[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(jì)）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(jì)的微機(jī)械真空傳感器。

背景技術(shù)

熱導(dǎo)式真空計(jì)是一種放置于待測環(huán)境中，并通過合適的方法量測一個(gè)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(gè)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(jì)，監(jiān)測一個(gè)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(shí)，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(jì)，其原理和皮拉尼真空傳感器類似，只是電阻絲被一個(gè)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(jì)因?yàn)榻Y(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(jì)具有如下的缺點(diǎn)：1、基本材料，如鉑，因?yàn)闀斫徊嫖廴締栴}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(jì)的這些缺點(diǎn)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(jì)具有非常巨大的實(shí)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?yàn)槠涔に嚸撎ビ趥鹘y(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(gè)器件進(jìn)行封裝。顯然，這種基于單個(gè)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(jì)，這就要求真空計(jì)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(diǎn)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(diǎn)相連，所述第一支撐點(diǎn)及所述第二支撐點(diǎn)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(diǎn)。

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(diǎn)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(shí)，先用一個(gè)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(gè)電阻值的比率來計(jì)算真空值。