專利名稱：傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳感器，如檢測(cè)介質(zhì)壓力的靜電電容式壓力傳感器或測(cè)量加速度的加速度傳感器，及其制造方法。更具體地，涉及對(duì)設(shè)置為相互面對(duì)的電極外部結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。
在靜電電容式壓力傳感器中，板狀的固定電極和可動(dòng)電極平行設(shè)置并彼此靠近使其在傳感器主體的空腔中互相面對(duì)，檢測(cè)兩電極之間的電容隨膜片位移的變化以測(cè)量待測(cè)介質(zhì)的壓力。過去已提出過各種各樣的壓力傳感器，如在日本專利特開平6-265428(在此引用作為現(xiàn)有技術(shù))。這種壓力傳感器中的電極伸出結(jié)構(gòu)通常構(gòu)造成，用鍵合劑例如焊料或漿料(通過把金屬粉末與粘接劑碾碎混合而制得)把從電極伸出孔嵌入空腔的連接釘鍵合到電極上。


圖12是示出現(xiàn)有技術(shù)中的靜電電容式壓力傳感器的剖視圖。圖13是沿圖12D-D′線的剖面圖。圖14是沿圖12E-E′線的剖面圖。
如圖12所示，通過把第一或第二藍(lán)寶石襯底202A和202B直接鍵合形成傳感器主體202。在傳感器主體202中將固定電極201和可動(dòng)電極203平行設(shè)置以彼此面對(duì)。這種結(jié)構(gòu)構(gòu)成靜電電容式傳感器。
第一襯底202A比第二襯底202B厚。在厚度方向上形成穿過第一襯底202A的三個(gè)電極伸出孔204和一個(gè)氣壓導(dǎo)入孔205。這些孔204和205在傳感器主體202中形成外界相連的空腔207。
在面對(duì)第一襯底202A的第二襯底202B的內(nèi)表面的中央形成凹槽208。該凹槽208和第一襯底202A定義的空間形成空腔207。第二襯底202B的中央因凹槽208而變薄，形成膜片209。
第二襯底202B通過厚的外周部分10與第一襯底202A直接鍵合。第一和第二襯底用由同一材料制成，且在其鍵合面上不夾任何夾層，所以幾乎沒有鍵合的殘余應(yīng)力。采用第一和第二襯底202A和202B不會(huì)因時(shí)間而造成任何導(dǎo)致膜片209變形而變化，可提供穩(wěn)定的傳感器特性。
可動(dòng)電極203由具有壓力敏感性的檢測(cè)電極203A和幾乎不具有壓力敏感性的參考電極203B構(gòu)成。檢測(cè)電極203A和203B之間的輸出差值可以消除溫度變化和環(huán)境變化的影響。
在第一襯底202A上形成三個(gè)電極伸出孔204，即圖14所示分別與固定電極201、檢測(cè)電極203A、參考電極203B分別對(duì)應(yīng)的孔204a、204b、204c?？?04a在穿過在固定電極201上形成的電極伸出部分214的位置上形成。電極伸出孔204b、204c也分別形成在與在檢測(cè)電極203A和參考電極203B上形成的電極伸出部分215A和215B對(duì)應(yīng)的位置上。
下面描述電極伸出情況。圖15是沿圖13線F-F′的放大剖視圖；圖16是沿圖13線G-G′的放大剖視圖。
在第一襯底202A直接鍵合到用作第二襯底202B的襯底材料的晶片上之后，將晶片用切片法分割成多個(gè)芯片。把其下端涂有焊料部分(或?qū)щ姖{料)212的多個(gè)連接釘211依此嵌入(在實(shí)際中用壓入)用于可動(dòng)電極203的電極伸出孔204b和204c，并使其與檢測(cè)電極203A和參考電極203B的電極伸出部分215A和215B分別相接觸。在此狀態(tài)下加熱此結(jié)構(gòu)使焊料部分212暫時(shí)熔化，然后使其冷卻凝固。這樣把檢測(cè)電極203A和參考電極203B與連接釘211電連接起來，如圖15所示。
而且，如圖16所示，將下端涂有導(dǎo)電漿料213(或焊料部分)的連接釘211加壓嵌入用于固定電極201的電極伸出孔204a。固定電極201和連接釘211通過導(dǎo)電漿料213電連接。
如上所述，在傳統(tǒng)的靜電電容式壓力傳感器中，用焊料部分212或?qū)щ姖{料213把電極201或203或連接釘211機(jī)械地、電氣地連接起來。這樣存在下述問題。
