CN1189727C - 一种梁膜分体结构谐振梁压力传感器 - Google Patents
一种梁膜分体结构谐振梁压力传感器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1189727C CN1189727C CNB021444471A CN02144447A CN1189727C CN 1189727 C CN1189727 C CN 1189727C CN B021444471 A CNB021444471 A CN B021444471A CN 02144447 A CN02144447 A CN 02144447A CN 1189727 C CN1189727 C CN 1189727C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pressure
- pressure sensor
- resonance
- silicon
- split structure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
一种梁膜分体结构谐振梁压力传感器，由上下两硅片组成。上硅片制作谐振梁，下硅片制作压力膜。两硅片键合成一个整体，压力膜感受到的外加压力传递到谐振梁上，改变梁的轴向机械应力，从而影响梁的固有谐振频率，通过检测谐振频率的变化实现压力测量。本发明采用半岛结构谐振梁，制作简单并有效提高压力检测灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及一种通过检测梁的机械谐振频率的变化来测量压力的谐振式压力传感器。
背景技术
对于微谐振式压力传感器，外加待测压力并不直接作用于谐振器，而是通过压力膜间接改变谐振器的刚度，从而改变谐振频率，属于二次敏感原理。其优点在于，第一，谐振器与待测介质隔离，其振动不受介质影响，同时谐振器可以保持在较高的真空中，有利于获得较高的品质因素Q值；第二，大大增加了压力灵敏度，这是因为四周固支薄膜具有应力放大作用，放大倍数正比于薄膜尺寸与厚度之比的平方。
传统的梁膜分体结构，比如斯伦贝格工业公司航空航天传感器分公司研制的硅谐振梁式压力传感器，其结构示意图如图2所示。先在N型衬底硅片21上腐蚀一个浅槽24，扩散出P型电极，再与另一个N型硅片键合，键合面是25，然后减薄抛光第二个硅片22至6μm，制作压敏电阻(离子注入)、电极及硅梁23，从第一个硅片背面腐蚀压力感压膜片26。该方法的缺点是需要先键合后减薄，在减薄第二个硅片时，厚度要控制到几微米量级，整个工艺复杂，要求较高，影响器件成品率。如果采用先在一个硅片32上制作出谐振梁33再与另外一个压力膜硅片31键合的方式，即后键合方式，如图3所示，为另一种传统梁膜分体结构谐振式压力传感器，由于存在一个深槽34，压力膜36的有效厚度增加，灵敏度降低，要提高压力灵敏度，就要求上硅片32的厚度要尽可能薄，但是减薄硅片增加了难度，而且硅片太薄，容易破碎，还影响键合。
发明内容
本发明的目的是提供一种梁膜分体结构谐振式压力传感器，既简化工艺，降低工艺难度，又能保证有较高的压力灵敏度。
为实现上述目的，本发明的技术方案是提出一种梁膜分体结构谐振梁压力传感器，由上硅片和下硅片键合而成；其上硅片包括谐振梁、两个半岛及框架，两个半岛位于框架的中线上，置于框架内侧，每个半岛的一端与框架固连成一体，另一端相对悬空，谐振梁两端固连于两个半岛的相对端；下硅片包括片形压力膜，压力膜置于下硅片中央部位，且连接于下硅片的口形边框上，边框的厚度为压力膜厚度的数倍。
所述的梁膜分体结构谐振梁压力传感器，其半岛是长方体形，宽度是谐振梁宽的3倍以上，厚度与上硅片厚度相同。
所述的梁膜分体结构谐振梁压力传感器，其上硅片不需任何减薄处理，厚度没有限制。
所述的梁膜分体结构谐振梁压力传感器，其谐振梁材料是单晶硅、多晶硅、二氧化硅及氮化硅中的一种或它们的复合膜。
所述的梁膜分体结构谐振梁压力传感器，其谐振梁采用电热或光热激励方式，拾振采用压阻方式。
热激励包括电热激励和光热激励，它们在方法上有很大差别，但激励原理是一样的，都是通过热的扩散导致谐振梁(或膜)的变形和振动。电热激励是在梁上制作加热电阻，其上施加交变电压，使梁产生交变的温度应力，驱动梁振动；光热激励是利用梁上的光吸收材料将光能转化为热能来实现激振。当振动频率与梁的固有谐振频率一致时，梁发生谐振，振幅达到最大。
拾振就是通过敏感元件检测梁的振动。压阻拾振是利用压阻材料的电阻率受其所受应力调制的压阻特性，在梁上制作压敏电阻，当梁振动时，该压敏电阻感受的应力会周期性变化，应力大小与梁的振幅成正比，测量压敏电阻的变化即可检测梁的振动。
