压力传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种压力传感器，包括MEMS压力传感芯片，所述的MEMS 压力传感芯片由四个多晶硅电阻设置在单晶硅薄膜的[110]晶向上构成的惠斯通 电桥，单晶硅薄膜是由下硅圆片、上硅圆片和纯化层构成，下硅圆片上设置一 腔体，下硅圆片和上硅圆片通过热熔硅-硅键合在一起，在上硅圆片表面设钝化 层，在上硅圆片上用扩散工艺设置多晶硅电阻，在上硅圆片上刻蚀出金属薄膜 导线和压焊块，本实用新型专利技术采用了硅-硅键合结构的压力传感器尺寸可以做的 很小，每个硅圆片上的芯片数目可以提高50％或者更高，传感器成本大幅度下降， 性能更加稳定可靠。这种传感器属低成本高性能压力传感器，应用非常广泛。 传感器量程通常为：0.1-6MPa左右，最高工作温度为+125℃。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种传感器，具体的说是涉及一种利用微机电系统MEMS技 术的压力传感器。
技术介绍
压力传感器应用的范围非常广泛，包括石化、液压、食品、医药、机械、 冶金、采矿、电器以及医疗仪器等等，几乎遍及各个行业。各种内燃机车的发动机和电力机组的汽轮机都是靠机油来润滑的， 一旦机 油压力过低就会因缺油发生干摩擦，造成剧烈的磨损和发热，可能损坏发动机 或汽轮机，影响内燃机车或汽轮机的正常运转，因此机油压力是发动机或汽轮 机的重要参数之一。对汽车而言，需要在汽车的发动机上安装机油压力表，用 来监测发动机的机油压力，当发动机的机油压力低于正常值时，油压表就会发 出报警信号，安装在仪表盘内的报警灯闪亮，提醒司机更换和添加机油。目前 应用在汽车上的压力传感器有好多种， 一般都包括信号调理电路板，在信号调 理电路板上设一压力敏感膜片，膜片直接承受机油的压力，然后将机油的压力 信号传到信号调理电路板上，经信号调理电路板处理成电信号输出，但上述结 构的压力敏感膜片一般都采用机械加工而成的厚膜压力敏感膜片，往往体积和 重量大，成本高，精度低，它们在电力机组和汽车上的应用中受到很大的限制。 也有用微机电技术的微型芯片，如申请人西安维纳信息测控有限公司申请的发 明专利，公开日是2008年7月23日，公开号是CN101226092A，专利技术名称为SOI 全硅结构充硅油耐高温压力传感器，包括一配置有空腔的基座4-1，基座4-l空 腔上依次配置有波纹膜片7-1和压环5-1,电极1-1通过玻璃绝缘子2-1与基座 4-1相固接，基座4-1空腔内还配置一[100]晶面的全硅SOI压力芯片9-1，全 硅SOI压力芯片9-1在真空环境下与PYREX7740玻璃6-1通过静电键合封接在 一起，基座4-1空腔中充填有高温硅油13-1，全硅SOI压力芯片9-1上压焊块 与电极1-1之间通过超声热压焊用金丝8-1连接，本专利技术的优点是一种适用于 高温环境下测量大压力的传感器，芯片材料贵，工艺较复杂，成本高。适合于 一些高温和高压等特殊场合使用。压力量程60-150MPa，工作温度可达+20(TC。
技术实现思路