更具體而言，當(dāng)把焊料部分212用作鍵合劑將可動(dòng)電極203和連接釘211電連接時(shí)，若對(duì)可動(dòng)電極203浸潤(rùn)性低不能獲得足夠的鍵合強(qiáng)度。若浸潤(rùn)性高，焊料部分212從電極伸出部分215A或215B流入，使可動(dòng)電極203和固定電極201短路。
當(dāng)導(dǎo)電漿料213用作鍵合劑時(shí)，若導(dǎo)電漿料213的量過少，則與焊料部分212相似地，鍵合強(qiáng)度下降且會(huì)出現(xiàn)連接不良。若導(dǎo)電漿料213的量過多，且導(dǎo)電漿料213與固定電極201接觸使固定電極201與可動(dòng)電極203短路。
另一方面，如圖16所示，當(dāng)固定電極201與連接釘211連接時(shí)，固定電極201不形成在連接釘211的對(duì)接面上。換言之，固定電極201形成在其上形成有電極伸出孔204a的傳感器元件202的內(nèi)表面上。因此，焊料部分難以與固定電極201實(shí)現(xiàn)電連接。
固定電極201可以部分地采用導(dǎo)電漿料213進(jìn)行電連接。但是，同可動(dòng)電極203一樣，固定電極201可能會(huì)與可動(dòng)電極203短路或發(fā)生連接不良，這取決于導(dǎo)電漿料213的量多少。
本發(fā)明可克服上述傳統(tǒng)的缺點(diǎn)，并以實(shí)現(xiàn)在電極和連接部件如連接釘之間具有高鍵合強(qiáng)度的傳感器為目的。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種可防止電極之間發(fā)生短路的傳感器。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種在電極和連接部件之間實(shí)現(xiàn)可靠電連接的傳感器。
本發(fā)明的再一目的在于提供一種在批量生產(chǎn)時(shí)生產(chǎn)率高性能優(yōu)良的傳感器。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的傳感器，其特征在于包括傳感器主體(2)，其中形成有一個(gè)空腔(7)，該空腔通過多個(gè)電極伸出孔(4a、4b、4c、31、104a、104b、104c、131)與外部目連；在該空腔中以相互面對(duì)的方式設(shè)置的一對(duì)電極(1、3)；多個(gè)連接部件(11、12、131)，這些連接部件通過電極伸出孔嵌入空腔中，并與相應(yīng)的電極電連接；以及用導(dǎo)電材料制成的焊盤(24、25)，這些焊盤形成在空腔中的面對(duì)電極伸出孔的位置上并與相應(yīng)的連接部件相鍵合。其中所述各連接部件對(duì)焊盤表面的浸潤(rùn)性高于對(duì)電極表面的浸潤(rùn)性。由于連接部件對(duì)焊盤表面的浸潤(rùn)性高，部分熔化的連接部件鋪展到整個(gè)焊盤表面上，使焊盤和連接部件之間牢固地鍵合起來。從而可實(shí)現(xiàn)連接部件和電極之間的可靠電連接。相反地，連接部件對(duì)電極表面的浸潤(rùn)性低，即使部分熔化的連接部件從焊盤上重流，也幾乎不能沿電極表面流動(dòng)。由此，連接部件不會(huì)接觸一對(duì)電極，不會(huì)使它們短路。
作為傳感器的一種構(gòu)造，所述焊盤(24)，在位于與電極伸出孔(4a、4b、4c、31)相面對(duì)的位置的所述電極(3、3A、3B、15A、15B)的表面上形成，且該電極通過所述焊盤與相應(yīng)的所述連接部件(11、12)相連接。由此，電極可沿與電極方向相反的方向穿過連接部件伸出。
在這種情況下，作為所述連接部件的一種構(gòu)造，包括從電極伸出孔嵌入的連接釘(11)，以及用來把所述連接釘鍵合到所述焊盤上的鍵合劑(12)。因?yàn)橥ㄟ^用鍵合劑把連接釘與焊盤鍵合來形成連接部件，可以實(shí)現(xiàn)連接部件與電極的可靠電連接。
在這種傳感器構(gòu)造中，若所述鍵合劑由Sn-Ag制成，則所述電極表面由Pt制成，所述焊盤表面由Au制成。這是由于Sn-Ag對(duì)Au的浸潤(rùn)性高，而對(duì)Pt的浸潤(rùn)性低。
