压阻式绝压传感器的制作方法

    技术2025-10-06  5


    本技术涉及压力传感器,尤其涉及一种压阻式绝压传感器。


    背景技术:

    1、随着全球物联网高速发展,压力传感器的应用领域越来越广泛,应用场景的需求也越来越丰富。mems压力传感器以其小型化、成本低的优点得到大部分使用厂家的青睐。目前大部分已经投入实际应用并产业化的mems压力传感器大部分都用于测量40kpa(人体血压)到100kpa(一个标准大气压)及以上的压力,测量40kpa以下的压力传感器受到多种因素的制约仍存在一定的局限性。在微压应用环境下,传统的mems压力传感器主要需要解决以下两方面的问题:

    2、1、绝压芯片过载保护:在某种情况下,绝压芯片可能面临超出其额定压力范围的压力载荷,比如工况下突变的压力环境,或者键合绝压真空腔之后受到外界大气压的作用等。这些压力载荷可能导致芯片内部结构的破坏和功能失效,使得传感器的精度下降,性能衰退甚至完全损坏。

    3、2、灵敏度和分辨率:目前的mems压力传感器在微压应用中常常面临灵敏度和分辨率不够的问题。由于微压范围下被测压力的变化较小,为了探测微小压力的变化,压阻式压力传感器的感压膜(敏感结构)厚度必须做得足够小,才能满足传感器对灵敏度的要求。但过薄的敏感膜层会导致工作时在垂直感压方向上的挠度过大,从而无法保证压力传感器对于线性度和过载压力保护方面的要求,即通过将敏感膜层做薄来满足灵敏度的方法,无法同时满足过载保护。

    4、因而,如何提供一种兼具灵敏度、分辨率与过载保护的压力传感器,已成为业界亟需解决的技术问题。


    技术实现思路

    1、本实用新型提供一种压阻式绝压传感器,以解决现有技术面临的灵敏度、分辨率与过载保护无法同时满足的问题。

    2、为解决上述技术问题,本实用新型是通过如下技术方案实现的:

    3、本实用新型提供一种压阻式绝压传感器,其包括:密封板、空腔以及感应区;其中,

    4、所述感应区的背面设置有一深坑,所述密封板密封所述感应区的背面,形成所述空腔;

    5、所述深坑内设置有至少四个凸出单元以及至少四个独立的梁单元,所述梁单元与所述凸出单元一一对应;所述四个凸出单元沿所述深坑的边沿均匀分布,且两两沿所述深坑的顶面的x方向、y方向对称设置;所述梁单元设置于靠近所述深坑的边沿的位置,所述梁单元的长轴方向自所述深坑边沿向所述深坑的中心方向延伸;

    6、所述感应区的正面设置有至少四个压阻条,用于感测外界压力,所述压阻条垂直映射至所述感应区的背面的位置位于所述凸出单元与所述梁单元之间。

    7、可选的,所述密封板朝向所述空腔的一面,设置有第一深度的第一凹坑,和第二深度的第二凹坑,所述第二凹坑设置于所述第一凹坑内,所述第二深度大于所述第一深度而形成第一台阶面。台阶结构的设计,可以有效防止感应区的底部与密封板之间的接触、吸附现象,也可避免在传感器的制作过程中,因压力的突然变化,对于感应膜层造成的潜在损伤,影响传感器可靠性问题。

    8、可选的,所述梁单元在所述密封板上的投影与所述第一台阶面部分重叠,可以使得传感器的制作或使用过程中获得较好的防止吸附效果。

    9、可选的,所述梁单元为楔形柱,所述楔形柱的窄端朝向所述深坑中心。设置为楔形柱,可以在保证过载保护能力的基础上,进一步减小梁单元的重量。梁单元在本传感器的设计中充当着质量块的作用。楔形柱的设计主要用于减小传感器质量块的重量,从而调整传感器的谐振频率。

    10、可选的,所述感应区包括三层介质层:第一介质层、第二介质层和第三介质层;所述第二介质层设置于所述第一介质层和所述第三介质层之间;所述第一介质层为所述感应区的背面,形成有所述深坑和所述梁单元结构;所述第三介质层为所述感应区的正面,形成有所述压阻条。

