CN220366937U - 一种气压传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种气压传感器，该传感器中芯片自带加热功能，能够实现自测温漂系数，不仅降低了测试成本，而且提高了测试效率，设备更简单。一种气压传感器包括MEMS芯片；所述MEMS芯片包括：衬底，以及设置在衬底上的机械感应膜层，以及设置在所述机械感应膜层上的力电变化电路层、加热电路层和感温电路层；其中，所述衬底内设有空腔。

Description

一种气压传感器

技术领域

本申请涉及传感器领域，具体涉及一种气压传感器。

背景技术

气压传感器是一种用来测量环境气压的器件，目前已广泛应用在消费电子终端中。温漂系数(TCO:Temperature Coefficients Offset)是衡量气压计的一项关键参数，它表征了产品在温度变化的条件下对气压测量输出的影响程度。目前对器件进行TCO测试的普遍方法主要有两个；第一种是将产品置于不同的温度腔体内，读取产品在不同温度下的输出，计算TCO；第二种是将产品置于可变温的腔体内，改变腔体温度，读取产品输出并计算TCO。

如上两种方法虽然可以进行TCO测量，但测试成本/时间均较高，都要借助外部设备。

实用新型内容

本实用新型提供一种气压传感器，该传感器自带加热功能，能够实现自测温漂系数，不仅降低了测试成本，而且提高了测试效率，设备更简单。

为了实现以上目的，本实用新型提供了以下技术方案。

一种气压传感器，包括MEMS芯片；

所述MEMS芯片包括：衬底，以及设置在衬底上的机械感应膜层，以及设置在所述机械感应膜层上的力电变化电路层、加热电路层和感温电路层；其中，所述衬底内设有空腔。

该气压传感器在MEMS芯片包括气压检测和可控加热两个功能模块。其中，衬底空腔、机械感应膜层和力电变化电路层的组件可以实现气压检测功能，加热电路层和感温电路层可以实现加热并且温度可控的功能。通过以上两个模块气压传感器的自加热功能，读取芯片在不同温度下的气压输出，即可测试温漂系数。这种结构的传感器利用自带加热功能降低了测试成本，方便快捷的特性提高了测试效率，而且无需外部设备。

可见，与现有技术相比，本气压传感器的MEMS芯片功能更丰富，其TCO测量效率高、准确度高。

在此基础上，气压传感器中各元件的结构和材料还可以进一步改进，例如下文所述。

优选地，力电变化电路层、加热电路层和感温电路层为同步成型。

优选地，

所述加热电路层选用以下材料中的至少一种：铂丝、铜丝、镍丝、铁丝、和铑铁合金丝。

优选地，所述MEMS芯片外周套设有保温层。

优选地，所述保温层与所述MEMS芯片可拆卸连接。

优选地，所述保温层为聚氨酯保温层。

所述力电变化电路层、所述加热电路层和所述感温电路层三者之间存在间隙，所述间隙填充有绝缘层，以避免互相干扰。

优选地，所述绝缘层为氧化硅绝缘层。

优选地，还包括基板和外壳，所述MEMS芯片设置于所述基板上表面，所述外壳罩设所述MEMS芯片并安装于所述基板上，所述外壳上设有透气孔。

与现有技术相比，本实用新型达到了以下技术效果：

利用加热电路层和感温电路层实现MEMS芯片的自加热功能，降低了温漂系数的测试成本，方便快捷的特性提高了测试效率，而且无需外部设备。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

附图说明

通过阅读对下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在全部附图中，用相同的附图标号表示相同的部件。在附图中：

图1为本实用新型提供的气压传感器的俯视结构示意图；

图2为本实用新型提供的气压传感器的电路原理图；

图3至6为本实用新型提供的气压传感器的制备工艺各步骤得到的结构示意图。

附图标记：

1-MEMS芯片，1’-力电变化电路层，2-加热电路层，3-硅晶圆，301-腔体，4-SOI晶圆，5-机械感应膜层。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

在本申请实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

在本申请实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请实施例的描述中，术语“多个”指的是两个以上(包括两个)，同理，“多组”指的是两组以上(包括两组)，“多片”指的是两片以上(包括两片)。

在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

现有技术中气压传感器要借助外部加热装置才能测试温漂系数，这样耗时耗工，测试效率低，同时测试成本也较高。

鉴于此，本实用新型提供一种气压传感器，如图1至6所示，包括：用于检测气压的MEMS芯片1，该芯片该具有自加热的结构。具体地，MEMS芯片1包括：衬底，以及设置在衬底上的机械感应膜层，以及设置在机械感应膜层5上的力电变化电路层1’、加热电路层2和感温电路层；其中，衬底内设有空腔。

在该气压传感器中，机械感应膜层感应气压发生形变，力电变化电路层将该形变转化为电量，最后读出气压结果。而加热电路层利用自发热升高MEMS芯片1的温度，并且温度可随加热电路层2的电流变化而变化，因此，通过控制电流大小即可控制MEMS芯片1的温度，从而检测MEMS芯片1在不同温度下的气压结果，计算出温漂系数。由此，该传感器利用自带加热功能降低了测试成本，方便快捷的特性提高了测试效率，而且无需外部设备。

