一種硅基壓力傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及傳感器制造技術領域，是一種硅基壓力傳感器。
【背景技術】
[0002]隨著傳感器技術的高速發展，硅基壓力傳感器的應用越來越廣泛，并逐步向高精度、高穩定性、高可靠性、網絡化、智能化、集成化方向發展；其中電容型硅基壓力傳感器以其高精度、高穩定、高可靠等突出的技術優勢被公認為是新一代具有廣闊發展前途的新型硅基壓力傳感器，是自動化控制領域不可缺少的關鍵部件。電容型硅基壓力傳感器利用電容原理測量壓力，采用單晶硅材料，并利用微電子和微機械加工融合技術制作，是一種新型結構型力敏器件，由于不存在PN結的電隔離問題，因此其測量精度、穩定性、可靠性等方面都具有明顯的技術優勢。但由于受原材料狀態、工藝裝備條件、加工工藝的完善性等因素的限制與影響，現有的硅基壓力傳感器制造過程還存在著制作成品率偏低、靜壓誤差具有一定的分散、封裝結構的焊口漏油等技術問題，這些問題直接影響傳感器的性能、可靠性及成品率，對這種硅基壓力傳感器的推廣應用起到制約作用。因此，研究一種電容型硅基壓力傳感器，不僅可以促進我國工業自動化儀表的自主發展，而且對于推動我國傳感器技術領域的產業發展，促進我國流程控制和自動化技術水平的提高都會起到至關重要的作用。
【發明內容】
[0003]本實用新型的目的是提供一種硅基壓力傳感器，確保傳感器的靜壓特性、耐受性、穩定性、可靠性更好。
[0004]這種硅基壓力傳感器，由差壓敏感器件、靜壓補償單元、封裝結構三部分組成，其特征是差壓敏感器件采用差動電容結構:從上到下依次由上玻璃固定極板、硅敏感芯片可動極板、下玻璃固定極板、玻璃底板、導壓管封裝而成，用于采集差壓信號；靜壓補償單元采用4點膠粘懸浮固定在差壓敏感上表面靠近燒結引線一側，與差壓敏感器件形成復合式層疊結構，用于測量現場的靜壓量值；封裝結構:包括傳感器基座、兩個引壓導管及轉接件、引線座，上、下端蓋，傳感器基座內中段相對設置上、下端蓋，所述復合式層疊結構置于上、下端蓋之間，并通過差壓敏感器件下方的導壓管懸浮焊接在具有硅油充灌液的封裝結構內，填充陶瓷塊墊在復合式層疊結構與傳感器基座的間隙中，引線座引出燒結引線，上玻璃固定極板、硅敏感芯片可動極板、玻璃底板、靜壓補償單元的硅壓阻芯片上均有壓焊點，用硅鋁絲連線連接壓焊點和對應的燒結引線，分別將差壓器件的電容輸出信號及靜壓補償單元的電壓輸出信號引出到傳感器基座的燒結引線上；引線座位于傳感器基座一端，兩個引壓導管通過轉接件置于傳感器基座另一端，兩引壓導管分別與受壓部的高壓腔和低壓腔相連，各部件均焊接在傳感器基座內、懸浮封裝在具有硅油充灌液的封裝結構內成一體，外加壓力通過傳感器內部的硅油充灌液傳遞到差壓敏感器件和靜壓補償單元，實現高精度差壓信號測量和靜壓誤差補償。
[0005]這種硅基壓力傳感器，采用微電子和微機械加工融合技術制作，精度高、穩定性好、可靠性高、一致性好，易于大批量生產。該硅基壓力傳感器的差壓敏感器件的硅敏感芯片可動極板采用單晶硅材料制作，上、下玻璃固定極板采用玻璃材料制作，采用靜電封接等密封性連接技術把硅敏感芯片可動極板、上、下玻璃固定極板、玻璃底板、導壓管連接在一起，構成性能穩定、可靠的差動電容結構，形成硅基壓力傳感器的差壓敏感器件部分。該硅基壓力傳感器的靜壓補償單元，采用硅壓阻芯片和無孔玻璃真空靜電封接而成，形成具有真空密封腔的絕壓元件，并采用4點懸浮方式粘接在差壓敏感器件上表面靠近燒結引線一偵牝用以測量現場的靜壓量值。該硅基壓力傳感器的封裝結構則是由傳感器基座、引壓導管、引線座等構成，采用懸浮結構設計，使差壓敏感器件和靜壓補償單元都懸浮封裝在傳感器封裝結構的受壓腔體內，使傳感器的靜壓特性、耐受性、穩定性、可靠性更好。這種硅基壓力傳感器以其諸多的技術優勢，能很好地滿足了工業自動控制系統對高精度壓力傳感器的需求，具有廣闊的發展應用前景。
【附圖說明】
