CN104931193A - 一种带有参考真空室的mems皮拉尼计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有参考真空室的MEMS皮拉尼计。其特征在于，同一衬底上的两个微型皮拉尼计，其中一支真空封装在参考室内。将两支皮拉尼计一起置于测试环境中，同时输入相同的激励信号，通过外围电路测出对应的输出信号。其中真空封装的皮拉尼计不受所测环境真空度的影响，其阻值的变化主要由环境温度引起。未封装的皮拉尼计的阻值则同时受到环境气压和环境温度的影响。将两支皮拉尼计测得的输出信号差作为真空度测量信号，即可消除环境温度造成的皮拉尼计读数误差。

Description

一种带有参考真空室的MEMS皮拉尼计

技术领域：

本发明属于微机电系统(MEMS)加工工艺领域，特别应用于真空测量领域，具体涉及一种带有参考真空室的微型皮拉尼计。

背景技术：

微系统真空封装中真空度的保持性能在很大程度上决定了器件的最终性能、工作的可靠性及其寿命，而对封装体内真空度的测试，是真空封装中一个重要的研究领域。

皮拉尼计是一种精度较高、制造工艺和测试都较为简单的真空度检测器件，它利用高真空度下电阻加热体的散热速率和周围气体压强的相关性来测量真空度。通过MEMS制造工艺制作的微型化皮拉尼计具有体积小、测量精度高、易于批量生产等优点，并且制作简单，与一般MEMS工艺相兼容，可与MEMS敏感器件集成，因此被广泛应用于MEMS真空封装的实时真空测量。

对于通常的微型皮拉尼计，加热电阻的散热方式主要是通过气体分子将热阻上的热量传递至散热板。因此，加热体与散热板之间的温度梯度是影响加热体散热速率的重要因素之一。散热片的温度直接受到所测真空腔体内部温度的影响，而通常散热板与承载皮拉尼计的衬底相连，衬底又与所测真空环境的内壁接触，所以所测腔体外部温度发生变化，也会改变散热片温度，进而导致加热电阻阻值受环境温度因素影响与对应真空度出现偏差。对于这种条件下的真空度，单一结构的皮拉尼计无法通过自身结构消除环境温度造成的影响。目前的补偿方式主要有两种，一种是通过温度控制电路来维持测试环境温度的稳定性。二是集成一个参考电阻来修正环境的温度对皮拉尼计的影响。两者的共同特点是都需要配套的电路支持，无法做到在测试端消除环境温度的影响。而且对于前者，温度控制电路比较复杂，不适用于所有的真空腔测量。对于后者，参考电阻的散热机理很难和皮拉尼计完全一致。

发明内容：

针对现有MEMS皮拉尼计测量真空时存在的问题，本发明提供一种带有参考真空室的MEMS皮拉尼计。利用对称补偿的方式，消除所测环境中温度因素引起的皮拉尼计测量误差。

本发明的技术方案是：

一种带有参考真空室的MEMS皮拉尼计，其特征在于，同一衬底上的两个微型皮拉尼计，其中一支封装在真空参考室内，参考室真空度保持不变。将两支皮拉尼计一起置于测试环境中，同时输入相同的激励信号，通过外围电路测出对应的输出信号。其中真空封装的皮拉尼计不受所测环境真空度的影响，其阻值的变化主要由环境温度引起。未封装的皮拉尼计的阻值则同时受到环境真空度和环境温度的影响。将两支皮拉尼计测得的输出信号差作为真空度测量信号，即可消除环境温度造成的皮拉尼计读数误差。

与现有的技术相比，本发明的优点是：

本发明设计制作了一种带有参考真空室的MEMS皮拉尼计。相对于单一皮拉尼计进行真空测量时无法用身结构来排除非气压因素影响的缺点，本方法设计的带有参考真空室的皮拉尼计能够有效消除所测环境中非气压因素引起的皮拉尼计读数误差，使皮拉尼计能够应用于更复杂环境的真空测量，并提供更高的测量精度。由于本发明在结构设计上避免了环境温度的影响，因此无需额外的温度补偿电路，同时两支皮拉尼计可通过MEMS工艺在同一硅片上制得，故可轻易实现对称结构，制作简单。

附图说明：

图1为本发明提及的一种带有参考真空室的微型皮拉尼计的一个实施例的示意图。

图2为本发明提及的一种带有参考真空室的微型皮拉尼计的一个实施例的制备流程图。

具体实施方式：

下面结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。

图1为本发明提及的一种带有参考真空室的微型皮拉尼计的一个实施例的示意图，包括：皮拉尼计1、2，衬底3，真空室4，键合用粘附剂5，金属引脚6-13。

其中皮拉尼计1、2共用同一衬底3，衬底3的材料可以为玻璃片、硅片或陶瓷，皮拉尼计2被真空封装在真空室4内，真空室4由硅片制得，其内部的真空度保持不变且已知，真空室4通过使用粘附剂5与衬3底键合，粘附剂5为玻璃粉或焊料。引脚6-13为金属引线，通过引线接入外围电路，为皮拉尼计提供相同的工作条件。

如图2所示，本实施例的一种带有参考真空室的微型皮拉尼计的制备流程，包括以下步骤：

1)利用体硅工艺刻蚀硅腔，使皮拉尼计的散热片和加热体悬空，刻蚀深度为10um，如图2(a)所示；

2)再将硅片背面进行KOH减薄至70um，如图2(b)所示；

3)在作为衬底的玻璃片上淀积Ti／Au作为电极，如图2(c)所示；

4)将硅片与玻璃片进行阳极键合，如图2(d)所示；

5)深硅刻蚀60um，刻蚀出加热体和散热片结构，如图2(e)所示，此时独立的皮拉尼计的主体结构已经完成。

6)在硅片上刻蚀深腔，作为参考室结构，如图2(f)所示；

7)在硅帽键合区域使用丝网印刷技术涂抹粘附剂玻璃粉，如图2(g)所示；

8)将硅帽与参考皮拉尼计进行真空键合，如图2(h)所示。

最后需要注意的是，公布实施方式的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (4)

1.一种带有参考真空室的微型皮拉尼计，包括两支微型皮拉尼计，一个真空室，其特征在于，两支皮拉尼计共用同一衬底，其中一只封装在真空室内作为参考，真空室内的真空度稳定不变，两支皮拉尼计一起置于被测环境中，通过引线接入外围电路，输入同样的激励信号，两个微型皮拉尼计的输出信号差作为真空度测量信号。

2.如权利要求1中所述带有参考真空室的微型皮拉尼计，其特征在于，所述同一衬底为硅、玻璃或陶瓷。

3.如权利要求1中所述带有参考真空室的微型皮拉尼计，其特征在于，所述参考真空室由硅或玻璃制成，通过与衬底进行键合实现。

4.如权利要求3中所述带有参考真空室的微型皮拉尼计，其特征在于，所述键合工艺为玻璃粉键合、或焊料键合，真空度在0.01Pa-10Pa之间。