CN114295262A

CN114295262A - 一种岛膜结构硅压阻传感器装置

Info

Publication number: CN114295262A
Application number: CN202111479343.7A
Authority: CN
Inventors: 王自刚; 曹卫达; 邹治弢; 闫洁; 周宇飞
Original assignee: No 214 Institute of China North Industries Group Corp
Current assignee: No 214 Institute of China North Industries Group Corp
Priority date: 2021-12-07
Filing date: 2021-12-07
Publication date: 2022-04-08

Abstract

本发明提供一种岛膜结构硅压阻传感器装置，包括衬底（1），在衬底（1）上设有压力敏感层（2），在衬底（1）上设有第一槽体（3），在压力敏感层（2）底部设有与第一槽体（3）连通的第二槽体（4），在第二槽体（4）内设有岛状结构（5），在压力敏感层（2）上设有氧化层（6），在压力敏感层（2）设有一组向上穿透氧化层（6）的盲孔（7），在盲孔（7）内设有压敏电阻（8），在氧化层（6）均布有一组焊盘（10），在氧化层（6）上设有连通焊盘（10）和压敏电阻（8）引线（9）。本发明基于小尺寸敏感层和E型岛膜结构结合，很好的兼顾芯片高灵敏度和线性度性能，实现传感器对敏感芯片小尺寸、高灵敏度,高精度、高可靠的要求。

Description

一种岛膜结构硅压阻传感器装置

技术领域：

本发明涉及传感器制造技术领域，具体地说就是一种岛膜结构硅压阻传感器装置。

背景技术：

传感器技术是现代科学技术发展水平的重要标志，是信息技术(包括传感与控制技术、通讯技术和计算机技术)的三大支柱之一。在众多的传感器品种中，压力传感器所占的比重最大，在传感器市场中约占50%市场份额。随着技术进步，市场对于小型化，高灵敏度、高精度，高可靠的压力传感器的需求越来越迫切，为此设计小型E型岛膜结构硅压阻传感器以满足这种需求。而压阻式压力传感器是利用半导体材料的压阻效应而制成的一种压力传感器，应变电阻采用惠斯通电桥形式，电桥输出公式：

敏感电阻值相对变化量与所受应力成线性关系：

压阻式压力传感器制作，是通过MEMS（Micro-Electr-MechanicalSystem，微机电系统）加工工艺将惠斯通电桥四个电阻放置的弹性敏感膜上，制成悬臂梁，在压阻式压力传感器中,弹性敏感膜受到压力作用,在膜上会产生应力分布,位于膜上的压敏电阻条的阻值会发生变化。为了使得压阻式压力传感器的灵敏度最髙,压敏电阻条需要分布在膜上应力最大的地方。

通常压力敏感结构大多采用平膜结构，对平膜来说，在膜的边缘附近时，膜片所受径向应力比周向应力大。在压力不高的情况下，且传感器尺寸较小，采用平膜片时，为提高传感器的灵敏度需要减小感应膜片的厚度，这样可能会引起大挠度现象的出现，严重影响传感器的线性度。

发明内容：

本发明就是为克服现有技术中的不足，提供一种岛膜结构硅压阻传感器装置。

本申请提供以下技术方案：一种岛膜结构硅压阻传感器装置，包括衬底，在衬底上设有压力敏感层，其特征在于：在衬底上设有第一槽体，在压力敏感层底部设有与第一槽体连通的第二槽体，在第二槽体内设有向下伸出的岛状结构，在压力敏感层上设有氧化层，在压力敏感层上设有一组向上穿透氧化层的盲孔，在每个盲孔内均设有一个压敏电阻，在氧化层均布有一组焊盘，在氧化层上设有连通铝焊盘和压敏电阻的引线。

在上述技术方案的基础上，还可以有以下进一步的技术方案：

所述的岛状结构位于第二槽体的中心处，使得第二槽体成环槽状结构。

所述盲孔位于第二槽体槽壁和槽底折角的背面。

所述的一组盲孔为四个，成直线状排列。

所述的每个焊盘通过引线与两个压敏电阻连通。

发明优点：

本发明基于小尺寸敏感层和E型岛膜结构结合，很好的兼顾芯片高灵敏度和线性度性能，实现传感器对敏感芯片小尺寸、高灵敏度,高精度、高可靠的要求。

在不减小膜片厚度的情况下，在膜片中间留一块硅岛，这样，应力就会集中在膜片较薄的位置（第二槽体槽壁和槽底折角处），这样既可保持较高的灵敏度，也可获得很好的线性度，而且通过控制工艺尺寸，还可以进行过载保护，即对硅岛的厚度进行控制，可以在硅岛的顶端接触到衬底时，卡住膜片位置，防止出现高载荷下，造成的传感器敏感元件损坏的情况。

