[发明专利]一种SAW压力传感器及其传感器部分的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种压力传感器，特别是关于一种无线无源的汽车轮胎SAW(声表面波)压力传感器及其传感器部分的制作方法。

背景技术

由于汽车轮胎的特殊性，通常的传感器受限于连线，无法测量汽车轮胎压力。因此，要求应用于汽车胎压测量的传感器具有可无线读出测量结果的功能。此外，由于用于汽车轮胎压力测量的传感器工作环境的密闭性，不可能经常更换传感器的电池，这就要求尽可能地降低传感器的功耗。传统的无线传感器系统包括有源器件、射频电路等高功耗电路，在采用电池供电的情况下，不适合进行长时间工作。近年来，为解决上述问题，出现了一些基于SAW元件，并利用共振原理或者测量负载原理的无源器件传感器。但这些传感器测量灵敏度低，结构复杂，不适合进行大量程范围内的精确测量和大规模工业生产。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于汽车轮胎压力测量，并且灵敏度高，制作工艺简单的SAW压力传感器及其传感器部分的制作方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种SAW压力传感器，其特征在于：它包括传感器和无线读出电路两个部分，所述传感器部分包括一采用硅材料制成的衬底，将所述衬底的背面中间减薄成膜结构，所述膜结构为所述衬底的高形变区，未被减薄的部分为所述衬底的固定端；所述衬底的正面覆盖有压电材料薄膜，所述压电材料薄膜上对称设置有两组SAW元件，所述SAW元件包括一射频换能器，一反射器和一消声器，每组所述SAW元件分别响应一个频率；所述射频换能器位于所述衬底的固定端，且所述射频换能器连接一天线；所述反射器位于所述衬底的高形变区，所述反射器和射频换能器之间的所述压电材料薄膜形成SAW延时线；所述消声器位于所述射频换能器和反射器连线的延长线上；所述无线读出电路部分包括一射频系统和一处理系统，所述射频系统包括一本地震荡器，所述本地震荡器分别连接一频率综合器和一混频器，所述频率综合连接一功率放大器，所述功率放大器分别连接一发射天线，所述混频器连接一低噪声放大器，所述低噪声放大器连接一接收天线；所述处理系统包括一数字信号处理器、一高速采样器和一中频滤波器，所述数字信号处理器分别连接所述频率综合器和所述高速采样器，所述高速采样器连接所述中频滤波器，所述中频滤波器连接所述混频器。

所述膜结构的厚度至多为所述衬底厚度的1/4。

所述射频换能器为铝金属形成的交叉单元，所述反射器为封闭梯状结构。

从所述功率放大器输出端引出一个泄露信号，经过180度相移，匮入到所述混频器。

所述无线读出电路采用直接频率合成技术构成频率综合系统，一个所述无线读出电路支持多个所述传感器部分测量，不同的所述传感器部分采用不同的频率组区分，并采用频分多址接入方式。

一种如上所述的SAW压力传感器中传感器部分的制作方法，其包括以下步骤：1、采用一片<100>晶向双抛硅片作为衬底，硅片的厚度约为200微米；2、在硅片的上下表面淀积氮化硅；3、光刻氮化硅窗口，利用各向异性硅腐蚀硅片形成硅杯结构，腐蚀后的圆形膜厚度约为50微米，腐蚀完成后去掉氮化硅；4、在硅片上淀积压电材料氧化锌，形成压电材料薄膜；5、在氧化锌上涂光刻胶，在光刻胶上覆盖做有SAW元件图形的掩模板，对光刻胶曝光、显影，最后溅射铝、去胶，这样就在氧化锌上光刻形成铝材料的SAW元件。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明通过传感器部分中的射频换能器和无线读出电路中的射频系统接受和发射电磁波，从而实现了无源无线的压力测量。2、本发明采用压电材料薄膜和双频处理办法，使得压力传感器的灵敏度高，测量范围大。3、由于本发明的传感器部分采用硅材料作为衬底，并且传感器部分不对电磁信号进行放大、滤波等操作，因此使得本发明具有耐高温，抗电磁辐射等特点，可以应用在恶劣环境中。4、由于本发明没有传统集成电路中的复杂工艺过程，并且传感器部分结构和制作工艺简单，因此生产成本低。

附图说明

图1是本发明的传感器部分俯视图

图2本发明的无线读出电路部分原理框图

图3是图1的剖视图

图4是本发明的射频换能器结构示意图

图5是本发明的反射器结构示意图

图6本发明的传感器部分工作原理示意图

图7a～e是本发明的传感器部分制作工艺流程图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1、图2所示，本发明包括传感器和无线读出电路两个部分。