本发明使得压力传感器的制作变得容易，首先分别制作谐振梁及压力膜，包含谐振梁的硅片无需减薄，然后梁片与膜硅片直接键合即可。对提高成品率，降低成本，实现批量生产有重要的意义。有限元模拟分析及实验结果证实采用半岛结构大大提高压力灵敏度。
附图说明
图1是本发明一种梁膜分体结构谐振式压力传感器结构示意图；
图2是传统梁膜分体结构谐振式压力传感器横截面图；
图3是另一种传统梁膜分体结构谐振式压力传感器横截面图。
具体实施方式
请参阅图1，本发明提出的一种梁膜分体结构谐振式压力传感器，为半岛结构谐振式压力传感器，由上硅片11和下硅片12键合而成；上硅片11包括谐振梁13、两个半岛14及矩形框架15，两个半岛14位于矩形框架15的纵向中线上，置于矩形框架15内侧，每个半岛14的一端与矩形框架15固连成一体，另一端相对悬空，谐振梁13两端仅由两个半岛14的相对端支撑：谐振梁13两端固连于两个半岛14的相对端；下硅片12包括矩形压力膜16，压力膜16置于下硅片12中央部位，且连接于下硅片12的口形边框17上，边框17的厚度为压力膜16厚度的数倍。
由于两硅片11和12键合成一个整体，压力膜16感受到的外加压力传递到谐振梁13上，改变谐振梁13的轴向机械应力，从而影响谐振梁13的固有谐振频率，通过检测谐振梁13谐振频率的变化实现压力测量。
梁膜分体结构谐振梁压力传感器，其谐振梁采用电热或光热激励方式，拾振采用压阻方式。
Claims (5)
1.一种梁膜分体结构谐振梁压力传感器，由上硅片和下硅片键合而成；其特征在于上硅片包括谐振梁、两个半岛及框架，两个半岛位于框架的中线上，置于框架内侧，每个半岛的一端与框架固连成一体，另一端相对悬空，谐振梁两端固连于两个半岛的相对端；下硅片包括片形压力膜，压力膜置于下硅片中央部位，且连接于下硅片的口形边框上，边框的厚度为压力膜厚度的数倍。
2.如权利要求1所述的梁膜分体结构谐振梁压力传感器，其特征在于所述的半岛是长方体形，宽度是谐振梁宽的3倍以上，厚度与上硅片厚度相同。
3.如权利要求1所述的梁膜分体结构谐振梁压力传感器，其特征在于所述的上硅片不需任何减薄处理，厚度没有限制。
4.如权利要求1所述的梁膜分体结构谐振梁压力传感器，其特征在于所述的谐振梁材料是单晶硅、多晶硅、二氧化硅及氮化硅中的一种或它们的复合膜。
5.如权利要求1-4所述的梁膜分体结构谐振梁压力传感器，其特征在于所述的谐振梁采用电热或光热激励方式，拾振采用压阻方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB021444471A CN1189727C (zh) | 2002-09-28 | 2002-09-28 | 一种梁膜分体结构谐振梁压力传感器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB021444471A CN1189727C (zh) | 2002-09-28 | 2002-09-28 | 一种梁膜分体结构谐振梁压力传感器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1485600A CN1485600A (zh) | 2004-03-31 |
| CN1189727C true CN1189727C (zh) | 2005-02-16 |
Family
ID=34148487
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB021444471A Expired - Fee Related CN1189727C (zh) | 2002-09-28 | 2002-09-28 | 一种梁膜分体结构谐振梁压力传感器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1189727C (zh) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7490519B2 (en) * | 2005-09-30 | 2009-02-17 | General Electric Company | System and method for sensing differential pressure |
| CN102809450B (zh) * | 2012-08-09 | 2014-08-27 | 厦门大学 | 一种硅微谐振式压力传感器及其制作方法 |
| CN103105248B (zh) * | 2013-01-16 | 2015-04-15 | 西安交通大学 | 一种硅基双岛结构石英梁谐振式微压力传感器 |
