传统的MEMS压力传感器封装主要采用充油隔离式引线键合和裸露式引线键合，均为正装式封装。正装式封装结构存在体积大、耐高温性能差、稳定性差等特点，难以满足高温恶劣条件下的动态测试。倒装式封装采用芯片与基板焊盘直接互联的封装技术，能够很好地保护芯片表面的器件区，具有短互联性、气密性强、稳定性好等优点，不仅能够实现传感器的小型化封装，更能提升传感器性能。绝缘体上硅（SOI）压阻式压力传感器理论工作温度可达450℃，但传统器件在高温、振动以及高腐蚀环境中电连接容易失效。
据麦姆斯咨询报道，近期，中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室雷程副教授课题组，在《电子与封装》期刊上发表了以“SOI高温压力传感器无引线倒装式封装研究”为主题的论文。该课题组主要从事微纳红外传感、微纳压力传感及微纳器件制造与系统集成相关的研究工作。
压力传感器芯片采用MEMS标准工艺进行制备
这项研究在现有工艺技术上设计并制备SOI传感器芯片，采用阳极键合工艺完成SOI晶圆和带孔的硼硅玻璃正面键合的晶圆级气密性封装，并对键合效果进行表征分析；采用通孔电镀工艺及离子束刻蚀（IBE）工艺完成电极的引出及焊盘的隔离，并对通孔电镀效果和电性能进行表征测试。最后，利用陶瓷基转接板及金属管壳完成芯片的倒装式差压封装，并在常温环境下对传感器的气密性、线性度等指标进行测试。
目前，市面上常见的微高温压力传感器的封装材料为焊锡连接，但是当温度超过220℃时，焊锡难以支撑高温下的性能测试条件。基于金属金（Au）良好的导电性及耐高温特性，芯片的倒装封装采用金-金键合的方式进行，在保证耐高温的特性前提下，也能保证电连接性能的正常测试。采用在定制陶瓷基板上制作与芯片表面焊盘相对应的金焊盘，通过键合的方式实现焊盘的连接，通过拉伸试验验证其键合强度可满足温度及压力需求。
金-金键合倒装示意
本研究基于SOI压阻式压力传感器，设计了一种无引线倒装式封装的封装结构。并通过芯片加工及实验测试验证了其封装的可行性。根据测试结果，封装后的芯片具有较好的气密性及电连接性，传感器整体性能测试稳定，具有较好的线性度和重复性，新的封装结构工艺简单且能实现晶圆级封装，有望应用到实际工程中。
上述研究第一作者为中北大学硕士研究生董志超，研究方向为高温压力传感器技术。
