一种全石英差动式谐振压力传感器芯片的制作方法

本发明属于谐振式压力传感器技术领域，具体涉及一种全石英差动式谐振压力传感器芯片。

背景技术：

差动式谐振压力传感器不仅拥有很高的灵敏度和精度，还能有效的抑制温漂、时漂等共轭干扰。目前，虽然有使用soi技术，用二氧化硅作牺牲层、硅材料一体化制造谐振器的方案，但是硅谐振器存在振频率低、灵敏度差、品质因数q值低等问题。所以，使用单晶石英晶体材料制作谐振器是更好的选择。然而，拥有差动输出的石英谐振压力传感器却比较少见。有限的几种拥有差动输出结构的石英谐振压力传感器都存在一定的问题。例如，差动机构复杂、工艺复杂繁琐、成本高、体积大。而且谐振元件都是粘接在压力转换元件上，由于材料热性能的不同，温度影响十分严重，粘接所用胶的老化和蠕变也是无法回避的问题。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种全石英差动式谐振压力传感器芯片，具有一体化制造、数字信号输出、灵敏度高和抗干扰性能优良的优点，体积小，重量轻。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种全石英差动式谐振压力传感器芯片,包括推杆5，推杆5的末端通过柔性铰链4和基底6连接，推杆5的末端两侧连接第一双端固支音叉1、第二双端固支音叉2，第一双端固支音叉1和第二双端固支音叉2组成差动工作单元；推杆5的侧面基底6上设有第三双端固支音叉3，第三双端固支音叉3作为校正工作单元的参考单元，推杆5受力端连接至附属的压力敏感结构；

所述的第一双端固支音叉1、第二双端固支音叉2、第三双端固支音叉3、柔性铰链4、推杆5和基底6为一体化石英晶体加工。

所述的推杆5的受力端位于基底6的一边，推杆5采用了折型结构，推杆5中部采用过渡结构。

所述的第一双端固支音叉1和第二双端固支音叉2对称的连接在推杆5末端的两侧。

所述的第一双端固支音叉1、第二双端固支音叉2和第三双端固支音叉3结构完全相同，由石英音叉臂a和石英音叉臂b，以及与外部电路连接的焊盘c以及检测电极d组成；石英音叉臂a和石英音叉臂b的表面四周设置有电极，电极之间相互电连接，用以石英音叉起振，在逆压电效应作用下，通交变电压，石英音叉臂处于预设振动模态。

本发明的有益效果为：

本发明测量待测压力时，附属的压力敏感结构将压力转换为位移，推动推杆5使其绕柔性铰链4转动，从而使工作单元的第一双端固支音叉1和第二双端固支音叉2形成差动输出，提高了敏感度，抑制了温漂等共轭干扰；本发明引入第三双端固支音叉3作为参考单元，可以有效的反映工作单元所受的除待测压力之外的外界干扰；由于本发明芯片一体化制造，没有装配误差和其他连接方式，大大提高了可靠性和精度。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图。

图2为本发明的双端固支音叉的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做详细说明。

参照图1，一种全石英差动式谐振压力传感器芯片,包括推杆5，推杆5的末端通过柔性铰链4和基底6连接，推杆5的末端两侧对称连接第一双端固支音叉1、第二双端固支音叉2，第一双端固支音叉1和第二双端固支音叉2组成差动工作单元，柔性铰链4使得推杆5绕其转动，使得分布在推杆5末端两侧的第一双端固支音叉1受压力作用，第二双端固支音叉2受拉力作用，形成差动输出；推杆5的侧面基底6上设有第三双端固支音叉3，第三双端固支音叉3作为校正工作单元的参考单元，推杆5为压力转换单元，推杆5受力端连接至附属的压力敏感结构，附属的压力敏感结构包括但不限于波纹管或者波纹膜片；

所述的第一双端固支音叉1、第二双端固支音叉2、第三双端固支音叉3、柔性铰链4、推杆5和基底6为一体化石英晶体加工；

所述的推杆5的受力端位于基底6的一边，为了减小尺寸和确保安装精度，推杆5采用了折型结构；为了减小应力集中，推杆5中部采用过渡结构，推杆5的受力端推动推杆5末端绕柔性铰链4转动。

参照图2，所述的第一双端固支音叉1、第二双端固支音叉2和第三双端固支音叉3完全相同，由石英音叉臂a和石英音叉臂b，

以及与外部电路连接的焊盘c以及检测电极d组成；石英音叉臂a和石英音叉臂b的表面四周设置有电极，电极之间相互电连接，用以石英音叉起振，在逆压电效应作用下，通交变电压，石英音叉臂处于预设振动模态。

本发明的工作原理是：

参照图1，石英音叉臂的逆压电效应被施加的交变电压激励后，按照其预定的固有模态振型振动，附属的压力敏感结构将压力转换为位移，推动推杆5使其绕柔性铰链4转动，带动工作单元的两个石英音叉梁发生形变，所以其中第一石英音叉1受到拉应力频率升高，第二石英音叉2受到压应力频率降低，两者的频率差与压力成比例关系，通过测量频率差，进而获得所测压力的大小；第三双端固支音叉3不受待测压力影响，其输出反映外界干扰对芯片的影响。

技术特征：

技术总结
一种全石英差动式谐振压力传感器芯片,包括推杆，推杆的末端通过柔性铰链和基底连接，推杆的末端两侧连接的第一双端固支音叉、第二双端固支音叉组成差动工作单元；推杆的侧面基底上设有第三双端固支音叉的作为校正工作单元的参考单元，推杆受力端连接至附属的压力敏感结构；双端固支音叉、柔性铰链、推杆和基底为一体化石英晶体加工；附属的压力敏感结构将压力转换为位移，推动推杆绕柔性铰链转动，带动工作单元的两个石英音叉梁发生形变，一个受到拉应力频率升高，另一个受到压应力频率降低，两者的频率差与压力成比例关系，通过测量频率差，进而获得所测压力的大小；本发明具有数字信号输出、灵敏度高和抗干扰性能优良的优点。

技术研发人员：赵玉龙;张全伟;李村;李波;韩超;葛晓慧
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2019.03.19
技术公布日：2019.06.14