CN108627287A - 一体化硅压阻式传感器芯片 - Google Patents

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谭志平
陈建波
莫婵娟
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    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/18—Measuring force or stress, in general using properties of piezo-resistive materials, i.e. materials of which the ohmic resistance varies according to changes in magnitude or direction of force applied to the material

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Abstract

本发明涉及微电子机械系统及压力传感器技术领域，具体的讲涉及一体化硅压阻式传感器芯片,所述压力传感器和加速度传感器一体化集成在单晶硅同一表面，所述压力传感器包括由下至上依次设置有硅压阻式压力传感器基本体、压力感应膜片、二氧化硅埋层、压敏电阻、绝缘层和金属层，所述金属层上设置有增稳层；所述加速度传感器与压力传感器结构相同，且压力感应膜片上设置有两个背腔及两背腔中间的质量块，所述质量块对应的金属层和增稳层设置为通孔，本发明通过在压敏电阻上方位置设置的增稳层从而降低由于芯片表面的静电荷和内部界面上的固定电荷对传感器输出造成的影响，从而使胎压监视准确性高。

Description

一体化硅压阻式传感器芯片
技术领域
本发明涉及微电子机械系统及压力传感器技术领域，具体的讲涉及一体化硅压阻式传感器芯片。
背景技术
随着我国生活水平的提交，汽车作为日常交通工具，其保有量逐年提高，并且人们对交通事故防范意识也不断得到提高。据统计，在中国高速公路上发生的交通事故有70％是由于爆胎引起的，而爆胎一般是由于各个轮胎的压力不均衡所致，所以实现对汽车轮胎压力的实时监控成为一项重要课题，也是一个广阔市场。通过实践证明，利用安装在各轮胎上的压力传感器可实现对轮胎压力的实时监控，并同时安装加速度传感器模块，检验汽车是否行驶，实现汽车胎压监视系统的自动运行。
硅压阻式压力传感器是利用单晶硅材料的压阻效应和集成电路技术制成的传感器。单晶硅材料在受到力的作用后，电阻率发生变化，通过测量电路就可得到正比于力变化的电信号输出。硅压阻式压力传感器已广泛用于压力、拉力、压力差和可以转变为力的变化的其他物理量(如液位、加速度、重量、应变、流量、真空度)的测量和控制。
中国专利CN201310652636.X一体化硅压阻式传感器芯片，使压力传感器和加速度传感器一体化集成在单晶硅同一表面，所述的压力传感器包括支撑框架，所述支撑框架上设有方膜片，在方膜片周圈设有的压敏电阻条，硼硅玻璃底盖与支撑框架下底面键合，底盖上具有圆形通孔，硼硅玻璃上盖与支撑框架上表面键合,在上盖上设有凹腔；所述的加速度传感器包括支撑框架，所述支撑框架上设有质量块，悬臂梁连接支撑框架与质量块，在悬臂梁端部分布有压敏电阻条，硼硅玻璃底盖与支撑框架的下底面键合，硼硅玻璃底盖的表面具有限位结构，硼硅玻璃上盖与支撑框架上表面键合，硼硅玻璃上盖具有圆形通孔；该专利的优点在于压力传感器和加速度传感器一体化集成在单晶硅同一表面，减小了芯片体积，适合胎压监视使用。
但该专利的传感器芯片表面和内部界面上静电荷和固定电荷会影响到该空间电荷区的宽度，因此，传感器芯片表面及内部界面上的静电荷和固定电荷会导致压阻式压力传感器的输出出现不稳定，使胎压监视不准确。
发明内容
因此本发明提出一体化硅压阻式传感器芯片，用来解决传感器芯片表面及内部界面上的静电荷和固定电荷会导致压阻式压力传感器的输出出现不稳定，使胎压监视不准确的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：一体化硅压阻式传感器芯片，所述压力传感器和加速度传感器一体化集成在单晶硅同一表面，所述压力传感器包括由下至上依次设置有硅压阻式压力传感器基本体、压力感应膜片、二氧化硅埋层、压敏电阻、绝缘层和金属层，所述金属层上设置有增稳层；所述加速度传感器与压力传感器结构相同，且压力感应膜片上设置有两个背腔及两背腔中间的质量块，所述质量块对应的金属层和增稳层设置为通孔。
