具有多平行环形惠斯通电桥的压力传感器及其制备方法技术

本公开提供一种具有多平行环形惠斯通电桥的压力传感器及其制备方法。压力传感器包括衬底、压力敏感单元、绝缘钝化层、导线层以及刻蚀停止层，压力敏感单元包括应力敏感膜、多个压敏电阻以及多根引线，衬底沿其厚度方向的第一表面设置有空腔，第一表面上设置有刻蚀停止层；应力敏感膜设置在刻蚀停止层上，多个压敏电阻设置在应力敏感膜背离衬底的一侧，多个压敏电阻平行间隔设置，通过多根引线电连接形成多平行环形惠斯通电桥；绝缘钝化层设置在压力敏感单元背离衬底的一侧，绝缘钝化层上设置有贯穿其厚度的多个金属化过孔；导线层设置在绝缘钝化层背离衬底的一侧，通过金属化过孔与对应的引线电连接。可以有效提高器件的线性度和灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
具有多平行环形惠斯通电桥的压力传感器及其制备方法
本公开属于压力传感器
，具体涉及一种具有多平行环形惠斯通电桥的压力传感器以及一种具有多平行环形惠斯通电桥的压力传感器的制备方法。
技术介绍
传统地，压力传感器包括硅衬底以及设置在所述硅衬底上的应力敏感膜和四个压敏电阻等结构，四个压敏电阻通过引线相互电连接形成惠斯通电桥结构，在该惠斯通电桥结构中，四个压敏电阻组成一个方形。但是，经过本公开的专利技术人多次试验研究，发现方形惠斯通电桥的线性度和灵敏度均有待提高。此外，传统地压力传感器并没有在压敏电阻周围设置隔离结构，这导致器件存在漏电的可能性，会增大器件温漂效应，降低器件可靠性。此外，在传统的压力传感器中，在惠斯通电桥结构上下没有设置屏蔽结构，这将导致惠斯通电桥结构上下两侧并不处于同一电位，这容易引起静电和电磁干扰，导致器件可靠性降低。
技术实现思路
本公开旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种具有多平行环形惠斯通电桥的压力传感器以及一种具有多平行环形惠斯通电桥的压力传感器的制备方法。本公开的一方面，提供一种具有多平行环形惠斯通电桥的压力传感器，所述压力传感器包括衬底、压力敏感单元、绝缘钝化层、导线层以及刻蚀停止层，所述压力敏感单元包括应力敏感膜、多个压敏电阻以及多根引线；其中，所述衬底沿其厚度方向的第一表面设置有空腔，所述第一表面上设置有所述刻蚀停止层；所述应力敏感膜设置在所述刻蚀停止层上，所述多个压敏电阻设置在所述应力敏感膜背离所述衬底的一侧，并且，所述多个压敏电阻平行间隔设置，所述多个压敏电阻通过所述多根引线电连接形成多平行环形惠斯通电桥；所述绝缘钝化层设置在所述压力敏感单元背离所述衬底的一侧，所述绝缘钝化层上设置有贯穿其厚度的多个金属化过孔；所述导线层设置在所述绝缘钝化层背离所述衬底的一侧，所述导线层通过所述金属化过孔与对应的所述引线电连接。在可选地一些实施方式中，所述多平行环形惠斯通电桥包括平行间隔设置的两个环形桥臂，分别为第一环形桥臂和第二环形桥臂；所述压力敏感单元包括四个压敏电阻以及四根引线，分别为第一压敏电阻、第二压敏电阻、第三压敏电阻、第四压敏电阻、第一引线、第二引线、第三引线以及第四引线；其中，所述第一压敏电阻与所述第三压敏电阻平行间隔设置，且所述第一压敏电阻与所述第三压敏电阻通过所述第一引线和所述第二引线电连接形成所述第一环形桥臂；所述第二压敏电阻与所述第四压敏电阻平行间隔设置，且所述第二压敏电阻与所述第四压敏电阻通过所述第三引线和所述第四引线电连接形成所述第二环形桥臂。在可选地一些实施方式中，同一个环形桥臂内两个压敏电阻之间的间距范围为10um～1000um，相邻两个环形桥臂间相邻两个压敏电阻之间的间距范围为10um～50um；和/或，所述压敏电阻的长度范围为50um～1500um，所述压敏电阻的宽度范围为2um～200um。在可选地一些实施方式中，所述压力敏感单元还包括多个电阻隔离环，所述电阻隔离环环设在对应的所述压敏电阻四周。在可选地一些实施方式中，所述电阻隔离环采用PN结电阻隔离环；和/或，所述电阻隔离环的宽度范围为10um～100um，所述电阻隔离环与对应的所述压敏电阻之间的间距范围为2um～100um。在可选地一些实施方式中，所述压力传感器还包括金属电磁屏蔽件，所述金属电磁屏蔽件设置在所述导线层背离所述衬底的一侧；其中，所述金属电磁屏蔽件分别与所述导线层和所述衬底相连，以使得所述环形惠斯通电桥上下两侧处于同一电位。在可选地一些实施方式中，所述金属电磁屏蔽件包括屏蔽件主体和连接件；其中，所述屏蔽件主体设置在所述导线层背离所述衬底的一侧，并且所述屏蔽件主体在所述环形惠斯通电桥上的正投影与所述环形惠斯通电桥重合或落在其外侧；所述连接件的第一端与所述屏蔽件主体相连，所述连接件的第二端与所述衬底相连。