一种硅基压力传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及传感器制造技术领域，是一种硅基压力传感器。
【背景技术】
[0002]随着传感器技术的高速发展，硅基压力传感器的应用越来越广泛，并逐步向高精度、高稳定性、高可靠性、网络化、智能化、集成化方向发展；其中电容型硅基压力传感器以其高精度、高稳定、高可靠等突出的技术优势被公认为是新一代具有广阔发展前途的新型硅基压力传感器，是自动化控制领域不可缺少的关键部件。电容型硅基压力传感器利用电容原理测量压力，采用单晶硅材料，并利用微电子和微机械加工融合技术制作，是一种新型结构型力敏器件，由于不存在PN结的电隔离问题，因此其测量精度、稳定性、可靠性等方面都具有明显的技术优势。但由于受原材料状态、工艺装备条件、加工工艺的完善性等因素的限制与影响，现有的硅基压力传感器制造过程还存在着制作成品率偏低、静压误差具有一定的分散、封装结构的焊口漏油等技术问题，这些问题直接影响传感器的性能、可靠性及成品率，对这种硅基压力传感器的推广应用起到制约作用。因此，研究一种电容型硅基压力传感器，不仅可以促进我国工业自动化仪表的自主发展，而且对于推动我国传感器技术领域的产业发展，促进我国流程控制和自动化技术水平的提高都会起到至关重要的作用。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的是提供一种硅基压力传感器，确保传感器的静压特性、耐受性、稳定性、可靠性更好。
[0004]这种硅基压力传感器，由差压敏感器件、静压补偿单元、封装结构三部分组成，其特征是差压敏感器件采用差动电容结构:从上到下依次由上玻璃固定极板、硅敏感芯片可动极板、下玻璃固定极板、玻璃底板、导压管封装而成，用于采集差压信号；静压补偿单元采用4点胶粘悬浮固定在差压敏感上表面靠近烧结引线一侧，与差压敏感器件形成复合式层叠结构，用于测量现场的静压量值；封装结构:包括传感器基座、两个引压导管及转接件、引线座，上、下端盖，传感器基座内中段相对设置上、下端盖，所述复合式层叠结构置于上、下端盖之间，并通过差压敏感器件下方的导压管悬浮焊接在具有硅油充灌液的封装结构内，填充陶瓷块垫在复合式层叠结构与传感器基座的间隙中，引线座引出烧结引线，上玻璃固定极板、硅敏感芯片可动极板、玻璃底板、静压补偿单元的硅压阻芯片上均有压焊点，用硅铝丝连线连接压焊点和对应的烧结引线，分别将差压器件的电容输出信号及静压补偿单元的电压输出信号引出到传感器基座的烧结引线上；引线座位于传感器基座一端，两个引压导管通过转接件置于传感器基座另一端，两引压导管分别与受压部的高压腔和低压腔相连，各部件均焊接在传感器基座内、悬浮封装在具有硅油充灌液的封装结构内成一体，外加压力通过传感器内部的硅油充灌液传递到差压敏感器件和静压补偿单元，实现高精度差压信号测量和静压误差补偿。
[0005]这种硅基压力传感器，采用微电子和微机械加工融合技术制作，精度高、稳定性好、可靠性高、一致性好，易于大批量生产。该硅基压力传感器的差压敏感器件的硅敏感芯片可动极板采用单晶硅材料制作，上、下玻璃固定极板采用玻璃材料制作，采用静电封接等密封性连接技术把硅敏感芯片可动极板、上、下玻璃固定极板、玻璃底板、导压管连接在一起，构成性能稳定、可靠的差动电容结构，形成硅基压力传感器的差压敏感器件部分。该硅基压力传感器的静压补偿单元，采用硅压阻芯片和无孔玻璃真空静电封接而成，形成具有真空密封腔的绝压元件，并采用4点悬浮方式粘接在差压敏感器件上表面靠近烧结引线一侦牝用以测量现场的静压量值。该硅基压力传感器的封装结构则是由传感器基座、引压导管、引线座等构成，采用悬浮结构设计，使差压敏感器件和静压补偿单元都悬浮封装在传感器封装结构的受压腔体内，使传感器的静压特性、耐受性、稳定性、可靠性更好。这种硅基压力传感器以其诸多的技术优势，能很好地满足了工业自动控制系统对高精度压力传感器的需求，具有广阔的发展应用前景。
