硅电容压力传感器.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102654426A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102654426A(43)申请公布日2012.09.05(21)申请号201210144742.2(22)申请日2012.05.11(71)申请人沈阳仪表科学研究院地址110043辽宁省沈阳市大东区北海街242号(72)发明人张治国李颖张娜周磊刘剑(74)专利代理机构沈阳科威专利代理有限责任公司21101代理人杨滨(51)Int.Cl.G01L9/12(2006.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书44页页附图附图55页(54)发明名称硅电容压力传感器(57)摘要一种硅电容压力传感器，它包括有硅片层和玻璃层，其技术要点是：在岛膜结构的硅中心可动极板上下两侧分别连接有一硅固定极板，所述的硅固定极板包括采用真空静电封接的硅片层和玻璃层，该玻璃层的厚度为50-200微米；所述硅固定极板的中部设有中心引压孔，在中心引压孔内及靠近中心引压孔的硅固定极板的外表面设置有铝膜层。本发明针对现有硅电容传感器的核心部件，提出了一种新的设计实现方案。即使用静电封接工艺通过薄层玻璃把硅极板连接起来，不需要高温键合炉、超净环境，工艺条件简单，与现有的工艺直接相容，特别是可以调整玻璃薄层的厚度，控制层间寄生电容在一定范围内。本方案实现的硅电容传感器性能实现了近似硅-硅-硅方案的效果。CN102654ACN102654426A权利要求书1/1页1.一种硅电容压力传感器，它包括有硅片层和玻璃层，其特征是：在岛膜结构的硅中心可动极板上下两侧分别连接有一硅固定极板，所述的硅固定极板包括采用静电封接的硅片层和玻璃层，该玻璃层的厚度为50-200微米；所述硅固定极板的中部设有中心引压孔，在中心引压孔内及靠近中心引压孔的硅固定极板的外表面设置有铝膜层。2.根据权利要求1所述的硅电容压力传感器，其特征是：所述的传感器依上至下组成了具有“硅-玻璃-硅-玻璃-硅”五层敏感芯体核心结构的电容压力传感器。3.根据权利要求1所述的硅电容压力传感器，其特征是：所述玻璃层的厚度为100±10微米。4.一种硅电容压力传感器的加工方法，它包括有硅固定极板，硅中心可动极板，其特征是：所述硅固定极板加工方法为：先将双面抛光的硅片层和玻璃层进行静电封接，然后采用超声机械开中心引压孔，再对玻璃层进行减薄磨抛使其厚度为50-200微米，然后，再经双面溅射铝膜、光刻、腐蚀加工工艺而成为硅固定极板；所述硅中心可动极板加工方法为：先将硅片层经氧化、光刻、腐蚀加工工艺制作成中心岛，然后再次氧化、光刻、腐蚀工艺制作成硅敏感膜片，实现具有岛膜结构的硅中心可动极板制作；将上述硅中心可动极板的上下两侧分别连接有一硅固定极板，并采用静电封接工艺通过薄层玻璃把硅极板连接起来，组成了具有“硅-玻璃-硅-玻璃-硅”五层敏感芯体核心结构的电容压力传感器。5.根据权利要求4所述的硅电容压力传感器的加工方法，其特征是：双面抛光的硅片层和玻璃层进行静电封接为真空静电封接。6.根据权利要求4所述的硅电容压力传感器的加工方法，其特征是：所述玻璃层的厚度为100±10微米。7.根据权利要求4所述的硅电容压力传感器的加工方法，其特征是：上下硅-玻璃极板，上层硅极板厚度为1～1.5毫米，玻璃层50微米～200微米，中心极板厚度0.4毫米，硅材料为100晶面，边缘沿110晶向。2CN102654426A说明书1/4页硅电容压力传感器技术领域[0001]本发明属于传感器技术领域，具体地说是一种利用单晶硅材料，利用微电子和微机械加工融合技术制作的硅电容压力传感器。背景技术[0002]硅电容差压传感器是一种新型的结构型差压传感器，其核心敏感器件采用单晶硅材料，利用微电子和微机械加工融合技术制作，由于硅材料弹性体的材料的自身优势，使硅电容传感器与以往的金属电容传感器相比，在测量精度、稳定性等方面都具有更加明显的优势。硅电容传感器的核心敏感器件把外加的两个压力信号转换为相应的电容变化，检测电路则把电容的变化转换为需要的电信号，对该电信号进行处理就可以得到响应的输出信号。作为智能压力变送器的核心压力检测部件，可以在工业现场中压力、流量、液位等多个测量中得到应用。[0003]对于差压测量传感器来说，在理想情况下其输出与外加压力差敏感，要求对单侧的压力值不敏感，即差压传感器的静压影响应该很小。但实际情况中，许多因素都会造成差压传感器的输出信号受到静压的影响，这种静压（正负腔压力相同）影响对传感器的差压测量结果造成一种附加误差，直接影响传感器的综合测量精度。为了提高差压传感器的综合精度，有必要降低差压传感器的静压影响。[0004]目前硅电容压力传感器核心部件是由玻璃-硅-玻璃形成的差动电容结构实现，在不考虑外部封装结构的情况下，由于玻璃和硅为