[發(fā)明專利]一種SOI矩形膜結(jié)構(gòu)高壓傳感器芯片

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110434046.0
• 申請(qǐng)日: 2011-12-16
• 公開（公告）號(hào): CN102539063A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙玉龍;牛喆;田邊;王偉忠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01L19/06
• 分類號(hào): G01L19/06;G01L1/18
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 賀建斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高壓傳感器芯片，特別涉及一種SOI矩形膜結(jié)構(gòu)高壓傳感器芯片。

背景技術(shù)

隨著世界石油化工行業(yè)的不斷發(fā)展，針對(duì)于高壓環(huán)境下的傳感器的要求在不斷的提高。同時(shí)，對(duì)于傳感器種類的需求也在不斷的增加。國內(nèi)所使用的傳感器絕大部分來自于國外，這些傳感器不僅價(jià)格昂貴，并且在技術(shù)領(lǐng)域也處于保護(hù)范圍內(nèi)，針對(duì)中國傳感器行業(yè)的技術(shù)封鎖在國外的市場上已經(jīng)是屢見不鮮。因此，不斷的開發(fā)新型的傳感器來適應(yīng)當(dāng)前國內(nèi)市場的需求是當(dāng)前傳感器發(fā)展的第一要?jiǎng)?wù)。

石油化工等大型的工業(yè)生產(chǎn)針對(duì)傳感器的壓力量程具有很高的要求，在保證傳感器的靈敏度和線性度以及精度要求的基礎(chǔ)上，提高傳感器的量程也是高壓傳感器設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。石化行業(yè)對(duì)壓力變送器的需求主要集中在可靠性、穩(wěn)定性和高精度3個(gè)方面。目前，高量程壓力傳感器普遍采用壓電式、應(yīng)變式、壓阻式三種結(jié)構(gòu)。在傳感器的內(nèi)部膜結(jié)構(gòu)方面，傳統(tǒng)的高壓傳感器大部分采用的是正方形膜結(jié)構(gòu)和圓形膜結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)的傳感器的加工工藝要求非常精確，使得傳感器芯片在加工中的成品率受到極大的影響。同時(shí)，這些結(jié)構(gòu)的傳感器的量程也有很大的局限性。因此，針對(duì)于以上現(xiàn)有設(shè)計(jì)缺陷，本設(shè)計(jì)提出一種全新結(jié)構(gòu)的矩形膜高壓傳感器芯片設(shè)計(jì)，以解決壓阻式的高壓傳感器在加工工藝上的限制和量程上的局限性。本發(fā)明設(shè)計(jì)的矩形膜傳感器芯片在承載高壓時(shí)，在保證傳感器的靈敏度和精度的同時(shí)能夠承載更高的壓力，對(duì)石化行業(yè)高壓環(huán)境有著重要的意義。另外，增加傳感器量程比能夠增加壓力變送器使用的靈活性，給設(shè)計(jì)和應(yīng)用帶來方便。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種SOI矩形膜結(jié)構(gòu)高壓傳感器芯片，具有量程大、耐高溫、動(dòng)態(tài)特性好、精度高、微型化、工作安全可靠、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種SOI矩形膜結(jié)構(gòu)高壓傳感器芯片，包括高壓傳感器芯片1，高壓傳感器芯片1的背面腐蝕形成矩形膜7，在高壓傳感器芯片1的正面，沿著[110]晶向上，在矩形膜7上的應(yīng)力最大處布置有電阻條R1、電阻條R2、電阻條R3和電阻條R4，在矩形膜7外圍和高壓傳感器芯片1邊緣之間布置有第一壓焊塊2，第二壓焊塊3，第三壓焊塊4，第四壓焊塊5，第五壓焊塊6，電阻條R1的一端與第五壓焊塊6連接，電阻條R1和電阻條R2通過一個(gè)公共的第一壓焊塊2連接，電阻條R2和電阻條R3通過一個(gè)公共的第二壓焊塊3連接，電阻條R3和電阻條R4通過一個(gè)公共的第三壓焊塊4連接，電阻條R4的另外一端與第四壓焊塊5連接，電阻條R1、電阻條R2、電阻條R3、電阻條R4形成惠斯登電橋，高壓傳感器芯片1的底部通過陽極鍵合技術(shù)和PYREX?7740#玻璃片19鍵合在一起。

所述的電阻條R1、電阻條R2、電阻條R3和電阻條R4均采用橫向排布，左右兩側(cè)的電阻條R1、電阻條R3結(jié)構(gòu)相同，上下兩側(cè)的電阻條R2、電阻條R4結(jié)構(gòu)相同，電阻條R1、電阻條R3由一條以上的第一電阻條9和堵頭10采用折疊分布結(jié)構(gòu)連接而成，第一電阻條9之間通過堵頭10連接，電阻條R1和電阻條R3的兩端連接著引線接頭8；電阻條R2、電阻條R4由一條以上的第二電阻條11和堵頭10采用折疊分布結(jié)構(gòu)連接而成，第二電阻條11之間通過堵頭10連接，電阻條R2和電阻條R4的兩端連接著引線接頭8。

所述的高壓傳感器芯片1包括一個(gè)硅基底14，在硅基底14上，通過高能氧離子注入工藝形成二氧化硅隔離層15，在二氧化硅隔離層15上設(shè)有作為測(cè)量電路的電阻條R1、電阻條R2、電阻條R3和電阻條R4的SOI硅層16，在SOI硅層16上配有應(yīng)力匹配氮化硅層17。

所述的高壓傳感器芯片1長為3000um～4000um、寬為3000um～4000um、厚為460um～525um。

所述的矩形膜7長為800um～1200um、寬為400um～600um、厚為300um～400um。

所述的第一壓焊塊2、第二壓焊塊3、第三壓焊塊4、第四壓焊塊5和第五壓焊塊6采用鈦-鉑-金(Ti-Pt-Au)梁式引線技術(shù)加工而成。