一起由于湿气引起的日本SMC传感器失效的故障案例分析

日本SMC传感器初步分析认为：失效产品是内部封装了湿气，低温下湿气结凝引起故障。随后双方对失效产品进行了解剖，解剖电路部分后检测低温零点，原故障未能消除，零点输出5.1mA。同时用手触摸传感器外壳时，输出值跳动较大，说明传感器绝缘**已经下降。回到常温检测零点输出正常，手摸外壳时，输出值不变，说明绝缘恢复正常。随后在传感器封密部分钻1个2mm小孔，放置烘箱中升温到85℃烘烤2小时，将内部湿气排出，再进行低温零点检测，零点输出恢复4mA。用手触摸外壳，输出值不变。说明日本SMC传感器故障已经排除。

  基于这种想法，天津大学姚素英教授等人，目前正对单晶硅SOI高温压力传感器的可行性以及制作工艺进行深入的研究。该传感器用单晶硅材料做应变电阻，并以一层SiO2薄膜将硅衬底与应变电阻层隔离，形成单晶硅SOI结构。
  其制作方法是，用硅片直接键合减薄的单晶硅SOI材料，衬底为高电阻率P型单晶硅，然后对单晶硅进行高浓度B扩散，并用等离子体干法刻蚀电阻条，用LPCVD法双面淀积Si3N4保护膜，背面光刻腐蚀窗口，各向异性腐蚀硅杯；后光刻引线孔，并做多层金属化。上述步骤完成后，再对芯片进行静电封接、压焊、封装等后道工序。
  与多晶硅日本SMC传感器相比，单晶硅做应变电阻材料，具有较高的灵敏度，单晶硅材料具有相同高的纵向和横向灵敏灵敏因子，有利于设计优良的压阻电桥，保证传感器有的输出；应变电阻与衬底之间用SiO2介质层隔离，减小了漏电流，显著提高了传感器的工作温度范围；由于Si与SiO2之间的直接键合，接触面很匹配，没有其它过滤层，避免了附加应力的产生，提高了传感器的电学与力学特性；同时，单晶硅SOI传感器的制作工艺与传统的CMOS制作工艺兼容，易于实现集成化。所以这是一种**理想的高温压力传感器。
  多晶硅日本SMC传感器是目前传感器市场上用于在高温压力测量领域中替代扩散硅压力传感器理想产品，但多晶硅在结构上存在长程无序性，使多晶硅电阻膜的灵敏度要低于单晶硅电阻膜的灵敏度。如果用单晶硅电阻膜替代多晶硅电阻膜，可以获得良好的高温**和更高的灵敏度。