[发明专利]基于硅通孔技术的集成式微型压力流量传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量元件，特别涉及一种基于TSV硅通孔技术工艺的集成式MEMS压力传感器和流量传感器。

背景技术

MEMS(微机电系统)压力传感器广泛应用于汽车电子、消费电子和工业电子，如发动机机油压力传感器、汽车刹车系统空气压力传感器、呼吸机、血压计、洗衣机、工业配料称重等。MEMS流量传感器可以测量流体的速度、流量等流场参数，具有功耗低、响应快和精度高等优点，在工业控制、环境监测、民用、航空航天等领域也得到越来越广泛的应用。在许多场合下需要同时用到MEMS压力传感器和MEMS流量传感器，所以将这两种传感器在封装上进行集成也必然会得到广泛的应用。

然而，使用传统的平面封装工艺将MEMS压力传感器、MEMS流量传感器及其信号调理芯片封装在一起，导致了封装尺寸过大、封装成本较高等缺陷，限制了集成式压力传感器和流量传感器的应用。如何消除这些不利的因素，目前尚无较好的解决办法。

发明内容

TSV(Through Silicon Via，硅通孔技术)是通过在芯片和芯片之间、晶圆和晶圆之间制作垂直通孔，实现芯片之间互连的最新技术，与以往的IC封装键合和使用凸点的叠加技术不同，TSV能够使芯片在三维方向堆叠的密度最大，外形尺寸最小，并且大大改善芯片速度和功耗的性能。TSV技术解决传统的平面封装工艺问题带来导致封装尺寸过大、封装成本较高的缺陷。因此，TSV被称为继引线键合(Wire Bonding)、TAB和倒装芯片(FC)之后的第四代封装技术。本发明的目的是针对已有技术中存在的缺陷，提供一种基于TSV硅通孔技术工艺的集成式MEMS压力传感器和流量传感器。本发明的目的是针对使用传统平面封装工艺封装MEMS压力传感器和MEMS流量传感器存在的缺陷，提供一种基于TSV工艺的集成式MEMS压力传感器和流量传感器。这种集成式MEMS压力传感器和流量传感器可以同时测量气体的压力和流量。由于采用了最先进的TSV工艺，使得这种集成式传感器的封装尺寸非常小，而且降低封装的成本，扩大了MEMS压力传感器和流量传感器的应用范围。

本发明主要包括：MEMS压力传感器、MEMS流量传感器、ASIC(专用集成电路)传感器信号调理芯片、TSV互连通孔、凸点、引压通孔，其特征在于所述MEMS流量传感器、MEMS压力传感器、ASIC传感器信号调理芯片按顺序依次垂直堆叠，通过所述的TSV互连通孔和凸点进行电气连接，MEMS流量传感器的衬底上刻蚀有数个引压通孔，通孔将MEMS流量传感器的空腔和MEMS流量传感器的底面连通，ASIC传感器信号调理芯片对MEMS压力传感器和MEMS流量传感器进行信号调理。

本发明的优点是采用TSV工艺显著地降低了传感器的封装尺寸，降低了封装成本，扩大了压力传感器和流量传感器的应用范围。

附图说明

图1本发明的结构示意图。

图中：1MEMS流量传感器衬底、2MEMS压力传感器衬底、3ASIC传感器信号调理芯片、4TSV互连通孔、5凸点、6MEMS流量传感器空腔、7引压通孔、8MEMS压力传感器感应膜片。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的实施例：

参见图1，本发明由MEMS压力传感器、MEMS流量传感器、ASIC传感器信号调理芯片3、TSV互连通孔4、凸点5、引压通孔7组成。所述MEMS流量传感器、MEMS压力传感器、ASIC传感器信号调理芯片按顺序依次垂直堆叠，通过所述的TSV互连通孔4和凸点5进行电气连接。ASIC传感器信号调理芯片3对MEMS压力传感器和MEMS流量传感器进行信号调理。具体实施步骤如下：

一.在MEMS流量传感器衬底1上刻蚀至少一个引压通孔7。引压通孔7将MEMS流量传感器的空腔6和MEMS流量传感器衬底1的底面连通，使得MEMS流量传感器上方的气体压力能够传递到下方MEMS压力传感器感应膜片8上，引压通孔7的孔径可以尽量做大，并且在空腔的底部呈均匀分布，以保证传递压力的顺畅。

二.分别在MEMS流量传感器和MEMS压力传感器上采用DRIE(深反应离子刻蚀)工艺刻蚀TSV互连通孔4。TSV互连通孔4的位置必须安排在MEMS流量传感器和MEMS压力传感器上没有功能结构和电路的地方，以保证流量传感器和压力传感器不受损坏。

三.填充TSV互连通孔4。通孔填充时，一般需要预先在通孔内淀积绝缘层、阻挡层、种子层，通孔填充可以采用电镀铜的方法。