專利名稱：一種梁膜分體結(jié)構(gòu)諧振梁壓力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過(guò)檢測(cè)梁的機(jī)械諧振頻率的變化來(lái)測(cè)量壓力的諧振式壓力傳感器。
背景技術(shù)：
對(duì)于微諧振式壓力傳感器，外加待測(cè)壓力并不直接作用于諧振器，而是通過(guò)壓力膜間接改變諧振器的剛度，從而改變諧振頻率，屬于二次敏感原理。其優(yōu)點(diǎn)在于，第一，諧振器與待測(cè)介質(zhì)隔離，其振動(dòng)不受介質(zhì)影響，同時(shí)諧振器可以保持在較高的真空中，有利于獲得較高的品質(zhì)因素Q值；第二，大大增加了壓力靈敏度，這是因?yàn)樗闹芄讨П∧ぞ哂袘?yīng)力放大作用，放大倍數(shù)正比于薄膜尺寸與厚度之比的平方。
傳統(tǒng)的梁膜分體結(jié)構(gòu)，比如斯倫貝格工業(yè)公司航空航天傳感器分公司研制的硅諧振梁式壓力傳感器，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。先在N型襯底硅片21上腐蝕一個(gè)淺槽24，擴(kuò)散出P型電極，再與另一個(gè)N型硅片鍵合，鍵合面是25，然后減薄拋光第二個(gè)硅片22至6μm，制作壓敏電阻(離子注入)、電極及硅梁23，從第一個(gè)硅片背面腐蝕壓力感壓膜片26。該方法的缺點(diǎn)是需要先鍵合后減薄，在減薄第二個(gè)硅片時(shí)，厚度要控制到幾微米量級(jí)，整個(gè)工藝復(fù)雜，要求較高，影響器件成品率。如果采用先在一個(gè)硅片32上制作出諧振梁33再與另外一個(gè)壓力膜硅片31鍵合的方式，即后鍵合方式，如圖3所示，為另一種傳統(tǒng)梁膜分體結(jié)構(gòu)諧振式壓力傳感器，由于存在一個(gè)深槽34，壓力膜36的有效厚度增加，靈敏度降低，要提高壓力靈敏度，就要求上硅片32的厚度要盡可能薄，但是減薄硅片增加了難度，而且硅片太薄，容易破碎，還影響鍵合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種梁膜分體結(jié)構(gòu)諧振式壓力傳感器，既簡(jiǎn)化工藝，降低工藝難度，又能保證有較高的壓力靈敏度。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提出一種梁膜分體結(jié)構(gòu)諧振梁壓力傳感器，由上硅片和下硅片鍵合而成；上硅片包括諧振梁、半島及矩形框架，下硅片包括矩形壓力膜，其諧振梁僅由兩個(gè)半島結(jié)構(gòu)支撐。
所述的梁膜分體結(jié)構(gòu)諧振梁壓力傳感器，其半島是長(zhǎng)方體形，寬度是梁寬的3倍以上，厚度與上硅片厚度相同。
所述的梁膜分體結(jié)構(gòu)諧振梁壓力傳感器，其上硅片不需任何減薄處理，厚度沒(méi)有限制。
所述的梁膜分體結(jié)構(gòu)諧振梁壓力傳感器，其諧振梁材料可以是單晶硅、多晶硅、二氧化硅及氮化硅或它們的復(fù)合膜等。
所述的梁膜分體結(jié)構(gòu)諧振梁壓力傳感器，其諧振梁采用電熱或光熱激勵(lì)方式、拾振采用壓阻方式。
熱激勵(lì)包括電熱激勵(lì)和光熱激勵(lì)，它們?cè)诜椒ㄉ嫌泻艽蟛顒e，但激勵(lì)原理是一樣的，都是通過(guò)熱的擴(kuò)散導(dǎo)致諧振梁(或膜)的變形和振動(dòng)。電熱激勵(lì)是在梁上制作加熱電阻，其上施加交變電壓，使梁產(chǎn)生交變的溫度應(yīng)力，驅(qū)動(dòng)梁振動(dòng)；光熱激勵(lì)是利用梁上的光吸收材料將光能轉(zhuǎn)化為熱能來(lái)實(shí)現(xiàn)激振。當(dāng)振動(dòng)頻率與梁的固有諧振頻率一致時(shí)，梁發(fā)生諧振，振幅達(dá)到最大。
拾振就是通過(guò)敏感元件檢測(cè)梁的振動(dòng)。壓阻拾振是利用壓阻材料的電阻率受其所受應(yīng)力調(diào)制的壓阻特性，在梁上制作壓敏電阻，當(dāng)梁振動(dòng)時(shí)，該壓敏電阻感受的應(yīng)力會(huì)周期性變化，應(yīng)力大小與梁的振幅成正比，測(cè)量壓敏電阻的變化即可檢測(cè)梁的振動(dòng)。
