CN112020476B - 压力传感器 - Google Patents
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Abstract
一种压力传感器，包括本体，本体的内部形成有腔体(1)，本体的与腔体(1)对应的第一侧的侧壁形成为应变膜(2)，应变膜(2)上设置有压敏电阻(3)；本体的内部形成有第一流道(4)和第二流道(5)，第一流道(4)的一端开设于本体的第二侧的侧壁，第一流道(4)通过第二流道(5)与腔体(1)连通，第二流道(5)的与第一流道(4)连通的一端处形成有用于使来自第一流道(4)的两股流体相互对冲以抵消流体尖峰冲击压力的抵消区域(6)。由此，可在抵消区域(6)处消除流体尖峰冲击压力，通过第二流道(5)两侧的对称流道通路设计，将瞬时流体尖峰压力互为抵消，进而降低快速压力变化的流体对传感器芯片应变膜(2)的瞬时冲击，提升传感器的抗压力冲击能力，可以避免快速压力变化导致的传感器失效。
Description
技术领域
本发明属于微电子机械系统传感器设计领域，涉及一种MEMS压力传感器芯片。
背景技术
MEMS即微电子机械系统，是新兴的跨学科的高新技术研究领域。基于MEMS技术制造压阻式压力传感器由于其出色的精准度和可靠度以及相对便宜的制造成本在现代的市场中得到广泛的应用。自从20世纪50年代中期发现了硅材料的压阻特性，硅基的压阻式压力传感器就被广泛的应用。典型的压阻式压力传感器工作原理是在一个方形或者圆形的硅应变薄膜上通过扩散或者离子注入的方式制作四个压力敏感电阻，简称压敏电阻，四个电阻互联构成惠斯顿电桥。当有外界压力施加在硅应变膜上，压敏电阻区域由于应变膜弯曲产生应力，通过压敏电阻的压阻特性，将应力转换为电阻值的变化，最后通过惠斯顿电桥将电阻值的变化转换为输出电压，通过对输出电压与压力值进行标定可以实现对压力的测量。
现在压力传感器芯片的设计的一个问题在于，当外界压力剧烈变化时，传感器芯片的应变膜片会经历非常快速的压力变化。这种快速变化的压力可能引起应变膜在短时间内完全超过它的屈服点，并永久损坏该膜片，最终损坏该压力传感器。
发明内容
本发明的目的是提供一种压力传感器，以解决现有技术中快速变化的压力可能引起应变膜在短时间内完全超过它的屈服点，并永久损坏该膜片，最终损坏该压力传感器的问题。
为解决上述技术问题，作为本发明的一个方面，提供了一种压力传感器，包括本体，所述本体的内部形成有腔体，所述本体的与所述腔体对应的第一侧的侧壁形成为应变膜，所述应变膜上设置有压敏电阻；所述本体的内部形成有第一流道和第二流道，所述第一流道的一端开设于所述本体的第二侧的侧壁，所述第一流道通过所述第二流道与所述腔体连通，所述第二流道的与所述第一流道连通的一端处形成有用于使来自所述第一流道的两股流体相互对冲以抵消流体尖峰冲击压力的抵消区域。
优选地，所述本体包括层叠设置并连接的第一基体和第二基体，所述腔体形成在所述第一基体的朝向所述第二基体的一侧，所述第一基体的对应于所述腔体的位置处形成为所述应变膜，所述第一流道沿所述第二基体的厚度方向延伸。
优选地，所述第二流道通过第三流道与所述第一流道连通。
优选地，所述第一流道和/或第三流道形成在所述第一基体和/或第二基体中。
优选地，所述第三流道沿平行于所述第一基体与第二基体之间分界面的方向延伸。
优选地，所述第三流道呈环状。
优选地，所述第三流道呈圆形，所述第二流道沿所述圆形的径向延伸。
优选地，所述第三流道呈多边形，所述第二流道沿所述多边形的中心与其顶点或其边线的中点的连线延伸。
优选地，所述腔体的内部形成为棱台。
优选地，所述第二流道的与所述腔体连接的一端设置在所述棱台的侧面底部的中间或侧棱处。
优选地，所述第一流道及第二流道的个数均为一个，所述第一流道及第二流道相对于所述腔体的中心对应设置、或所述第一流道及第二流道位于所述腔体的同一侧。
优选地，所述第一流道及第二流道的个数均为多个，且所述第一流道及第二流道依次交替设置。
优选地，所述第一基体为单晶硅层，所述第二基体为单晶硅层或玻璃层。
优选地，所述第一流道、第二流道及所述腔体的内壁上形成有介质隔离层。
