专利名称：单片集成的硅胎压温度传感器的制作方法
技术领域：
单片集成的硅胎压温度传感器属于压力传感器以及温度传感器制造领域。
背景技术：
汽车轮胎压力监控系统是一种重要的汽车电子系统，可以有效保障行车安全、延长轮胎使用寿命、降低燃油消耗。压力传感器和温度传感器是直接式轮胎压力监控系统的关键部件。轮胎内气体压力和温度是相互关联的两个物理量，必须同时测量轮胎内部的压力和温度变化，来掌握轮胎的实时信息，从而保证行车安全。一般是将单独的压力传感器和单独的温度传感器组装在一个电路板上，这就存在体积大、精度低、稳定性差等缺点。
而本发明则是提供一种将压力传感器与温度传感器集成在同一个芯片上的集成制作技术，从而克服原有技术的缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种制作简单、单片集成的、稳定可靠的压力温度集成传感器。
本发明的特征在于它是一种由做在硅膜上的由应力引起电阻阻值变化的压力敏感元件以及做在同一个芯片厚体硅上的由温度引起电阻阻值变化的温度敏感元件组成的单片集成的压力温度集成传感器，所述的压力敏感元件分布在应力集中区；而温度敏感元件分布在非应力敏感区。该集成传感器的压力敏感元件的输出和压力值直接相关；该集成传感器的温度敏感元件的输出和温度值直接相关。
图1.单片集成的硅胎压温度传感器原理图。
图2.温度传感部分电路原理图(a)恒压源供电；(b)恒流源供电。
图3.压力传感部分电路原理图(a)恒压源供电；(b)恒流源供电。
图4.单片集成的硅胎压温度传感器之一(a)俯视图；(b)剖面图。
图5.单片集成的硅胎压温度传感器之二(a)俯视图；(b)剖面图。
图6.单片集成的硅胎压温度传感器的制作工艺流程图。
具体实施例方式
本发明包括两种敏感元件，压力敏感元件和温度敏感元件，其压力传感部分是基于电阻的压敏效应原理，当有压力作用时，电阻的阻值发生变化，通过检测电阻阻值的变化，就可以测知压力的变化。其温度传感部分是基于电阻的温敏效应原理，当有温度作用时，电阻的阻值发生变化，通过检测电阻阻值的变化，就可以测知温度的变化。
图2是集成传感器的温度敏感部分的电路原理图，可以采用恒压源供电和恒流源供电两种方式，图2(a)为恒压源供电方式，图2(b)为恒流源供电方式。负载电阻阻值RL，温度敏感电阻阻值RT，由温度作用产生的温敏电阻阻值变化为ΔR。在恒压源供电方式，电桥输出与(ΔR+RT)/(RL+RT+ΔR)成正比。在恒流源供电方式，电桥的输出与温敏电阻的变化量ΔR成正比。
集成传感器的压力敏感部分利用惠斯通电桥来检测输入信号，惠斯通电桥可以采用恒压源供电和恒流源供电两种，如图3所示，图3(a)为恒压源供电方式，图3(b)为恒流源供电方式。四个桥臂电阻阻值R，由应力作用产生的电阻阻值变化为ΔR。在恒压源供电方式，电桥输出与ΔR/R成正比，也就是与被测量压力成正比，同时又与电源电压U成正比。这就是说电桥的输出与电源的大小与精度都有关。在恒流源供电方式，电桥的输出与电阻的变化量ΔR成正比，即与被测量成正比，当然也与电源电流成正比，即输出与恒流源供给的电流大小与精度有关，但是电桥的输出与温度无关，不受温度影响，这个是恒流源供电的优点，恒流源供电时，一个传感器必须配备一个恒流源，这在使用时不方便。
图4是单片集成的硅胎压温度传感器的结构图，集成传感器由两层结构构成，上面是结构芯片，下面是密封盖板。在结构芯片中间有一个方形的硅杯，四周是厚体硅，中间是硅膜片。在硅杯上有四个压力敏感电阻R1、R2、R3、R4，它们分布在硅杯结构的应力敏感集中区，它们对由压力产生的应力敏感。在结构芯片的厚体硅区域有一个温度敏感电阻RT，它对由温度敏感，对由压力产生的应力不敏感。
图5是本实施例的另外一种实现方式，集成传感器由两层结构构成，上面是结构芯片，下面是密封盖板。在结构芯片中间有一个圆形的硅杯，四周是厚体硅，中间是硅膜片。在硅杯上有四个压力敏感电阻R1、R2、R3、R4，它们分布在硅杯结构的应力敏感集中区，它们对由压力产生的应力敏感。在结构芯片的厚体硅区域有一个温度敏感电阻RT，它对由温度敏感，对由压力产生的应力不敏感。
图6是单片集成的硅胎压温度传感器的制作工艺流程图，采用单晶硅注入电阻的体硅工艺。在图6a中，采用(100)晶向的双抛硅片，双面生长热氧SiO2，然后双面淀积氮化硅Si3N4；在图6b中，刻蚀Si3N4，漂掉窗口的SiO2；在图6c中体硅腐蚀，制作出硅杯，硅膜的厚度约为30μm；在图6d中，用氢氟酸去除SiO2和Si3N4，然后氧化生长一层SiO2；在图6e中，用离子注入方法得到电阻；在图6f中，溅射铝；在图6g中，光刻铝，制备铝引线；在图6h中，键合，完成传感器流水。
权利要求
1.单片集成的硅胎压温度传感器，其特征在于该传感器含有结构芯片、封装盖板、压力敏感电阻以及温度敏感电阻，其中，结构芯片，中间有一个硅杯，该硅杯的中央有一片硅膜，硅膜的周围支撑的是厚体硅；压力敏感电阻，共四个，分别位于硅膜边界内应力敏感集中区，构成一个惠斯通电桥，形成一个压力传感器；温度敏感电阻，位于周围厚体硅非应力敏感区，形成一个温度传感器；密封盖板，连接在结构芯片的下端面。
2.根据权利要求1所述的单片集成的硅胎压温度传感器，其特征在于所述硅膜片是方形、或圆形、或矩形、或多边形。
3.根据权利要求1所述的单片集成的硅胎压温度传感器，其特征在于所述压力敏感电阻由硅单晶、或多晶硅、或非晶硅、或压敏金属材料构成。
4.根据权利要求1所述的单片集成的硅胎压温度传感器，其特征在于所述温度敏感电阻由硅单晶、或多晶硅、或非晶硅、或温敏金属材料构成。
全文摘要
单片集成的硅胎压温度传感器属于压力传感器以及温度传感器制造领域，其特征在于它是一种由做在硅膜上的由应力引起电阻阻值变化的压力敏感元件以及做在同一个芯片厚体硅上的由温度引起电阻阻值变化的温度敏感元件组成的单片集成的压力温度集成传感器，所述的压力敏感元件分布在应力集中区；而温度敏感元件分布在非应力敏感区。该集成传感器的压力敏感元件的输出和压力值直接相关；该集成传感器的温度敏感元件的输出和温度值直接相关。它具有单片集成、制作简单、运行可靠的优点。
文档编号B60C23/00GK101029838SQ20071006414
公开日2007年9月5日 申请日期2007年3月2日 优先权日2007年3月2日
发明者张兆华, 林惠旺, 刘理天, 任天令 申请人:清华大学