用于壓阻式壓力傳感器的敏感元件的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種用于壓阻式壓力傳感器的敏感元件，包括杯形襯底、金屬電極層、二氧化硅隔離層，此二氧化硅隔離層與圓形基底層相背的表面設(shè)有至少四條摻硼P型微晶硅條；第一、第二摻硼P型微晶硅條為由若干根沿徑向排列的微晶硅電阻絲首尾連接組成，金屬電極層包括輸入電極區(qū)、輸出電極區(qū)和中間電極區(qū)，輸入電極區(qū)一端連接到第一摻硼P型微晶硅條一端，輸出電極區(qū)一端連接到第二摻硼P型微晶硅條一端，中間電極區(qū)兩端分別連接到相鄰所述第一、第二摻硼P型微晶硅條各自的另一端。本實(shí)用新型既大大提升了量程，又提高了感應(yīng)的精度和靈敏性；且電阻率一致性好，能夠提高壓力傳感器的信號線性度，高的響應(yīng)頻率且能提高產(chǎn)品的成品率。
【專利說明】用于壓阻式壓力傳感器的敏感元件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種壓阻式壓力傳感器，尤其涉及一種用于壓阻式壓力傳感器的敏感元件。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)控制測量中壓力傳感器的作用越來越重要。很多壓力壓強(qiáng)測量部件，如汽車發(fā)動機(jī)壓力傳感器，火炮膛壓測量傳感器，核爆炸或化學(xué)爆炸沖擊波以及地震波的測量傳感器，要求較高的工作溫度(如200 °C以上)，同時要求傳感器的響應(yīng)時間短，測量精度高。
[0003]與其它類型的壓力傳感器相比，壓阻式壓力傳感器的特點(diǎn)在于易于加工，信號易于測量。典型的壓阻式壓阻式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)采用P型硅襯底上外延N型硅，形成反偏PN結(jié)絕緣層，再利用硅擴(kuò)散工藝形成P型壓力敏感薄膜。當(dāng)壓力作用在敏感薄膜上時，膜內(nèi)出現(xiàn)徑向和切向應(yīng)力，通常在薄膜的周邊應(yīng)力最大的區(qū)域用刻蝕法形成4個壓敏電阻，并形成惠斯通電橋來測量壓力大小。硅襯底通過MEMS等微加工技術(shù)制作成硅杯，最后形成引線和金屬電極。隨著溫度的提高，反偏PN結(jié)絕緣層漏電流會迅速增加，因此依靠反偏PN結(jié)絕緣的壓阻式壓力傳感器只能工作在125°C以下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型提供一種用于壓阻式壓力傳感器的敏感元件，此敏感元件既大大提升了量程，又提高了感應(yīng)的精度和靈敏性；且電阻率一致性好，能夠提高壓力傳感器的信號線性度，高的響應(yīng)頻率且能提高產(chǎn)品的成品率。
[0005]為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:一種用于壓阻式壓力傳感器的敏感元件，所述敏感元件包括由圓形基底層和位于圓形基底層周向的環(huán)形側(cè)板組成的杯形襯底、位于圓形基底層上表面的二氧化硅隔離層，此二氧化硅隔離層與圓形基底層相背的表面設(shè)有至少四條摻硼P型微晶硅條，一金屬電極層位于所述摻硼P型微晶硅條與二氧化硅隔離層相背的表面，此摻硼P型微晶硅條之間填充有二氧化硅絕緣層；所述至少四條摻硼P型微晶硅條包括至少2條位于圓形基底層內(nèi)圈處的第一摻硼P型微晶硅條和至少2條位于圓形基底層外圈處的第二摻硼P型微晶硅條；
[0006]所述第一、第二摻硼P型微晶硅條為由若干根沿徑向排列的微晶硅電阻絲首尾連接組成，所述金屬電極層包括輸入電極區(qū)、輸出電極區(qū)和中間電極區(qū)，所述輸入電極區(qū)一端連接到第一摻硼P型微晶硅條一端，所述輸出電極區(qū)一端連接到第二摻硼P型微晶硅條一端，中間電極區(qū)兩端分別連接到相鄰所述第一、第二摻硼P型微晶硅條各自的另一端。
[0007]上述技術(shù)方案中進(jìn)一步的改進(jìn)技術(shù)方案如下:
