专利名称：基于光纤硅微声压传感器的低应力波纹膜片的封装结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及基于光纤硅微声压传感器的低应力波纹膜片的封装结构，属于微光机 电传感器封装技术领域。
背景技术：
声压传感器类型一般分为碳粒式、电容式、驻极体式等，其工作环境温度一般不低 于零下10°C，湿度不大于80%。但随着信息技术的发展，对声检测传感器环境适应性要求 也越来越高，尤其是在战场环境、航空航天领域，需要声压传感器耐强电磁干扰，在这种情 况下，大部分常规声压传感器无法正常发挥作用。硅微声压传感器因其能够耐受低温、高湿 环境，并且与光检测技术结合可以实现声信号的高精度检测，具有高灵敏度、小体积、低功 耗及抗强电磁干扰等特点，其研究工作一直受到广泛关注。由于空气中声阻较小、负载很弱，为检测声信号，硅微声压传感器感声膜应具有低 阻抗匹配特性，敏感膜片具有轻质和低应力特性。由于膜片质轻，封装应力问题变得尤为突 出ο目前，声压传感器的封装方式为在基座上直接封闭敏感膜片的方式对声压传感器 进行封装，将敏感膜片直接封装在基座上，但是无论采用粘接方式或静电封接方式，都是在 感压结构背面增加固定支撑厚度然后进行粘接/静电封接，这样会在封装后存在较大的封 装应力。由于敏感膜片很薄，若封装应力解决不好，将严重影响传感器的性能指标，甚至导 致封装后敏感膜片损坏，影响使用。因此如何避免附加应力的产生成为声压传感器敏感芯 片封装工艺的关键。

发明内容
本发明目的是为了解决采用在基座上直接封闭敏感膜片的方式对声压传感器进 行封装，封装应力对低应力波纹膜片的应力干扰问题，提供了一种基于光纤硅微声压传感 器的低应力波纹膜片的封装结构。本发明基于光纤硅微声压传感器的低应力波纹膜片的封装结构，它包括低应力波 纹膜片、对称平衡结构、基座、释放支架、光纤安装槽和光纤，所述低应力波纹膜片通过对称 平衡结构封装在基座中，基座具有两个上下连续、阶梯式的凹槽，低应力波纹膜片与对称平衡结构从上至 下依次设置在基座的上凹槽中，低应力波纹膜片包括敏感区域和硅杯，低应力波纹膜片倒 置，即低应力波纹膜片的硅杯的杯口朝上，低应力波纹膜片与对称平衡结构的外围尺寸相同，对称平衡结构为中空的方环形 结构，且与硅杯的结构镜像对称，低应力波纹膜片的敏感区域、对称平衡结构和基座的下凹 槽形成腔，在基座的外部设置释放支架，释放支架与基座之间在远离敏感芯片安装位置处用 低应力软胶粘接，
基座的底部设置有两个光纤安装槽，光纤安装槽的出口在下凹槽内，光纤安装槽 中布有用于光检测的光纤。本发明的优点本发明的方法中，没有将敏感的波纹膜片直接封装在基座上，而是 通过一个与其结构对称的平衡结构通过可以进行应力吸收的护套封装在基座内，该平衡结 构、应力吸收护套、释放支架既可以将声压信号引起的波纹膜片形变进行集中消除波纹膜 片在微机械加工后带来的加工应力，同时又可以释放封装应力。


图1是本发明方法所述的封装结构图；图2是基座的俯视图；图3是低应力波纹膜片的俯视图；图4是对称平衡结构的俯视图。
具体实施例方式具体实施方式
一下面结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式基于光纤硅微 声压传感器的低应力波纹膜片的封装结构，它包括低应力波纹膜片1、对称平衡结构2、基 座4、释放支架6、光纤安装槽8和光纤9，所述低应力波纹膜片1通过对称平衡结构2封装 在基座4中，基座4具有两个上下连续、阶梯式的凹槽，低应力波纹膜片1与对称平衡结构2从 上至下依次设置在基座4的上凹槽4-1中，低应力波纹膜片1包括敏感区域1-1和硅杯1-2， 低应力波纹膜片1倒置，即低应力波纹膜片1的硅杯1-2的杯口朝上，低应力波纹膜片1与对称平衡结构2的外围尺寸相同，对称平衡结构2为中空的 方环形结构，且与硅杯1-2的结构镜像对称，低应力波纹膜片1的敏感区域1-1、对称平衡结 构2和基座4的下凹槽4-2形成腔5，在基座4的外部设置释放支架6，释放支架6与基座4之间在远离敏感芯片安装位 置处用低应力软胶7粘接，基座4的底部设置有两个光纤安装槽8，光纤安装槽8的出口在下凹槽4-2内，光 纤安装槽8中布有用于光检测的光纤9。当声信号对低应力波纹膜片1产生形变作用时，利用在安装基座4内的光纤9的 反射光强发生改变，通过光电检测手段实现信号检测。低应力波纹膜片1和对称平衡结构2都采用硅基材质。低应力波纹膜片1的敏感区域1-1的获取方法为在硅基正面通过热氧化、光刻、 LPCVD淀积及湿法腐蚀方法实现具有波纹结构的低应力波纹膜片的制作；低应力波纹膜片1的硅杯1-2的获取方法为在硅基背面通过光刻及各向异性腐 蚀窗口形成。本发明方法是通过应力集中外移、弹性材料吸收应力两种手段实现低应力封装 的，应力集中点外移，即释放支架6与基座4之间在远离敏感芯片安装位置处用低应力软胶 7粘接，低应力波纹膜片1与对称平衡结构2周围无应力集中点。设计了一种如图1所示的 低应力封装结构。该结构中低应力波纹膜片1不直接封装在基座4内，而通过一个安装有