由于采用了上述技术方案，本发明可在抵消区域处消除流体尖峰冲击压力，通过第二流道两侧的对称流道通路设计，将瞬时流体尖峰压力互为抵消，进而降低快速压力变化的流体对传感器芯片应变膜的瞬时冲击，提升传感器的抗压力冲击能力，可以避免快速压力变化导致的传感器失效。
附图说明
图1示意性示出了本发明的剖视图；
图2示意性示出了本发明第一实施例的俯视透视图；
图3示意性示出了本发明第二实施例的俯视透视图；
图4示意性示出了本发明第三实施例的俯视透视图；
图5示意性示出了本发明第四实施例的俯视透视图。
图中附图标记：1、腔体；2、应变膜；3、压敏电阻；4、第一流道；5、第二流道；6、抵消区域；7、第一基体；8、第二基体；9、第三流道；10、介质隔离层；11、电极；12、金属层；13、重掺杂接触区。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
本发明的一个方面，提供了一种压力传感器，特别是一种MEMS压力传感器芯，其包括本体，所述本体的内部形成有腔体1，所述本体的与所述腔体1对应的第一侧的侧壁形成为应变膜2，所述应变膜2上设置有压敏电阻3；所述本体的内部形成有第一流道4和第二流道5，所述第一流道4的一端开设于所述本体的第二侧的侧壁，所述第一流道4通过所述第二流道5与所述腔体1连通，所述第二流道5的与所述第一流道4连通的一端处形成有用于使来自所述第一流道4的两股流体相互对冲以抵消流体尖峰冲击压力的抵消区域6。压敏电阻3用以实现应力信号至电阻值信号切换，并在相应的电信号连接部件设置重掺杂接触区13，压敏电阻3与电极11连接，在本体的底部还设置有金属层12。优选地，所述第一基体7为单晶硅层，所述第二基体8为单晶硅层或玻璃层。
使用时，液体经过第一流道4及第二流道5进入腔体1中，其中，在由第一流道4进入第二流道5时，流体被分成两股，并沿着相对的方向流动至抵消区域6中，于是这两股流体相互对冲，从而抵消流体尖峰冲击压力后，再由第二流道5进入腔体1中，作用于应变膜2上。
由于采用了上述技术方案，本发明可在抵消区域6处消除流体尖峰冲击压力，通过第二流道5两侧的对称流道通路设计，将瞬时流体尖峰压力互为抵消，进而降低快速压力变化的流体对传感器芯片应变膜2的瞬时冲击，提升传感器的抗压力冲击能力，可以避免快速压力变化导致的传感器失效。
优选地，所述本体包括层叠设置并连接的第一基体7和第二基体8，所述腔体1形成在所述第一基体7的朝向所述第二基体8的一侧，所述第一基体7的对应于所述腔体1的位置处形成为所述应变膜2，所述第一流道4沿所述第二基体8的厚度方向延伸。
更优选地，所述第二流道5通过第三流道9与所述第一流道4连通。例如，所述第三流道9沿平行于所述第一基体7与第二基体8之间分界面的方向延伸。优选地，所述第一流道4和/或第三流道9形成在所述第一基体7和/或第二基体8中。具体地说，在实施时，所述第一流道4和第三流道9也可以形成在所述第一基体7中，也可以分别形成于两个不同的基体中，例如，第一流道4在第一基体中7，第三流道9在第二基体8中；或者第一流道4在第二基体8中，第三流道9在第一基体7中。
在一个优选的实施例中，本发明中的所述第三流道9呈环状，例如，可以是圆形或正多边形等构成的环状结构。
在图2、4、5所示的实施例中，优选地，所述第三流道9呈圆形，所述第二流道5沿所述圆形的径向延伸。在图3所示的实施例中，优选地，所述第三流道9呈多边形，所述第二流道5沿所述多边形的中心与其顶点或其边线的中点的连线延伸。请参考图3所示实施例，在另一个实施例中，第三流道9呈多边形，第二流道5则可以沿所诉多边形的中心与其边线中点延伸，此时第一流道位于多边形顶点位置，此实施例与图3的实施例类似，但第三流道与第一流道在图3中的位置互换。
请参考图1，优选地，所述腔体1的内部形成为棱台。当然，腔体1也可以是其他形状的，例如圆柱状或棱柱状等。
优选地，所述第二流道5的与所述腔体1连接的一端设置在所述棱台的侧面底部的中间(如图4和5所示)或侧棱(如图2和3所示)处。
