[發明專利]一種壓力與水聲集成傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 202010569153.3
• 申請日: 2020-06-20
• 公開（公告）號: CN111537054B
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 史曉晶;柳俊文
• 申請（專利權）人: 南京元感微電子有限公司
• 主分類號: G01H3/00
• 分類號: G01H3/00;G01H11/06;G01L9/04
• 代理公司: 北京中知法苑知識產權代理有限公司 11226
• 代理人: 李明;趙吉陽

本公開提供一種壓力與水聲集成傳感器及其制備方法，集成傳感器包括：襯底，襯底包括沿其厚度方向相對設置的第一表面和第二表面，第一表面上設置第一背腔和第二背腔；頂蓋，頂蓋設置在第二表面上，頂蓋上設置有貫穿其厚度的第一金屬化過孔和第二金屬化過孔，并且頂蓋朝向襯底的一側還設置有第一空腔和第二空腔，第一空腔和第二空腔分別對應第一背腔和第二背腔；在襯底上采用同步構圖工藝形成壓力傳感單元和水聲傳感單元，壓力傳感單元與第一金屬化過孔相連，水聲傳感單元與第二金屬化過孔相連。本公開的集成傳感器，將壓力傳感器與水聲傳感器進行集成，壓力傳感器與水聲傳感器的探頭之間距離較小，減少水聲傳感器的背景噪聲，提高水聲測量的精度。

技術領域

本公開屬于傳感器技術領域，具體涉及一種壓力與水聲集成傳感器及其制備方法。

背景技術

地球的海洋面積占地球總面積的71%，但人類對海洋的探索還處于初級階段。深海探測技術是進行海洋開發、保護海洋、實現可持續發展的基礎。基于微系統技術的深海環境多物理量探測技術，可以利用大數據技術對深海環境多物理量數據進行分析和深海環境物理特征分析，在得到深海環境多物理量數據的同時能夠完成環境物理量分布分析，形成深海環境探測區域的聲速分布圖、地磁異常分布圖、溫鹽深分布圖等。

水聲傳感器是水下感知和通信的主要設備，可用于深海資源探測、國防海洋監測、漁業等領域。MEMS水聲傳感器是近年來發展起來的微型水聲傳感器，與其他類型水聲傳感器相比，其體積小、成本低，可以實現水下聲目標的甚低頻、遠距離的探測與定位。壓力是各種環境探測中不可缺少的必測物理量之一，此外，還為水聲傳感器校準提供水壓信息，因此壓力傳感器是水下探測系統必備器件。由于水下環境，尤其是海洋中，洋流、海風等復雜環境中水流波動較大，存在較多低頻噪聲信號，而水聲傳感器的探測范圍屬于低頻探測頻率范圍，因而水聲傳感器端會存在較大的背景噪聲，降低水聲傳感器的測量精度，此時，需要使用壓力傳感器測試壓力信號，為水聲傳感器校準提供水壓信息。目前水下探測系統使用的壓力傳感器與水聲傳感器都是單獨封裝，然后分別安裝入探測系統，壓力傳感器與水聲傳感器的探頭有一定距離，不能同步反映水聲傳感器端的水壓變化情況，不能為水聲傳感器校準提供精確的壓力信號，使得水聲傳感器端的測量精度較差。

發明內容

本公開旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一，提供一種壓力與水聲集成傳感器及其制備方法。

本公開的一個方面提供一種壓力與水聲集成傳感器，包括：

襯底，所述襯底包括沿其厚度方向相對設置的第一表面和第二表面，所述第一表面上設置有第一背腔和第二背腔；

頂蓋，所述頂蓋設置在所述第二表面上，所述頂蓋上設置有貫穿其厚度的第一金屬化過孔和第二金屬化過孔，并且所述頂蓋朝向所述襯底的一側還設置有第一空腔和第二空腔，所述第一空腔和所述第二空腔分別對應所述第一背腔和所述第二背腔；

在所述襯底上采用同步構圖工藝形成的壓力傳感單元和水聲傳感單元，所述壓力傳感單元與所述第一背腔相對應并與所述第一金屬化過孔相連，所述水聲傳感單元與所述第二背腔相對應并與所述第二金屬化過孔相連。

進一步的，所述壓力傳感單元包括形成在所述襯底上的感壓膜片、感壓電阻、第一引線以及第一金屬PAD，所述感壓膜片與所述第一背腔相對應，所述感壓電阻設置在所述感壓膜片背離所述第一背腔的一側，并通過所述第一引線和所述第一金屬PAD與所述第一金屬化過孔電連接；

所述水聲傳感單元包括形成在所述襯底上的水聲敏感梁、水聲電阻、第二引線以及第二金屬PAD，所述水聲敏感梁與所述第二背腔相對應，所述水聲電阻設置在所述水聲敏感梁背離所述第二背腔的一側，并通過所述第二引線和所述第二金屬PAD與所述第二金屬化過孔電連接；其中，

所述感壓膜片與所述水聲敏感梁采用同步構圖工藝制作形成，所述感壓電阻與所述水聲電阻采用同步構圖工藝制作形成。