[发明专利]一种金属高压压力传感器及制备方法

说明书

本发明属于敏感元件与传感器技术领域，具体涉及一种金属高压压力传感器及制备方法，包括贴装在不锈钢应变片上的高压MEMS芯片，高压MEMS芯片包括压敏电阻部、金属连接部、输入/输出引脚；输入/输出引脚通过引线与输入/输出端子连接；压敏电阻部、金属连接部、输入/输出引脚从下到上均排布有第一介质层、压敏电阻层、第二介质层；金属连接部、输入/输出引脚还包括设于第二介质层上端的金属层，金属层通过第二介质层设有的引线孔与压敏电阻层连接。本发明提出的一种金属高压压力传感器及制备方法可以有效提高不锈钢压力传感器芯片的生产良率以及产品的可靠性。

技术领域

本发明属于敏感元件与传感器技术领域，具体涉及一种金属高压压力传感器及制备方法。

背景技术

压力传感器是一种可以将外界输入的压力载荷信号转换为电信号进行输出的装置，又被称为压力变送器。

根据压力传感器感压元件的材料，可以将其进一步细分为扩散硅压力传感器、陶瓷压力传感器、金属压力传感器。通常，扩散硅压力传感器被用于微压、低压场景，例如压力量程1KPa-2MPa;陶瓷压力传感器用于中压、高压场景，压力量程0.5-8MPa；金属压力传感器则常用于高压、超高压场景，压力量程5-300MPa。

金属压力传感器的整体结构，主要包括金属感压元件，以及放置于感压元件上方的敏感元件。其中，敏感元件为具有压阻效应的电阻条，数量通常为两个/四个，彼此连接构成惠斯通电桥半桥/全桥电路。当外界压力载荷加载到感压元件时，其上方的敏感元件，即电阻条的阻值会随着压力载荷的大小而改变，进而输出与压力载荷相关的电信号，实现压力载荷与电信号之间的转换。

例如申请号为CN202210614715.0的发明专利，公开了一种高压硅MEMS压力传感器及制备方法，采用特制的MEMS硅芯片作为敏感元件，可以获得硅MEMS压力芯片所具备的高精度、高线性度、低成本，以及适于实现大批量生产的优点；不锈钢材料在高压范围内具有良好的线弹性性能，以不锈钢作为应变片，可以近乎无损的将外界压力传递至其上方的硅MEMS芯片处，从而实现在高压环境下的应用；玻璃材料用于硅MEMS芯片和不锈钢应变片的粘接，可以保证在一个宽广的温度范围，比如-40～180摄氏度内产品的正常使用。此外，引线键合的位置在非感压区域，避免了引线受到压力载荷冲击的可能性，可以大幅度提升产品的可靠性。

不过，这种方案，尤其是特制MEMS芯片的制造，在工艺实现上存在若干问题，例如：后道湿法刻蚀工序中，需要将约200μm的硅通过湿法腐蚀，仅保留约10μm的硅，很容易造成过度刻蚀或者刻蚀不足的问题，造成整片晶圆报废，大幅度降低良率；前道研磨工序中，在正面具有大面积干法刻蚀腔体的情况下进行研磨，极易造成晶圆在研磨过程中碎裂，同样存在整片晶圆报废，大幅度降低良率的风险。此外，高压硅MEMS芯片与不锈钢应变片之间存在接触的可能性，存在潜在漏电的风险。

发明内容

针对上述不足，本发明的目的是提供一种金属高压压力传感器及制备方法。

本发明提供了如下的技术方案：

一种金属高压压力传感器，包括贴装在不锈钢应变片上的高压MEMS芯片，高压MEMS芯片包括压敏电阻部、金属连接部、输入/输出引脚；输入/输出引脚通过引线与输入/输出端子连接；

压敏电阻部、金属连接部、输入/输出引脚从下到上均排布有第一介质层、压敏电阻层、第二介质层；

金属连接部、输入/输出引脚还包括设于第二介质层上端的金属层，金属层通过第二介质层设有的引线孔与压敏电阻层连接。

一种金属高压压力传感器的制备方法，包括以下步骤：

S1、准备两张晶圆，分别为第一晶圆和第二晶圆；

S2、对第一晶圆进行热氧化处理，在其上端面制得第一介质层，其余部分作为基体硅；

S3、将第一晶圆具有第一介质层的一面与第二晶圆进行硅硅键合；