在傳感器的另一種構(gòu)造中，所述焊盤(25)，在構(gòu)成所述空腔的所述傳感器主體的各內(nèi)表面(21a、21b)中的與電極伸出孔相對(duì)的表面(21b)上的、與電極伸出孔相面對(duì)的位置上形成，且在電極伸出孔上形成的所述電極(1)與相應(yīng)的連接部件(11、12)相接觸。在這種結(jié)構(gòu)中，電極可沿與電極方向相同的方向穿過連接部件伸出。
在這種情況下，作為連接部件的一種構(gòu)造，包括從電極伸出孔嵌入的連接釘(11)，以及用來把所述連接釘與所述焊盤和形成在電極伸出孔側(cè)的電極相鍵合的鍵合劑(12)。也即，形成通過鍵合劑把連接釘和焊盤鍵合起來的連接部件。由于在相對(duì)的位置設(shè)置了對(duì)鍵合劑浸潤(rùn)性高的焊盤，鍵合劑可以通過連接釘?shù)竭_(dá)電極表面，以實(shí)現(xiàn)電極和連接釘?shù)目煽侩娺B接。由此減少了連接不良。
在這種傳感器構(gòu)造中，若所述鍵合劑由Sn-Ag制成，則所述電極表面由Pt制成，所述焊盤表面由Au制成。
傳感器中連接部件的另一個(gè)例子是，由填充空腔中焊盤之上的空間和電極伸出孔(104a、104b、104c、131)的焊料構(gòu)成。由于電極伸出孔被用作連接部件的焊料填充，可容易地形成連接部件。
在這種傳感器構(gòu)造中，若所述焊料由Sn-Ag制成，則所述電極表面由Pt制成，所述焊盤表面由Au制成。
在這種情況下，電極伸出孔可被加工成逐漸變細(xì)的形狀，即從所述傳感器主體的外表面向內(nèi)表面其內(nèi)徑逐漸減小。這種變細(xì)的形狀可以使熔化的焊料平滑地流動(dòng)。
另外，在這種情況下，可至少在電極伸出孔的內(nèi)表面的一部分上覆蓋有對(duì)焊料浸潤(rùn)性高的材料。由此可使熔化的焊料容易地流動(dòng)通過電極伸出孔。
本發(fā)明的制作傳感器的方法，其特征在于包括下列步驟準(zhǔn)備這樣一個(gè)部件，其中，在傳感器主體(2)上形成有通過多個(gè)電極伸出孔(104a、104b、104c、131)與外界相連的空腔(7)，在該空腔中以相互面對(duì)的方式設(shè)置有一對(duì)電極(1、3)，在該空腔形成有多個(gè)由對(duì)焊料(111)的浸潤(rùn)性比對(duì)電極高的導(dǎo)電材料構(gòu)成的焊盤(24、25)，且這些焊盤形成在與電極伸出孔相面對(duì)的位置上；從電極伸出孔向空腔注入熔化的焊料，以用其填滿空腔中焊盤以上的空間和電極伸出孔；以及使熔化的焊料冷卻，以通過填充在電極伸出孔中的焊料把電極從空腔中引出。由此，可以填充電極伸出孔的焊料作為連接部件形成傳感器。
還可以將具有預(yù)定大小的焊料塊(111A)置于傳感器主體外表面上的各電極伸出孔的入口上，加熱熔化，并使焊料流動(dòng)。
還可以圍繞電極伸出孔的入口固定一個(gè)夾具(127)，然后放置焊料塊。由此，焊料塊可以可靠地置于所期望的位置上。
還可以提高傳感器主體外部的壓力使其高于空腔內(nèi)部的壓力，然后加熱且使焊料熔化。由此，熔化的焊料可被強(qiáng)制流到焊盤上。
在該制造方法中，所述焊盤(24)在與所述電極伸出孔面對(duì)的位置上的電極(3A、3B、15A、15B)的表面上形成時(shí)，使所述焊料與所述焊盤相鍵合。由此，在與電極伸出孔相反一側(cè)的電極可穿過由料料構(gòu)成的連接部件伸出。
相反地，所述焊盤(25)，在構(gòu)成所述空腔的所述傳感器主體的各內(nèi)表面(21a、21b)中的與電極伸出孔相對(duì)的表面(21b)上的、與、電極伸出孔相面對(duì)的位置上形成時(shí)，使所述焊料與形成在所述電極伸出孔側(cè)的所述電極(1)相接觸。由此，在與電極伸出孔相反一側(cè)的電極可穿過由料料構(gòu)成的連接部件伸出。
另外，在該制造方法中，通過用激光加工法形成所述電極伸出孔，可使電極伸出孔成為逐漸變細(xì)的形狀。
圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的傳感器的剖視圖；圖2是沿圖1中線II-II′的剖視圖；圖3是沿圖1中線III-III′的剖視圖；圖4是沿圖2中線IV-IV′的放大剖視圖；圖5是沿圖2中線V-V′的放大剖視圖；圖6(a)～(d)是分別示出制造傳感器的各主要步驟的剖視圖；圖7(a)～(e)是分別示出圖6之后的各步驟的剖視圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方案的傳感器的剖視圖；圖9是圖8中IX部分的放大剖視圖；圖10是圖8中A部分的放大剖視圖；圖11(a)～(c)分別示出制造傳感器的各主要步驟的剖視圖；圖12是傳統(tǒng)壓力傳感器的剖視圖。
