[實(shí)用新型]一種SOI壓力應(yīng)變計(jì)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320858735.9
• 申請(qǐng)日: 2013-12-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN203643063U
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈紹群;羅小勇;梁棟漢;阮炳權(quán)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 新會(huì)康宇測(cè)控儀器儀表工程有限公司;上海旦宇傳感器科技有限公司
• 主分類號(hào): G01L1/18
• 分類號(hào): G01L1/18;B81B1/00;B81C1/00
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 馮劍明

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及微電子壓力傳感器領(lǐng)域，特別是一種SOI壓力應(yīng)變計(jì)。

背景技術(shù)

在中、低量程壓力傳感器領(lǐng)域中，采用背面受壓或充油體不銹鋼波紋隔膜正面受壓兩種結(jié)構(gòu)形式檢測(cè)系統(tǒng)壓力變化。但這兩種結(jié)構(gòu)形式都不耐高溫，只能在小于125℃環(huán)境下工作，而且過(guò)載能力差，只能過(guò)載3-5倍壓力下工作。在大于6-200Mpa的高壓傳感器領(lǐng)域中，封裝結(jié)構(gòu)成為突出予盾。?靠O型圈密封已無(wú)法抵阻高壓情況下的泄漏問(wèn)題。采用了壓敏橋路電阻做在17-4PH不銹鋼基座上，再把基座通過(guò)氬弧焊、電子束、高能激光束等工藝燒焊在不銹鋼外殼的接口端，當(dāng)壓力從17-4PH不銹鋼基座背面引入時(shí)，就克服了泄漏和過(guò)載過(guò)小的問(wèn)題。

國(guó)內(nèi)外高壓傳感器中，目前有兩種結(jié)構(gòu)形式：一種是濺射膜結(jié)構(gòu)；另一種是超薄型應(yīng)變計(jì)的微熔結(jié)構(gòu)。在17-4PH不銹鋼基座的彈性膜區(qū)實(shí)現(xiàn)濺射膜結(jié)構(gòu)和微熔結(jié)構(gòu)，再與不銹鋼外殼燒焊接在一起，保證基座背面受壓時(shí)能經(jīng)得住幾千公斤壓力而不漏氣，而基座結(jié)構(gòu)中正面制作的力敏電阻因受到應(yīng)力作用而產(chǎn)生阻值變化。濺射膜結(jié)構(gòu)是在17-4PH不銹鋼基座彈性膜表面，采用濺射技術(shù)，先在不銹鋼彈性膜表面濺射一層絕緣的氮氧化硅薄膜作絕緣基，再在上面濺射康銅或鉑金屬薄膜，采用光刻和干法刻蝕技術(shù)，把康銅或鉑金屬層刻蝕成四個(gè)力敏電阻，再用金屬連線連接成一個(gè)惠斯頓電橋。但是這種結(jié)構(gòu)成本高、產(chǎn)量低、成品率低、一致性差、耐絕緣電壓低，不適宜于大規(guī)模生產(chǎn)。

因此近幾年己逐漸被超薄型應(yīng)變計(jì)的微熔結(jié)構(gòu)所取代。微熔結(jié)構(gòu)中用到的超薄型應(yīng)變計(jì)采用集成電路平面工藝和微機(jī)械工藝技術(shù)相結(jié)合辦法制造，可以大規(guī)摸生產(chǎn)，一致性好。但是這種超薄型應(yīng)變計(jì)目前國(guó)內(nèi)全靠進(jìn)口來(lái)維持微熔結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)。

目前一般的單晶硅壓力傳感器，橋路電阻間采用P-N結(jié)隔離，存在P-N結(jié)反向漏電流，導(dǎo)致輸出溫度漂移大,不能在高溫環(huán)境下工作。因此需要可以滿足傳感器在高溫工作環(huán)境下的要求的壓力傳感器，尤其是在航空航天軍事工業(yè)上更具有迫切需求。而且在力敏電阻之間必須通過(guò)鋁硅引線連接電阻端點(diǎn)的歐姆接觸孔，才有可能形成一個(gè)完整的惠斯頓橋路。鋁硅內(nèi)引線在常規(guī)設(shè)計(jì)中，引線從一個(gè)歐姆接觸孔到另一個(gè)歐姆接觸孔常常會(huì)垮越二個(gè)高度不等的臺(tái)階，如果臺(tái)階稍高就會(huì)造成引線的斷裂，器件失效。

因此，如何設(shè)計(jì)一種能應(yīng)用于高壓、高溫壓力傳感器中的超薄型應(yīng)變計(jì)已成為國(guó)內(nèi)企業(yè)、廠家目前的迫切需要。

實(shí)用新型內(nèi)容

為解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種穩(wěn)定性好，能應(yīng)用于高壓、高溫壓力傳感器中的超薄型SOI壓力應(yīng)變計(jì)。

本實(shí)用新型解決其問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種SOI壓力應(yīng)變計(jì)，包括壓力應(yīng)變計(jì)，所述壓力應(yīng)變計(jì)包括SOI絕緣硅片，所述SOI絕緣硅片從下至上依次包括硅襯底、二氧化硅絕緣薄膜和硅薄膜，所述硅薄膜上設(shè)置有兩個(gè)或四個(gè)的力敏電阻，所述力敏電阻上設(shè)有內(nèi)引線通道，所述內(nèi)引線通道內(nèi)設(shè)置有金屬內(nèi)引線，還包括用于與傳感器芯片連接的鋁電極，所述力敏電阻通過(guò)金屬內(nèi)引線相互連接和/或與鋁電極連接組成壓力測(cè)量電路。

進(jìn)一步，所述力敏電阻為單晶硅力敏電阻或多晶硅力敏電阻。

進(jìn)一步，所述硅薄膜為摻有硼原子的P型導(dǎo)電層。

進(jìn)一步，所述內(nèi)引線通道下方的硅薄膜上形成有其對(duì)應(yīng)的濃硼擴(kuò)散基體。

進(jìn)一步，所述金屬內(nèi)引線為鋁硅引線或鉻鎳金引線。

具體地，所述硅襯底和硅薄膜由單晶硅或多晶硅組成。

進(jìn)一步地，所述硅薄膜及力敏電阻的上表面覆蓋有一層氮化硅薄膜，所述氮化硅薄膜與二氧化硅絕緣薄膜形成復(fù)合絕緣基體。

作為上述的一種改進(jìn)，包括兩個(gè)力敏電阻，所述力敏電阻之間組成半橋惠斯頓測(cè)量電路。

作為上述的另一種改進(jìn)，包括四個(gè)力敏電阻，相互之間組成全橋惠斯頓測(cè)量電路。

作為上述的另一種改進(jìn)，包括兩個(gè)力敏電阻，每個(gè)力敏電阻的兩端分別通過(guò)金屬內(nèi)引線與鋁電極連接形成平行獨(dú)立對(duì)電阻。

進(jìn)一步地，所述壓力應(yīng)變計(jì)設(shè)置于17-4PH不銹鋼彈性基座的圓形彈性膜上，所述的力敏電阻分成兩組，其中一組力敏電阻與圓形彈性膜的切線平行，另外一組力敏電阻與上述圓形彈性膜的切線相垂直。

優(yōu)選地，所述的力敏電阻設(shè)置于圓形彈性膜邊緣的應(yīng)力峰值區(qū)。

進(jìn)一步，所述壓力應(yīng)變計(jì)通過(guò)玻璃粉的微熔技術(shù)與17-4PH不銹鋼彈性基座連為一體。