[发明专利]一种微压传感器芯片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种微压传感器芯片及其制备方法，传感器芯片主要构成包括应力膜、基底、压阻条、金属引线、防过载保护组件等。具体结构为在芯片结构基底上制作具有应力调节槽和应力集中槽的应力膜。应力膜边缘均匀分布四条应力集中槽，四个压敏电阻条布置在相邻两条应力集中槽端部之间，金属引线将压敏电阻条连接成半开环惠斯通电桥。芯片背腔的十字支撑梁和凸块两者之间的间隙进一步提高压敏电阻条处的应力集中效果；主要制备流程包括：对经清洗后的SOI硅片制作压敏电阻条，再采用P型重掺杂制作欧姆接触区，然后制作金属引线和焊盘，再干法刻蚀应力集中槽和应力调节槽，接着制作芯片的背腔结构，最后将制作的芯片结构基底与防过载玻璃进行键合。

技术领域

本发明属于MEMS压阻式微压传感器技术领域，具体涉及一种微压传感器芯片及其制备方法。

背景技术

当前MEMS微压传感器已经广泛的应用于生物医疗、航空航天、风洞测试等领域，尤其在对传感器的体积、重量以及灵敏度和固有频率有着严格要求的航空航天领域。MEMS传感器因其体积小、精度高等特点应用广泛，比如在医疗器械领域中，心血管自动测试仪是用微压传感器作为测量敏感元件测桡动脉信息，为了保证诊断准确率对于微压传感器的准确性和重复性提出了较高的要求。在无人机领域，对于飞行器飞行高度监测具有重要意义，通过测量当前高度下的大气压来监测飞行器高度的变化。微压传感器结合加速度计和陀螺仪，可以计算角度变化，以确定飞行高度和飞行姿态。

不同敏感原理的压力传感器各有优缺点：比如压电式传感器受其敏感原理的限制，不能测量静态压力，且输出的电荷信号需要后续复杂的辅助电路进行处理；电容式压力传感器具有灵敏度高、温漂小、功耗低等优点，但输入阻抗大，易受寄生电容的影响，对于周围环境的干扰较敏感；谐振式压力传感器具有较好的灵敏度以及较低的温漂，但工艺复杂、成品率低是它的缺点；压阻式压力传感器虽然受温度影响较大，但其测量范围广、可测量静态和动态信号，精度较高，动态响应好，后处理电路简单。

压阻式传感器的结构关键是应力膜结构，压敏电阻条布置在应力膜边缘的应力集中区域，形成惠斯通全桥将应力信号转换为电信号。随着应力膜结构厚度的减薄，传感器对压力的灵敏度会提高，但传感器的非线性也会增加，从而加大了信号处理的难度。

目前在航空飞行高度精确测量、生物医疗器械等领域的精确微压测量需求主要集中在百帕级、帕级的微压范围，这也对MEMS微压传感器产品的灵敏度、频响特性、抑制过载能力提出了更高的要求。因此，解决灵敏度与频率响应特性、灵敏度与非线性度之间的矛盾，是保障微压传感器进行精确可靠测量需突破的关键技术难点。

发明内容

基于现有技术对微压测量的弊端，本发明的目的在于提供一种微压传感器芯片及其制备方法，可以对帕级微压进行精确测量，使其具有灵敏度高、线性度好、动态性能好等特点，同时也能够承受相当于满量程若干倍的高过载，且该芯片结构制作方法简单，可靠性高，易于批量化生产。

为达到上述目的，本发明所述一种微压传感器芯片，包括基底，所述基底中部设置有应力膜，所述应力膜的边缘内侧开设有依次沿着应力膜设置的多个的应力集中槽，相邻的两个应力集中槽之间具有间隙，所述间隙中设置有压敏电阻条，金属引线将两个相邻的压敏电阻条连接，组成一个半开惠斯通全桥结构，并将开惠斯通全桥的输出端与焊盘连接；所述基底背面与防过载玻璃键合，所述基底背面开设有背腔槽，背腔槽中设置有支撑梁，背腔槽的侧壁设置有多个凸块，所述每个凸块和支撑梁的一个端部相对设置，凸块和支撑梁的端部之间具有间隙。

进一步的，支撑梁为十字形，所述支撑梁包括相互垂直的横杆和竖杆。

进一步的，支撑梁的横杆和竖杆以及所有凸块的宽度相同。

进一步的，应力膜上分布有阵列，所述阵列由N*N个应力调节槽20组成，2≤N≤5。

进一步的，N＝4。