CN105136379A - 一种动态压力传感芯片 - Google Patents

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史鑫
王伟
吴亚林
徐兴烨
曹永海
王世宁
桂永雷
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Abstract

一种动态压力传感芯片，属于动压传感器技术领域，本发明的目的是通过采用带流体孔道的硅片或SOI片与玻璃基片静电键合或采用硅片或SOI片与带流体孔道的玻璃基片静电键合的方式制作动压传感芯片，实现压阻式、光学式动态压力信号检测。它包括压力敏感芯片(1)和玻璃基片(2)，压力敏感芯片(1)的键合面静电密封粘接在玻璃基片(2)的键合面上；在压力敏感芯片(1)与玻璃基片(2)的连接位置处，压力敏感芯片(1)键合面的四面或玻璃基片(2)键合面的四面对称均布开有微型流体孔道(3)。该动压传感芯片可实现压阻原理、光学原理的动态压力信号检测，并可适应高温、强电磁干扰等环境的使用。

Description

一种动态压力传感芯片
技术领域
本发明属于动压传感器技术领域，具体涉及一种压力传感芯片。
背景技术
动态压力的测量对于计算导弹发射速度、监测压力装置疲劳程度或强噪声的幅值等具有重要意义。在某些应用场所，要求进行动态压力传感器具有耐高温、抗强电磁、良好的动态特性。对于动态压力检测目前主要有三类传感器：即压电式、电容式和硅压阻式。其中压电式工作温度高，最高温度为260℃，但体积大，加速度效应大；电容式应用电路复杂，成本较高，且一般耐受的工作温度不高；硅压阻式具有体积小、性能稳定、抗振动及冲击、工作温度范围优于驻极体传声器等特点，但当温度超过125℃时，由于应变电阻与衬底间的p-n结漏电加剧，并且本证激发导致p-n结失效等因素致使传感器不能满足实际应用需要。因此目前动态压力传感器在测量领域存在工作温度不覆盖、测量范围不满足实际需要等问题。为了克服上述不足，本发明提供一种动态压力传感芯片，具有体积小、功耗低、频率响应好等特点，为恶劣环境下动态压力检测领域提供了有效的技术手段。
发明内容
本发明的目的是通过采用带流体孔道的硅片或SOI片与玻璃基片静电键合或采用硅片或SOI片与带流体孔道的玻璃基片静电键合的方式制作动压传感芯片，实现压阻式、光学式动态压力信号检测，从而提供一种动态压力传感芯片。
一种动态压力传感芯片，由压力敏感芯片1和玻璃基片2构成，压力敏感芯片1倒置与玻璃基片2静电密封粘接在一起。其中压力敏感芯片1材料选用硅片或采用注氧隔离技术制成的耐高温SOI片，压力敏感芯片1采用平膜或梁膜压阻结构或具有光学镜面的平膜、波纹膜结构，利用压阻式或光学式检测原理实现动压信号敏感测量。利用微加工技术在压力敏感芯片1和玻璃基片2的连接界面至少一侧表面，四面对称均布有微型流体孔道3，流体孔道3的结构采用直线孔或曲线孔结构。玻璃基片2键合表面中间区域通过湿法腐蚀工艺制作凹槽4，在玻璃基片键合面的对面或侧面制作光纤安装插孔5，用于安装光纤6或带楔形端头的光纤8，环氧树脂胶7密封粘接在光纤6与玻璃基片2或带楔形端头的光纤8与玻璃基片2的连接部位，配合具有光学镜面的平膜或、波纹膜芯片完成动态压力信号的光学式检测。
本发明获得的有益效果：1、针对高温环境下动态压力检测问题，提出将SOI材料应用于动态压力检测技术中，解决了传统硅压阻式由于本征激发导致p-n结失效的问题。采用SOI技术进行动态压力检测，使动态压力传感器在高温等恶劣环境下仍具备优良的性能，并且具有体积小、功耗低等特点。
2、本发明可通过两种光纤安装方式实现用光学方法检测动态压力信号。
3、压力芯片采用背面感压封装结构，在未采用其他隔离封装的条件下可直接与被测介质接触，即保证了动态特性，又避免膜片正面图形因接触被测介质而造成污染。
附图说明
图1是利用压阻检测原理带流体孔道的压力芯片与玻璃基片键合的动态压力传感芯片结构示意图；
图2是利用压阻检测原理带流体孔道的玻璃基片与压力芯片键合的动态压力传感芯片结构图；
图3是利用光学检测原理带流体孔道的压力芯片与玻璃基片键合且在键合面对面设置光纤的动态压力传感芯片结构示意图。
图4是利用光学检测原理带流体孔道的玻璃基片与压力芯片键合且在键合面对面设置光纤的动态压力传感芯片结构示意图；
图5是具有直线气体孔道3-1的压力芯片或玻璃基片结构示意图。
图6是具有曲线气体孔道3-2的压力芯片或玻璃基片结构示意图。
图7是利用光学检测原理带流体孔道的压力芯片与玻璃基片键合且在键合面侧面设置带楔形端头的光纤的动态压力传感芯片结构示意图。
图8是利用光学检测原理带流体孔道的玻璃基片与压力芯片键合且在键合面侧面设置带楔形端头的光纤的动态压力传感芯片结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1至图8说明以下具体实施方式，它包括压力敏感芯片1和玻璃基片2，压力敏感芯片1的键合面静电密封粘接在玻璃基片2的键合面上；在压力敏感芯片1与玻璃基片2的连接位置处，压力敏感芯片1键合面的四面或玻璃基片2键合面的四面对称均布开有微型流体孔道3。
具体实施方式二、本具体实施方式与具体实施方式一所述的一种动态压力传感芯片的区别在于，压力敏感芯片1的材质为硅片或注氧隔离技术制成的耐高温SOI片。
具体实施方式三、本具体实施方式与具体实施方式一或二所述的一种动态压力传感芯片的区别在于，压力敏感芯片1采用平膜或梁膜压阻结构或具有光学镜面的平膜或波纹膜结构。
具体实施方式四、本具体实施方式与具体实施方式一、二或三所述的一种动态压力传感芯片的区别在于，压力芯片1键合表面的四个边线至中心图形区域之间利用湿法腐蚀工艺制作流体孔道3，用于连接外界流体环境。
具体实施方式五、本具体实施方式与具体实施方式一、二、三或四所述的一种动态压力传感芯片的区别在于，玻璃基片2键合表面中间区域通过湿法腐蚀工艺制作凹槽4，并在凹槽4的四个边线至玻璃基片边缘之间利用飞秒加工工艺制作流体孔道3，用于连接外界气压环境。
具体实施方式六、本具体实施方式与具体实施方式一、二、三、四或五所述的一种动态压力传感芯片的区别在于，流体孔道3的结构采用直线孔3-1结构。
具体实施方式七、本具体实施方式与具体实施方式一、二、三、四或五所述的一种动态压力传感芯片的区别在于，流体孔道3的结构采用曲线孔3-2结构。
具体实施方式八、本具体实施方式与具体实施方式一、二、三、四、五、六或七所述的一种动态压力传感芯片的区别在于，在玻璃基片键合面的对面制作光纤安装插孔5，用于安装光纤6，环氧树脂胶7密封粘接在光纤6与玻璃基片2的连接部位，配合具有光学镜面的平膜或波纹膜芯片完成动态压力信号的光学式检测。
具体实施方式九、本具体实施方式与具体实施方式一、二、三、四、五、六或七所述的一种动态压力传感芯片的区别在于，在玻璃基片键合面的侧面制作光纤安装插孔5，用于安装带楔形端头的光纤8，环氧树脂胶7密封粘接在带楔形端头的光纤8与玻璃基片2的连接部位，配合具有光学镜面的平膜或波纹膜芯片完成动态压力信号的光学式检测。
压力敏感芯片1采用背面感压形式，通过静电键合的方法与玻璃基片密封粘接在一起。这种背面感压封装结构即保证了动态特性，又避免膜片正面图形因直接接触被测介质而造成污染，该种结构可实现对高温环境、强电磁环境下动态压力的检测。

