經(jīng)過數(shù)十年的設(shè)備研發(fā)和系統(tǒng)設(shè)計與制造技術(shù)的逐步成熟，但是設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化和市場化有許多不同的種類，許多都未能大量退出實驗室并充分發(fā)揮其作用。潛在的應(yīng)用在軍事和民用物品上，還需要研究和解決許多問題，其中包括封裝是限制工業(yè)化的重要原因。
為了適應(yīng)技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)開發(fā)了許多新的包裝技術(shù)和工藝，例如陽極鍵合，硅熔融鍵合，共晶鍵合等，并基本建立了自己的包裝體系。如今，封裝通常分為以下幾個級別：裸芯片封裝，設(shè)備級別封裝，硅晶片級別封裝，單芯片封裝和系統(tǒng)級別封裝。系統(tǒng)級封裝（SIP）的目的主要是使設(shè)備能夠滿足不同類型產(chǎn)品的需求。微系統(tǒng)用戶必須定義??要使用的設(shè)備的環(huán)境和條件。對于復(fù)雜的系統(tǒng)，要求設(shè)計，制造和包裝方面的專家共同努力以開發(fā)解決方案，確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和制造過程等。
基于擴散硅壓力傳感器的工作原理和傳統(tǒng)封裝形式的分析，為壓力傳感器系統(tǒng)級設(shè)計提供參考，封裝的基本思想將是擴散硅壓力敏感芯片及其對應(yīng)的驅(qū)動放大器電路和其他輔助電路系統(tǒng)集成在特殊設(shè)計的印刷電路板上，并使用經(jīng)過特殊設(shè)計的系統(tǒng)級工藝將其包裝在金屬外殼中，從而形成完整的壓力傳感器。 2.擴散硅壓力傳感器及其封裝的半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)是史密斯在1954年發(fā)現(xiàn)的。自那時以來，對壓力傳感器的研究一直在持續(xù)，包括集成壓力傳感器，柔性基礎(chǔ)低壓傳感器和封裝在晶圓級的壓力傳感器。利用壓阻效應(yīng)原理，采用摻雜，擴散后的集成技術(shù)，將單晶硅在特定的晶體取向上制成耐應(yīng)變性，構(gòu)成惠斯通電橋，利用硅材料的彈性力學(xué)特性，將各向異性同樣的硅微處理，是通過集成力敏感和力電轉(zhuǎn)換來測試硅傳感器的擴散而制成的。擴散的硅壓敏芯片本身不能完成壓力測量或從壓力到電信號的轉(zhuǎn)換，它必須具有合適的封裝和支持電路系統(tǒng)。綜上所述，壓力傳感器的包裝應(yīng)符合以下要求：1）機械強度高，耐振動，耐沖擊； 2）避免熱應(yīng)力對芯片的影響； 3）芯片需要與環(huán)境或地面絕緣； 4）電磁要求為空白； 5）以氣密方式隔離腐蝕性氣體或流體，或以非氣密方式隔離水和氣體。 6）價格低廉，包裝形式與標(biāo)準(zhǔn)制造工藝兼容。壓力傳感器的常用封裝形式包括TO封裝，氣密性充油不銹鋼封裝，小形狀塑料封裝（SOP）等。
3，基于SIP技術(shù)的壓力傳感器系統(tǒng)級別3.1在設(shè)計中封裝某種類型的汽車壓力傳感器，借鑒SIP技術(shù)的基本思想，將擴散硅壓敏，放大器芯片和其他外圍電子組件集成在一起在基板上，植入不透氣的油填充的不銹鋼外殼，以獲得壓力傳感器的系統(tǒng)級包裝。傳統(tǒng)的壓敏頭在封裝內(nèi)部僅具有擴散的硅壓力芯片，并且必須從外部驅(qū)動以放大電路，因此必須有外部電路板。通常，將傳感器頭和電路板放在金屬盒中，以形成完整的壓力傳感器。由于采用了兩層外殼，壓力傳感器的體積很大，成本也不容易降低。同時，將敏感頭和電路板放入殼體的過程需要進行加壓和法蘭連接，這將導(dǎo)致敏感頭的內(nèi)部應(yīng)力和零漂移。當(dāng)采用SIP技術(shù)將敏感芯片和電路集成到外殼中時，其體積明顯小于傳統(tǒng)的封裝工藝，并且通過消除一個外殼而降低了成本。只需將膜片上的壓力環(huán)設(shè)計成所需的螺紋接口，并將殼體的另一端壓入適當(dāng)?shù)妮敵龊碗娫催B接器，即可滿足不同場合的需求。
