[实用新型]新型硅电容压力传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于传感器技术领域，具体地说是一种利用单晶硅材料，利用微电子和微机械加工融合技术制作的新型硅电容压力传感器。

背景技术

硅电容差压传感器是一种新型的结构型差压传感器，其核心敏感器件采用单晶硅材料，利用微电子和微机械加工融合技术制作，由于硅材料弹性体的材料的自身优势，使硅电容传感器与以往的金属电容传感器相比，在测量精度、稳定性等方面都具有更加明显的优势。硅电容传感器的核心敏感器件把外加的两个压力信号转换为相应的电容变化，检测电路则把电容的变化转换为需要的电信号，对该电信号进行处理就可以得到响应的输出信号。作为智能压力变送器的核心压力检测部件，可以在工业现场中压力、流量、液位等多个测量中得到应用。

对于差压测量传感器来说，在理想情况下其输出与外加压力差敏感，要求对单侧的压力值不敏感，即差压传感器的静压影响应该很小。但实际情况中，许多因素都会造成差压传感器的输出信号受到静压的影响，这种静压（正负腔压力相同）影响对传感器的差压测量结果造成一种附加误差，直接影响传感器的综合测量精度。为了提高差压传感器的综合精度，有必要降低差压传感器的静压影响。

目前硅电容压力传感器核心部件是由玻璃-硅-玻璃形成的差动电容结构实现，在不考虑外部封装结构的情况下，由于玻璃和硅为异种材料，其特性存在差异，导致最终形成的检测部件的特性受到温度、静压的影响，导致传感器的输出信号具有比较大的温度漂移和静压误差。特别是对于微小量程的传感器，该类影响更大。如对于6kpa量程传感器，温度漂移0.1%FS/℃，静压误差达到10%FS，难于满足高精度测量的要求。

为减小硅电容传感器的静压误差，在其核心部件设计方面可以考虑采用硅-硅-硅结构实现，即采用硅材料代替玻璃材料制作电容极板，即电容压力敏感器件中心极板和固定极板都采用硅材料为基底材料，相关的技术即是通常硅硅键合。避免了两种材料的特性的差异对传感器特性带来的各类影响。一般来说保证硅硅键合达到良好的效果需要良好的键合条件：首先是温度，由于两硅片的键合最终是靠加热来实现的，因此，温度在键合过程中起着关键的作用，硅硅键合需要的温度一般要求800℃以上。其次是硅片表面的平整度。抛光硅片或热氧化硅片表面总有一定的起伏和表面粗糙度。若表面粗糙度很大，键合后就会使界面产生孔洞，从而造成键合面不完全。最后，就是表面的清洁度。如果键合工艺不是在超净环境中进行的，则硅片表面就会有一些尘埃颗粒，会造成键合面出现空洞。室温下贴合时陷入界面的气体也会引起孔洞。另外，硅硅键合工艺如果直接用于电容传感器的制作，由于硅硅之间需电隔离，一般是通过二氧化硅绝缘膜层键合，将在硅极板间产生很大的寄生电容，对正常传感器的电容信号产生干扰，对提高电容传感器的测量精度极为不利。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种利用单晶硅材料，利用微电子和微机械加工融合技术制作的新型硅电容压力传感器。

本实用新型的目的是这样实现的：它包括有硅片层和玻璃层，其特征是：在岛膜结构的硅中心可动极板上下两侧分别连接有一硅固定极板，所述的硅固定极板包括采用静电封接的硅片层和玻璃层，该玻璃层的厚度为50-200微米；所述硅固定极板的中部设有中心引压孔，在中心引压孔内及靠近中心引压孔的硅固定极板的外表面设置有铝膜层。

本实用新型的硅电容压力传感器加工方法，它包括有硅固定极板，硅中心可动极板，所述的硅固定极板加工方法为：先将双面抛光的硅片层和玻璃层进行静电封接，然后采用超声机械开中心引压孔，再对玻璃层进行减薄磨抛使其厚度为50-200微米，然后，再经双面溅射铝膜、光刻、腐蚀加工工艺而成为硅固定极板；所述的硅中心可动极板加工方法为：先将硅片层经氧化、光刻、腐蚀加工工艺制作成中心岛，然后再次氧化、光刻、腐蚀工艺制作成硅敏感膜片，实现具有岛膜结构的硅中心可动极板制作；将上述硅中心可动极板的上下两侧分别连接有一硅固定极板，并采用静电封接工艺通过薄层玻璃把硅极板连接起来，组成了具有“硅-玻璃-硅-玻璃-硅” 五层敏感芯体核心结构的电容压力传感器。

如上所述的双面抛光的硅片层和玻璃层进行静电封接为真空静电封接。

本实用新型所述玻璃层的优化厚度为100±10微米，在该厚度范围内，其测量精度更高，更适用于尖端技术领域。

本实用新型具有如下优点：