[发明专利]一种航空用高频响压力传感器芯片及制备方法

说明书

本发明提供了一种航空用高频响压力传感器芯片，该压力传感器芯片包括单晶硅保护层、单晶硅压力敏感膜和SOI硅结构支撑层。本发明所提供的航空用高频响压力传感器芯片，设有三层结构，三层结构使得上下两层之间对称，解决了现有技术中的满量程输出与谐振频率相互制约的问题、满量程输出与非线性固有矛盾问题和满量程输出与过载很难同步提升的问题。

技术领域

本发明属于航空发动机领域，具体涉及一种航空用高频响压力传感器芯片。

背景技术

机载航空发动机配套压力传感器长期直接工作于高温、高振动、压力瞬变和易腐蚀等特殊环境下，对压力传感器的静态性能、动态性能均提出了非常高的要求。为了解决传感器在航空领域特殊环境下的高温动态测量、精度漂移、压力漂移等问题，国内外知名科研机构和传感器公司都投入大量资源对高频响压力传感器进行研究，并取得了大量成果。

压力传感器是MEMS传感器中研发历史最为悠久、市场需求也最为广阔的产品，在汽车工业和消费电子领域，我国已经基本实现了核心敏感元件的自主知识产权。然而在航空领域，由于其门槛台阶较高、投资回周期较长以及品种多数量少等客户现实，导致鲜有民间资本愿意投入到这个领域进行长期研究，因此我国在航空高端压力传感器的预研和国外先进技术跟踪方面一直滞后于现实需要。尽管近年来国内的高频响压力传感器技术研究已经取得不少成果，但有些科研成果尚处于实验室阶段，难以形成批量；有些是通过第三方采购国外工业级压力芯体，经过筛选后进行封装以饮鸩止渴，无法满足目前飞机、发动机及控制系统的自主保障。

高频响压力传感器的技术难点在于高频响压力传感器芯片的结构设计，压力芯片的谐振频率、上升时间是影响压力传感器动态特征的主要因素。芯片的结构、固有频率、阻尼比决定着芯片的谐振频率、上升时间，项目采用提高芯片固有频率与降低阻尼比的方式提高传感器的谐振频率，缩短传感器的上升时间。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种航空用高频响压力传感器芯片，用于解决现有技术中传感器芯片存在的问题。

本发明提供了一种航空用高频响压力传感器芯片，所述压力传感器芯片包括单晶硅保护层、单晶硅压力敏感膜和SOI硅结构支撑层。

本发明所提供的航空用高频响压力传感器芯片，还具有这样的特征，所述单晶硅保护层和单晶硅压力敏感膜中间设有真空参考压力腔；

所述单晶硅压力敏感膜与所述SOI硅结构支撑层之间设有二氧化硅绝缘层。

本发明所提供的航空用高频响压力传感器芯片，还具有这样的特征，所述传感器芯片使用时采取倒装焊方式，表面设置防护网，所述传感器芯片与所述防护网之间的距离为l，0＜l＜0.1mm。

本发明的另一目的，在于提供一种航空用高频响压力传感器芯片的制备方法，所述方法包括如下步骤：

S1：制备SOI硅层；

S2：处理单晶硅片；

S3：通过低温硅硅键合技术，键合S1所得到的的SOI硅层和单晶硅硅片；

S4：DRIE干法刻蚀加工硅通孔；

S5：制备惠斯通电桥；

S6：利用申硅蚀刻单晶硅压力敏感膜层。

本发明所提供的航空用高频响压力传感器芯片的制备方法，还具有这样的特征，所述S1包括如下步骤：

S1.1:清洗多层SOI硅片；

S1.2：制备P型压敏电阻条；

S1.3：通过刻蚀工艺，制备条形电阻，在硅片正反面沉积SI₃N₄保护层，得到晶圆；

S1.4：对晶圆上下两层进行高精度抛光。