3.2在陶瓷基板上集成敏感元件和電路的包裝：首先，敏感元件應(yīng)固定在該位置，其次，應(yīng)進行必要的電路連接。常用的包裝形式包括TO包裝，氣密性充油不銹鋼包裝，小尺寸塑料包裝等。MEMS芯片包裝中通常使用擴散硅壓力芯片與玻璃載體之間的靜電密封技術(shù)。為了避免密封期間芯片的高熱應(yīng)力，通常使用具有類似于硅的熱膨脹系數(shù)的材料作為芯片的載體。為了減少壓力傳感器的體積，實現(xiàn)系統(tǒng)級封裝，擴散硅壓力必須集成在芯片和相關(guān)的電路基板上，該基板作為擴散硅壓力芯片電路板本身的載體，要達到這一目的是基板材料的熱膨脹系數(shù)和硅的熱膨脹系數(shù)的第一個條件，在普通電路板中只有陶瓷基板中使用的基板材料符合要求，因此在PCB設(shè)計中選擇陶瓷基板，并根據(jù)尺寸的要求在結(jié)構(gòu)上，選擇0402封裝的電阻，電容和電感，保留所有權(quán)利，實現(xiàn)傳感元件與電路的集成。
不銹鋼膜片封裝的硅壓阻式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)為氣密封裝，其結(jié)構(gòu)特點有利于一系列通用傳感器的開發(fā)。基于SIP技術(shù)的系統(tǒng)級封裝壓力傳感器也采用這種基本封裝形式。隔離膜壓力傳感器頭由金屬底座，管殼，硅油，傳感器壓力芯片和不銹鋼膜片組成。主要制造工藝如下：將硅芯片直接固定在陶瓷電氣路基板上，與恒流原勵磁電路，放大電路，溫度補償電路等電路一起形成完整的電氣路基板。電氣路基板通過粘合技術(shù)固定在不銹鋼管殼的底座上。不銹鋼膜片和外殼通過熔焊工藝焊接。焊接過程可以是激光焊接，氬弧焊或電子束焊接。硅油灌裝技術(shù)一般采用真空灌裝技術(shù)，可以基本消除殘留氣體對隔離壓力測量系統(tǒng)的影響，提高傳感器的精度和穩(wěn)定性。在確保壓力傳感器內(nèi)部的電氣路基板安裝間隙，固定導(dǎo)線的安全性以及可靠有效的壓力傳遞的前提下，專門設(shè)計了陶瓷填充件，可以有效減少內(nèi)部的注油空間壓力傳感器并減少傳感器的漂移。真空填充技術(shù)可以基本消除殘留氣體對隔離式壓力測量系統(tǒng)的影響，并提高傳感器的精度和穩(wěn)定性。在傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，利用外殼內(nèi)部電路板空間分成兩部分，不銹鋼膜片是空間1和電路板之間的空間4硅油填充空間，以減少硅油泵的用量，在此空間植入陶瓷環(huán)5，同時使用后首先要在不銹鋼隔膜泵硅油焊接工藝中，將電路板和陶瓷環(huán)板裝在外殼上，然后用氬弧焊縫將環(huán)和不銹鋼隔膜壓接完成，然后使用硅油泵的真空泵技術(shù)。
3.5多點溫度補償技術(shù)壓力芯片，恒流源，放大電路和包裝材料的溫度特性等不可避免，最終會導(dǎo)致壓力傳感器的輸出隨溫度的變化而漂移，溫度漂移無補償，會使輸出傳感器的溫度和變化會導(dǎo)致傳感器輸出的不確定性，使其無法使用。硅壓阻壓力傳感器本身具有固有的特性，即溫度系數(shù)大。因此，有必要補償溫度誤差。為了達到溫度補償?shù)哪康?，通過測試和計算附著在應(yīng)變橋上的電阻網(wǎng)絡(luò)的高低溫特性來確定網(wǎng)絡(luò)的電阻值。汽車壓力傳感器要求在-40℃?+ 125℃的超寬工作溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定，常用的溫度補償方法很難達到這一目標(biāo)，因此，在附加電阻網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，分別通過多個熱敏電阻來應(yīng)變橋，恒流源，放大器增益用于溫度補償，確保在-40℃?+ 125℃的超寬工作溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。由于系統(tǒng)采用多點溫度補償技術(shù)，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，尤其是電路的調(diào)試，針對這一問題通過大量的實驗和數(shù)據(jù)分析，測試以及相應(yīng)的設(shè)計，建立了一套完善的調(diào)試方法，可以按量產(chǎn)的方法設(shè)計壓力傳感器溫度補償系統(tǒng)，實現(xiàn)工作的自動化。
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