Mems压力传感器及其制造方法_2

文档序号:9429538阅读:来源:国知局
一衬底相连接;和利用湿法刻蚀,在所述压力敏感膜的正面中部刻蚀出一正面梯形槽,以适于排布所述正面压敏电阻和所述金属引线。
[0038]优选地,利用湿法刻蚀在所述背面梯形槽中部的底部刻蚀出一背面键合槽,以适于排布所述背面压敏电阻和所述金属引线。
[0039]优选地,在上述方法中,通过将离子注入所述压力敏感膜的正面和背面,并退火激活注入的离子和修复晶格来形成所述正面压敏电阻和所述背面压敏电阻。
[0040]优选地,在上述方法中,通过蒸镀或溅射工艺在所述压力敏感膜的正面和背面沉积所述金属引线。
[0041]优选地,对所述压力敏感膜正面的所述金属引线进行刻蚀形成所述连接键。
【附图说明】
[0042]图1A是一种MEMS压力传感器传统结构的剖面示意图。
[0043]图1B是一种MEMS压力传感器中的压敏电阻传统的连接方式示意图。
[0044]图2是本发明的一个优选实施例的一种MEMS压力传感器包括的压力敏感膜正面和背面的压敏电阻相串联形成一个惠斯通电桥的示意图。
[0045]图3A是本发明的一个优选实施例的一种MEMS压力传感器包括的压力敏感膜正面的压敏电阻连接方式的示意图。
[0046]图3B是本发明的一个优选实施例的一种MEMS压力传感器包括的压力敏感膜背面的压敏电阻连接方式的示意图。
[0047]图4A是本发明的上述优选实施例的一种MEMS压力传感器包括的压力敏感膜的剖面示意图。
[0048]图4B和图4C是本发明的上述优选实施例的一种MEMS压力传感器的背面刻蚀梯形台阶的剖面示意图。
[0049]图4D至图4F是本发明的上述优选实施例的一种MEMS压力传感器的背面制作压敏电阻的剖面示意图。
[0050]图5A至图5C是本发明的上述优选实施例的一种MEMS压力传感器的正面刻蚀梯形台阶的剖面示意图。
[0051]图和图5E是本发明的上述优选实施例的一种MEMS压力传感器的正面制作压敏电阻的剖面示意图。
[0052]图5F是本发明的上述优选实施例制作完成的一种MEMS压力传感器结构的剖面示意图。
【具体实施方式】
[0053]以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例,本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
[0054]如图1B所示,对于传统的MEMS压力传感器,在压力敏感膜I上形成一组惠斯通电桥,其包括的四个压敏电阻分别为R1/R2/R3/R4,相邻电阻的压阻系数相反,正对的两个电阻压阻系数相同,在外界压力作用在压力敏感膜I时,薄膜的边缘会有应力存在,而这个应力会造成压敏电阻的阻值变化,Rl和R3的电流方向与应力方向平行,R2和R4的电流方向与应力方向垂直,造成在有压力作用在压力敏感膜上时,Rl和R3与R2和R4电阻的变化符号相反。当无压力输入时,压敏电阻R1/R2/R3/R4的初始电阻为零,电桥平衡,输出为零,当有外界压力输入,作用在压力敏感膜上时,造成压敏电阻发生变化,Rl和R3增加时,R2和R4减小,或者Rl和R3减小时,R2和R4增加,则惠斯通电桥不再平衡,有信号输出。但是,MEMS压力传感器器件中需要考虑其对温度和应力的敏感性,传统的MEMS压敏电阻式压力传感器使用四个压敏电阻做成惠斯通电桥,由于四个压敏电阻的阻值并不会完全相等,导致其随温度的变化量不相等,造成压力传感器的绝对基准发生变化,并且由于封装后四个压敏电阻的不对称性,会导致在无压力变化的情况下,压力传感器的输出依然会变化,造成输出的不稳定性。
[0055]本发明将压敏电阻制作在压力敏感膜的正面和背面,做成两组惠斯通电桥或将正面和背面的压敏电阻串联后重新组成一个惠斯通电桥,以对组成惠斯通电桥的压敏电阻进行修正,使得压敏电阻具有更好的对称性和一致性,以更好的抵抗外界温度和应力变化对其造成的输出变化。
[0056]具体地,如图5F所示,本发明提供一种MEMS压力传感器,包括一压力敏感膜10、至少四正面压敏电阻20、至少四背面压敏电阻30和一衬底40,其中所述压力敏感膜10连接于所述衬底40,使得所述衬底40得以支撑所述压力敏感膜10,每所述正面压敏电阻20和每所述背面压敏电阻30分别设于所述压力敏感膜10具有的一正面11和一背面12,按照预定方式进行电连接进行信号输出,下文将会进一步阐述。
