[實用新型]一種用于多物理量測量的傳感器芯片

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420318164.4
• 申請日: 2014-06-13
• 公開（公告）號: CN203940940U
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 薛松生;沈衛(wèi)鋒;豐立賢
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇多維科技有限公司
• 主分類號: G01L1/22
• 分類號: G01L1/22;G01L9/04;G01N27/04;G01N27/22;G01K7/16
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 32103
• 代理人: 李艷;孫仿衛(wèi)

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種傳感器芯片，尤其涉及一種用于多物理量測量的傳感器芯片。

背景技術(shù)

溫度、濕度和壓力是環(huán)境和大氣監(jiān)測中的重要物理量，通常對這些物理量的測量采用的是分離傳感器。分離傳感器的缺陷是體積較大、功耗大，不能滿足目前快速發(fā)展的微系統(tǒng)對傳感器小體積、低功耗、集成度等方面的要求，為此需要能滿足這些需求的集成傳感器。

目前，傳感器的集成化主要有以下三種途徑：(1)將多個功能相同或相近的傳感器集成為一維或二維傳感器陣列；(2)將傳感器與集成電路集成在同一塊芯片上；(3)對不同類型的傳感器進行集成，如集成壓力、溫度、濕度等敏感單元的傳感器。目前國內(nèi)也逐漸開始用第(3)種方法來集成溫度、濕度和壓力測量的傳感器，如授權(quán)公告號為CN1217157C的專利公開了一種集成溫/濕度、大氣壓力傳感器芯片，在該傳感器芯片的基片上制造出三個電阻和一個作為測壓電容下電極的平板電極，其中兩個電阻串聯(lián)構(gòu)成電橋的兩個橋臂，用于測量絕對濕度，另一個電阻單獨引線，用于測量溫度，在基片上鍵合一硅片，在硅片上對應(yīng)平板電極和一測濕電阻位置處刻蝕微腔，在對應(yīng)平板電極位置處的微腔內(nèi)鍍膜來形成測壓電容的上電極。其中測溫/濕度的電阻和測壓電容的下電極為鉑金薄膜，而測壓電容的上電極為240納米厚的金薄膜或通過在腔內(nèi)沉積氮化硅薄膜來形成。授權(quán)公告號為CN24420021C的專利也公開了一種基于聚合物材料的單片集成溫度、濕度、壓力傳感器芯片，該傳感器芯片也是在基片上制作出平行極板和三個電阻，其中平行極板是測量濕度的電容的一個電極，電阻是作為測量壓力的應(yīng)變電阻和測量溫度的熱敏電阻，在平行極板和電阻上制作一層聚合物，分別作為電容感濕電介質(zhì)和彈性膜感知壓力，在電容感濕電介質(zhì)上設(shè)網(wǎng)格狀極板來作為電容的另一電極，電阻為鉑金薄膜，電極板則為金或鉑金薄膜，聚合物材料為聚酰亞胺薄膜。上述兩個專利公開的傳感器芯片雖然能實現(xiàn)同時測量溫度、濕度和壓力，但制備工藝相對比較復(fù)雜，使用了不同的薄膜來制作測溫濕度和壓力的元件，并且薄膜厚度也不夠薄。對于這些金屬薄膜類電阻傳感器，由于薄膜工藝等方面的限制，為了降低缺陷，膜一般做得比較厚(>1μm)，導(dǎo)致電阻變化率ΔR/R比較低，所以與其他類傳感器相比，靈敏度相對較低，從而限制了它的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)中的以上缺陷，采用改良的薄膜工藝，大大降低了所沉積金屬膜內(nèi)雜質(zhì)與缺陷數(shù)量，實現(xiàn)超薄敏感金屬薄膜在傳感器內(nèi)的應(yīng)用，具有高電阻、低功耗、快速響應(yīng)等優(yōu)點。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種用于多物理量測量的傳感器芯片，包括一基片，所述基片上集成設(shè)置有位于不同位置的溫度傳感器、濕度傳感器和壓力傳感器中的至少兩種傳感器，所述基片背部還開設(shè)有一微腔，所述微腔位于對應(yīng)所述壓力傳感器的位置處；

所述壓力傳感器包含有一惠斯通電橋，所述電橋由偶數(shù)個第一電阻元件電連接構(gòu)成；

所述溫度傳感器包含有多個電連接的第三電阻元件，其中部分第三電阻元件構(gòu)成了調(diào)阻電路；

所述濕度傳感器包含有偶數(shù)個構(gòu)成插指結(jié)構(gòu)的第二電阻元件，所述插指結(jié)構(gòu)上覆蓋有吸濕材料，或，

所述濕度傳感器包含有上下兩個電極板，所述電極板上開設(shè)有多個小孔，并在所述上下兩個電極板之間填充有濕敏材料；

所述溫度傳感器位于所述壓力傳感器和/或所述濕度傳感器的周圍；

所述第一電阻元件、所述第二電阻元件、所述第三電阻元件以及所述電極板均為同一種材料制作而成。

優(yōu)選的，所述惠斯通電橋為半橋或全橋。

優(yōu)選的，所述全橋包含有四個第一電阻元件，其中兩個第一電阻元件對應(yīng)位于所述微腔的中心，另外兩個第一電阻元件分別對應(yīng)位于所述微腔的兩個對稱邊緣。

優(yōu)選的，所述半橋包含有兩個第一電阻元件，所述兩個第一電阻元件分別對應(yīng)位于所述微腔的中心和邊緣。

優(yōu)選的，在所述基片上集成有ASIC芯片，所述溫度傳感器集成于所述ASIC芯片上。

優(yōu)選的，所述第一電阻元件、所述第二電阻元件、所述第三電阻元件的形狀為蛇形或螺旋形；或，所述第一電阻元件、所述第三電阻元件的形狀為蛇形或螺旋形，所述電極板的形狀為正方形、長方形或圓形。

優(yōu)選的，所述基片的背面還鍵合有一用于密封所述微腔的玻璃片。

優(yōu)選的，在所述玻璃片上對應(yīng)所述微腔的位置處開設(shè)有用于聯(lián)通外界待測電壓的通孔。

優(yōu)選的，所述微腔真空密封，或密封的微腔內(nèi)充有一個大氣壓力的干燥空氣。