一种高灵敏度压阻式压力传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种高灵敏度压阻式压力传感器，包括：敏感薄膜

【技术实现步骤摘要】
一种高灵敏度压阻式压力传感器


[0001]本专利技术涉及传感器
，具体涉及一种高灵敏度压阻式压力传感器
。

技术介绍

[0002]压力传感器能够将外部压力信号转换成计算机识别的电信号，根据封装方式可以将压力传感器制作成表压传感器
、
差压传感器和绝压传感器
。
压力传感器可以完成飞行器表面分布压力的测量，获取飞行器表面的压力分布信息，飞行器表面压力分布信息的精准测量可以为飞行器的飞行效率分析和气动性能设计提供数据支撑
。
[0003]基于
MEMS
技术研发的压阻式压力芯片具有工艺简单
、
数据后处理容易
、
成本低廉
、
易于批量化大规模生产的优势，成为了飞行器表面压力测量的最先选择
。
面向未来的先进飞行器，需要更高的飞行效率和更优的气动性能来面对更加复杂的服役环境
、
更有效的提高最大载荷，因此对飞行器表面压力分布测量的分辨率和精度也提出了更高要求
。
[0004]然而，目前压力传感器难以达到先进飞行器表面压力测量的分辨率和精度需求，其主要原因是目前研发生产压力传感器的灵敏度较低，难以获得高幅值的压力测量结果，即传统的传感器是通过多个串联的惠斯通电桥对薄膜上的分散的应力进行检测，然后将检测到的应力叠加，然而现有的传感器检测时由于薄膜受到的压应力比较小，故忽略了薄膜中间位置的压应力的检测，从而使得现有的压力传感器的的检测精度比较低
。
[0005]因此，需要提供一种高灵敏度压阻式压力传感器以解决上述问题
。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种高灵敏度压阻式压力传感器，通过设置凸台结构使得敏感薄膜的应力进行分化集中，然后结合惠斯通电桥对应力集中后的敏感薄膜的受到的应力进行检测，以解决现有的压力传感器的灵敏度较低的问题
。
[0007]本专利技术的一种高灵敏度压阻式压力传感器采用如下技术方案：包括：
[0008]敏感薄膜，其上设置有凸台结构，凸台结构用于将敏感薄膜撑起，并使得敏感薄膜1的应力区域分化为拉应力集中区和压应力集中区；
[0009]第一惠斯通电桥，其用于检测压应力集中区的压应力；
[0010]以及第二惠斯通电桥，其用于检测拉应力集中区的拉应力；
[0011]其中，第一惠斯通电桥和第二惠斯通电桥串联
。
[0012]优选的，敏感薄膜连接在多个基座上并形成腔体区域，凸台结构包括至少一个方形凸台；
[0013]方形凸台设置在腔体区域，并将敏感薄膜撑起形成一个凸起区域；
[0014]当凸台结构的方形凸台为一个时，敏感薄膜的应力集中区为4个压应力集中区和4个拉应力集中区，当凸台结构的方形凸台为
N
个时，敏感薄膜的应力集中区为
N
个压应力集中区和4个拉应力集中区；
[0015]其中，凸台结构的方形凸台数量与第一惠斯通电桥的数量对应，且每个方形凸台
对应设置一个第一惠斯通电桥，多个第一惠斯通电桥串联
。
[0016]优选的，靠近每个方形凸台的侧面的敏感薄膜的区域为压应力集中区，且每个方形凸台对应的第一惠斯通电桥的四个第一压阻器设置在方形凸台对应的个压应力集中区
。
[0017]优选的，在凸台结构的方形凸台为多个时，对应的多个第一惠斯通电桥依次串联后，再与第二惠斯通电桥串联
。
[0018]优选的，方形凸台的高度大于或者等于敏感薄膜厚度的5倍
。
[0019]优选的，凸台结构中的所有方形凸台的总面积与敏感薄膜的面积的比值在
10
％～
30
％之间
。
[0020]优选的，在凸台结构的方形凸台为一个时，方形凸台设置在敏感薄膜中心位置
。
[0021]优选的，在凸台结构为多个时，多个方形凸台绕敏感薄膜的中心均布设置
。
[0022]优选的，靠近敏感薄膜每条边缘中间的区域为拉应力集中区，第二惠斯通电桥的四个第二压阻器对应设置在每个拉应力集中区
。
[0023]优选的，将每两个串联的惠斯通电桥中，前一个惠斯通电桥的正极输出端口与后一个惠斯通电桥的负极输出端口相邻设置并连接
。
