芯，与上插芯轴向固联为一体的下插芯和插入所述下插芯的光纤，以及覆盖在 所述F-P腔端口的压力膜片，其中所述压力膜片与上插芯连接形成F-P腔，其中，压力膜片 1与上插芯2通过阳极键合工艺连接形成F-P腔。光纤4 一部分插入下插芯3,与其顶面平 行，另一部分位于下插芯3外，作为传导光纤与解调设备连接，而上插芯2和下插芯3通过 激光键合或者胶粘贴工艺互连成整体。上插芯和下插芯通过激光键合或者胶粘贴连接。其 压力膜片设计的应力释放结构分别位于键合区域和感压区域。压力膜片的形状可根据不同 的封装形式和系统精度的要求来选择压力膜片的形状，压力膜片的形状可以是正方形、菱 形、圆形、六边形的一种或多种。压力膜片的键合区域设计的应力释放结构是由分布在上述 键合区域和感压区域内的应力释放孔组成的，压力膜片和上插芯之间的热失配而产生的应 力通过这些不同形状的通孔来释放。这些结构形状的应力释放孔可为正方形、菱形、圆形、 六边形通孔。应力释放孔的深度为压力膜片厚度的1/3。根据系统精度的要求来选择应力 释放结构的形状，通过这些不同形状的应力释放孔来释放由于压力膜片和上插芯之间的热 失配而产生的应力。
[0021] 本实施例的光纤F-P腔压力传感器的制造方法，其加工工艺步骤如下：
[0022] 选取无翘曲、表面平整度好（起伏小于lnm)、100晶向的优质娃片，厚度为50-300 um，利用测控溅射在硅片一面生长至少一层Si3N4、Ta205薄膜，多层薄膜的厚度为100-1000 nm。也可利用测控派射在娃片一面生长一层Si02薄膜，薄膜的厚度为100-1000nm;在上 插芯（3)凹槽底面硅片上测控溅射生长至少一层Si02、Ta205、Si3N4薄膜，多层薄膜的厚度为 50/100/60nm。利用掩膜光刻工艺在压力膜片1的键合区域制作应力释放孔，孔的形状为 圆形，直径为0. 5-10um，孔间距为孔直径的2-10倍；利用RIE离子刻蚀机刻蚀Si02薄膜， 把光刻胶的图形转移到Si02薄膜上，刻蚀的气体为CF4/Ar2。利用ICP离子刻蚀机或者湿 法腐蚀溶液来完成制作键合区域的应力释放孔。重复（a)-(d)过程来制作感压区域的应力 释放孔；利用标准MEMS工艺，对上插芯2按照设计要求制作凹槽，并通过阳极键合工艺与压 力膜片1连接形成F-P腔；将传导光纤3 -端充分研磨平整，并固定与下插芯3的插孔中， 并与下插芯3的顶端齐平。利用激光键合或者胶粘贴工艺将上插芯2和下插芯3连接，完 成光纤F-P腔压力传感器的制作。
[0023] 虽然参照上述实施例详细描述了本发明，但是应该理解本发明并不限于所公开的 实施例。
[0024] 本发明的工作原理：
[0025] 光纤压力传感器传感原理在于由压力引起法珀腔长变化，通过精密测量腔长变化 量实现压力传感解调。图1所示为法珀传感器结构，法珀腔存在前后两个反射面。F-P腔第 一个反射面的反射率通过控制镀膜反射率确定，第二个反射面为压力膜片反射率，入射到 法珀腔反射面的光强视为高斯分布，上述两个反射面反射光再次耦合进入多模光纤，设两 个反射面的反射率和损耗系数分别为轉一_: $、〔％:，
[0026] 设入射光强为I。，则两个反射面的親合光强分别为義+餐脅於， 干涉条纹表示为
[0027]
[0028] 其中表示位相差，外界压力的变化会引起的变化，通过测量来获知外界的压力。
【主权项】
1. 一种光纤F-P腔应力释放压力传感器，包括制有F-P腔的上插芯，与上插芯轴向固联 为一体的下插芯和插入所述下插芯的光纤，以及覆盖在所述F-P腔端口的压力膜片（1 )，其 中所述压力膜片与上插芯连接形成F-P腔，其特征在于：在所述压力膜片的键合区域和感 压区域设计有应力释放结构，所述应力释放结构是由分布在上述键合区域和感压区域内的 应力释放孔组成的，压力膜片（1)和上插芯（3)之间的热失配而产生的应力通过这些不同 形状的应力释放孔来释放。2. 根据权利要求1所述的光纤F-P腔应力释放压力传感器，其特征在于：以100晶向 的硅片作为压力膜片（1 )，压力膜片（1)厚度为50-300um。3. 根据权利要求2所述的光纤F-P腔应力释放压力传感器，其特征在于：利用测控溅 射在硅片一面生长至少一层Si3N4、Ta205薄膜，多层薄膜的厚度为100-1000nm。4. 根据权利要求1所述的光纤F-P腔应力释放压力传感器，其特征在于：在上插芯 (3)凹槽底面硅片上测控溅射生长至少一层Si02、Ta205、Si3N4薄膜，多层薄膜的厚度为50、 100、60nm〇5. 根据权利要求1所述的光纤F-P腔应力释放压力传感器，其特征在于：利用掩膜光 刻工艺在压力膜片1的键合区域制作应力释放孔，孔的形状为圆形，直径为0. 5-10um，孔 间距为孔直径的2-10倍。6. 根据权利要求1所述的一种光纤F-P腔应力释放压力传感器，其特征在于：压力膜 片的形状是正方形、菱形、圆形或六边形。7. 根据权利要求1所述的光纤F-P腔应力释放压力传感器，其特征在于：压力膜片的 键合区域的应力释放结构为正方形、菱形、圆形或六边形通孔。8. 根据权利要求1所述的一种光纤F-P腔应力释放压力传感器，其特征在于：压力 膜片感压区的应力释放结构的正方形、菱形、圆形或六边形孔，孔的深度为压力膜片厚度的 1/3〇9. 根据权利要求1所述的光纤F-P腔应力释放压力传感器，其特征在于：上插芯和下 插芯通过激光键合或者胶粘贴连接。
【专利摘要】本实用新型公开的一种光纤F-P腔应力释放压力传感器，包括制有F-P腔的上插芯，与上插芯轴向固联为一体的下插芯和插入所述下插芯的光纤，以及覆盖在所述F-P腔端口的压力膜片，其中所述压力膜片与上插芯连接形成F-P腔。在所述压力膜片的键合区域和感压区域设计有应力释放结构，所述应力释放结构是由分布在上述键合区域和感压区域内的应力释放孔组成的，压力膜片和上插芯之间的热失配而产生的应力通过这些不同形状的通孔来释放。通过本实用新型键合区域的应力释放通孔，可以释放由于压力膜片和上插芯之间的热失配而产生的应力。很好地消除F-P腔压力传感器的温度敏感性。本实用新型结构简单，制作方便快捷，成本低，可实现高精度的压力传感。
【IPC分类】G01L1/24
【公开号】CN205037998
【申请号】CN201520493761
【发明人】孙波, 熊菠, 梅运桥
【申请人】成都凯天电子股份有限公司
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年7月10日