一種具有高過載低加速度幹擾的微壓力傳感器的製造方法

2023-05-19 07:18:56 1

一種具有高過載低加速度幹擾的微壓力傳感器的製造方法
【專利摘要】一種具有高過載低加速度幹擾的微壓力傳感器，包括矽質基底，矽質基底的背面中部設有空腔，矽質基底的背面與硼玻璃鍵合，硼玻璃的中部具有凸臺結構，矽質基底的背面空腔與硼玻璃的凸臺結構相配合，在矽質基底的正面腐蝕形成相互垂直的第一梁和第二梁，在矽質基底的背面腐蝕形成平膜，第一梁和第二梁與矽質基底四周的梁共同形成梁膜結構，第一梁和第二梁的兩端沿著【100】晶向在應力最大處布置有壓敏電阻，四個壓敏電阻通過金屬引線和焊盤相互連接組成惠斯通電橋，採用了硼玻璃的凸臺結構，限位設計更加合理，在滿足了高靈敏度與高線性度要求的同時，兼具高過載和高側向效應抵抗能力的特性。
【專利說明】一種具有高過載低加速度幹擾的微壓力傳感器

【技術領域】
[0001] 本發明涉及微壓力傳感器晶片【技術領域】，特別涉及一種具有高過載低加速度幹擾 的微壓力傳感器。

【背景技術】
[0002] 壓力傳感器是應用最廣泛的傳感器之一，早在二十世紀五六十年代壓力傳感器的 相關研究就已經開始了，隨著MEMS技術的發展，微壓力傳感器成為當今商品化生產中最廣 泛的微傳感器產品，代表了最成熟的MEMS工藝器件。
[0003] 壓阻式微壓力傳感器是採用半導體材料和MEMS工藝製造的新型壓力傳感器。與 傳統壓力傳感器比較，微壓力傳感器具有精度高、靈敏度高、動態特性好、體積小、成本低、 信號處理電路簡單等優點。
[0004] 傳統的壓阻式微壓力傳感器一般為平膜結構、島膜結構和梁膜結構。平膜結構靈 敏度高，但非線性大，且過載較低；島膜結構過載能力大，但靈敏度低，受側向加速度影響很 大；梁膜結構靈敏度高，非線性小，但過載能力較差。另外最近有一些基於這些結構特性提 升的研究成果，例如膜上十字梁交叉，使應力集中的應力梁結構以及在應力梁基礎上加入 島結構從而提高過載的梁膜島結構。應力梁結構能在提高靈敏度的同時降低非線性，梁膜 島結構能進一步提高過載能力。雖然這些研究成果很有效，但這些附加的操作會導致抗幹 擾性降低、成本提高以及加工困難等問題的出現。


【發明內容】

[0005] 為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種具有高過載低加速度 幹擾的微壓力傳感器，在滿足了高靈敏度與高線性度要求的同時，兼具高過載和高側向效 應抵抗能力的特性。
[0006] 為了實現上述目的，本發明採用的技術方案為：
[0007] -種具有高過載低加速度幹擾的微壓力傳感器，包括娃質基底1，娃質基底1的背 面中部設有空腔，矽質基底1的背面與硼玻璃2鍵合，且留有鍵合餘量，硼玻璃2的中部設 有凸臺結構8,凸臺結構8下底面中心位置與硼玻璃2上底面中心位置重合，矽質基底1的 背面空腔與硼玻璃2的凸臺結構8相配合，並預留有工作間隙，在矽質基底1的正面腐蝕形 成相互垂直的第一梁6和第二梁7,在矽質基底1的背面腐蝕形成平膜9,第一梁6和第二 梁7與矽質基底1四周的梁共同形成梁膜結構。
[0008] 所述的第一梁6和第二梁7的兩端沿著【100】晶向在應力最大處布置有壓敏電阻 3,四個壓敏電阻3均為2-4折的單一壓阻條，四個壓敏電阻3通過金屬引線4和焊盤5相 互連接組成惠斯通電橋。
[0009] 由於本發明採用了硼玻璃2的凸臺結構8,與傳統設計方法上採用質量塊做限位 相比，限位設計更加合理，且提高了傳感器的抗幹擾能力。尤其在保證了微壓力傳感器高靈 敏度和高線性度要求的前提下，能夠有效地減小傳感器晶片受側向效應的影響，使得本發 明具有高側向效應抵抗能力的特性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖1為本發明的整體結構正面示意圖。
[0011] 圖2為本發明的鍵合示意圖。
[0012] 圖3為本發明玻璃凸臺8的示意圖。
[0013] 圖4為本發明傳感器梁上壓敏電阻3的布置方式示意圖。

