[发明专利]一种SOI矩形膜结构高压传感器芯片

说明书

技术领域

本发明涉及一种高压传感器芯片，特别涉及一种SOI矩形膜结构高压传感器芯片。

背景技术

随着世界石油化工行业的不断发展，针对于高压环境下的传感器的要求在不断的提高。同时，对于传感器种类的需求也在不断的增加。国内所使用的传感器绝大部分来自于国外，这些传感器不仅价格昂贵，并且在技术领域也处于保护范围内，针对中国传感器行业的技术封锁在国外的市场上已经是屡见不鲜。因此，不断的开发新型的传感器来适应当前国内市场的需求是当前传感器发展的第一要务。

石油化工等大型的工业生产针对传感器的压力量程具有很高的要求，在保证传感器的灵敏度和线性度以及精度要求的基础上，提高传感器的量程也是高压传感器设计的发展趋势。石化行业对压力变送器的需求主要集中在可靠性、稳定性和高精度3个方面。目前，高量程压力传感器普遍采用压电式、应变式、压阻式三种结构。在传感器的内部膜结构方面，传统的高压传感器大部分采用的是正方形膜结构和圆形膜结构。这些结构的传感器的加工工艺要求非常精确，使得传感器芯片在加工中的成品率受到极大的影响。同时，这些结构的传感器的量程也有很大的局限性。因此，针对于以上现有设计缺陷，本设计提出一种全新结构的矩形膜高压传感器芯片设计，以解决压阻式的高压传感器在加工工艺上的限制和量程上的局限性。本发明设计的矩形膜传感器芯片在承载高压时，在保证传感器的灵敏度和精度的同时能够承载更高的压力，对石化行业高压环境有着重要的意义。另外，增加传感器量程比能够增加压力变送器使用的灵活性，给设计和应用带来方便。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种SOI矩形膜结构高压传感器芯片，具有量程大、耐高温、动态特性好、精度高、微型化、工作安全可靠、适应性强的特点。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种SOI矩形膜结构高压传感器芯片，包括高压传感器芯片1，高压传感器芯片1的背面腐蚀形成矩形膜7，在高压传感器芯片1的正面，沿着[110]晶向上，在矩形膜7上的应力最大处布置有电阻条R1、电阻条R2、电阻条R3和电阻条R4，在矩形膜7外围和高压传感器芯片1边缘之间布置有第一压焊块2，第二压焊块3，第三压焊块4，第四压焊块5，第五压焊块6，电阻条R1的一端与第五压焊块6连接，电阻条R1和电阻条R2通过一个公共的第一压焊块2连接，电阻条R2和电阻条R3通过一个公共的第二压焊块3连接，电阻条R3和电阻条R4通过一个公共的第三压焊块4连接，电阻条R4的另外一端与第四压焊块5连接，电阻条R1、电阻条R2、电阻条R3、电阻条R4形成惠斯登电桥，高压传感器芯片1的底部通过阳极键合技术和PYREX 7740#玻璃片19键合在一起。

所述的电阻条R1、电阻条R2、电阻条R3和电阻条R4均采用横向排布，左右两侧的电阻条R1、电阻条R3结构相同，上下两侧的电阻条R2、电阻条R4结构相同，电阻条R1、电阻条R3由一条以上的第一电阻条9和堵头10采用折叠分布结构连接而成，第一电阻条9之间通过堵头10连接，电阻条R1和电阻条R3的两端连接着引线接头8；电阻条R2、电阻条R4由一条以上的第二电阻条11和堵头10采用折叠分布结构连接而成，第二电阻条11之间通过堵头10连接，电阻条R2和电阻条R4的两端连接着引线接头8。

所述的高压传感器芯片1包括一个硅基底14，在硅基底14上，通过高能氧离子注入工艺形成二氧化硅隔离层15，在二氧化硅隔离层15上设有作为测量电路的电阻条R1、电阻条R2、电阻条R3和电阻条R4的SOI硅层16，在SOI硅层16上配有应力匹配氮化硅层17。

所述的高压传感器芯片1长为3000um～4000um、宽为3000um～4000um、厚为460um～525um。

所述的矩形膜7长为800um～1200um、宽为400um～600um、厚为300um～400um。

所述的第一压焊块2、第二压焊块3、第三压焊块4、第四压焊块5和第五压焊块6采用钛-铂-金(Ti-Pt-Au)梁式引线技术加工而成。