    11、可选的,所述第一介质层、第二介质层和第三介质层对应为所述soi晶圆的三层介质,其中,所述第一介质层为soi晶圆的衬底层。使用soi晶圆制作,可简化此结构的压阻式绝压传感器的制作工艺,也利于控制绝压传感器中深坑的深度,减少键合工艺使用的次数而利于此压阻式绝压传感器的薄型化。

    12、本实用新型提供的压阻式绝压传感器,通过在感应区的背面深坑内靠近压阻条的位置设置凸出单元,可以改善整个感应区的应力分配情况,达到应力集中的效果,进而可以提高压阻式绝压传感器的灵敏度、分辨率;另外,感应区的背面深坑内还设置有梁单元,在敏感结构受到过载压力的情况下,可以通过梁单元与底部密封板的物理接触防止对感应区的破坏,达到过载保护的目的。即本实用新型提供的压阻式绝压传感器,不仅可以提高压阻式绝压传感器的灵敏度、分辨率,还能实现过载保护,提高了压阻式绝压传感器的可靠性。

    13、进一步地,本实用新型提供的压阻式绝压传感器,压阻条垂直映射至感应区背面的位置位于凸出单元与梁单元之间,凸出单元设置于深坑的边沿。此结构可以改善感应膜层的应力分配情况,达到应力集中的效果,从而提高传感器的灵敏度。

    14、进一步地,本实用新型提供的压阻式绝压传感器,各个梁单元之间为独立的,且为楔形柱可以减小绝压传感器的质量块的重量,调整传感器的谐振频率。

    15、进一步地,本实用新型的一可选方案中,密封板朝向空腔的一面设置有台阶结构,具体地:设置有第一深度的第一凹坑,和第二深度的第二凹坑,第二凹坑设置于第一凹坑内,第二深度大于第一深度而形成第一台阶面;台阶结构的设计,可以有效防止感应膜层的梁结构底部与密封板之间的接触、吸附现象。



    技术特征:

    1.一种压阻式绝压传感器,其特征在于,包括:密封板、空腔以及感应区;其中,

    2.根据权利要求1所述的压阻式绝压传感器,其特征在于,所述密封板朝向所述空腔的一面,设置有第一深度的第一凹坑,和第二深度的第二凹坑,所述第二凹坑设置于所述第一凹坑内,所述第二深度大于所述第一深度而形成第一台阶面。

    3.根据权利要求2所述的压阻式绝压传感器,其特征在于,所述梁单元在所述密封板上的投影与所述第一台阶面部分重叠。

    4.根据权利要求1所述的压阻式绝压传感器,其特征在于,所述梁单元为楔形柱,所述楔形柱的窄端朝向所述深坑中心。

    5.根据权利要求1所述的压阻式绝压传感器,其特征在于,所述感应区包括三层介质层:第一介质层、第二介质层和第三介质层;所述第二介质层设置于所述第一介质层和所述第三介质层之间;所述第一介质层为所述感应区的背面,形成有所述深坑和所述梁单元结构;所述第三介质层为所述感应区的正面,形成有所述压阻条。

    6.根据权利要求5所述的压阻式绝压传感器,其特征在于,所述第一介质层、第二介质层和第三介质层对应为soi晶圆的三层介质,其中,所述第一介质层为所述soi晶圆的衬底层。


    技术总结
    本技术提供了一种压阻式绝压传感器,包括:密封板、空腔、感应区;感应区的背面设置有一深坑,密封板密封感应区的背面,形成空腔;深坑内设置有至少四个凸出单元以及至少四个独立的梁单元,梁单元与凸出单元一一对应;四个凸出单元沿深坑的边沿均匀分布,且两两沿深坑的顶面的X方向、Y方向对称设置;梁单元设置于靠近深坑的边沿的位置,梁单元的长轴方向自深坑边沿向深坑的中心方向延伸;感应区的正面设置有至少四个压阻条,用于感测外界压力,其垂直映射至感应区的背面的位置位于凸出单元与梁单元之间。本技术的技术方案,感应区的背面深坑内设置有凸出单元、梁单元;可以提高压阻式绝压传感器的灵敏度、分辨率,同时实现了过载保护。

    技术研发人员:黄金海
    受保护的技术使用者:广州增芯科技有限公司
    技术研发日:20240226
    技术公布日:2024/10/24
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