圖13是沿圖12中線D-D′的剖視圖；圖14是沿圖12中線E-E′的剖視圖；圖15是沿圖13中線F-F′的放大剖視圖16是沿圖13中線G-G′的放大剖視圖；下面詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案。(第一實(shí)施方案)圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的傳感器的剖視圖；圖2是沿圖1中線II-II′的剖視圖；圖3是沿圖1中線III-III′的剖視圖；圖4是沿圖2中線IV-IV′的放大剖視圖；圖5是沿圖2中線V-V′的放大剖視圖；圖1是可適用本發(fā)明的靜電電容式壓力傳感器。
壓力傳感器20具有傳感器主體2，傳感器主體2通過直接鍵合由藍(lán)寶石、硅、玻璃、氧化鋁等構(gòu)成的第一和第二襯底2A和2B而形成。在傳感器主體2中形成空腔7。在第一襯底2A上形成三個(gè)與空腔7相連的電極伸出孔4和一個(gè)氣壓導(dǎo)入孔5。
空腔7由第一襯底2A和在第二襯底2B內(nèi)表面的中央形成的凹槽8定義的空間構(gòu)成。第二襯底2B的中央部分因凹槽8而變薄成為膜片9。在內(nèi)表面21a和21b上分別形成一對(duì)固定電極1和可動(dòng)電極3(3A和3B)，該內(nèi)表面21a和21b彼此靠近并隔著第一和第二襯底2A和2B之間的空腔7彼此面對(duì)。
固定電極1和可動(dòng)電極3由Pt/鍵合強(qiáng)化膜制成。鍵合強(qiáng)化膜由Ti、V、Cr、Nb、Zr、Hf、Ta等構(gòu)成。在此實(shí)施方案中，固定電極1和可動(dòng)電極3由Pt/Nb構(gòu)成。在這種情況下，如圖4所示，每一個(gè)固定電極1和可動(dòng)電極3具有Pt上層的Nb下層。
可動(dòng)電極3由具有壓力敏感性的檢測(cè)電極3A和幾乎沒有壓力敏感性的參考電極3B組成。在檢測(cè)電極3A和參考電極3B的電極伸出部分15A和15B上，分別形成由導(dǎo)電材料構(gòu)成的可動(dòng)電極伸出用焊盤24。
各焊盤24由Au/阻擋層/鍵合強(qiáng)化膜構(gòu)成。與電極的鍵合強(qiáng)化膜相同地，此鍵合強(qiáng)化膜也由Ti、V、Cr、Nb、Zr、Hf、Ta等構(gòu)成。在第一實(shí)施方案中，焊盤24由Au/Pt/Nb構(gòu)成。在此情況下，如圖4所示，焊盤24具有Au上層、Pt中層和Nb下層。
焊盤24分別與將可動(dòng)電極3取出傳感器主體2外部的連接部件相連接。連接部件通過把嵌入電極伸出孔4b～4c的連接釘11與焊盤24用鍵合劑鍵合起來而構(gòu)成。熔化的Sn-Ag焊料部分12對(duì)構(gòu)成焊盤24表面的Au有非常高的浸潤(rùn)性，而對(duì)形成固定電極1和可動(dòng)電極3的表面的Pt浸潤(rùn)性不高。
在連接連接釘11時(shí)，把其下端涂有Sn-Ag焊料部分12的各個(gè)連接釘11加壓嵌入電極伸出孔4b～4c，使Sn-Ag焊料部分12與焊盤24相接觸。將該結(jié)構(gòu)加熱到使Sn-Ag焊料部分12熔化的預(yù)定溫度。冷卻該Sn-Ag焊料部分12以把連接釘11固定到焊盤24上。然后，通過焊盤24和Sn-Ag焊料部分12把檢測(cè)電極3A和參考電極3B與連接釘11電連接。
在把可動(dòng)電極3(3A和3B)連接到連接釘11上時(shí)，在電極伸出部分15A和15B上形成各具有Au表面的焊盤24。連接釘11通過Sn-Ag焊料部分12與焊盤24機(jī)械地、電氣地連接。由于熔化的Sn-Ag焊料部分12對(duì)焊盤24的浸潤(rùn)性很高，可以足夠的鍵合強(qiáng)度將連接釘11連接。換言之，Sn-Ag焊料部分12幾乎不在電極伸出部分15A和15B的表面上流動(dòng)。由此，Sn-Ag焊料部分12不接觸固定電極1，從而不會(huì)使可動(dòng)電極3和固定電極1短路。