| CN106323155B (zh) * | 2015-07-06 | 2019-08-27 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 耦合谐振的谐振式应变传感器 |
| JP6919964B2 (ja) * | 2018-01-29 | 2021-08-18 | ミネベアミツミ株式会社 | センサチップ及び力覚センサ装置 |
| CN109883602B (zh) * | 2019-03-13 | 2020-11-06 | 中国电子科技集团公司第四十九研究所 | 一种基于soi的自补偿硅微谐振式压力敏感芯片 |
| CN110361116B (zh) * | 2019-08-14 | 2020-11-20 | 合肥工业大学 | 一种四压力膜结构差动型石英梁谐振压力传感器 |
-
2002
- 2002-09-28 CN CNB021444471A patent/CN1189727C/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1485600A (zh) | 2004-03-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4322980A (en) | Semiconductor pressure sensor having plural pressure sensitive diaphragms and method | |
| CN1238701C (zh) | 压力传感器 | |
| US3697918A (en) | Silicon diaphragm pressure sensor having improved configuration of integral strain gage elements | |
| US6988412B1 (en) | Piezoresistive strain concentrator | |
| CN103900753B (zh) | 一种基于soi工艺的高精度硅微谐振式气压传感器 | |
| US20050166667A1 (en) | Rheometer for rapidly measuring small quantity samples | |
| CN1189727C (zh) | 一种梁膜分体结构谐振梁压力传感器 | |
| US4712082A (en) | Pressure sensor | |
| CN109786422A (zh) | 压电激振受拉式硅微谐振压力传感器芯片及其制备方法 | |
| CN101718667A (zh) | 基于微机电系统技术的密度传感器芯片及其制备方法 | |
| CN107796868B (zh) | 一种基于同步共振的流体中微量物质检测装置及方法 | |
| CN101738280A (zh) | Mems压力传感器及其制作方法 | |
| CN102177654B (zh) | 振荡器器件 | |
| CN102374909A (zh) | 基于微机械的电磁激励谐振式压力传感器 | |
| CN101738355A (zh) | 基于微机电系统技术的粘度传感器芯片及其制备方法 | |
| CN110567573A (zh) | 高灵敏度输出压电振动传感器被测激振力信号的方法 | |
| CN104237560A (zh) | 一种具有低横向效应的加速度传感器芯片及其制作方法 | |
| CN1156680C (zh) | 以SiNx为梁的微结构谐振梁压力传感器制造方法 | |
| CN109883581B (zh) | 一种悬臂梁式差动谐振压力传感器芯片 | |
| CN207585802U (zh) | 一种基于soi和压电薄膜的声表面波高温压力传感器芯片 | |
| CN107328730A (zh) | 全集成式红外气体传感器及其工作方法 | |
| Tukkiniemi et al. | Fully integrated FBAR sensor matrix for mass detection | |
| FR2664979A1 (fr) | Micro-capteur de pression. | |
| CN1401979A (zh) | 新型全SiNx微结构谐振梁压力传感器 | |
| CN109883580B (zh) | 一种全石英差动式谐振压力传感器芯片 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C19 | Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |