[发明专利]基于压阻检测的谐振式压力传感器及其制备方法

说明书

一种基于压阻检测的谐振式压力传感器及其制备方法，该谐振式压力传感器包括压力敏感膜、位于压力敏感膜上的谐振器和六个锚点，该谐振器包括双端固支梁和位于双端固支梁两侧的两个驱动电极，其中该双端固支梁包括两端部和连接至该两端部的两根单梁，通过对称地在该两根单梁的根部区域进行刻蚀，在该两根单梁的根部形成体压阻，在该两端部形成相同的三电极结构，其中一个三电极结构悬空，另一个三电极结构以中间位置的电极作为接地端，以两侧位置的电极作为检测电极；该六个锚点分别位于两个三电极结构下方，将该双端固支梁固支于压力敏感膜上。本发明采用压阻检测及谐振器音叉振动方式，提高了输出信号强度，增强了抗干扰能力和稳定性。

技术领域

本发明涉及MEMS微传感器技术领域，尤其涉及一种基于压阻检测的谐振式压力传感器。

背景技术

谐振式压力传感器是将谐振器作为敏感结构，利用压力变化改变谐振器的特征频率，通过监测谐振器特征频率的变化来间接测量压力的一种压力测量装置。由于传感器输出频率信号，适用于长距离传输而不会降低其精度，可以不经AD转换方便地与上位机通信，构成高精度控制系统。谐振式压力传感器有着良好的线性度、分辨率、稳定性和极高的精度，广泛运用在气象，宇航等重要领域。

谐振压力传感器的核心部件是压力敏感膜和通过锚点固定在敏感膜上的可动谐振器。压力敏感和谐振器几乎决定着传感器的所有性能，压力敏感膜的结构相对比较稳定，一般都是采用方形膜。而谐振器的设计时要考虑谐振器的激励和检测原理，以及与电路的兼容性问题，谐振器的结构差异性很大。

目前，谐振器激励一般采用的是：电热激励，电磁激励和静电激励。电热激励是利用温度差导致的热应力来迫使谐振器产生变形，但该类传感器受温度的影响较大，抗干扰能力和温度性能较差。电磁激励是利用通电导体在磁场里受到安培力的作用来激励谐振器，由于电磁激励的谐振器需要磁场，一般传感器内部都有永磁体，其质量和体积都较大。此外实际应用中还存在电磁干扰的问题。静电激励是采用较为广泛的激励方式，根据静电力的来源又可以将静电激励分为梳齿电容激励和平板电容激励两种。无论是哪种电容的激励，都需要电容极板之间的间距足够小，以此来提供较大的驱动力，因此电容激励的谐振器一般对加工精度的要求很高。

对于频率信号的检测，目前主要采用的是电磁检测，电容检测和压阻检测等。电磁检测是利用电磁感应的原理，利用谐振器的微梁在磁场中切割磁感线产生的感应电动势来提取谐振器的特征频率，与电磁激励一样，电磁检测也容易受到电磁信号的干扰，影响其精度。电容检测是利用电容充放电的过程中电荷/电压的变化来提取谐振器的特征频率变化，但是MEMS加工的电容值较小，电路提取的信号比较微弱，检测比较困难。压阻检测是利用材料的压阻效应，检测谐振器上压阻敏感位置的电阻变化来提取整个谐振器的特征频率信号。

此外，为提供谐振器低阻尼的振动环境，同时为保护其免受外界灰尘、湿度、腐蚀等因素的干扰和破坏，谐振器往往需要密封在真空环境之中。在MEMS工艺中用于圆片级的真空封装技术主要有：熔融键合，阳极键合和共晶键合等。其中阳极键合适用于硅和玻璃的键合，对表面平整度要求相对较低，键合强度高，广泛用于压力传感器、加速度计、陀螺仪等器件的加工中。但硅和玻璃的热膨胀系数存在差异，导致传感器在全温范围内温度系数相对较大，因此要对传感器进行温度补偿。

MEMS传感器最后都是通过金属引线的方式将芯片上的信号引出到传感器底座上，目前引线的材料采用的主要是硅铝丝和金丝。硅铝丝可以直接压在硅上，但硅铝丝材料容易断裂，金丝必须是压焊在金衬底上。多层机构的MEMS器件的电极一般都是采用硅通孔技术制作，在溅射金衬底时，又容易将金属溅射到硅通孔的侧壁上，导致电极间的短路。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于压阻检测的谐振式压力传感器及其制备方法，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：