汽车用扩散硅压力传感器的设计与封装研究

摘要

扩散硅压力传感器发展到现在已经有30年的历史了，在此期间，人们对它的理论研究越来越深入，应用领域也越来越广泛，其中最重要的领域之一就是汽车电子。但是，国外的压力传感器尤其隔离封装的压力传感器以其低成本和高可靠性等优势占据了国内的大部分市场。考虑到技术难度大、投资大、市场竞争激烈和风险较大等各种因素，国内很少有研究机构涉足于此。本文的研究工作就是得到了国家863计划的支持下开展的。
　　 本论文在充分研究了芯片的工作原理和制作工艺的前提下，通过理论计算、有限元分析与实验等方法，对传感器的封装结构和封装工艺进行了深入研究，并对封装后压力传感器的温度特性进行了分析和补偿，实验证明了这种补偿方法可以起到比较明显的效果。本文主要从三个方面展开了研究：
　　 首先，在压力传感器的设计方面：对压力传感器的工作原理进行了深入研究，包括小挠度和大挠度理论、惠斯通电桥理论；此外，对于常见的两种芯片结构的制作工艺流程进行了研究，并对压力芯片的灵敏度进行了有限元计算。
　　 其次，在压力传感器的封装方面：采用工艺力学的部分理论，对封装过程中的贴片、引线键合、结构设计和优化进行了有限元计算和实验验证；然后测试出了封装后压力传感器的静态参数；最后对压力传感器的可靠性进行了比较详细的研究。
　　 最后，在压力传感器的温度补偿方面：分析了压力传感器的输出随温度变化的原因；采用了桥臂串、并联恒定电阻的方法，对压力传感器的零点温度补偿和灵敏度温度补偿进行了详细地推导；这种补偿方法通过实验得到验证，最终得到了符合技术指标的压力传感器。