[发明专利]一种梁膜四岛结构微压高过载传感器芯片

说明书

技术领域

本发明涉及MEMS压阻式绝对压力传感器技术领域，具体涉及一种梁膜四岛结构微压高过载传感器芯片。

背景技术

随着微机械电子系统技术的发展，MEMS微压传感器已被广泛应用于风洞测试，生物医电及石油化工等领域，尤其在航天，这种对传感器体积、重量有严格要求的领域，MEMS传感器无疑是十分理想的选择。

随着航天技术的发展，我国目前的MEMS微压传感器主要还停留在KPa级上，并不能满足航天领域对Pa级微压测量的需求，也不能适应航天领域的工作环境，不能满足航天领域对深高空微压精确测量技术的需求。由于飞行器飞行到深高空时，环境气压不足标准大气压的万分之一，因而传感器需要承受地面与深高空之间相当于数百倍满量程的高过载，并能高精度地测量深高空的微压。同时，在地面与深高空近100℃的温差下，传感器仍需保持高精度的测量。因此，如何解决高灵敏度与高过载，高灵敏度与高线性度之间的矛盾，同时，抑制低温对传感器测量精度的影响，是保障传感器可靠、精确地测量深高空微压，而亟待突破的关键技术难点。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种梁膜四岛结构微压高过载传感器芯片，能够对Pa级微压进行测量，具有高线性度、高精度，同时能够承受相当于满量程500倍的高过载，能够满足航天领域对深高空微压精确测量的需求。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种梁膜四岛结构微压高过载传感器芯片，包括硅基底1，硅基底1上加工有四个质量块4-1、4-2、4-3、4-4和四根单梁3-1、3-2、3-3、3-4及十字梁3-5，质量块4-1、4-2、4-3、4-4通过四根单梁3-1、3-2、3-3、3-4与硅基底1连接，质量块4-1、4-2、4-3、4-4之间通过十字梁3-5连接，将硅基底1、质量块4-1、4-2、4-3、4-4、四根单梁3-1、3-2、3-3、3-4及十字梁3-5围成的空间加工成10～30μm薄膜2，硅基底1的背面与Pyrex7740玻璃5键合，将质量块4-1、4-2、4-3、4-4的背面减薄，使质量块4-1、4-2、4-3、4-4与Pyrex7740玻璃5之间在真空环境下留有5～10μm的间隙，同时将Pyrex7740玻璃5上的防吸附电极9-1、9-2、9-3、9-4插入键合区域10，将薄膜2、质量块4-1、4-2、4-3、4-4和Pyrex7740玻璃5之间形成的腔体抽真空，在硅基底1的正面，四个压敏电阻条6-1、6-2、6-3、6-4按照四根单梁3-1、3-2、3-3、3-4上的应力分布规律均布置在靠近其根部处，且沿着压阻系数最大的两晶向，四个压敏电阻条6-1、6-2、6-3、6-4通过硅基底1上的金属引线8相互连接组成半开环惠斯通电桥，电桥的输出端与硅基底1上的焊盘7相连。

所述的四根单梁3-1、3-2、3-3、3-4及十字梁3-5厚度为10～40μm。

所述的四个压敏电阻条6-1、6-2、6-3、6-4均由四折相同的电阻条组成，并且沿相互垂直的两晶向。

所述的焊盘7采用Ti-Pt-Au多层引线技术。

所述的金属引线8采用Ti-Pt-Au多层引线技术。

所述的防吸附电极9-1、9-2、9-3、9-4采用Cr材料，防吸附电极9-1、9-2、9-3、9-4为梳齿状，与质量块4-1、4-2、4-3、4-4的接触面积小。

本发明采用梁膜四岛结构作为MEMS微压传感器的芯体结构，可以承受由地面气压带来的相当于500倍满量程的高过载，四根单梁3-1、3-2、3-3、3-4上压敏电阻条6-1、6-2、6-3、6-4的分布位置是根据有限元计算结果确定的，可以提高惠斯通电桥的输出电压，从而进一步提高传感器的灵敏度。硅基底1上的焊盘7与金属引线8采用了Ti-Pt-Au多层引线技术，即将Ti置于底层与压敏电阻条6-1、6-2、6-3、6-4连接，以降低接触电阻，Pt置于中间阻挡层，以提高引线耐腐蚀性，Au置于上边引线键合层，以利于引线键合。此技术可以保证在航天等恶劣环境下，引线键合连接的可靠性。该传感器芯片的结构合理，能够抗高过载，同时又具备高可靠性、高精度、高线性度、便于加工、成本低等特点，有利于实现批量化生产。

附图说明

图1为本发明轴侧示意图。

图2为本发明正面示意图。

图3为本发明硅基底1的背腔示意图。

图4为图2中A-A截面的剖视示意图。