和加熱器103位于同一平面。在一個優選的實施例中，所述加熱器103內側熱電偶TPllOl和外側熱電偶ΤΡ2102相對所述腔體200中心呈對稱分布。在該實施例中，所述熱電偶101，102和加熱器103位于腔體200內懸空的橋梁結構105上。加熱器103和熱電偶通過標準半導體工藝加工制作。通過深硅刻蝕和晶圓級封裝技術形成空腔。受壓薄膜可通過調整其厚度以滿足根據不同的量程和精度需求。
[0030]傳感器在工作時，加熱器產生熱量，在腔體200內形成溫度場，內外熱電偶件通過差分檢測腔體內特定位置的溫度變化。在該實施例中，所述腔體內特定的位置是指腔體的腔壁的任意位置。本發明中，受壓腔壁和熱電偶之間的熱量傳導主要通過三個途徑:熱輻射，熱傳導，熱對流。由于傳感器的功耗較低(毫瓦級別)，受壓腔壁和加熱器的間距很小(幾十微米級別)，熱傳導是主導的熱量傳遞途徑。在不同的