4与其结构对称的对称平衡结构2的应力吸收护套3自由封装在基座4内。低应力波纹膜片1和对称平衡结构2的外突出表面套有弹性结构的护套3，该保护 套3为弹性材料，其套在低应力波纹膜片1和对称平衡结构2的组合的外表面，且位于低应 力波纹膜片1的硅杯1-2、对称平衡结构2与上凹槽4-1的接触面之间，应力吸收护套3延 伸至低应力波纹膜片的硅杯1-2与该释放支架6之间，释放支架6与护套3之间用低应力 软胶7粘接。应力吸收护套3具有弹性，可以吸收外界应力，起到缓冲作用。在基座4的外部设置释放支架6，释放支架6与基座4之间用低应力软胶7粘接， 释放支架6与应力吸收护套3之间用低应力软胶7粘接。即通过低应力软胶7将释放支架 6、基座4和应力吸收护套3固定在一起。释放支架6的弹性储能比波纹膜片1材料的弹性 储能低，即与波纹膜片1的材料相比，释放支架6的材料选用低弹性极限或高弹性模量，这 样释放支架6既能起到刚性的固定作用，又使封装应力进一步得以释放，释放支架6将应力 集中外移。
权利要求
1.基于光纤硅微声压传感器的低应力波纹膜片的封装结构，其特征在于它包括低应 力波纹膜片(1)、对称平衡结构(2)、基座(4)、释放支架(6)、光纤安装槽(8)和光纤(9)，所 述低应力波纹膜片(1)通过对称平衡结构(2)封装在基座(4)中，基座(4)具有两个上下连续、阶梯式的凹槽，低应力波纹膜片(1)与对称平衡结构(2) 从上至下依次设置在基座(4)的上凹槽(4-1)中，低应力波纹膜片(1)包括敏感区域(1-1) 和硅杯(1-2)，低应力波纹膜片(1)倒置，即低应力波纹膜片(1)的硅杯(1-2)的杯口朝上，低应力波纹膜片(1)与对称平衡结构(2)的外围尺寸相同，对称平衡结构(2)为中空 的方环形结构，且与硅杯(1-2)的结构镜像对称，低应力波纹膜片(1)的敏感区域(1-1)、对 称平衡结构(2)和基座(4)的下凹槽(4-2)形成腔(5)，在基座⑷的外部设置释放支架(6)，释放支架(6)与基座(4)之间在远离敏感芯片安 装位置处用低应力软胶(7)粘接，基座(4)的底部设置有两个光纤安装槽(8)，光纤安装槽(8)的出口在下凹槽(4-2) 内，光纤安装槽(8)中布有用于光检测的光纤(9)。
2.根据权利要求1所述的基于光纤硅微声压传感器的低应力波纹膜片的封装结构，其 特征在于低应力波纹膜片(1)和对称平衡结构(2)都采用硅基材质。
3.根据权利要求1所述的基于光纤硅微声压传感器的低应力波纹膜片的封装结构，其 特征在于低应力波纹膜片(1)的敏感区域(1-1)的获取方法为在硅基正面通过热氧化、 光刻、LPCVD淀积及湿法腐蚀方法实现具有波纹结构的低应力膜片的制作；低应力波纹膜片(1)的硅杯(1-2)的获取方法为在硅基背面通过光刻及各向异性腐 蚀窗口形成。
4.根据权利要求1所述的基于光纤硅微声压传感器的低应力波纹膜片的封装结构， 其特征在于它还包括应力吸收护套(3)，该应力吸收护套(3)为弹性材料，其套在低应力 波纹膜片(1)和对称平衡结构(2)的组合的外表面，且位于低应力波纹膜片(1)的硅杯 (1-2)、对称平衡结构⑵与上凹槽(4-1)的接触面之间，应力吸收护套(3)延伸至低应力 波纹膜片的硅杯(1-2)与该释放支架(6)之间，释放支架(6)与应力吸收护套(3)之间用 低应力软胶(7)粘接。
全文摘要
基于光纤硅微声压传感器的低应力波纹膜片的封装结构，属于微光机电传感器封装技术领域，本发明为解决采用在基座上直接封闭敏感膜片的方式对声压传感器进行封装，封装应力对低应力波纹膜片的应力干扰问题。本发明所述低应力波纹膜片与对称平衡结构安装在基座的上凹槽中，低应力波纹膜片由敏感区域和硅杯组成，低应力波纹膜片倒置，低应力波纹膜片与对称平衡结构的外围尺寸相同，镜像对称。低应力波纹膜片的敏感区域、对称平衡结构和基座的下凹槽形成腔，在基座的外部设置释放支架，释放支架与基座之间设置应力吸收护套，在远离敏感芯片安装位置处用低应力软胶粘接，基座的底部设置有两个光纤安装槽，出口在下凹槽内，光纤安装槽中布有光纤。
文档编号G01H9/00GK102095488SQ20101057238
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月3日 优先权日2010年12月3日
发明者史鑫, 栾剑, 王伟, 郇帅, 陈丽洁 申请人:中国电子科技集团公司第四十九研究所