2-2-4 集成压阻压力传感器的工艺在线视频

好 下面我们再介绍一下

压阻式压力传感器

一些关于制造和工艺方面的

几个问题

首先是衬底材料的选择

前一节我们介绍了

使用110晶向的P型硅电阻

它有一个非常优良的特性

就是说在相反方向应力作用下

它的电阻变化的方向是相反的

从上一节的介绍中我们可以知道

利用110晶向的

P型硅制作的电阻

在压力作用下可以分别产生

大小相等方向相反的

电阻值的变化

这样一个特性可以使得我们

将这些电阻构建成

一个惠斯通电桥

从而使得后续的信号读出方式

变得特别的简单

在这样一种情况下

我们常用N型硅材料

来通过扩散或者注入的方式

来制作P型电阻

另外我们还可以

利用110晶面的硅片来制作

压阻式压力传感器

原因是在110晶面的硅片上

我们可以制作111晶向的电阻

而这样一个方向的电阻

它的压阻系数可以得到最大值

另外对于膜片的制作

我们可以用体硅

或者表面工艺来制作

对于体硅工艺

常用的有湿法或者干法工艺

在湿法工艺中

又包括各项同性的湿法腐蚀工艺

以及各向异性的湿法腐蚀工艺

对于各向同性的湿法工艺

我们可以制作圆形的膜片

常用硝酸与氢氟酸的混合溶液

来完成

但是各向同性工艺

很难控制膜片边缘的质量

各向异性湿法腐蚀工艺可以制作

方形或者矩形的膜片

采用氢氧化钾

或TMAH溶液来制作

各向异性工艺制作的膜片

边缘控制质量非常好

适合于大批量的生产和加工

这张图就是我们利用

各向异性工艺制作的

压阻式压力传感器的扫描电镜图

中间这部分用矩形框框起来的

就是我们膜片的边缘

膜片四周分布了4个压敏电阻

下面这个是膜片从背面看到的

扫描电镜图

另外一张是把整个膜片

进行断面解剖以后

看到的鉴定照片

膜片也可以用表面工艺来制作

这个图就是利用湿法腐蚀

以及硅外延制造的

单晶硅材料的压力传感器薄膜

制作完压力传感器的膜片

以及压敏电阻以后

另外一个重要的步骤

就是对传感器进行封接

封接工艺是为了给传感器

提供电气连接

以及机械安装的手段

同时使得传感器

与被测参数相接触

比如被测的气体压力

或者液体压力

此外还可以减少外界环境

对传感器性能的影响

同时提高传感器的可靠性

对于压力传感器而言

我们常用静电键合的方式

来对传感器进行封接

或者说阳级键合

这个图是静电键合的

一个基本原理图

静电键合技术

可以把玻璃和硅片

直接封接在一起

而不需任何粘接剂

当玻璃和硅相接触

并加入到一定的温度下

同时施加一定的高电压的时候

此时硅为正极 玻璃为负极

那么在玻璃和硅的界面处

会产生化学反应

从而形成比较强的化学键

最后实现对玻璃和硅的

一个很强的一个化学键的键合

由于硅和玻璃为两种不同的物质

所以为了减小工艺结束后

材料中存在的残余应力

就要使得两种物质的

热膨胀系数尽可能的相同

通过设计不同结构的封装结构

可以定义不同的压力传感器的

不同的特点

例如通过玻璃和硅的键合

使得膜片背后形成一个真空的话

那么这个传感器

就是一个绝对压力型的传感器

如果在玻璃上

有一个通向外界环境压力

一个通孔的话

那么这个传感器就是一个

以环境压力为基准的一个

相对压力传感器

而当玻璃的开孔

与另外一个压力源相连接的话

该传感器则是成为一个

测量压力差的一个压差传感器