本公开的另一方面，提供一种具有多平行环形惠斯通电桥的压力传感器的制备方法，包括：提供第一衬底和第二衬底；在所述第一衬底沿其厚度方向的第一表面形成刻蚀停止层；将所述第二衬底与所述第一衬底的第一表面进行键合，并对所述第二衬底进行减薄处理，获得应力敏感膜；从所述第一衬底沿其厚度方向的第二表面进行刻蚀至所述刻蚀停止层处，获得空腔；在所述第二衬底背离所述第一衬底的一侧形成多个压敏电阻以及多根引线，所述多个压敏电阻平行间隔设置，所述多个压敏电阻通过所述多根引线电连接形成多平行环形惠斯通电桥；在所述第二衬底背离所述第一衬底的一侧形成绝缘钝化层并图形化，在所述绝缘钝化层上形成多个金属化过孔；在所述绝缘钝化层背离所述第一衬底的一侧形成导线层，制备得到所述压力传感器，所述导线层通过所述金属化过孔与对应的所述引线电连接。在一些可选地实施方式中，所述方法还包括：在形成所述压敏电阻的同时，在所述第二衬底上形成多个电阻隔离环，所述电阻隔离环环设在对应的所述压敏电阻四周。在一些可选地实施方式中，所述方法还包括：在所述导线层背离所述第一衬底的一侧形成金属电磁屏蔽件，所述金属电磁屏蔽件分别与所述导线层和所述衬底相连，以使得所述环形惠斯通电桥上下两侧处于同一电位。本公开的压力传感器及其制备方法，其压力敏感单元包括应力敏感膜、多个压敏电阻以及多根引线，所述多个压敏电阻平行间隔设置，所述多个压敏电阻通过所述多根引线电连接形成多平行环形惠斯通电桥，这样，可以将多平行环形惠斯通电桥中的至少一个环形桥臂所包括的压敏电阻布置在应力敏感膜的边缘应力最大位置，将多平行环形惠斯通电桥中的其余环形桥臂所包括的压敏电阻布置在应力敏感膜的形变最大位置，当有外部压力作用在应力敏感膜时，该惠斯通电桥回路中，电阻变化量会成倍的放大，同时由于采用多平行环形惠斯通电桥，可以对每个电桥进行独立控制和补偿，可以有效提高器件的线性度和灵敏度。附图说明图1为本公开一实施例的具有多平行环形惠斯通电桥的压力传感器的X轴方向截面图；图2为本公开另一实施例的具有多平行环形惠斯通电桥的压力传感器的Y轴方向截面图；图3为本公开另一实施例的环形惠斯通电桥的结构示意图；图4为本公开另一实施例的电阻隔离环与压敏电阻的位置关系图；图5为本公开另一实施例的多阶应力集中区的俯视图；图6为本公开另一实施例的具有多平行环形惠斯通电桥的压力传感器的制备方法的工艺流程图。具体实施方式为使本领域技术人员更好地理解本公开的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本公开作进一步详细描述。在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有多平行环形惠斯通电桥的压力传感器，其特征在于，所述压力传感器包括衬底、压力敏感单元、绝缘钝化层、导线层以及刻蚀停止层，所述压力敏感单元包括应力敏感膜、多个压敏电阻以及多根引线；其中，/n所述衬底沿其厚度方向的第一表面设置有空腔，所述第一表面上设置有所述刻蚀停止层；/n所述应力敏感膜设置在所述刻蚀停止层上，所述多个压敏电阻设置在所述应力敏感膜背离所述衬底的一侧，并且，所述多个压敏电阻平行间隔设置，所述多个压敏电阻通过所述多根引线电连接形成多平行环形惠斯通电桥；/n所述绝缘钝化层设置在所述压力敏感单元背离所述衬底的一侧，所述绝缘钝化层上设置有贯穿其厚度的多个金属化过孔；/n所述导线层设置在所述绝缘钝化层背离所述衬底的一侧，所述导线层通过所述金属化过孔与对应的所述引线电连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有多平行环形惠斯通电桥的压力传感器，其特征在于，所述压力传感器包括衬底、压力敏感单元、绝缘钝化层、导线层以及刻蚀停止层，所述压力敏感单元包括应力敏感膜、多个压敏电阻以及多根引线；其中，
所述衬底沿其厚度方向的第一表面设置有空腔，所述第一表面上设置有所述刻蚀停止层；
所述应力敏感膜设置在所述刻蚀停止层上，所述多个压敏电阻设置在所述应力敏感膜背离所述衬底的一侧，并且，所述多个压敏电阻平行间隔设置，所述多个压敏电阻通过所述多根引线电连接形成多平行环形惠斯通电桥；
所述绝缘钝化层设置在所述压力敏感单元背离所述衬底的一侧，所述绝缘钝化层上设置有贯穿其厚度的多个金属化过孔；
所述导线层设置在所述绝缘钝化层背离所述衬底的一侧，所述导线层通过所述金属化过孔与对应的所述引线电连接。


