一种基于损耗检测的声表面波压力传感器制造技术

一种基于损耗检测的声表面波压力传感器，包括基片、叉指换能器、第一金属反射栅阵和第二金属反射栅阵；基片上中心位置处设置有叉指换能器，叉指换能器的一侧设置有第一金属反射栅阵，另一侧设置有第二金属反射栅阵，叉指换能器和第一金属反射栅阵之间形成间隔，叉指换能器和第二金属反射栅阵形成间隔；叉指换能器两端汇流条处均连接输出引线。本发明专利技术压力传感器压力检测方法基于器件的损耗变化，传感器实现过程中无需制备压力参考腔，极大地降低了工艺难度，良品率高，适用于半导体加工的大批量生产。

【技术实现步骤摘要】
一种基于损耗检测的声表面波压力传感器
本专利技术涉及一种基于损耗检测的声表面波压力传感器，属于传感器设计领域。
技术介绍
压力传感器是各类传感器中应用最为广泛的一种，根据测压原理及制备工艺的不同，压力传感器可分为压阻式、电容式和光纤式等多种，其外形尺寸、精度及适用范围各有不同。其中，声表面波压力传感器作为一种新型的传感器，以其体积小、成本低、稳定性高、抗电磁干扰能力强、可无线无源工作等特点被广泛关注。目前，声表面波压力传感器的检测方法常基于声波传播相位、时间或速度的变化，传感器感压膜片与衬底之间通过气密封装形成压力参考腔。当外界环境压力作用在固定声表面波器件的感压膜片表面时，与参考腔形成压力差，引起声表面波器件基片产生形变，导致基片的材料参数(弹性劲度常数，压电应力常数，介电常数等)发生改变，从而引起声波传播相位、时间或速度的改变，通过检测声表面波器件相位、时延或频率的变化，以获得待测的外界压力值。根据压力参考腔封装结构的不同，声表面波压力传感器可分为均匀薄板式封装和点压式封装两种，不同的封装形式使得外界压力作用时产生的基片形变有所差异，导致传感器灵敏度的不同。公开号为CN101620018A的中国专利，公开了一种声表面波压力传感器。该传感器采用了均匀薄板式封装结构，在顶盖、基座和流体隔膜之间形成密封腔，流体隔膜上固定有横跨压力传导通孔的感压膜片，感压膜片上固定有声表面波谐振器，外界压力由密封腔上的压力传导通孔引起声表面波器件基片的形变，通过检测频率变化实现对压力的测量。公开号为CN101354302A的中国专利，公开了一种采用复合模的声表面波压力传感器。该传感器采用了点压式封装结构，硬心球壳导压金属膜片、金属外壳侧壁和底壳组成一个气密性参考腔，金属膜片的上表面通过金属导力柱与蘑菇状加压帽相连，其下表面固定着一枚导力顶针片，导力顶针片与导力筒刚性相连，在导力筒内部设有石英悬臂梁式敏感元件，传递到导力筒的力将引起声表面波敏感元件的基片形变，导致应力改变，通过检测器件输出频率或时延的变化完成压力测量。由上述传感器的工作原理可知，参考腔的气密性封装是必不可少的。但受限于封装工艺特点，现有参考腔的封装难度大、一致性差、均匀性不好，同批次传感器性能差异较大。特别是点压式封装结构，其工艺复杂，传感器的良品率低。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于损耗检测的声表面波压力传感器，极大地降低了工艺难度，保证了传感器制备工艺及性能的一致性，良品率高。本专利技术的技术解决方案是：一种基于损耗检测的声表面波压力传感器，包括：基片、叉指换能器、第一金属反射栅阵和第二金属反射栅阵；基片上中心位置处设置有叉指换能器，叉指换能器的一侧设置有第一金属反射栅阵，另一侧设置有第二金属反射栅阵，叉指换能器和第一金属反射栅阵之间形成间隔，叉指换能器和第二金属反射栅阵形成间隔；所述叉指换能器两端汇流条处均连接输出引线。所述基片为ST-X石英基片、AT-X石英基片、ZX-LiNbO3基片、YZ-LiNbO3基片、128°YX-LiNbO3基片或X-112°Y-LiTaO3基片。所述叉指换能器、第一金属反射栅阵和第二金属反射栅阵能够加权。所述加权规则包括如下三种：i.仅叉指换能器加权；ii.仅第一金属反射栅阵和第二金属反射栅阵加权，且两者加权函数一致；iii.叉指换能器、第一金属反射栅阵和第二金属反射栅阵同时加权，此时第一金属反射栅阵和第二金属反射栅阵加权函数一致。所述叉指换能器、第一金属反射栅阵、第二金属反射栅阵的金属化比相等。所述金属化比为0.1-0.6。所述间隔和间隔相等。所述间隔为叉指换能器波长的0.25-2.5倍。所述第一金属反射栅阵和第二金属反射栅阵的同步频率相同，为叉指换能器同步频率的0.95-1.05倍。所述第一金属反射栅阵和第二金属反射栅阵均与叉指换能器平行。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：(1)本专利技术的声表面波压力传感器组成简单，具有体积小、成本低、灵敏度高和工艺简单等特点，可用于无线无源工作，其压力检测方法基于器件的损耗变化，传感器实现过程中无需制备压力参考腔，克服了目前基于相位、时延或频率检测的声表面波压力传感器中压力参考腔的封装难度大、一致性差、均匀性差、制备工艺复杂的技术问题，极大地降低了工艺难度，良品率高，适用于半导体加工的大批量生产。(2)本专利技术叉指换能器、第一金属反射栅阵和第二金属反射栅阵能够加权，从而抑制声波传播的衍射效应，提高器件带外抑制能力，提升器件的Q值。(3)金属化比直接影响栅阵的反射系数，本专利技术叉指换能器、第一金属反射栅阵和第二金属反射栅阵金属化比相等，且金属化比为0.1-0.6，能够有效保证器件的反射效应。附图说明图1为本专利技术基于损耗检测的声表面波压力传感器的结构示意图；图2为本专利技术实施例的频率响应测试曲线；图3为本专利技术实施例对气体压力的测试响应结果。测试环境气体为纯净干燥的氮气。具体实施方式下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。如图1所示，本专利技术提出了一种基于损耗检测的声表面波压力传感器，包括基片1、叉指换能器2、第一金属反射栅阵3和第二金属反射栅阵4。基片1上设置有叉指换能器2，叉指换能器2的两侧分别设置第一金属反射栅阵3和第二金属反射栅阵4，第一金属反射栅阵3和第二金属反射栅阵4均与叉指换能器2平行。叉指换能器2和第一金属反射栅阵3形成间隔5，叉指换能器2和第二金属反射栅阵4形成间隔6。叉指换能器2电极两端连接输出引线。基片1为ST-X石英基片、AT-X石英基片、ZX-LiNbO3基片、YZ-LiNbO3基片、128°YX-LiNbO3基片、X-112°Y-LiTaO3基片中的一种。叉指换能器2、所述第一金属反射栅阵3和所述第二金属反射栅阵4可加权。加权时，可以仅叉指换能器2加权；也可以仅第一金属反射栅阵3和第二金属反射栅阵4加权，且两者加权函数一致；也可以叉指换能器2、第一金属反射栅阵3和第二金属反射栅阵4同时加权，此时第一金属反射栅阵3和第二金属反射栅阵4加权函数一致，如都为余弦函数或小波函数。能够加权的好处是抑制声波传播的衍射效应，提高器件带外抑制能力，提升器件的Q值。叉指换能器2、第一金属反射栅阵3、第二金属反射栅阵4的金属化比相等，金属化比为0.1-0.6。金属化比直接影响栅阵的反射系数，对于以反射效应为主的谐振器结构，反射系数的值直接影响器件的性能，对于特定基片材料和栅阵电极厚度的谐振器结构，需适当调节金属化比的数值以改善器件性能，增强反射效应。间隔5和间隔6相等，且为叉指换能器2的波长的0.25-2.5倍。第一金属反射栅阵5和第二金属反射栅阵6的同步频率相同，且为叉指换能器2同步频率的0.95-1.05倍。本专利技术声表面波压力传感器的工作原理如下：将压力传感器放置在待测气体压力环境中，无需气密性封装的压力参考腔，激励的声表面波的部分能量传递给气体，形成的“气体负载”会引起器件损耗的改变，通过检测不同气压环境中传感器损耗的变化，实现对外界压力的测量。声表面波能量损耗机制由基片的衰减系数αL表示：其中，ρF为待测气体的密度，VF为待测气体中的声速，ρ为声表面波器件基片的密度，VR为基片中的瑞利波速度，λ为声表面波的波长。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于损耗检测的声表面波压力传感器，其特征在于包括：基片(1)、叉指换能器(2)、第一金属反射栅阵(3)和第二金属反射栅阵(4)；基片(1)上中心位置处设置有叉指换能器(2)，叉指换能器(2)的一侧设置有第一金属反射栅阵(3)，另一侧设置有第二金属反射栅阵(4)，叉指换能器(2)和第一金属反射栅阵(3)之间形成间隔(5)，叉指换能器(2)和第二金属反射栅阵(4)形成间隔(6)；所述叉指换能器(2)两端汇流条处均连接输出引线。

