一種具有高過載低加速度干擾的微壓力傳感器的制造方法
【專利摘要】一種具有高過載低加速度干擾的微壓力傳感器，包括硅質(zhì)基底，硅質(zhì)基底的背面中部設(shè)有空腔，硅質(zhì)基底的背面與硼玻璃鍵合，硼玻璃的中部具有凸臺結(jié)構(gòu)，硅質(zhì)基底的背面空腔與硼玻璃的凸臺結(jié)構(gòu)相配合，在硅質(zhì)基底的正面腐蝕形成相互垂直的第一梁和第二梁，在硅質(zhì)基底的背面腐蝕形成平膜，第一梁和第二梁與硅質(zhì)基底四周的梁共同形成梁膜結(jié)構(gòu)，第一梁和第二梁的兩端沿著【100】晶向在應(yīng)力最大處布置有壓敏電阻，四個壓敏電阻通過金屬引線和焊盤相互連接組成惠斯通電橋，采用了硼玻璃的凸臺結(jié)構(gòu)，限位設(shè)計更加合理，在滿足了高靈敏度與高線性度要求的同時，兼具高過載和高側(cè)向效應(yīng)抵抗能力的特性。
【專利說明】一種具有高過載低加速度干擾的微壓力傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及微壓力傳感器芯片【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種具有高過載低加速度干擾 的微壓力傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002] 壓力傳感器是應(yīng)用最廣泛的傳感器之一，早在二十世紀(jì)五六十年代壓力傳感器的 相關(guān)研究就已經(jīng)開始了，隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展，微壓力傳感器成為當(dāng)今商品化生產(chǎn)中最廣 泛的微傳感器產(chǎn)品，代表了最成熟的MEMS工藝器件。
[0003] 壓阻式微壓力傳感器是采用半導(dǎo)體材料和MEMS工藝制造的新型壓力傳感器。與 傳統(tǒng)壓力傳感器比較，微壓力傳感器具有精度高、靈敏度高、動態(tài)特性好、體積小、成本低、 信號處理電路簡單等優(yōu)點。
[0004] 傳統(tǒng)的壓阻式微壓力傳感器一般為平膜結(jié)構(gòu)、島膜結(jié)構(gòu)和梁膜結(jié)構(gòu)。平膜結(jié)構(gòu)靈 敏度高，但非線性大，且過載較低；島膜結(jié)構(gòu)過載能力大，但靈敏度低，受側(cè)向加速度影響很 大；梁膜結(jié)構(gòu)靈敏度高，非線性小，但過載能力較差。另外最近有一些基于這些結(jié)構(gòu)特性提 升的研究成果，例如膜上十字梁交叉，使應(yīng)力集中的應(yīng)力梁結(jié)構(gòu)以及在應(yīng)力梁基礎(chǔ)上加入 島結(jié)構(gòu)從而提高過載的梁膜島結(jié)構(gòu)。應(yīng)力梁結(jié)構(gòu)能在提高靈敏度的同時降低非線性，梁膜 島結(jié)構(gòu)能進(jìn)一步提高過載能力。雖然這些研究成果很有效，但這些附加的操作會導(dǎo)致抗干 擾性降低、成本提高以及加工困難等問題的出現(xiàn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種具有高過載低加速度 干擾的微壓力傳感器，在滿足了高靈敏度與高線性度要求的同時，兼具高過載和高側(cè)向效 應(yīng)抵抗能力的特性。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0007] -種具有高過載低加速度干擾的微壓力傳感器，包括娃質(zhì)基底1，娃質(zhì)基底1的背 面中部設(shè)有空腔，硅質(zhì)基底1的背面與硼玻璃2鍵合，且留有鍵合余量，硼玻璃2的中部設(shè) 有凸臺結(jié)構(gòu)8,凸臺結(jié)構(gòu)8下底面中心位置與硼玻璃2上底面中心位置重合，硅質(zhì)基底1的 背面空腔與硼玻璃2的凸臺結(jié)構(gòu)8相配合，并預(yù)留有工作間隙，在硅質(zhì)基底1的正面腐蝕形 成相互垂直的第一梁6和第二梁7,在硅質(zhì)基底1的背面腐蝕形成平膜9,第一梁6和第二 梁7與硅質(zhì)基底1四周的梁共同形成梁膜結(jié)構(gòu)。
[0008] 所述的第一梁6和第二梁7的兩端沿著【100】晶向在應(yīng)力最大處布置有壓敏電阻 3,四個壓敏電阻3均為2-4折的單一壓阻條，四個壓敏電阻3通過金屬引線4和焊盤5相 互連接組成惠斯通電橋。