2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述多平行环形惠斯通电桥包括平行间隔设置的两个环形桥臂，分别为第一环形桥臂和第二环形桥臂；所述压力敏感单元包括四个压敏电阻以及四根引线，分别为第一压敏电阻、第二压敏电阻、第三压敏电阻、第四压敏电阻、第一引线、第二引线、第三引线以及第四引线；其中，
所述第一压敏电阻与所述第三压敏电阻平行间隔设置，且所述第一压敏电阻与所述第三压敏电阻通过所述第一引线和所述第二引线电连接形成所述第一环形桥臂；
所述第二压敏电阻与所述第四压敏电阻平行间隔设置，且所述第二压敏电阻与所述第四压敏电阻通过所述第三引线和所述第四引线电连接形成所述第二环形桥臂。


3.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，同一个环形桥臂内两个压敏电阻之间的间距范围为10um～1000um，相邻两个环形桥臂间相邻两个压敏电阻之间的间距范围为10um～50um；和/或，
所述压敏电阻的长度范围为50um～1500um，所述压敏电阻的宽度范围为2um～200um。


4.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述压力敏感单元还包括多个电阻隔离环，所述电阻隔离环环设在对应的所述压敏电阻四周。


5.根据权利要求4所述的压力传感器，其特征在于，所述电阻隔离环采用PN结电阻隔离环；和/或，
所述电阻隔离环的宽度范...

【专利技术属性】
技术研发人员：李维平，兰之康，李晓波，
申请(专利权)人：南京高华科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32