[發(fā)明專利]微機(jī)械真空傳感器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310312222.2
• 申請日: 2013-07-24
• 公開（公告）號: CN103424224A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭俊
• 申請（專利權(quán)）人: 無錫微奇科技有限公司
• 主分類號: G01L21/12
• 分類號: G01L21/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及真空技術(shù)及微觀機(jī)械技術(shù)，具體地說是一種用于熱導(dǎo)式真空計的微機(jī)械真空傳感器。

背景技術(shù)

熱導(dǎo)式真空計是一種放置于待測環(huán)境中，并通過合適的方法量測一個可控?zé)嵩春痛郎y環(huán)境之間熱傳導(dǎo)率，從而間接推算出待測環(huán)境的真空壓力的一種傳感器。其方法基于熱源與周圍環(huán)境的熱導(dǎo)與環(huán)境的真空度存在一個量化的關(guān)系。采用這種原理的一種典型的真空傳感器為皮拉尼真空計，監(jiān)測一個被加熱的電阻線(比如白金電阻線)的阻值變化。當(dāng)環(huán)境為低真空時，電阻線傳遞給環(huán)境的熱量比較多，加熱以后的溫升相對比較低，電阻值升高比較小；反之阻值升高比較大。另外，還有一種熱偶式真空計，其原理和皮拉尼真空傳感器類似，只是電阻絲被一個熱電偶代替，溫度的測量是通過測量電偶的電勢。

熱導(dǎo)式真空計因為結(jié)構(gòu)簡單，制作容易而在工業(yè)界被廣泛應(yīng)用于中低真空的測量中。然而，這類真空計具有如下的缺點：1、基本材料，如鉑，因為會帶來交叉污染問題而不能和現(xiàn)有的CMOS工藝兼容，因此不能方便地和現(xiàn)有CMOS電路工藝集成，從而帶來成本降低的困難以及小型化的困難。2、無論是電阻式還是熱電偶式，其輸出的響應(yīng)比較低。例如作為電阻式材料的鉑，其材料的TCR(Temperature?Coefficient?of?Resistance，電阻溫度系數(shù)，一種衡量材料電阻隨溫度變化的參數(shù))比較低，只有0.3％左右，這就意味著需要更加復(fù)雜、更加靈敏的放大電路來放大電阻變化的信號。3、無論是電阻式還是熱電偶式，其需要的體積均比較大。以電阻式為例，其常見材料鉑的體電阻比較低，要獲得合適的阻值，必然需要比較長的電阻絲，從而帶來較大的體積。上述類型真空計的這些缺點限制了其在傳感器和集成電路集成程度較高的領(lǐng)域里的應(yīng)用。

因此，一種具有高靈敏度，體積小，而且使用的材料和工藝能夠兼容接口電路工藝(通常采用CMOS工藝)的真空計具有非常巨大的實用性。例如，現(xiàn)在廣泛采用的微機(jī)械電子技術(shù)(MEMS)的傳感器因為其工藝脫胎于傳統(tǒng)的CMOS集成工藝，采用的是晶圓模式的集成生產(chǎn)工藝，具有體積小，一致性好，性能穩(wěn)定，成本低廉的優(yōu)勢。如目前移動設(shè)備(如手機(jī)，PDA，玩具，照相機(jī))以及汽車中采用的壓力傳感器，加速度傳感器，角速度傳感器(陀螺)均采用的是MEMS傳感器。然而這些器件的封裝工藝還是基于傳統(tǒng)的封裝形式，即在器件測試切割完畢以后對單個器件進(jìn)行封裝。顯然，這種基于單個器件的封裝模式和器件生產(chǎn)過程中的晶圓模式是相悖的，故造成了降低成本的瓶頸。

現(xiàn)代的封裝技術(shù)的趨勢是發(fā)展晶圓級(WLP)封裝技術(shù)，即其封裝工藝作為器件工藝有機(jī)的一部分，采用的是晶圓形式的工藝，封裝完畢后即可以切割出貨。這種方法無疑能夠大大降低封裝的成本，提高器件的一致性和可靠性，以及器件的小型化。然而，這種封裝形式也帶來了很多技術(shù)上的挑戰(zhàn)，其中的挑戰(zhàn)之一是如何將封裝所需的在線檢測單元集成入待封裝的單元，比如真空封裝所需要測試封裝后腔室內(nèi)氣壓的真空計，這就要求真空計具有非常小的尺寸，而且和主傳感器的工藝兼容。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對上述問題，提供一種微機(jī)械真空傳感器，該傳感器靈敏度高，體型小，并且與CMOS工藝兼容。

按照本發(fā)明的技術(shù)方案：一種微機(jī)械真空傳感器，包括微橋面單元，所述微橋面單元相對的兩端分別設(shè)置有與所述微橋面單元相連的第一導(dǎo)熱橋臂及第二導(dǎo)熱橋臂，所述第一導(dǎo)熱橋臂的自由端通過第一連接橋墩與第一支撐點相連，所述第二導(dǎo)熱橋臂的自由端通過第二連接橋墩與第二支撐點相連，所述第一支撐點及所述第二支撐點位于所述微橋面單元的下方并與所述微橋面單元之間存在間隙；所述微橋面單元的上表面上設(shè)置有電阻式溫敏涂層，所述微橋面單元上表面的相對兩側(cè)分別設(shè)置有橋面電氣連接走線，所述第一導(dǎo)熱橋臂及所述第二導(dǎo)熱橋臂上分別設(shè)置有與相應(yīng)的所述橋面電氣連接走線相連的橋臂電氣連接走線，兩條所述橋臂電氣連接走線分別通過相應(yīng)的連接橋墩延伸至相應(yīng)的支撐點。

所述第一導(dǎo)熱橋臂及所述第二導(dǎo)熱橋臂與所述微橋面單元的連接點分別位于所述微橋面單元兩端的對角位置。

所述間隙的尺寸為0.5-5微米。

所述微橋面單元為氮化硅襯底。

所述電阻式溫敏涂層為金屬鈦/氮化鈦、二氧化釩或者α-非晶硅。

所述橋面電氣連接走線及所述橋臂電氣連接走線分別為Ti或者NiCr合金。

測試真空時，先用一個小電流測出所述微橋面單元的原始電阻，再用合適的大電流測出所述微橋面單元的電阻值，利用上述兩個電阻值的比率來計算真空值。