一种高灵敏度集成压力传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种高灵敏度集成压力传感器，其特征在于：包括外壳、芯体和调理电路，所述外壳为密封结构，其内设置有芯体和调理电路；所述芯体包括由至少两个的压力传感器组成的压力传感器阵列；所述压力传感器包括基底、硅衬层、弹性膜片、二氧化硅保护层和金属层；所述硅衬层为E形硅，所述基底为矩形硅，基底和硅衬层为连体结构，基底与硅衬层之间为梯形空腔；所述硅衬层的中间部位设置有弹性膜片，弹性膜片上掺杂形成压敏电阻，压敏电阻上端设有二氧化硅保护层；所述二氧化硅保护层上表面两端分别设置有金属层。本发明专利技术提供的压力传感器对现有压力传感器的结构进行优化，具有很高的集成度和良好的线性度，灵敏度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及压力传感器领域，尤其是一种高灵敏度集成压力传感器。
技术介绍
压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。目前的压力传感器的灵敏度普遍偏低、线性度较差。改善传感器的方法除了采用高应变系数材料作为敏感元件外，还可以对敏感元件的结构尺寸、电阻的位置和尺寸进行优化。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于：针对上述存在的问题，提供一种采用E形硅衬层，使用中间回形岛结构的弹性膜片，且采用U形压敏电阻，对压力传感器进行优化，同时设有调理电路的具有良好线性度的集成压力传感器。本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术一种高灵敏度集成压力传感器，包括外壳、芯体和调理电路，所述外壳为密封结构，其内设置有芯体和调理电路；所述芯体包括由至少两个的压力传感器组成的压力传感器阵列；所述压力传感器包括基底、硅衬层、弹性膜片、二氧化硅保护层和金属层；所述硅衬层为E形硅，所述基底为矩形硅，基底和硅衬层为连体结构，基底与硅衬层之间为梯形空腔；所述硅衬层的中间部位设置有弹性膜片，弹性膜片上掺杂形成压敏电阻，压敏电阻上端设有二氧化硅保护层；所述二氧化硅保护层上表面两端分别设置有金属层。本专利技术一种高灵敏度集成压力传感器，所述弹性膜片为中间回形岛结构，膜片四个边上分别连接有压敏电阻，所述压敏电阻为U形压敏电阻。以上结构中，U形压敏电阻是基于长条形电阻不改变阻值的情况下缩短电阻的长度，使电阻处在应力集中的区域，获得较高的灵敏度，为了减小拐弯处的负压阻效应，在拐弯处注入浓硼重掺杂以降低压阻系数。中间回形岛结构的弹性膜片受力分布集中，同时减小中心扰度，具有很好的线性度。本专利技术一种高灵敏度集成压力传感器，所述弹性膜片的边长为2000um，所述压敏电阻的长度为150um，压敏电阻的宽度为20um。本专利技术一种高灵敏度集成压力传感器，所述压力传感器阵列为Y形三通结构，两个传感器同方向固定在一个传感器的引压接口上。以上Y形三通结构将两个传感器同方向固定在一个传感器的引压接口上，节约了空间，使得多个压力传感器可以集成在芯体上。本专利技术一种高灵敏度集成压力传感器，所述压力传感器的制作方法为：在硅晶圆背面各向异性刻蚀形成空腔，刻蚀后的硅晶圆为硅衬层；在硅衬层的中部掺杂形成压敏电阻；在硅衬层的正面上沉积二氧化硅保护层；在二氧化硅保护层的两端分别溅射金属层后经剥离形成金属互连线；将硅衬层与基底硅进行键合封装。压力传感器中常用的是硅和玻璃的键合，由于硅和玻璃材料的膨胀系数不同，在键合过程中不可避免地会产生残余应力，而压力传感器对于残余应力十分敏感，采用硅—硅的键合形成全硅结构，能够解决残余应力的问题，提高传感器的性能指标。本专利技术一种高灵敏度集成压力传感器，所述调理电路固定在传感器的侧面。以上结构将调理电路固定在传感器的侧面，而不是像其它压力传感器调理电路板设置在敏感芯体的正上方，固定在侧面可以减小单个传感器的高度，为通信电路板让出安装空间。本专利技术一种高灵敏度集成压力传感器，所述调理电路包括三端可调正稳压器集成电路LM117、仪表放大器AD620和外围电路；所述AD620连接传感器电桥，并通过电容与LM117连接；所述LM117为传感器和AD620提供电源。以上调理电路，具有响应速度快，工作电压宽、功耗低，工作可靠，生产调试方便等优点。本专利技术一种高灵敏度集成压力传感器，所述外壳采用不锈钢外壳，所述不锈钢外壳的化学研磨抛光溶液的组成成分按浓度的比例为：30％H2O2 150-220ml / L；H2SO45 ml / L；稳定剂10g/ L；所述化学研磨抛光温度为50-70℃，抛光时间为5-10min。化学研磨抛光后，不锈钢外壳表面平滑性、光泽性、耐蚀性、抗粘附性、美观性、清洁卫生性等极大的提高，处理后的工件表面光滑，细菌污垢等杂质被清除而且不易粘附，使用方便成本低。