專利名稱：單片集成的硅胎壓溫度傳感器的制作方法
技術領域：
單片集成的硅胎壓溫度傳感器屬于壓力傳感器以及溫度傳感器制造領域。
背景技術：
汽車輪胎壓力監控系統是一種重要的汽車電子系統，可以有效保障行車安全、延長輪胎使用壽命、降低燃油消耗。壓力傳感器和溫度傳感器是直接式輪胎壓力監控系統的關鍵部件。輪胎內氣體壓力和溫度是相互關聯的兩個物理量，必須同時測量輪胎內部的壓力和溫度變化，來掌握輪胎的實時信息，從而保證行車安全。一般是將單獨的壓力傳感器和單獨的溫度傳感器組裝在一個電路板上，這就存在體積大、精度低、穩定性差等缺點。
而本發明則是提供一種將壓力傳感器與溫度傳感器集成在同一個芯片上的集成制作技術，從而克服原有技術的缺點。
發明內容
本發明的目的是提供一種制作簡單、單片集成的、穩定可靠的壓力溫度集成傳感器。
本發明的特征在于它是一種由做在硅膜上的由應力引起電阻阻值變化的壓力敏感元件以及做在同一個芯片厚體硅上的由溫度引起電阻阻值變化的溫度敏感元件組成的單片集成的壓力溫度集成傳感器，所述的壓力敏感元件分布在應力集中區；而溫度敏感元件分布在非應力敏感區。該集成傳感器的壓力敏感元件的輸出和壓力值直接相關；該集成傳感器的溫度敏感元件的輸出和溫度值直接相關。
圖1.單片集成的硅胎壓溫度傳感器原理圖。
圖2.溫度傳感部分電路原理圖(a)恒壓源供電；(b)恒流源供電。
圖3.壓力傳感部分電路原理圖(a)恒壓源供電；(b)恒流源供電。
圖4.單片集成的硅胎壓溫度傳感器之一(a)俯視圖；(b)剖面圖。
圖5.單片集成的硅胎壓溫度傳感器之二(a)俯視圖；(b)剖面圖。
圖6.單片集成的硅胎壓溫度傳感器的制作工藝流程圖。
具體實施例方式
本發明包括兩種敏感元件，壓力敏感元件和溫度敏感元件，其壓力傳感部分是基于電阻的壓敏效應原理，當有壓力作用時，電阻的阻值發生變化，通過檢測電阻阻值的變化，就可以測知壓力的變化。其溫度傳感部分是基于電阻的溫敏效應原理，當有溫度作用時，電阻的阻值發生變化，通過檢測電阻阻值的變化，就可以測知溫度的變化。
圖2是集成傳感器的溫度敏感部分的電路原理圖，可以采用恒壓源供電和恒流源供電兩種方式，圖2(a)為恒壓源供電方式，圖2(b)為恒流源供電方式。負載電阻阻值RL，溫度敏感電阻阻值RT，由溫度作用產生的溫敏電阻阻值變化為ΔR。在恒壓源供電方式，電橋輸出與(ΔR+RT)/(RL+RT+ΔR)成正比。在恒流源供電方式，電橋的輸出與溫敏電阻的變化量ΔR成正比。
集成傳感器的壓力敏感部分利用惠斯通電橋來檢測輸入信號，惠斯通電橋可以采用恒壓源供電和恒流源供電兩種，如圖3所示，圖3(a)為恒壓源供電方式，圖3(b)為恒流源供電方式。四個橋臂電阻阻值R，由應力作用產生的電阻阻值變化為ΔR。在恒壓源供電方式，電橋輸出與ΔR/R成正比，也就是與被測量壓力成正比，同時又與電源電壓U成正比。這就是說電橋的輸出與電源的大小與精度都有關。在恒流源供電方式，電橋的輸出與電阻的變化量ΔR成正比，即與被測量成正比，當然也與電源電流成正比，即輸出與恒流源供給的電流大小與精度有關，但是電橋的輸出與溫度無關，不受溫度影響，這個是恒流源供電的優點，恒流源供電時，一個傳感器必須配備一個恒流源，這在使用時不方便。