[0008]1.上述方案中，位于所述圓形基底層的內(nèi)圈處的第一摻硼P型微晶硅條數(shù)目等于位于圓形基底層的外圈處的第二摻硼P型微晶硅條數(shù)目。
[0009]2.上述方案中，所述第一、第二摻硼P型微晶硅條等間隔排列。[0010]由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn):
[0011]本實(shí)用新型用于壓阻式壓力傳感器的敏感元件，其壓力敏感層薄膜附著力強(qiáng)，能夠增加壓力傳感器的有效壽命和測量精度的長期穩(wěn)定性；其電阻率一致性好，能夠提高壓力傳感器的信號線性度，高的響應(yīng)頻率且能提高產(chǎn)品的成品率；其次，其第一、第二摻硼P型微晶硅條為由若干根沿徑向排列的微晶硅電阻絲首尾連接組成，所述金屬電極層包括輸入電極區(qū)、輸出電極區(qū)和中間電極區(qū)，所述輸入電極區(qū)一端連接到第一摻硼P型微晶硅條一端，所述輸出電極區(qū)一端連接到第二摻硼P型微晶硅條一端，中間電極區(qū)兩端分別連接到相鄰所述第一、第二摻硼P型微晶硅條各自的另一端；既大大提升了量程，又提高了感應(yīng)的精度和靈敏性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]附圖1為本實(shí)用新型用于壓阻式壓力傳感器的敏感元件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]附圖2為本實(shí)用新型用于壓阻式壓力傳感器的敏感元件局部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]附圖3為本實(shí)用新型敏感元件的制造工藝流程圖。
[0015]以上附圖中:1、圓形基底層；2、環(huán)形側(cè)板；3、杯形襯底；4、二氧化硅隔離層；5、摻硼P型微晶娃條；51、第一摻硼P型微晶娃條；52、第二摻硼P型微晶娃條；6、金屬電極層；61、輸入電極區(qū)；62、輸出電極區(qū)；63、中間電極區(qū)；7、二氧化娃絕緣層；8、微晶娃電阻絲。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述:
[0017]實(shí)施例:一種用于壓阻式壓力傳感器的敏感元件，所述敏感元件包括由圓形基底層I和位于圓形基底層I周向的環(huán)形側(cè)板2組成的杯形襯底3、位于圓形基底層I上表面的二氧化硅隔離層4，此二氧化硅隔離層4與圓形基底層I相背的表面設(shè)有至少四條摻硼P型微晶娃條5,—金屬電極層6位于所述摻硼P型微晶娃條5與二氧化娃隔離層4相背的表面，此摻硼P型微晶硅條5之間填充有二氧化硅絕緣層7 ;所述至少四條摻硼P型微晶硅條5包括至少2條位于圓形基底層I內(nèi)圈處的第一摻硼P型微晶硅條51和至少2條位于圓形基底層I外圈處的第二摻硼P型微晶硅條52 ；
[0018]所述第一、第二摻硼P型微晶硅條51、52為由若干根沿徑向排列的微晶硅電阻絲8首尾連接組成，所述金屬電極層6包括輸入電極區(qū)61、輸出電極區(qū)62和中間電極區(qū)63，所述輸入電極區(qū)61 —端連接到第一摻硼P型微晶娃條51 —端,所述輸出電極區(qū)62 —端連接到第二摻硼P型微晶硅條52 —端，中間電極區(qū)63兩端分別連接到相鄰所述第一、第二摻硼P型微晶硅條51、52各自的另一端；
[0019]所述圓形基底層I和環(huán)形側(cè)板2均為17-4不銹鋼；
[0020]包括以下步驟:
[0021]步驟一、將高彈性17-4不銹鋼，用銑削工藝制成由圓形基底層I和位于圓形基底層I周向的環(huán)形側(cè)板2組成的杯形襯底3，在低氣壓為f 3Pa環(huán)境中退火，退火溫度為350°C，退火時間為3小時；
[0022]步驟二、將所述杯形襯底3放入離子束濺射真空腔內(nèi)抽氣至Pa，然后在高彈性杯形襯底3附近通入高純氧氣與IS氣的混合氣體,混合氣體氧氣IS氣體積比為1:13,總氣壓大小為Pa，在250°C溫度下，用加速能量為2000 eV的氬離子束轟擊99.95%的二氧化硅靶材，沉積厚度I?5 μ m作為絕緣隔離層的二氧化硅隔離層4 ；