Claims (9)

1.一种动态压力传感芯片，其特征是：它包括压力敏感芯片（1）和玻璃基片（2），压力敏感芯片（1）的键合面静电密封粘接在玻璃基片（2）的键合面上；在压力敏感芯片（1）与玻璃基片（2）的连接位置处，压力敏感芯片（1）键合面的四面或玻璃基片（2）键合面的四面对称均布开有微型流体孔道（3）。
2.根据权利要求1所述的一种动态压力传感芯片，其特征在于压力敏感芯片（1）的材质为硅片或注氧隔离技术制成的耐高温SOI片。
3.根据权利要求1或2所述的一种动态压力传感芯片，其特征在于压力敏感芯片（1）采用平膜或梁膜压阻结构或具有光学镜面的平膜或波纹膜结构。
4.根据权利要求3所述的一种动态压力传感芯片，其特征在于压力芯片（1）键合表面的四个边线至中心图形区域之间利用湿法腐蚀工艺制作流体孔道（3），用于连接外界流体环境。
5.根据权利要求4所述的一种动态压力传感芯片，其特征在于玻璃基片（2）键合表面中间区域通过湿法腐蚀工艺制作凹槽（4），并在凹槽（4）的四个边线至玻璃基片边缘之间利用飞秒加工工艺制作流体孔道（3），用于连接外界气压环境。
6.根据权利要求1、2或5所述的一种动态压力传感芯片，其特征在于流体孔道（3）的结构采用直线孔（3-1）结构。
7.根据权利要求1、2或5所述的一种动态压力传感芯片，其特征在于流体孔道（3）的结构采用曲线孔（3-2）结构。
8.根据权利要求1、2或5所述的一种动态压力传感芯片，其特征在于在玻璃基片键合面的对面制作光纤安装插孔（5），用于安装光纤（6），环氧树脂胶（7）密封粘接在光纤（6）与玻璃基片（2）的连接部位。
9.根据权利要求1、2或5所述的一种动态压力传感芯片，其特征在于在玻璃基片键合面的侧面制作光纤安装插孔（5），用于安装带楔形端头的光纤（8），环氧树脂胶（7）密封粘接在带楔形端头的光纤（8）与玻璃基片（2）的连接部位。
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