圖4是單片集成的硅胎壓溫度傳感器的結構圖，集成傳感器由兩層結構構成，上面是結構芯片，下面是密封蓋板。在結構芯片中間有一個方形的硅杯，四周是厚體硅，中間是硅膜片。在硅杯上有四個壓力敏感電阻R1、R2、R3、R4，它們分布在硅杯結構的應力敏感集中區，它們對由壓力產生的應力敏感。在結構芯片的厚體硅區域有一個溫度敏感電阻RT，它對由溫度敏感，對由壓力產生的應力不敏感。
圖5是本實施例的另外一種實現方式，集成傳感器由兩層結構構成，上面是結構芯片，下面是密封蓋板。在結構芯片中間有一個圓形的硅杯，四周是厚體硅，中間是硅膜片。在硅杯上有四個壓力敏感電阻R1、R2、R3、R4，它們分布在硅杯結構的應力敏感集中區，它們對由壓力產生的應力敏感。在結構芯片的厚體硅區域有一個溫度敏感電阻RT，它對由溫度敏感，對由壓力產生的應力不敏感。
圖6是單片集成的硅胎壓溫度傳感器的制作工藝流程圖，采用單晶硅注入電阻的體硅工藝。在圖6a中，采用(100)晶向的雙拋硅片，雙面生長熱氧SiO2，然后雙面淀積氮化硅Si3N4；在圖6b中，刻蝕Si3N4，漂掉窗口的SiO2；在圖6c中體硅腐蝕，制作出硅杯，硅膜的厚度約為30μm；在圖6d中，用氫氟酸去除SiO2和Si3N4，然后氧化生長一層SiO2；在圖6e中，用離子注入方法得到電阻；在圖6f中，濺射鋁；在圖6g中，光刻鋁，制備鋁引線；在圖6h中，鍵合，完成傳感器流水。
權利要求
1.單片集成的硅胎壓溫度傳感器，其特征在于該傳感器含有結構芯片、封裝蓋板、壓力敏感電阻以及溫度敏感電阻，其中，結構芯片，中間有一個硅杯，該硅杯的中央有一片硅膜，硅膜的周圍支撐的是厚體硅；壓力敏感電阻，共四個，分別位于硅膜邊界內應力敏感集中區，構成一個惠斯通電橋，形成一個壓力傳感器；溫度敏感電阻，位于周圍厚體硅非應力敏感區，形成一個溫度傳感器；密封蓋板，連接在結構芯片的下端面。
2.根據權利要求1所述的單片集成的硅胎壓溫度傳感器，其特征在于所述硅膜片是方形、或圓形、或矩形、或多邊形。
3.根據權利要求1所述的單片集成的硅胎壓溫度傳感器，其特征在于所述壓力敏感電阻由硅單晶、或多晶硅、或非晶硅、或壓敏金屬材料構成。
4.根據權利要求1所述的單片集成的硅胎壓溫度傳感器，其特征在于所述溫度敏感電阻由硅單晶、或多晶硅、或非晶硅、或溫敏金屬材料構成。
全文摘要
單片集成的硅胎壓溫度傳感器屬于壓力傳感器以及溫度傳感器制造領域，其特征在于它是一種由做在硅膜上的由應力引起電阻阻值變化的壓力敏感元件以及做在同一個芯片厚體硅上的由溫度引起電阻阻值變化的溫度敏感元件組成的單片集成的壓力溫度集成傳感器，所述的壓力敏感元件分布在應力集中區；而溫度敏感元件分布在非應力敏感區。該集成傳感器的壓力敏感元件的輸出和壓力值直接相關；該集成傳感器的溫度敏感元件的輸出和溫度值直接相關。它具有單片集成、制作簡單、運行可靠的優點。
文檔編號B60C23/00GK101029838SQ20071006414
公開日2007年9月5日 申請日期2007年3月2日 優先權日2007年3月2日
發明者張兆華, 林惠旺, 劉理天, 任天令 申請人:清華大學