[发明专利]一种钨铼薄膜热电偶传感芯片的封装结构及其制作方法

说明书

本发明公开了一种钨铼薄膜热电偶传感芯片的封装结构及其制作方法，该封装结构衬底上表面制有与传感器芯片尺寸相当的圆形凹陷，二者通过耐高温玻璃紧密键合；封帽内部上表面溅射有吸气剂，封帽通过键合环与衬底的上表面紧密键合；高温补偿线与传感器芯片的热电偶电极构成连接，凸出的高温补偿线缠绕在衬底下部的的螺柱处固定；封帽、传感器芯片、耐高温玻璃、衬底和高温补偿线共同与管外壳相向装配在一起，通过耐高温玻璃键合连接。本发明能够解决钨铼高温下易失效，热电偶薄膜受冲蚀脱落等造成的现有温度传感芯片测量范围小、寿命低的问题，实现可采集稳定信号的输出功能。

技术领域

本发明传感器封装技术领域，涉及一种传感芯片，尤其是一种钨铼薄膜热电偶传感芯片的封装结构及其制作方法。

背景技术

航空发动机使用中的健康监测和诊断是确保飞机安全的一个重要手段。通过测量涡轮前温度这一健康监测和诊断的关键参数，有助于实现航空发动机状态监控，为高温流道件损伤提供有效状态参数，为评价发动机健康状态提供重要依据。然而，发动机内部流道温度高、工作环境波动大，并伴有强氧化性气体的高速冲蚀，属于极端恶劣环境，实时准确的温度测量极为困难。针对航空发动机故障诊断中长期存在的流道高温测量难题，利用MEMS技术研发制造了钨铼薄膜热电偶。区别于传统的热电偶测温装置，薄膜热电偶独特的自身结构保证了其具有更快的响应速度、更高的测量精度和较小的流场扰动等一系列性能优势，因此在发动机高温测试技术中有着其独特的优越性。

然而，钨铼在1200K以上的空气环境下极易发生氧化中毒，使得温度传感芯片失效。并且在高温流道内的高速气流冲蚀下，热电偶薄膜会发生翘曲变形，从基底上脱落，这些都大大减小了温度传感芯片的测温范围和使用寿命，并且封装结构要实现稳定输出的功能。现有的传统封装结构，对此特殊应用环境缺乏适用性，故而专门针对钨铼薄膜热电偶在高温，高速流场下的应用，设计一种封装保护结构，显的十分必要。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种钨铼薄膜热电偶传感芯片的封装结构及其制作方法。其能够解决钨铼高温下易失效，热电偶薄膜受冲蚀脱落等造成的现有温度传感芯片测量范围小、寿命低的问题，实现可采集稳定信号的输出功能。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明提出一种上述钨铼薄膜热电偶传感芯片的封装结构的制作方法，包括以下步骤：

1)耐高温玻璃粉末作为键合材料；粉末颗粒的尺寸被控制在 50μm-300μm之间，软化温度为650-750℃，玻璃粉末和粘结剂一起被压入衬底的圆形凹陷中；

2)衬底上表面制有与传感器芯片尺寸相当的圆形凹陷，传感器芯片底面用酒精清洗，保证其光滑洁净；传感器芯片与衬底在低气压的加热炉中加热至800℃保持20min后，随低气压的加热炉冷却至室温，传感器芯片与衬底经熔融的耐高温玻璃紧密键合形成稳固连接；

3)在衬底的环形封接槽内嵌入由耐高温玻璃加工成的键合环；将衬底和封帽相向放置在各自的定位架上，封帽内部上表面溅射有吸气剂，移入低气压的加热炉中，加热至800℃保持10min，随后降温至500℃保持30min，以激活内部的吸气剂，再降温至室温；封帽通过键合环与衬底的上表面紧密键合；

4)所述封帽、传感器芯片、第一耐高温玻璃、衬底和高温补偿线共同构成一级封装结构，所述一级封装结构与管外壳相向装配在一起，通过夹具将管外壳、衬底和第二耐高温玻璃键合材料装配在一起，对准，在低气压的加热炉中，先从室温升到800℃，预加热30min，然后在960℃高温下加热45min进行键合，最后在室温下冷却；管外壳通过第二耐高温玻璃被封接在衬底上；第二耐高温玻璃在低气压的加热炉中融化，与管外壳和衬底之间的氧化层形成结合，钨铼薄膜热电偶传感芯片的封装结构制作完成。

一种钨铼薄膜热电偶传感芯片封装结构，包括封帽、传感器芯片、第一耐高温玻璃、第二耐高温玻璃、衬底、管外壳、高温补偿线、保护套管和键合环；