【技术特征摘要】
1.一种基于损耗检测的声表面波压力传感器，其特征在于包括：基片(1)、叉指换能器(2)、第一金属反射栅阵(3)和第二金属反射栅阵(4)；基片(1)上中心位置处设置有叉指换能器(2)，叉指换能器(2)的一侧设置有第一金属反射栅阵(3)，另一侧设置有第二金属反射栅阵(4)，叉指换能器(2)和第一金属反射栅阵(3)之间形成间隔(5)，叉指换能器(2)和第二金属反射栅阵(4)形成间隔(6)；所述叉指换能器(2)两端汇流条处均连接输出引线。2.根据权利要求1所述的一种基于损耗检测的声表面波压力传感器，其特征在于：所述基片(1)为ST-X石英基片、AT-X石英基片、ZX-LiNbO3基片、YZ-LiNbO3基片、128°YX-LiNbO3基片或X-112°Y-LiTaO3基片。3.根据权利要求1所述的一种基于损耗检测的声表面波压力传感器，其特征在于：所述叉指换能器(2)、第一金属反射栅阵(3)和第二金属反射栅阵(4)能够加权。4.根据权利要求3所述的一种基于损耗检测的声表面波压力传感器，其特征在于：所述加权规则包括如下三种：i.仅叉指换能器(2)加权；ii.仅第一金属反射栅阵(3)和第二金属反射栅阵(4)加...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝文昌，骆伟，焦海龙，尹玉刚，金小锋，
申请(专利权)人：北京遥测技术研究所，航天长征火箭技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11