附图说明：

图1是本发明的上表面的示意图；

图2本发明的结构示意图。

具体实施方式：

如图1和2所述，一种岛膜结构硅压阻传感器装置，包括方形硅片的衬底1，在衬底1，在衬底1上表面上向下设有第一槽体3。在衬底1键合有压力敏感层2，所述压力敏感层2也为方形硅片，大小与衬底1对应。

在压力敏感层2下表面上设有开口向下并且开口端与第一槽体3连通的第二槽体4。从而在压力敏感层2和衬底1内部形成一个具有气密性的空腔。在第二槽体4槽底的底部的中心处向下伸出一个四面相同的梯形立方体，形成一个凸出第二槽体4槽底面的岛状结构5。使得第二槽体4成环槽状结构。

在压力敏感层2上表面上覆盖有氧化层6，在压力敏感层2上设有一组开口端向上穿透氧化层6的方形的盲孔7，所述的一组盲孔7为从左到右依次成直线状排列的第一、二、三、四盲孔。第一盲孔的中线与第二槽体4左侧槽壁与槽底的折角线在同一竖直平面内。第二盲孔的中线与岛状结构5左侧壁与槽底的折角线在同一竖直平面内。第三盲孔的中线与岛状结构5右侧壁与槽底的折角线在同一竖直平面内。第四盲孔的中线与第二槽体4右侧槽壁与第二槽体槽底的折角线在同一竖直平面内。

在每个盲孔7内均设有一个P型的压敏电阻8。在氧化层6上还均布有一组四个铝焊盘10。每个铝焊盘10均通过铝制的引线9与两个压敏电阻8形成连通。如位于图1中左上角的铝焊盘通过引线与第一、三盲孔内的压敏电8形成连通，右上角的铝焊盘通过引线与第三、四盲孔内的压敏电阻形成连通，左下角的铝焊盘通过引线与第一、二盲孔内的压敏电阻形成连通，右下角的铝焊盘通过引线与第二、四盲孔内的压敏电阻形成连通。

由于盲孔所在的这种特殊的位置设置使得盲孔一半处于厚度相对较薄的槽底区域，另一半位于厚度较大的槽壁以及岛状结构区域，使得压敏电阻8均位于应力明显集中于槽底及岛状结构5边缘中心位置。这样的结构使得本装置测量时，除了感应测量应力，隔离外界其他应力。同时将岛状结构在应力的作用下随后下行与第一槽体3的槽底接触后，卡住第二槽体槽底位置避免过渡变形，防止出现高载荷下，造成的传感器敏感元件损坏的情况。

Claims

1.一种岛膜结构硅压阻传感器装置，包括衬底（1），在衬底（1）上设有压力敏感层（2），其特征在于：在衬底（1）上设有第一槽体（3），在压力敏感层（2）底部设有与第一槽体（3）连通的第二槽体（4），在第二槽体（4）内设有向下伸出的岛状结构（5），在压力敏感层（2）上设有氧化层（6），在压力敏感层（2）上设有一组向上穿透氧化层（6）的盲孔（7），在每个盲孔（7）内均设有一个压敏电阻（8），在氧化层（6）均布有一组焊盘（10），在氧化层（6）上设有连通铝焊盘（10）和压敏电阻（8）的引线（9）。

2.根据权利要求1中所述的一种岛膜结构硅压阻传感器装置，其特征在于：所述的岛状结构（5）位于第二槽体（4）的中心处，使得第二槽体（4）成环槽状结构。

3.根据权利要求2中所述的一种岛膜结构硅压阻传感器装置，其特征在于：所述盲孔（7）位于第二槽体（4）槽壁和槽底折角的背面。

4.根据权利要求3中所述的一种岛膜结构硅压阻传感器装置，其特征在于：所述的一组盲孔（7）为四个成直线状排列。

5.根据权利要求2中所述的一种岛膜结构硅压阻传感器装置，其特征在于：所述的每个焊盘（10）通过引线（9）与两个压敏电阻（8）连通。