【具體實施方式】
[0014] 以下結合附圖對本發明所述晶片進行更為詳細的說明。
[0015] 參照圖1、圖2和圖3, 一種具有高過載低加速度幹擾的微壓力傳感器，包括矽質基 底1，矽質基底1的背面中部設有空腔，矽質基底1的背面與硼玻璃2鍵合，且留有鍵合餘 量，硼玻璃2的中部設有凸臺結構8,凸臺結構8下底面中心位置與硼玻璃2上底面中心位 置重合，矽質基底1的背面空腔與硼玻璃2的凸臺結構8相配合，並預留有工作間隙，在矽 質基底1的正面腐蝕形成相互垂直的第一梁6和第二梁7,在矽質基底1的背面腐蝕形成平 膜9,第一梁6和第二梁7與矽質基底1四周的梁共同形成梁膜結構，矽質基底1的空腔與 硼玻璃2的凸臺結構8間預留有工作間隙，以保證梁膜結構在傳感器正常工作時能夠始終 懸空，而在某些過載環境中其下底面能夠與硼玻璃2的凸臺結構8頂面接觸，防止過載破壞 傳感器。
[0016] 參照圖4,所述的第一梁6和第二梁7的兩端沿著【100】晶向在應力最大處布置有 壓敏電阻3,四個壓敏電阻3均為2-4折的單一壓阻條，四個壓敏電阻3通過金屬引線4和 焊盤5相互連接組成惠斯通電橋。
[0017] 本發明的工作原理為：
[0018] 採用凸臺結構8,在結構上能起到很好的限位作用，在矽質基底1上形成梁膜結 構，起到應力集中作用，提高傳感器的靈敏度，解決了測量微小量程壓力的難題，梁膜結構 不存在硬心質量塊，避免了傳感器容易受振動即加速度信號的幹擾，提高了傳感器抗幹擾 能力，該傳感器在滿足了高靈敏度與高線性度要求的同時，兼具高過載和高側向效應抵抗 能力的特性。
[0019] 對傳統的梁膜島結構和本發明的梁膜加玻璃凸臺式結構進行橫向效應係數、最大 應變量及諧振頻率分析（加載壓力lKPa，加速度IOOg)，得到如下分析結果：
[0020]

【權利要求】
1. 一種具有高過載低加速度幹擾的微壓力傳感器，包括娃質基底（1)，其特徵在於：娃 質基底（1)的背面中部設有空腔，矽質基底（1)的背面與硼玻璃（2)鍵合，且留有鍵合餘 量，硼玻璃（2)的中部設有凸臺結構（8)，凸臺結構（8)下底面中心位置與硼玻璃（2)上底 面中心位置重合，矽質基底（1)的背面空腔與硼玻璃（2)的凸臺結構（8)相配合，並預留有 工作間隙，在矽質基底（1)的正面腐蝕形成相互垂直的第一梁（6)和第二梁（7)，在矽質基 底（1)的背面腐蝕形成平膜（9)，第一梁（6)和第二梁（7)與矽質基底（1)四周的梁共同形 成梁膜結構。
2. 根據權利要求1所述的一種具有高過載低加速度幹擾的微壓力傳感器，其特徵在 於：所述的第一梁（6)和第二梁（7)的兩端沿著【100】晶向在應力最大處布置有壓敏電阻 (3)，四個壓敏電阻（3)均為2-4折的單一壓阻條，四個壓敏電阻（3)通過金屬引線（4)和 焊盤（5)相互連接組成惠斯通電橋。
【文檔編號】G01L9/02GK104458076SQ201410704912
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月26日 優先權日:2014年11月26日
【發明者】田邊, 韓佰鋒, 李華峰, 王鵬, 趙玉龍, 蔣莊德 申請人:西安交通大學, 西安上尚機電有限公司