[发明专利]一种空气声质点振速敏感元件及其封装方式

说明书

本发明涉及一种空气声质点振速敏感元件及其封装。敏感元件为板桥结构，包括硅衬底，其有一桥孔；和置于桥孔上的三条薄丝，其为中间一条宽薄丝和分列两侧的一对细薄丝；所述硅衬底上桥孔的一侧并列第一和第三电极，另一侧并列第二和第四电极；所述一对细薄丝中的一条一端连接第一电极，另一端与宽薄丝的一端连接第二电极；所述宽薄丝的另一端与另一条细薄丝一端连接第三电极，另一端连接第四电极；所述宽薄丝、一对细薄丝和第一、第二、第三、第四电极成型一体，由下至上依次为SiO₂结合层、Si₃N₄承载层、Cr粘附层和Pt敏感层。封装方式为将敏感元件对扣粘接一个去除板桥结构中宽薄丝、一对细薄丝和第一、第二、第三、第四电极的结构。

技术领域

本发明涉及传感器领域，特别涉及一种新型空气声质点振速敏感元件及其封装方式，用于直接测量声质点振速。

背景技术

随着传感器的不断研究和相关技术发展，一种能够测量声信号质点速度的敏感元件研究逐渐获得青睐，用于直接测量空气声的质点振速；声信号的表征分别有标量声压和矢量质点振速；质点振速作为一个矢量的物理量，其具有方向性；因此，空气声质点振速传感器表现出“8”字指向性的声学性能。

基于硅微结构的传感器研究内容主要有三个方面：一是基于原理的敏感元件结构参数设计，这与传感器的性能参数直接相关，比如传声器的灵敏度、频率响应、本底噪声和动态范围等；二是基于敏感元件的结构参数的进行硅微工艺设计和制作，也是传感器能否实现的关键基础；三是基于敏感元件结构的独特封装方式，可有效保护其中的重点敏感元件及整体构件，同时需求获得其他综合性能上的增益。通过数值分析和建立模型可仿真确定出敏感元件的基本特征尺寸，再设计出硅微工艺流程并实验制作来实现加工，以及完善封装方式，以提高成品率和综合改善结构件的各项声学性能。

目前，传统全向声压传声器是测量空气声声压p，声压是一种标量的物理量，其表现为无指向性的全向指向性。故其对质点振速u的测量则是通过声压梯度的换算得到，例如声强计；上述传统传感器对质点振速u的测量存在计算误差。同时，早期由本人主持发明的一种空气声质点振速传感器，其在结构上采用的是一种热源丝-敏感丝一体的形式；本发明提出的热源丝-敏感丝分离的全新结构形式，可极大降低传感器的本地噪声，使声学性能获得提升。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述不足，提供一种空气声质点振速敏感元件及其封装方式。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种空气声质点振速敏感元件，其敏感结构的特征在于，所述敏感元件为板桥式结构，其包括：

硅衬底，其上形成一桥孔；

三条薄丝，包括位于中间的一条宽薄丝和分列其两侧的一对细薄丝，平行置于所述桥孔上；

所述硅衬底上，所述桥孔的一侧并列形成第一电极和第三电极，所述桥孔的另一侧并列形成第二电极和第四电极；所述一对细薄丝中的一条细薄丝的一端连接所述第一电极，所述细薄丝的另一端与所述宽薄丝的一端共同连接所述第二电极；所述宽薄丝的另一端与所述一对细薄丝中的另一条细薄丝一端连接所述第三电极，所述细薄丝的另一端连接所述第四电极；

所述宽薄丝、所述一对细薄丝、所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和第四电极成型为一体，其由下至上依次由结合层、承载层、粘附层和敏感层组成。

在敏感元件的板桥式结构的正上面，对扣粘接一个尺寸完全相同的硅衬底桥孔结构；所述硅衬底桥孔结构，为去除一个敏感元件中所述宽薄丝、所述一对细薄丝、所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极。

所述结合层为SiO₂，所述承载层为Si₃N₄，所述粘附层为Cr，所述敏感层为Pt。