[0023]步驟三、以電阻率為Ω.m摻硼硅為靶材，在高純氬氣的氣氛中，用離子束濺射方法，生長溫度為300 °C，通過覆蓋第一掩模板在二氧化硅隔離層上制備出厚度為I?5μπι摻硼P型微晶娃條5,第一摻硼P型微晶娃條51、第二摻硼P型微晶娃條52寬度為4μ m ;
[0024]步驟四、用離子束濺射方法，通過覆蓋第二掩模板在摻硼P型微晶硅條5上的引線位置制備出厚度為的金屬電極層6，以備在作為導(dǎo)電膜的金屬電極層6上焊接金屬內(nèi)引線；
[0025]步驟五、采用第三掩模板覆蓋金屬電極層6，用離子束濺射沉積厚度約的作為絕緣保護(hù)的二氧化硅絕緣層7 ；
[0026]步驟六、在金屬電極層6上通過金絲球焊技術(shù)制作若干根金絲引線。
[0027]位于所述圓形基底層I的內(nèi)圈處的第一摻硼P型微晶硅條51數(shù)目等于位于圓形基底層的外圈處的第二摻硼P型微晶硅條52數(shù)目。
[0028]上述第一、第二摻硼P型微晶硅條51、52等間隔排列。
[0029]上述步驟一中杯形襯底3與二氧化硅隔離層4接觸的表面通過金屬專用拋光液進(jìn)行粗磨、精磨和精拋三道工序進(jìn)行物理拋光，從而使得拋光粗糙度小于Ra0.1 μ m。
[0030]上述步驟一和步驟二之間，將杯形襯底3用200 °C高溫烘箱烘焙20分鐘，溫度降至常溫后放入無水酒精中用超聲波清洗5分鐘，清洗后的金屬鋼杯I用氮?dú)獯蹈伞?br> [0031]上述步驟三中離子束濺射真空腔內(nèi)束濺射時，其氬離子轟擊能量為1000 eV，工作氣壓大小為Pa。
[0032]上述實(shí)施例只為說明本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本實(shí)用新型的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本實(shí)用新型精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于壓阻式壓力傳感器的敏感元件，其特征在于:所述敏感元件包括由圓形基底層(I)和位于圓形基底層(I)周向的環(huán)形側(cè)板(2)組成的杯形襯底(3)、位于圓形基底層(I)上表面的二氧化硅隔離層(4)，此二氧化硅隔離層(4)與圓形基底層(I)相背的表面設(shè)有至少四條摻硼P型微晶硅條(5)，一金屬電極層(6)位于所述摻硼P型微晶硅條(5)與二氧化硅隔離層(4)相背的表面，此摻硼P型微晶硅條(5)之間填充有二氧化硅絕緣層(7)；所述至少四條摻硼P型微晶硅條(5)包括至少2條位于圓形基底層(I)內(nèi)圈處的第一摻硼P型微晶硅條(51)和至少2條位于圓形基底層(I)外圈處的第二摻硼P型微晶硅條(52)； 所述第一、第二摻硼P型微晶硅條(51、52)為由若干根沿徑向排列的微晶硅電阻絲(8)首尾連接組成，所述金屬電極層(6)包括輸入電極區(qū)(61)、輸出電極區(qū)(62)和中間電極區(qū)(63)，所述輸入電極區(qū)(61)—端連接到第一摻硼P型微晶硅條(51)—端，所述輸出電極區(qū)(62)一端連接到第二摻硼P型微晶硅條(52) —端，中間電極區(qū)(63)兩端分別連接到相鄰所述第一、第二摻硼P型微晶娃條(51、52)各自的另一端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的敏感元件，其特征在于:位于所述圓形基底層(I)的內(nèi)圈處的第一摻硼P型微晶硅條(51)數(shù)目等于位于圓形基底層的外圈處的第二摻硼P型微晶硅條(52)數(shù)目。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的敏感元件，其特征在于:所述第一、第二摻硼P型微晶硅條(51、52)等間隔排列。
【文檔編號】G01L9/06GK203595568SQ201320761370
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】程新利, 唐運(yùn)海, 沈嬌艷, 王冰, 秦長發(fā), 潘濤, 臧濤成, 王文襄 申請人:蘇州科技學(xué)院, 昆山雙橋傳感器測控技術(shù)有限公司