一種高靈敏度集成壓力傳感器的製作方法
2023-05-26 19:21:41
本實用新型涉及一種壓力傳感器，特別是一種高靈敏度集成壓力傳感器。
背景技術：
壓力傳感器是工業實踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應用於各種工業自控環境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建築、生產自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、工具機、管道等眾多行業。目前的壓力傳感器的靈敏度普遍偏低、線性度較差。改善傳感器的方法除了採用高應變係數材料作為敏感元件外，還可以對敏感元件的結構尺寸、電阻的位置和尺寸進行優化。
技術實現要素：
本實用新型的發明目的在於：針對上述存在的問題，提供一種採用E形矽襯層，使用中間回形島結構的彈性膜片，且採用U形壓敏電阻，對壓力傳感器進行優化，同時設有調理電路的具有良好線性度的集成壓力傳感器。
本實用新型採用的技術方案如下：本實用新型一種高靈敏度集成壓力傳感器，包括外殼、芯體和調理電路，所述外殼為密封結構，其內設置有芯體和調理電路；所述芯體包括由至少兩個的壓力傳感器組成的壓力傳感器陣列；所述壓力傳感器包括基底、矽襯層、彈性膜片、二氧化矽保護層和金屬層；所述矽襯層為E形矽，所述基底為矩形矽，基底和矽襯層為連體結構，基底與矽襯層之間為梯形空腔；所述矽襯層的中間部位設置有彈性膜片，彈性膜片上摻雜形成壓敏電阻，壓敏電阻上端設有二氧化矽保護層；所述二氧化矽保護層上表面兩端分別設置有金屬層。
本實用新型一種高靈敏度集成壓力傳感器，所述彈性膜片為中間回形島結構，膜片四個邊上分別連接有壓敏電阻，所述壓敏電阻為U形壓敏電阻。
以上結構中，U形壓敏電阻是基於長條形電阻不改變阻值的情況下縮短電阻的長度，使電阻處在應力集中的區域，獲得較高的靈敏度，為了減小拐彎處的負壓阻效應，在拐彎處注入濃硼重摻雜以降低壓阻係數。中間回形島結構的彈性膜片受力分布集中，同時減小中心擾度，具有很好的線性度。
本實用新型一種高靈敏度集成壓力傳感器，所述彈性膜片的邊長為2000um，所述壓敏電阻的長度為150um，壓敏電阻的寬度為20um。
本實用新型一種高靈敏度集成壓力傳感器，所述壓力傳感器陣列為Y形三通結構，兩個傳感器同方向固定在一個傳感器的引壓接口上。
以上Y形三通結構將兩個傳感器同方向固定在一個傳感器的引壓接口上，節約了空間，使得多個壓力傳感器可以集成在芯體上。
本實用新型一種高靈敏度集成壓力傳感器，所述壓力傳感器的製作方法為：在矽晶圓背面各向異性刻蝕形成空腔，刻蝕後的矽晶圓為矽襯層；在矽襯層的中部摻雜形成壓敏電阻；在矽襯層的正面上沉積二氧化矽保護層；在二氧化矽保護層的兩端分別濺射金屬層後經剝離形成金屬互連線；將矽襯層與基底矽進行鍵合封裝。
壓力傳感器中常用的是矽和玻璃的鍵合，由於矽和玻璃材料的膨脹係數不同，在鍵合過程中不可避免地會產生殘餘應力，而壓力傳感器對於殘餘應力十分敏感，採用矽—矽的鍵合形成全矽結構，能夠解決殘餘應力的問題，提高傳感器的性能指標。
本實用新型一種高靈敏度集成壓力傳感器，所述調理電路固定在傳感器的側面。
以上結構將調理電路固定在傳感器的側面，而不是像其它壓力傳感器調理電路板設置在敏感芯體的正上方，固定在側面可以減小單個傳感器的高度，為通信電路板讓出安裝空間。
本實用新型一種高靈敏度集成壓力傳感器，所述調理電路包括三端可調正穩壓器集成電路LM117、儀表放大器AD620和外圍電路；所述AD620連接傳感器電橋，並通過電容與LM117連接；所述LM117為傳感器和AD620提供電源。
以上調理電路，具有響應速度快，工作電壓寬、功耗低，工作可靠，生產調試方便等優點。
綜上所述，由於採用了上述技術方案，本實用新型的有益效果是：
1、壓力傳感器的集成度高，Y形三通結構將兩個傳感器同方向固定在一個傳感器的引壓接口上，節約了空間，集成多個傳感器；調理電路固定在傳感器的側面，可以減小單個傳感器的高度，為通信電路板讓出安裝空間。
2、壓力傳感器的靈敏度高，U形壓敏電阻是基於長條形電阻不改變阻值的情況下縮短電阻的長度，使電阻處在應力集中的區域，獲得較高的靈敏度；中間回形島結構的彈性膜片受力分布集中，同時減小中心擾度，具有很好的線性度。
附圖說明
圖1是本實用新型中傳感器的結構示意圖。
圖中標記：1為基底，2為矽襯層，3為彈性膜片，4為二氧化矽保護層，5為金屬層，6為壓敏電阻。
圖2是彈性膜片的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖，對本實用新型作詳細的說明。
為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。
如圖1所示，本實用新型一種高靈敏度集成壓力傳感器，包括外殼、芯體和調理電路，所述外殼為密封結構，其內設置有芯體和調理電路；所述芯體包括由至少兩個的壓力傳感器組成的壓力傳感器陣列；所述壓力傳感器包括基底、矽襯層、彈性膜片、二氧化矽保護層和金屬層；所述矽襯層為E形矽，所述基底為矩形矽，基底和矽襯層為連體結構，基底與矽襯層之間為梯形空腔；所述矽襯層的中間部位設置有彈性膜片，彈性膜片上摻雜形成壓敏電阻，壓敏電阻上端設有二氧化矽保護層；所述二氧化矽保護層上表面兩端分別設置有金屬層。
如圖2所示，本實用新型一種高靈敏度集成壓力傳感器，所述彈性膜片為中間回形島結構，膜片四個邊上分別連接有壓敏電阻，所述壓敏電阻為U形壓敏電阻。
本實用新型一種高靈敏度集成壓力傳感器，所述彈性膜片的邊長為2000um，所述壓敏電阻的長度為150um，壓敏電阻的寬度為20um。
本實用新型一種高靈敏度集成壓力傳感器，所述壓力傳感器陣列為Y形三通結構，兩個傳感器同方向固定在一個傳感器的引壓接口上。
本實用新型一種高靈敏度集成壓力傳感器，所述壓力傳感器的製作方法為：在矽晶圓背面各向異性刻蝕形成空腔，刻蝕後的矽晶圓為矽襯層；在矽襯層的中部摻雜形成壓敏電阻；在矽襯層的正面上沉積二氧化矽保護層；在二氧化矽保護層的兩端分別濺射金屬層後經剝離形成金屬互連線；將矽襯層與基底矽進行鍵合封裝。
本實用新型一種高靈敏度集成壓力傳感器，所述調理電路固定在傳感器的側面。
本實用新型一種高靈敏度集成壓力傳感器，所述調理電路包括三端可調正穩壓器集成電路LM117、儀表放大器AD620和外圍電路；所述AD620連接傳感器電橋，並通過電容與LM117連接；所述LM117為傳感器和AD620提供電源。
以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。