进一步地，所述金属层与压敏电阻联接。
进一步地，所述压力传感器于硅压阻式压力传感器基本体设置有圆形通孔。
进一步地，所述增稳层厚度在纳米到纳米之间，增稳层的覆盖区域包括压力传感器和加速度传感器上的压敏电阻区域。
进一步地，所述增稳层(7)由与单晶硅热膨胀系数相近并具有一定导电性能的材料制作而成。
通过上述公开内容，本发明的有益效果为：本发明通过在压敏电阻上方位置设置的增稳层从而降低由于芯片表面的静电荷和内部界面上的固定电荷对传感器输出造成的影响，从而使胎压监视准确性高。
附图说明
图1为本发明一体化硅压阻式传感器芯片的剖视结构示意图。
附图标记如下：
硅压阻式压力传感器基本体1、压力感应膜片2、二氧化硅埋层3、压敏电阻4、绝缘层5和金属层6，所述金属层6、增稳层7、质量块8、背腔9、通孔10、压力传感器100、加速度传感器200。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围内。
本发明提出一体化硅压阻式传感器芯片。
实施例1
参照图1，一体化硅压阻式传感器芯片，压力传感器100和加速度传感器200一体化集成在单晶硅同一表面，压力传感器100包括由下至上依次设置有硅压阻式压力传感器基本体1、压力感应膜片2、二氧化硅埋层3、压敏电阻4、绝缘层5和金属层6，金属层6上设置有增稳层7，加速度传感器200与压力传感器100结构相同，且压力感应膜片2上设置有两个背腔9及两背腔9中间的质量块8，质量块8对应的金属层6和增稳层7设置为通孔10；金属层6与压敏电阻4联接；压力传感器100于硅压阻式压力传感器基本体1设置有圆形通孔；增稳层7厚度在20纳米到500纳米之间，增稳层7的覆盖区域包括压力传感器100和加速度传感器200上的压敏电阻4区域。
本实施例中，压敏电阻4上方位置设置的增稳层7从而降低由于芯片表面的静电荷和内部界面上的固定电荷对传感器输出造成的影响，从而使胎压监视准确性高。
实施例2
参照图1，一体化硅压阻式传感器芯片，压力传感器100和加速度传感器200一体化集成在单晶硅同一表面，压力传感器100包括由下至上依次设置有硅压阻式压力传感器基本体1、压力感应膜片2、二氧化硅埋层3、压敏电阻4、绝缘层5和金属层6，金属层6上设置有增稳层7，加速度传感器200与压力传感器100结构相同，且压力感应膜片2上设置有两个背腔9及两背腔9中间的质量块8，质量块8对应的金属层6和增稳层7设置为通孔10；金属层6与压敏电阻4联接；压力传感器100于硅压阻式压力传感器基本体1设置有圆形通孔；增稳层7厚度在20纳米到500纳米之间，增稳层7的覆盖区域包括压力传感器100和加速度传感器200上的压敏电阻4区域，增稳层7由与单晶硅热膨胀系数相近并具有一定导电性能的材料制作而成。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一体化硅压阻式传感器芯片，所述压力传感器(100)和加速度传感器(200)一体化集成在单晶硅同一表面，其特征在于：所述压力传感器(100)包括由下至上依次设置有硅压阻式压力传感器基本体(1)、压力感应膜片(2)、二氧化硅埋层(3)、压敏电阻(4)、绝缘层(5)和金属层(6)，所述金属层(6)上设置有增稳层(7)；
所述加速度传感器(200)与压力传感器(100)结构相同，且压力感应膜片(2)上设置有两个背腔(9)及两背腔(9)中间的质量块(8)，所述质量块(8)对应的金属层(6)和增稳层(7)设置为通孔(10)。
2.根据权利要求1所述的一体化硅压阻式传感器芯片，其特征在于：所述金属层(6)与压敏电阻(4)联接。
3.根据权利要求2所述的一体化硅压阻式传感器芯片，其特征在于：所述压力传感器(100)于硅压阻式压力传感器基本体(1)设置有圆形通孔。
4.根据权利要求1所述的一体化硅压阻式传感器芯片，其特征在于：所述增稳层(7)厚度在20纳米到500纳米之间，增稳层(7)的覆盖区域包括压力传感器(100)和加速度传感器(200)上的压敏电阻(4)区域。
5.根据权利要求1所述的一体化硅压阻式传感器芯片，其特征在于：所述增稳层(7)由与单晶硅热膨胀系数相近并具有一定导电性能的材料制作而成。
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