[實用新型]四梁圓膜與同軸圓柱的壓力和位移集成式MEMS傳感器結構

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201821827208.0
• 申請日: 2018-11-07
• 公開（公告）號: CN209177990U
• 公開（公告）日: 2019-07-30
• 發(fā)明（設計）人: 方續(xù)東;吳晨;蔣莊德
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B81B7/02
• 分類號: B81B7/02;B81C1/00;G01D21/02
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

一種四梁圓膜與同軸圓柱的壓力和位移集成式MEMS傳感器結構，包括上部襯底和與之配合連接的下部襯底；下部襯底包括下部襯底基底層，下部襯底基底層上面設有下部襯底金屬歐姆電路層，下部襯底基底層的中部設有下部實心圓柱，下部襯底基底層上方的四周邊緣設有四周支承結構；上部襯底包括上部襯底基底層，上部襯底基底層上面設有上部襯底絕緣層，上部襯底絕緣層上設有上部襯底金屬歐姆接觸電路以及由四根梁和上部中心圓膜構成的上部四梁圓膜結構，梁上設有壓阻條；上部中心圓膜下方連接有薄壁圓筒，薄壁圓筒套在下部實心圓柱外，四周支承結構和上部襯底基底層下方連接；本實用新型發(fā)明實現(xiàn)了壓力和位移的集成測量，具有集成度好，測量靈敏度高等優(yōu)點。

技術領域

本實用新型發(fā)明屬于MEMS傳感器技術領域，具體涉及一種四梁圓膜與同軸圓柱的壓力和位移集成式MEMS傳感器結構。

背景技術

在航空航天、軍事、汽車等工業(yè)和軍事領域中，經(jīng)常需要同時測量結構所受壓力及由于受壓而產(chǎn)生的位移等參數(shù)。而在這些應用中，除了能準確實時測量出這些參數(shù)之外，對傳感器的微型化、集成化、多功能化要求也越來越迫切。在現(xiàn)有工藝結構中，由于檢測原理的不同，MEMS壓力傳感器和位移傳感器一般是分立的，從而增加了芯片的制作成本和空間尺寸?；贛EMS技術的集成傳感器能夠在有限的空間內(nèi)實現(xiàn)諸如壓力、位移、溫度、加速度等多參數(shù)的集成測量，目前所報道的MEMS集成傳感器種類較少，且大多數(shù)屬于簡單地集成，即將各待測物理量根據(jù)對應的測量原理獨立設計結構，然后將這些獨立的功能單元加工在同一基底上的不同位置。比如將同一個傳感器基底的左半邊做成壓力檢測單元，右半邊做成加速度檢測單元，這樣的簡單集成雖然能在一定程度上減小傳感器的尺寸和制作成本，但是沒有充分利用各個物理量測量原理所對應的結構之間的交叉關系，即未將各個檢測原理對應的結構關系利用上，因而屬于簡單的片內(nèi)集成,MEMS傳感器的集成度有待進一步提高。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術的缺點，本實用新型的目的在于提供一種四梁圓膜與同軸圓柱的壓力和位移集成式MEMS傳感器結構，實現(xiàn)了壓力和位移的集成檢測，具有體積小，成本低，集成度好，測量靈敏度高等優(yōu)點。

為了達到上述目的，本實用新型采取的技術方案為：

一種四梁圓膜與同軸圓柱的壓力和位移集成式MEMS傳感器結構，包括上部襯底和與之配合連接的下部襯底；

所述的下部襯底包括下部襯底基底層100，下部襯底基底層100上面設有下部襯底金屬歐姆電路層101，下部襯底基底層100的中部設有下部實心圓柱102，下部襯底基底層100上方的四周邊緣還設有四周支承結構103；

所述的上部襯底包括上部襯底基底層300，上部襯底基底層300上面設有上部襯底絕緣層301，上部襯底絕緣層301上設有上部襯底金屬歐姆接觸電路303以及由四根梁400和上部中心圓膜401構成的上部四梁圓膜結構，四根梁400上設有壓阻條302，壓阻條302、上部襯底金屬歐姆接觸電路303及上部四梁圓膜結構構成了壓阻式壓力傳感器；

上部中心圓膜401的中部下方連接有薄壁圓筒304，薄壁圓筒304套在下部實心圓柱102外，四周支承結構103和上部襯底基底層300下方連接，通過薄壁圓筒304和下部實心圓柱102軸向相對運動構成變面積型同軸圓柱電容式位移傳感器。

所述的四根壓阻條302設計在四根梁400根部，以得到最大的壓力檢測靈敏度。

所述的四周支承結構103和上部襯底基底層300下方鍵合形成上下襯底連接層200。

在所述的上部襯底絕緣層301上，通過摻雜和刻蝕工藝，在四根梁400根部形成對稱分布的壓阻條302，并通過電子束蒸發(fā)或濺射金屬薄膜工藝，在上部襯底絕緣層301上表面形成上部襯底金屬歐姆接觸電路303的惠斯通電橋，將各壓阻條302相互連接構成完整信號輸出電路。

所述的薄壁圓筒304的圓心和上部中心圓膜401的中心需保證對中重合。