如圖5所示，在第二襯底2B內(nèi)表面21b上的與第一電極1的電極伸出部分14相對(duì)應(yīng)的位置上，形成固定電極伸出導(dǎo)電焊盤25。焊盤25用與可動(dòng)電極焊盤24相同的材料制成。焊盤25通過Sn-Ag焊料部分(或?qū)щ姖{料)12與固定電極連接釘11相連接而形成連接部件。Sn-Ag焊料部分12與固定電極1的電極伸出部分14相接觸以實(shí)現(xiàn)固定電極1與連接釘11的電連接，由此完成了靜電電容式壓力傳感器。
與可動(dòng)電極3和連接釘11之間的連接相同地，固定電極1和連接釘11之間也用Sn-Ag焊料部分12和Au/Pt/Nd焊盤25連接，由于熔化的Sn-Ag焊料部分12對(duì)焊盤25的浸潤(rùn)性高，可與連接釘11以滿意的鍵合強(qiáng)度連接。Sn-Ag焊料部分12在焊盤25的整個(gè)表面上鋪展開來。在具有深d為數(shù)μm的空腔7的壓力傳感器20中，Sn-Ag焊料部分12在焊盤25上鋪展，通過毛細(xì)管作用填充空腔7，從而與固定電極1的電極伸出部分14相接觸。由此可實(shí)現(xiàn)固定電極和連接釘11之間的電連接。由于Sn-Ag焊料部分12對(duì)電極材料的浸潤(rùn)性低，Sn-Ag焊料部分12不與可動(dòng)電極3接觸，不會(huì)造成固定電極1和可動(dòng)電極3的短路。
如上所述，作為形成連接部件的方法，可把其下端涂有Sn-Ag焊料部分12的連接釘11加壓嵌入電極伸出孔4。然而，本發(fā)明并不局限于此，還可在第二襯底2B處于切片前的晶片狀態(tài)時(shí)，把焊球或焊柱嵌入所期望的電極伸出孔中，然后嵌入連接釘，加熱該結(jié)構(gòu)。該方法也可獲得與上述方法同樣的效果，且可一次形成具有多個(gè)電極伸出結(jié)構(gòu)的靜電電容式壓力傳感器。
下面描述根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的壓力傳感器的制造方法。圖6和圖7分別示出制造壓力傳感器的主要步驟的剖面圖。注意，圖6和圖7示出制造壓力傳感器的主要步驟，該壓力傳感器在其一個(gè)襯底上依次形成空腔、電極伸出孔和固定電極、而另一個(gè)襯底用作膜片。
在制造壓力傳感器時(shí)，制備一個(gè)厚的藍(lán)寶石晶片30(圖6(a))。電極伸出孔31和氣壓導(dǎo)入孔(未示出)穿過藍(lán)寶石晶片30而形成(圖6(b))。用機(jī)加工、激光加工、超聲波加工之類形成電極伸出孔31和氣壓導(dǎo)入孔。
在藍(lán)寶石晶片30的內(nèi)表面上形成所期望的厚度的凹槽8用作空腔7(圖6(c))。對(duì)于藍(lán)寶石襯底材料，用干蝕刻法形成凹槽8，而對(duì)于玻璃和氧化鋁襯底材料，則采用干蝕刻法或濕蝕刻法?？涨?的平面形狀可以是圓形，如圖2所示，也可以是四邊形。
在凹槽8的下表面的所期望的位置上形成固定電極1(圖6(d))。該固定電極1由Pt/鍵合強(qiáng)化膜構(gòu)成。該鍵合強(qiáng)化膜由Ti、V、Cr、Nb、Zr、Hf、Ta等構(gòu)成，并用真空蒸發(fā)、離子鍍、濺射等形成。為了把鍵合膜形成電極的形狀，用掩?；蚬饪棠z和蝕刻形成該膜。
制備膜片晶片35(圖7(a))。用與上述固定電極1同樣的方式，在膜片晶片35內(nèi)表面上的期望的位置上形成可動(dòng)電極3(圖7(b))。
然后，形成電極伸出焊盤24和25(圖7(c))。每個(gè)焊盤由Au/阻擋層/鍵合強(qiáng)化膜如Au/Pt/Nb膜構(gòu)成。用真空蒸發(fā)、離子鍍、濺射等形成焊盤24或25。
清洗襯底30和35，然后在400～1300℃下將其直接鍵合以獲得高的鍵合強(qiáng)度(圖7(d))。
最后，將下端涂有Sn-Ag焊料部分12的連接釘11加壓嵌入電極伸出孔31，在240～300℃下加熱并熔化，然后冷卻以把連接釘11固定到焊盤24和25上(圖7(e))。以此種方式，把固定電極1、連接釘11和焊盤25，可動(dòng)電極3、焊盤24和連接釘11機(jī)械地，電氣地連接起來。