【附图说明】
[0006]图1是硅基压力传感器结构示意图；
[0007]图2虚框中是差压敏感器件和静压补偿单元复合式层叠结构示意图；
[0008]图3是图2中差压敏感器件硅敏感芯片可动极板俯视图；
[0009]图4是图3中差压敏感器件硅敏感芯片可动极板正面剖视图；
[0010]图5是图2中差压敏感器件玻璃固定极板俯视图；
[0011]图6是图2中差压敏感器件玻璃底板示意图；
[0012]图7是静压补偿单元结构示意图；
[0013]图8是静压补偿单元的压力敏感电阻18r构成的惠斯通电桥示意图；
[0014]图9是本发明封装结构引线座剖视图；
[0015]图10是本发明封装结构引线座俯视图。
【具体实施方式】
[0016]本实用新型的硅基压力传感器，见图1，由差压敏感器件12、静压补偿单元18和封装结构三部分组成。见图2，差压敏感器件12，其特征是从上到下依次由上玻璃固定极板2、硅敏感芯片可动极板1、下玻璃固定极板2’、玻璃底板3、导压管4封装而成，形成差动电容结构，用以完成差压信号的采集，是硅基压力传感器的核心部分。静压补偿单元18采用4点胶粘悬浮固定于在差压敏感器件12上表面靠近烧结引线10 —侧，与差压敏感器件12形成复合式层叠结构，用于测量现场的静压量值；封装结构:包括传感器基座5、两个引压导管16及两个转接件17、引线座10’，上、下端盖13、14。
[0017]差压敏感器件12的结构中，硅敏感芯片可动极板I的中心岛8和上、下玻璃固定极板2、2’的间隙大小相同；上、下玻璃固定极板2、2’相对于硅敏感芯片可动极板I中心岛8部位有金属电极层6，上、下玻璃固定极板2、2’、玻璃底板3上均有导压孔7，在下玻璃固定极板2’和玻璃底板3上的导压孔7都与传感器基座5内的导压管4相通；在导压孔7的内壁上有溅射金属层，作为上、下玻璃固定极板2、2’的金属电极层6的电极引出通道，保证金属电极层6从导压孔7中引出；上玻璃固定极板2、硅敏感芯片可动极板I和玻璃底板3上均有压焊点9，硅敏感芯片可动极板I和玻璃底板3的尺寸大于上、下玻璃固定极板2、2’的尺寸，使得硅敏感芯片可动极板I的压焊点9伸出，保证压焊引线的实现；在玻璃底板3一边缘有金属层，作为金属压焊点9与其上面的下玻璃固定极板2’的金属电极层6相连，传感器基座5上的引线座10’引出烧结引线10，用硅铝丝连线11连接压焊点9和对应的烧结引线10，将差压敏感器件12的电容输出信号引出到传感器基座5对应的烧结引线10上。
[0018]所述差压敏感器件12的硅敏感芯片可动极板I采用岛膜结构，材质是双面抛光的硅单晶片，采用微机械加工工艺制作，见图3和图4，由中心岛8、膜区8a、支撑区8b三部分组成。中心岛8和硅敏感芯片可动极板I为一体，位于硅敏感芯片可动极板I的中心，其两面相对膜区8a凹槽形成的中心凸面即为中心岛8，中心岛8表面有浓磷重掺层Sd和二氧化硅绝缘层Sc，上下两面是以中心面为对称面的对称结构。当有外加压力作用于中心岛8的上或下表面时，中心岛8在其周围膜区形变弯曲的情况下，会上下移动，导致中心岛8相对于玻璃固定极板2、2’的间隙发生变化，进而硅敏感芯片可动极板I中心岛8和两玻璃固定极板2、2’上的电极层6所形成的敏感电容发生变化，这种变化可以用来检测外加压力的变化。
[0019]上、下玻璃固定极板2、2 ’为双面抛光玻璃，见图5，在其中心有通孔为导压孔7，在其表面有溅射铝形成的金属电极层6，并留出边缘；上、下玻璃固定极板2、2’中心的导压孔7的内壁溅射有金属层，作为上、下玻璃固定极板2、2’电极层6的电极引出通道。玻璃底板3和上、下玻璃固定极板2、2’外形相似，见图5、图6，其区别特征在于在玻璃底板3 —边缘也有溅射金属层作为压焊点9，下玻璃固定极板2’与玻璃底板3之间采用导电粘接剂相连，间接的将下玻璃固定极板2’的金属电极层6引出到玻璃底板3的金属压焊点9上；娃敏感芯片可动极板1、上玻璃固定极板2和玻璃底板3上均有压焊点9，分别