集成型压力传感薄膜和压力传感器制造技术

本申请提供了一种集成型压力传感薄膜和压力传感器，集成型压力传感薄膜包括主体，所述主体为半导体薄膜，所述半导体薄膜集成有：感测元件，所述感测元件包括用于压感检测的至少一个电阻器；以及信号处理电路，所述信号处理电路包括放大电路，所述放大电路的输入与所述电阻器耦接，输出可被识别的电信号。将感测元件和信号处理电路集成到一起，成为一个单元，后面直接连接系统主控处理器，大幅简化了系统方案，更简洁、紧凑、可靠；同时，尺寸小。尺寸小。尺寸小。

【技术实现步骤摘要】
集成型压力传感薄膜和压力传感器
[0001]本申请要求于2020年3月19日在美国专利局提交的、申请号为62/992,000、专利技术名称为“混合应变传感系统”的美国专利申请，以及于2020年8月11日在美国专利局提交的、申请号为63/064,086、专利技术名称为“新型混合传感系统”的美国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。


[0002]本申请属于压感
，尤其涉及一种集成型压力传感薄膜和压力传感器。

技术介绍

[0003]传统的压力检测传感器主要是金属应变片，这种压感应变片基于金属条的受压变形特性，因此具有温度不敏感，噪声低小的优点，但是缺点也是很明显的，就是Gauge factor,应变系数(GF)太小，用于一般应变片的铜镍合金和镍铬合金的应变系数GF大约为2。然而许多半导体晶体材料的GF值一般为20～200之间，远远大于金属应变片，更加适合做成高灵敏度的传感器，用于微小压力或变形检测领域。
[0004]所以近些年来基于半导体材料的各种应变片和压力检测传感器已经出现了许多商用产品，性能提高和成本价格降低使得应用领域越来越宽泛。这些基于半导体材料的压力/应变传感器的优点是GF较高，但是仍和金属应变片一样，属于分离元器件，即一般一个应变片就是一个电阻，这在应用中，经常需要数个或多个应变片组装联合构成一个惠斯通电阻桥，然后后面再另接一个信号放大调理电路，才能完成压力检测，数据采样放大分析处理。
[0005]因此，现有技术的压力检测传感器都是由多个分立的应变片组成，其缺点是明显的，例如需要较大位置贴装至少4个应变片，占用面积大，使得产品无法小型化；四个应变片共有4对引出线需要正确连接，布线复杂；每个应变片都是独立分装，这意味着成本较高。

