[发明专利]一种高温大量程硅-蓝宝石压力传感器结构

权利要求书

1.一种高温大量程硅-蓝宝石压力传感器结构，其特征在于：包括钛合金壳体(1)、下钛合金膜片(2)、蓝宝石膜片(3)、单晶硅应变电阻(4)、上钛合金膜片(5)、连接柱体(6)和金属引线(7)；

其中钛合金壳体(1)为其他部件提供支撑和保护，下钛合金膜片(2)和蓝宝石膜片(3)通过真空烧结的方式结合在一起，组成弹性敏感膜片；

以蓝宝石膜片(3)为衬底，选择在蓝宝石衬底的(1102)面上通过异质外延生长出一层(100)面的单晶硅薄膜，在外延膜上通过半导体工艺加工出单晶硅应变电阻(4)，形成硅-蓝宝石结构，由于没有p-n隔离，所以这一结构能够在350℃的高温下正常工作；通过对称式的方式对膜上的单晶硅应变电阻(4)进行排列，利用金属引线(7)进行连接，组成惠斯顿电桥；

上钛合金膜片(5)和下钛合金膜片(2)都是周边固支圆平膜片，其中上钛合金膜片(5)通过一个连接体与钛合金壳体（1）固定连接，上钛合金膜片(5)下表面连接一个柱体(6)，柱体(6)下表面加工成球形凹面，无载荷作用时与蓝宝石膜片(3)保持5-10μm的间距，当下膜片受力变形，可与连接柱体(6)下表面凹面完全贴合，使下膜片受力均匀；

当压力作用于传感器，下钛合金膜片(2)和蓝宝石膜片(3)组成的压力敏感膜片受力变形，下钛合金膜片(2)的单晶硅应变电阻(4)受到应力的作用而阻值发生变化，由这些电阻及金属引线(7)构成的惠斯顿电桥输出压力信号，通过测量传感器的输出电压，可以反算出被测压力值，由于采用了四臂电桥结构，输入输出线性度大大提高，同时受温度漂移的影响也大大减小；

当测量小量程压力时，由下钛合金膜片(2)和蓝宝石膜片(3)组成的压力敏感膜片的形变较小，下钛合金膜片(2)不与连接柱体(6)接触，传感器相当于单膜片的压阻式压力传感器，此时可以保证传感器的高灵敏度；当测量大量程压力时，下钛合金膜片(2)形变较大，与连接柱体(6)完全接触，带动上钛合金膜片(5)产生形变，上下膜片组成双膜片的压力传感器结构，可以保证蓝宝石膜片不被破坏，同时提高传感器的测量量程，测量量程可达到100MPa。