[0024]本专利技术的有益效果是：
[0025]1、
通过设置凸台结构将敏感薄膜撑起，使得敏感薄膜上相对分散的薄膜应力实现分化集中，即将敏感薄膜上的应力分化集中为拉应力集中区和压应力集中区，同时对每个应力集中区进行检测，从而提高了薄膜应力到压阻的电阻率的转换效率；然后，将集中后的应力区域的信号利用惠斯通电桥进行应力的提取后，在将多个惠斯通电桥的串联，从而将多个应力集中区的应力进行了叠加，即同时将提取拉应力集中区的应力值和压应力集中区提取的应力值进行叠加，故提高了敏感薄膜的应力利用率和压力传感器的输出幅值，从而提高传感器的灵敏度
。
[0026]2、
通过敏感薄膜的尺寸和方形凸台尺寸设置方形凸台的数量和方形凸台的高度，从而使得敏感薄膜上的应力尽可能少的被方形凸台分散，即将敏感薄膜的应力留到敏感薄膜上，以保证应力提取时的灵敏度，进而提高传感器的压力检测的灵敏度
。
[0027]3、
通过将所有串联的惠斯通电桥中每两个相邻的惠斯通电桥中，前一个惠斯通电桥的正极输出端口与后一个惠斯通电桥的负极输出端口相邻设置并连接，从而使的电气连接导线不交叉，使得电气连接导线的布局更为合理，减少了引入信号和引出信号之间的干扰，易于压力芯片的批量化加工制作
。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，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专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图
。
[0029]图1为本专利技术的一种高灵敏度压阻式压力传感器的实施例的凸台结构为一个方形凸台时的总体结构示意图；
[0030]图2为本专利技术的一种高灵敏度压阻式压力传感器的实施例的凸台结构为两个方形凸台时的总体结构示意图；
[0031]图3为本专利技术的一种高灵敏度压阻式压力传感器的实施例的凸台结构为四个方形凸台时总体结构示意图；
[0032]图4为本专利技术的一种高灵敏度压阻式压力传感器的实施例中相邻两个惠斯通电桥串联时的电路图；
[0033]图5为本专利技术的一种高灵敏度压阻式压力传感器的实施例中凸台结构的所有方形凸台的总面积占薄膜面积不同比值时，薄膜上最大拉应力和最大压应力的和值的变化图；
[0034]图中：
1、
敏感薄膜；
2、
第一压阻器；
3、
第二压阻器；
4、
电气连接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种高灵敏度压阻式压力传感器，其特征在于，包括：敏感薄膜，其上设置有凸台结构，凸台结构用于将敏感薄膜撑起，并使得敏感薄膜的应力区域分化为拉应力集中区和压应力集中区；第一惠斯通电桥，其用于检测所述压应力集中区的压应力；以及第二惠斯通电桥，其用于检测所述拉应力集中区的拉应力；其中，第一惠斯通电桥和第二惠斯通电桥串联
。2.
根据权利要求1所述的一种高灵敏度压阻式压力传感器，其特征在于，所述敏感薄膜连接在多个基座上并形成腔体区域，所述凸台结构包括至少一个方形凸台；所述方形凸台设置在腔体区域内，并将敏感薄膜撑起形成一个凸起区域；当凸台结构的方形凸台为一个时，敏感薄膜的应力集中区为4个压应力集中区和4个拉应力集中区，当凸台结构的方形凸台为
N
个时，敏感薄膜的应力集中区为
4N
个压应力集中区和4个拉应力集中区；其中，凸台结构的方形凸台数量与第一惠斯通电桥的数量对应，且每个方形凸台对应设置一个第一惠斯通电桥，多个所述第一惠斯通电桥串联
。3.
根据权利要求2所述的一种高灵敏度压阻式压力传感器，其特征在于，靠近每个所述方形凸台的侧面的敏感薄膜的区域为压应力集中区，且每个方形凸台对应的所述第一惠斯通电桥的四个第一压阻器设置在方形凸台对应的4个压应力集中区
。4.
根据权利要求2所述的一种高灵敏度压阻式压...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗剑，张元英，马炳和，郭征，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：