利于提高传感器的动态响应特性。
[0056]参照图13，当传感器封装为绝压传感器时，要承受大气压力Ptl的作用，在承受大气压力的作用，对于500Pa量程的传感器而言，需承受相当于200倍满量程的高过载压力，质量块5-1、5-2、5-3、5-4已压在防过载玻璃10上了，起到了限位保护的作用，防止薄膜2因挠度过大而破坏，过载保护时，防过载玻璃10的台阶面12、底面11形成的台阶减小了质量块5-1、5-2、5-3、5-4与防过载玻璃10之间的接触面积，从而解决了质量块5_1、5-2、5-3、
5-4的防吸附问题，当芯片由过载状态转入工作模式时，质量块5-1、5-2、5-3、5-4能够顺利弹起，而不会被底面10吸附，从而保证传感器稳定可靠地工作。
[0057]本发明的浮雕式岛膜应力集中结构微压传感器芯片，相对于传统的C型平膜和E型岛膜结构，由于四个质量块5-1、5-2、5-3、5-4与四个凸块6-1、6-2、6-3、6-4提高了薄膜2整体刚度。浮雕根部结构4-1、4-2、4-3、4-4上表面使应力再次集中，以及具有台阶结构的防过载玻璃10有效解决了传感器在过载状态下的防吸附问题。因此，该结构具有线性好、灵敏度高、动态频响特性好、过载能力强等特点。
[0058]本发明的主要性能技术指标如下:
[0059]1、测量范围:0?500Pa
[0060]2、测量精度:优于0.5% FS
[0061]3、灵敏度:彡 20mV/V
[0062]4、工作温度:-50 O ?120 O
[0063]5、一阶固有频率:彡17kHz
[0064]6、过载能力:10kPa
[0065]7、芯片外形:3.3mmX3.3mm
[0066]以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
【主权项】
1.一种浮雕式岛膜应力集中结构微压传感器芯片，包括基底(I)中部设有的薄膜(2)，其特征在于:四个浮雕岛(3-1、3-2、3-3、3-4)沿着薄膜(2)上部边缘均匀分布，四个浮雕岛(3-1、3-2、3-3、3-4)的厚度均为薄膜⑵厚度的5%?90%;四个浮雕根部(4-1、4_2、4_3、4-4)将四个浮雕岛(3-1、3-2、3-3、3-4)与基底⑴相连接，四个浮雕根部(4-1、4_2、4_3、4-4)的上表面与四个浮雕岛(3-1、3-2、3-3、3-4)的上表面齐平；四个压敏电阻条(7_1、7-2、7-3、7-4)分别按应力分布规律均匀布置在四个浮雕根部(4-1、4-2、4-3、4-4)的上表面，且压敏电阻条(7-1、7-2、7-3、7-4)的有效长度方向沿着压阻系数最大的晶向；焊盘(9)布置在基底⑴上表面；金属引线⑶将四个压敏电阻条(7-1、7-2、7-3、7-4)相互连接成半开环惠斯通电桥，并且将电桥的输出端与焊盘(9)连接； 四个凸块(6-1、6-2、6-3、6-4)沿薄膜(2)下部边缘均匀分布，且与基底(I)相连；四个质量块(5-1、5-2、5-3、5-4)与凸块(6-1、6_2、6-3、6_4)图形的对称轴相重合且与凸块(6-1、6-2、6-3、6-4)在沿对称轴方向上间隔有距离，凸块(6-1、6_2、6-3、6_4)连接在薄膜(2)上； 基底(I)背面与防过载玻璃(10)键合在一起。
2.根据权利要求1所述的一种浮雕式岛膜应力集中结构微压传感器芯片，其特征在于:所述的薄膜⑵的膜宽厚比为70?700:1。
3.根据权利要求1所述的一种浮雕式岛膜应力集中结构微压传感器芯片，其特征在于:所述的防过载玻璃(10)上制作有台阶结构；台阶结构由顶面(13)、底面(11)和两者之间设有的台阶面(12)组成，底面(11)与台阶面(12)的深度以及尺寸的设计保证传感器在正常工作情况下，质量块(5-1、5-2、5-3、5-4)与顶面(13)、台阶面(12)、底面(11)之间不发生干涉，在过载状态下，台阶面(12)与底面(11)能够将质量块(5-1、5-2、5-3、5-4)进行限位，当基底(I)和防过载玻璃(10)之间形成的腔体为真空时，则实现绝对微压测量；当防过载玻璃结构(10)带有孔时，则实现相对微压测量。
