[發(fā)明專利]一種梁膜四島結(jié)構(gòu)微壓高過載傳感器芯片

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210071278.9
• 申請日: 2012-03-16
• 公開（公告）號: CN102636298A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙玉龍;于忠亮;孟夏薇;劉巖;張學(xué)鋒;田邊
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G01L1/18
• 分類號: G01L1/18
• 代理公司: 西安智大知識產(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MEMS壓阻式絕對壓力傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種梁膜四島結(jié)構(gòu)微壓高過載傳感器芯片。

背景技術(shù)

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

隨著航天技術(shù)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(lǐng)域?qū)a級微壓測量的需求，也不能適應(yīng)航天領(lǐng)域的工作環(huán)境，不能滿足航天領(lǐng)域?qū)ι罡呖瘴壕_測量技術(shù)的需求。由于飛行器飛行到深高空時(shí)，環(huán)境氣壓不足標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)于數(shù)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(shí)，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(shí)，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(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)。

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梁膜四島結(jié)構(gòu)微壓高過載傳感器芯片，能夠?qū)a級微壓進(jìn)行測量，具有高線性度、高精度，同時(shí)能夠承受相當(dāng)于滿量程500倍的高過載，能夠滿足航天領(lǐng)域?qū)ι罡呖瘴壕_測量的需求。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種梁膜四島結(jié)構(gòu)微壓高過載傳感器芯片，包括硅基底1，硅基底1上加工有四個(gè)質(zhì)量塊4-1、4-2、4-3、4-4和四根單梁3-1、3-2、3-3、3-4及十字梁3-5，質(zhì)量塊4-1、4-2、4-3、4-4通過四根單梁3-1、3-2、3-3、3-4與硅基底1連接，質(zhì)量塊4-1、4-2、4-3、4-4之間通過十字梁3-5連接，將硅基底1、質(zhì)量塊4-1、4-2、4-3、4-4、四根單梁3-1、3-2、3-3、3-4及十字梁3-5圍成的空間加工成10～30μm薄膜2，硅基底1的背面與Pyrex7740玻璃5鍵合，將質(zhì)量塊4-1、4-2、4-3、4-4的背面減薄，使質(zhì)量塊4-1、4-2、4-3、4-4與Pyrex7740玻璃5之間在真空環(huán)境下留有5～10μm的間隙，同時(shí)將Pyrex7740玻璃5上的防吸附電極9-1、9-2、9-3、9-4插入鍵合區(qū)域10，將薄膜2、質(zhì)量塊4-1、4-2、4-3、4-4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(gè)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(yīng)力分布規(guī)律均布置在靠近其根部處，且沿著壓阻系數(shù)最大的兩晶向，四個(gè)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及十字梁3-5厚度為10～40μm。

所述的四個(gè)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，并且沿相互垂直的兩晶向。

所述的焊盤7采用Ti-Pt-Au多層引線技術(shù)。

所述的金屬引線8采用Ti-Pt-Au多層引線技術(shù)。

所述的防吸附電極9-1、9-2、9-3、9-4采用Cr材料，防吸附電極9-1、9-2、9-3、9-4為梳齒狀，與質(zhì)量塊4-1、4-2、4-3、4-4的接觸面積小。

本發(fā)明采用梁膜四島結(jié)構(gòu)作為MEMS微壓傳感器的芯體結(jié)構(gòu)，可以承受由地面氣壓帶來的相當(dāng)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(jù)有限元計(jì)算結(jié)果確定的，可以提高惠斯通電橋的輸出電壓，從而進(jìn)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(shù)，即將Ti置于底層與壓敏電阻條6-1、6-2、6-3、6-4連接，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(shù)可以保證在航天等惡劣環(huán)境下，引線鍵合連接的可靠性。該傳感器芯片的結(jié)構(gòu)合理，能夠抗高過載，同時(shí)又具備高可靠性、高精度、高線性度、便于加工、成本低等特點(diǎn)，有利于實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明軸側(cè)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為圖2中A-A截面的剖視示意圖。