一种高灵敏度集成压力传感器的制作方法

本发明涉及压力传感器领域，尤其是一种高灵敏度集成压力传感器。

背景技术：

压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。目前的压力传感器的灵敏度普遍偏低、线性度较差。改善传感器的方法除了采用高应变系数材料作为敏感元件外，还可以对敏感元件的结构尺寸、电阻的位置和尺寸进行优化。

技术实现要素：

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种采用E形硅衬层，使用中间回形岛结构的弹性膜片，且采用U形压敏电阻，对压力传感器进行优化，同时设有调理电路的具有良好线性度的集成压力传感器。

本发明采用的技术方案如下：

本发明一种高灵敏度集成压力传感器，包括外壳、芯体和调理电路，所述外壳为密封结构，其内设置有芯体和调理电路；所述芯体包括由至少两个的压力传感器组成的压力传感器阵列；所述压力传感器包括基底、硅衬层、弹性膜片、二氧化硅保护层和金属层；所述硅衬层为E形硅，所述基底为矩形硅，基底和硅衬层为连体结构，基底与硅衬层之间为梯形空腔；所述硅衬层的中间部位设置有弹性膜片，弹性膜片上掺杂形成压敏电阻，压敏电阻上端设有二氧化硅保护层；所述二氧化硅保护层上表面两端分别设置有金属层。

本发明一种高灵敏度集成压力传感器，所述弹性膜片为中间回形岛结构，膜片四个边上分别连接有压敏电阻，所述压敏电阻为U形压敏电阻。

以上结构中，U形压敏电阻是基于长条形电阻不改变阻值的情况下缩短电阻的长度，使电阻处在应力集中的区域，获得较高的灵敏度，为了减小拐弯处的负压阻效应，在拐弯处注入浓硼重掺杂以降低压阻系数。中间回形岛结构的弹性膜片受力分布集中，同时减小中心扰度，具有很好的线性度。

本发明一种高灵敏度集成压力传感器，所述弹性膜片的边长为2000um，所述压敏电阻的长度为150um，压敏电阻的宽度为20um。

本发明一种高灵敏度集成压力传感器，所述压力传感器阵列为Y形三通结构，两个传感器同方向固定在一个传感器的引压接口上。

以上Y形三通结构将两个传感器同方向固定在一个传感器的引压接口上，节约了空间，使得多个压力传感器可以集成在芯体上。

本发明一种高灵敏度集成压力传感器，所述压力传感器的制作方法为：在硅晶圆背面各向异性刻蚀形成空腔，刻蚀后的硅晶圆为硅衬层；在硅衬层的中部掺杂形成压敏电阻；在硅衬层的正面上沉积二氧化硅保护层；在二氧化硅保护层的两端分别溅射金属层后经剥离形成金属互连线；将硅衬层与基底硅进行键合封装。

压力传感器中常用的是硅和玻璃的键合，由于硅和玻璃材料的膨胀系数不同，在键合过程中不可避免地会产生残余应力，而压力传感器对于残余应力十分敏感，采用硅—硅的键合形成全硅结构，能够解决残余应力的问题，提高传感器的性能指标。

本发明一种高灵敏度集成压力传感器，所述调理电路固定在传感器的侧面。

以上结构将调理电路固定在传感器的侧面，而不是像其它压力传感器调理电路板设置在敏感芯体的正上方，固定在侧面可以减小单个传感器的高度，为通信电路板让出安装空间。

本发明一种高灵敏度集成压力传感器，所述调理电路包括三端可调正稳压器集成电路LM117、仪表放大器AD620和外围电路；所述AD620连接传感器电桥，并通过电容与LM117连接；所述LM117为传感器和AD620提供电源。

以上调理电路，具有响应速度快，工作电压宽、功耗低，工作可靠，生产调试方便等优点。

本发明一种高灵敏度集成压力传感器，所述外壳采用不锈钢外壳，所述不锈钢外壳的化学研磨抛光溶液的组成成分按浓度的比例为：30％H₂O₂ 150-220ml / L；H₂SO₄5 ml / L；稳定剂10g/ L；所述化学研磨抛光温度为50-70℃，抛光时间为5-10min。

化学研磨抛光后，不锈钢外壳表面平滑性、光泽性、耐蚀性、抗粘附性、美观性、清洁卫生性等极大的提高，处理后的工件表面光滑，细菌污垢等杂质被清除而且不易粘附，使用方便成本低。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、压力传感器的集成度高，Y形三通结构将两个传感器同方向固定在一个传感器的引压接口上，节约了空间，集成多个传感器；调理电路固定在传感器的侧面，可以减小单个传感器的高度，为通信电路板让出安装空间。

2、压力传感器的灵敏度高，U形压敏电阻是基于长条形电阻不改变阻值的情况下缩短电阻的长度，使电阻处在应力集中的区域，获得较高的灵敏度；中间回形岛结构的弹性膜片受力分布集中，同时减小中心扰度，具有很好的线性度。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明中传感器的结构示意图。

图中标记：1为基底，2为硅衬层，3为弹性膜片，4为二氧化硅保护层，5为金属层，6为压敏电阻。

图2是弹性膜片的结构示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1 ，本发明一种高灵敏度集成压力传感器，包括外壳、芯体和调理电路，所述外壳为密封结构，其内设置有芯体和调理电路；所述芯体包括由至少两个的压力传感器组成的压力传感器阵列；所述压力传感器包括基底、硅衬层、弹性膜片、二氧化硅保护层和金属层；所述硅衬层为E形硅，所述基底为矩形硅，基底和硅衬层为连体结构，基底与硅衬层之间为梯形空腔；所述硅衬层的中间部位设置有弹性膜片，弹性膜片上掺杂形成压敏电阻，压敏电阻上端设有二氧化硅保护层；所述二氧化硅保护层上表面两端分别设置有金属层。

如图2，本发明一种高灵敏度集成压力传感器，所述弹性膜片为中间回形岛结构，膜片四个边上分别连接有压敏电阻，所述压敏电阻为U形压敏电阻。

本发明一种高灵敏度集成压力传感器，所述弹性膜片的边长为2000um，所述压敏电阻的长度为150um，压敏电阻的宽度为20um。

本发明一种高灵敏度集成压力传感器，所述压力传感器阵列为Y形三通结构，两个传感器同方向固定在一个传感器的引压接口上。

本发明一种高灵敏度集成压力传感器，所述压力传感器的制作方法为：在硅晶圆背面各向异性刻蚀形成空腔，刻蚀后的硅晶圆为硅衬层；在硅衬层的中部掺杂形成压敏电阻；在硅衬层的正面上沉积二氧化硅保护层；在二氧化硅保护层的两端分别溅射金属层后经剥离形成金属互连线；将硅衬层与基底硅进行键合封装。

本发明一种高灵敏度集成压力传感器，所述调理电路固定在传感器的侧面。

本发明一种高灵敏度集成压力传感器，所述调理电路包括三端可调正稳压器集成电路LM117、仪表放大器AD620和外围电路；所述AD620连接传感器电桥，并通过电容与LM117连接；所述LM117为传感器和AD620提供电源。

本发明一种高灵敏度集成压力传感器，所述外壳采用不锈钢外壳，所述不锈钢外壳的化学研磨抛光溶液的组成成分按浓度的比例为：30％H₂O₂ 150-220ml / L；H₂SO₄5 ml / L；稳定剂10g/ L；所述化学研磨抛光温度为50-70℃，抛光时间为5-10min。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。