[發明專利]一種帶有參考真空室的MEMS皮拉尼計

在審

• 申請號: 201410100481.3
• 申請日: 2014-03-19
• 公開（公告）號: CN104931193A
• 公開（公告）日: 2015-09-23
• 發明（設計）人: 夏文;張威;蘇衛國;李雷;萬松
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G01L21/12
• 分類號: G01L21/12;G01L27/00;B81B7/02;B81C1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明屬于微機電系統(MEMS)加工工藝領域，特別應用于真空測量領域，具體涉及一種帶有參考真空室的微型皮拉尼計。

背景技術：

微系統真空封裝中真空度的保持性能在很大程度上決定了器件的最終性能、工作的可靠性及其壽命，而對封裝體內真空度的測試，是真空封裝中一個重要的研究領域。

皮拉尼計是一種精度較高、制造工藝和測試都較為簡單的真空度檢測器件，它利用高真空度下電阻加熱體的散熱速率和周圍氣體壓強的相關性來測量真空度。通過MEMS制造工藝制作的微型化皮拉尼計具有體積小、測量精度高、易于批量生產等優點，并且制作簡單，與一般MEMS工藝相兼容，可與MEMS敏感器件集成，因此被廣泛應用于MEMS真空封裝的實時真空測量。

對于通常的微型皮拉尼計，加熱電阻的散熱方式主要是通過氣體分子將熱阻上的熱量傳遞至散熱板。因此，加熱體與散熱板之間的溫度梯度是影響加熱體散熱速率的重要因素之一。散熱片的溫度直接受到所測真空腔體內部溫度的影響，而通常散熱板與承載皮拉尼計的襯底相連，襯底又與所測真空環境的內壁接觸，所以所測腔體外部溫度發生變化，也會改變散熱片溫度，進而導致加熱電阻阻值受環境溫度因素影響與對應真空度出現偏差。對于這種條件下的真空度，單一結構的皮拉尼計無法通過自身結構消除環境溫度造成的影響。目前的補償方式主要有兩種，一種是通過溫度控制電路來維持測試環境溫度的穩定性。二是集成一個參考電阻來修正環境的溫度對皮拉尼計的影響。兩者的共同特點是都需要配套的電路支持，無法做到在測試端消除環境溫度的影響。而且對于前者，溫度控制電路比較復雜，不適用于所有的真空腔測量。對于后者，參考電阻的散熱機理很難和皮拉尼計完全一致。

發明內容：

針對現有MEMS皮拉尼計測量真空時存在的問題，本發明提供一種帶有參考真空室的MEMS皮拉尼計。利用對稱補償的方式，消除所測環境中溫度因素引起的皮拉尼計測量誤差。

本發明的技術方案是：

一種帶有參考真空室的MEMS皮拉尼計，其特征在于，同一襯底上的兩個微型皮拉尼計，其中一支封裝在真空參考室內，參考室真空度保持不變。將兩支皮拉尼計一起置于測試環境中，同時輸入相同的激勵信號，通過外圍電路測出對應的輸出信號。其中真空封裝的皮拉尼計不受所測環境真空度的影響，其阻值的變化主要由環境溫度引起。未封裝的皮拉尼計的阻值則同時受到環境真空度和環境溫度的影響。將兩支皮拉尼計測得的輸出信號差作為真空度測量信號，即可消除環境溫度造成的皮拉尼計讀數誤差。

與現有的技術相比，本發明的優點是：

本發明設計制作了一種帶有參考真空室的MEMS皮拉尼計。相對于單一皮拉尼計進行真空測量時無法用身結構來排除非氣壓因素影響的缺點，本方法設計的帶有參考真空室的皮拉尼計能夠有效消除所測環境中非氣壓因素引起的皮拉尼計讀數誤差，使皮拉尼計能夠應用于更復雜環境的真空測量，并提供更高的測量精度。由于本發明在結構設計上避免了環境溫度的影響，因此無需額外的溫度補償電路，同時兩支皮拉尼計可通過MEMS工藝在同一硅片上制得，故可輕易實現對稱結構，制作簡單。

附圖說明：

圖1為本發明提及的一種帶有參考真空室的微型皮拉尼計的一個實施例的示意圖。

圖2為本發明提及的一種帶有參考真空室的微型皮拉尼計的一個實施例的制備流程圖。

具體實施方式：

下面結合附圖，通過實施例對本發明做進一步說明。

圖1為本發明提及的一種帶有參考真空室的微型皮拉尼計的一個實施例的示意圖，包括：皮拉尼計1、2，襯底3，真空室4，鍵合用粘附劑5，金屬引腳6-13。

其中皮拉尼計1、2共用同一襯底3，襯底3的材料可以為玻璃片、硅片或陶瓷，皮拉尼計2被真空封裝在真空室4內，真空室4由硅片制得，其內部的真空度保持不變且已知，真空室4通過使用粘附劑5與襯3底鍵合，粘附劑5為玻璃粉或焊料。引腳6-13為金屬引線，通過引線接入外圍電路，為皮拉尼計提供相同的工作條件。

如圖2所示，本實施例的一種帶有參考真空室的微型皮拉尼計的制備流程，包括以下步驟：

1)利用體硅工藝刻蝕硅腔，使皮拉尼計的散熱片和加熱體懸空，刻蝕深度為10um，如圖2(a)所示；

2)再將硅片背面進行KOH減薄至70um，如圖2(b)所示；

3)在作為襯底的玻璃片上淀積Ti／Au作為電極，如圖2(c)所示；

4)將硅片與玻璃片進行陽極鍵合，如圖2(d)所示；