經(jīng)過(guò)數(shù)十年的設(shè)備研發(fā)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(chǎng)化有許多不同的種類，許多都未能大量退出實(shí)驗(yàn)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(wèn)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(yáng)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(gè)級(jí)別：裸芯片封裝，設(shè)備級(jí)別封裝，硅晶片級(jí)別封裝，單芯片封裝和系統(tǒng)級(jí)別封裝。系統(tǒng)級(jí)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(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng)，要求設(shè)計(jì)，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(guò)程等。
基于擴(kuò)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(jí)設(shè)計(jì)提供參考，封裝的基本思想將是擴(kuò)散硅壓力敏感芯片及其對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)放大器電路和其他輔助電路系統(tǒng)集成在特殊設(shè)計(jì)的印刷電路板上，并使用經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)的系統(tǒng)級(jí)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(kuò)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(shí)以來(lái)，對(duì)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(jí)的壓力傳感器。利用壓阻效應(yīng)原理，采用摻雜，擴(kuò)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(guò)集成力敏感和力電轉(zhuǎn)換來(lái)測(cè)試硅傳感器的擴(kuò)散而制成的。擴(kuò)散的硅壓敏芯片本身不能完成壓力測(cè)量或從壓力到電信號(hào)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(jī)械強(qiáng)度高，耐振動(dòng)，耐沖擊； 2）避免熱應(yīng)力對(duì)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(jià)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(jí)別3.1在設(shè)計(jì)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(kuò)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(jí)包裝。傳統(tǒng)的壓敏頭在封裝內(nèi)部?jī)H具有擴(kuò)散的硅壓力芯片，并且必須從外部驅(qū)動(dòng)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(shí)，將敏感頭和電路板放入殼體的過(guò)程需要進(jìn)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(shí)，其體積明顯小于傳統(tǒng)的封裝工藝，并且通過(guò)消除一個(gè)外殼而降低了成本。只需將膜片上的壓力環(huán)設(shè)計(jì)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(chǎng)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(jìn)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(kuò)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)封裝，擴(kuò)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(kuò)散硅壓力芯片電路板本身的載體，要達(dá)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(gè)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(jì)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(shí)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(diǎn)有利于一系列通用傳感器的開發(fā)?；赟IP技術(shù)的系統(tǒng)級(jí)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(lì)磁電路，放大電路，溫度補(bǔ)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(guò)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(guò)熔焊工藝焊接。焊接過(guò)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(duì)隔離壓力測(cè)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(jì)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(duì)隔離式壓力測(cè)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(jì)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(shí)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(diǎn)溫度補(bǔ)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(huì)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(wú)補(bǔ)償，會(huì)使輸出傳感器的溫度和變化會(huì)導(dǎo)致傳感器輸出的不確定性，使其無(wú)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(bǔ)償溫度誤差。為了達(dá)到溫度補(bǔ)償?shù)哪康模ㄟ^(guò)測(cè)試和計(jì)算附著在應(yīng)變橋上的電阻網(wǎng)絡(luò)的高低溫特性來(lái)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(bǔ)償方法很難達(dá)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(guò)多個(gè)熱敏電阻來(lái)應(yīng)變橋，恒流源，放大器增益用于溫度補(bǔ)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(diǎn)溫度補(bǔ)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(duì)這一問(wèn)題通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析，測(cè)試以及相應(yīng)的設(shè)計(jì)，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(jì)壓力傳感器溫度補(bǔ)償系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工作的自動(dòng)化。
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