技术实现思路

[0006]本申请实施例的目的在于提供一种集成型压力传感薄膜和传感装置，以解决现有技术的压力检测传感器占用面积大、布线复杂、成本高的问题。
[0007]为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：提供一种集成型压力传感薄膜，包括主体，所述主体为半导体薄膜，所述半导体薄膜集成有：
[0008]感测元件，所述感测元件包括用于压感检测的至少一个电阻器；以及
[0009]信号处理电路，所述信号处理电路包括放大电路，所述放大电路的输入与所述电阻器耦接，输出可被识别的电信号。
[0010]在其中一个实施例中，所述半导体薄膜包括硅(Si)薄膜、锗(Ge)薄膜，砷化镓(GaAs)薄膜、氮化镓(GaN)薄膜、碳化硅(SiC)薄膜、硫化锌(ZnS)薄膜、或者氧化锌(ZnO)薄膜中的至少一项。
[0011]在其中一个实施例中，所述半导体薄膜的厚度n＜70um，或n＜50um，或n＜30um，或
n＜25um，或n＜20um，或n＜15um，或n＜10um。
[0012]在其中一个实施例中，所述感测元件包括至少一个应变感应电阻；
[0013]或者，所述感测元件包括一个应变感应电阻和一个定值电容串联或并联组成的RC电路；
[0014]或者，所述感测元件包括一个应变感应电阻、一个定值电感和一个定值电容组成的谐振电路；
[0015]或者，所述感测元件包括一个应变感应电阻与一个参考电阻串联形成的分压电路；
[0016]或者，所述感测元件包括两个所述应变感应电阻串联形成的分压电路；
[0017]或者，所述感测元件包括一个所述应变感应电阻与一个参考电阻并联形成的分流电路；
[0018]或者，所述感测元件包括两个所述应变感应电阻并联形成的分流电路；
[0019]或者，所述感测元件包括一个所述应变感应电阻与三个参考电阻电连接的惠斯通电桥；
[0020]或者，所述感测元件包括两个所述应变感应电阻与两个参考电阻电连接形成的半桥电路；
[0021]或者，所述感测元件包括四个所述应变感应电阻电连接形成的全桥电路；
[0022]或者，所述感测元件包括三个所述应变感应电阻与一个参考电阻电连接形成的电桥电路。
[0023]在其中一个实施例中，所述感测元件包括四个电阻器，四个所述电阻器两两相互串联后并联，连个串联节点作为两个输出，两个并联节点作为输入连接电源；
[0024]所述放大电路包括第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算运算放大器；
[0025]所述第一运算放大器的正输入端与其中一个所述串联节点连接，所述第二运算放大器的正输入端与另外一个所述串联节点连接，所述第一运算放大器的负输入端与其输出端之间连接有第一电阻，所述第二运算放大器的负输入端与其输出端之间连接有第二电阻，所述第一运算放大器的负输入端通过一可调电阻连接所述第二运算放大器的负输入端，所述第一运算放大器的输出端与所述第三运算放大器的正输入端耦接，所述第二运算放大器的输出端与所述第三运算放大器的负输入端耦接，所述第三运算放大器的输出端输出所述可被识别的电信号，所述第三运算放大器的输出端和所述第三运算放大器的正输入端之间连接有第三电阻。
[0026]在其中一个实施例中，所述信号处理电路还包括一补偿电路，其输入端与所述放大电路的输出端耦合，用于根据所述放大电路输出的信号对所述感测元件11的输出电压失衡进行补偿。
[0027]在其中一个实施例中，所述补偿电路包括第四运算放大器，所述第四运算放大器的正输入端用于接入补偿信号，输出端与自身的负输入端连接，并所述第三运算放大器的负输入端耦接。
[0028]在其中一个实施例中，所述感测元件还包括温度检测元件。
[0029]在其中一个实施例中，所述信号处理电路还用于接收所述温度检测元件输出的温度检测信号，并根据预设的有效灵敏度系数与温度关系表确定传感器修正灵敏度。
[0030]在其中一个实施例中，所述信号处理电路还包括模数转换电路和数模转换电路，所述模数转换电路与所述放大电路的输出连接，用于将所述电信号转换成数字信号后输出；所述数模转换电路与所述放大电路连接，用于接收外部输入的数字信号转换成可被放大电路识别的模拟信号。
[0031]此外，还提供了一种压力传感器，包括基板，所述基板的至少一侧面设有如上所述的集成型压力传感薄膜。
[0032]本申请提供的集成型压力传感薄膜的有益效果在于：与现有技术相比，本申请集成型压力传感薄膜将感测元件和信号处理电路集成到一起，成为一个单元，后面直接连接系统主控处理器，大幅简化了系统方案，更简洁、紧凑、可靠；同时，尺寸小，基于本申请的压力传感器可以做得非常小巧，需要的安装空间小，适用范围更广；同时，生产效率高，由于生产工艺流程中基本上都是半导体产业界的标准工艺，组装简易方便，减少人工干预，因此生产效率高；另外，成本较便宜，根据高集成度减低了压力传感器方案复杂度和器件数量,大大降低了成本。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成型压力传感薄膜，其特征在于：包括主体，所述主体为半导体薄膜，所述半导体薄膜集成有：感测元件，所述感测元件包括用于压感检测的至少一个电阻器；以及信号处理电路，所述信号处理电路包括放大电路，所述放大电路的输入与所述电阻器耦接，输出可被识别的电信号。2.如权利要求1所述的集成型压力传感薄膜，其特征在于：所述半导体薄膜包括硅(Si)薄膜、锗(Ge)薄膜，砷化镓(GaAs)薄膜、氮化镓(GaN)薄膜、碳化硅(SiC)薄膜、硫化锌(ZnS)薄膜、或者氧化锌(ZnO)薄膜中的至少一项。3.如权利要求1所述的集成型压力传感薄膜，其特征在于：所述半导体薄膜的厚度n＜70um，或n＜50um，或n＜30um，或n＜25um，或n＜20um，或n＜15um，或n＜10um。4.如权利要求1至3任一项所述的集成型压力传感薄膜，其特征在于：所述感测元件包括至少一个应变感应电阻；或者，所述感测元件包括一个应变感应电阻和一个定值电容串联或并联组成的RC电路；或者，所述感测元件包括一个应变感应电阻、一个定值电感和一个定值电容组成的谐振电路；或者，所述感测元件包括一个应变感应电阻与一个参考电阻串联形成的分压电路；或者，所述感测元件包括两个所述应变感应电阻串联形成的分压电路；或者，所述感测元件包括一个所述应变感应电阻与一个参考电阻并联形成的分流电路；或者，所述感测元件包括两个所述应变感应电阻并联形成的分流电路；或者，所述感测元件包括一个所述应变感应电阻与三个参考电阻电连接的惠斯通电桥；或者，所述感测元件包括两个所述应变感应电阻与两个参考电阻电连接形成的半桥电路；或者，所述感测元件包括四个所述应变感应电阻电连接形成的全桥电路；或者，所述感测元件包括三个所述应变感应电阻与一个参考电阻电连接形成的电桥电路。5.如权利要求1所述的集成型压力传感薄膜，其特征在于：所述感测元件包括四个电阻器，四个所述电阻器两两相互串联后并联，连个串联节点作为两个输出，两个并联节点作为输入连接电源；所述放大电路包括第一运算放大...

【专利技术属性】
技术研发人员：李灏，余锦波，
申请(专利权)人：深圳纽迪瑞科技开发有限公司，
类型：新型
国别省市：