[0057]值得一提的是,在所述压力敏感膜10的背面设有二背面台阶121、一背面梯形槽122和一背面键合槽123,其中所述背面台阶121位于所述压力敏感膜10背面的边缘,所述背面梯形槽122位于所述压力敏感膜10的中部,所述背面键合槽123位于所述背面梯形槽122底壁的中部,有利于排布所述背面压敏电阻30和背面金属引线15,以保证所述MEMS压力传感器得以感测外界压力。其中每所述正面压敏电阻20之间和每所述背面压敏电阻30之间通过金属引线进行电连接,所述金属引线包括正面金属引线14和背面金属引线15,其中所述正面金属引线14得以将每所述正面压敏电阻20进行电连接,所述背面金属引线15得以将每所述背面压敏电阻30进行电连接。
[0058]值得注意的是,所述背面梯形槽122和所述背面键合槽123只是作为举例,并不限制本发明,本领域的技术人员可以想到其他的变形,所述压力敏感膜10的背面只需要设置一个槽利于所述压力敏感膜10上下自由运动即可,且所述背面压敏电阻30根据实际情况排布在适当位置即可。
[0059]进一步地,设于所述压力敏感膜10两面的所述正面压敏电阻20和所述背面压敏电阻30有两种连接和输出方式,一种是将设于所述正面11与所述背面12的所述正面压敏电阻20和所述背面压敏电阻30中的压阻系数相同的电阻一一串联在一起,将所述压力敏感膜10两面的压敏电阻电连接组成一个惠斯通电桥,用单一的ASIC通路(集成电路)输出,得到所述MEMS压力传感器输出的信号值,另一种是将所述正面压敏电阻20和所述背面压敏电阻30各自电连接分别形成一个惠斯通电桥,并分别连接于一 ASIC通路(集成电路),两组惠斯通电桥的信号分别输出,然后对两组输出信号值取平均值,作为所述MEMS压力传感器输出的信号值。
[0060]本实施例以四个所述正面压敏电阻20和四个所述背面压敏电阻30为例进行说明。所述正面压敏电阻20和所述背面压敏电阻30分别设于所述压力敏感膜10的正面11和背面12,所述正面压敏电阻20与所述背面压敏电阻30的连接方式如图2所示,形成一组惠斯通电桥,以感测外界压力,其中每所述正面压敏电阻20之间通过正面金属引线14相连接,每所述背面压敏电阻30之间通过所述背面金属引线15相连接,所述正面压敏电阻20和所述背面压敏电阻30之间通过导线13相连接,其中所述导线13是预先设置于所述压力敏感膜10内部的导电材料,所述正面金属引线14和所述背面金属引线15是通过刻蚀形成的,且在所述压力敏感膜10的正面11处设置多个连接键16,以通过所述连接键16使得所述正面压敏电阻20和所述背面压敏电阻30形成的一个惠斯通电桥连接于一个所述ASIC通路,以输出信号。
[0061]值得注意的是,本发明中提到的正面、背面、上部、下部等方位性词语都是相对的,是为了更好的解释压敏电阻的相对关系,并不限制本发明。
[0062]值得一提的是,所述背面压敏电阻30与所述正面压敏电阻20相对应地设置于所述压力敏感膜10的背面和正面,以修正所述正面压敏电阻20,使其更好的抵抗外界温度和应力变化对其造成的输出变化。换句话说,在所述压力敏感膜10的正面11和背面12,分别相间隔地设有四个所述正面压敏电阻20和四个所述背面压敏电阻30,每所述正面压敏电阻20位于每所述背面压敏电阻30的上部,二者之间夹有所述压力敏感膜10。
[0063]如图2所示,四个所述正面压敏电阻20分别为电阻Ru-1、电阻Ru_2、电阻Ru_3和电阻Ru-4,四个所述背面压敏电阻30分别为电阻Rd-1、电阻Rd-2、电阻Rd_3和电阻Rd_4,其中电阻Ru和Rd后面的数字1、2、3、4分别表示不同位置的电阻,且电阻Ru-1与电阻Rd-1是位于所述压力敏感膜10两面的相对应位置的电阻,即电阻Ru-1与电阻Rd-1为位于同一位置上的正面和背面的压敏电阻,以下均是如此,电阻Ru-2与电阻Rd-2为位于同一位置上的正面和背面的压敏电阻,电阻Ru-3与电阻Rd-3为位于同一位置上的正面和背面的压敏电阻,电阻Ru-4与电阻Rd-4为位于同一位置上的正面和背面的压敏电阻。
[0064]所述正面压敏电阻20和所述背面压敏电阻30相连接后的输入输出如图2所示。将所述压力敏感膜10正面和背面不同位置的、压阻系数相同的电阻两两连接在一起,即Ru-1与Rd_2相串联,Ru_2与Rd_3相串联,Ru_3与Rd_4相串联,Ru_4与Rd-1相串联,相串联的两个电阻形成一压敏电阻对,全部按预定方式串联后形成四个所述压敏电阻对,然后将四
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