[0006]圖1是硅基壓力傳感器結構示意圖；
[0007]圖2虛框中是差壓敏感器件和靜壓補償單元復合式層疊結構示意圖；
[0008]圖3是圖2中差壓敏感器件硅敏感芯片可動極板俯視圖；
[0009]圖4是圖3中差壓敏感器件硅敏感芯片可動極板正面剖視圖；
[0010]圖5是圖2中差壓敏感器件玻璃固定極板俯視圖；
[0011]圖6是圖2中差壓敏感器件玻璃底板示意圖；
[0012]圖7是靜壓補償單元結構示意圖；
[0013]圖8是靜壓補償單元的壓力敏感電阻18r構成的惠斯通電橋示意圖；
[0014]圖9是本發明封裝結構引線座剖視圖；
[0015]圖10是本發明封裝結構引線座俯視圖。
【具體實施方式】
[0016]本實用新型的硅基壓力傳感器，見圖1，由差壓敏感器件12、靜壓補償單元18和封裝結構三部分組成。見圖2，差壓敏感器件12，其特征是從上到下依次由上玻璃固定極板2、硅敏感芯片可動極板1、下玻璃固定極板2’、玻璃底板3、導壓管4封裝而成，形成差動電容結構，用以完成差壓信號的采集，是硅基壓力傳感器的核心部分。靜壓補償單元18采用4點膠粘懸浮固定于在差壓敏感器件12上表面靠近燒結引線10 —側，與差壓敏感器件12形成復合式層疊結構，用于測量現場的靜壓量值；封裝結構:包括傳感器基座5、兩個引壓導管16及兩個轉接件17、引線座10’，上、下端蓋13、14。
[0017]差壓敏感器件12的結構中，硅敏感芯片可動極板I的中心島8和上、下玻璃固定極板2、2’的間隙大小相同；上、下玻璃固定極板2、2’相對于硅敏感芯片可動極板I中心島8部位有金屬電極層6，上、下玻璃固定極板2、2’、玻璃底板3上均有導壓孔7，在下玻璃固定極板2’和玻璃底板3上的導壓孔7都與傳感器基座5內的導壓管4相通；在導壓孔7的內壁上有濺射金屬層，作為上、下玻璃固定極板2、2’的金屬電極層6的電極引出通道，保證金屬電極層6從導壓孔7中引出；上玻璃固定極板2、硅敏感芯片可動極板I和玻璃底板3上均有壓焊點9，硅敏感芯片可動極板I和玻璃底板3的尺寸大于上、下玻璃固定極板2、2’的尺寸，使得硅敏感芯片可動極板I的壓焊點9伸出，保證壓焊引線的實現；在玻璃底板3一邊緣有金屬層，作為金屬壓焊點9與其上面的下玻璃固定極板2’的金屬電極層6相連，傳感器基座5上的引線座10’引出燒結引線10，用硅鋁絲連線11連接壓焊點9和對應的燒結引線10，將差壓敏感器件12的電容輸出信號引出到傳感器基座5對應的燒結引線10上。
[0018]所述差壓敏感器件12的硅敏感芯片可動極板I采用島膜結構，材質是雙面拋光的硅單晶片，采用微機械加工工藝制作，見圖3和圖4，由中心島8、膜區8a、支撐區8b三部分組成。中心島8和硅敏感芯片可動極板I為一體，位于硅敏感芯片可動極板I的中心，其兩面相對膜區8a凹槽形成的中心凸面即為中心島8，中心島8表面有濃磷重摻層Sd和二氧化硅絕緣層Sc，上下兩面是以中心面為對稱面的對稱結構。當有外加壓力作用于中心島8的上或下表面時，中心島8在其周圍膜區形變彎曲的情況下，會上下移動，導致中心島8相對于玻璃固定極板2、2’的間隙發生變化，進而硅敏感芯片可動極板I中心島8和兩玻璃固定極板2、2’上的電極層6所形成的敏感電容發生變化，這種變化可以用來檢測外加壓力的變化。
[0019]上、下玻璃固定極板2、2 ’為雙面拋光玻璃，見圖5，在其中心有通孔為導壓孔7，在其表面有濺射鋁形成的金屬電極層6，并留出邊緣；上、下玻璃固定極板2、2’中心的導壓孔7的內壁濺射有金屬層，作為上、下玻璃固定極板2、2’電極層6的電極引出通道。玻璃底板3和上、下玻璃固定極板2、2’外形相似，見圖5、圖6，其區別特征在于在玻璃底板3 —邊緣也有濺射金屬層作為壓焊點9，下玻璃固定極板2’與玻璃底板3之間采用導電粘接劑相連，間接的將下玻璃固定極板2’的金屬電極層6引出到玻璃底板3的金屬壓焊點9上；娃敏感芯片可動極板1、上玻璃固定極板2和玻璃底板3上均有壓焊點9，分別