[发明专利]具有应力集中结构的微压传感器芯片及其制备方法有效

专利信息
申请号: 202110462410.8 申请日: 2021-04-27
公开(公告)号: CN113218544B 公开(公告)日: 2022-06-07
发明(设计)人: 赵立波;李学琛;韩香广;乔智霞;皇咪咪;李伟;徐廷中;杨萍;高漪;王鸿雁;关卫军;吴永顺;李支康;朱瑄;王久洪;魏于昆;山涛;蒋庄德 申请(专利权)人: 西安交通大学;陕西省计量科学研究院;西安航天动力研究所
主分类号: G01L1/18 分类号: G01L1/18;G01L9/06;G01L19/00;B81B7/02;B81C1/00
代理公司: 西安通大专利代理有限责任公司 61200 代理人: 王艾华
地址: 710049 *** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 具有 应力 集中 结构 传感器 芯片 及其 制备 方法
【说明书】:

发明公开了具有应力集中结构的微压传感器芯片及其制备方法,包括承压薄膜、双C型槽、硅基底、压敏电阻条、金属引线和防过载玻璃基底。硅基底背面深硅刻蚀形成承压薄膜以及半岛与岛屿结构,在硅基底正面刻蚀两组C型槽。相对应的两个C型槽之间形成应力集中区域,四个压敏电阻条布置在该应力集中区域上。芯片背腔的岛屿与岛屿之间、岛屿与半岛之间的间隙可以进一步提高压敏电阻条处的应力集中效果。

技术领域

本发明属于微机电传感器技术领域,具体涉及一种具有应力集中结构的微压传感器芯片及其制备方法。

背景技术

随着MEMS技术的发展,MEMS微压传感器已被广泛应用于航空航天、食品工业、智能家居、生物医疗等领域;随着各领域飞速的发展,对传感器的性能、体积等提出了更高的要求,特别在生物医药领域急需性能稳定且具有高动态、高灵敏度的MEMS微压传感器来进行保障。

根据不同的测量原理,MEMS微压传感器主要分为压阻式、压电式、电容式、谐振式等几种。与其他原理的MEMS微压传感器相比,MEMS压阻式微压传感器具有测量范围宽、线性度高、动态响应好、信号输出形式简单、灵敏度高、加工成本低廉等优点,从而得到广泛的应用。

MEMS压阻式压力传感器的灵敏度和线性度是最重要的工作指标,但是传统的通过降低膜厚和提高膜片尺寸的方法提高灵敏度通常会导致线性度的降低,并且会影响传感器的动态性能。在MEMS压阻式微压传感器设计中,弱化传感器灵敏度与线性度相互制约关系,同时提高灵敏度和线性度显得尤为重要。

目前,市场上较为成熟的MEMS压阻式微压传感器产品的最小量程大多是kPa量级,但是在生物医疗、高度探测等领域需在Pa级上进行压力测量。因此,如何提高传感器的灵敏度、解决灵敏度与线性度之间的矛盾,是MEMS压阻式微压传感器进行可靠精确测量亟需突破的难点。

发明内容

本发明提供了具有应力集中结构的微压传感器芯片及其制备方法,提高传感器的灵敏度、解决灵敏度与线性度之间的矛盾。

为达到上述目的,本发明所述具有应力集中结构的微压传感器芯片,包括硅基底以及与硅基底键合的玻璃基底,硅基底背面刻蚀有背腔,背腔的底面为承压薄膜,背腔中设置有第一半岛,第二半岛,第一岛屿,第二岛屿和第三岛屿;其中,第一半岛,第二半岛与背腔的内侧壁边缘相连,第一岛屿与第一半岛、第三岛屿与第二半岛、第一岛屿与第二岛屿以及第二岛屿与第三岛屿之间均具有间隙,所述承压薄膜正面设置在所述间隙的正上方分别设置有第一压敏电阻条,第二压敏电阻条,第三压敏电阻条和第四压敏电阻条;所述第一压敏电阻条,第二压敏电阻条,第三压敏电阻条,第四压敏电阻条通过重掺杂欧姆接触区以及金属焊盘连接形成惠斯通电桥。

进一步的,第一半岛,第一岛屿、第二岛屿、第三岛屿和第二半岛依次排列。

进一步的,第一半岛与第一岛屿之间的间隙,第一岛屿与第二岛屿之间的间隙,第二岛屿与第三岛屿之间的间隙,第三岛屿与第二半岛之间的间隙宽度为5μm~100μm。

进一步的,第一岛屿、第二岛屿、第三岛屿、第一半岛和第二半岛的宽度相等。

进一步的,承压薄膜正面刻蚀有第一C型槽、第二C型槽、第三C型槽和第四C型槽;所述第一C型槽与第二C型槽之间,第二C型槽与第四C型槽之间形成四个应力集中区域,所述应力集中区域均分别位于第一半岛与第一岛屿之间的间隙,第一岛屿与第二岛屿之间的间隙,第二岛屿与第三岛屿之间的间隙,第三岛屿与第二半岛之间的间隙的正上方。

进一步的,第一C型槽、第二C型槽、第三C型槽和第四C型槽的深度为承压薄膜厚度的10%~80%。

进一步的,玻璃基底上开设有凹槽以及通孔,所述凹槽宽度大于背腔的宽度。

一种具有应力集中结构的微压传感器芯片的制备方法,包括以下步骤:

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