在图5所示的实施例中，优选地，所述第一流道4及第二流道5的个数均为一个，所述第一流道4及第二流道5相对于所述腔体1的中心对应设置、或所述第一流道4及第二流道5位于所述腔体1的同一侧。在图2至图4所示的实施例中，优选地，所述第一流道4及第二流道5的个数均为多个，且所述第一流道4及第二流道5依次交替设置。这种布置，确保第一流道4两侧从第三流道9至第二流道5之间的流道呈对称地设置，以实现抵消的目的。例如，第一流道4及第二流道5也可位于腔体1的同一侧，在设计时保证第三流道内存在2个(或更多)路径，路径互相对称，保证流体可以相互抵消，就可以实现同样的功能。
请参考图1，优选地，所述第一流道4、第二流道5及所述腔体1的内壁上形成有介质隔离层10。第一基体7和第二基体8之间的分界面以及第一基体7和第二基体8的外部，均可设置介质隔离层10。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种压力传感器，其特征在于，包括本体，所述本体的内部形成有腔体(1)，所述本体的与所述腔体(1)对应的第一侧的侧壁形成为应变膜(2)，所述应变膜(2)上设置有压敏电阻(3)；所述本体的内部形成有第一流道(4)和第二流道(5)，所述第一流道(4)的一端开设于所述本体的第二侧的侧壁，所述第一流道(4)通过所述第二流道(5)与所述腔体(1)连通，所述第二流道(5)的与所述第一流道(4)连通的一端处形成有用于使来自所述第一流道(4)的两股流体相互对冲以抵消流体尖峰冲击压力的抵消区域(6)。
2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述本体包括层叠设置并连接的第一基体(7)和第二基体(8)，所述腔体(1)形成在所述第一基体(7)的朝向所述第二基体(8)的一侧，所述第一基体(7)的对应于所述腔体(1)的位置处形成为所述应变膜(2)，所述第一流道(4)沿所述第二基体(8)的厚度方向延伸。
3.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，所述第二流道(5)通过第三流道(9)与所述第一流道(4)连通。
4.根据权利要求3所述的压力传感器，其特征在于，所述第一流道(4)和/或第三流道(9)形成在所述第一基体(7)和/或第二基体(8)中。
5.根据权利要求4所述的压力传感器，其特征在于，所述第三流道(9)沿平行于所述第一基体(7)与第二基体(8)之间分界面的方向延伸。
6.根据权利要求3所述的压力传感器，其特征在于，所述第三流道(9)呈环状。
7.根据权利要求3所述的压力传感器，其特征在于，所述第三流道(9)呈圆形，所述第二流道(5)沿所述圆形的径向延伸。
8.根据权利要求3所述的压力传感器，其特征在于，所述第三流道(9)呈多边形，所述第二流道(5)沿所述多边形的中心与其顶点或其边线的中点的连线延伸。
9.根据权利要求7或8所述的压力传感器，其特征在于，所述腔体(1)的内部形成为棱台。
10.根据权利要求9所述的压力传感器，其特征在于，所述第二流道(5)的与所述腔体(1)连接的一端设置在所述棱台的侧面底部的中间或侧棱处。
11.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述第一流道(4)及第二流道(5)的个数均为一个，所述第一流道(4)及第二流道(5)相对于所述腔体(1)的中心对应设置、或所述第一流道(4)及第二流道(5)位于所述腔体(1)的同一侧。
12.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述第一流道(4)及第二流道(5)的个数均为多个，且所述第一流道(4)及第二流道(5)依次交替设置。
13.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，所述第一基体(7)为单晶硅层，所述第二基体(8)为单晶硅层或玻璃层。
14.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述第一流道(4)、第二流道(5)及所述腔体(1)的内壁上形成有介质隔离层(10)。
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