针对上述机电式压力传感器的一些缺点和不足，本技术的目的是提供 一种结构紧凑、合理，性能稳定可靠的基于MEMS技术和专用集成电路芯片进行 信号调理的常温压力传感器。本技术的目的可通过以下技术方案来实现一种压力传感器，包括MEMS压力传感芯片，所述的MEMS压力传感芯片由 四个多晶硅电阻设置在单晶硅薄膜的[110]晶向上构成的惠斯通电桥，单晶硅薄 膜是由下硅圆片、上硅圆片和纯化层构成，下硅圆片上设置一腔体，下硅圆片 和上硅圆片通过热熔硅-硅键合在一起，在上硅圆片表面设钝化层，在上硅圆片 上用扩散工艺设置多晶硅电阻，在上硅圆片上刻蚀出金属薄膜导线和压焊块， 其中晶向的定义是晶体的一个基本特点是具有方向性，沿晶格的不同方向 晶体性质不同，布拉伐格子的格点可以看成分裂在一系列相互平行的直线系 上，这些直线系称为晶列，同一个格子可以形成方向不同的晶列，每一个晶 列定义了一个反向，称为晶向。单晶硅的晶向有[lll]、 [100] 、 [IIO]等，所 述的[110]晶向只是单晶硅晶向的一种。上述压力传感器，包括压力传感电路和信号调理电路，压力传感电路与信 号调理电路相连接，信号调理电路由信号调理电路和放大电路构成，信号调理 电路与放大电路连接，所述的压力传感电路由MEMS压力传感芯片构成，信号调 理电路由信号调理电路板构成，所述的MEMS压力传感芯片的惠斯通电桥的桥臂 与信号调理电路板连接。上述压力传感器，包括传感器壳体、压力敏感芯体和接线端扭，接线端扭 与传感器壳体装配形成腔体，压力敏感芯体封装在腔体内，所述的压力敏感芯 体由MEMS压力传感芯片和信号调理电路板构成，MEMS压力传感芯片与信号调理 电路板连接。上述压力传感器，MEMS压力传感芯片粘接在基板上，基板粘接在金属底座 上，MEMS压力传感芯片封装在管帽和金属底座形成的密封腔体内，所述的管帽 是由金属压环、波纹片和金属管壁构成，波纹片边缘设在金属压环与金属管壁 之间并与金属压环和金属管壁焊接，管帽中的金属管壁的下部焊在金属底座上 形成密封腔体，在密封腔体内充満硅油，信号调理电路板由绝缘胶粘在金属底 座上，MEMS压力传感芯片上的金丝引线与管腿相连接，管腿通过玻璃绝缘子焊 接在金属底座上，MEMS压力传感芯片通过金丝引线经管腿与信号调理电路板相 连接，管腿通过连接导线与外引线相连接。上述压力传感器，所述的基板中部设凹槽，压力传感芯片粘在凹槽内。 上述压力传感器，所述基板是陶瓷基片或印刷电路板或玻璃基板中的任一种。上述压力传感器，金属压环和波纹片用激光或氩弧或电子束中的一种方式 焊接在金属管壁上。上述压力传感器，压力敏感芯体粘接在传感器壳体上。4本技术采采用了硅-硅键合结构的压力传感器尺寸可以做附艮小，与相同规格的硅杯型压力传感器和与CN101226092A公开的专利相比，每个硅圆片上 的芯片数目可以提高50%或者更高，硅-硅键合强度更高，气密性更好。传感器成 本大幅度下降，性能更加稳定可靠。这种传感器属低成本高性能压力传感器， 应用非常广泛。传感器量程通常为0.1-6MPa左右，最高工作温度为+125'C， 且多晶硅电阻电桥压力传感芯片对压力信号进行调理，使得传感器具有良好的 温度稳定性和很高的测量精度，多晶硅电阻是本行业常用的材料，成本低，制 作工艺简单，且结构紧凑、合理，并能与电磁性指示仪表配套使用，可广泛用 于煤炭、电力和汽车等行业的压力测量。附图说明图1是公开号为CN101226092A专利技术专利的结构示意图2是本技术结构示意图3是本技术的电路框图4是本技术的电路原理图5是本技术压力传感器芯片图6是本技术压阻电阻条结构；图7是本技术压力传感器芯片剖面图。具体实施方式本技术以下结合附图和实施例作以详细的描述如图3、图4、图5、图6和图7所示的压力传感器，包括MEMS压力传感芯 片，所述的MEMS压力传感芯片由四个多晶硅电阻18设置在单晶硅薄膜19的[110] 晶向上构成的惠斯通电桥，单晶硅薄膜19是由下硅圆片20、上硅圆片21和纯 化层22构成，下硅圆片20上设置一腔体23，下硅圆片20和上硅圆片21通过 热熔硅-硅键合在一起，在上硅圆片21表面设钝化层22，在上硅圆片21上用扩 散工艺设置多晶硅电阻18，在上硅圆片21上刻蚀出金属薄膜导线24和压焊块 25。