[發(fā)明專利]一種梁膜單島結構微壓高過載傳感器芯片

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210059808.8
• 申請日: 2012-03-08
• 公開（公告）號: CN102589762A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設計）人: 趙玉龍;于忠亮;孟夏薇;田邊;王偉忠
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01L1/18
• 分類號: G01L1/18;B81B3/00;B81B7/02
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

技術領域

本發(fā)明涉及MEMS壓阻式絕對壓力傳感器技術領域，具體涉及一種梁膜單島結構微壓高過載傳感器芯片。

背景技術

隨著微機械電子系統技術的發(fā)展，MEMS微壓傳感器已被廣泛應用于風洞測試，生物醫(yī)電及石油化工等領域，尤其在航天，這種對傳感器體積、重量有嚴格要求的領域，MEMS傳感器無疑是十分理想的選擇。

隨著航天技術的發(fā)展，我國目前的MEMS微壓傳感器主要還停留在KPa級上，并不能滿足航天領域對Pa級微壓測量的需求，也不能適應航天領域的工作環(huán)境，不能滿足航天領域對深高空微壓精確測量技術的需求。由于飛行器飛行到深高空時，環(huán)境氣壓不足標準大氣壓的萬分之一，因而傳感器需要承受地面與深高空之間相當于數百倍滿量程的高過載，并能高精度地測量深高空的微壓。同時，在地面與深高空近100℃的溫差下，傳感器仍需保持高精度的測量。因此，如何解決高靈敏度與高過載，高靈敏度與高線性度之間的矛盾，同時，抑制低溫對傳感器測量精度的影響，是保障傳感器可靠、精確地測量深高空微壓，而亟待突破的關鍵技術難點。

發(fā)明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種梁膜單島結構微壓高過載傳感器芯片，能夠對Pa級微壓進行測量，具有高線性度、高精度，同時能夠承受相當于滿量程500倍的高過載，能夠滿足航天領域對深高空微壓精確測量的需求。

為了實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：

一種梁膜單島結構微壓高過載傳感器芯片，包括硅基底1，硅基底1的中部加工有一質量塊4和四根單梁3-1、3-2、3-3、3-4，質量塊4通過四根單梁3-1、3-2、3-3、3-4與硅基底1連接，將硅基底1、質量塊4及四根單梁3-1、3-2、3-3、3-4圍成的區(qū)間加工成10～30μm后的薄膜2，硅基底1的背面與Pyrex7740玻璃5鍵合，將質量塊4的背面減薄使質量塊4與Pyrex7740玻璃5之間在真空環(huán)境下留有5-10μm的間隙，同時將Pyrex7740玻璃5上的防吸附電極9插入鍵合區(qū)域10，將薄膜2、質量塊4和Pyrex7740玻璃5之間形成的腔體抽真空，在硅基底1的正面，四個壓敏電阻條6-1、6-2、6-3、6-4按照四根單梁3-1、3-2、3-3、3-4上的應力分布規(guī)律均布置在靠近其根部處，且沿著壓阻系數最大的兩晶向，四個壓敏電阻條6-1、6-2、6-3、6-4通過硅基底1上的金屬引線8相互連接組成半開環(huán)惠斯通電橋，電橋的輸出端與硅基底1上的焊盤7相連。

所述的四根單梁3-1、3-2、3-3、3-4厚度為10～40μm。

所述的四個壓敏電阻條6-1、6-2、6-3、6-4均由四折相同的電阻條組成。

所述的焊盤7采用Ti-Pt-Au多層引線技術。

所述的金屬引線8采用Ti-Pt-Au多層引線技術。

所述的防吸附電極9采用Cr材料，防吸附電極9為梳齒狀，與質量塊4的接觸面積小。

本發(fā)明采用梁膜單島結構作為MEMS微壓傳感器的芯體結構，可以承受由地面氣壓帶來的相當于500倍滿量程的高過載，四根單梁3-1、3-2、3-3、3-4上壓敏電阻條6-1、6-2、6-3、6-4的分布位置是根據有限元計算結果確定的，可以提高惠斯通電橋的輸出電壓，從而進一步提高傳感器的靈敏度。硅基底1上的焊盤7與金屬引線8采用了Ti-Pt-Au多層引線技術，即將Ti置于底層與壓敏電阻條6-1～6-4聯接，以降低接觸電阻，Pt置于中間阻擋層，以提高引線耐腐蝕性，Au置于上邊引線鍵合層，以利于引線鍵合。此技術可以保證在航天等惡劣環(huán)境下，引線鍵合聯接的可靠性。該傳感器芯片的結構合理，能夠抗高過載，同時又具備高可靠性、高精度、高線性度、便于加工、成本低等特點，有利于實現批量化生產。

附圖說明

圖1為本發(fā)明軸側示意圖。

圖2為本發(fā)明正面示意圖。

圖3為本發(fā)明硅基底1的背腔示意圖。

圖4為本發(fā)明防吸附電極9以及硅基底1與Pyrex7740玻璃5鍵合區(qū)域10的示意圖。

圖5為本發(fā)明壓敏電阻條6-1、6-2、6-3、6-4連接構成的半開環(huán)惠斯通電橋示意圖。

圖6為本發(fā)明正常工作時的示意圖。

圖7為本發(fā)明在地面大氣環(huán)境下承受過載時的示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖詳細說明本發(fā)明的實施方式。