需要注意的是，上文所述衬底可以是两个半导体材料键合而成，也可以是一体的半导体层，通常与空腔的形成工艺相关。

在图1所示的气压传感器中，加热电路层2引出的电极与力电变化电路层1’引出的电极是各自独立的，以独立控制两个不同功能的电路，电路原理如图2所示。在图2中，R1、R2、R3、R4示意MEMS芯片1上的力电变化电路层1’的电阻，但并不限制力电变化电路层1’上实际电阻的数量和分布形式，其由V1控制；R5示意加热电路层2的电阻，其由V2控制。当然，若有必要，加热电路层2和力电变化电路层1’可以共用接地电极。

另外，利用MEMS芯片中的感温电路层(图中未示出)来读取芯片的温度，准确高效。该感温电路层可以根据实际温度与目标值的差异来调控增大或减小加热电阻2的电流。例如，当加热电阻2的电流为0时，MEMS芯片1与环境的温度一致；当加热电阻2的电流>0时，电阻开始加热，探测到的温度上升；当温度达到目标值时，保持电流恒定或者仅保持一段时间，使MEMS芯片1温度达到稳定。

可选的，如图6所示，气压传感器中的力电变化电路层1’、加热电路层2和感温电路层为同步成型。这样具有集成工艺的特点，即在制作气压传感器时，MEMS芯片上的各电路层是同步形成的，包括但不限于常见的沉积、溅射、熔融等工艺。可以改良现有气压传感器MEMS芯片的模具以匹配集成电路形状和结构，从而实现同步加工，这样也极大提高了气压传感器的制作效率。

可选的，气压传感器中的加热电路层2选自以下加热丝中的至少一种：铂丝、铜丝、镍丝、铁丝、和铑铁合金丝。这些加热丝都可以高效发热，且耐温性及其他耐候性良好。

可选的，气压传感器中的MEMS芯片1外周套设有保温层(图中未示出)。保温层可以避免热量无用扩散带来的浪费，节能减耗。

可选的，上述保温层与MEMS芯片1可拆卸连接，这样可以根据是否测试温漂系数来确定是否加设保温层，从而灵活改变气压传感器的重量和体积。

可选的，保温层为聚氨酯保温层。相比其他岩板等保温材料，聚氨酯具有质轻、形状百变等优点。

可选的，力电变化电路层1’、加热电路层2和感温电路层三者之间存在间隙，间隙填充有绝缘层。填充绝缘层可以降低短路带来的MEMS芯片损伤。

可选的，绝缘层为氧化硅绝缘层。目前气压传感器应用广泛的衬底是硅，采用氧化硅作为绝缘层更易加工，且与衬底之间的附着性更好。

可选的，本实用新型中的气压传感器可采用如下的结构，包括基板、MEMS芯片、外壳。MEMS芯片放置于基板上。外壳罩设于MEMS芯片外周且安装于基板上，外壳可开设透气孔。

可选的，本实用新型中的气压传感器可采用如图3至6的流程制成，包括以下步骤：

第一步，以硅晶圆3为例，在硅晶圆3上蚀刻形成空腔301，如图3所示。

第二步，然后将第一步处理后的硅晶圆3与SOI晶圆4键合，如图4所示。

第三步，图形化处理形成机械感应膜层5，如图5所示。

第四步，沉积导电材料，同步形成MEMS芯片上的力电变化电路层1’、加热电路层2和感温电路层，如图6所示。

最后，引出各电路的电极，封装等。

从上述工艺可看出，本实用新型与现有气压传感器的加工工艺步数相同，仅仅是在电路沉积时微小改进适应新电路。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (9)

1.一种气压传感器，其特征在于，包括MEMS芯片；

所述MEMS芯片包括：衬底，以及设置在衬底上的机械感应膜层，以及设置在所述机械感应膜层上的力电变化电路层、加热电路层和感温电路层；其中，所述衬底内设有空腔。

2.根据权利要求1所述的气压传感器，其特征在于，所述力电变化电路层、加热电路层和感温电路层为同步成型。

3.根据权利要求1或2所述的气压传感器，其特征在于，所述加热电路层选用以下材料中的至少一种：铂丝、铜丝、镍丝、铁丝、和铑铁合金丝。

4.根据权利要求1所述的气压传感器，其特征在于，所述MEMS芯片外周套设有保温层。

5.根据权利要求4所述的气压传感器，其特征在于，所述保温层与所述MEMS芯片可拆卸连接。

6.根据权利要求5所述的气压传感器，其特征在于，所述保温层为聚氨酯保温层。

7.根据权利要求1所述的气压传感器，其特征在于，所述力电变化电路层、所述加热电路层和所述感温电路层三者之间存在间隙，所述间隙填充有绝缘层。

8.根据权利要求7所述的气压传感器，其特征在于，所述绝缘层为氧化硅绝缘层。

9.根据权利要求1所述的气压传感器，其特征在于，还包括基板和外壳，所述MEMS芯片设置于所述基板上表面，所述外壳罩设所述MEMS芯片且安装于所述基板上，所述外壳上设有透气孔。