4.根据权利要求1所述的一种浮雕式岛膜应力集中结构微压传感器芯片，其特征在于:所述的薄膜(2)选用正四边形薄膜。
5.根据权利要求1所述的一种浮雕式岛膜应力集中结构微压传感器芯片，其特征在于:所述的第一压敏电阻条(7-1)、第三压敏电阻条(7-3)为四折或多折电阻条结构；第二压敏电阻条(7-2)、第四压敏电阻条(7-4)为单根或者多折电阻条结构，第一压敏电阻条(7-1)、第三压敏电阻条(7-3)与第二压敏电阻条(7-2)、第四压敏电阻条(7-4)的初始总电阻值相同，并且其有效长度方向均沿着压阻系数最大的晶向。
6.根据权利要求1所述的一种浮雕式岛膜应力集中结构微压传感器芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)使用HF溶液清洗的SOI硅片，SOI硅片为N型(100)晶面；所述SOI硅片从上到下分为三层，分别是:上层单晶硅(14)、二氧化硅埋层(15)和下层单晶硅(16); 2)对SOI硅片进行高温氧化，在上层单晶硅(14)正面形成二氧化硅层(17)，然后用P-压敏电阻版，对上层单晶硅(14)表面形成的二氧化硅层(17)光刻出压敏电阻区域，去除压敏电阻区域的二氧化硅层(17)，裸露出上层单晶硅(14)，对上层单晶硅(14)顶部的压敏电阻区域注入硼离子，获得压敏电阻条(7-1、7-2、7-3、7-4); 3)利用P+欧姆接触版，去除部分的二氧化硅层(17)后，在上层单晶硅(14)表面光刻形成硼离子重掺杂区(18)，获得低阻的P型重掺杂硅作为欧姆接触区，保证压敏电阻条(7-1、7-2、7-3、7-4)的欧姆连接； 4)在欧姆接触区，利用金属引线版，光刻出金属引线的形状，溅射金属层或者其他复合结构金属层，形成传感器芯片的金属引线(8)和焊盘(9); 5)利用正面刻蚀版，对上层单晶硅(14)正面进行光刻，将薄膜(2)正面去除相应深度的硅，形成四个浮雕岛(3-1、3-2、3-3、3-4)与四个浮雕根部(4-1、4_2、4-3、4_4)； 6)利用背腔刻蚀版，对下层单晶硅(16)背面进行光刻，以二氧化硅层(15)作为刻蚀停止层去除背腔的硅材料，形成传感器的背腔结构层； 7)将基底⑴背面与防过载玻璃(10)顶面(13)键合。
7.根据权利要求6所述的一种浮雕式岛膜应力集中结构微压传感器芯片的制备方法，其特征在于:所述步骤5)、步骤6)均采用深反应离子刻蚀去除硅材料，从而保证了刻蚀边沿的垂直度和深宽比。
【专利摘要】一种浮雕式岛膜应力集中结构微压传感器芯片及制备方法，传感器芯片包括基底中部设有的薄膜，四个浮雕岛沿着薄膜上部边缘分布，并通过四个浮雕根部与基底连接，四个压敏电阻条布置在浮雕根部的上表面，金属引线将压敏电阻条相互连接成半开环惠斯通电桥，四个凸块沿薄膜下部边缘均匀分布，且与基底相连；四个质量块与凸块间隔有距离，凸块连接在薄膜上，制备方法是使用HF溶液清洗的SOI硅片，对SOI硅片进行高温氧化，制作压敏电阻条，获得欧姆接触区，然后制作金属引线和焊盘；再进行光刻，形成四个浮雕岛与四个浮雕根部以及传感器的背腔结构层；最后将基底背面与防过载玻璃键合，本发明具有灵敏度高、线性度好、精度高、动态性能好等特点。
【IPC分类】G01L1-18
【公开号】CN104764547
【申请号】CN201510130249
【发明人】赵立波, 徐廷中, 蒋庄德, 彭年才, 王久洪, 郭鑫, 许煜, 苑国英, 赵玉龙
【申请人】西安交通大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年3月24日