[發(fā)明專利]一種高過載壓力傳感器及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310249941.8
• 申請(qǐng)日: 2023-03-15
• 公開（公告）號(hào): CN116399484A
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李美樸;申建武;王曦;薛海妮;王淞立;趙虎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安思微傳感科技有限公司
• 主分類號(hào): G01L1/18
• 分類號(hào): G01L1/18;B81C1/00;B81B7/02
• 代理公司: 北京眾達(dá)德權(quán)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11570
• 代理人: 代春茹

本申請(qǐng)涉及一種高過載壓力傳感器及其制備方法，所述高過載壓力傳感器包括：硅杯、硅凸臺(tái)和玻璃，其中，所述硅杯、所述硅凸臺(tái)和所述玻璃依次從上至下布置，所述玻璃分別與所述硅杯和所述硅凸臺(tái)陽(yáng)極鍵合，所述硅杯的下表面、所述硅凸臺(tái)的上表面與所述玻璃的上表面之間形成有真空間隙，所述硅杯的上表面設(shè)置有四個(gè)壓敏電阻，四個(gè)所述壓敏電阻構(gòu)成惠斯通電橋。本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種高過載壓力傳感器及其制備方法通過設(shè)計(jì)壓力傳感器的結(jié)構(gòu)，可有效增大壓力傳感器的抗過載能力，增大傳感器的穩(wěn)定性和可靠性，且提供的高過載壓力傳感器芯片結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，具有廣闊的發(fā)展前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及壓力傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種高過載壓力傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著我國(guó)新興制造業(yè)的發(fā)展，對(duì)精密測(cè)量的需求日益提高，出現(xiàn)了很多新的測(cè)量需求和測(cè)量要求，導(dǎo)致傳感器向著小型化、集成化和智能化趨勢(shì)發(fā)展。MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))主要包括微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器和相應(yīng)的處理電路等幾部分，它是在融合多種微細(xì)加工技術(shù)，并應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)的最新成果的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的高科技前沿學(xué)科。目前MEMS市場(chǎng)的主導(dǎo)產(chǎn)品為壓力傳感器、加速度計(jì)、微陀螺儀、硅麥克風(fēng)和硬盤驅(qū)動(dòng)頭等，出現(xiàn)這種趨勢(shì)的原因之一在于MEMS器件微小體積、低成本、可實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)制造，原因之二為新型半導(dǎo)體材料、新型設(shè)計(jì)的傳感器結(jié)構(gòu)的不斷涌現(xiàn)以及不斷突破的MEMS加工工藝。

伴隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展與提高，壓力傳感器作為傳感器的主要分支已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、石油化工及國(guó)防等各個(gè)領(lǐng)域。MEMS壓力傳感器根據(jù)原理可以分為應(yīng)變式、電容式、壓阻式和諧振式，其中，壓阻式壓力傳感器因其具有靈敏度高、成本低、響應(yīng)速度快、可靠性好、易于集成等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。MEMS壓阻式壓力傳感器根據(jù)硅的壓阻特性，通過在硅襯底上形成薄膜壓敏電阻，將壓敏電阻連接成惠斯通電橋，當(dāng)傳感器受壓力時(shí)，電阻發(fā)生變化，通過檢測(cè)電路就可得到正比于壓力變化的電信號(hào)輸出。

當(dāng)壓力傳感器應(yīng)用于航空航天、石油化工、海洋科學(xué)等惡劣環(huán)境時(shí)，傳感器需要在高過載環(huán)境下工作。普通壓力傳感器的抗過載能力差，長(zhǎng)期處于高過載環(huán)境下，可能造成晶片崩壞、壓阻結(jié)構(gòu)失效等。通常情況下，壓力傳感器需在規(guī)定的量程范圍內(nèi)工作，但在特殊情況下，如應(yīng)用于航空航天、石油化工、海洋科學(xué)等領(lǐng)域，傳感器需在高過載環(huán)境下工作。針對(duì)這一需求，須在設(shè)計(jì)制造階段使壓力傳感器具有一定的抗過載能力。壓力傳感器在實(shí)際測(cè)試過程中，可能出現(xiàn)施加壓力超出傳感器量程的情況，為避免壓力傳感器因操作失誤等原因造成破損，同樣需要其具有一定的抗過載能力。但是現(xiàn)有的壓力傳感器的抗過載能力較弱。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題或者至少部分地解決上述技術(shù)問題，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N高過載壓力傳感器及其制備方法。

第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N高過載壓力傳感器，包括：硅杯、硅凸臺(tái)和玻璃，其中，所述硅杯、所述硅凸臺(tái)和所述玻璃依次從上至下布置，所述玻璃分別與所述硅杯和所述硅凸臺(tái)陽(yáng)極鍵合，所述硅杯的下表面、所述硅凸臺(tái)的上表面與所述玻璃的上表面之間形成有真空間隙，所述硅杯的上表面設(shè)置有四個(gè)壓敏電阻，四個(gè)所述壓敏電阻構(gòu)成惠斯通電橋。

優(yōu)選地，所述硅杯為C型結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述惠斯通電橋的引出電極為鋁電極。

優(yōu)選地，所述惠斯通電橋的中心與所述硅杯的中心重合。

第二方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N高過載壓力傳感器制備方法，所述高過載壓力傳感器包括如上述中任一所述的高過載壓力傳感器，所述方法包括步驟：

鍵合硅片與玻璃并得到復(fù)合結(jié)構(gòu)；

在所述硅片上制備硅凸臺(tái)；

在SOI片上表面制備壓敏電阻；

利用所述SOI片制備硅杯；

鍵合所述復(fù)合結(jié)構(gòu)和所述硅杯。

優(yōu)選地，所述鍵合硅片與玻璃并得到復(fù)合結(jié)構(gòu)包括步驟：