[0009] 由于本發(fā)明采用了硼玻璃2的凸臺結(jié)構(gòu)8,與傳統(tǒng)設(shè)計方法上采用質(zhì)量塊做限位 相比，限位設(shè)計更加合理，且提高了傳感器的抗干擾能力。尤其在保證了微壓力傳感器高靈 敏度和高線性度要求的前提下，能夠有效地減小傳感器芯片受側(cè)向效應(yīng)的影響，使得本發(fā) 明具有高側(cè)向效應(yīng)抵抗能力的特性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)正面示意圖。
[0011] 圖2為本發(fā)明的鍵合示意圖。
[0012] 圖3為本發(fā)明玻璃凸臺8的示意圖。
[0013] 圖4為本發(fā)明傳感器梁上壓敏電阻3的布置方式示意圖。

【具體實施方式】
[0014] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明所述芯片進(jìn)行更為詳細(xì)的說明。
[0015] 參照圖1、圖2和圖3, 一種具有高過載低加速度干擾的微壓力傳感器，包括硅質(zhì)基 底1，硅質(zhì)基底1的背面中部設(shè)有空腔，硅質(zhì)基底1的背面與硼玻璃2鍵合，且留有鍵合余 量，硼玻璃2的中部設(shè)有凸臺結(jié)構(gòu)8,凸臺結(jié)構(gòu)8下底面中心位置與硼玻璃2上底面中心位 置重合，硅質(zhì)基底1的背面空腔與硼玻璃2的凸臺結(jié)構(gòu)8相配合，并預(yù)留有工作間隙，在硅 質(zhì)基底1的正面腐蝕形成相互垂直的第一梁6和第二梁7,在硅質(zhì)基底1的背面腐蝕形成平 膜9,第一梁6和第二梁7與硅質(zhì)基底1四周的梁共同形成梁膜結(jié)構(gòu)，硅質(zhì)基底1的空腔與 硼玻璃2的凸臺結(jié)構(gòu)8間預(yù)留有工作間隙，以保證梁膜結(jié)構(gòu)在傳感器正常工作時能夠始終 懸空，而在某些過載環(huán)境中其下底面能夠與硼玻璃2的凸臺結(jié)構(gòu)8頂面接觸，防止過載破壞 傳感器。
[0016] 參照圖4,所述的第一梁6和第二梁7的兩端沿著【100】晶向在應(yīng)力最大處布置有 壓敏電阻3,四個壓敏電阻3均為2-4折的單一壓阻條，四個壓敏電阻3通過金屬引線4和 焊盤5相互連接組成惠斯通電橋。
[0017] 本發(fā)明的工作原理為：
[0018] 采用凸臺結(jié)構(gòu)8,在結(jié)構(gòu)上能起到很好的限位作用，在硅質(zhì)基底1上形成梁膜結(jié) 構(gòu)，起到應(yīng)力集中作用，提高傳感器的靈敏度，解決了測量微小量程壓力的難題，梁膜結(jié)構(gòu) 不存在硬心質(zhì)量塊，避免了傳感器容易受振動即加速度信號的干擾，提高了傳感器抗干擾 能力，該傳感器在滿足了高靈敏度與高線性度要求的同時，兼具高過載和高側(cè)向效應(yīng)抵抗 能力的特性。
[0019] 對傳統(tǒng)的梁膜島結(jié)構(gòu)和本發(fā)明的梁膜加玻璃凸臺式結(jié)構(gòu)進(jìn)行橫向效應(yīng)系數(shù)、最大 應(yīng)變量及諧振頻率分析（加載壓力lKPa，加速度IOOg)，得到如下分析結(jié)果：
[0020]

【權(quán)利要求】
1. 一種具有高過載低加速度干擾的微壓力傳感器，包括娃質(zhì)基底（1)，其特征在于：娃 質(zhì)基底（1)的背面中部設(shè)有空腔，硅質(zhì)基底（1)的背面與硼玻璃（2)鍵合，且留有鍵合余 量，硼玻璃（2)的中部設(shè)有凸臺結(jié)構(gòu)（8)，凸臺結(jié)構(gòu)（8)下底面中心位置與硼玻璃（2)上底 面中心位置重合，硅質(zhì)基底（1)的背面空腔與硼玻璃（2)的凸臺結(jié)構(gòu)（8)相配合，并預(yù)留有 工作間隙，在硅質(zhì)基底（1)的正面腐蝕形成相互垂直的第一梁（6)和第二梁（7)，在硅質(zhì)基 底（1)的背面腐蝕形成平膜（9)，第一梁（6)和第二梁（7)與硅質(zhì)基底（1)四周的梁共同形 成梁膜結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有高過載低加速度干擾的微壓力傳感器，其特征在 于：所述的第一梁（6)和第二梁（7)的兩端沿著【100】晶向在應(yīng)力最大處布置有壓敏電阻 (3)，四個壓敏電阻（3)均為2-4折的單一壓阻條，四個壓敏電阻（3)通過金屬引線（4)和 焊盤（5)相互連接組成惠斯通電橋。
【文檔編號】G01L9/02GK104458076SQ201410704912
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月26日
【發(fā)明者】田邊, 韓佰鋒, 李華峰, 王鵬, 趙玉龍, 蔣莊德 申請人:西安交通大學(xué), 西安上尚機(jī)電有限公司