如图3和图4所示，本技术包括压力传感电路和信号调理电路，压力 传感电路与信号调理电路相连接，信号调理电路由信号调理电路和放大电路构 成，信号调理电路与放大电路连接，所述的压力传感电路由MEMS压力传感芯片 构成，信号调理电路由信号调理电路板构成，所述的MEMS压力传感芯片的惠斯 通电桥的桥臂与信号调理电路板连接。如图2所示的压力传感器包括传感器壳体1、压力敏感芯体和接线端扭8， 接线端扭8与传感器壳体1装配形成腔体，压力敏感芯体封装在腔体内，所述 的压力敏感芯体由MEMS压力传感芯片12和信号调理电路板14构成，MEMS压力传感芯片12与信号调理电路板14连接，MEMS压力传感芯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压力传感器，包括ＭＥＭＳ压力传感芯片，其特征在于：所述的ＭＥＭＳ压力传感芯片由四个多晶硅电阻（１８）设置在单晶硅薄膜（１９）的［１１０］晶向上构成的惠斯通电桥，单晶硅薄膜（１９）是由下硅圆片（２０）、上硅圆片（２１）和纯化层（２２）构成，下硅圆片（２０）上设置一腔体（２３），下硅圆片（２０）和上硅圆片（２１）通过热熔硅－硅键合在一起，在上硅圆片（２１）表面设钝化层（２２），在上硅圆片（２１）上用扩散工艺设置多晶硅电阻（１８），在上硅圆片（２１）上刻蚀出金属薄膜导线（２４）和压焊块（２５）。

【技术特征摘要】
1、一种压力传感器，包括MEMS压力传感芯片，其特征在于所述的MEMS压力传感芯片由四个多晶硅电阻(18)设置在单晶硅薄膜(19)的[110]晶向上构成的惠斯通电桥，单晶硅薄膜(19)是由下硅圆片(20)、上硅圆片(21)和纯化层(22)构成，下硅圆片(20)上设置一腔体(23)，下硅圆片(20)和上硅圆片(21)通过热熔硅-硅键合在一起，在上硅圆片(21)表面设钝化层(22)，在上硅圆片(21)上用扩散工艺设置多晶硅电阻(18)，在上硅圆片(21)上刻蚀出金属薄膜导线(24)和压焊块(25)。2、 根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于包括压力传感电路和 信号调理电路，压力传感电路与信号调理电路相连接，信号调理电路由信号调 理电路和放大电路构成，信号调理电路与放大电路连接，所述的压力传感电路 由MEMS压力传感芯片构成，信号调理电路由信号调理电路板构成，所述的MEMS 压力传感芯片的惠斯通电桥的桥臂与信号调理电路板连接。3、 根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于包括传感器壳体(l)、 压力敏感芯体和接线端扭(8)，接线端扭(8)与传感器壳体(1)装配形成腔体，压力 敏感芯体封装在腔体内，所述的压力敏感芯体由MEMS压力传感芯片(12)和信号 调理电路板(14)、 (16)构成，MEMS压力传感芯片(12)与信号调理电路板连接。4、 根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：关荣峰，田大垒，赵文卿，王杏，
申请(专利权)人：关荣峰，田大垒，赵文卿，王杏，
类型：实用新型
国别省市：41