把晶片通過切片成為芯片之后，進(jìn)行鍵合連接釘11的步驟?？蛇x地，在切片前可把Sn-Ag焊料部分12嵌入以與電極接觸以把它們一次性地伸出。根據(jù)該方法，把預(yù)形態(tài)的柱狀Sn-Ag焊料嵌入電極伸出孔31，并在240～300℃加熱以便以晶片形態(tài)取出電極。由此，可實(shí)現(xiàn)取決于包裝方法的批量生產(chǎn)。(第二實(shí)施方案)圖8是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方案的傳感器的剖視圖；圖9是圖8中IX部分的放大剖視圖；圖10是圖8中A部分的放大剖視圖；與圖1相同地，圖8也是可適用本發(fā)明的靜電電容式壓力傳感器。注意，與圖1～5相同的標(biāo)號(hào)表示同一部件，并省略其說明。
圖8中的壓力傳感器120與圖1中的壓力傳感器20的不同之處在于，用來把空腔7中的固定電極1和可動(dòng)電極3引到傳感器主體2外部的連接部件的結(jié)構(gòu)不同。即，用來把空腔7與外部相連的電極伸出孔104a～104c被用作連接部件的焊料部分111填充。
在檢測(cè)電極3A和參考電極3B的電極伸出部分15A和15B上分別形成可動(dòng)電極伸出焊盤24。各焊盤24與圖4所示相同，并由例如Au/Pt/Nb構(gòu)成。還用作鍵合劑的焊料部分111由與焊料部分12相同的材料Sn-Ag構(gòu)成。
通過使足夠量的熔化的焊料部分111流入電極伸出孔104b和104c，并冷卻焊料部分111，形成用于可動(dòng)電極3的連接部件。此時(shí)，由于熔化的焊料部分111對(duì)具有Au表面的焊盤24浸潤(rùn)性很高，凝固的焊料部分111與焊盤24牢固地鍵合。另一方面，熔化的Sn-Ag焊料部分111對(duì)具有Pt表面的電極材料低。即使流動(dòng)的Sn-Ag焊料部分111從焊盤24上重流，也幾乎不會(huì)沿電極伸出部分15A和15B的表面流動(dòng)，且不會(huì)使固定電極1和可動(dòng)電極3短路。
固定電極伸出焊盤25，在與第二襯底2B的內(nèi)表面21b上的第一電極1的電極伸出部分14相對(duì)應(yīng)的部分形成。該焊盤25由與可動(dòng)電極焊盤24相同的材料構(gòu)成。
與用于可動(dòng)電極3的連接部件同樣地形成用于固定電極1的連接部件。該連接部件與固定電極1之間用Sn-Ag焊料部分111和具有Au表面的焊盤25牢固地鍵合。由于空腔7具有數(shù)μm的深度d，Sn-Ag焊料部分12在焊盤25上鋪展，通過毛細(xì)管作用填充空腔7，從而與固定電極1的電極伸出部分14相接觸。由此可實(shí)現(xiàn)固定電極1和連接釘11之間的電連接。由于Sn-Ag焊料部分111對(duì)電極材料的浸潤(rùn)性低，不會(huì)造成固定電極1和可動(dòng)電極3的短路。
電極伸出孔104a～104c被加工成其內(nèi)徑從第一襯底2A的外表面向內(nèi)表面逐漸變小。這種逐漸變細(xì)的形狀可使熔化的焊料部分111平緩地流動(dòng)。注意，即使電極伸出孔111沒進(jìn)行這種加工，熔化的焊料部分111也可以流動(dòng)。因此，電極伸出孔并不總是需要被加工成逐漸變細(xì)的形狀。
下面描述本實(shí)施方案的壓力傳感器的制造方法。圖11分別示出制造壓力傳感器的主要步驟的剖面圖。注意，圖11示出制造壓力傳感器的主要步驟，該壓力傳感器在其一個(gè)襯底上依次形成空腔、電極伸出孔和固定電極、而另一個(gè)襯底用作膜片。
首先，制備如圖11(a)所示的部件，該部件用與圖6(a)～6(d)和圖7(a)～7(d)相同的方式制成。各電極伸出孔131的內(nèi)徑為約50～500μm，從焊盤24或25到電極伸出孔131的出口(形成空腔7的第一襯底130的內(nèi)表面)之間的高度為約300～700μm。為了把電極伸出孔131上的一部分削細(xì)，如圖11(a)所示，可用激光加工法形成穿過第一襯底130的電極伸出孔131。
在電極伸出孔131的入口內(nèi)(第一襯底130的外表面上的一部分)設(shè)置Sn-Ag焊球111A。作為焊料塊的焊球111A的尺寸，以在下一步中用熔化的焊料部分111可填充空腔7中的焊盤24或25以上的空間以及和電極伸出孔131為準(zhǔn)。焊球111A的直徑大于電極伸出孔131的入口的內(nèi)徑，這樣焊球111A就不會(huì)落入空腔7中。如果沿電極伸出孔131的入口設(shè)置一夾具127，就可以容易地將焊球111A置于所期望的位置(圖11(b))。
然后，在240～300℃加熱傳感器主體以熔化焊球111A，使其通過電極伸出孔131流到焊盤24、25上。然后，冷卻，將與焊盤24、25鍵合的焊料部分111埋入電極伸出孔131中，該焊料部分111用作連接部件。最后去除夾具127，完成壓力傳感器(圖11(c))。
