[发明专利]梁膜结合微压传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种微压传感器，特别涉及一种梁膜结合微压传感器。

背景技术

目前，我国石化行业大量使用微压传感器。这些传感器来源的绝大多数依靠进口，不仅价格昂贵，而且，由于不具有自主知识产权，很有可能暗藏潜在威胁。压力传感器性能的提高可以通过压力传感器结构的改进促进突破，从平膜结构到岛膜结构再到梁膜结构，这些结构的改进都是以提高传感器的性能为目的，但是各种结构都有不同程度的优缺点。平膜结构应用普遍，适用于中高量程的压力传感器，如汽车轮胎的胎压测试，油压测试等。当采用平膜结构进行小量程压力应用时需要膜片腐蚀得很薄，从而提高传感器的灵敏度；但此时膜的承压面发生拉伸形变，即产生较大的挠度，而使传感器机械性能的非线性明显变大。因此，用平膜结构来制作微压传感器是不理想的。为了解决挠度问题，提出在平膜背面附加厚的质量块，就是一般所谓的岛膜结构，在多种岛膜结构中以美国Endevcoo公司在1977年提出的双岛结构最为流行，通过增加的硬心来提高传感器的线性。然而在提高线性减少挠度的基础上牺牲了传感器的灵敏度，就不得不通过增加传感器尺寸来弥补，此外力敏电阻是制作在膜上的，考虑到电阻掺杂结深问题，因此膜的厚度就有一定的下限限制；另外电阻是从硅片正面放在应力集中区的，而应力集中区是由背面岛的位置、硅片厚度与腐蚀深度等因素决定，难以精确地控制；此外，硬心相对于膜片具有相当的质量，容易受到加速度信号的干扰影响信号输出。复旦大学在1989年提出的专为微压传感器而设计的梁膜结构，它可以看作成为是一个正面的哑铃形梁叠加在平膜上的结构，美国的Honeywell公司在1992年和德国的柏林技术大学(TUB)在1993年相继地提出了类似的在正面进行浅腐蚀，以实现应力集中的量程为1kPa级的微压压力传感器结构。这种梁膜结构使压强作用在膜上的力就会传递到梁上，但是膜片中心的变形即最大挠度会影响传感器信号输出的线性度。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提出一种梁膜结合微压传感器，采用各项异性腐蚀技术及干法刻蚀技术形成“田”字形结构，采用静电键合封装技术将“田”字形结构压阻芯片与PYREX7740玻璃环封装结合为一体作为全硅结构的微压传感器的弹性敏感单元，达到应力集中、提高传感器灵敏度、降低传感器挠度、提高输出线性度的作用。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：梁膜结合微压传感器，包括一配置有空腔的基座4，基座4的空腔与基座4上的进气孔9相连通，基座4空腔内配置有带孔的玻璃环2和电路转接板1，玻璃环2的孔与进气孔9对准用环氧树脂胶相粘，电路转接板1与基座4通过环氧树脂胶牢固粘接，基座4空腔内还配置一【100】晶面的全硅微压芯片5，全硅微压芯片5与玻璃环2通过静电键合封接在一起，全硅微压芯片5上的五个压焊块(12、13、14、15、16)与电路转接板1上的焊盘7之间通过超声热压焊用金丝6连接，并将引线8引出。

所说的全硅微压芯片5包括一硅片，在硅片的正面腐蚀形成相互垂直的第一梁11和第二梁11’，在硅片背面腐蚀形成平膜10，第一梁11和第二梁11’与硅片四周的梁共同构成一“田”字梁，形成梁膜结构。

所说的全硅微压芯片5的第一梁11和第二梁11’上沿着[110]晶向在应力最大处布置有电阻条R1、R2、R3和R4，电阻条R1的一端与第一压焊块12连接，电阻条R1和R4通过一公共的第五压焊块16连接，电阻条R3和R4通过一公共的第四压焊块15连接，电阻条R2和R3通过一公共的第三压焊块14连接，电阻条R2的另外一端与第二压焊块13连接。

由电阻条R1、R2、R3和R4组成惠斯通测量电路时，压焊块15至电源恒压源5V正极或恒流源1.5mA正极，第一压焊块12和第二压焊块13做完传感器零位补偿后短接一起为电桥的电源的负极，第三压焊块14和第五压焊块16为惠斯通测量电路的信号输出端。

五个压焊块(12、13、14、15、16)采用钛-铂-金(Ti-Pt-Au)梁式引线技术，亦即与电阻条R1、R2、R3和R4接触的金属为钛，中间的阻挡扩散金属为铂，外界梁金属为金，三者的厚度比为150∶300∶1500，单位为

所说的电阻条R1、R2、R3或R4形状结构设计成两折或两折以上的结构。