傳感器是一種輸入設備，可將物理參數轉換為模擬或數字信號形式的輸出。換句話說，它將力、濕度、光等物理量轉換為等效的電輸出。各種應用中常用的傳感器包括溫度、濕度、氣體、壓力、汽車和觸摸傳感器等。傳感器使用的技術包括聲學、電容、多普勒、電磁、機電、熱敏電阻、電感、光學、微波、激光、超聲波、壓電效應等。

如今工業、汽車、航空航天甚至醫療設備等惡劣環境中的許多壓力傳感器應用，向開發人員提出了相互矛盾的要求。從而導致代價高昂的妥協。通常這些傳感器用于測量可能損壞傳感器元件的苛刻流體（例如冷劑、油、氣體或其他腐蝕性溶劑）的流量、液體和壓力。由于溫度要求的增加，甚至超出了對準確壓力讀數的補償還會出現其他問題。

航空航天和汽車規格特別嚴格，工作溫度范圍高達-40℃至+150℃。這些堅固的應用通常具有很高的準確和可靠性要求，因為組件故障可能導致安全風險或產品召回。

陶瓷基板是包含金屬或準金屬的無機化合物和具有共價鍵或離子鍵的非金屬的固體材料。常見的陶瓷有磚、瓷和陶器。具有特殊性能的物質制造高級陶瓷，也稱為精細陶瓷、工程陶瓷、高性能陶瓷、高科技陶瓷或技術陶瓷。傳統上，陶瓷由粉末制成，然后通過加熱制成具有強度、硬度、脆性和低導電性的材料。陶瓷可以廣泛應用于幾乎所有應用領域，包括工程和工業領域，包括用于醫藥、汽車、空間和環境的領域。

陶瓷在腐蝕性環境中非常有用，可以在高溫下長時間使用而不會改變其性能。將TiO2、Al2O3和ZrO2等陶瓷氧化物的優勢與其他聚合物和金屬進行了比較，并報告說這些氧化物可用于具有特殊性能和優勢的各種傳感器應用。這對航空、汽車、醫藥和化學工業中陶瓷材料的使用具有重要意義。盡管許多領域的傳感器都是由陶瓷制成的，但這些材料的易碎性限制了它們在建筑材料中的應用。

為了在-40℃至+150℃的溫度范圍內表現良好，壓力傳感器需要穩定的MEMS元件以及穩定的封裝和制造工藝。然而，不穩定通常是由于MEMS裸片的TCE（熱膨脹系數）和它所安裝的基板的差異而發生的。雖然不銹鋼可能被認為是一種完美的基材，但它的TCE遠高于硅。隨著溫度的變化金屬會膨脹和收縮，而焊接在其上的硅元素會發生更小的變化。MEMS元件會對由TCE差異引起的應力做出反應，從而引發看起來像是系統壓力變化的錯誤，從而給系統設計人員帶來了新的可靠性問題。

一種創新的新型壓力傳感器封裝方法使用金錫焊接合金在陶瓷基板上創建共晶芯片鍵合，即使在極寬的溫度范圍、苛刻的流體和高壓下也能實現氣密密封。陶瓷基板具有接近硅的TCE，因此沒有明顯的熱失配，錫和金是常見的焊接元素，可以很好地粘附在苛刻的流體中。

雖然可制造性受到其各自高熔點的影響，但熔點低得多的合金是通過比例為80:20的金錫焊接鍵產生的。這反過來又提高了可制造性，同時保留了兩種金屬在惡劣環境中的優勢。盡管這種金錫焊料比粘合劑貴，但與維護成本和長期可靠性的顯著改善相比，成本差異很小。

【文章來源：展至科技】

審核編輯 黃昊宇