[发明专利]微型动态压阻压力传感器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微型动态压阻压力传感器及其制造方法，特别涉及一种基于MEMS(Micro Electro Mechanical System)硅体微机械加工技术的微型动态压阻压力传感器及其制造方法，特别适用于空气动力学试验(俗称风洞试验)中的动态压力测量。

背景技术

MEMS(Micro Electro Mechanical System)技术的硅体微机械加工技术用于压阻压力传感器的制作始于20世纪70年代后期，利用硅的压阻效应，用平面集成电路工艺在硅片上一定晶向，一定位置用氧化扩散或离子注入掺杂、光刻等方法制作成的应变检测压敏电阻，并互连构成测试惠斯顿应变电桥。用双面对准光刻，硅的各向异性腐蚀等硅三维加工工艺，把衬底硅片制作成周边固支的力敏薄膜结构以代替传统的机械研磨加工硅杯工艺。这种用上述硅体微机械加工工艺制作的硅压阻压力传感器在保持了硅压阻压力传感器低量程、高灵敏度优点的同时，缩小了芯片尺寸，从而使传感器的外形尺寸缩小到φ12mm以下。

80年代至90年代，美国Kulite公司、Endevco公司等利用这种技术，制作了外径φ2mm-φ5mm的各种微型压阻压力传感器，将它们大量用于空气动力学试验中。

为了尽量减小尺寸，Kulite公司采用了C型平膜力敏结构；为了提高低量程下的线性度及频响，Endevco公司采用了双岛膜结构，它们都有各自的优点和缺点。

为了实现微型封装和内引线转接，他们都采用了各自不同的内部转换件结构。

用于空气动力学研究时，一般要求传感器有高的动态频响，小的芯片尺寸是取得高的动态频响第一要考虑的，第二要考虑的是传感器的封装不能形成管腔，必须压力敏感膜片直接面对迎向压力。Kulite公司的微型传感器的芯片有小的径向尺寸，因此固有频率本是高的，但由于要正面迎接介质，而介质灰尘的影响，光照效应的影响，使得Kulite封装产品时不得不在硅片正面的前方挡上一个用激光打有阵列孔的薄帽罩，而且为通气但又要防灰尘粒子高速撞击到最薄弱、易击穿击破的薄膜中心处，这些阵列孔通常被称为M型或S型分布于薄膜边沿外沿区，这种防护是要严重影响使用动态频响的。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于MEMS技术的能用于空气动力学测试的具有低量程、高灵敏、强抗干扰、风洞试验测试动态性能优良的微型动态压阻压力传感器及其制造方法。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种微型动态压阻压力传感器的制造方法，包括以下步骤：

1)用MEMS硅体微机械加工方法制造微型压力敏感芯片，该压力敏感芯片为微型E型硅杯力敏结构；

2)该压力敏感芯片背面用静电键合工艺与光学抛光的Pyrex或GG-17玻璃环片焊接在一起，形成压力敏感组件，以加强该芯片的耐封装强度；

3)该压力敏感组件的玻璃环裸露面用硅橡胶粘接剂粘接在外周面设有多条花键槽的瓷管上端面，该花键槽内设有焙银电极；

4)该压力敏感组件的力敏惠斯顿电桥的电引出是在该芯片正面内压焊点用金丝球焊机焊上金丝内引线，将该金丝内引线的另一端用微型焊机焊接到该焙银电极的上端；

5)用微型焊机将外引线焊接到该焙银电极的下端，实现引线转接引出；

6)将带有花键槽瓷管的压力敏感组件装入作为传感器外管的薄壁不锈钢管或可伐合金管内，用环氧粘合剂或硅橡胶粘合剂将该瓷管与该传感器外管密封粘合；

7)该传感器外管顶端用激光焊接方法焊接一个顶盖，对应该压力敏感芯片正面上方的该顶盖中心部设有一个小孔；

8)将引出该外引线的微型电缆和连通该压力敏感芯片的背压腔、实现与该传感器表压平衡的微型可伐导气管用注塑元件固定，再用环氧树脂胶粘结到该传感器外管底端；

所述压力敏感芯片正面覆盖有SiO₂层和Si₃N₄层而背面由该芯片边缘硬框围成的薄膜部分和该薄膜中心留有的中心岛部分组成，该中心岛覆盖有SiO₂层，该边缘硬框覆盖有SiO₂层和Si₃N₄层，该薄膜裸露硅层，该压力敏感芯片正面对应E型中心岛的部分有真空镀膜或溅射的金属化铝层覆盖；