在上述條件(連接釘131的內(nèi)徑、從焊盤24或25到連接釘131的出口的高度、和溫度)下，因其自重熔化的焊料部分111從連接釘131到達(dá)焊盤24、25。但是，取決于連接釘131的內(nèi)徑、焊料部分111的成分等，熔化的焊料部分111由于焊料部分111的表面壓力、連接釘131內(nèi)表面的摩擦系數(shù)之類可能不會(huì)因重力流入空腔7。在這種情況下，用下述方法可促使熔化的焊料部分111向內(nèi)流。
第一，利用傳感器主體2的外壓和空腔7的內(nèi)壓之間的差值。在圖11(b)所示的步驟中，用焊球111A覆蓋每個(gè)電極伸出孔131。如果存在氣壓導(dǎo)入孔(參見圖3中的氣壓導(dǎo)入孔5)，覆蓋該孔以密封空腔7。在此狀態(tài)下加熱此結(jié)構(gòu)，同時(shí)將傳感器主體2的外壓設(shè)置為足夠高。然后，熔化的焊料部分111可在電極伸出孔131兩側(cè)的壓力差作用下強(qiáng)行從電極伸出孔131導(dǎo)入空腔7。另外，在有氣壓導(dǎo)入孔時(shí)，用該孔對(duì)空腔7內(nèi)部抽空以減少空腔7內(nèi)壓，也可獲得同樣的效果。
第二，增加電極伸出孔131內(nèi)表面的浸潤(rùn)性。例如，通過用Au膜覆蓋電極伸出孔131的內(nèi)表面來增加熔化的焊料部分111的浸潤(rùn)性。由此，熔化的焊料部分111可以容易地流動(dòng)。通過用Au膜僅僅覆蓋圍繞電極伸出孔131入口的部分，也可獲得同樣的效果。
在上述實(shí)施方案中，把本發(fā)明用在靜電電容式壓力傳感器上。但是，本發(fā)明并不局限于此，還可用在任何傳感器如電容式加速度傳感器上，只要在傳感器主體的空腔中形成的電極伸出外部即可。
空腔通過在兩個(gè)襯底之一上形成凹槽而形成。但是，也可通過在兩個(gè)襯底之間嵌入隔片來形成空腔。
如上所述，在本發(fā)明的傳感器中，用對(duì)電極浸潤(rùn)性的連接部件和對(duì)電極浸潤(rùn)性高的焊盤把電極引出。由此可把連接部件和電極牢固鍵合。同時(shí)，可把電極和連接部件可靠地電連接，且不會(huì)使熔化的連接部件部分地流到電極表面上或使電極短路，因此，可以獲得在產(chǎn)出和批量生產(chǎn)率方面大大優(yōu)于傳統(tǒng)傳感器的傳感器。
在此情況下，通過用了把連接釘和焊盤鍵合起來形成連接部件可實(shí)現(xiàn)連接部件和電極之間的更可靠的電連接。
通過用焊料填充電極伸出孔并將焊料用作連接部件可容易地形成連接部件。
此時(shí)，如果電極伸出孔被加工為逐漸變細(xì)的形狀，熔化的焊料可平緩地流動(dòng)。
如果電極伸出孔的內(nèi)表面覆蓋有對(duì)焊料浸潤(rùn)性高的材料，可以可靠地形成由埋置的焊料構(gòu)成的連接部件上。
根據(jù)本發(fā)明的傳感器制造方法，熔化的焊料可從電極伸出孔流到焊盤上。用熔化的焊料填充電極伸出孔，冷卻，并把焊料埋在其中。以此焊料作為連接部件，可以促進(jìn)連接部件的形成。
在該制造方法中，如果用激光加工形成電極伸出孔，可把電極伸出孔加工成逐漸變細(xì)的形狀以使熔化的焊料平穩(wěn)地流動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種傳感器，其特征在于包括傳感器主體，其中形成有一個(gè)空腔，該空腔通過多個(gè)電極伸出孔與外部相連；在該空腔中以相互面對(duì)的方式設(shè)置的一對(duì)電極；多個(gè)連接部件，這些連接部件通過電極伸出孔嵌入空腔中，并與相應(yīng)的電極電連接；以及用導(dǎo)電材料制成的焊盤，這些焊盤形成在空腔中的與電極伸出孔相面對(duì)的位置上并與相應(yīng)的連接部件相鍵合，其中所述各連接部件對(duì)焊盤表面的浸潤(rùn)性高于對(duì)電極表面的浸潤(rùn)性。
2.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于所述焊盤，在位于與電極伸出孔相面對(duì)的位置的所述電極的表面上形成，且該電極通過所述焊盤與相應(yīng)的所述連接部件相連接。