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1、压力传感器的集成度高，Y形三通结构将两个传感器同方向固定在一个传感器的引压接口上，节约了空间，集成多个传感器；调理电路固定在传感器的侧面，可以减小单个传感器的高度，为通信电路板让出安装空间。2、压力传感器的灵敏度高，U形压敏电阻是基于长条形电阻不改变阻值的情况下缩短电阻的长度，使电阻处在应力集中的区域，获得较高的灵敏度；中间回形岛结构的弹性膜片受力分布集中，同时减小中心扰度，具有很好的线性度。附图说明本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1是本专利技术中传感器的结构示意图。图中标记：1为基底，2为硅衬层，3为弹性膜片，4为二氧化硅保护层，5为金属层，6为压敏电阻。图2是弹性膜片的结构示意图。具体实施方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。如图1 ，本专利技术一种高灵敏度集成压力传感器，包括外壳、芯体和调理电路，所述外壳为密封结构，其内设置有芯体和调理电路；所述芯体包括由至少两个的压力传感器组成的压力传感器阵列；所述压力传感器包括基底、硅衬层、弹性膜片、二氧化硅保护层和金属层；所述硅衬层为E形硅，所述基底为矩形硅，基底和硅衬层为连体结构，基底与硅衬层之间为梯形空腔；所述硅衬层的中间部位设置有弹性膜片，弹性膜片上掺杂形成压敏电阻，压敏电阻上端设有二氧化硅保护层；所述二氧化硅保护层上表面两端分别设置有金属层。如图2，本专利技术一种高灵敏度集成压力传感器，所述弹性膜片为中间回形岛结构，膜片四个边上分别连接有压敏电阻，所述压敏电阻为U形压敏电阻。本专利技术一种高灵敏度集成压力传感器，所述弹性膜片的边长为2000um，所述压敏电阻的长度为150um，压敏电阻的宽度为20um。本专利技术一种高灵敏度集成压力传感器，所述压力传感器阵列为Y形三通结构，两个传感器同方向固定在一个传感器的引压接口上。本专利技术一种高灵敏度集成压力传感器，所述压力传感器的制作方法为：在硅晶圆背面各向异性刻蚀形成空腔，刻蚀后的硅晶圆为硅衬层；在硅衬层的中部掺杂形成压敏电阻；在硅衬层的正面上沉积二氧化硅保护层；在二氧化硅保护层的两端分别溅射金属层后经剥离形成金属互连线；将硅衬层与基底硅进行键合封装。本专利技术一种高灵敏度集成压力传感器，所述调理电路固定在传感器的侧面。本专利技术一种高灵敏度集成压力传感器，所述调理电路包括三端可调正稳压器集成电路LM117、仪表放大器AD620和外围电路；所述AD620连接传感器电桥，并通过电容与LM117连接；所述LM117为传感器和AD620提供电源。本专利技术一种高灵敏度集成压力传感器，所述外壳采用不锈钢外壳，所述不锈钢外壳的化学研磨抛光溶液的组成成分按浓度的比例为：30％H2O2 150-220ml / L；H2SO45 ml / L；稳定剂10g/ L；所述化学研磨抛光温度为50-70℃，抛光时间为5-10min。本专利技术并不局限于前述的具体实施方式。本专利技术扩展到任何在本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高灵敏度集成压力传感器，其特征在于：包括外壳、芯体和调理电路，所述外壳为密封结构，其内设置有芯体和调理电路；所述芯体包括由至少两个的压力传感器组成的压力传感器阵列；所述压力传感器包括基底、硅衬层、弹性膜片、二氧化硅保护层和金属层；所述硅衬层为E形硅，所述基底为矩形硅，基底和硅衬层为连体结构，基底与硅衬层之间为梯形空腔；所述硅衬层的中间部位设置有弹性膜片，弹性膜片上掺杂形成压敏电阻，压敏电阻上端设有二氧化硅保护层；所述二氧化硅保护层上表面两端分别设置有金属层。

【技术特征摘要】
1.一种高灵敏度集成压力传感器，其特征在于：包括外壳、芯体和调理电路，所述外壳为密封结构，其内设置有芯体和调理电路；所述芯体包括由至少两个的压力传感器组成的压力传感器阵列；所述压力传感器包括基底、硅衬层、弹性膜片、二氧化硅保护层和金属层；所述硅衬层为E形硅，所述基底为矩形硅，基底和硅衬层为连体结构，基底与硅衬层之间为梯形空腔；所述硅衬层的中间部位设置有弹性膜片，弹性膜片上掺杂形成压敏电阻，压敏电阻上端设有二氧化硅保护层；所述二氧化硅保护层上表面两端分别设置有金属层。2.如权利要求1所述的具有良好线性度的集成压力传感器，其特征在于：所述弹性膜片为中间回形岛结构，膜片四个边上分别连接有压敏电阻，所述压敏电阻为U形压敏电阻。3.如权利要求2所述的具有良好线性度的集成压力传感器，其特征在于：所述弹性膜片的边长为2000um，所述压敏电阻的长度为150um，压敏电阻的宽度为20um。4.如权利要求1所述的具有良好线性度的集成压力传感器，其特征在于：所述压力传感器阵列为Y形三通结构，两个传感器同方向固定在一个传感器的引压接口上。5.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李游平，
申请(专利权)人：成都创慧科达科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51