本發(fā)明使得壓力傳感器的制作變得容易，首先分別制作諧振梁及壓力膜，包含諧振梁的硅片無(wú)需減薄，然后梁片與膜硅片直接鍵合即可。對(duì)提高成品率，降低成本，實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)有重要的意義。有限元模擬分析及實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)采用半島結(jié)構(gòu)大大提高壓力靈敏度。


圖1是本發(fā)明一種梁膜分體結(jié)構(gòu)諧振式壓力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是傳統(tǒng)梁膜分體結(jié)構(gòu)諧振式壓力傳感器橫截面圖；圖3是另一種傳統(tǒng)梁膜分體結(jié)構(gòu)諧振式壓力傳感器橫截面圖。
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明提出的一種梁膜分體結(jié)構(gòu)諧振式壓力傳感器，為半島結(jié)構(gòu)諧振式壓力傳感器，由上硅片11和下硅片12鍵合而成；上硅片11包括諧振梁13、半島14及矩形框架15，半島14位于矩形框架15的縱向中線上，諧振梁13兩端僅由兩個(gè)半島結(jié)構(gòu)14的相向端支撐；下硅片12包括矩形壓力膜16，壓力膜16置于下硅片12中央部位，且連接于下硅片12的口形邊框17上，邊框17的厚度為壓力膜16厚度的數(shù)倍。
由于兩硅片11和12鍵合成一個(gè)整體，壓力膜16感受到的外加壓力傳遞到諧振梁13上，改變諧振梁13的軸向機(jī)械應(yīng)力，從而影響諧振梁13的固有諧振頻率，通過(guò)檢測(cè)諧振梁13諧振頻率的變化實(shí)現(xiàn)壓力測(cè)量。
梁膜分體結(jié)構(gòu)諧振梁壓力傳感器，其諧振梁采用電熱或光熱激勵(lì)方式、拾振采用壓阻方式。
權(quán)利要求
1.一種梁膜分體結(jié)構(gòu)諧振梁壓力傳感器，由上硅片和下硅片鍵合而成；上硅片包括諧振梁、半島及矩形框架，下硅片包括矩形壓力膜，其特征在于諧振梁僅由兩個(gè)半島結(jié)構(gòu)支撐。
2.如權(quán)利要求1所述的梁膜分體結(jié)構(gòu)諧振梁壓力傳感器，其特征在于所述的半島是長(zhǎng)方體形，寬度是梁寬的3倍以上，厚度與上硅片厚度相同。
3.如權(quán)利要求1所述的梁膜分體結(jié)構(gòu)諧振梁壓力傳感器，其特征在于所述的上硅片不需任何減薄處理，厚度沒(méi)有限制。
4.如權(quán)利要求1所述的梁膜分體結(jié)構(gòu)諧振梁壓力傳感器，其特征在于所述的諧振梁材料可以是單晶硅、多晶硅、二氧化硅及氮化硅或它們的復(fù)合膜等。
5.如權(quán)利要求1-4所述的梁膜分體結(jié)構(gòu)諧振梁壓力傳感器，其特征在于所述的諧振梁采用電熱或光熱激勵(lì)方式、拾振采用壓阻方式。
全文摘要
一種梁膜分體結(jié)構(gòu)諧振梁壓力傳感器，由上下兩硅片組成。上硅片制作諧振梁，下硅片制作壓力膜。兩硅片鍵合成一個(gè)整體，壓力膜感受到的外加壓力傳遞到諧振梁上，改變梁的軸向機(jī)械應(yīng)力，從而影響梁的固有諧振頻率，通過(guò)檢測(cè)諧振頻率的變化實(shí)現(xiàn)壓力測(cè)量。本發(fā)明采用半島結(jié)構(gòu)諧振梁，制作簡(jiǎn)單并有效提高壓力檢測(cè)靈敏度。
文檔編號(hào)G01L1/10GK1485600SQ0214444
公開(kāi)日2004年3月31日 申請(qǐng)日期2002年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月28日
發(fā)明者陳德勇, 崔大付 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所