[發明專利]一種航空用高頻響壓力傳感器芯片及制備方法

在審

• 申請號: 202011520792.7
• 申請日: 2020-12-21
• 公開（公告）號: CN112723301A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 李闖;涂孝軍;黃平;陶捷鎧
• 申請（專利權）人: 蘇州長風航空電子有限公司
• 主分類號: B81B7/02
• 分類號: B81B7/02;B81C3/00;G01L1/18
• 代理公司: 北京清大紫荊知識產權代理有限公司 11718
• 代理人: 張卓

本發明提供了一種航空用高頻響壓力傳感器芯片，該壓力傳感器芯片包括單晶硅保護層、單晶硅壓力敏感膜和SOI硅結構支撐層。本發明所提供的航空用高頻響壓力傳感器芯片，設有三層結構，三層結構使得上下兩層之間對稱，解決了現有技術中的滿量程輸出與諧振頻率相互制約的問題、滿量程輸出與非線性固有矛盾問題和滿量程輸出與過載很難同步提升的問題。

技術領域

本發明屬于航空發動機領域，具體涉及一種航空用高頻響壓力傳感器芯片。

背景技術

機載航空發動機配套壓力傳感器長期直接工作于高溫、高振動、壓力瞬變和易腐蝕等特殊環境下，對壓力傳感器的靜態性能、動態性能均提出了非常高的要求。為了解決傳感器在航空領域特殊環境下的高溫動態測量、精度漂移、壓力漂移等問題，國內外知名科研機構和傳感器公司都投入大量資源對高頻響壓力傳感器進行研究，并取得了大量成果。

壓力傳感器是MEMS傳感器中研發歷史最為悠久、市場需求也最為廣闊的產品，在汽車工業和消費電子領域，我國已經基本實現了核心敏感元件的自主知識產權。然而在航空領域，由于其門檻臺階較高、投資回周期較長以及品種多數量少等客戶現實，導致鮮有民間資本愿意投入到這個領域進行長期研究，因此我國在航空高端壓力傳感器的預研和國外先進技術跟蹤方面一直滯后于現實需要。盡管近年來國內的高頻響壓力傳感器技術研究已經取得不少成果，但有些科研成果尚處于實驗室階段，難以形成批量；有些是通過第三方采購國外工業級壓力芯體，經過篩選后進行封裝以飲鴆止渴，無法滿足目前飛機、發動機及控制系統的自主保障。

高頻響壓力傳感器的技術難點在于高頻響壓力傳感器芯片的結構設計，壓力芯片的諧振頻率、上升時間是影響壓力傳感器動態特征的主要因素。芯片的結構、固有頻率、阻尼比決定著芯片的諧振頻率、上升時間，項目采用提高芯片固有頻率與降低阻尼比的方式提高傳感器的諧振頻率，縮短傳感器的上升時間。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種航空用高頻響壓力傳感器芯片，用于解決現有技術中傳感器芯片存在的問題。

本發明提供了一種航空用高頻響壓力傳感器芯片，所述壓力傳感器芯片包括單晶硅保護層、單晶硅壓力敏感膜和SOI硅結構支撐層。

本發明所提供的航空用高頻響壓力傳感器芯片，還具有這樣的特征，所述單晶硅保護層和單晶硅壓力敏感膜中間設有真空參考壓力腔；

所述單晶硅壓力敏感膜與所述SOI硅結構支撐層之間設有二氧化硅絕緣層。

本發明所提供的航空用高頻響壓力傳感器芯片，還具有這樣的特征，所述傳感器芯片使用時采取倒裝焊方式，表面設置防護網，所述傳感器芯片與所述防護網之間的距離為l，0＜l＜0.1mm。

本發明的另一目的，在于提供一種航空用高頻響壓力傳感器芯片的制備方法，所述方法包括如下步驟：

S1：制備SOI硅層；

S2：處理單晶硅片；

S3：通過低溫硅硅鍵合技術，鍵合S1所得到的的SOI硅層和單晶硅硅片；

S4：DRIE干法刻蝕加工硅通孔；

S5：制備惠斯通電橋；

S6：利用申硅蝕刻單晶硅壓力敏感膜層。

本發明所提供的航空用高頻響壓力傳感器芯片的制備方法，還具有這樣的特征，所述S1包括如下步驟：

S1.1:清洗多層SOI硅片；

S1.2：制備P型壓敏電阻條；

S1.3：通過刻蝕工藝，制備條形電阻，在硅片正反面沉積SI₃N₄保護層，得到晶圓；

S1.4：對晶圓上下兩層進行高精度拋光。