3.如權(quán)利要求2所述的傳感器，其特征在于所述連接部件包括從電極伸出孔嵌入的連接釘，以及用來把所述連接釘鍵合到所述焊盤上的鍵合劑。
4.如權(quán)利要求3所述的傳感器，其特征在于所述鍵合劑由Sn-Ag制成，所述電極表面由Pt制成，而所述焊盤表面由Au制成。
5.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于所述焊盤，在構(gòu)成所述空腔的所述傳感器主體的各內(nèi)表面中的與電極伸出孔相對(duì)的表面上的、與電極伸出孔相面對(duì)的位置上形成，且在電極伸出孔上形成的所述電極與相應(yīng)的連接部件相接觸。
6.如權(quán)利要求5所述的傳感器，其特征在于所述連接部件包括從電極伸出孔嵌入的連接釘，以及用來把所述連接釘與所述焊盤和形成在電極伸出孔側(cè)的電極相鍵合的鍵合劑。
7.如權(quán)利要求6所述的傳感器，其特征在于所述鍵合劑由Sn-Ag制成，所述電極表面由Pt制成，而所述焊盤表面由Au制成。
8.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于所述連接部件由填充空腔中所述焊盤以上的空間和電極伸出孔的焊料組成。
9.如權(quán)利要求8所述的傳感器，其特征在于所述焊料由Sn-Ag制成，所述電極表面由Pt制成，而所述焊盤表面由Au制成。
10.如權(quán)利要求8所述的傳感器，其特征在于電極伸出孔被加工成逐漸變細(xì)的形狀，即從所述傳感器主體的外表面向內(nèi)表面其內(nèi)徑逐漸減小。
11.如權(quán)利要求8所述的傳感器，其特征在于至少在電極伸出孔的內(nèi)表面的一部分上覆蓋有對(duì)焊料浸潤(rùn)性高的材料。
12.一種制作傳感器的方法，其特征在于包括下列步驟準(zhǔn)備這樣一個(gè)部件，其中，在傳感器主體上形成有通過多個(gè)電極伸出孔與外界相連的空腔，在該空腔中以相互面對(duì)的方式設(shè)置有一對(duì)電極，在該空腔形成有多個(gè)由對(duì)焊料的浸潤(rùn)性比對(duì)電極高的導(dǎo)電材料構(gòu)成的焊盤，且這些焊盤形成在與電極伸出孔相面對(duì)的位置上；從電極伸出孔向空腔注入熔化的焊料，以用其填滿空腔中焊盤以上的空間和電極伸出孔；以及使熔化的焊料冷卻，以通過填充在電極伸出孔中的焊料把電極從空腔中引出。
13.如權(quán)利要求12所述的制作傳感器的方法，其特征在于還包括將具有預(yù)定大小的焊料塊置于傳感器主體外表面上的各電極伸出孔的入口上，加熱熔化，并使焊料流動(dòng)。
14.如權(quán)利要求13所述的制作傳感器的方法，其特征在于還包括圍繞電極伸出孔的入口固定一個(gè)夾具，然后放置焊料塊。
15.如權(quán)利要求13所述的制作傳感器的方法，其特征在于還包括提高傳感器主體外部的壓力使其高于空腔內(nèi)部的壓力，然后加熱且使焊料熔化。
16.如權(quán)利要求12所述的制作傳感器的方法，其特征在于所述焊盤在與所述電極伸出孔面對(duì)的位置上的電極的表面上形成，并使所述焊料與所述焊盤相鍵合。
17.如權(quán)利要求12所述的制作傳感器的方法，其特征在于所述焊盤，在構(gòu)成所述空腔的所述傳感器主體的各內(nèi)表面中的與電極伸出孔相對(duì)的表面上的、與電極伸出孔相面對(duì)的位置上形成，且使所述焊料與形成在所述電極伸出孔側(cè)的所述電極相接觸。
18.如權(quán)利要求12所述的制作傳感器的方法，其特征在于用激光加工法形成所述電極伸出孔。
全文摘要
在與電極伸出孔(4a～4c)相面對(duì)的位置上,形成與連接部件相鍵合的鍵盤(24、25)。采用了對(duì)電極(1、3)表面浸潤(rùn)性低的鍵合劑(12),并用對(duì)鍵合劑(12)浸潤(rùn)性高的材料覆蓋焊盤(24、25)的表面。由此,可把連接部件與電極(1、3)牢固地結(jié)合,防止電極(1、3)之間的短路。
文檔編號(hào)G01P15/08GK1258350SQ99800268
公開日2000年6月28日 申請(qǐng)日期1999年3月11日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月12日
發(fā)明者木原隆, 石倉(cāng)義之, 增田譽(yù) 申請(qǐng)人:株式會(huì)社山武