[实用新型]一种片内温度补偿石墨烯压力传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种片内温度补偿的石墨烯压力传感器，属压力测量及误差分析的技术领域。

背景技术

现代化工业生产过程中，压力与温度、流量一起并称为自动化控制的三大要素。航空航天、水利水电、武器装备、汽车生产等工业领域，对压力传感器的测控精度以及稳定性提出了越来越高的要求。

实际应用过程中，压力传感器的测量精度受温度影响会产生严重的漂移，主要包括零点漂移和灵敏度漂移，其产生的原因分别是敏感电阻的电导率和压阻系数会受到温度的影响，半导体压敏电阻的温度系数与掺杂浓度相关，制作工艺上很难实现惠斯通电桥每个桥臂电阻的温度系数完全相同，力敏电阻的不等性使得温度漂移更加复杂，也成为压力传感器温度补偿工作难度大的根本原因。目前多采用的有前端隔温处理或后端算法补偿这两种方法，复杂而且未从根本上解决问题。

针对上述问题，本实用新型提出一种片内温度补偿石墨烯压力传感器，提出将石墨烯取代传统半导体力敏材料，利用石墨烯优异的力敏和温敏特性，由温敏薄膜检测温度干扰信号，补偿力敏薄膜压力测量过程中的温度误差，实现器件的自温度补偿，从根本上解决压力传感器温度补偿难度大的问题。

实用新型内容

实用新型目的

本实用新型的目的就是针对背景技术的不足，设计一种片内温度补偿石墨烯压力传感器，从根本上解决压力传感器难以实现准确温度补偿的难题。

技术方案

本实用新型的主要结构由力敏纳米薄膜、温敏纳米薄膜、互连电极、基片、密封环、封装外壳、基板、陶瓷基座、引线柱组成。

在陶瓷基座12上设置基板11，并粘结牢固，在基板11表面通过密封环8、9键合基片7，基板11在相对于温敏纳米薄膜4的位置刻蚀形成一凸台结构17，基片7下表面布置了力敏纳米薄膜1和温敏纳米薄膜4，并通过电极1、2、5、6粘接牢固，电极1、2、5、6 通过布线与互连电极相连，引线柱11、12贯穿陶瓷基座10，连接互连电极与外部，用于传递温敏薄膜与力敏薄膜对压力信号和温度信号的电学响应，互连电极由互连凸点(30、31、32、33)与互连焊盘(34、 35、36、37)键合构成；基片7上部刻蚀了凹形结构；封装外壳10 与陶瓷基座12键合，基片7封闭封装外壳10。

基片7下部布置了力敏纳米薄膜3和温敏纳米薄膜4，均由上下两层氮化硼层以及中间单层石墨烯构成，所述氮化硼的层数大于等于 1；基片7上部刻蚀形成了凹形结构，膜片16为凹形结构的一部分, 基片7与封装外壳10键合。

基板11通过密封环8、9键合基片7，基片7、基板11、密封环(8、9)组成了一个密封的无氧真空腔，隔绝了纳米薄膜与外界的直接接触，并保障两组纳米薄膜(3、4)处于同一温区，基板11在相对于温敏薄膜4的位置刻蚀形成一凸台结构17，保障温敏薄膜4在外部压力作用下不会发生形变，陶瓷基座12与基板11相连接，将器件固定。

电极1、2、5、6布置在石墨烯薄膜两侧，用于导出氮化硼/石墨烯/氮化硼纳米薄膜中的电学响应，电极1、2、5、6通过布线与互连电极相连，引线柱11、12贯穿陶瓷基座10，连接互连电极与外部，用于传递温敏薄膜与力敏薄膜对压力信号和温度信号的电学响应，互连电极由互连凸点(30、31、32、33)与互连焊盘(34、35、36、37) 键合构成；浸润层18、19、20、21、22、23起到浸润与阻挡的作用，分别连接电极1、2、5、6，密封环8、9与基片7，加大粘合力，并阻止高温下金属原子和基片原子的相互扩散。封装外壳10用以隔绝外部环境，支撑、保护内部表头结构。

有益效果

本实用新型与背景技术相比具有明显的先进性，利用石墨烯薄膜替代了传统的半导体压阻材料，避免了力敏电阻因掺杂导致的不等现象，进而使温度漂移问题简单化，利用金属将基片与基板键合形成无氧真空腔，同时，石墨烯夹在两层氮化硼纳米薄膜之间，有效的消除了周围环境中的干扰因素，提升了器件的可靠性，传感器可应用于动态、静态高力学测试环境，利用温敏薄膜检测温度干扰信号补偿力敏薄膜压力测量时产生的温度误差，从根本上解决目前压力传感器难以实现准确温度补偿的问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例的立体示意图；

图2为本实用新型实施例的整体结构示意图；

图3为本实用新型实施例的芯片结构立体示意图；

图4为本实用新型实施例的芯片结构俯视图；

图5为本实用新型实施例的芯片结构侧视图；

图6为本实用新型实施例的基片结构仰视图；